一種基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜橢偏儀是一種基于橢圓偏振光原理，使用偏振光的非接觸光學(xué)反射測(cè)量?jī)x器。光源產(chǎn)生的入射光經(jīng)過(guò)起偏器透鏡后改變?yōu)榫€(xiàn)形偏振光、再經(jīng)補(bǔ)償器后變?yōu)閳A偏振光；該偏振光經(jīng)樣品表面反射后，其偏振角度會(huì)因樣品表面薄膜而發(fā)生相應(yīng)變化，反射光變?yōu)闄E圓偏振光，通過(guò)分析器、檢測(cè)器，即可測(cè)出偏振角度的變化；再通過(guò)軟件的建模、模擬、擬合功能，計(jì)算出樣品的膜厚、折射率等光學(xué)參數(shù)。
[0003]納米材料與器件的研發(fā)、制作，都需要大量的電介質(zhì)、半導(dǎo)體、有機(jī)聚合物等各種材料制成的薄膜，作為功能層、隔離層、掩膜層等。這些薄膜的厚度、光學(xué)參數(shù)(如折射率、吸收系數(shù)、材料梯度等)表征了薄膜的主要特性，對(duì)納米器件的性能非常重要。
[0004]光譜橢偏儀設(shè)備能夠測(cè)量薄膜厚度、折射率、介電常數(shù)、吸收系數(shù)、材料組分、表面和界面粗糙層，同時(shí)能分析各向異性材料和多層復(fù)合膜，能滿(mǎn)足退偏效應(yīng)分析、非均勻樣品、散射和背板反射等復(fù)雜應(yīng)用?？墒褂霉庾V橢偏儀測(cè)量、分析和比較不同材料、不同鍍膜工藝、不同工藝參數(shù)所造成的膜厚、光學(xué)常數(shù)等差異，從而幫助研發(fā)出新工藝、新器件和新材料。橢偏儀可以滿(mǎn)足一般用戶(hù)在大氣中測(cè)量樣品光學(xué)參數(shù)的需求，但隨著科研領(lǐng)域的拓寬和生物領(lǐng)域的快速發(fā)展，尤其是微流控領(lǐng)域的深入研宄，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)用戶(hù)需要在液體環(huán)境中測(cè)量樣品的光學(xué)參數(shù)，而傳統(tǒng)橢偏儀不具備液體環(huán)境測(cè)量功能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，使得橢偏儀能夠測(cè)量微流控芯片中樣品的光學(xué)參數(shù)，對(duì)微流控材料的液體環(huán)境生長(zhǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)在液體環(huán)境中進(jìn)行橢偏儀光學(xué)常數(shù)測(cè)量的需求。
[0006]為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，包括橢偏儀、微流控芯片、微量注射泵、電移臺(tái)和控制單元，所述微流控芯片固定于所述電移臺(tái)上，所述電移臺(tái)置于所述橢偏儀的樣品臺(tái)上并與所述控制單元相連，所述微量注射泵分別與所述微流控芯片和所述控制單元相連。
[0008]所述橢偏儀包括各種類(lèi)型的橢偏儀，如全自動(dòng)光譜橢偏儀、成像橢偏儀(成像橢圓偏振技術(shù))或激光單波長(zhǎng)橢偏儀等。
[0009]所述系統(tǒng)還包括芯片夾具，所述微流控芯片固定于所述芯片夾具中之后再固定于所述電移臺(tái)上，所述芯片夾具可通過(guò)商購(gòu)或自制獲得。
[0010]所述微流控芯片包括上表面、微流通道、下表面和導(dǎo)管。所述微流通道位于下表面和上表面之間，所述導(dǎo)管與所述微流通道相連。所述上表面為光學(xué)玻璃，所述微流通道使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料做成，所述下表面為硅片，所述微流控芯片的上下表面分別選用光學(xué)玻璃和硅片以滿(mǎn)足橢偏儀的測(cè)量要求，所述導(dǎo)管為塑料材質(zhì)，可商購(gòu)獲得。
[0011]所述微量注射器通過(guò)所述導(dǎo)管將實(shí)驗(yàn)液體從微量注射泵的注射器中以不超過(guò)20ml/min 流速導(dǎo)入至所述微流通道中，如 19ml/min、15ml/min、13ml/min、10ml/min、8ml/min、6ml/min、4ml/min或2ml/min等，實(shí)現(xiàn)樣品在芯片下表面娃片上進(jìn)行液體環(huán)境原位生長(zhǎng)。
[0012]所述微量注射泵為商購(gòu)獲得，其技術(shù)參數(shù)為:采用四通道，單向推動(dòng)技術(shù)，最大行程:70mm，行程分辨率:0.165 μ m，線(xiàn)速度范圍:7.94 μ m/min-79.4mm/min (流量=線(xiàn)速度X注射器內(nèi)截面積)，線(xiàn)速度調(diào)節(jié)分辨率:7.94ym/min，行程控制精度:誤差< ±0.5% (行程多最大行程的30%時(shí))，額定線(xiàn)性推力:>20N，可儲(chǔ)存多個(gè)用戶(hù)自定義的注射器內(nèi)徑值。
[0013]所述微量注射泵至少為一個(gè)，優(yōu)選為四個(gè)。所述微量注射泵的通道數(shù)不大于所述微流通道的個(gè)數(shù)。在實(shí)際使用中根據(jù)使用要求可以設(shè)置不同的微量注射泵通道數(shù)以及微流通道數(shù)，如I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)或8個(gè)等。
[0014]所述電移臺(tái)包括電移臺(tái)主體和電機(jī)；所述電機(jī)為馬達(dá)，所述電移臺(tái)的移動(dòng)精度小于0.2mm。所述電移臺(tái)可移動(dòng)所述微流控芯片，以方便所述橢偏儀對(duì)芯片上微流通道里的樣品生長(zhǎng)情況進(jìn)行測(cè)量。
[0015]所述控制單元為計(jì)算機(jī)，所述控制單元中安裝有控制微量注射泵和電移臺(tái)的軟件，所述軟件可同時(shí)控制所述微量注射泵的液體流速和所述電移臺(tái)的移動(dòng)行程，以控制微流控樣品生長(zhǎng)和橢偏儀測(cè)量。
[0016]另一方面，本實(shí)用新型還提供了一種如上所述系統(tǒng)進(jìn)行原位液體環(huán)境測(cè)量的方法，所述方法包括以下步驟:
[0017]I)向微量注射泵中充入用于樣品生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)液體；
[0018]2)將微流控芯片與微量注射泵相連接，并將微流控芯片固定在電移臺(tái)上；
[0019]3)將微量注射泵的控制接口與控制單元相連；
[0020]4)將電移臺(tái)放在橢偏儀的樣品臺(tái)上并與控制單元相連；
[0021]5)將橢偏儀光斑聚焦對(duì)準(zhǔn)于微流控芯片的微流通道上，對(duì)液體環(huán)境下的微流控樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)原位光學(xué)參數(shù)測(cè)量，利用電移臺(tái)移動(dòng)其他微流通道至橢偏儀光斑下，對(duì)其他微流通道內(nèi)的微流控樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0022]本實(shí)用新型還提供了如上所述系統(tǒng)在微流控原位液體環(huán)境測(cè)量中的應(yīng)用，所述系統(tǒng)可用于橢偏儀對(duì)微流控材料的液體環(huán)境生長(zhǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0024]本實(shí)用新型的系統(tǒng)是一種原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，能夠測(cè)量液體樣品池中流動(dòng)狀態(tài)的樣品的光學(xué)參數(shù)，對(duì)液體環(huán)境中材料的生長(zhǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；能夠滿(mǎn)足用戶(hù)在液體環(huán)境中進(jìn)行橢偏儀光學(xué)常數(shù)測(cè)量的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型提供的基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中:1，微量注射泵；2，樣品臺(tái)；3，微流控芯片；4，電移臺(tái)；5，計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1所示，是本實(shí)用新型提供的基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)包括橢偏儀、微流控芯片3、微量注射泵1、電移臺(tái)4和計(jì)算機(jī)5，所述微流控芯片3固定于所述電移臺(tái)4上，所述電移臺(tái)4置于所述橢偏儀的樣品臺(tái)2上并與所述計(jì)算機(jī)5相連，所述微量注射泵I分別與所述微流控芯片3和所述計(jì)算機(jī)5相連。
[0030]所述基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法如下:
[0031]I)向微量注射泵I的注射器中充入用于微流控樣品生長(zhǎng)用的實(shí)驗(yàn)液體；
[0032]2)將微流控芯片3與微量注射泵I相連接，并將微流控芯片3固定在電移臺(tái)4上;
[0033]3)將微量注射泵I的控制接口和電移臺(tái)4接口連接到控制用計(jì)算機(jī)5 ；
[0034]4)將電移臺(tái)4放在橢偏儀樣品臺(tái)2上，并與計(jì)算機(jī)5相連；
[0035]5)通過(guò)計(jì)算機(jī)5控制微量注射泵I的液體流速，將橢偏儀光斑聚焦對(duì)準(zhǔn)于微流控芯片3的一個(gè)通道上，利用橢偏儀對(duì)液體環(huán)境下的微流控樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)原位光學(xué)參數(shù)測(cè)量，通過(guò)控制軟件對(duì)電移臺(tái)4的控制，將其他通道移動(dòng)至橢偏儀光斑下，對(duì)其他通道內(nèi)的微流控樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0036]實(shí)施例2
[0037]為證明所述基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度，特使用具體樣品進(jìn)行光譜橢偏儀測(cè)量，具體測(cè)量方法如實(shí)施例1所述。為對(duì)比測(cè)量精度，微流控樣品選擇為102.3nm厚的SiCV薄膜標(biāo)樣，實(shí)驗(yàn)液體選擇為純凈水，橢偏儀選擇為SENTECH公司生產(chǎn)的SE850DUV型橢偏儀。
[0038]選擇微流控芯片中的一個(gè)通道，放入并固定住SiCV薄膜標(biāo)樣，選擇一個(gè)微量注射泵充入純凈水，以ΙΟΟμπι/min的線(xiàn)速度向所述通道中推入，實(shí)時(shí)使用光譜橢偏儀對(duì)該標(biāo)樣進(jìn)行膜厚測(cè)量，測(cè)量波長(zhǎng)選擇為400-760nm可見(jiàn)光，測(cè)得標(biāo)樣厚度為105.2nm，誤差為2.8%，優(yōu)于該臺(tái)橢偏儀測(cè)量精度小于5%的技術(shù)指標(biāo)。
[0039]申請(qǐng)人聲明，以上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括橢偏儀、微流控芯片、微量注射泵、電移臺(tái)和控制單元，所述微流控芯片固定于所述電移臺(tái)上，所述電移臺(tái)置于所述橢偏儀的樣品臺(tái)上并與所述控制單元相連，所述微量注射泵分別與所述微流控芯片和所述控制單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括芯片夾具，所述微流控芯片固定于所述芯片夾具中之后再固定于所述電移臺(tái)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微流控芯片包括下表面、微流通道、上表面和導(dǎo)管，所述微流通道位于下表面和上表面之間，所述導(dǎo)管與所述微流通道相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微流控芯片的上表面為光學(xué)玻璃，所述微流通道為PDMS通道，所述下表面為硅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微量注射泵至少為一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微量注射泵為四個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微量注射泵的通道數(shù)不大于所述微流通道的個(gè)數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電移臺(tái)的移動(dòng)精度小于0.2_。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括橢偏儀、微流控芯片、微量注射泵、電移臺(tái)和控制單元，所述微流控芯片固定于所述電移臺(tái)上，所述電移臺(tái)置于所述橢偏儀的樣品臺(tái)上并與所述控制單元相連，所述微量注射泵分別與所述微流控芯片和所述控制單元相連。所述基于橢偏儀的微流控原位液體環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)使得橢偏儀能夠測(cè)量微流控芯片中液體流動(dòng)狀態(tài)下的樣品的光學(xué)參數(shù)，對(duì)微流控材料的液體環(huán)境生長(zhǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)在液體環(huán)境中進(jìn)行橢偏儀光學(xué)常數(shù)測(cè)量的需求。
【IPC分類(lèi)】G01N21-21
【公開(kāi)號(hào)】CN204439528
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520034075
【發(fā)明人】祖敏, 熊玉峰, 徐曉慧, 楊曉宇, 馬萬(wàn)順
【申請(qǐng)人】國(guó)家納米科學(xué)中心
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日