CN104084249A - 基于声子晶体的微流控结构、微流控器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于声子晶体的微流控结构、微流控器件及其制作方法，其中，所述基于声子晶体的微流控结构至少包括：声子晶体；所述声子晶体至少包括：固体基板，以及设于所述固体基板上的声学波散射结构和声学波控制区域；所述声学波控制区域适于通过设置所述声学波散射结构的形态和分布，来控制所述声学波在所述固体基板表面的传输和分布，以使所述微流体在所述声学波控制区域受到所述声学波的操控。本发明通过在微流控结构中引入声子晶体，能够有效控制声学波的传输和分布；采用该微流控结构的微流控器件，大大提高了声学波的控制效率，同时增加了声学波控制方式的多样性，能够形成独特的声场结构，实现了对微流体进行移动、离心、分离、检测等操作。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统、微声学和微流控技术领域，特别是涉及一种基于声子晶体的微流控结构、微流控器件及其制作方法。
背景技术
微流控技术是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、分离、反应、检测等基本操作集成到单一的微米尺度芯片上，自动完成分析过程的检测技术。因为具有实时分析，对样品量需求较少，以及易于大规模制造的特点，微流控技术在生物、化学、医学等领域有着巨大的应用潜力。
微流控技术在20世纪90年代由瑞士的Manz和Widmer提出。到目前为止，已经发展出了包括电泳、压力、离心力等多种用于微流控技术的微流体(主要是微液滴)驱动方法。这些方法各自具有一定的优缺点。例如，对于电泳驱动方式来讲，其需要利用微液滴中离子的分布来对微液滴进行驱动，所以该驱动方式对于离子含量具有强烈的依赖性。对于压力驱动方式来讲，其需要一个外置的微泵在微通道内形成较大的压力差以驱动微液滴，设备的整体体积较大，无法进行集成。而对于离心力驱动方式，则需要微流控芯片的高速旋转，并且其所能实现的操控方式非常有限。
在最近的几十年间，声表波器件成功的被应用到很多领域，包括射频通信、化学以及生物监测、和光学调制。最近的几年中，声表波器件又引起了微流控研究人员的注意。声表波驱动微流体的原理是基于器件基板和液体之间声学不匹配所导致的声学能量传播。与其他驱动方式相比，声表波驱动方式有着相对较大的驱动力、操作迅速以及电极网络简单等特点。另外，平面光刻加工工艺也使声表波器件的制造具有低成本，大批量的特点。微米级的声表波集成器件将会是对于微流体集成小型化的一个绝佳选择。
声表面波微流控芯片工作的声场形态，由叉指换能器的几何参数及排布位置决定。当叉指换能器制备完成后，其声场形态被固定，这就限制了声表面波微流控芯片的微操控能力。另外，声学波传输过程中常伴有声学波畸变，尤其是在流固耦合等复杂环境中应用的声学器件。由于声学波畸变改变了实际声场形态，因此固液之间声学能量的耦合也会降低声学器件性能，并阻碍声学器件可以实现的微流体操作方式。比如，对于声表面波微流控的微液滴雾化操纵，由于耦合过程中声表面波无法控制，声表面波驱动频率和微液滴雾化频率并不相同，两者存在数量级上的差别，而这种现象在理论上还未能解释。此外，对于生物和医学等复杂应用环境，声学波在传输过程中的损耗和声学波从芯片表面耦合到被操控物的声场形态都无法预测，这也降低了声表面波微流控芯片的工作效率。因此，亟需一种能够改善上述问题的声表面波微流控结构。
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基于声子晶体的微流控结构、微流控器件及其制作方法，用于解决现有声表波微流体驱动技术中声学场无法进行控制、声学波畸变、能量耦合及利用效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于声子晶体的微流控结构，用于通过声学波对微流体进行操控，其中，所述基于声子晶体的微流控结构至少包括：声子晶体；所述声子晶体至少包括：固体基板，以及设于所述固体基板上的声学波散射结构和声学波控制区域；所述声学波控制区域适于通过设置所述声学波散射结构的形态和分布，来控制所述声学波在所述固体基板表面的传输和分布，以使所述微流体在所述声学波控制区域受到所述声学波的操控。
优选地，所述声学波控制区域具有在所述固体基板上形成的使所述声学波散射结构改变形态或者缺失分布的缺陷结构，所述缺陷结构包括点缺陷、线缺陷、面缺陷中的一种或几种。
优选地，所述声学波散射结构按照晶格结构分布在所述固体基板上。
优选地，所述声子晶体为四角晶格硅-空气声子晶体，所述固体基板为硅基板，所述声学波散射结构为空气柱，所述空气柱按照四角晶格结构分布在所述硅基板上。
优选地，所述声子晶体为蜂巢晶格硅-空气声子晶体，所述固体基板为硅基板，所述声学波散射结构为空气柱，所述空气柱按照六角晶格结构分布在所述硅基板上。
本发明还提供一种微流控器件，其中，所述微流控器件至少包括：基底，位于所述基座上方的如上所述的基于声子晶体的微流控结构，以及设于所述固体基板上的用以向所述固体基板表面提供声学波的声学波激励装置；所述基底具有凹槽，所述固体基板与所述凹槽形成空腔，且所述固体基板至少在位于所述空腔上方处分布有所述声学波散射结构。
优选地，所述声学波控制区域至少包括：沿平行于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的微流道。
优选地，所述声学波控制区域还包括：设于所述微流道入口端的具有锥形结构的声学聚焦通道。
优选地，所述声学波控制区域还包括：沿垂直于所述声学波传输方向形成的具有面缺陷结构的离心通道，所述离心通道与所述微流道的出口端连通。
优选地，所述声学波控制区域还包括：沿垂直于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的声学波叠加通道，以及沿平行于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的N个分流道，其中，N为自然数；所述微流道的出口端与所述声学波叠加通道连通，所述声学波叠加通道与N个分流道的入口端连通，所述声学波叠加通道适于通过对所述声学波叠加另一声学波，形成驻波，以操控所述微流体进行大小分离；其中，所述声学波的频率在所述声子晶体禁带内，所述另一声学波的频率在所述声子晶体禁带外，且低于所述声学波的频率。
优选地，所述声学波控制区域至少包括：沿垂直于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的谐振腔。
优选地，所述微流控器件还包括：声学波转换装置，所述声学波激励装置和所述声学波检测装置分别位于所述基于声子晶体的微流控结构的两侧，所述声学波检测装置适于将通过所述谐振腔的声学信号转换为电学信号，以检测所述谐振腔的状态，从而检测在所述谐振腔中的微流体。
优选地，所述声学波激励装置和所述声学波转换装置均为压电式叉指换能器，所述压电式叉指换能器至少包括：压电元件，设于所述压电元件上的叉指电极结构。
本发明还提供一种微流控器件的制作方法，其中，所述微流控器件的制作方法至少包括如下步骤：
提供一基底，所述基底具有凹槽；
形成绝缘层，覆盖所述基底以及所述凹槽的侧壁和底部；
在所述基底和所述绝缘层上键合固体基板，所述固体基板与所述凹槽之间形成空腔；
形成压电薄膜层，覆盖所述固体基板，图形化所述压电薄膜层形成声学波激励装置的压电元件；
形成金属层，覆盖所述固体基板和所述压电元件，图形化所述金属层形成声学波激励装置的叉指电极结构；
形成牺牲层，覆盖所述固体基板和所述叉指电极结构，图形化所述牺牲层，在所述牺牲层上形成开口，定义出声学波散射结构的位置，其中，至少在位于所述空腔上方处定义有所述声学波散射结构的位置；
以图形化后的牺牲层为掩膜，刻蚀所述固体基板，形成至少包括声学波散射结构和声学波控制区域的声子晶体以及基于声子晶体的微流控结构。
优选地，所述固体基板为硅基板，在所述基底和所述绝缘层上键合固体基板后，所述固体基板与所述凹槽之间形成空腔，通过减薄工艺减薄所述固体基板，形成空腔-绝缘体上硅。
优选地，所述微流控器件的制作方法还包括：在图形化所述压电薄膜层形成声学波激励装置的压电元件的同时，形成声学波检测装置的压电元件；在图形化所述金属层形成声学波激励装置的叉指电极结构的同时，形成声学波检测装置的叉指电极结构。
优选地，所述声学波激励装置和所述声学波检测装置分别位于所述基于声子晶体的微流控结构的两侧。
如上所述，本发明的基于声子晶体的微流控结构、微流控器件及其制作方法，具有以下有益效果：本发明通过在微流控结构中引入声子晶体，能够有效控制声学波的传输和分布；采用该微流控结构的微流控器件，大大提高了声学波的控制效率，同时增加了声学波控制方式的多样性，从而增加了可以实现的微流体操控；本发明的微流控器件中，频带内的声学波受到声子晶体的控制，能够形成独特的声场结构，实现了对微流体进行移动、离心、分离、检测等操作，从而可以避免传统声学微流体器件中声场产生畸变、无法进行精确控制、外围电路要求高、驱动效率低等问题。
附图说明
图1显示了本发明实施例基于声子晶体的微流控结构的示意图。
图2显示了本发明实施例基于声子晶体的微流控结构的二维四角晶格结构硅-空气声子晶体的示意图。
图3显示了本发明实施例基于声子晶体的微流控结构的二维蜂巢晶格结构硅-空气声子晶体的示意图。
图4显示了本发明实施例具有微流道的微流控器件的示意图。
图5显示了本发明实施例具有谐振腔的微流控器件的示意图。
图6显示了本发明实施例具有微流道和声学聚焦通道的微流控器件操控微流体的示意图。
图7显示了本发明实施例具有微流道和离心通道的微流控器件操控微流体的示意图。
图8显示了本发明实施例具有微流道、声学波叠加通道和分流道的微流控器件操控微流体的示意图。
图9显示了本发明实施例具有谐振腔的微流控器件操控微流体的示意图。
图10-图16显示了本发明实施例微流控器件的制作流程示意图。
元件标号说明
11 声学波散射结构
12 固体基板
13 声学波控制区域
20 基底
21 空腔
22 绝缘层
23 声学波激励装置
231 叉指电极结构
232 压电元件
24 声学波转换装置
25 牺牲层
31 微流道
32 谐振腔
33 声学波聚焦通道
34 离心通道
35 声学波叠加通道
36 分流道
41 微液滴
42 另一声学波
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1，本发明第一实施例涉及一种基于声子晶体的微流控结构，用于通过声学波对微流体进行操控。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，该基于声子晶体的微流控结构至少包括：声子晶体；声子晶体至少包括：固体基板12，以及设于固体基板12上的声学波散射结构11和声学波控制区域13；声学波控制区域13适于通过设置声学波散射结构11的形态和分布，来控制声学波在固体基板12表面的传输和分布，以使微流体在声学波控制区域13受到声学波的操控。
其中，声学波控制区域13具有在固体基板12上形成的使声学波散射结构11改变形态或者缺失分布的缺陷结构，缺陷结构包括点缺陷、线缺陷、面缺陷中的一种或几种。点缺陷的产生是通过改变一个声学波散射结构11的形态或者使一个声学波散射结构11缺失分布来形成的，且存在点缺陷的声学波控制区域13可以用于声学滤波器。而线缺陷是指在二维声子晶体中的某一条晶格连线上，通过连续地改变声学波散射结构11的形态或者使声学波散射结构11缺失分布而形成的缺陷，通常通过改变某条晶格连线上所有散射元件的尺寸、形状或材料来获得，且存在线缺陷的声学波控制区域13可以作为波导使用。此外，面缺陷的产生是通过改变一个平面的声学波散射结构11的形态或者使一个平面的声学波散射结构11缺失分布来形成的，且存在面缺陷的声学波控制区域13可以配合线缺陷，使声学波散射结构11形成拐角结构，从而能够控制声学波在改拐角结构处发生转向，此原理可用于操控微流体离心。
图1中的声学波控制区域13具有的缺陷结构，就是在固体基板12上形成的缺失了两排声学波散射结构11分布的线缺陷。在其他的实施例中，声学波控制区域13还可以具有在固体基板12上形成的使声学波散射结构11改变形态的缺陷结构，比如声学波散射结构11为圆柱结构，而声学波控制区域13中的声学波散射结构11可以将形态改变为棱柱结构或者半径小于声学波散射结构11的小圆柱结构。
本实施例中的声学波主要指弹性波，其可为声表面波也可为兰姆波。声子晶体为具有弹性波禁带的周期性功能材料，其组分的弹性常数周期性变化，具有弹性波禁带，使其能操控弹性波传输。当弹性波频率落在禁带范围内时，弹性波被禁止传输；当存在着点缺陷或线缺陷时，弹性波会被局域在点缺陷处，或只能沿着线缺陷传输。通过对声子晶体周期结构及其缺陷的设计，可以人为地调控弹性波的传输。也就是说，声学波控制区域13中缺陷结构的形态和分布，将影响声学波的传输和分布，可以根据需要的声学波传输和分布来对其进行设计。
本实施例中，声学波散射结构11按照晶格分布在固体基板12上。优选地，声子晶体为四角晶格硅-空气结构声子晶体，固体基板12为硅基板，声学波散射结构11为空气柱，空气柱按照四角晶格分布在硅基板上，如图2所示。或者，声子晶体为蜂巢晶格硅-空气声子晶体，固体基板12为硅基板，声学波散射结构11为空气柱，空气柱按照六角晶格分布在硅基板上，如图3所示。当然，在其他的实施例中，也可以采用其他材质的固体基板12和其他气体的散射元件组成声子晶体。无论是本实施例的声子晶体还是其他实施例的声子晶体，这些声子晶体能够构成各式声学器件，作为声学器件中的声学波屏障，从而能够有效控制声学波的传输和分布。
请参阅图4-图9，本发明第二实施例涉及一种微流控器件，至少包括：基底20，位于基座上方的基于声子晶体的微流控结构，以及设于固体基板12上的用以向固体基板12表面提供声学波的声学波激励装置23；基底20具有凹槽，固体基板12与凹槽形成空腔21，且固体基板12至少在位于空腔21上方处分布有声学波散射结构11。
其中，本实施例中的基于声子晶体的微流控结构采用第一实施例中相同的结构，其至少包括：声子晶体；声子晶体至少包括：固体基板12，以及设于固体基板12上的声学波散射结构11和声学波控制区域；其中，固体基板12的表面可以通过化学或生物修饰以利于微流体与固体基板间的声学兼容。声学波控制区域适于通过设置声学波散射结构11的形态和分布，来控制声学波在固体基板12表面的传输和分布，以使微流体在声学波控制区域受到声学波的操控。另外，本实施例中，微流体均为微液滴41。
如图4所示，声学波控制区域至少包括：沿平行于声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的微流道31。优选地，如图6所示，声学波控制区域还包括：设于微流道31入口端的具有锥形缺陷结构的声学波聚焦通道33，声学波聚焦通道33由形成锥形状的若干个点缺陷组成，能够将声学波聚焦到微流道31的入口端处。采用该声学波控制区域的微流控器件为利用声子晶体声学波导构成的微流道装置。器件工作时，由声学波激励装置23激发的声学波，经声学波聚焦通道33形成聚焦加强输入到微流道31中，其中，微流道31作为声学波导，使声学波沿着微流道31传输；声学波与微流道31中的微液滴41相互作用，推动微液滴41向前进。其中，空腔21用于阻止声学波能量耗散到基底20中。
如图7所示，声学波控制区域至少包括：沿平行于声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的微流道31，以及沿垂直于声学波传输方向形成的具有面缺陷结构的离心通道34，离心通道34与微流道31的出口端连通。采用该声学波控制区域的微流控器件为利用声子晶体禁带效应构成的微液滴41离心装置。其中，固体基板12的表面可以通过化学或生物修饰以利于微流体与固体基板间12间的声学兼容。该器件通过将微液滴41置于特定区(图中声学波散射结构11的拐角位置)，造成声学波与微液滴41交互作用时的非对称特性，来实现微液滴41的离心。器件工作时声学波激励装置23激发的声学波沿微流道31向前传播，当到达声学波散射结构11边缘位置时会出现转向，此时声学波与该位置处的微液滴41交互作用，因为作用的非对称特性，微液滴41被离心。
如图8所示，声学波控制区域至少包括：沿平行于声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的微流道31，沿垂直于声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的声学波叠加通道35，以及沿平行于声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的N个分流道36，其中，N为自然数；微流道31的出口端与声学波叠加通道35连通，声学波叠加通道35与N个分流道36的入口端连通，声学波叠加通道35适于通过对声学波叠加低频的另一声学波42，形成驻波，以操控微流体进行大小分离；其中，声学波的频率在声子晶体禁带内，另一声学波42的频率在声子晶体禁带外，且低于声学波的频率，一般而言，另一声学波42的频率比声学波的频率低一个数量级左右。采用该声学波控制区域的微流控器件为利用声学波导及弹性波叠加原理构成的微液滴41分离装置。其中，固体基板12的表面可以通过化学或生物修饰以有利于生化兼容。声学波激励装置23用于对声学波(频率在声子晶体禁带内的工作弹性波)进行激发。另一声学波42(入射波源)则用于向声学波叠加通道35输入波长较长(相对于声学波激励装置23激发的声学波)的弹性波。在器件工作时，微流道31内弹性波为行波，用于微液滴41的驱动。声学波叠加通道35内则为较短及较长波长的两种弹性波的叠加区域，其中波长较长的弹性波通过相对入射叠加形成驻波，驻波与微液滴41相互作用，对不同大小的微液滴41形成分离效果。
如图5和图9所示，声学波控制区域至少包括：沿垂直于声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的谐振腔32。该谐振腔32为法布里波罗谐振腔。微流控器件还包括：声学波检测装置24，声学波激励装置23和声学波检测装置24分别位于基于声子晶体的微流控结构的两侧，声学波检测装置24适于将通过谐振腔32的声学波转换为电学信号，以检测谐振腔32的状态，从而检测在谐振腔32中的微流体的状态。采用该声学波控制区域的微流控器件为利用声学法布里波罗谐振腔结构构成的生化检测器件。其中，谐振腔32的表面可以通过化学或生物修饰以有利于对微液滴中特定的物质进行检测。器件的两端分别由声学波激励装置23和声学波检测装置24构成。对于声学波激励装置23，其叉指设计用于激发特定频段(声子晶体禁带内的以谐振腔32谐振频率为中心频率的频段)的声学波，声学波检测装置24则用于将声学波转换为电学信号，以对谐振腔32状态进行检测。该器件的工作原理在于对于谐振腔32，当其表面形貌出现改变或吸附有特定物质(如微液滴41)时，谐振腔32工作频率等参数会出现一定的改变。通过对这些改变进行定量的检测可以获取其表面物质的情况以用于生化检测。
在本实施例中，在固体基板12的表面进行化学或生物修饰，是指在固体基板12的表面淀积一层能够保证与微液滴中特定的物质(如生物分子、蛋白质等)进行反应的薄膜，该薄膜的材质根据反应的目标性进行选择。
在本实施例中，声学波激励装置23和声学波转换装置24均为压电式叉指换能器，压电式叉指换能器至少包括：压电元件232，设于压电元件232上的叉指电极结构231。
本发明第三实施例涉及一种微流控器件的制作方法，至少包括如下步骤：
步骤S1，提供一基底20，基底20具有凹槽，其材质采用硅，如图10所示。
步骤S2，形成绝缘层22，覆盖基底20以及凹槽的侧壁和底部；该绝缘层22的材质为二氧化硅，如图11所示。
步骤S3，在基底20和绝缘层22上键合固体基板12，固体基板12与凹槽之间形成空腔21，如图12所示。
步骤S4，形成压电薄膜层，覆盖固体基板12，图形化压电薄膜层形成声学波激励装置23的压电元件232，如图13所示。图形化压电薄膜层的步骤包括：旋涂光刻胶、曝光、显影，最后通过刻蚀形成压电元件232。
步骤S5，形成金属层，覆盖固体基板12和压电元件232，图形化金属层形成声学波激励装置23的叉指电极结构231，如图14所示。图形化金属层的步骤包括：旋涂光刻胶、曝光、显影，最后通过刻蚀形成叉指电极结构231。
步骤S6，形成牺牲层25，覆盖固体基板12和叉指电极结构231，图形化牺牲层25，在牺牲层25上形成开口，定义出声学波散射结构11的位置，其中，至少在位于空腔21上方处定义有声学波散射结构11的位置，如图15所示。图形化牺牲层25的步骤包括：旋涂光刻胶、曝光、显影，显影后在牺牲层25上形成定义出声学波散射结构11的位置的开口。
步骤S7，以图形化后的牺牲层25为掩膜，刻蚀固体基板12，如图16所示，形成至少包括声学波散射结构11和声学波控制区域的声子晶体以及基于声子晶体的微流控结构，即形成所需的声子晶体和器件结构。由于空腔21的存在，在结构制作的同时也完成了对器件悬空部分的释放。
优选地，固体基板12为硅基板，在基底20和绝缘层22上键合固体基板12后，固体基板12与凹槽之间形成空腔21，通过减薄工艺减薄固体基板12，形成空腔-绝缘体上硅。
优选地，微流控器件的制作方法还包括：在图形化压电薄膜层形成声学波激励装置23的压电元件232的同时，形成声学波控制装置的压电元件，如图13；在图形化金属层形成声学波激励装置23的叉指电极结构231的同时，形成声学波检测装置的叉指电极结构，如图14。且声学波激励装置23和声学波检测装置24分别位于基于声子晶体的微流控结构的两侧，如图16所示。最终形成的微流控器件为主要由声学波激励装置23，声学波检测装置24，以及具有谐振腔的微流控结构组成的生化检测器件，器件结构如图9所示。
综上，本发明通过在微流控结构中引入声子晶体，能够有效控制声学波的传输和分布；采用该微流控结构的微流控器件，大大提高了声学波的控制效率，同时增加了声学波控制方式的多样性，从而增加了可以实现的微流体操控；本发明的微流控器件中，频带内的声学波受到声子晶体的控制，能够形成独特的声场结构，实现了对微流体进行移动、离心、分离、检测等操作，从而可以避免传统声学微流体器件中声场产生畸变、无法进行精确控制、外围电路要求高、驱动效率低等问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (17)
1.一种基于声子晶体的微流控结构，用于通过声学波对微流体进行操控，其特征在于，所述基于声子晶体的微流控结构至少包括：声子晶体；所述声子晶体至少包括：固体基板，以及设于所述固体基板上的声学波散射结构和声学波控制区域；所述声学波控制区域适于通过设置所述声学波散射结构的形态和分布，来控制所述声学波在所述固体基板表面的传输和分布，以使所述微流体在所述声学波控制区域受到所述声学波的操控。
2.根据权利要求1所述的基于声子晶体的微流控结构，其特征在于，所述声学波控制区域具有在所述固体基板上形成的使所述声学波散射结构改变形态或者缺失分布的缺陷结构，所述缺陷结构包括点缺陷、线缺陷、面缺陷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的基于声子晶体的微流控结构，其特征在于，所述声学波散射结构按照晶格分布在所述固体基板上。
4.根据权利要求3所述的基于声子晶体的微流控结构，其特征在于，所述声子晶体为四角晶格硅-空气声子晶体，所述固体基板为硅基板，所述声学波散射结构为空气柱，所述空气柱按照四角晶格结构分布在所述硅基板上。
5.根据权利要求3所述的基于声子晶体的微流控结构，其特征在于，所述声子晶体为蜂巢晶格硅-空气声子晶体，所述固体基板为硅基板，所述声学波散射结构为空气柱，所述空气柱按照六角晶格结构分布在所述硅基板上。
6.一种微流控器件，其特征在于，所述微流控器件至少包括：基底，位于所述基座上方的如权利要求1-5任一项所述的基于声子晶体的微流控结构，以及设于所述固体基板上的用以向所述固体基板表面提供声学波的声学波激励装置；所述基底具有凹槽，所述固体基板与所述凹槽形成空腔，且所述固体基板至少在位于所述空腔上方处分布有所述声学波散射结构。
7.根据权利要求6所述的微流控器件，其特征在于，所述声学波控制区域至少包括：沿平行于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的微流道。
8.根据权利要求7所述的微流控器件，其特征在于，所述声学波控制区域还包括：设于所述微流道入口端的具有锥形缺陷结构的声学聚焦通道。
9.根据权利要求7所述的微流控器件，其特征在于，所述声学波控制区域还包括：沿垂直于所述声学波传输方向形成的具有面缺陷结构的离心通道，所述离心通道与所述微流道的出口端连通。
10.根据权利要求7所述的微流控器件，其特征在于，所述声学波控制区域还包括：沿垂直于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的声学波叠加通道，以及沿平行于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的N个分流道，其中，N为自然数；所述微流道的出口端与所述声学波叠加通道连通，所述声学波叠加通道与N个分流道的入口端连通，所述声学波叠加通道适于通过对所述声学波叠加另一声学波，形成驻波，以操控所述微流体进行大小分离；其中，所述声学波的频率在所述声子晶体禁带内，所述另一声学波的频率在所述声子晶体禁带外，且低于所述声学波的频率。
11.根据权利要求6所述的微流控器件，其特征在于，所述声学波控制区域至少包括：沿垂直于所述声学波传输方向形成的具有线缺陷结构的谐振腔。
12.根据权利要求11所述的微流控器件，其特征在于，所述微流控器件还包括：声学波转换装置，所述声学波激励装置和所述声学波转换装置分别位于所述基于声子晶体的微流控结构的两侧，所述声学波转换装置适于将通过所述谐振腔的声学波转换为电学信号，以检测所述谐振腔的状态，从而检测在所述谐振腔中的微流体状态。
13.根据权利要求11所述的微流控器件，其特征在于，所述声学波激励装置和所述声学波转换装置均为压电式叉指换能器，所述压电式叉指换能器至少包括：压电元件，设于所述压电元件上的叉指电极结构。
14.一种微流控器件的制作方法，其特征在于，所述微流控器件的制作方法至少包括如下步骤：
提供一基底，所述基底具有凹槽；
形成绝缘层，覆盖所述基底以及所述凹槽的侧壁和底部；
在所述基底和所述绝缘层上键合固体基板，所述固体基板与所述凹槽之间形成空腔；
形成压电薄膜层，覆盖所述固体基板，图形化所述压电薄膜层形成声学波激励装置的压电元件；
形成金属层，覆盖所述固体基板和所述压电元件，图形化所述金属层形成声学波激励装置的叉指电极结构；
形成牺牲层，覆盖所述固体基板和所述叉指电极结构，图形化所述牺牲层，在所述牺牲层上形成开口，定义出声学波散射结构的位置，其中，至少在位于所述空腔上方处定义有所述声学波散射结构的位置；
以图形化后的牺牲层为掩膜，刻蚀所述固体基板，形成至少包括声学波散射结构和声学波控制区域的声子晶体以及基于声子晶体的微流控结构。
15.根据权利要求14所述的微流控器件的制作方法，其特征在于，所述固体基板为硅基板，在所述基底和所述绝缘层上键合固体基板后，所述固体基板与所述凹槽之间形成空腔，通过减薄工艺减薄所述固体基板，形成空腔-绝缘体上硅。
16.根据权利要求14所述的微流控器件的制作方法，其特征在于，所述微流控器件的制作方法还包括：在图形化所述压电薄膜层形成声学波激励装置的压电元件的同时，形成声学波检测装置的压电元件；在图形化所述金属层形成声学波激励装置的叉指电极结构的同时，形成声学波检测装置的叉指电极结构。
17.根据权利要求16所述的微流控器件的制作方法，其特征在于，所述声学波激励装置和所述声学波检测装置分别位于所述基于声子晶体的微流控结构的两侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171003 |