[发明专利]微色谱柱及微热导检测器的集成芯片及制备方法

说明书

本发明提供一种微色谱柱及微热导检测器的集成芯片及制备方法，包括：双抛硅片，具有第二面及相对的第一面；图形化堆叠结构，包含交叉网状结构，其下方具有释放槽，图形化堆叠结构悬挂于释放槽中；盖基片，键合于第一面，盖基片具有微沟槽，图形化堆叠结构位于微沟槽内；微色谱柱的微沟道，形成于第二面中，微沟道内具有微柱阵列，微沟道与释放槽连通；底基片，键合于第二面，以形成包含微沟槽、释放槽及微沟道的微通道。本发明的微热导检测器和微色谱柱分别位于双抛硅片的第一面和第二面上，增加了设计的灵活性和工艺制作的可控性。本发明无需额外的连接部件，具有死体积低、灵敏度高等优点。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种微色谱柱及微热导检测器的集成芯片及制备方法。

背景技术

气相色谱仪是一种重要的分析仪器，其应用十分广泛。传统的气相色谱仪由于体积大、功耗高、重量重，一般只能在实验室内使用。然而，在当前环境安全、生产安全、食品安全、公共安全监测等方面需要对复杂气体组份进行实时、现场、快速检测，急需研发一种微型气相色谱仪。色谱柱和热导检测器是气相色谱仪的两个关键部件，国内外相关研究小组一般采用MEMS技术，将色谱柱、热导检测器芯片化，最终实现气相色谱仪的微型化。

色谱柱芯片和热导检测器芯片的连接会带来新的死体积，这不利于提高微型气相色谱的分离检测性能。为了进一步提高分离、检测性能，研究人员尝试将微色谱柱和微热导检测器集成在同一块芯片上，在硅的同一表面设计制备微色谱柱和微热导检测器(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))。然而在硅衬底的同一表面制备微色谱柱和微热导检测器的集成芯片时，由于要兼顾微热导检测器热敏电阻的释放，即在深刻蚀完成后还要采用各向同性腐蚀方法去除热敏电阻下方的硅，这时热敏电阻所在微沟道、色谱柱的微沟道及微沟道内的微柱阵列也将被同时腐蚀，也就是说无法精确控制器件的几何尺寸，其工艺的可控性较差，且制作的集成芯片死体积大，降低了器件性能。

基于以上所述，提供一种可以有效集成气相色谱柱及微热导检测器的集成芯片及制备方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微色谱柱及微热导检测器的集成芯片及制备方法，用于解决现有技术中微色谱柱和微热导检测器集成较为困难或器件性能不足的问题。

为实现上述目的及他相关目的，本发明提供一种微色谱柱及微热导检测器的集成芯片，包括：双抛硅片，包含第一面以及相对的第二面；包含硅支撑层-第一介质薄膜-热敏电阻-第二介质薄膜的图形化堆叠结构，所述图形化堆叠结构包含交叉网状结构，所述图形化堆叠结构的硅支撑层下方的所述双抛硅片被去除形成的释放槽，所述图形化堆叠结构悬挂于所述释放槽中；盖基片，键合于所述双抛硅片的第一面，所述盖基片具有微沟槽，所述图形化堆叠结构位于所述微沟槽内；微色谱柱的微沟道，形成于所述第二面中，所述微沟道内具有微柱阵列，所述微沟道与所述释放槽连通；以及底基片，键合于所述双抛硅片的第二面，以形成包含所述微沟槽、所述释放槽及所述微沟道的微通道。

优选地，所述双抛硅片的第一面还形成有焊盘凹槽，所述焊盘凹槽中形成有焊盘结构，所述焊盘结构与所述热敏电阻电性相连。

优选地，所述交叉网状结构具有多个延伸部，各延伸部与所述双抛硅片连接，以支撑所述交叉网状结构。

优选地，所述热敏电阻呈锯齿状沿所述交叉网状结构延伸，并与所述焊盘结构相连接。

优选地，所述热敏电阻所采用的金属包括Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层及W/Re叠层中的一种。