专利名称：一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于微纳米领域中微流体通道的制造工艺，具体涉及一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺。
背景技术：
当前，随着MEMS产品的推陈出新与应用、DNA生物芯片、芯片上实验室的研究与开发，对微流体的驱动、混合与加热装置提出了更高的要求。为了使得流体在微流道中的驱动实现更快地流动与充分混合，通常需要对微流道装置进行加热。常用的方法有超声振动， 利用极性流体分子的机械能转化为热能；但是这种办法有两个主要致命的缺陷一方面， 超声能量的不可控，另一方面，频率过高会对整个装置造成有害的噪声源。除此之外，MEMS 微流控传感器要求很低的发热量，以保证对MEMS器件的整体性能不会造成承受能力之外的影响。其次，MEMS微流控器件的集成封装，要求密封性好，流体在微流道中的挥发达到最小，则要使金属加热电阻的体积和面积不允许超过引线的厚度，因此，采用常规的方法已经很难实现纳米金属导线的制作。常见的微流体加热电阻一般采用折叠式的形状，为了尽可能的延长电阻的大小， 为流体提供较高效率的焦耳热。而且是采用掩膜紫外光刻、金属溅射和lift-off的方法实现。但是，这样获得的金属加热电阻是微米尺度的，如果在微流道的尺度更小更精密的情况下，这种金属加热电阻则不能满足要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺，采用电子束直写的工艺进行纳米金属丝的加工成形，其微流道的尺度更小更精密，可作为纳米金属导线的支撑。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺，包括以下步骤1)将透明石英玻璃基材于体积比为7 3的浓和H2A的混合物中在90°C水浴30min，先用丙酮和IPA清洗，再用去离子水清洗，然后于150°C以上烘干，2)在透明石英玻璃基材表面用喷涂或旋涂的方式制备一层SU-8光刻胶，SU-8光刻胶的厚度为几微米至数百微米，再进行前烘处理，于65-95°C烘lOmin，3)对制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材进行365nm紫外曝光，紫外曝光所采用掩模板图形为微流道结构图形，对曝光后的透明石英玻璃基材进行后烘处理，于65-95°C 烘 20min,4)制备纳米金属丝结构，制备方式有湿法腐蚀和Lift-off两种，湿法腐蚀的方法采用磁控溅射在制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材的 SU-8结构层上蒸镀几十纳米厚度的金属层，金属层为一种金属的金属层或两种不同种类金属的金属层，然后在金属层上旋涂一层数百纳米的电子束光刻胶ZEP520A，采用加速电压为30kV的电子束光刻设备进行电子束直写加工，并采用标准的电子束光刻胶显影液进行显影，形成周期性的纳米结构图形，然后以显影后所得到的电子束光刻胶的纳米结构做掩蔽层，采用化学腐蚀试剂对暴露的部分金属层进行湿法腐蚀，形成纳米金属线图形，最后采用氯苯浸泡去除电子束光刻胶，形成纳米金属丝；Lift-off的方法先在制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材的SU-8光刻胶层上旋涂一层厚度为几百纳米的电子束光刻胶，采用加速电压为30kV的电子束光刻设备进行电子束直写加工，形成周期性的电子束光刻胶纳米图形，然后采用磁控溅射设备在电子束光刻胶纳米图形上蒸镀数十纳米的金属层，金属层为一种金属的金属层或两种不同种类金属的金属层，最后采用氯苯浸泡lift-off去除电子束光刻胶及其上方的金属，形成纳米金属丝；5)显影，以制备的纳米金属丝作为掩蔽，采用SU-8标准显影液浸泡，去除未曝光的区域，同时形成微流道以及悬空的纳米金属丝。本发明具有的特点和优势在于在制备纳米金属丝的同时，也制作出了微流道，因此该方法具有很强的可操作性；所制作的SU-8微流道是MEMS芯片或Lab-on-chip芯片实验室常用的材料和结构形式，具有很好的生物兼容性和化学分析辅助功能；所制备的纳米金属丝，在微观下仍具有较强的机械强度和较好的电学I-V特性。对引线封装好的金属丝输入毫伏级别的电压，使金属丝产生焦耳热，从而实现对局部的微流道中的流体进行加热， 促进微流体的充分混合和分析。
图1-1 图7-1为本发明采用湿法腐蚀制备纳米金属丝结构的流程图，其中图1-1为本发明石英玻璃基板1上制备SU-8及紫外曝光示意图；图2-1为本发明磁控溅射分别制备第一金属5和第二金属6示意图；图3-1为本发明在金属层6上旋涂电子束光刻胶7及电子束直写图形化8结构示意图；图4-1为本发明以电子束直写图形8作掩蔽湿法腐蚀金属层6获得纳米金属丝9 结构示意图；图5-1为本发明氯苯溶剂溶解去除电子束光刻胶7的示意图；图6-1为本发明以纳米金属丝9作掩蔽用SU-8显影液溶解未曝光的区域形成微流道10结构示意图；图7-1为本发明以纳米金属丝9作掩蔽用SU-8显影液溶解未曝光的区域形成微流道10结构示意图的俯视图。图1-2 图7-2为本发明采用Lift-off制备纳米金属丝结构的流程图，其中图1-2为本发明石英玻璃基板1上制备SU-8及紫外曝光示意图；图2-2为本发明在SU-8层上旋涂电子束光刻胶7的示意图；图3-2为本发明电子束直写图形化结构8示意图；图4-2为本发明磁控溅射分别制备第一金属5和第二金属6示意图；图5-2为本发明氯苯lift-off去除电子束光刻胶及上方金属的示意图；图6-2为本发明以SU-8显影液溶解未曝光的区域形成微流道10及悬空纳米金属丝9结构示意图；图7-2为本发明以SU-8显影液溶解未曝光的区域形成微流道10及悬空纳米金属丝9结构示意图的俯视图。
具体实施例方式以下结合附图和实施对本发明进行详细描述。实施例1-采用湿法腐蚀制备纳米金属丝结构一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺，包括以下步骤1)将透明石英玻璃基材1于体积比为7 3的浓和H2A的混合物中在90°C 水浴30min，先用丙酮和IPA清洗，丙酮45°C超声15min，IPA常温超声15min，再用去离子水清洗lOmin，然后于150°C以上烘干，2)在透明石英玻璃基材1表面用喷涂或旋涂的方式制备一层SU-8光刻胶2，SU_8 光刻胶2的厚度为1-lOOum，再进行前烘处理，于65-95°C烘lOmin，3)参照图1-1，对制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材进行365nm紫外曝光4， 曝光时间20-150S，紫外曝光4所采用掩模板3图形为微流道结构图形，对曝光后的透明石英玻璃基材进行后烘处理，于65-95°C烘20min，4)制备纳米金属丝结构，参照图2-1，制备方式为湿法腐蚀的方法，采用磁控溅射在制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材的SU-8结构层上蒸镀几十纳米厚度的第一金属层5和第二金属层6，第一金属层5采用Cr，厚度为30nm ；第二金属层6采用Au，厚度为 50nm，参照图3-1，然后在第二金属层6上旋涂一层数百纳米的电子束光刻胶7，热板烘烤 180°C，烘烤3min，采用加速电压为30kV的电子束光刻设备进行电子束直写加工，并采用标准的电子束光刻胶显影液进行显影，形成IOOnm线宽500nm周期的图形8，然后以显影后所得到的电子束光刻胶的纳米结构做掩蔽层，参照图4-1，采用化学腐蚀试剂对暴露的部分金属层进行湿法腐蚀，用碘溶液腐蚀Au，用硝酸铈铵+乙酸溶液腐蚀Cr，形成纳米金属线图形，参照图5-1，最后采用氯苯浸泡去除电子束光刻胶，形成纳米金属丝9 ；5)显影，参照图6-1和图7-1，以制备的纳米金属丝9作为掩蔽，采用SU_8标准显影液浸泡，去除未曝光的区域，同时形成微流道10以及悬空的纳米金属丝9。实施例2-采用Lift-off制备纳米金属丝结构一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺，包括以下步骤 1)将透明石英玻璃基材1于体积比为7 3的浓和H2A的混合物中在90°C 水浴30min，先用丙酮和IPA清洗，丙酮45°C超声15min，IPA常温超声15min，再用去离子水清洗lOmin，氮气吹干，然后于150°C以上烘干，2)在透明石英玻璃基材1表面用喷涂或旋涂的方式制备一层SU-8光刻胶2，SU_8 光刻胶2的厚度为1-lOOum，再进行前烘处理，于65-95°C烘lOmin，3)参照图1-2，对制备了 SU-8光刻胶2的透明石英玻璃基材1进行365nm紫外光 4紫外曝光20-150S，紫外曝光所采用掩模板3图形为微流道结构图形，对曝光后的透明石英玻璃基材1进行后烘处理，于65-95 °C烘20min，4)制备纳米金属丝结构，制备方式为Lift-off的方法，参照图2-2，先在制备了 SU-8光刻胶2的透明石英玻璃基材1的SU-8光刻胶2层上旋涂一层厚度为几百纳米的电子束光刻胶7，热板烘烤180°C，3min，参照图3_2，采用加速电压为30kV的电子束光刻设备进行电子束直写加工，形成IOOnm线宽500nm周期的图形8，参照图4_2，然后采用磁控溅射设备在电子束光刻胶纳米图形上蒸镀数十纳米的第一金属5和第二金属6，第一金属5为 Cr，厚度为30nm ；第二金属6为Au，厚度为50nm ；参照图5-2，最后采用氯苯浸泡，lift-off 去除电子束光刻胶7及其上方的金属5、6，形成纳米金属丝9 ； 5)显影，参照图6-2和图7-2，以制备的纳米金属丝9作为掩蔽，采用SU_8标准显影液浸泡，去除未曝光的区域，同时形成微流道10以及悬空的纳米金属丝9。
权利要求
1. 一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤1)将透明石英玻璃基材于体积比为7 3的浓和H2A的混合物中在90°C水浴 30min，先用丙酮和IPA清洗，再用去离子水清洗，然后于150°C以上烘干，2)在透明石英玻璃基材表面用喷涂或旋涂的方式制备一层SU-8光刻胶，SU-8光刻胶的厚度为几微米至数百微米，再进行前烘处理，于65-95°C烘lOmin，3)对制备了SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材进行365nm紫外曝光，紫外曝光所采用掩模板图形为微流道结构图形，对曝光后的透明石英玻璃基材进行后烘处理，于65-95°C烘 20min，4)制备纳米金属丝结构，制备方式有湿法腐蚀和Lift-off两种，湿法腐蚀的方法采用磁控溅射在制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材的SU-8结构层上蒸镀几十纳米厚度的金属层，金属层为一种金属的金属层或两种不同种类金属的金属层，然后在金属层上旋涂一层数百纳米的电子束光刻胶^P520A，采用加速电压为30kV 的电子束光刻设备进行电子束直写加工，并采用标准的电子束光刻胶显影液进行显影，形成周期性的纳米结构图形，然后以显影后所得到的电子束光刻胶的纳米结构做掩蔽层，采用化学腐蚀试剂对暴露的部分金属层进行湿法腐蚀，形成纳米金属线图形，最后采用氯苯浸泡去除电子束光刻胶，形成纳米金属丝；Lift-off的方法先在制备了 SU-8光刻胶的透明石英玻璃基材的SU-8光刻胶层上旋涂一层厚度为几百纳米的电子束光刻胶，采用加速电压为30kV的电子束光刻设备进行电子束直写加工，形成周期性的电子束光刻胶纳米图形，然后采用磁控溅射设备在电子束光刻胶纳米图形上蒸镀数十纳米的金属层，金属层为一种金属的金属层或两种不同种类金属的金属层，最后采用氯苯浸泡lift-off去除电子束光刻胶及其上方的金属，形成纳米金属丝；5)显影，以制备的纳米金属丝作为掩蔽，采用SU-8标准显影液浸泡，去除未曝光的区域，同时形成微流道以及悬空的纳米金属丝。
全文摘要
一种具有加热功能的微流体通道的制造工艺，先将透明石英玻璃基材清洗，在其表面制备一层SU-8光刻胶，再进行紫外曝光，紫外曝光所采用掩模板图形为微流道结构图形，然后制备纳米金属丝结构，制备方式有湿法腐蚀和Lift-off两种，最后以制备的纳米金属丝作为掩蔽，采用SU-8标准显影液浸泡，去除未曝光的区域，同时形成微流道以及悬空的纳米金属丝；在制备纳米金属丝的同时，也制作出了微流道，采用电子束直写的工艺进行纳米金属丝的加工成形，其微流道的尺度更小更精密，可作为纳米金属导线的支撑。
文档编号B81C1/00GK102275866SQ201110193100
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者丁玉成, 刘红忠, 邵金友, 黎相孟 申请人:西安交通大学