CN102884409B - 气体选择薄膜及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种选择轻气体通过的薄膜，包括由第一平板和第二平板形成的一薄膜体，第二平板包括一薄层，该薄层选择气体透过。在窗格区域，该薄层没有被遮蔽，在此处，通过第一平板的多孔底板或第二平板中的窄孔提供支撑。设置一加热装置对窗格进行辐射加热。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产薄膜的方法，所述薄膜包括选择气体透过的窗格。
背景技术
为了将特定气体与其它气体分离开来，从而确定感兴趣的气体是否出现，在测量和分析装置中需要选择气体透过的薄膜，这种薄膜的典型应用领域是检漏器，检漏器可用来检测从一泄漏点流出的探漏气体。典型的探漏气体中包括氦以及氢，探漏气体一般为轻气体，从而可透过薄膜，而重气体则无法透过该薄膜。
欧洲专利申请文献EP 0 831 964 B1(由莱宝真空有限公司（Leybold VacuumGmbH）申请，对应于美国专利申请文献US 6,277,177 B1)中描述了一气体选择通道，该通道由一块硅材料形成，例如，石英、石英玻璃、耐热玻璃、二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或碳化硅，硅材料可由一块具有多个窗格的硅板支撑。这些窗格可通过对硅板后部进行结构化刻蚀而成，然后将一薄膜覆盖在窗格上。每个窗格设置有一螺旋形的加热元件，以用于局部地对气体通道进行加热，然而该气体选择薄膜的结构过于复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产薄膜的方法，以及一种对应的薄膜，该薄膜的设计、生产更简单，其中，薄膜具有选择气体透过的窗格。
本发明提出的所述方法由权利要求1定义，对应的气体选择薄膜由权利要求5定义。
在本发明中，薄膜体由双夹板形成，所述双夹板由两个单独的硅板制成，气体选择透过的薄隔板位于所述薄膜体的中间。两个单独的硅板中的第一平板可独立地制成，第一平板具有一形成了选择功能的薄层。之后，可以将两个单独的硅板中的第二平板覆盖在第一平板上，进而，两块平板键合在一起。进一步地，第二平板的底板被保护以防止受到外部影响，其底板形成了气体选择性隔板。
所述窗格包括由各向异性蚀刻形成的倾斜或圆锥形侧壁。
所述窗格可以使用欧洲专利申请文献EP 0 831 964 B1中描述的生产方法进行生产，例如，沉积法、氧化法以及其它已知的半导体工艺方法。
所述双夹板提供了整体非常平稳的平板体，这样，可以抵抗不同的气压，在薄膜的任一侧都存在该气压。
所述第一平板可以与凹槽或通道一体成型。当与凹槽一起形成时，保留一底板。优选地，在底板上蚀刻多个孔，以允许气体透过，之后可作为一支撑板，以用于支撑气体选择层。当与通道一起形成时，这些通道比第一（下层）平板上的凹槽更窄，以减少没有被支撑的薄膜表面面积。
本发明进一步涉及权利要求7中一气体选择薄膜。在该薄膜中，加热装置为一辐射加热元件，可以对所有的窗格一起进行加热，硅板可以作为辐射吸收器。这样，可以实现对薄膜进行总体加热，从而不需要具有整合有加热导体的薄膜结构。辐射加热元件可以为电热体，薄膜体可以包括一加热反射层，以从两面对薄膜进行均匀加热。
附图说明
后续说明书结合说明书附图对本发明实施披露进行了充分、详细的描述，包括本发明的最佳实施例，使得本领域技术人员可实施本发明。
图1示出了本发明第一实施例中用于生产薄膜的一系列流程步骤；
图2示出了薄膜安装在一支撑上且薄膜上设置有一加热装置时第一实施例的示意性横截面；以及
图3示出了本发明第二实施例的一横截面，其中，第一平板设置有通道。
具体实施方式
在图1中，a）示出了一块第一平板10，该夹板由硅制成，其厚度大约为300μm。对第一平板的一侧面进行蚀刻，作为示例地，蚀刻时可通过使用KOH作为蚀刻剂进行光化学蚀刻，从而形成凹槽11。通过使用各向异性KOH蚀刻，凹槽11具有倾斜侧壁12以及平面底板13，该平面底板13与第一平板的平面平行。进一步地，薄的底板刻有多个孔，这样，可允许气体透过。
在c）中，图1示出了多孔的底板，这样，可允许气体透过。底板13与第一平板的顶部一起形成了一连续的表面，以作为选择气体透过层的支撑。
图1d）示出第二平板20，该平板也是由硅制成，其厚度也大约为300μm。首先，第二平板是平坦的，在其底面上支撑有一选择气体透过层21。该层21可以为厚度为12nm的SiO2层。层21可热生长而成，或通过CVD/ALD沉积而成。如图1中e）所示，第二平板20放置在第一平板10的上方，使用相同的键合方式进行键合，作为示例地，通过阳极键合，其中，层21整个表面紧贴在第一平板10上。
在f）中，示出了设置有通孔22的第二平板20，其中，通孔22具有倾斜侧壁23。该通孔穿过整个硅层进行延伸，但不会穿过SiO2层21。
整个薄膜由一薄膜体25组成，而薄膜体25由平板10、20制成，薄膜体具有窗格26，在窗格的一侧面选择气体透过层21没有被遮蔽，在另一面则由多孔底板13支撑。
选择气体透过层21可由硅材料制成，例如，石英、石英玻璃、耐热玻璃、二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或碳化硅。这些只是示例，并不是全部的硅材料。使用该薄层时，重气体可以被阻止，而轻气体则允许通过。在轻气体中可以包括氢和氦。因此，该薄膜也特别适合探漏器，例如，嗅探探漏器，嗅探探漏器使用氢或氦作为探漏气体。
图2示出了组装状态下第一实施例的装置。薄膜体25紧固在支撑体30上，其中，支撑体30设置有泵开口31，该开口连接在一真空泵装置（未示出）上。
在离薄膜体25第二平板20的一距离处设置有一加热装置35，该装置包括一加热体36，加热体36由石墨以及碳化硅或其它陶瓷材料制成。加热材料36由一反射器37密封，反射器37可将产生的热量引向薄膜体25，从而对层21进行加热。辐射出的热可以被所有的薄膜体25吸收，并被传送至层21。在薄膜体25和支撑体30的接触面提供有一热反射层38，该反射层可包括一金属层，优选地，该金属可以是金。
图3所示的实施例与第一实施例的区别仅在于第一平板和第二平板20的结构分别不同。朝向位于窗格26区域中第一平板10的层21没有被遮蔽，该层21由第二平板20的底面形成。另一方面，第二平板20设置有凹槽40，凹槽40穿过第一平板的硅层进行延伸，但没有穿透层21。凹槽40为细微孔，其直径位于2nm到10nm之间，该细微孔可通过电化学蚀刻得到（阳极处理）。层21的厚度为10到20nm。
在第二实施例中，层21在第二平板20的硅层顶部被支撑，而在第一实施例中（图2），支撑是由第一平板10的底面提供。
图3还示出了一热反射层38，热反射层38位于支撑体30和薄膜体25之间。类似地，加热装置35与第二平板20相对设置，且加热装置35包括一加热体36以及一反射器37。
尽管前述对本发明进行了描述，同时结合示例性实施例进行了描述，然而，前述实施例并不用以限制本发明，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内对权利要求所限定的本发明所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求和其等价的技术方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于生产薄膜的方法，所述薄膜具有允许气体透过的窗格(26)，所述方法包括以下步骤：
-使用硅生产一第一平板(10)；
-在所述第一平板(10)上形成凹槽(11)或通道，所述第一平板(10)的所有凹槽(11)包括多孔且允许气体透过的底板；
-将一第二平板(20)放置到所述第一平板(10)上，所述第二平板包括由硅材料制成的一选择气体透过层(21)；
-在所述第二平板(20)上形成凹槽(22，40)，在所述第二平板上的所述凹槽至少部分地与所述第一平板上的凹槽(11)或通道重叠，以使得两块平板(10，20)形成具有窗格(26)的一薄膜体(25)，其中，所述窗格中每一个窗格包括选择气体透过层(21)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别通过蚀刻形成所述凹槽或通孔。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气体透过层(21)由SiO2制成，所述层(21)形成所述第二平板(20)的一底板。
4.一种具有薄膜体(25)的气体选择薄膜，包括：
-一由硅制成的第一平板(10)，所述第一平板(10)具有凹槽(11)或通道；以及
-一由硅制成的第二平板(20)，所述第二平板(20)具有通道(22，40)，所述通道(22，40)被一薄气体选择层(21)的底板覆盖，所述平板(10，20)以平面接触方式邻接。
5.如权利要求4所述的气体选择薄膜，其特征在于，所述第一平板(10)的凹槽(11)包括有多孔的底板(13)。
6.一种具有薄膜体(25)的气体选择薄膜，所述薄膜包括选择气体透过的窗格(26)，在所述薄膜体中设置有一硅材料层(21)以及一用于对所述窗格(26)进行加热的加热装置(35)，所述加热装置(35)由一辐射加热元件组成，以用于对同时对多个窗格(26)进行辐射加热，所述辐射加热元件与气体可透过的所述多个窗格分隔开，所述薄膜体(25)作为一辐射吸收体使用。
7.如权利要求6所述的薄膜，其特征在于，所述加热装置(35)包括一电加热体(36)。
8.如权利要求6所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜体(25)包括一热反射层(38)。
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