CN102303843B - 纳米流体通道及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种纳米流体通道制作方法，其中，通道模板的制作过程包括：提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本体层和位于本体层表面上的刻蚀阻挡层，本体层的材料为单晶硅；在刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口；以具有模板通道图形开口的刻蚀阻挡层为掩膜，采用湿法腐蚀工艺在本体层表面内形成模板通道图形开口，剩余通道处的本体层材料，以在本体层上形成光栅结构；去除剩余的刻蚀阻挡层材料，得到所述通道模板，所述通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀。本发明在通道模板的制作过程，由湿法腐蚀工艺代替了干法刻蚀工艺，使得腐蚀之后的通道模板的侧壁具有原子尺寸的光滑度，解决了现有技术中的问题且降低了生产成本。

Description

纳米流体通道及其制作方法

技术领域

本发明涉及纳米流体通道技术领域，尤其涉及一种纳米流体通道及其制作方法。

背景技术

近年来，与纳米流体通道相关的基础和技术应用研究成为引人注目的前沿领域，纳米流体通道一般定义为流体流动的通道，该通道一维以上的截面处于数百到几纳米的尺寸范围。流体在该通道中传输具有特异的性质，能使主导宏观和微米量级流体传输和分子行为的许多物理化学性质发生改变。基于此系统的研究不仅突破了传统理论的一些重要概念，而且一些深入研究的成果在DNA分子的拉伸操纵、药物释放技术、电池技术、激光器等许多领域中有重大应用。

目前加工制作纳米流体通道的常用方法主要是，先通过电子束光刻技术或者聚焦粒子束刻蚀技术，获得纳米流体通道的沟槽结构（也称为纳米流体通道模板，以下简称纳米通道模板或通道模板），之后利用牺牲层或者键合技术来实现纳米通道的键合密封，这一方法可以实现纳米通道尺寸的精确控制，但是该方法中电子束或者聚焦粒子束加工时间长，加工的面积也不过是微米量级，并且加工成本高。该方法可选的材料限制为硅及其化合物，但是纳米通道的键合密封过程需要高温高压，即键合密封条件苛刻，无疑增加了加工成本和生产周期，不利于纳米流体通道向器件化方向发展。

近年来出现了另一种方法制作纳米流体通道，该方法先使用全息曝光技术，并结合干法刻蚀工艺制作纳米流体通道模板，之后利用聚合物并结合纳米压印技术实现纳米通道沟槽的制作以及通道的键合密封，从而制作完成纳米流体通道。所谓纳米压印主要指利用具有纳米特征尺寸的印章去挤压受热的聚合物达到复制印章图形的效果，该方法具有高分辨率、低成本、高产量等显著特点，能够满足微纳米流控芯片一次性使用的需求。

但是，利用上述方法制作的纳米流体通道在应用中往往会出现一些问题，如流体在通道中会出现分层和堵塞等现象，严重影响了通道的使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种纳米流体通道及其制作方法，解决了现有技术中的问题，本发明实施例中提供的该通道侧壁光滑、陡直且线条均匀，从而不会出现流体在通道中的分层和堵塞等现象，不会影响通道的使用，并且，本实施例中的方法较现有技术中降低了生产成本。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种纳米流体通道制作方法，该方法包括：通道模板的制作过程、通道沟槽的形成过程以及通道的键合密封过程，所述通道模板的制作过程包括：

提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本体层和位于所述本体层表面上的刻蚀阻挡层，所述本体层的材料为单晶硅，在作为本体层的所述单晶硅材料中，平行于所述本体层表面的晶面的原子键密度小于垂直于所述本体层表面的晶面的原子键密度，所述本体层为（110）晶向的硅衬底，且所述（110）晶向的硅衬底的（110）晶面平行于所述硅衬底表面，其（111）晶面垂直于所述硅衬底表面；

在所述刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口，具体包括：在刻蚀阻挡层上旋涂光刻胶层，采用具有模板通道图形的掩膜版对光刻胶层进行全息曝光，在所述光刻胶层表面形成模板通道图案，进行显影，在所述光刻胶层中形成模板通道图形开口，以具有模板通道图形开口的光刻胶层为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺去除模板通道图形开口下方的刻蚀阻挡层材料，在刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口，去除氮化硅层上剩余的光刻胶层，其中所述刻蚀阻挡层为氮化硅层；

以具有模板通道图形开口的刻蚀阻挡层为掩膜，采用湿法腐蚀工艺在所述本体层表面内形成模板通道图形开口，剩余通道处的本体层材料，以在所述本体层上形成光栅结构，所述采用湿法腐蚀工艺在所述本体层表面内形成模板通道图形开口过程中，腐蚀液体对平行于所述本体层表面的晶面的腐蚀速度大于对垂直于所述本体层表面的晶面的腐蚀速度；

去除剩余的刻蚀阻挡层材料，得到所述通道模板，所述通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀。

优选的，在上述方法中，所述腐蚀液体为碱性液体。

优选的，在上述方法中，所述腐蚀液体为氢氧化钾溶液，所述氢氧化钾溶液中氢氧化钾与水按质量比为1:1混合，所述湿法腐蚀过程中，腐蚀温度为20℃-85℃，腐蚀时间为13min-23min。

优选的，在上述方法中，所述腐蚀液体为四甲基氢氧化氨TMAH溶液，所述TMAH溶液中TMAH与水按质量比为1:9混合，所述湿法腐蚀过程中，腐蚀温度为60℃-90℃，腐蚀时间为8min-12min。

优选的，在上述方法中，所述通道沟槽的形成过程包括：

提供石英基底，所述石英基底包括透光的石英片和位于所述石英片表面上的通道形成层；

将所述通道模板压在所述通道形成层上并施加压印压力，使所述通道模板压入所述通道形成层，将所述通道模板上的光栅结构复制到所述通道形成层上，在所述通道形成层上形成所述通道沟槽；

所述通道的键合密封过程包括：

提供通道覆盖层用的基底，所述通道覆盖层用的基底包括覆盖层和位于所述覆盖层表面上的键合层；

在所述键合层表面上形成粘附层，所述粘附层的厚度为100nm-250nm；

将所述具有通道沟槽的通道形成层覆盖于所述粘附层上，施加压印压力，使二者粘合，得到所述纳米流体通道。

优选的，在上述方法中，所述通道形成层和所述键合层材料均为SU-8光刻胶，所述粘附层材料为稀释后的SU-8光刻胶。

上述任一项所述的方法制作出的纳米流体通道。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案，在所述本体层上形成光栅结构的方式，由现有技术中的干法刻蚀工艺改为了湿法腐蚀工艺，由于湿法腐蚀工艺是采用化学溶液对本体层进行刻蚀的，这种方式从本质上讲是各向同性的，但是由于单晶硅材料本身具有一定的晶体学取向（简称晶向），而且不同晶面的原子键密度是不一样的，由于原子键密度不同，同一种腐蚀液体对不同晶面的原子键的腐蚀速度就必然不同，从而使得腐蚀之后的通道模板的侧壁具有原子尺寸的光滑度，即本实施例得到的通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀，从而不会出现流体在通道中的分层和堵塞等现象，不会影响通道的使用。并且，相比于干法刻蚀，湿法腐蚀的成本更低，即本发明实施例的方法较现有技术降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-图7为本发明实施例公开的通道模板的制作过程的剖面图；

图8-图10为本发明实施例公开的通道沟槽的形成过程的剖面图；

图11-图15为本发明实施例公开的通道的键合密封过程的剖面图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中的方法制作出的纳米流体通道在使用过程中会出现流体分层和通道堵塞等现象，严重影响了通道的使用，发明人研究发现，出现这一问题的原因是现有技术中制作出的纳米流体通道侧壁不光滑且不陡直、线条不均匀，这无疑会严重影响通道的正常使用，为了解决这些问题，必须提供一种通道的制备方法，使其制备出的通道侧壁光滑、陡直且线条均匀，也就是说，若要使制作出的通道侧壁满足要求，前提就是制作出的通道模板必须满足上述要求，延续这一思路，发明人发现，现有技术中制作纳米流体通道采用的通道模板就存在侧壁不光滑等缺陷。

进一步分析，在制作通道模板的过程中，光刻工艺形成的具有模板通道图形的光刻胶层的边缘不可避免的存在线条不均匀等缺陷瑕疵，这些缺陷瑕疵的尺寸约为几十纳米，但也足以使通道模板出现侧壁不光滑等缺陷。光刻之后，在以具有模板通道图形的光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀工艺在刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口时，由于干法刻蚀过程是自上而下进行的，使得掩膜线条的缺陷瑕疵等不可避免的被完全复制到了刻蚀阻挡层上的模板通道图形开口处，之后又进一步的复制到了本体层上的通道模板上，进而使通道模板就存在侧壁粗糙、不光滑等缺陷。

基于上述思想，本发明实施例提供了一种纳米流体通道及其制作方法，该方法包括通道模板的制作过程、通道沟槽的形成过程以及通道的键合密封过程，其中，所述通道模板的制作过程包括以下步骤：

提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本体层和位于所述本体层表面上的刻蚀阻挡层；

在所述刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口；

以具有通道图形开口的刻蚀阻挡层为掩膜，采用湿法腐蚀工艺在所述本体层表面内形成模板通道图形开口，剩余通道处的本体层材料，以在所述本体层上形成光栅结构；

去除剩余的刻蚀阻挡层材料，得到所述通道模板，所述通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀。

另外，通道沟槽的形成过程以及通道的键合密封过程可与现有技术中相同，也可不同，具体过程在以下实施例进行详细描述，这里不再赘述。

本发明实施例中在所述本体层上形成光栅结构的方式，由现有技术中的干法刻蚀工艺改为了湿法腐蚀工艺，由于湿法腐蚀工艺是采用化学溶液对本体层进行刻蚀的，这种方式从本质上讲是各向同性的，但是由于单晶硅材料本身具有一定的晶体学取向（简称晶向），而且不同晶面的原子键密度是不一样的，由于原子键密度不同，同一种腐蚀液体对不同晶面的原子键的腐蚀速度就必然不同，从而使得腐蚀之后的通道模板的侧壁具有原子尺寸的光滑度，即本实施例得到的通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀，即本实施例得到的通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀，从而不会出现流体在通道中的分层和堵塞等现象，不会影响通道的使用。

并且，相比于干法刻蚀，湿法腐蚀的成本更低，即本发明实施例的方法较现有技术降低了生产成本。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明实施例公开了一种纳米流体通道制作方法，该方法各步骤的剖面图如图1-图15所示，该方法包括通道模板的制作过程（如图1-图7所示）、通道沟槽的形成过程（如图8-图10所示）以及通道的键合密封过程（如图11-图15所示），其中，所述通道模板的制作过程包括：

步骤1：参见图1，提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本体层101和位于所述本体层表面上的刻蚀阻挡层102，所述本体层101的材料为单晶硅；

需要说明的是，本实施例是利用单晶硅的具有固定的晶向，而各晶面的原子键密度不同，从而使得在湿法腐蚀工艺中，腐蚀液体对不同晶面的腐蚀速度不同，同时结合流体通道模板的特点，需要使模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀，也就是使垂直于本体层表面方向的晶面光滑，因此，本实施例中，腐蚀液体在垂直于本体层表面方向的腐蚀速度要大于平行于本体层表面方向的腐蚀速度，从晶面的角度来说，就是腐蚀液体对平行于所述本体层表面的晶面的腐蚀速度大于对垂直于所述本体层表面的晶面的腐蚀速度。

结合上述要求，由于晶面的原子键密度越大，腐蚀液体对晶面的腐蚀速度越小，因此，本实施例中，在作为本体层101的单晶硅材料中，平行于所述本体层表面的晶面的原子键密度小于垂直于所述本体层表面的晶面的原子键密度。优选的，本实施例中的本体层为（110）晶向的硅衬底，且所述（110）晶向的硅衬底的（110）晶面平行于所述硅衬底表面，其（111）晶面垂直于所述硅衬底表面，也就是说，（110）晶向的硅衬底的（110）晶面的原子键密度远远小于（111）晶面的原子键密度。

另外，需要说明的是，本实施例中并不限定所述刻蚀阻挡层102的材料和厚度，一般情况下，所述刻蚀阻挡层102优选为氮化硅层，所述氮化硅层的厚度适中即可，过厚则在其上面形成模板通道图形开口时，不易刻蚀干净，过薄则在对本体层的腐蚀过程中起不到掩膜的作用，优选的，所述氮化硅层的厚度为20nm-100nm，更优选为35nm-55nm，更优选为40nm或50nm。

步骤2：如图2-图5所示，在所述刻蚀阻挡层102上形成模板通道图形开口105；

具体的，为了尽量减少制作过程中的杂质对模板的影响，在进行下一步的处理前需要先对基底进行清洁处理，刻蚀阻挡层102若为氮化硅层，一般可采用丙酮溶液对基底表面进行擦拭清洁。以下将刻蚀阻挡层102称为氮化硅层。

之后，先在氮化硅层上旋涂光刻胶层103，为了保证曝光精度，还可在光刻胶层和氮化硅层之间形成抗反射层（图中未示出），以减少不必要的反射；之后采用具有模板通道图形的掩膜版对光刻胶层103进行全息曝光，在所述光刻胶层103表面上形成模板通道图案（图中未示出），进行显影，在所述光刻胶层103上形成模板通道图形开口104，之后以具有模板通道图形开口104的光刻胶层为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺去除模板通道图形开口104下方的刻蚀阻挡层材料（即氮化硅），在氮化硅层上形成模板通道图形开口105，之后，参见图5，去除氮化硅层上剩余的光刻胶层。

在对氮化硅层进行刻蚀时，刻蚀气体可选用四氟化碳、三氯甲烷等气体，或者是几种气体的混合气，本实施例中优选采用四氟化碳气体。本步骤干法刻蚀过程中，反应腔体的真空度可为5Pa-7Pa，更优选为6Pa，刻蚀设备的功率为30W-50W，更优选为40W，轰击时间为2min-3min。

通过上述全息光刻和干法刻蚀过程，在刻蚀阻挡层102上形成了模板通道的光栅图形。

步骤3：如图6所示，以具有模板通道图形开口105的刻蚀阻挡层为掩膜，采用湿法腐蚀工艺在所述本体层表面内形成模板通道图形开口106，剩余通道处的本体层材料107，以在所述本体层上形成光栅结构；

如上所述，由于本实施例中的本体层材料为（110）晶向的单晶硅，其（110）晶面平行于所述本体层表面，（111）晶面垂直于所述本体层表面，而碱性液体对单晶硅具有各向异性的腐蚀效果，因此本实施例湿法腐蚀工艺中采用碱性液体对本体层进行腐蚀，碱性液体对（110）晶面的腐蚀速度约为（111）晶面的100倍左右，即碱性液体在垂直于本体层表面的腐蚀速度远远大于平行于本体层表面的腐蚀速度，因此，使用碱性液体对单晶硅进行腐蚀，很容易得到侧壁光滑、陡直且线条均匀的通道模板。

本实施例中该碱性液体若为氢氧化钾溶液，优选的，所述氢氧化钾溶液中氢氧化钾与水按质量比为1:1混合，所述湿法腐蚀过程中，腐蚀温度为20℃-85℃，更优选为80℃，腐蚀时间为13min-23min，更优选为15min或20min；该碱性液体若为四甲基氢氧化氨TMAH溶液，优选的，所述TMAH溶液中TMAH与水按质量比为1:9混合，所述湿法腐蚀过程中，腐蚀温度为60℃-90℃，腐蚀时间为8min-12min。当然，本实施例中也可以选用其它的碱性液体，如氢氧化钠溶液等，这里对此不做过多限定，只要是碱性液体即可。

另外，需要说明的是，不同种类的溶液以及相同溶质但不同浓度的溶液，对单晶硅两个晶面的腐蚀速率是不同的，而且，相同溶质、相同浓度的溶液，在不同的腐蚀温度下，其对单晶硅两个晶面的腐蚀速率也是不同的，一般情况下，腐蚀温度越高，腐蚀速率也越快，溶液浓度越高，腐蚀速率也越快。比如，若要腐蚀10μm的单晶硅，采用氢氧化钾溶液，在25℃时需要400min才能完成，而在85℃时却仅需10min左右，因此为了提高生产效率，在不影响模板质量的前提下，可以适当选择较高的温度，但本实施例中对此不做过多限定。

并且，本实施例中对腐蚀时间也不做过多限定，相同溶质相同浓度的溶液腐蚀时间越长，形成的模板通道的深度就越深，即最终获得的流体通道的光栅槽深就越深，本实施例中对此不做具体限制，只要根据流体通道的尺寸需求制备即可。

本实施例中主要做的是通道模板，而通道模板和后续的流体通道是互相嵌合的，即本实施例中采用碱性液体腐蚀掉的是除后续作为通道使用的本体层材料之外的单晶硅，也就是说，湿法腐蚀工艺之后剩余的凸出的光栅部分的单晶硅的宽度是与流体通道的宽度相同的。

步骤4：如图7所示，去除剩余的刻蚀阻挡层材料，得到所述通道模板，所述通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀。

本实施例中可采用等离子体干法刻蚀工艺去除剩余的刻蚀阻挡层材料，采用的刻蚀气体与刻蚀阻挡层的刻蚀过程采用的气体类似，由于本实施例中的刻蚀阻挡层为氮化硅层，因此本步骤中也可采用四氟化碳、三氯甲烷等气体，或者是几种气体的混合气，本实施例中优选采用四氟化碳气体。

需要说明的是，该步骤的目的是去除的本体层的光栅线条顶部，作为掩膜使用的氮化硅材料，由于四氟化碳等气体对本体层的单晶硅的刻蚀选择比很高，而且本步骤中的刻蚀时间很短，约为1min-2min即可，也就是说，采用干法刻蚀方法去除剩余的氮化硅时，对本体层的伤害很小，基本可以忽略，因此，可以直接将通道模板放入干法刻蚀设备的反应腔体中即可，可以不对本体层进行保护。

除了干法刻蚀去除剩余的氮化硅之外，还可以采用湿法清洗的方式去除剩余的氮化硅，如可采用氢氟酸溶液对其进行清洗，清洗方式可以为浸润式清洗、喷雾式清洗或冲洗式清洗等。若采用浸润式清洗方式，氢氟酸溶液的浓度为35%-45%左右，优选为40%，清洗时间一般为3min-5min即可，溶液浓度越高，清洗时间越短。本实施例对该步骤的清洗方式和时间不做过多限定，根据实际情况具体选择即可。

经过上述步骤，即将现有技术中的干法刻蚀工艺改为了湿法腐蚀工艺，由于单晶硅材料本身具有一定的晶体学取向，而且不同晶面的原子键密度是不一样的，由于原子键密度不同，同一种腐蚀液体对不同晶面的原子键的腐蚀速度就必然不同，从而使得腐蚀之后的通道模板的侧壁具有原子尺寸的光滑度。

另外，参见图8-图10，所述通道沟槽的形成过程包括：

步骤5：如图8所示，提供石英基底，所述石英基底包括透光的石英片201和位于所述石英片201表面上的通道形成层202；

为了减少制作过程中的杂质，在进行下一步的处理前需要先对石英片进行清洁处理，本实施例中可先使用丙酮溶液对石英片表面进行超声处理约5min，再用去离子水进行冲淋并吹干，为了进一步保证流体通道的质量，还可以在烘箱中对石英片进行烘烤，一般可在130℃左右的温度下烘烤约30min，之后自然冷却。

之后在冷却后的石英片201上旋涂光刻胶，对光刻胶进行烘烤定型，得到通道形成层202，本实施例中对光刻胶的种类不做具体限定，本实施例中仅以SU-8光刻胶为例，对通道沟槽的制作过程进行说明。优选的，本实施例中采用型号为2025的SU-8光刻胶制作通道形成层，石英片上旋涂该光刻胶后，可在90℃左右的温度下烘烤约20min，即可得到所述石英基底。

步骤6：如图9和图10所示，将所述通道模板压在所述通道形成层202上并施加压印压力，使所述通道模板压入所述通道形成层，将所述通道模板上的光栅结构复制到所述通道形成层202上，在所述通道形成层202上形成所述通道沟槽203；

具体的，为了便于通道模板与通道形成层202分离，本实施例中可先在通道模板的光栅图形上旋涂脱模剂，优选的，可以2000RPM的速度旋涂脱模剂即可，之后再将涂有脱模剂的通道模板压在通道形成层202上，进行预热，以软化通道形成层202，便于压印形成流体通道，优选的，可采用90℃左右的温度预热10min左右。完成预热后，可向通道模板施加1MPa左右的压印压力，使通道模板压入经加热软化的通道形成层202，得到通道模板与通道形成层的结合体，如图9所示。本实施例中的脱模剂可使用DC20，DC20是一半永久性脱模剂，用于聚氨酯、橡胶、环氧、酚醛等脱模。

同时，为了使通道模板与通道形成层的结合体结合更稳固，即通道的结构复制的更完美，本实施例在将通道模板压入通道形成层202之后，还可以对通道模板与通道形成层的结合体进行加固过程，具体可采用保持一定的烘烤温度及压印压力一段时间后再自然冷却，优选为，保持90℃左右的烘烤温度、1MPa左右的压印压力约20min后自然冷却，当然，若要加快加工时间，还可适当提高烘烤温度，如保持100℃左右的烘烤温度、1MPa左右的压印压力约10min后自然冷却，也能够得到形状完好的流体通道。本实施例对该加固过程的各参数不做具体限定，根据实际情况选择即可。

之后，为了使压印形成的流体通道形状稳固，以避免分离通道模板后，流体通道发生形变，结合光刻胶的特性，本实施例还可以对所述结合体进行曝光、软烘等过程。具体的，可通过透光的石英片进行紫外曝光，曝光剂量为170mJ/cm²-330mJ/cm²，优选的，可为200mJ/cm²或300mJ/cm²，具体可根据实际情况而定，曝光后对通道形成层202进行烘烤固化，一般可选择90℃左右的烘烤温度，烘烤时间约为10min。经过烘烤固化后，将通道模板的纳米尺寸的光栅结构复制到了通道形成层202上，即在SU-8光刻胶层上形成了纳米尺寸的光栅结构，在通道形成层202上形成了通道沟槽，之后通过自然冷却后将所述结合体进行分离，得到具有流体通道沟槽的石英基底（如图10所示）和通道模板。

如图11-图15所示，所述通道的键合密封过程包括：

步骤7：如图11和图12所示，提供通道覆盖层用的基底，所述通道覆盖层用的基底包括覆盖层301和位于所述覆盖层301表面上的键合层302；

具体的，所述覆盖层301为一种聚合物，本实施例中优选为PET（聚乙烯对苯二酸酯，简称聚酯基片），PET是一种耐久性强、坚固、高韧性、耐潮、耐高低温、性能良好的弹性基材。

选择好覆盖层301的材料后，在覆盖层301表面旋涂光刻胶，作为键合层302，本实施例中的键合层302优选采用SU-8光刻胶，具体可选择型号为2025的SU-8光刻胶，之后经过烘烤使键合层的光刻胶固化，烘烤温度优选为90℃左右，烘烤时间为20min左右，之后对键合层的光刻胶进行紫外曝光，曝光剂量为70mJ/cm²-230mJ/cm²，优选的，可为100mJ/cm²或200mJ/cm²，具体可根据实际情况而定，曝光后对键合层302进行烘烤固化，一般可选择90℃左右的烘烤温度，烘烤时间约为10min，之后进行自然冷却。

步骤8：如图13所示，在所述键合层表面上形成粘附层303，本实施例中，所述粘附层303的厚度优选为100nm-250nm；

具体的，由于粘附层303最好与键合层、通道形成层的材质相同，且粘附层303的厚度不需要太厚，否则容易在键合时堵塞流体通道，但实际选材时，又没有100nm-250nm厚的SU-8光刻胶，因此，本实施例中可采用稀释后的SU-8光刻胶作为粘附层303的材料。

本实施例中可选择型号为2022的SU-8光刻胶，对光刻胶的稀释方式可以为，将环戊酮：SU-8光刻胶按体积比90-160:5的体积比进行混合即可，优选为，将环戊酮：SU-8光刻胶按体积比100:5进行混合，稀释后的光刻胶的厚度约为150nm，或者将环戊酮：SU-8光刻胶按体积比150:5左右进行混合，稀释后的光刻胶的厚度约为100nm，当然还可根据实际要求按照其它比例将二者进行混合，只要稀释后的光刻胶的厚度满足要求即可。

之后，将稀释后的光刻胶旋涂在固化的键合层302表面上，作为固化的键合层302的粘附层303。

步骤9：如图14和图15所示，将所述具有通道沟槽的通道形成层202覆盖于所述粘附层303上，施加压印压力，使二者粘合，得到所述纳米流体通道。

具体的，对经步骤5和步骤6处理后制的具有纳米尺寸的光栅结构的石英基底经等离子体做清洁处理，清洁气体可选择氧气，其原理是利用氧气等离子体的氧化作用，去除石英基底或光栅结构上粘附的有机物质。将经处理后的石英基底层压在PET基底上，也就是说将具有流体通道沟槽的通道形成层202与粘附层303相贴合，之后在75℃左右的温度烘烤约10min，之后施加一定的压印压力，使得通过粘附层303将通道形成层202与键合层302粘合，该过程的压印压力优选为0.3MPa-0.6MPa，更优选为0.4MPa或0.5MPa。之后，保持75℃左右的烘烤温度及相应的压印压力一定时间，以使二者充分粘合，本实施例中这个时间可为20min左右，之后，进行自然冷却后，透过PET基片301，对石英基片201上的各层光刻胶层进行紫外曝光，曝光剂量可在200mJ/cm²左右，完成曝光后，对包括石英基片201、各层光刻胶层及PET基片在内的层叠结构进行烘烤，即后烘，使各光刻胶层之间充分固化交联，如图14所示，后烘温度可由75℃上升到90℃左右，后烘时间约为20min，温度上升速度可为2℃/min。

之后，去除PET基片，即完成了纳米流体通道的制作过程，如图15所示。

以上对各层SU-8光刻胶的曝光过程的目的是，使SU-8光刻胶内的分子在光照作用下交联，从而在后期的烘烤作用下可以很好的固化，即曝光烘烤前后的SU-8光刻胶由液体膜变为固体膜，以使流体通道结构稳定。由于SU-8光刻胶自身性质问题，决定了它只对波长为365nm周围的光波敏感，因此本实施例中选用的紫外光源为365nm左右的汞灯，即汞灯的i线，曝光时间约为1min-5min。

以上描述中对各工艺参数的选择并不能作为对本发明主体思想的限制，只要能够实现本发明实施例的目的，上述工艺参数和具体的工艺过程等可以根据实际制作情况进行适当的修改，这些修改也在本发明的保护范围之内。

本发明另一实施例公开了采用上述方法制作出的纳米流体通道，其侧壁具有原子尺寸的光滑度，在流体填充测试的过程中并未出现分层和堵塞现象，通道的边界清晰可见，而且键合工艺良好，看不出键合的界面，显示了很好的质量。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种纳米流体通道制作方法，包括通道模板的制作过程、通道沟槽的形成过程以及通道的键合密封过程，其特征在于，所述通道模板的制作过程包括：

提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本体层和位于所述本体层表面上的刻蚀阻挡层，所述本体层的材料为单晶硅，在作为本体层的所述单晶硅材料中，平行于所述本体层表面的晶面的原子键密度小于垂直于所述本体层表面的晶面的原子键密度，所述本体层为（110）晶向的硅衬底，且所述（110）晶向的硅衬底的（110）晶面平行于所述硅衬底表面，其（111）晶面垂直于所述硅衬底表面；

在所述刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口，具体包括：在刻蚀阻挡层上旋涂光刻胶层，采用具有模板通道图形的掩膜版对光刻胶层进行全息曝光，在所述光刻胶层表面形成模板通道图案，进行显影，在所述光刻胶层中形成模板通道图形开口，以具有模板通道图形开口的光刻胶层为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺去除模板通道图形开口下方的刻蚀阻挡层材料，在刻蚀阻挡层上形成模板通道图形开口，去除氮化硅层上剩余的光刻胶层，其中所述刻蚀阻挡层为氮化硅层；

以具有模板通道图形开口的刻蚀阻挡层为掩膜，采用湿法腐蚀工艺在所述本体层表面内形成模板通道图形开口，剩余通道处的本体层材料，以在所述本体层上形成光栅结构，所述采用湿法腐蚀工艺在所述本体层表面内形成模板通道图形开口过程中，腐蚀液体对平行于所述本体层表面的晶面的腐蚀速度大于对垂直于所述本体层表面的晶面的腐蚀速度；

去除剩余的刻蚀阻挡层材料，得到所述通道模板，所述通道模板的侧壁光滑、陡直且线条均匀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液体为碱性液体。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液体为氢氧化钾溶液，所述氢氧化钾溶液中氢氧化钾与水按质量比为1:1混合，所述湿法腐蚀过程中，腐蚀温度为20℃-85℃，腐蚀时间为13min-23min。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液体为四甲基氢氧化氨TMAH溶液，所述TMAH溶液中TMAH与水按质量比为1:9混合，所述湿法腐蚀过程中，腐蚀温度为60℃-90℃，腐蚀时间为8min-12min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通道沟槽的形成过程包括：

提供石英基底，所述石英基底包括透光的石英片和位于所述石英片表面上的通道形成层；

将所述通道模板压在所述通道形成层上并施加压印压力，使所述通道模板压入所述通道形成层，将所述通道模板上的光栅结构复制到所述通道形成层上，在所述通道形成层上形成所述通道沟槽；

所述通道的键合密封过程包括：

提供通道覆盖层用的基底，所述通道覆盖层用的基底包括覆盖层和位于所述覆盖层表面上的键合层；

在所述键合层表面上形成粘附层，所述粘附层的厚度为100nm-250nm；

将所述具有通道沟槽的通道形成层覆盖于所述粘附层上，施加压印压力，使二者粘合，得到所述纳米流体通道。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通道形成层和所述键合层材料均为SU-8光刻胶，所述粘附层材料为稀释后的SU-8光刻胶。

7.采用权利要求1-6任一项所述的方法制作出的纳米流体通道。