一種復雜三維結構微通道的加工方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種復雜三維結構微通道的加工方法。
【背景技術】
[0002] 微通道廣泛存在于微流控芯片、生物芯片及微電子器件中，常用于控制各類型的 化學反應、篩選異常細胞、基因檢測、電學通道等各類重要應用場合。但是，由于精確檢測、 控制反應等功能的需要，微通道往往都是形狀較為復雜的三維結構，對微通道的形狀及通 道表面的質量要求也極高。對于現(xiàn)代超精密加工技術來說，在不到Imm的芯片上加工加工復 雜的三維微通道，本身已經一個巨大的挑戰(zhàn)，加工質量更加無法保證。
[0003] 如圖1所示，最簡單的三維異形微通道一 U形微通道，但是通過機械加工的方法在 塊體上只能加工兩側垂直的通道，而無法加工出內部的橫向通道。且機械加工的最小直徑 一般大于100μπι，遠無法滿足微流控芯片、生物芯片等需求。因此，亟需設計三維復雜微通道 的加工新方法。
[0004] 中國發(fā)明專利CN102290332B、歐洲發(fā)明專利ΕΡ2439766Α1、美國發(fā)明專利 US6762134、US6790785、US8278191、US8334216、US8486843、US8815104、US8951430、 US20100248449和US20110215441等采用金屬輔助化學刻蝕工藝，以鉑Pt、金Au、銀Ag、銅Cu 等金屬粒子作為催化劑，在氫氟酸和氧化劑(雙氧水、硝酸鐵、高錳酸鉀等）的混合溶液中刻 蝕硅或者III-V族半導體材料，由于覆蓋重金屬的硅或III-V族半導體材料被刻蝕速率明顯 高于沒有覆蓋重金屬的硅或III-V族半導體材料，所以金屬粒子會下沉進入體硅或者III-V 族半導體材料深處從而形成與重金屬顆粒直徑和密度相當?shù)拇笊顝奖鹊奈⒖?。并通過物 理/化學的方法轉移所得到的納米多孔材料，進一步可以得到硅/III-V族半導體線。
[0005] 上述方法相比傳統(tǒng)的通過KOH濕法刻蝕方法，該金屬輔助化學刻蝕方法可以大大 增加微孔的深徑比；相比干法刻蝕，可以大大的降低成本，并能有效地提高側壁的質量。但 是，以上方法均只能在單個方向上進行刻蝕獲得大深徑比微孔，無法在硅或者III-V族半導 體材料上形成規(guī)則的復雜三維結構通道。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種復雜三維結構微通道的加工方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術中 無法在硅或者III-V族半導體材料上形成規(guī)則的復雜三維結構通道的問題。
[0007] 一種復雜三維結構微通道的加工方法，其以金屬粒子作為催化劑，根據(jù)所需要成 形的三維微通道結構，通過機械外力改變加工件方位和旋轉速度，從而控制金屬粒子催化 劑與加工件的接觸位置與運動方向，在氫氟酸和氧化劑的混合溶液的作用下刻蝕加工件， 從而加工出所需的復雜三維結構微通道；
[0008] 所述加工件為硅或者III-V族半導體材料。
[0009] 具體步驟如下：
[0010] 首先，將金屬粒子濺射在硅或者III-V族半導體材料上;其次，將硅或者III-V族半 導體材料置于裝有氫氟酸、氧化劑和水的混合腐蝕溶液中的密閉反應容器中定向腐蝕，獲 得定向微孔;接著，將整個反應容器固定于離心機的夾具中，使反應容器繞離心機的Z軸旋 轉，進行旋轉腐蝕，形成橫向通道;最后，按照設定需求，將反應容器翻轉，改變定向腐蝕方 向后進行定向腐蝕，再啟動離心機，使得反應容器繞離心機的Z軸旋轉，重復定向腐蝕和旋 轉腐蝕操作，直到獲得設定需求的復雜三維結構微通道。
[0011]所述反應容器繞離心機的Z軸進行旋轉時，旋轉角速度為^，r為反應容器距離 旋轉中心軸的距離。
[0012]根據(jù)所需要的離心力來確定的，f=mw2r，離心力大概為重力的10倍。
[0013] 所述金屬粒子的直徑為硅或者III-V族半導體材料上所需生成的三維結構微通道 直徑的0.8-1倍。
[0014] 金屬粒子之間的間距為半導體材料上所需的三維通道之間間距的1.0~1.2倍。
[0015] 為了一次形成多條通道，在實際操作中將會同時噴射很多金屬粒子，如果粒子之 間的間距過小，則會導致相鄰通道被打通，且一般來說通道直徑均比金屬粒子直徑大〇. 2倍 左右，因此，選擇金屬粒子之間的間距為所需的三維通道之間間距的1.0~1.2倍，以保證通 道與通道之間不會被打通。
[0016] 所述混合腐蝕溶液中氫氟酸、氧化劑、水的配比為1: 1:1。
[00?7]按照1:1:1能夠保證化學試劑充分反應。
[0018] 所述硅或者III-V族半導體材料被腐蝕的速度為0.5-5ym/min，利用各方向所需形 成的通道長度除以材料被腐蝕速度獲得各方向上的腐蝕時間。
[0019] 腐蝕速度是由化學反應控制的，速度為0.5-5ym/min，由此估計各道工序的作用時 間，比如形成橫向通道時離心力應該作用多久、刻蝕豎向通道時應該讓其反應多久。
[0020] 有益效果
[0021] 本發(fā)明提供了一種復雜三維結構微通道的加工方法，以金屬粒子作為催化劑，根 據(jù)所需要成形的三維微通道結構，通過機械外力改變加工件方位和旋轉速度，從而控制金 屬粒子催化劑與加工件的接觸位置與運動方向，在氫氟酸和氧化劑的混合溶液的作用下刻 蝕加工件，從而加工出所需的復雜三維結構微通道;該方法避開了常規(guī)思維，通過借助機械 外力，巧妙的且簡單的實現(xiàn)了三維結構微通道的制作，成本低，且適應于任意規(guī)則的復雜三 維結構通道;能夠適用于微流控芯片、生物芯片及微電子器件，可用于大批量生產，有較大 的推廣空間。
【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有的普通U形微通道；
[0023] 圖2為垂直方向微通道成形示意圖，其中，（a)為濺射金屬粒子催化劑，（b)為垂直 方向單向腐蝕，（c)垂直方向單向腐蝕；
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