微流控芯片制備加工方法
較為常見(jiàn)的微流控芯片制備加工方法有:
① 絲網(wǎng)印刷 ② 噴墨打印 ③ 紫外光刻(Ultra-Violet,UV)技術(shù) ④ 電子束直寫(xiě)(Electron Beam Lithograph,EBL) ⑤ 質(zhì)子束直寫(xiě)(Proton Beam Writing,PBW)⑥ 飛秒激光雙光子直寫(xiě)技術(shù)
①絲網(wǎng)印刷:作為傳統(tǒng)的印刷技術(shù)成本低廉、工藝簡(jiǎn)單, 主要應(yīng)用于電路板、醫(yī)療器械、服裝等領(lǐng)域.隨著微流控技術(shù)的發(fā)展,為控制其成本以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn), 絲網(wǎng)印刷逐漸被應(yīng)用于制備微流控芯片,絲網(wǎng)印刷技術(shù)的設(shè)備要求不高,因此大大降低了微流控芯片的制作成本,而且加工步驟少,可重復(fù)性高,有利于微流控芯片走向工業(yè)批量化生產(chǎn)。
②噴墨打?。阂话銘?yīng)用于不同材料的精密組件噴印成型, 其優(yōu)勢(shì)在于高速度、自動(dòng)化、低成本、環(huán)境友好度高等, 利用噴墨技術(shù)可直接將墨滴噴射到電路板上,從而精確繪制電路圖。
③紫外光刻技術(shù):紫外光源因?yàn)槠渚哂休^短的波長(zhǎng)、高的光子能量、加工分辨率高等優(yōu)勢(shì),在高精度加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在紫外光刻過(guò)程中,材料吸收一個(gè)紫外光子后,從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)從而引發(fā)后續(xù)的光聚合或光解反應(yīng)。紫外光刻主要有以下特點(diǎn):
熱影響區(qū)域小:紫外光刻技術(shù)的加工原理是一種光化學(xué)反應(yīng)的原理,通過(guò)高能量的紫外光子直接照射破壞加工材料中的化學(xué)鍵,因而其熱影響區(qū)域非常小甚至是無(wú)熱影響區(qū)域;
加工材料廣泛:紫外光源光子能量高,因此可以加工一些可見(jiàn)光與紅外激光無(wú)法加工的材料;
分辨率高:紫外光源的波長(zhǎng)一般可以達(dá)到 395 nm,因此衍射極限尺寸比可見(jiàn)光波段小,因此分辨率高。它的加工精度可以達(dá)到 200 nm 以下,能夠獲得精密的微納結(jié)構(gòu)。
紫外光刻技術(shù)方式可以分為紫外掩模加工和紫外直寫(xiě)加工。紫外掩模加工需要光刻膠掩模板,紫外激光光源為面光源,而紫外直寫(xiě)加工則不需要光刻膠掩模板。
④電子束與質(zhì)子束直寫(xiě)技術(shù): 電子束直寫(xiě)是通過(guò)高能電子束在涂覆有感光材料(光刻膠)的基板上直接曝光獲得結(jié)構(gòu)的加工技術(shù),早在 1965 年就有使用電子束直寫(xiě)制作了 100 nm 的納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道。電子束的波長(zhǎng)非常短,在 100 KV 的加速電壓系統(tǒng)下,電子波長(zhǎng)為 0.12 nm。根據(jù)阿貝衍射極限理論,電子束直寫(xiě)的精度可以達(dá)到納米數(shù)量級(jí)。
電子束直寫(xiě)納米結(jié)構(gòu)與其他傳統(tǒng)納米結(jié)構(gòu)加工技術(shù)相比具有許多優(yōu)勢(shì),例如:高分辨率、無(wú)掩膜、長(zhǎng)焦深,并且還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制直接寫(xiě)入任意納米結(jié)構(gòu)。電子束直寫(xiě)的主要缺點(diǎn)是由于襯底和光刻膠膠層中的散射會(huì)引起曝光區(qū)域的吸收劑量不均衡,從而引起的相互鄰近效應(yīng)。 質(zhì)子束直寫(xiě)主要是通過(guò)將高能量的質(zhì)子束聚焦照射到光刻膠內(nèi)直接加工納米結(jié)構(gòu)的納米加工技術(shù)。質(zhì)子束的穿透能力強(qiáng)于電子束,并且質(zhì)子束的空間發(fā)散角也極小,所以質(zhì)子束直寫(xiě)可以制備得到高的真寬比的納米結(jié)構(gòu)。
⑥飛秒激光雙光子直寫(xiě)技術(shù):是一種基于激光光源的加工方式,與其他傳統(tǒng)的連續(xù)激光加工技術(shù)相比,它的脈沖寬度更窄,峰值功率也更高,往往通過(guò)非線性效應(yīng)與材料相作用,加工精度可以達(dá)到小于百納米,且具備良好的 3D 加工能力,因此在微納制造領(lǐng)域擁有巨大優(yōu)勢(shì)。飛秒激光通過(guò)物鏡會(huì)聚的方式到達(dá)樣品材料內(nèi)部,由于材料與飛秒激光的作用方式為雙光子或多光子吸收,因此只有激光焦點(diǎn)的中心區(qū)域會(huì)發(fā)生光與物質(zhì)的相互作用,從而突破光學(xué)衍射極限,實(shí)現(xiàn)高精度(分辨率<100 nm)的加工。
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