CN1988356B - 表面波声学纳米流体驱动器及其制作方法 - Google Patents

表面波声学纳米流体驱动器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种表面波声学纳米流体驱动器器件及其制作方法，属于驱动纳米液滴技术的驱动器领域。由五个部分组成，表面波声学驱动器固定在衬底上，纳米流体通道位于表面波声学驱动器表面波发射方向，加热器位于纳米流体通道下部衬底中。制备步骤是：制备SOI衬底，衬底为三层结构，由表层薄膜硅、中间隔离层二氧化硅和底层体硅基底组成，用邦定工艺将三层连接为一体；用微机械体加工技术在衬底上制备表面波声学驱动器的栅状电极；用微机械体加工技术在衬底上制备加热器的加热电阻；在衬底上配备表面波声学驱动器控制电极和加热电极。本器件体积小、能耗低、易于集成、稳定性高、易于产业化的特点，能够精确控制微流体的温度、流速、流量和流动方向。

Description

表面波声学纳米流体驱动器及其制作方法
技术领域
本发明涉及纳米科学中的一种基于表面波声学驱动纳米液滴技术的驱动器器件及其制作方法，特别涉及到一种具有体积小、能耗低、易于集成、稳定性高、成本低、产量大、易于产业化特点的表面波声学纳米流体驱动器及其制作方法。
背景技术
微流体在纳米科学、生命科学、生物制药等领域中起着十分重要的作用。精确控制微流体的温度、流速、流量和流动方向，对于控制制药工程中混合药物比率、液态化学反应时间、模拟细胞内特定条件的生化反应、以及控制微生物生态环境有着重要的作用。当前的微流体控制，一般依靠虹吸现象或微液压驱动技术实现，然而这两种控制方法难于精确控制流体的流量、流速、流动方向和温度、体积大、能耗高、难于集成。而且随着纳米科学技术的发展，微流体的体积需要进一步缩小，流体的表面张力将促使流体凝聚成为纳米液滴，传统的虹吸现象或微液压驱动技术将难于精确控制纳米流体的温度、流速、流量和流动方向。一种表面波声学纳米流体驱动器的发明呼之欲出。
发明内容
本发明的目的就是针对虹吸现象或微液压驱动技术，难于精确控制纳米流体的温度、流量、流速和流动方向、体积大、能耗高、难于集成的缺陷和技术上的不足，一是提供一种具有体积小、能耗低、易于集成、稳定性高、成本低、产量大、易于产业化特点的表面波声学纳米流体驱动器，二是提供一种表面波声学纳米流体驱动器的制作方法。
实现上述发明的目的采用以下技术方案：一种表面波声学纳米流体驱动器，由以下五个部分组成，衬底、表面波声学驱动器、控制电极、纳米流体通道、加热器。其连接结构要点是，由控制电极控制的表面波声学驱动器固定在衬底上，纳米流体通道位于表面波声学驱动器表面波发射方向，垂直于表面波声学驱动器栅状电极，加热器由加热电极和加热电阻构成位于纳米流体通道下部衬底中。
表面波声学纳米流体驱动器的制备步骤是：(1)制备SOI(silicon-on-insulator)衬底，衬底为三层结构，由表层薄膜硅、中间隔离层二氧化硅和底层体硅基底组成，用邦定(bonding)工艺将三层连接为一体；(2)用微机械体加工技术在衬底制备表面波声学驱动器的栅状电极；(3)用微机械体加工技术在衬底上制备加热器的加热电阻；(4)在衬底上配备表面波声学驱动器控制电极和加热电极；其中表面波声学驱动器是利用深度离子刻蚀的方法在衬底上制作而成，控制电极是利用依靠CMOS工艺在衬底上制作的金属化电极；在SOI(silicon-on-insulator)衬底上，制作加热电极和加热电阻的方法是，用离子注入技术在衬底的表层硅上掺杂注入杂质三五组离子，使表层硅形成特定形状的加热电阻，加热电极是用CMOS工艺在衬底上制作的金属化电极。
由于采用了上述技术方案，本发明的显著优点是：
1、体积小、能耗低、易于集成、稳定性高、控制精确、成本低、产量大、易于产业化。
2、表面波声学驱动器可以精确控制纳米流体的流量、流速和流动方向。
3、加热器可以精确控制纳米流体的温度。
4、可以与外部控制器件集成，数字化控制纳米流体的温度、流量、流速和流动方向。
5、可驱动控制各种成分和浓度的有机、无机纳米流体。
6、本方法使用安全、有效、经济、合理。
附图说明
图1是本发明的俯视结构图。
图2是图1的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
参见附图1，附图2，本发明由控制电极1、表面波声学驱动器2、加热器3、衬底4、纳米流体通道5等组成。它的连接结构见附图1：由控制电极1控制的表面波声学驱动器2固定在衬底4上，纳米流体通道5位于表面波声学驱动器2表面波发射方向，垂直于表面波声学驱动器2栅装电极，加热器3由加热电极和加热电阻构成位于纳米流体通道5下部衬底4中。
制备方法：(1)制备SOI(silicon-on-insulator)衬底4，衬底4是三层结构，由表层薄膜硅、中间隔离层二氧化硅和底层体硅基底组成，用邦定(bonding)工艺将三层连接为一体。(2)用微机械体加工技术在衬底4上制备表面波声学驱动器2的栅状电极。(3)用微机械体加工技术在衬底4上制备加热器3的加热电阻。(4)在衬底4上配备表面波声学驱动器2控制电极和加热电极。所述的微机械体加工技术是一种重要对体硅进行三维加工，以衬底硅片作为机械结构的加工技术。
具体制作工艺流程：在SOI(silicon-on-insulator)衬底4上，制作控制电极1和表面波声学驱动器2，其中表面波声学驱动器2是利用深度离子刻蚀的方法在衬底4上制作而成，控制电极1依靠CMOS工艺在衬底4上制作金属化电级；纳米流体通道5位于表面波声学驱动器2表面波发射方向，垂直于表面波声学驱动器2栅装电极。在SOI(silicon-on-insulator)衬底4上，制作加热电极和加热电阻，依靠离子注入技术在表层硅上掺杂注入杂质三五组离子，使表层硅形成特定形状的加热电阻，加热电极依靠CMOS工艺在衬底上制作金属化电级。CMOS工艺是公开的互补型金属氧化物半导体技术。
本发明利用表面波声学驱动器2产生垂直于驱动器栅状电极方向的强方向性表面声波，驱动纳米液滴6在纳米流体通道5中发生有特定方向的振动迁移(振移)。利用表面波声学驱动器2发出的表面波精确控制纳米流体的流量、流速和流动方向。利用加热器3可以精确控制纳米流体的温度。通过控制表面波声学驱动器2电极和加热器3电极上的信号，就可以精确控制纳米流体的温度、方向、流速和流量。
本发明的工作过程如下：在控制电极1的两端加入控制信号，使表面波声学驱动器2产生垂直于驱动器栅状电极方向的强方向性表面声波，驱动纳米液滴6在纳米流体通道5中发生有特定方向的振动迁移(振移)，通过控制驱动器电极和加热器电极上的信号，就可以精确控制纳米流体的温度、方向、流速和流量。本发明可以与外部控制器件集成，数字化控制纳米流体的温度、流量、流速和流动方向。可以驱动控制各种成分和浓度的有机、无机纳米流体。

Claims (2)

1.一种表面波声学纳米流体驱动器，它由衬底、表面波声学驱动器、控制电极、纳米流体通道、加热器五个部分组成，其特征在于，由控制电极控制的表面波声学驱动器固定在衬底上，纳米流体通道位于表面波声学驱动器表面波发射方向，垂直于表面波声学驱动器的栅状电极，加热器由加热电极和加热电阻构成位于纳米流体通道下部衬底中。
2.一种如权利要求1所述的表面波声学纳米流体驱动器的制备方法，其特征在于，制备步骤是：(1)制备SOI衬底，衬底为三层结构，由表层薄膜硅、中间隔离层二氧化硅和底层体硅基底组成，三层用邦定工艺固接为一体；(2)用微机械体加工技术在衬底制备表面波声学驱动器的栅状电极；(3)用微机械体加工技术在衬底上制备加热器的加热电阻；(4)在衬底上配备控制电极和加热电极；
其中表面波声学驱动器的栅状电极是利用深度离子刻蚀的方法在衬底上制作而成；控制电极是利用依靠CMOS工艺在衬底上制作的金属化电极；在SOI衬底上，制作加热电极和加热电阻的方法是，用离子注入技术在衬底的表层薄膜硅上掺杂注入杂质三五组离子，使表层薄膜硅形成特定形状的加热电阻，加热电极是用CMOS工艺在衬底上制作的金属化电极。
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