一种阶梯型微纳米尺度槽道模型及其制备方法与流程

本发明涉及一种阶梯型微纳米尺度槽道模型，还涉及一种阶梯型微纳米尺度槽道模型的制备方法。

背景技术：

在石油天然气开采、药物输送和生物研究领域，通常涉及到微纳米缝隙内的流动特性问题，如何模拟微纳米尺度孔隙内的流动特性对提高油气田开采效率和药物输送效率具有重要意义。目前利用为微机械电子(mems)加工方法可以制备微米级的槽道，但对于纳米级槽道由于受到刻蚀技术的限制，还只能采用电子束曝光的方法，该方法成本很高，槽道长度和面积不能太大，限制了微纳米槽道模型的应用范围。

技术实现要素：

为了解决微纳米尺度槽道模型结构复杂加工成本高的问题，本发明提供了一种阶梯型微纳米尺度槽道模型及其制备方法，该阶梯型微纳米尺度槽道模型结构简单，通过两次刻蚀的刻蚀方法可以实现纳米级槽道的制备，同时可以通过微槽道测量段内的流动可视化测量得到纳米槽道内部的流动速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阶梯型微纳米尺度槽道模型，包括基底，基底的上表面内含有依次连通的微槽道发展段、纳米槽道和微槽道测量段，基底还设有通孔状的入口和出口，微槽道发展段通过入口与基底的下表面外连通，微槽道测量段通过出口与基底的下表面外连通，纳米槽道的底面到基底的上表面的距离小于微槽道发展段的底面到基底的上表面的距离，纳米槽道的底面到基底的上表面的距离小于微槽道测量段的底面到基底的上表面的距离。

一种上述阶梯型微纳米尺度槽道模型的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、第一次刻蚀；

在基底的上表面对拟形成微槽道发展段、纳米槽道和微槽道测量段的部位进行第一次刻蚀，该第一次刻蚀的刻蚀深度为十纳米至二百纳米；

步骤2、第二次刻蚀；

在基底的上表面对拟形成微槽道发展段和微槽道测量段的部位进行第二次刻蚀，该第二次刻蚀后形成微槽道发展段和微槽道测量段；

步骤3、打孔；

在基底上打孔，形成入口和出口。

本发明的有益效果是：该阶梯型微纳米尺度槽道模型结构简单，通过两次刻蚀的刻蚀方法可以实现纳米级槽道的制备，同时可以通过微槽道测量段内的流动可视化测量得到纳米槽道内部的流动速度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述阶梯型微纳米尺度槽道模型的俯视图。

图2是图1中沿a-a方向的剖视图。

1、入口；2、微槽道入口腔；3、微槽道发展段；4、纳米槽道；5、微槽道测量段；6、微槽道出口腔；7、出口；8、玻璃盖板；9、基底。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种阶梯型微纳米尺度槽道模型，包括基底9，基底9的上表面内含有依次连通的微槽道发展段3、纳米槽道4和微槽道测量段5，基底9还设有通孔状的入口1和出口7，微槽道发展段3通过入口1与基底9的下表面外连通，微槽道测量段5通过出口7与基底9的下表面外连通，纳米槽道4的底面到基底9的上表面的距离小于微槽道发展段3的底面到基底9的上表面的距离，即纳米槽道4的深度小于微槽道发展段3的深度，纳米槽道4的底面到基底9的上表面的距离小于微槽道测量段5的底面到基底9的上表面的距离，即纳米槽道4的深度小于微槽道测量段5的深度，如图1和图2所示。

在本实施例中，微槽道发展段3、纳米槽道4和微槽道测量段5均为条形凹槽，微槽道发展段3、纳米槽道4和微槽道测量段5位于同一条直线上，如图1所示，微槽道发展段3的深度、纳米槽道4的深度和微槽道测量段5的深度分别为其在图2中上下方向的尺寸。

在本实施例中，微槽道发展段3的底面到基底9的上表面的距离等于微槽道测量段5的底面到基底9的上表面的距离，即微槽道发展段3的深度等于微槽道测量段5的深度，微槽道发展段3、纳米槽道4和微槽道测量段5的宽度相同，微槽道发展段3的宽度、纳米槽道4的宽度和微槽道测量段5的宽度分别为其在图1中上下方向的尺寸，优选微槽道发展段3和微槽道测量段5互为镜像。具体的，纳米槽道4的底面到基底9的上表面的距离为十纳米至二百纳米，如纳米槽道4的底面到基底9的上表面的距离为二十纳米至一百纳米，微槽道发展段3的底面到基底9的上表面的距离为十微米至九十微米，如微槽道发展段3的底面到基底9的上表面的距离为二十微米至六十微米。

在本实施例中，基底9的上表面内还设有微槽道入口腔2，微槽道入口腔2为正四棱柱状或圆柱状的凹槽，微槽道入口腔2的中心线与入口1的中心线重合，微槽道发展段3通过微槽道入口腔2与入口1连通，入口1上端的面积小于微槽道入口腔2的底面的面积，微槽道入口腔2的底面到基底9的上表面的距离等于微槽道发展段3的底面到基底9的上表面的距离，即微槽道入口腔2的深度等于微槽道发展段3的深度，如图1和图2所示。

在本实施例中，基底9的上表面内还设有微槽道出口腔6，微槽道出口腔6为正四棱柱状或圆柱状的凹槽，微槽道测量段5的中心线与出口7的中心线重合，微槽道测量段5通过微槽道出口腔6与出口7连通，出口7上端的面积小于微槽道出口腔6的底面的面积，微槽道出口腔6的底面到基底9的上表面的距离等于微槽道测量段5的底面到基底9的上表面的距离，即微槽道出口腔6的深度等于微槽道测量段5的深度，如图1和图2所示。

在本实施例中，基底9为硅片，基底9的上表面上设有玻璃盖板8，玻璃盖板8和基底9上下层叠密封设置，即玻璃盖板8与基底9的上表面密封连接。

下面介绍一种上述阶梯型微纳米尺度槽道模型的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、第一次刻蚀；

在基底9的上表面对拟形成微槽道发展段3、纳米槽道4和微槽道测量段5的部位进行第一次刻蚀，该第一次刻蚀的刻蚀深度为十纳米至二百纳米；

步骤2、第二次刻蚀；

在基底9的上表面对拟形成微槽道发展段3和微槽道测量段5的部位进行第二次刻蚀，该第二次刻蚀的刻蚀深度为十微米至九十微米左右，该第二次刻蚀后形成微槽道发展段3和微槽道测量段5，纳米槽道4不进行第二次刻蚀；

步骤3、打孔；

在基底9上打孔，形成入口1和出口7。

上述过程仅为上述阶梯型微纳米尺度槽道模型的制备方法的简要介绍，该阶梯型微纳米尺度槽道模型的制备方法具体的，包括以下步骤：

首先，利用低温化学气相淀积工艺在基底9的上表面生长出200nm～250nm的氧化硅层，该氧化硅层为去应力层；然后利用低温化学气相淀积工艺在该氧化硅层上再次生长出200nm～250nm的氮化硅层，该氮化硅层作为体硅腐蚀阻挡层。

步骤1、第一次刻蚀；

在基底9的上表面对拟形成微槽道入口腔2、微槽道发展段3、纳米槽道4、微槽道测量段5和微槽道出口腔6的部位进行第一次刻蚀，该第一次刻蚀采用深离子蚀刻技术(rie)，该第一次刻蚀的刻蚀深度为十纳米至二百纳米；

步骤2、第二次刻蚀；

在基底9的上表面仅对拟形成微槽道入口腔2、微槽道发展段3、微槽道测量段5和微槽道出口腔6的部位进行第二次刻蚀，该第二次刻蚀采用感应耦合等离子蚀刻技术(icp)，该第二次刻蚀的刻蚀深度为十微米至九十微米左右，该第二次刻蚀后形成图1和图2所示最终的微槽道入口腔2、微槽道发展段3、微槽道测量段5和微槽道出口腔6，在第二次刻蚀时利用刻蚀胶保护住纳米槽道4，纳米槽道4不进行第二次刻蚀；

步骤3、打孔；

利用激光打孔的方法，在基底9上打孔，形成入口1和出口7；

步骤4、利用阳极键合工艺将基底9与玻璃盖板8键合实现整体的封装，形成图2所述的阶梯型微纳米尺度槽道模型。

该阶梯型微纳米尺度槽道模型结构简单，通过两次刻蚀的刻蚀方法可以实现纳米级槽道的制备，同时可以通过微槽道测量段内的流动可视化测量得到纳米槽道内部的流动速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。