[发明专利]基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法，所述制备方法包括步骤：在一块硅片上正、反两面刻蚀微色谱柱所需的微沟道，随后分两步分别在该硅片的正反两面完成硅玻璃阳极键合，最后获得玻璃‑硅‑玻璃结构的双色谱柱芯片；或者在两块硅片上分别刻蚀出微色谱柱所需的微沟道，随后分两步分别在一块玻璃片的正反两面完成硅玻璃键合，最后获得硅‑玻璃‑硅结构的双色谱柱芯片。当采用微色谱柱和微热导检测器组成微型气相色谱仪时，只需一个本发明所提供的双面键合的微色谱柱芯片，具有便于安装，节省材料成本等诸多优点，在微电子机械系统领域尤其是色谱分析领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法。

背景技术

气相色谱柱的主要功能是对待分析的混合样品气体进行分离，它是气相色谱仪的核心部件。传统的气相色谱柱包括毛细管柱、填充柱等，由于体积较大，需要专门的柱温箱为其加热，其功耗达几千瓦，因此为了实现气相色谱仪的微型化，气相色谱柱的微型化至关重要。

自上世纪70年代末以来，人们开始尝试在硅片上通过腐蚀/刻蚀的方法制作微色谱柱芯片。为了提高硅基微色谱柱的分离效率，研究者对其几何结构进行了优化设计，并取得了重要进展。对色谱柱在硅片上的布局研究表明蛇形布局优于螺旋形；色谱柱横截面有圆形和矩形之分，高深宽比的矩形柱性能更佳；同时研究表明柱内分布有规则排列的微柱结构阵列的所谓半填充式柱结构具有易于涂敷固定相、分离效率高等优点。

综上所述，在硅基微气相色谱柱研究方面，研究者目前所取得的进展主要集中在其结构优化设计方面。而在利用微色谱柱、微热导检测器构建微气相色谱系统时，需要两个微色谱柱。一方面两个微色谱柱在与微热导检测器的连接安装固定时面临不小的挑战，另一方面，也造成了制备材料的浪费。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于双面键合工艺的微色谱柱及制备方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法，用于解决现有技术中与微热导检测器联合使用时需要两个微色谱柱芯片的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，所述制备方法包括步骤：步骤1)，提供一硅衬底，于所述硅衬底的正面及反面刻蚀出微色谱柱所需的微沟道；步骤2)，提供两键合片，将所述键合片分别键合于所述硅衬底的正面及反面，获得位于同一个硅衬底正面及反面上的两个微色谱柱。

作为本发明的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，以氧化硅及光刻胶的一种或组合为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺分别刻蚀所述硅衬底的正面及反面，形成微色谱柱所需的高深宽比的微沟道，并去除所述掩膜。

作为本发明的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。

作为本发明的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述键合片选用为玻璃片，以最终获得玻璃-硅-玻璃结构的双色谱柱芯片。

优选地，步骤2)中，将第一玻璃片置于键合机的阴极，硅衬底置于键合机的阳极进行第一次硅玻璃阳极键合；将第一玻璃片及硅衬底置于键合机的阳极，其中，硅衬底朝阴极，第二玻璃片置于阴极，进行第二次硅玻璃阳极键合，键合完成后划片获得具有两个微色谱柱的芯片。

本发明还提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，所述制备方法包括步骤：步骤1)，提供两硅衬底，于两硅衬底上分别刻蚀出微色谱柱所需的微沟道；步骤2)，提供一键合片，将所述两硅衬底分别键合于所述键合片的正面及反面，获得位于同一个键合片正面及反面上的两个微色谱柱。