CN101817256B - 基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法 - Google Patents
基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101817256B CN101817256B CN2010101604655A CN201010160465A CN101817256B CN 101817256 B CN101817256 B CN 101817256B CN 2010101604655 A CN2010101604655 A CN 2010101604655A CN 201010160465 A CN201010160465 A CN 201010160465A CN 101817256 B CN101817256 B CN 101817256B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mask
- etching
- photoresist
- chromium
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 100
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 50
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 50
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 31
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 26
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 26
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 18
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 18
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 15
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910000887 (NH4)2Ce(NO3)5·4H2O Inorganic materials 0.000 claims description 9
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000347 anisotropic wet etching Methods 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法。喷印头包括碳纳米管微气泡发生器和微流体结构，微流体结构包括主通道、毛细通道、微腔室和喷嘴。碳纳米管微气泡发生器和微流体结构分别制作。采用硅表面加工和体硅加工工艺制作喷印头结构，前者主要包括光刻制作图形，磁控溅射工艺制作掩膜，湿法腐蚀掩膜等；后者主要采用湿法腐蚀和干法刻蚀相结合的方法来制作微流体结构。用紫外固化键合方法将双微气泡发生器和微流体结构接合形成完整的喷印头结构。本发明具有很高的空间分辨率、很高的频率响应和很低的功耗。它消除了次液滴问题，有效提高了喷印图形的质量。并具有良好的高密度集成的潜力，在先进制造领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于微机电系统技术领域，具体涉及一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法。
技术背景
喷印成像技术已经成为大幅面数字喷绘、数字照片打印、数字印刷、数字彩色打样以及家庭和办公室彩色输出系统首选的彩色硬拷贝技术，获得广泛的应用和巨大的商业成功。除了喷墨打印外，喷印技术还能够提供非接触的多种液体的微分配，有着非常广泛的应用，譬如：生物流体打印、制作液晶显示用彩色滤光片、数字化制作PCB、药物注射和燃料注入等等。它还有望为构建具有复杂功能的集成系统(如生物组织工程，大平面柔性平板器件等)提供一种自下而上、简单有效的实施方案。在可预见的未来，高可靠性、低制作成本以及高性能(高图形质量、高的频率响应以及高空间分辨率)的微喷印系统将得到密切关注并在商业领域和其它特殊领域得到广泛应用。
现有的喷印技术中，气泡式喷印是基于微加热器的一种简易的喷印技术。微气泡发生器是热喷印系统的核心，目前大都采用基于传统金属材料的微加热器，功耗较大。金属碳纳米管(CNT)是一种优良的微波导体，理论上单壁的碳纳米管的导通频率可达THz，有报道实际达到GHz。
产生喷印液体是喷印头最主要的功能。喷印头包括液体供给系统和喷射液体产生系统。液体供给系统保证按照一定压力(静压)向喷印头微腔室提供待喷印液体；而喷印液体产生系统实际上就是一种脉冲压力产生系统，即按照一定的工作频率(数字脉冲)在微腔室内产生一个脉冲压力(动压)，从而将待喷印液体从喷嘴挤压出去，形成喷印液滴。
各种各样的刺激源当中，热气泡喷印由于制作工艺简单，是最具应用前景的方法之一，它具有非常高的空间分辨率(喷嘴的密度高于300dpi)，高频率响应(大于10kHz)和低成本等优点。热气泡技术是利用制作在微腔室内的微型加热器，通过电脉冲控制，加热使液体温度升高，从而使加热器表面的液体气化产生气泡，用气泡长大产生的压力将液体从喷嘴挤压出去而形成喷射液滴。热气泡喷印器件结构简单，小型化容易，可以实现较高的喷嘴集成度，同时制作成本较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头，该喷印头具有精度高、功耗低和集成度高的特点；本发明还提供了该喷印头的制备方法。
本发明提供的一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头，其特征在于，该喷印头包括衬底、盖板、主通道、毛细通道和至少一个喷印单元；喷印单元由微腔室，第一、第二碳纳米管微气泡发生器和喷嘴组成；
微腔室和主通道均位于衬底的上部，微腔室与主通道之间通过毛细通道连接，盖板的底部上设置有第一、第二碳纳米管微气泡发生器；
盖板和衬底封装为一体，且第一、第二碳纳米管微气泡发生器位于微腔室的顶部，喷嘴的上部与位于微腔室的底部，喷嘴的下部穿透衬底，且喷嘴的中心与第一、第二碳纳米管微气泡发生器的间隙相对；
当喷印单元的数量多于一个时，各喷印单元成阵列布置。
上述的喷印头的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
第1步，在盖板上制备第一、第二纳米管微气泡发生器，在衬底上制备微流体结构，微流体结构由所述微腔室、毛细通道、主通道和喷嘴构成；
第2步：按照下述过程将盖板和衬底键合：
(2.1)在制备有第一、第二碳纳米管微气泡发生器的盖板表面涂紫外胶；
(2.2)将盖板固定在干净透明的玻璃板上，作为光刻机对准的掩膜版；
(2.3)将盖板和带微流体结构的衬底间的图形对准；
(2.4)对准后紫外灯曝光3～5分钟；
(2.5)从玻璃板上取下已键合的盖板和衬底。
本发明利用碳纳米管良好的微波导电性构建基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头，喷印头由双碳纳米管微气泡发生器和微流体结构两部分组成。碳纳米管微气泡发生器高集成密度、功耗低的特点保证了喷印头结构具有高的空间分辨率、很高的频率响应和很低的功耗。更为重要的是，它消除了次液滴问题，有效提高了喷印图形的质量。本发明克服了一般喷印头存在次液滴现象的缺点，并具有良好的高密度集成的潜力，在先进制造领域具有广泛的应用前景。
碳纳米管微气泡发生器(Carbon Nanotube Micro-Bubble Generator)用碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)作为基本加热元件，利用金属碳纳米管在纳米尺度上提供的高密度焦耳热，通过控制加热电流或电压来控制产生气泡的时间，气泡尺寸可控制在微米量级。
本发明提供的工艺与半导体IC工艺兼容。
附图说明
图1为双碳纳米管微气泡发生器喷印头结构剖视示意图。
图2为双碳纳米管微气泡发生器喷印头结构俯视示意图。
图3为单个碳纳米管微气泡发生器纵向结构示意图。
图4为单个碳纳米管微气泡发生器剖视示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明喷印头的结构包括：衬底1，盖板2，主通道7、至少一个喷印单元，喷印单元与主通道7之间通过毛细通道6连接，
如图2所示，每个喷印单元由微腔室3，第一、第二碳纳米管微气泡发生器4、5和喷嘴8组成。当有多个喷印单元时，各喷印单元成阵列布置。
微腔室3和主通道7均位于衬底1的上部，盖板2的底部上设置有第一、第二碳纳米管微气泡发生器4、5。
盖板2和衬底1封装为一体，且第一、第二碳纳米管微气泡发生器4、5位于微腔室的顶部，喷嘴8的上部与位于微腔室的底部，喷嘴8的下部穿透衬底1，且喷嘴8的中心与第一、第二碳纳米管微气泡发生器4、5的间隙相对。微腔室3，毛细通道6，主通道7和喷嘴8构成微流体结构；通常而言，衬底1为硅片，盖板2采用玻璃。.
制备上述基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头的方法，其步骤包括：
(1)制备碳纳米管微气泡发生器和微流体结构：
(A)按照步骤(A.1)～(A.3)在盖板2上制作第一、第二碳纳米管微气泡发生器。
为了工艺方便，可以将第一、第二碳纳米管微气泡发生器平行布置，并且两者之间的中心距离为20～40μm：
(A1)采用电子束蒸发或溅射，在清洗后的盖板2上依次形成厚度为10～30nm的钛膜和厚度为300～400nm金膜；再利用现有剥离工艺形成二个金电极，二个金电极之间的距离为1～10μm；
(A2)在上述金电极上加载交流电压，再将碳纳米管悬浮液滴到电极间，碳纳米管悬浮液由直径为10～30nm碳纳米管与无水乙醇溶剂按0.005～0.05mg/ml比例混合而成；当碳纳米管将电极连通并定位在电极间时，撤除所加交流电压；
(A3)在碳纳米管与金电极的接触部位形成厚度为100～300nm的二氧化硅层，形成第一、第二碳纳米管微气泡发生器；
(B)在衬底1上制作微流体结构，微流体结构包括四个部分：主通道、毛细通道、微腔室、喷嘴。
微流体结构的主要工艺实现方案包括：采用各向异性湿法腐蚀或ICP方法得到主通道；采用反应离子刻蚀制备毛细通道和微腔室；采用各向异性湿法腐蚀或ICP方法得到喷嘴；喷嘴的背面反面刻蚀采用硅片的各向异性湿法腐蚀工艺或ICP方法。
制备微流体结构的具体工艺步骤如下：
(B1)选择硅片作为衬底材料，采用磁控溅射的方法在硅片正反两面都溅射一层铬掩膜；
(B2)背面匀光刻胶，曝光显影以后将反面刻蚀图形转移到光刻胶上；
(B3)正面铬掩膜匀光刻胶作为掩膜，进行保护；
(B4)(NH4)2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，将反面刻蚀图形转移到铬掩膜上，然后去掉光刻胶；
(B5)用铬做掩膜，氢氟酸腐蚀二氧化硅，露出硅片表面；
(B6)采用二氧化硅和铬双掩膜设计，进行KOH各向异性湿法腐蚀硅实验，直到腐蚀到所需要的深度为止；
(B7)背面匀光刻胶，将背面的铬掩膜保护起来；
(B8)(NH4)2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，露出正面的二氧化硅，用于下一步的双面对准，然后去除光刻胶；
(B9)正面匀光刻胶，然后进行双面对准光刻，曝光显影后将主通道跟喷嘴的图形转移到光刻胶上；
(B10)正面磁控溅射铬；然后采用剥离技术，将光刻胶上面的金属铬剥离，将主通道和喷嘴图形转移到铬掩膜上；
(B11)用金属铬作为掩膜，氢氟酸腐蚀二氧化硅，露出主通道和喷嘴下面的硅片表面；
(B12)正面涂光刻胶，然后进行单面对准，单面对准后曝光显影，将微腔室跟毛细通道图形转移到光刻胶上；
(B13)(NH4)2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，然后去除光刻胶；
(B14)用铬和二氧化硅作为掩膜，KOH湿法腐蚀硅，直到喷嘴部分将硅片刻穿为止；
(B15)用铬作为掩膜，氢氟酸酸腐蚀二氧化硅，露出微腔室和毛细通道图形；
(B16)铬和二氧化硅作为掩膜，反应离子刻蚀硅，直到刻蚀到所需要的深度为止；
(B17)湿法腐蚀铬，氢氟酸酸湿法腐蚀二氧化硅，得到微流体结构。
在制备微流体结构过程中也可以采用干法刻蚀Si和SiO2，其具体步骤如下：
(C1)选择硅片作为衬底材料，采用磁控溅射的方法在硅片的两面都溅射一层铬或钛金属掩膜；
(C2)反面匀光刻胶，曝光显影后将反面刻蚀图形转移到光刻胶上；
(C3)反应离子刻蚀(RIE)反面的金属掩膜，将反面刻蚀图形转移到反面金属掩膜上，然后去掉光刻胶；
(C4)以金属薄膜做掩膜，用电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀二氧化硅，露出硅片背表面；
(C5)采用电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀硅的背表面，直到硅被刻蚀到所需要的深度为止；
(C6)反应离子刻蚀(RIE)正面的金属掩膜，露出正面的二氧化硅，用于下一步的双面对准；
(C7)正面匀光刻胶，进行双面对准光刻，曝光显影后将主通道跟喷嘴的图形转移到光刻胶上；
(C8)正面再次磁控溅射铬或钛金属薄膜；采用剥离技术，将主通道和喷嘴图形转移到金属掩膜上；
(C9)用金属薄膜作为掩膜，用电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀二氧化硅，露出主通道和喷嘴下面的硅片表面；
(C10)正面涂光刻胶，进行单面对准，经曝光显影将微腔室跟毛细通道图形转移到光刻胶上；
(C11)用反应离子刻蚀(RIE)工艺刻蚀金属掩膜，然后去除光刻胶；
(C12)用金属薄膜和二氧化硅作为掩膜，以电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀硅，直到喷嘴部分将硅片刻穿为止；
(C13)用金属薄膜作为掩膜，以电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀二氧化硅，露出微腔室和毛细通道图形；
(C14)以金属薄膜和二氧化硅作为掩膜，用反应离子刻蚀工艺刻蚀硅，直到刻蚀到所需要的深度为止；
(C15)以反应离子刻蚀(RIE)工艺刻蚀金属薄膜、电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀二氧化硅，得到微流体结构。
(2)喷印头的键合。使用紫外胶作为中间层，利用光刻机实现双碳纳米管微气泡发生器跟微流体结构之间的精确对准，具体流程如下：
(2.1)在制备有双碳纳米管微气泡发生器的盖板表面涂紫外胶；
(2.2)将盖板固定在干净透明的玻璃板上，作为光刻机对准的掩膜版；
(2.3)采用光刻机对准技术，实现盖板和带微流体结构的衬底间的图形对准；
(2.4)对准后紫外灯曝光3～5分钟；
(2.5)将样品从玻璃板上取下，盖板和衬底实现了键合。
实施例1：
(1)采用玻璃作为盖板2，将玻璃盖板进行表面处理和清洗；
(2)将碳纳米管微气泡发生器制备在盖板2上，其过程为：
(2.1)采用电子束蒸发钛，形成厚度为20nm的钛膜；
(2.2)采用电子束蒸发金，形成厚度为400nm金膜；
(2.3)利用现有的剥离工艺(lift～off)形成金电极11、12，金电极11、12之间的距离为5μm；
(2.4)将直径为10～30nm碳纳米管13与无水乙醇溶剂按0.01mg/ml比例混合，经超声使碳纳米管均匀分散；
(2.5)将1MHz，8V的交流电压加载到盖板2上的金电极11、22间，用微型注射器将碳纳米管悬浮液滴到电极间，当溶剂挥发完全时，碳纳米管将电极连通并定位在电极间，此时撤除所加电场；
(2.6)采用电子束蒸发二氧化硅，形成厚度为200nm的二氧化硅膜；
(2.7)利用反转光刻胶AZ5214的剥离工艺，形成加固碳纳米管与金电极接触的二氧化硅层14、15，并将定位好的碳纳米管13位于金电极11、12间的部分暴露出来，形成碳纳米管微气泡发生器，其结构如图3所示。
(3)根据下述过程及表1中的工艺在衬底1((100)双面氧化硅片)上制作微流体结构。
(3.1)选择硅片作为衬底材料。
(3.2)采用磁控溅射的方法在硅片正反两面都溅射一层铬掩膜。
(3.3)背面匀光刻胶，准备制作反面刻蚀图形。
(3.4)曝光显影以后将反面刻蚀图形转移到光刻胶上。
(3.5)正面铬掩膜匀光刻胶作为掩膜，进行保护。
(3.6)(NH4)2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，将反面刻蚀图形转移到铬掩膜上。
(3.7)用丙酮将光刻胶去掉。
(3.8)用铬做掩膜，HF酸腐蚀二氧化硅，露出硅片表面。
(3.9)采用二氧化硅和铬双掩膜设计，进行KOH各向异性湿法腐蚀硅实验，直到腐蚀到所需要的深度为止。
(3.10)背面匀光刻胶，将背面的铬掩膜保护起来。由于接下来要进行双面对准，使用的MJB-3光刻机采用红外双面对准技术，铬金属薄膜不透光，无法进行对准，需要将金属铬去掉。但是，通过实验发现，将背面的铬掩膜也去掉进行双面对准时，反面刻蚀图形在显示器上显示的图形比较模糊，不利于精确对准。而由于金属铬不透光，保留背面的铬掩膜可以使反面刻蚀图形在红外光下的图形更具有对比度，从而在显微镜下看到清晰的图形。
(3.11)(NH4)2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，露出正面的二氧化硅，用于下一步的双面对准。
(3.12)丙酮去除光刻胶。
(3.13)正面匀光刻胶，准备进行双面对准光刻。
(3.14)双面对准光刻，曝光显影后将主通道跟喷嘴的图形转移到光刻胶上。
(3.15)正面磁控溅射铬。
(3.16)采用剥离技术，用丙酮将光刻胶上面的金属铬剥离，将主通道和喷嘴图形转移到铬掩膜上。
(3.17)用金属铬作为掩膜，HF酸腐蚀二氧化硅，露出主通道和喷嘴下面的硅片表面。
(3.18)正面涂光刻胶，准备进行单面对准。
(3.19)单面对准后曝光显影，将微腔室跟毛细通道图形转移到光刻胶上。
(3.20)(NH4)2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬。
(3.21)丙酮去除光刻胶。
(3.22)用铬和二氧化硅作为掩膜，KOH湿法腐蚀硅，直到喷嘴部分将硅片刻穿为止。
(3.23)用铬作为掩膜，HF酸腐蚀二氧化硅，露出微腔室和毛细通道图形。
(3.24)铬和二氧化硅作为掩膜，反应离子刻蚀硅，直到刻蚀到所需要的深度为止。
(3.25)湿法腐蚀铬，HF酸湿法腐蚀二氧化硅。
至此，整个微流体结构实现。
表1.微流体结构数据
各部分的平面尺寸如下：
①主通道：长18.8mm，宽1mm
②毛细通道：长100μm，宽20μm
③微腔室：长80μm，宽60μm
④喷嘴：直径15μm
⑤反面刻蚀：长750μm，宽750μm
(4)喷印头的制备。
a)在背面制备有双碳纳米管微气泡发生器的盖板2样品正面涂紫外胶；
b)将盖板2样品固定在干净透明的四寸玻璃上，作为光刻机对准的掩膜版；
c)采用光刻机对准技术，实现盖板2样品和微流体结构硅衬底1样品间的图形对准；
d)对准后紫外灯曝光3分钟；
e)将样品从玻璃板上取下，两个样品完成了键合。
实施例2
(1)采用玻璃作为盖板2，将盖板2进行表面处理和清洗；
(2)将碳纳米管微气泡发生器制备在盖板2上，其过程为：
(2.1)采用溅射钛，形成厚度为30nm的钛膜；
(2.2)采用溅射金，形成厚度为300nm金膜；
(2.3)利用现有的剥离工艺(lift～off)形成金电极11、12，金电极11、12之间的距离为1μm；
(2.4)将直径为10～30nm碳纳米管13与无水乙醇溶剂按0.005mg/ml比例混合，经超声使碳纳米管均匀分散；
(2.5)将0.5MHz，5V的交流电压加载到盖板2上的金电极11、12间，用微型注射器将碳纳米管悬浮液滴到电极间，当溶剂挥发完全时，碳纳米管将电极连通并定位在电极间，此时撤除所加电场；
(2.6)采用电子束蒸发法或溅射二氧化硅，形成厚度为100nm的二氧化硅膜；
(2.7)利用反转光刻胶的剥离工艺，形成加固碳纳米管与金电极接触的二氧化硅层14、15，并将定位好的碳纳米管位于金电极11、12间的部分暴露出来，形成碳纳米管微气泡发生器。
(3)根据表2中的工艺在衬底1上制作微流体结构。
表2微流体结构实验数据
各部分的平面尺寸如下：
①主通道：长18.8mm，宽1mm
②毛细通道：长100μm，宽20μm
③微腔室：长60μm，宽40μm
④喷嘴：直径20μm
⑤反面刻蚀：长750μm，宽750μm
(4)喷印头的制备。
a)在背面制备有双碳纳米管微气泡发生器的盖板2样品正面涂紫外胶；
b)将盖板2样品固定在干净透明的四寸玻璃上，作为光刻机对准的掩膜版；
c)采用光刻机对准技术，实现盖板2样品和微流体结构硅衬底1样品间的图形对准；
d)对准后紫外灯曝光4分钟；
e)将样品从玻璃板上取下，两个样品完成了键合。
实施例3
(1)采用玻璃作为盖板2，将盖板2进行表面处理和清洗；
(2)将碳纳米管微气泡发生器制备在盖板2上，其过程为：
(2.1)采用溅射钛，形成厚度为30nm的钛膜；
(2.2)采用溅射金，形成厚度为300nm金膜；
(2.3)利用现有的剥离工艺(lift～off)形成金电极11、12，金电极11、12之间的距离为10μm；
(2.4)将直径为10～30nm碳纳米管13与无水乙醇溶剂按0.05mg/ml比例混合，经超声使碳纳米管均匀分散；
(2.5)将0.8MHz，10V的交流电压加载到玻璃基底1上的金电极31、32间，用微型注射器将碳纳米管悬浮液滴到电极间，当溶剂挥发完全时，碳纳米管将电极连通并定位在电极间，此时撤除所加电场；
(2.6)采用电子束蒸发法或溅射二氧化硅，形成厚度为300nm的二氧化硅膜；
(2.7)利用反转光刻胶的剥离工艺，形成加固碳纳米管与金电极接触的二氧化硅层14、15，并将定位好的碳纳米管13位于金电极11、12间的部分暴露出来，形成碳纳米管微气泡发生器。
(3)根据表3中的工艺在衬底1上制作微流体结构。。
表3微流体结构实验数据
各部分的平面尺寸如下：
①主通道：长18.8mm，宽1mm
②毛细通道：长100μm，宽20μm
③微腔室：长60μm，宽40μm
④喷嘴：直径40μm
⑤反面刻蚀：长750μm，宽750μm
(4)喷印头的制备。
a)在背面制备有双碳纳米管微气泡发生器的盖板2样品正面涂紫外胶；
b)将盖板2样品固定在干净透明的四寸玻璃上，作为光刻机对准的掩膜版；
c)采用光刻机对准技术，实现盖板2样品和微流体结构硅衬底1样品间的图形对准；
d)对准后紫外灯曝光5分钟；
e)将样品从玻璃板上取下，两个样品完成了键合。
通常而言，具体制备时，微流体结构各部分尺寸如下：
①主通道：18800μm×宽1000μm，深度不小于25μm
②毛细通道：长100μm×宽20μm，深度10～20μm
③微腔室：长80μm×宽60μm或长60μm×宽40μm，深度10～20μm
④喷嘴：直径15～40μm，长度10μm
⑤反面刻蚀：长750μm×宽750μm，深度＞300μm。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (4)
1. 一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头的制备方法，所述喷印头包括衬底（1）、盖板（2）、毛细通道（6）、主通道（7）和至少一个喷印单元；喷印单元由微腔室（3），第一、第二碳纳米管微气泡发生器（4、5）和喷嘴（8）组成；
微腔室（3）和主通道（7）均位于衬底（1）的上部，微腔室（3）与主通道（7）之间通过毛细通道（6）连接，盖板（2）的底部上设置有第一、第二碳纳米管微气泡发生器（4、5）；
盖板（2）和衬底（1）封装为一体，且第一、第二碳纳米管微气泡发生器（4、5）位于微腔室的顶部，喷嘴（8）的上部位于微腔室的底部，喷嘴（8）的下部穿透衬底（1），且喷嘴（8）的中心与第一、第二碳纳米管微气泡发生器（4、5）的间隙相对；
当喷印单元的数量多于一个时，各喷印单元成阵列布置；
其特征在于，所述制备方法包括下述步骤：
第1步，在盖板上制备第一、第二碳纳米管微气泡发生器，在衬底上制备微流体结构，微流体结构由所述微腔室、毛细通道、主通道和喷嘴构成；
第2步：按照下述过程将盖板和衬底键合：
(2.1）在制备有第一、第二碳纳米管微气泡发生器的盖板表面涂紫外胶；
(2.2）将盖板固定在干净透明的玻璃板上，作为光刻机对准的掩膜版；
(2.3）将盖板和带微流体结构的衬底间的图形对准；
(2.4）对准后紫外灯曝光3~5分钟；
(2.5）从玻璃板上取下已键合的盖板和衬底。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第1步中，在盖板上制备第一、第二碳纳米管微气泡发生器的过程为：
（A1）采用电子束蒸发或溅射，在清洗后的盖板上依次形成厚度为10～30nm的钛膜和厚度为300～400nm金膜；再利用现有剥离工艺形成二个金电极，二个金电极之间的距离为1～10μm；
(A2）在上述金电极上加载交流电压，再将碳纳米管悬浮液滴到电极间，碳纳米管悬浮液由直径为10～30nm碳纳米管与无水乙醇溶剂按0.005～0.05mg/ml比例混合而成；当碳纳米管将电极连通并定位在电极间时，撤除所加交流电压；
(A3）在碳纳米管与金电极的接触部位形成厚度为100～300nm的二氧化硅层，形成第一、第二碳纳米管微气泡发生器。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第1步中，在衬底上制备微流体结构的过程为：
（B1）选择硅片作为衬底材料，采用磁控溅射的方法在硅片正反两面都溅射一层铬掩膜；
（B2）背面匀光刻胶，曝光显影以后将反面刻蚀图形转移到光刻胶上；
（B3）正面铬掩膜匀光刻胶作为掩膜，进行保护；
（B4）（NH4）2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，将反面刻蚀图形转移到铬掩膜上，然后去掉光刻胶；
（B5）用铬做掩膜，氢氟酸腐蚀二氧化硅，露出硅片表面；
（B6）采用二氧化硅和铬双掩膜设计，进行KOH各向异性湿法腐蚀硅，直到腐蚀到所需要的深度为止；
（B7）背面匀光刻胶，将背面的铬掩膜保护起来；
（B8）（NH4）2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，露出正面的二氧化硅，用于下一步的双面对准，然后去除光刻胶；
（B9）正面匀光刻胶，然后进行双面对准光刻，曝光显影后将主通道跟喷嘴的图形转移到光刻胶上；
（B10）正面磁控溅射铬；然后采用剥离技术，将光刻胶上面的金属铬剥离，将主通道和喷嘴图形转移到铬掩膜上；
（B11）用金属铬作为掩膜，氢氟酸腐蚀二氧化硅，露出主通道和喷嘴下面的硅片表面；
（B12）正面涂光刻胶，然后进行单面对准，单面对准后曝光显影，将微腔室跟毛细通道图形转移到光刻胶上；
（B13）（NH4）2Ce(NO3)5湿法腐蚀铬，然后去除光刻胶；
（B14）用铬和二氧化硅作为掩膜，KOH湿法腐蚀硅，直到喷嘴部分将硅片刻穿为止；
（B15）用铬作为掩膜，氢氟酸酸腐蚀二氧化硅，露出微腔室和毛细通道图形；
（B16）铬和二氧化硅作为掩膜，反应离子刻蚀硅，直到刻蚀到所需要的深度为止；
（B17）湿法腐蚀铬，氢氟酸酸湿法腐蚀二氧化硅，得到微流体结构。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第1步中，在衬底上制备微流体结构的过程为：
（C1）选择硅片作为衬底材料，采用磁控溅射的方法在硅片的两面都溅射一层铬或钛金属掩膜；
（C2）反面匀光刻胶，曝光显影后将反面刻蚀图形转移到光刻胶上；
（C3）反应离子刻蚀反面的金属掩膜，将反面刻蚀图形转移到反面金属掩膜上，然后去掉光刻胶；
（C4）以金属薄膜做掩膜，用电感耦合等离子工艺刻蚀二氧化硅，露出硅片背表面；
（C5）采用电感耦合等离子工艺刻蚀硅的背表面，直到硅被刻蚀到所需要的深度为止；
（C6）反应离子刻蚀正面的金属掩膜，露出正面的二氧化硅，用于下一步的双面对准；
（C7）正面匀光刻胶，进行双面对准光刻，曝光显影后将主通道跟喷嘴的图形转移到光刻胶上；
（C8）正面再次磁控溅射铬或钛金属薄膜；采用剥离技术，将主通道和喷嘴图形转移到金属掩膜上；
（C9）用金属薄膜作为掩膜，用电感耦合等离子工艺刻蚀二氧化硅，露出主通道和喷嘴下面的硅片表面；
（C10）正面涂光刻胶，进行单面对准，经曝光显影将微腔室跟毛细通道图形转移到光刻胶上；
（C11）用反应离子刻蚀工艺刻蚀金属掩膜，然后去除光刻胶；
（C12）用金属薄膜和二氧化硅作为掩膜，以电感耦合等离子工艺刻蚀硅，直到喷嘴部分将硅片刻穿为止；
（C13）用金属薄膜作为掩膜，以电感耦合等离子工艺刻蚀二氧化硅，露出微腔室和毛细通道图形；
（C14） 以金属薄膜和二氧化硅作为掩膜，用反应离子刻蚀工艺刻蚀硅，直到刻蚀到所需要的深度为止；
（C15）以反应离子刻蚀工艺刻蚀金属薄膜、电感耦合等离子工艺刻蚀二氧化硅，得到微流体结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101604655A CN101817256B (zh) | 2010-04-30 | 2010-04-30 | 基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101604655A CN101817256B (zh) | 2010-04-30 | 2010-04-30 | 基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101817256A CN101817256A (zh) | 2010-09-01 |
| CN101817256B true CN101817256B (zh) | 2011-08-10 |
Family
ID=42652597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010101604655A Expired - Fee Related CN101817256B (zh) | 2010-04-30 | 2010-04-30 | 基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101817256B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102967629B (zh) * | 2012-12-05 | 2014-10-29 | 江苏大学 | 纳通道中的热气泡产生、检测装置及检测方法 |
| CN103832963B (zh) * | 2014-01-15 | 2015-12-09 | 华中科技大学 | 一种微气泡发生器的制备方法 |
| CN110190036B (zh) * | 2019-06-10 | 2021-11-30 | 华天慧创科技（西安）有限公司 | 一种泛光照明模组的晶圆级封装结构及封装方法 |
| CN113211985B (zh) * | 2020-01-21 | 2022-10-14 | 国际联合科技股份有限公司 | 热气泡喷墨头装置 |
| CN112186092B (zh) * | 2020-09-10 | 2022-02-15 | 华中科技大学 | 一种基于超亲水结构的热电堆发电器件及其制备方法 |
| CN113351265B (zh) * | 2021-05-26 | 2022-10-25 | 西安交通大学 | 一种基于微导线磁场驱动微流体磁混合的系统的加工方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1135968A (zh) * | 1995-04-26 | 1996-11-20 | 佳能株式会社 | 液体喷头、液体喷头装置及液体喷射方法 |
| CN1453132A (zh) * | 2002-04-23 | 2003-11-05 | 佳能株式会社 | 喷墨头 |
| CN1473706A (zh) * | 2002-04-16 | 2004-02-11 | ���ṫ˾ | 液体喷射装置以及液体喷射方法 |
| CN101130300A (zh) * | 2007-09-20 | 2008-02-27 | 华中科技大学 | 基于碳纳米管微气泡发生器的喷印阀及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4697857B2 (ja) * | 2004-07-20 | 2011-06-08 | 株式会社リコー | インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 |
| JP2007062090A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Fujifilm Corp | ノズル板、ノズル板の製造方法及び、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置 |
-
2010
- 2010-04-30 CN CN2010101604655A patent/CN101817256B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1135968A (zh) * | 1995-04-26 | 1996-11-20 | 佳能株式会社 | 液体喷头、液体喷头装置及液体喷射方法 |
| CN1473706A (zh) * | 2002-04-16 | 2004-02-11 | ���ṫ˾ | 液体喷射装置以及液体喷射方法 |
| CN1453132A (zh) * | 2002-04-23 | 2003-11-05 | 佳能株式会社 | 喷墨头 |
| CN101130300A (zh) * | 2007-09-20 | 2008-02-27 | 华中科技大学 | 基于碳纳米管微气泡发生器的喷印阀及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JP特开2006-56233A 2006.03.02 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101817256A (zh) | 2010-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101817256B (zh) | 基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法 | |
| JP2010518586A (ja) | 磁気マスクデバイスを使用する基板プラズマ処理 | |
| TW200817830A (en) | Method for manufacturing mask, method for manufacturing wiring pattern, and method for manufacturing plasma display | |
| TWI363920B (en) | Electrical field controlled surface tension displace devices and fabrication methods thereof | |
| CN102714140A (zh) | 利用倾斜蒸镀的光刻方法 | |
| CN100495647C (zh) | 采用正性电子抗蚀剂制备金属纳米电极的方法 | |
| JP6048794B2 (ja) | ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッド及びインクジェット印刷装置 | |
| CN103991837A (zh) | 一种基于压电基底薄片的微纳米有序通孔阵列金属薄膜传感器及其制造方法 | |
| CN108871026B (zh) | 一种超薄热管毛细结构及其制备方法 | |
| CN108461622B (zh) | 压电传感器制造方法及利用其的压电传感器 | |
| CN108479871B (zh) | 一种基于形状梯度与表面能梯度的液滴自驱动的功能层及其制备方法 | |
| CN101692193A (zh) | 电容式触摸屏及其制造方法 | |
| CN109095435A (zh) | 一种三维全金属微腔结构表面等离激元阵列加工方法 | |
| CN108465493A (zh) | 微流控芯片的制造方法 | |
| CN106155416A (zh) | 一种复合膜触控传感器及其制备方法 | |
| CN104846400A (zh) | 一种基于介质层上电润湿原理的电解器件及其制备方法 | |
| CN206664000U (zh) | 基于石墨烯‑碳纳米管复合结构的热喷印头 | |
| CN100515776C (zh) | 基于碳纳米管微气泡发生器的喷印阀及其制备方法 | |
| CN106945404B (zh) | 基于石墨烯-碳纳米管复合结构的热喷印头及其制备方法 | |
| CN110146114B (zh) | 一种柔性阵列微电极制备方法 | |
| CN104835708B (zh) | 一种氧化石墨烯的场发射平板显示仪的制备方法 | |
| US10092928B2 (en) | Process for the manufacture of a component comprising a stack of a functional layer on a composite film | |
| TWI313513B (en) | Thin-film transistor and fabrication method thereof | |
| JP2007126692A (ja) | 凹部付き基板の製造方法および凹部付き基板 | |
| CN201089245Y (zh) | 基于碳纳米管微气泡发生器的喷印阀 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110810 |