【技术实现步骤摘要】
本公开涉及微电子机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)，特别涉及一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法。
技术介绍
1、气相色谱仪是利用气体作流动相的色层分离分析方法，定性和定量分析多组分挥发性液体或气体复杂混合物的仪器。传统气相色谱仪体积大、功耗高，难以满足现场快速分析等场景。便携式微型气相色谱仪为现场快速分析提供了解决方案，目前大部分研究的思路是将传统气相色谱仪中的关键核心器件微型化，再通过集成的方式组装成便携式微型气相色谱仪。mems技术的发展为气相色谱仪微型化、便携化提供了可靠的技术保障。
2、检测器和色谱柱作为气相色谱仪中检测系统和分离系统的核心器件，是微型化研究最集中的领域，其中色谱柱的作用是分离复杂混合物中各组分，其分离能力很大程度上会影响检测结果的准确性。根据范式方程可知，影响微色谱柱性能的因素主要有三个，分别是纵向扩散、涡流扩散和传质阻力。微型气相色谱柱的结构设计主要围绕解决或减弱这些因素带来的影响。通过在通道内部阵列化微柱能够有效降低组分在流动相的传质距离，减小范式方程中传质阻力项系数，从而减小理论塔板高度，提升分离性能，但是无法完全消除涡流扩散带来的影响。降低传质距离最直接的方式就是减小通道的宽度，但为了不降低柱容量，需相应增加通道的高度。
3、因此，制备高深宽比的通道是微色谱柱研究的重要方向，目前多采用在硅基底上刻蚀出通道，再与玻璃阳极键合的制备方法。现有玻璃加工技术难以制备高深宽比的垂直狭窄通道，玻璃基底无法作为通道结构
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法，以得到具有玻璃通道结构的高深宽比微色谱柱。
3、(二)技术方案
4、根据本公开的一个方面，提供了一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，包括：
5、步骤s1：在硅晶圆表面制备硅凹槽，采用玻璃回流工艺在硅凹槽中热回流填充熔融态的玻璃，冷却后对玻璃回流后上表面进行平坦化，并对硅晶圆背面进行减薄和刻蚀，清除硅材料，形成玻璃通道；
6、步骤s2：对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，形成硅通道；
7、步骤s3：将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，得到高深宽比微色谱柱。
8、在一些实施例中，步骤s1中所述对玻璃回流后上表面进行平坦化，采用化学机械抛光方法，至上表面平整光滑且未露出硅即止，并对硅晶圆背面进行减薄和刻蚀，清除硅材料，形成第一种类型的玻璃通道。
9、在一些实施例中，步骤s2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，未将硅晶圆刻蚀穿，形成第一种类型的硅通道。
10、在一些实施例中，步骤s3中所述将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，是将第一种类型的玻璃通道与第一种类型的硅通道对准进行阳极键合，得到硅-玻璃两层结构的高深宽比微色谱柱。
11、在一些实施例中，步骤s2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，将硅晶圆刻蚀穿，形成第二种类型的硅通道。
12、在一些实施例中，步骤s3中所述将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，是将上下两片第一种类型的玻璃通道分别与第二种类型的硅通道的正反两面对准进行阳极键合，得到玻璃-硅-玻璃三层结构的超高深宽比微色谱柱。
13、在一些实施例中，步骤s1中所述对玻璃回流后上表面进行平坦化，采用化学机械抛光方法，至上表面平整光滑且硅暴露为止，并对硅晶圆背面进行减薄和刻蚀，清除硅材料，形成第二种类型的玻璃通道。
14、在一些实施例中，步骤s2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，未将硅晶圆刻蚀穿，形成第一种类型的硅通道。
15、在一些实施例中，步骤s3中所述将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，是将上下两片第一种类型的硅通道分别与第二种类型的玻璃通道的正反两面对准进行阳极键合，得到硅-玻璃-硅三层结构的超高深宽比微色谱柱。
16、根据本公开的另一个方面，提供了一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱，采用所述的方法制备而成。
17、根据本公开的再一个方面，提供了一种气相色谱仪，包含所述的方法制备而成的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱。
18、(三)有益效果
19、从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法，至少具有以下有益效果：
20、1、本公开提供的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法，玻璃通道是采用热回流工艺将玻璃晶圆经高温软化和熔融回流至硅晶圆经刻蚀后的硅结构内一体成形的，无需刻蚀或腐蚀玻璃，玻璃通道成形质量高，且玻璃通道易于加工成型，有效地降低了加工难度，是高深宽比微色谱柱工艺实现的有效途径。
21、2、本公开提供的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法，采用硅-玻璃阳极键合技术，键合难度大大降低，易于实现。
22、3、本公开提供的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法，采用热回流工艺和硅-玻璃阳极键合技术，制备的微色谱柱具有较高的深宽比，使待测组分在两相之间快速达到分配平衡，在相等柱长的前提下可以获得更低的理论塔板高度，提升柱效。
23、4、本公开提供的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱及其制备方法，采用热回流工艺和硅-玻璃阳极键合技术，制备的微色谱柱具有较高的深宽比，利于气相色谱仪向低功耗、小体积、高集成方向的进一步发展。
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1.一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述对玻璃回流后上表面进行平坦化，采用化学机械抛光方法，至上表面平整光滑且未露出硅即止，并对硅晶圆背面进行减薄和刻蚀，清除硅材料，形成第一种类型的玻璃通道。
3.根据权利要求2所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，未将硅晶圆刻蚀穿，形成第一种类型的硅通道。
4.根据权利要求3所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，是将第一种类型的玻璃通道与第一种类型的硅通道对准进行阳极键合，得到硅-玻璃两层结构的高深宽比微色谱柱。
5.根据权利要求2所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，将硅晶圆刻蚀穿，形成第二种类型的硅通道。
6.根据权
7.根据权利要求1所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述对玻璃回流后上表面进行平坦化，采用化学机械抛光方法，至上表面平整光滑且硅暴露为止，并对硅晶圆背面进行减薄和刻蚀，清除硅材料，形成第二种类型的玻璃通道。
8.根据权利要求7所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，未将硅晶圆刻蚀穿，形成第一种类型的硅通道。
9.根据权利要求8所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，是将上下两片第一种类型的硅通道分别与第二种类型的玻璃通道的正反两面对准进行阳极键合，得到硅-玻璃-硅三层结构的超高深宽比微色谱柱。
10.一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱，采用权利要求1至9中任一项所述的方法制备而成。
11.一种气相色谱仪，包含权利要求1至9中任一项所述的方法制备而成的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱。
...【技术特征摘要】
1.一种基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述对玻璃回流后上表面进行平坦化，采用化学机械抛光方法，至上表面平整光滑且未露出硅即止，并对硅晶圆背面进行减薄和刻蚀，清除硅材料，形成第一种类型的玻璃通道。
3.根据权利要求2所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，未将硅晶圆刻蚀穿，形成第一种类型的硅通道。
4.根据权利要求3所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述将玻璃通道和硅通道对准进行阳极键合，是将第一种类型的玻璃通道与第一种类型的硅通道对准进行阳极键合，得到硅-玻璃两层结构的高深宽比微色谱柱。
5.根据权利要求2所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述对硅晶圆表面进行光刻和深反应离子刻蚀，将硅晶圆刻蚀穿，形成第二种类型的硅通道。
6.根据权利要求5所述的基于玻璃热回流工艺的高深宽比微色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述将玻璃通道和硅通道对准进...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏杰，张国钦，杜晓辉，刘帅，陈凡红，刘丹，王麟琨，
申请(专利权)人：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，
类型：发明
国别省市：
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