[發明專利]微色譜柱及微熱導檢測器的集成芯片及制備方法

在審

• 申請號: 201711406527.4
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN109959747A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 馮飛;田博文;李昕欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01N30/60
• 分類號: G01N30/60;G01N30/66
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本發明提供一種微色譜柱及微熱導檢測器的集成芯片及制備方法，包括：雙拋硅片，具有第二面及相對的第一面；圖形化堆疊結構，包含交叉網狀結構，其下方具有釋放槽，圖形化堆疊結構懸掛于釋放槽中；蓋基片，鍵合于第一面，蓋基片具有微溝槽，圖形化堆疊結構位于微溝槽內；微色譜柱的微溝道，形成于第二面中，微溝道內具有微柱陣列，微溝道與釋放槽連通；底基片，鍵合于第二面，以形成包含微溝槽、釋放槽及微溝道的微通道。本發明的微熱導檢測器和微色譜柱分別位于雙拋硅片的第一面和第二面上，增加了設計的靈活性和工藝制作的可控性。本發明無需額外的連接部件，具有死體積低、靈敏度高等優點。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統領域，特別是涉及一種微色譜柱及微熱導檢測器的集成芯片及制備方法。

背景技術

氣相色譜儀是一種重要的分析儀器，其應用十分廣泛。傳統的氣相色譜儀由于體積大、功耗高、重量重，一般只能在實驗室內使用。然而，在當前環境安全、生產安全、食品安全、公共安全監測等方面需要對復雜氣體組份進行實時、現場、快速檢測，急需研發一種微型氣相色譜儀。色譜柱和熱導檢測器是氣相色譜儀的兩個關鍵部件，國內外相關研究小組一般采用MEMS技術，將色譜柱、熱導檢測器芯片化，最終實現氣相色譜儀的微型化。

色譜柱芯片和熱導檢測器芯片的連接會帶來新的死體積，這不利于提高微型氣相色譜的分離檢測性能。為了進一步提高分離、檢測性能，研究人員嘗試將微色譜柱和微熱導檢測器集成在同一塊芯片上，在硅的同一表面設計制備微色譜柱和微熱導檢測器(BradleyC Kaanta,Hua Chen and Xin Zhang,A monolithically fabricated gaschromatography separation column with an integrated high sensitivity thermalconductivity detector,J.Micromech.Microeng.20(2010)055016(6pp))。然而在硅襯底的同一表面制備微色譜柱和微熱導檢測器的集成芯片時，由于要兼顧微熱導檢測器熱敏電阻的釋放，即在深刻蝕完成后還要采用各向同性腐蝕方法去除熱敏電阻下方的硅，這時熱敏電阻所在微溝道、色譜柱的微溝道及微溝道內的微柱陣列也將被同時腐蝕，也就是說無法精確控制器件的幾何尺寸，其工藝的可控性較差，且制作的集成芯片死體積大，降低了器件性能。

基于以上所述，提供一種可以有效集成氣相色譜柱及微熱導檢測器的集成芯片及制備方法實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種微色譜柱及微熱導檢測器的集成芯片及制備方法，用于解決現有技術中微色譜柱和微熱導檢測器集成較為困難或器件性能不足的問題。

為實現上述目的及他相關目的，本發明提供一種微色譜柱及微熱導檢測器的集成芯片，包括：雙拋硅片，包含第一面以及相對的第二面；包含硅支撐層-第一介質薄膜-熱敏電阻-第二介質薄膜的圖形化堆疊結構，所述圖形化堆疊結構包含交叉網狀結構，所述圖形化堆疊結構的硅支撐層下方的所述雙拋硅片被去除形成的釋放槽，所述圖形化堆疊結構懸掛于所述釋放槽中；蓋基片，鍵合于所述雙拋硅片的第一面，所述蓋基片具有微溝槽，所述圖形化堆疊結構位于所述微溝槽內；微色譜柱的微溝道，形成于所述第二面中，所述微溝道內具有微柱陣列，所述微溝道與所述釋放槽連通；以及底基片，鍵合于所述雙拋硅片的第二面，以形成包含所述微溝槽、所述釋放槽及所述微溝道的微通道。

優選地，所述雙拋硅片的第一面還形成有焊盤凹槽，所述焊盤凹槽中形成有焊盤結構，所述焊盤結構與所述熱敏電阻電性相連。

優選地，所述交叉網狀結構具有多個延伸部，各延伸部與所述雙拋硅片連接，以支撐所述交叉網狀結構。

優選地，所述熱敏電阻呈鋸齒狀沿所述交叉網狀結構延伸，并與所述焊盤結構相連接。

優選地，所述熱敏電阻所采用的金屬包括Pt/Ti疊層、Ni/Cr疊層、W/Ti疊層及W/Re疊層中的一種。