[發明專利]一種基于MEMS工藝的多層結構矩形離子阱及其制備方法

有效

• 申請號: 201610537862.7
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106024575B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 唐飛;霍新明;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的矩形離子阱包括上玻璃層(1)、下玻璃層(5)、生長在上玻璃層(1)下表面的上電極層(2)、生長在下玻璃層(5)上表面的下電極層(4)，以及鍵合在上玻璃層(1)下表面和下玻璃層(5)上表面之間用作電極的硅層(3)；其中上電極層(2)、硅層(3)和下電極層(4)圍成離子流通道；所述的離子流通道沿離子流Z方向依次為離子聚焦區(6)和離子分析區(7)；所述的離子聚焦區(6)由一個前聚焦電極，或一個前聚焦電極和多個相互平行的后聚焦電極構成；所述的離子分析區(7)由前分析電極、主射頻電極以及后分析電極構成。

2.按照權利要求1所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的前聚焦電極由位于上電極層(2)上的前聚焦電極上連接電極(201)、位于硅層(3)上的前聚焦電極硅電極(301)和位于下電極層(4)上的前聚焦電極下連接電極(401)圍成；所述的后聚焦電極由位于上電極層(2)上的后聚焦電極上連接電極(202)、位于硅層(3)上的后聚焦電極硅電極(302)和位于下電極層(4)上的后聚焦電極下連接電極(402)圍成。

3.按照權利要求1所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的前分析電極由位于上電極層(2)上的前分析電極上連接電極(203)、位于硅層(3)上的前分析電極硅電極(303)和位于下電極層(4)的前分析電極下連接電極(403)圍成；所述的后分析電極由位于上電極層(2)上的后分析電極上連接電極(205)、位于硅層(3)上的后分析電極硅電極(305)和位于下電極層(4)上的后分析電極下連接電極(407)圍成，后分析電極與前分析電極以及離子聚焦電極相互平行。

4.按照權利要求1所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的主射頻電極由位于硅層(3)上的Y方向電極(304)、位于上電極層(2)上的上X方向電極(204)和位于下電極層(4)上的下X方向電極(405)構成；上X方向電極(204)和下X方向電極(405)在各自的中心位置開有離子出射狹縫；主射頻電極的內邊界在XY截面上呈矩形分布。

5.按照權利要求2所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的前聚焦電極硅電極(301)呈錐形形狀，配合外部離子源進樣。

6.按照權利要求1-5任一權利要求所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的下玻璃層(5)在位于離子聚焦區(6)的部分開有允許紫外線或電子通過的離子源接口(502)，配合內部離子源進樣。

7.按照權利要求1-5任一權利要求所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：上玻璃層(1)在位于離子分析區(7)的中心區域開有供離子通過的上玻璃層離子出射狹縫(102)；下玻璃層(5)在與上玻璃層離子出射狹縫(102)的對應位置開有下玻璃層離子出射狹縫(503)。

8.按照權利要求1-5任一權利要求所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：沿離子流Z方向在離子分析區(7)之后集成了由檢測偏轉電極(306)和檢測電極(307)構成的離子檢測區(8)。

9.按照權利要求1所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的上玻璃層(1)和下玻璃層(5)的材料為普通玻璃、硼硅玻璃、鉀鈣玻璃或石英玻璃。

10.按照權利要求1所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的硅層(3)材料為電阻率小于200Ω·cm的摻雜硅材料。

11.按照權利要求1所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱，其特征在于：所述的上電極層(2)和下電極層(4)材料采用金、鉑、銀、銅、鋁、鈦、鉻和鎳中的一種或多種組合。

12.如權利要求1-11任一權利要求所述的一種基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

1)利用激光加工在上玻璃層(1)上開設上玻璃層離子出射狹縫(102)；

2)利用激光加工在下玻璃層(5)上開設離子源接口(502)以及下玻璃層離子出射狹縫(503)；

3)利用蒸發或者濺射的方法在上玻璃層(1)下表面生長金屬，形成上電極層(2)；

4)利用蒸發或者濺射的方法在下玻璃層(5)上表面生長金屬，形成下電極層(4)；

5)利用反應耦合等離子體在硅層(3)的下表面刻蝕，形成離子聚焦區(6)、離子分析區(7)和離子檢測區(8)的部分淺圖形，此步驟分一次或多次刻蝕完成；

6)將下玻璃層(5)上表面與硅層(3)下表面鍵合；

7)在硅層(3)上表面進行反應耦合等離子體深刻蝕，形成離子聚焦區(6)、離子分析區(7)和離子檢測區(8)的貫穿圖形；

8)將硅層(3)上表面與上玻璃層(1)下表面進行二次鍵合；

9)經過劃片、裂片與壓焊工藝形成完整的基于MEMS工藝的具有多層結構的矩形離子阱單體。