创新基金项目申报书

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1、电子科技大学大学生创新实验计划项目申报书项目名称：微型气相色谱的研制.项目学科：光学工程.申请人：李雄风陈光楠吴朋林.指导教师：杜晓松.所在学院：光电信息学院.申请金额：一万五千元.申请日期：2011年3月11日.联系电话：15281063218.电子信箱：uestcstuwpl@163.com.电子科技大学教务处二○一○年四月制一、基本情况1．项目情况项目名称微型气相色谱的研制项目性质□小发明、小创作、小设计等□基础性研究□应用性研究□社会调研□开放实验室■创新性研究项目来源□自主立题■教师指导选题起止时间自2011年

2、3月至2013年3月申请金额一万五千元2．申请者情况姓名李雄风性别男年龄20民族汉学院光电信息学院年级2009级专业光信息科学与技术兼职电话152810632183．项目组成员情况姓名性别年龄专业分工每周工签字作时间李雄风男20光信息科学与技术湿法腐蚀3小时陈光楠男20光信息科学与技术Pt加热器3小时固定相涂吴朋林男19光信息科学与技术3小时敷4．指导教师情况姓名杜晓松职称教授博导专业3E-mailxsdu@uestc.edu.cn学院光电信息学院电话13982002690签字二、研究方案1．研究目的和意义：气相色谱是以

3、气体(载气)作为移动相，利用被测物质各组分在不同固定相间分配系数的差异，在两相做相对运动时进行反复多次的分配，使被测物质各组分在固定相间移动速率存在一定的差异，随着移动相的移动进而实现被测物各组分之间分离的一种高效的混合物分离、分析技术。气相色谱技术以其分离效率高，分析速度快，选择性高，灵敏度高，分析样品用量少等众多优点，目前已成为一种相当成熟且应用广泛的分离分析方法。但是，传统的色谱分离设备体积质量大，且对环境要求高，通常情况下只在实验室中进行，这对于诸如易燃易爆、有毒有害气体的监测、战地化学武器的监测等这一类所谓的现

4、场检测与分析ISMA(InSituMeasurement&Analysis)带来了诸多不便。针对以上情况，本项目欲采用MEMS技术在硅片上加工出微型色谱柱，并在硅片上集成加热器和温度传感器等部件，再与气相色谱检测器（如声表面波传感器）相连，构成微型色谱系统，体积大大减小，具有灵敏度高，分析速度快，应用范围广，便携性好等特点，可以方便地对有害气体进行现场检测。2.研究内容与方法：通过查阅相关文献，归纳总结微型气相色谱与传统气相色谱的结构、功能优缺点，掌握器件基本原理，同时熟悉MEMS加工工艺流程，制定出针对制备微型气相色谱

5、合理的工艺步骤。本项目拟采取的研究路线如下图所示：器件结构设计MEMS加工深度反应离子刻蚀DRIE各向异性湿法腐蚀键合阳极键合金硅键合键合晶片表征测试划片，取出器件，接上连接管涂敷固定相器件测试，性能优化A.设计出几种MEMS微型气相色谱柱的结构，并通过仿真软件对这两种种器件内部流体情况进行仿真，得出相关比较结果；另外建立器件工作时的热传导模型，对器件的功耗，加热时间，以及温度进行预评估。B.摸索MEMS加工色谱柱的相关工艺，主要包括刻蚀掩蔽层的选择，溅射工艺，化学气相沉积工艺，光刻工艺，刻蚀工艺，键合工艺，剥离工艺等，

6、并针对关键工艺步骤：刻蚀、键合、剥离分别进行前期准备实验。主要技术：硅深槽刻蚀：分深度反应离子刻蚀（DRIE）和各向异性湿法腐蚀（110）硅两个方向进行。深反应离子刻蚀技术（DRIE）的主要特点是垂直性好，具有很高的深宽比，并且易于实现，无晶向限制，为微型气相色谱复杂结构的体硅加工提供了保障，DRIE在中电49所进行，刻蚀深宽比可达20:1，侧壁角度为90±2°。目前已和该单位联系妥当，可以为我们提供所要求的深槽刻蚀加工。湿法腐蚀是目前最普遍、也是设备成本最低的蚀刻方法，（110）硅片刻蚀，可以形成因各向异性刻蚀所致的陡

7、直侧壁，如下图所示：因此，通过湿法各向异性腐蚀也能制作出所需要的结构，此工艺的难点在于图案开窗方向必须和（111）面平边的方向严格平行，夹角偏差0.2°就会形成台阶状的侧表面，这些台阶是由许多小的{111}面形成的。这里我们将采用预腐蚀定位法，在硅片上沿解理面方向制作一个扇形定位区域，该区域由若干个小矩形构成，相邻两个矩形中心夹角为0.2°，再经过对硅片进行湿法腐蚀，与{111}晶面有较大偏角的、表面长有氮化硅掩膜的小矩形条被完全或部分地测蚀掉，与{111}晶面方向接近的、表面长有氮化硅掩膜的小矩形条被测蚀的较小，在显微

8、镜中可观测到完全没有被测蚀的、表面长有氮化硅的小矩形条，它所暴露出的晶面即是精确的{111}面。另外针对（110）硅做专门的湿法腐蚀工艺研究，通过改变实验条件，比如实验温度、是否搅拌、是否加装冷凝设备，和溶液配方来调节腐蚀结果，包括腐蚀沟槽表面光滑程度、各向异性性以及腐蚀速率，实验结果通过SEM来观察测定。键合工艺：