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CN109289946A - 一种太赫兹pdms微流控型谐振腔芯片及其制备方法 - Google Patents

一种太赫兹pdms微流控型谐振腔芯片及其制备方法 Download PDF

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CN109289946A CN201811056355.7A CN201811056355A CN109289946A CN 109289946 A CN109289946 A CN 109289946A CN 201811056355 A CN201811056355 A CN 201811056355A CN 109289946 A CN109289946 A CN 109289946A
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陈麟
殷恒辉
杨冰洋
雍有
杨涵
杨洁
许恩豪
朱亦鸣
庄松林
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University of Shanghai for Science and Technology
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Abstract

本发明提出的一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备太赫兹芯片；步骤2：制备PDMS膜；步骤2.1：添加硅胶基料与固化剂至PDMS(聚二甲基硅氧烷)混合液内，充分搅拌后制得PDMS基底液；步骤2.2：抽滤PDMS基底液；步骤2.3：将PDMS基底液通过导管均匀浇灌于一掩膜版上；步骤2.4：加热掩膜版，制得固化的PDMS膜；步骤2.5：对PDMS膜进行切割和打孔；步骤3：PDMS膜键合于太赫兹芯片的谐振环处，形成微流控型谐振腔。在本申请中,结构简单，采用了金或其他导体材料作为金属层的材质，目的是克服太赫兹芯片在液体的测量方式上存在着的一定缺陷，使用PDMS来制作谐振腔，从而可以实现定点定量，实时的液体测量，且工序简单可实现批量生产。

Description

一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法。
背景技术
太赫兹(THz)波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，从此使得人们能够研究太赫兹。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、天文学、光谱与成像技术以及信息科学等领域有着广泛的应用，所以研究太赫兹有着重大意义。表面太赫兹凹槽结构可以传输太赫兹表面波，在太赫兹集成电路及太赫兹芯片传感领域有着重要的应用。但是在太赫兹芯片在液体的测量方式上存在着一定的缺陷，并不能定点定量，实时的测量液体成分。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法，使用PDMS来制作谐振腔，从而可以实现定点定量，实时的液体测量，且工序简单可实现批量生产。
为了实现上述目的，本发明提出一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备太赫兹芯片；
步骤2：制备PDMS膜；
步骤2.1：配置基底液：添加硅胶基料与固化剂至PDMS(聚二甲基硅氧烷)混合液内，充分搅拌后制得PDMS基底液；
步骤2.2：抽滤:抽滤所述PDMS基底液；
步骤2.3：定型：将所述PDMS基底液通过导管均匀浇灌于一掩膜版上；
步骤2.4：固化：加热所述掩膜版，制得固化的PDMS膜；
步骤2.5：裁切：对所述PDMS膜进行切割和打孔；
步骤3：键合：所述PDMS膜键合于所述太赫兹芯片的谐振环处，形成微流控型谐振腔。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，所述太赫兹芯片的制备步骤如下：
步骤1.1：清洗：采用超声波对硅基片进行清洗，依次选用去离子水10min、甲醇15min、丙酮30min、甲醇10min、去离子水10min。
步骤1.2：镀石英层：将所述硅基片进行抽真空处理，并在所述硅基片表面镀化一层石英层，即得镀有石英层的硅基片；
步骤1.3：涂底：将所述硅基片烘烤并冷却至室温后，使用光刻胶对所述硅基片进行静态滴胶，使所述硅基片的所述石英层表面形成光刻胶涂层；
步骤1.4：前烘：将所述硅基片置于100℃下烘烤3min；
步骤1.5：对准、曝光和显影：将所需图形在所述硅基片表面上准确定位，曝光70～72s，通过曝光将所需图形转移到所述光刻胶涂层上；而后显影1～3min，将未感光的负胶或感光的正胶去除，在所述光刻胶涂层上显示出所需图形；
步骤1.6：后烘：将硅基片置于120℃下烘烤3min，然后于室温内冷却。
步骤1.7：镀金属层：将所述硅基片进行抽真空处理，并在所述光刻胶涂层表面镀化一层具有导体作用的金属层，即得太赫兹芯片，所述金属层即为所述谐振环；
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤1.2中，使用真空蒸镀机对所述硅基片进行抽真空处理，真空度达到1.3×10-2～1.3×10-3P1.1；石英在高温下融化，冷却还原后在所述硅基片表面形成石英层。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤1.3中，所述硅基片进行烘烤的温度为2100℃，烘烤的时间为30min。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤1.5中，所述曝光时间为71s，所述显影时间为2min。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤1.7中，使用真空蒸镀机对所述硅基片进行抽真空处理，真空度达到1.3×10-2～1.3×10-3P1.1；金在1200℃～1400℃的温度下溶化并蒸发成气态金，所述气态金的微粒在所述硅基片表面沉积，经冷却还原后于所述光刻胶涂层表面形成所述金属层；所述金属层的厚度为300～500nm。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤2.1中，所述硅胶基料与固化剂的配置质量比为10：1。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤2.3至2.4中，所述掩膜版的图形厚度为50μm，所述掩膜版置放于一培养皿内，所述培养皿放置在恒温加热箱内烘烤，在80℃下烘烤2h。
进一步地，在所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法中，在步骤2.5中，利用打孔器在所述PDMS膜的进液口及出液口处打孔。
本发明还提出一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片，结构自上而下依次包括PDMS膜、金属层、光刻胶涂层、石英层和硅基片，使用上述的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：结构简单，采用了金或其他导体材料作为金属层的材质，目的是克服太赫兹芯片在液体的测量方式上存在着的一定缺陷，使用PDMS来制作谐振腔，从而可以实现定点定量，实时的液体测量，且工序简单可实现批量生产。
附图说明
图1为本发明中太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片制备方法的流程示意图；
图2为本发明中太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的俯视结构示意图；
图3为本发明中太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的剖面结构示意图。
其中：硅基片1、金属层2、PDMS膜3、进液口31、出液口32。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提出一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备太赫兹芯片；
步骤1.1：清洗：采用超声波对硅基片1进行清洗，依次选用去离子水10min、甲醇15min、丙酮30min、甲醇10min、去离子水10min。
步骤1.2：镀石英层：使用真空蒸镀机对硅基片1进行抽真空处理，真空度达到1.3×10-2～1.3×10-3P1.1；石英在高温下融化，冷却还原后在硅基片1表面形成石英层，即得镀有石英层的硅基片1；
步骤1.3：涂底：硅基片1置于2100℃的烘箱内烘烤30min，取出后静置，直至硅基片1的温度与室温相差不大时，使用光刻胶对硅基片1进行静态滴胶，使硅基片1的石英层表面形成光刻胶涂层；
步骤1.4：前烘：将硅基片1置于100℃的烘箱内烘烤3min，促进光刻胶涂层内溶剂充分挥发，使光刻涂胶层干燥，增加其粘附性及耐磨性；
步骤1.5：对准、曝光和显影：将所需图形在硅基片1表面上准确定位，曝光71s，通过曝光将所需图形转移到光刻胶涂层上；而后显影2min，未感光的负胶或感光的正胶溶解在显影液中并去除，在光刻胶涂层上显示出所需图形；
步骤1.6：后烘：将硅基片1置于120℃的烘箱内烘烤3min，去除光刻涂胶层上残留的显影液，增强光刻涂胶层与石英层之间的附着力，然后放置室温冷却。
步骤1.7：镀金属层2：使用真空蒸镀机对硅基片1进行抽真空处理，真空度达到1.3×10-2～1.3×10-3P1.1；加热坩锅使高纯度的金在1200℃～1400℃的温度下溶化并蒸发成气态金，气态金的微粒在移动的硅基片1表面沉积，经冷却还原后于光刻胶涂层表面形成一层连续而光亮的金属层2，即得太赫兹芯片，金属层2即为谐振环；通过控制金的蒸发速度、硅基片1的移动速度以及真空蒸镀机内的真空度，使金属层2的厚度为300～500nm。
步骤2：制备PDMS膜3；
步骤2.1：配置基底液：采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)混合液作为基底，硅胶基料与固化剂按照质量比10：1进行配制，两者按量混合后充分搅拌5分钟，使制得的PDMS基底液中浓度均匀；
步骤2.2：抽滤:将PDMS基底液置于真空箱中进行抽滤，反复抽真空，直至PDMS基底液内无明显气泡；
步骤2.3：定型：事先制作一3寸的掩膜版，掩膜版的图形厚度为50μm，将掩膜版置放于一培养皿内，PDMS基底液通过导管均匀浇灌于掩膜版上；
步骤2.4：固化：将浇灌后的培养皿置于恒温加热箱内，在80℃下烘烤2h，制得固化的PDMS膜3；
步骤2.5：裁切：对PDMS膜3按需求进行切割，利用打孔器在进液口31以及出液口32处打孔；
步骤3：键合：PDMS膜3键合于太赫兹芯片的谐振环处，即PDMS膜3键合于金属层2上，PDMS膜3的腔体与金属层2结合形成微流控型谐振腔。
进一步地，在本实施例中，光刻胶使用正胶AZp4620，曝光区域更加容易溶解于显影液。同时，制作芯片时采用的金属层2材质亦可为除金以外的其他导体材料。
本发明还提出一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片，如图2至图3所示，结构自上而下依次包括PDMS膜3、金属层2、光刻胶涂层、石英层和硅基片1，使用上述的制备方法制备得到。其中，PDMS膜3底侧具有空腔结构，空腔结构将金属层2全部覆盖，PDMS膜3顶侧开设的进液口31以及出液口32分别通过90°直角的通道与空腔结构连通，方便液体从进液口31流入空腔结构内，与金属层2表面充分完全接触后，再从出液口32流出。
综上，在本实施例中，提出的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片及其制备方法，结构简单，采用了金或其他导体材料作为金属层的材质，目的是克服太赫兹芯片在液体的测量方式上存在着的一定缺陷，使用PDMS来制作谐振腔，从而可以实现定点定量，实时的液体测量，且工序简单可实现批量生产。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备太赫兹芯片；
步骤2：制备PDMS膜；
步骤2.1：配置基底液：添加硅胶基料与固化剂至PDMS(聚二甲基硅氧烷)混合液内，充分搅拌后制得PDMS基底液；
步骤2.2：抽滤:抽滤所述PDMS基底液；
步骤2.3：定型：将所述PDMS基底液通过导管均匀浇灌于一掩膜版上；
步骤2.4：固化：加热所述掩膜版，制得固化的PDMS膜；
步骤2.5：裁切：对所述PDMS膜进行切割和打孔；
步骤3：键合：所述PDMS膜键合于所述太赫兹芯片的谐振环处，形成微流控型谐振腔。
2.根据权利要求1所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，所述太赫兹芯片的制备步骤如下：
步骤1.1：清洗：采用超声波对硅基片进行清洗，依次选用去离子水10min、甲醇15min、丙酮30min、甲醇10min、去离子水10min。
步骤1.2：镀石英层：将所述硅基片进行抽真空处理，并在所述硅基片表面镀化一层石英层，即得镀有石英层的硅基片；
步骤1.3：涂底：将所述硅基片烘烤并冷却至室温后，使用光刻胶对所述硅基片进行静态滴胶，使所述硅基片的所述石英层表面形成光刻胶涂层；
步骤1.4：前烘：将所述硅基片置于100℃下烘烤3min；
步骤1.5：对准、曝光和显影：将所需图形在所述硅基片表面上准确定位，曝光70～72s，通过曝光将所需图形转移到所述光刻胶涂层上；而后显影1～3min，将未感光的负胶或感光的正胶去除，在所述光刻胶涂层上显示出所需图形；
步骤1.6：后烘：将硅基片置于120℃下烘烤3min，然后于室温内冷却。
步骤1.7：镀金属层：将所述硅基片进行抽真空处理，并在所述光刻胶涂层表面镀化一层具有导体作用的金属层，即得太赫兹芯片，所述金属层即为所述谐振环。
3.根据权利要求2所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤1.2中，使用真空蒸镀机对所述硅基片进行抽真空处理，真空度达到1.3×10-2～1.3×10-3P1.1；石英在高温下融化，冷却还原后在所述硅基片表面形成石英层。
4.根据权利要求2所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤1.3中，所述硅基片进行烘烤的温度为2100℃，烘烤的时间为30min。
5.根据权利要求2所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤1.5中，所述曝光时间为71s，所述显影时间为2min。
6.根据权利要求2所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤1.7中，使用真空蒸镀机对所述硅基片进行抽真空处理，真空度达到1.3×10-2～1.3×10-3P1.1；金在1200℃～1400℃的温度下溶化并蒸发成气态金，所述气态金的微粒在所述硅基片表面沉积，经冷却还原后于所述光刻胶涂层表面形成所述金属层；所述金属层的厚度为300～500nm。
7.根据权利要求1所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤2.1中，所述硅胶基料与固化剂的配置质量比为10：1。
8.根据权利要求1所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤2.3至2.4中，所述掩膜版的图形厚度为50μm，所述掩膜版置放于一培养皿内，所述培养皿放置在恒温加热箱内烘烤，在80℃下烘烤2h。
9.根据权利要求1所述的太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片的制备方法，其特征在于，在步骤2.5中，利用打孔器在所述PDMS膜的进液口及出液口处打孔。
10.一种太赫兹PDMS微流控型谐振腔芯片，其特征在于，结构自上而下依次包括PDMS膜、金属层、光刻胶涂层、石英层和硅基片，使用权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制备得到。
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