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微反應(yīng)器加工工藝介紹

更新時(shí)間:2021-11-11 點(diǎn)擊次數(shù):669
   微反應(yīng)器是一種借助于特殊微加工技術(shù)以固體基質(zhì)制造的可用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)元件。微反應(yīng)器通常含有小的通道尺寸(當(dāng)量直徑小于500 ?m)和通道多樣性,流體在這些通道中流動(dòng),并要求在這些通道中發(fā)生所要求的反應(yīng)。這樣就導(dǎo)致了在微構(gòu)造的化學(xué)設(shè)備中具有非常大的表面積/體積比率。
  微反應(yīng)器加工工藝介紹:
  微反應(yīng)器常用的加工技術(shù)大致可以分為三大類(lèi): -種是硅體微加工技術(shù),由IC(集成電路)平面制造I藝延伸而來(lái);二I是超精密加工技術(shù); -個(gè)復(fù)雜的微反應(yīng)器通常需要多種材料和工藝結(jié)合使用。
  1硅體微加工。
  硅體微加工,是指采用刻蝕技術(shù),對(duì)大塊硅進(jìn)行準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)的微加工,主要有濕法刻蝕技術(shù)和干法腐蝕技術(shù)。
  1.1濕法腐蝕。
  濕法腐蝕是利用腐蝕液對(duì)材料進(jìn)行氧化。然后通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使氧化物溶解,從而達(dá)到腐蝕的目的。濕法刻蝕可分為各向同性刻蝕和各向異性刻蝕。前一種方法是從一個(gè)掩模窗[開(kāi)始,向所有方向同時(shí)進(jìn)行,直到將掩模窗口的下面切成半圓形。它的腐蝕液是一種以氬氟酸、 硝酸為水或醋酸稀釋的液體混合物,腐蝕機(jī)理可用*反應(yīng)式表示:18HF + 4HN03+ 3Si- -3H2SiF6+ 4NO+ 8H2SiF6+ 4NO+ 8H20后者是利用硅的各向異性,使其沿不同晶面具有不同的腐蝕速率。當(dāng)晶體表面被各向異性腐蝕(100)的硅基片時(shí),表面將停止。此外,各種各向異性刻蝕方法都很多,常用的是氫氧化鉀、水和異丙醇組成的混合液體,各向同性刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是速度快,但由于缺少對(duì)工件形狀的控制,在微工中往往難以達(dá)到工藝要求;各向異性刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是控制硅晶片的幾何形貌,但由于缺少對(duì)工件形狀的控制,所以在腐蝕過(guò)程中溫度升高,因此影響了許多光刻膠的使用。
  1.2干燥腐蝕。
  干蝕是利用氣體進(jìn)行腐蝕,具有濺射腐蝕、等離子刻蝕、RIE等多種實(shí)用技術(shù)。干法刻蝕與濕法刻蝕相比。不需要有毒化學(xué)試劑,無(wú)需清洗。對(duì)環(huán)境影響小,自動(dòng)化程度高,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。臨界尺寸和腐蝕速率容易控制、精度高、深寬比大。其缺點(diǎn)是工藝規(guī)模難以擴(kuò)大。設(shè)備成本高。干式刻蝕技術(shù)也可取代LIGA方法,實(shí)現(xiàn)高精度、大寬寬比的微結(jié)構(gòu)加工,從而降低成本。二是超精密加工。微型反應(yīng)器超精密加工主要有微放電和高能束兩大類(lèi),其中微反應(yīng)器又分為激光、電子束和離子束兩大類(lèi)。
  2.1放電處理。
  微放電加工是一種利用脈沖放電對(duì)工件進(jìn)行蝕除加工,具有良好的成形能力,主要用于穿孔切害,但工件加工局限于金屬等導(dǎo)電材料,且加工精度難以保證。為了實(shí)現(xiàn)這一一目的,人們又發(fā)展了一-種被稱(chēng)為金屬絲的微放電加工方法。其工具電極是金屬絲。可沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),從而不受外力作用,對(duì)工件進(jìn)行高精度加工。用此方法可靈活加工各種形狀的工件。先用WEDG方法加工非常的金屬型芯,并涂上隔離材料。然后在絕緣材料上鍍一層金屬,然后用!WEDG法對(duì)其進(jìn)行電鍍加工。后將型芯拔出,留下高精度的噴嘴。
  2.2高能雖束加工。
  高能量光東通過(guò)聚焦可以使光束的直徑變小至納米級(jí),并且在聚焦過(guò)程中具有高強(qiáng)度,可以應(yīng)用于超微加工。高能顯束的加工可以分為激光束加工、電子束加工和離子束加工。激光加工是利用聚焦激光束照射工件,使材料在被材料吸收后轉(zhuǎn)化為熱能。使材料熔化氣化,從而達(dá)到對(duì)材料進(jìn)行脫除的目的。相對(duì)于電子束加工和離子束加工,它不需要抽真空,因此成本更低。電子束加工是在真空條件下使聚焦后的電子束以*的速度撞擊工件。被撞擊部位可以在極短的時(shí)間內(nèi)加熱至數(shù)千攝氏度,從而使材料熔化氣化以達(dá)到去除的目的。離子束加工就是。利用電場(chǎng)對(duì)聚焦后的離子束進(jìn)行加速,使其獲得較大的動(dòng)能,并在工件上撞擊去除材料。其加工精度可達(dá)納米級(jí),是目前高能束加工的方法。離子束和電子束均在真空環(huán)境下進(jìn)行,有利于易氧化材料的加工。高能量束加工不需要刀具,是非接觸式的,因此沒(méi)有變形,幾乎可以加工任何材料,因此應(yīng)用范圍很廣,可以用來(lái)做鉆孔、切割、刻劃等,用激光加工成的微孔薄膜,用于萃取。另外,利用激光加工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的快速原型制造。具有實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)大規(guī)模、低成本制造的前景。
  3.3LIGA過(guò)程。
  LIGA分為光刻、電鍍和壓模三個(gè)步驟,是德國(guó)喀爾斯魯厄核研究中心早發(fā)明的。即在導(dǎo)電襯底上涂上一層防蝕劑。同步輻射加速器產(chǎn)生的x射線束通過(guò)確定的圖形的掩模,將PMMA曝光, 然后用濕法腐蝕顯影,在聚臺(tái)物上刻下立體模型,然后以導(dǎo)電的金屬基片作為陰極,浸入電鍍液進(jìn)行電鍍,電解后的金屬離子沉積在金屬基片上。逐漸填滿(mǎn)立體模型的空間,除去聚合物材料,所得金屬結(jié)構(gòu)的立體模型可作為所期望的微型結(jié)構(gòu)(此時(shí)模型與聚合物模型互為陰、陽(yáng)模)。通過(guò)電鍍獲得的金屬結(jié)構(gòu)的立體模型,在要蓋有孔的柵板上的柵板上注入低粘滯度的聚臺(tái)物。如塑料制品,待固化后,將塑料結(jié)構(gòu)(連同柵板)從模型中拔出,形成了塑料的微型立體結(jié)構(gòu)。
  LIGA適用于大批星生產(chǎn),沒(méi)有限制深度,適用于多種材料的加工。缺點(diǎn)是需要早貴的同步輻射加速器。結(jié)果表明。LIGA作為催化劑,用LIGA制備微反應(yīng)器已被廣泛地應(yīng)用于催化反應(yīng)。可提高反應(yīng)的選擇性。
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