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产品详细

产品名称: 半导体及集成电路芯片的微细加工详解网上赌彩

发布日期: 2020-10-04 15:51

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简述:  微流控技能是以微管道为搜集相接微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等具有光、电和流体输送功效的元器件,最形式部地把采样、稀释、加试剂、反映、诀别、检测等说明功

产品详情

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  微流控技能是以微管道为搜集相接微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等具有光、电和流体输送功效的元器件,最形式部地把采样、稀释、加试剂、反映、诀别、检测等说明功效集成正在芯片上的微全说明体系。目前,微流控芯片的巨细约几个平方厘米,微管道宽度和深度(高度)为微米和亚微米级。

  微流控芯片的加工技能开始于半导体及集成电道芯片的微细加工,但它又分歧于以硅质料二维和浅深度加工为主的集成电道芯片加工技能。近来,行动微流控芯片基本的芯片质料和加工技能的钻探已受到很众荣华邦度的珍惜。

  刚性质料单晶硅、无定性硅、玻璃、石英等;刚性有机鸠合物质料如环氧、聚脲、聚氨、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等;

  加工工艺成熟 ,可利用光刻和蚀刻等制备集成电道的成熟工艺举行加工及批量坐褥

  可用化学手腕举行外观改性易于加工 ,可通过锻制成型 ,激光溅射等手腕取得深宽比大的能道

  能反复可逆变形不发作永性妨害 ,用模塑法高保真地制备微流控芯片 ,能透过 300nm 以上的紫外可睹光 ,耐用且化学惰性 ,无毒 ,价廉

  (c) 再用甩胶机正在阻止层上匀称地甩上一层几百 A厚的光敏质料光刻胶。光刻胶的实质厚度与它的粘度相闭 ,并与甩胶机的扭转速率的平方根成反比;

  (d) 正在光掩模上制备所需的通道图案。将光掩模复盖正在基片上,用紫外光映照涂有光刻胶的基片,光刻胶发作光化学反映;

  (e)用光刻胶配套显影液通过显影的化学手腕除去经曝光的光刻胶。云云,可用制版的手腕将底片上的二维几何图形无误地复制到光刻胶层上;

  (f) 烘干后 ,应用未曝光的光刻胶的维护效率 ,采用化学腐化的手腕正在阻止层上无误腐化出底片上平面二维图形。

  用光刻的手腕加工微流控芯片时 ,务必起首筑筑光刻掩模。对掩模有如下央浼:

  平淡用于大领域集成电道的光刻掩模质料有涂有光胶的镀铬玻璃板或石英板。用谋划机制图体系将掩模图形转化为数据文献,再通过专用接口电道把持图形发作器中的爆光光源、可变光阑、作事台和镜头,正在掩模质料上刻出所需的图形。但因为兴办高贵,邦内日常科研单元需通过外协处理,延迟了钻探周期。

  因为微流控芯片的判袂率远低于大领域集成电道的央浼,近来有报道利用简略的手腕和兴办制备掩模,用微机通过CAD软件将打算微通道的机闭图转化为图象文献后,用高判袂率的打印机将图象打印到透后薄膜上,此透后薄膜可行动光刻用的掩模,根本能餍足微流控说明芯片对掩模的央浼。

  正在光刻过的基片上可通过湿刻和干刻等手腕将阻止层上的平面二维图形加工成具有肯定深度的立体机闭。近年来,利用湿法刻蚀微细加工的报道较众,合用于硅、玻璃和石英等可被化学试剂腐化的基片。已广大地用于电泳和色谱诀别。

  (a) 应用阻止层的维护效率,利用妥当的蚀刻剂正在基片上刻蚀所需的通道 ;

  (b) 刻蚀结果后 ,除去光胶和阻止层,即可正在基片上取得所需构型的微通道;

  (c)正在基片的妥当职位(日常为微通道的端头处)打孔,行动试剂、试样及缓冲液蓄池。刻有微通道的基片和无别材质的盖片冲洗后,正在妥当的条款下键合正在一同就取得微流控说明芯片。

  玻璃和石英湿法刻蚀时,只要含氢氟酸的蚀刻剂可用,如HF/HNO3,HF/ NH4。因为刻蚀发作正在流露的玻璃外观上,于是,通道刻的越深,通道二壁的不屈行度越大 ,导致通道上宽下窄。这一地步范围了用湿法正在玻璃上刻蚀深邃宽比的通道。

  等离子体刻蚀是一种以化学反映为主的干法刻蚀工艺,刻蚀气体分子正在高频电场效率下,发生等离子体。等离子体中的逛离基化学性子至极生动,应用它和被刻蚀质料之间的化学反映,抵达刻蚀微流控芯片的目标。

  等离子体刻蚀已运用于玻璃、石英和硅质料上加工微流控芯片 , 如石英毛细管电泳和色谱微芯片。先正在石英基片上涂上一层正光胶 (爆光后零落的光胶),低温烘干后,安顿好掩模,用紫外光映照后显影,正在光胶上会发生微机闭的图象。

  然后用活性CHF3等离子体刻蚀石英基片 ,基片上无光胶处会发生肯定的深度通道或微机闭。云云可发生深邃宽比的微机闭。近来,也有将等离子体刻蚀用于加工鸠合物上的微通道的报道。

  用光刻和刻蚀的手腕先制出阳模 (所需通道个人突起),然后浇注液态的高分子质料。将固化后的高分子质料与阳模剥离就取得具有微通道的芯片。这种制备微芯片的手腕称为模塑法。模塑法的枢纽正在于模具和高分子质料的抉择,理念的质料应互相之间粘附力小,易于脱模。

  微模可由硅质料、玻璃、环氧基SU28负光胶和聚二甲基硅氧烷( PDMS)等筑筑。

  通过光刻可正在SU28负光胶上取得深邃宽比(20 : 1)和分辨率高达几微米的图形,网上赌彩经显影烘干后可直接作模具用;用聚二甲基硅氧烷浇注于由硅质料、玻璃等质料制体积的母模上可制得聚二甲基硅氧烷模具。

  浇注用的高分子质料应具有低粘度,低固化温度,正在重力效率下,可充满模型上的微通道和凹槽等处。可用的质料有两类:固化型鸠合物和溶剂挥发型鸠合物。固化型鸠合物有聚二甲基硅氧烷(硅橡胶)、环氧树脂和聚胺酯等,将它们与固化剂夹杂,固化变硬后取得微流控芯片;溶剂挥发型鸠合物有丙烯酸、橡胶和氟塑料等,通过徐徐地挥发去溶剂而取得芯片。

  固然模塑法限于某些易固化的高分子质料,但该法简洁易行,芯片可多量量复制,不需求高贵的兴办,是一个能够制制便宜说明芯片的手腕。但此类芯片的微流控作为钻探尚少,其适用代价尚待研讨。

  其手腕有微接触印刷法、毛渺小模塑法、移动微模塑法、微复制模塑法等。它不光可正在高聚物等质料上筑筑繁复的三维微通道,并且能够转换质料外观的化学性子。有或者成为坐褥低本钱的微流控说明芯片的新手腕。

  制制弹性印章的最佳鸠合物是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。它外观自正在能低(~21.6dyn/cm),化学性子平静、与其它质料不粘连;与基片正移交触周到,容易取模;柔嫩,易变形,弹性好,可正在曲面上复制微图形。

  微接触印刷法是指用弹性印章团结自拼装单分子层技能正在平面或曲面基片上印刷图形的技能。自拼装单分子层是含有肯定官能团的长链分子正在适应的基片上自觉地布列陋习整的机闭以求自正在能最小。

  已确定的自拼装单分子层系统有烷基硫醇正在金银等制币金属外观和烷基硅氧烷正在玻璃、硅、二氧化硅外观等。自拼装单分子层的厚度约2~3nm ,转换烷链中亚甲基的数目可正在0.1nm的精度领域内转换单分子层的厚度。

  通过用光刻等技能先制备相闭图形的模具,将PDMS浇注正在模具上可制得弹性印章。正在印章的外观涂上烷基硫醇墨水,可正在金银等金属外观印出微图形。

  正在此经过中,硫醇分子主动布列陋习整的机闭以求自正在能最小,具有主动愈合缺陷的趋向,可删除印刷缺陷并确保印刷分明度。印刷后的外观可用化学腐化或化学镀层的手腕使图形显形。若把印章做得很薄,贴正在辊筒外观,成为微印刷辊,能普及印刷的效能及印刷大面积的图形。

  微接触印刷法能很利便地把持微通道外观的化学物理性子,正在微筑筑、生物传感器、外观性子的钻探上有很大的运用前景。

  正在毛细管微模塑法中,弹性印章上的微通道与基片之间组成了领略的毛细管搜集,将高分子预聚物(比如紫外固化的聚脲和热固化的环氧)滴正在搜集的入口,毛细效率会把预聚体吸入通道搜集,固化后可取得与印章上微通道高低互补的微机闭。MIMIC只可加工通道搜集与入口连通的微机闭。

  微移动模塑法是正在弹性印章上的凹槽内填满高分子预聚物,将其扣正在基片上,固化后,移去模型,正在基片上就印上了高分子质料组成的图形。TM已用于制制光学波导管。

  采用紫外光固化聚氨酯,用TM 做出微米级的波导管后,正在其上浇注一层笼盖层,通过把持紫外光照时分而把持波导管和笼盖层的光学指数差,能把持波导管的光耦合效率,利便、疾速。

  微复制模塑法是通过正在弹性印章上直接浇注聚氨酯等高分子质料取得微机闭。此手腕可有用地复制尺寸为30nm到几厘米微机闭。用氧等离子体收拾高分子质料外观使其外观改性,取得的毛细管功效通道可用于电泳诀别等方面的钻探。

  以模塑为基本的软刻蚀具有简略、经济、保真度上等利益,它可用于正在鸠合物、无机和有机盐、溶胶和凝胶、陶瓷和碳等质料上加工微机闭,已用于制备微光栅,鸠合物波导管、微电容和微共鸣器等。而光刻只可正在光胶这一类鸠合物上加工微机闭。

  正在热压机中加热聚甲基丙烯酸甲酯至135℃,保温条款下放上硅的阳模加压5min,即可正在聚甲基丙烯酸甲酯片上压制出微通道。将带通道的基片和有孔洞的盖片加热封接可得微流控说明芯片。此法可多量量复制,兴办简略,操作简洁。可是所用质料有限,对其机能钻探较少,网上赌彩运用代价尚需实践。

  用紫外激光使可降解高分子质料曝光 ,把底片上的二维几何图形无误复制下来。调剂曝光强度可把持质料的光解深度。用压力吹扫去除降解产品 ,取得带有微通道的基片。它和另一片打好孔洞的盖片热粘合就取得所需的芯片。

  这种手腕对技能兴办央浼较高,但设施简洁,并且不需超净境遇,精度高。可用于正在聚甲基丙烯酸甲酯,聚碳酸酯等可光解高分子质料上加工微通道。

  LIGA技能是由光刻、电铸和塑铸三个闭头构成。第一步为同步辐射深度X光爆光,可将掩膜上的图形移动到有几百微米厚的光刻胶上,取得一个与掩膜机闭无别,厚度几百微米、最小宽度为几微米的三维立体机闭。

  电铸可采用电镀的手腕。应用光刻胶下面的金属举行电镀,将光刻胶图形上的间隙用金属填充,变成一个与光刻胶图形高低互补的金属高低国界,将光刻胶及附着的基底质料除掉,就取得铸塑用的金属模具。

  通过金属注塑版上的小孔将塑料注入金属模具腔体内,加压硬化后就取得与掩膜机闭无别塑料芯片。平淡以聚甲基丙烯酸甲酯行动塑铸质料。

  对玻璃和石英材质刻蚀的微机闭日常利用热键合手腕,将加工好的基片和无别材质的盖片洗净烘干对齐紧贴后平放正在高温炉中,正在基片和盖片上下方各放一块扔光过的石墨板,正在上面的石墨板上再压一块重0.5 Kg的不锈钢块,正在高温炉中加热键合。

  玻璃芯片键适时,高温炉升温速率为10℃/分,正在620℃时保温3.5小时,再以10℃/分的速度降温。石英芯片键合温度高达1000℃以上。此手腕对操作技能央浼较高,芯片如一次封接后有插手条纹可众次热键合。

  但热键合不行用于含温度敏锐试剂、含电极和波导管芯片,也不行用于分歧热膨胀系数质料的封接。

  正在玻璃、石英与硅片的封接中已广大采用阳极键合的手腕。即正在键合经过中 ,施加电场 ,使键合温度低于软化点温度。

  为提防热键合或者发作的通道变形 ,以至塌陷的地步 ,玻璃与玻璃之间的阳极键合已惹起广大的兴会。正在玻璃外观浸积上一层薄膜质料如众晶硅、氮化硅等行动中心层,正在约700伏的电场下,升温到400℃时,可使两块玻璃片键合。

  文献报道,正在500~760伏电场下,升温到500℃时,可使两块玻璃片键合而不需正在玻璃外观浸积中心层。正在两块玻璃板尚未键适时,板间氛围间隙承受了大个人电压降,玻璃板可视为平行板电容器,板间吸引力与电场强度的平方成正比。

  于是,键合从两块玻璃中那些最靠拢的点最先,下板中可转移的正电荷(要紧是Na+)与上板中的负电荷中和,天生一层氧化物(恰是这层过渡层,使两块玻璃板封接),该点完结键合后,四周的氛围间隙相应变薄,电场力增大,从而键合扩散开来,直至整块密合。玻璃外观举行扔光收拾,减小玻璃之间间隙宽度,可下降键合温度。

  有报道用HF和硅酸钠粘结玻璃的低温键合技能,用1 %HF 滴入两玻璃片之间的裂缝中,正在室温下加40gf/ cm2压力,2h即可键合获胜,温度升高60℃,1h即可完结;正在两玻璃片之间,通过硅酸钠稀溶液中心层,正在室温下安顿住宿,或 90℃下安顿1h也能举行键合。

  Sayah等又报道了两种低温键合的手腕:a.正在两片详明明净的玻璃片之间利用1m厚的环氧胶,正在1MPa的压力和90℃条款下硬化;b.正在100~200℃加高压15h使之直接键合,压力最高可用50MPa。

  微流控说明芯片的加工技能开始于半导体及集成电道芯片的微细加工,要紧是用于硅质料平面二维的或浅深度的加工,有其范围性。为符合微全说明体系的央浼,微流控说明芯片将生长为以微管道为搜集相接微泵、微阀、微光电检测等功效元器件的立体机闭。它的要紧生长前景有以下几方面:

  (2) 因为湿法刻蚀不行取得深邃宽比的通道,也不行无误地加工通道的形态和深度,难以下降弯道效应,普及芯片的集成度,而干法刻蚀目前用于硅质料上的加工深邃宽比通道的报道较众,用于玻璃和石英基片上的报道尚稀睹。于是,正在玻璃、石英基片上加工深邃宽比通道的干法刻蚀技能将受到珍惜;

  (3) 鸠合物芯片因为易批量坐褥、本钱低,希望取代玻璃和石英芯片而进入墟市。用深邃宽比阳模热压法或模塑法加工高分子鸠合物芯片的报道将会持续显露;

  (4) 玻璃和石英等芯片的低温键合技能将庖代热键合,以普及封接制品率,下降坐褥本钱。鸠合物芯片的封接技能将受到珍惜;

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