一种聚合物光漂白光波导与微流控免对版集成芯片及其制备方法_3

文档序号:9825545阅读:来源:国知局
的转速下旋转衬底进行涂膜,旋涂的时间为30s,使光敏聚合物材料14(SU-8-2005)均匀涂在衬底9上,厚度为6μπι;固化光敏聚合物材料SU-8-2005(60 °C加热5min,90 °C热板加热1min)得到光敏聚合物材料14薄膜,而后去除其边缘处的纸胶15和上面的光敏聚合物材料16薄膜在纸胶15上的部分,得到光波导芯片17;
[0039]将光波导芯片17带有光敏感聚合物材料16薄膜的一侧和微流控光漂白掩膜版13带有凹槽5的一侧在压印机4上进行热压印,然后调整纳米压印过程的保压温度105°C,保压压力1.5kg/cm2,保压时间5min,压印后形成光波导微流控集成芯片18,以微流控光漂白掩膜版13为掩膜版,在光刻机19下曝光,功率200mW/cm2,曝光时间200 s;
[0040]最后采用激光I对光波导与微流控集成芯片20进行切割,两端各切割5mm,(切割功率为60W,走刀速度为lOmm/s),得到3cm长的样片,切割端面后用乙醇和去离子水擦拭清洗端面,然后抛光可得端面处理过的光波导微流控三维集成芯片14,其微流控通道导通良好,输入、输出米用石英光纤親合(芯径9μηι),一端输入光纤输入功率ImW,另外一端用光纤親合输出,输出的另外一端连接光功率计测量芯片输出光纤的损耗,3cm长的芯片测得插入损耗-15.3dB,截断法测试没有集成微流控通道的同波导尺寸的样品耦合损耗为3dB,计算波导的传输损耗为3.ldB/cm。
[0041 ] 实施例2
[0042]热纳米压印PMMA,芯层材料SU-8-100
[0043]具体工艺步骤如下:
[0044]用激光器I切割厚度Imm的表面抛光的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄片(其玻璃态化温度为100°C),切割功率为50W,走刀速度为lOmm/s,切割出矩形的微流控薄片基底2(4cmX2cm);然后采用热压印方法制备微流控通道凹槽,采用聚合物PDMS模板,通过热纳米压印机4压印凹槽,纳米压印过程的保压温度120 0C,保压压力Ikg/cm2,保压时间1min,压印后自然剥离模板,制备出微流控通道凹槽5(线宽为40μηι,深度为40μηι),引入引出线段长c为10mm,三线段结构的中间线段长e为20mm,三线段的两个间距均为d为40μπι;在凹槽端口处用激光器I贯穿烧蚀初圆柱形注液孔6(激光功率为50W,走刀速度为8mm/s;圆形半径R为5mm);然后用乙醇、去离子水依次擦拭或超声清洗。聚合物微流控薄片基底2、微流控通道凹槽5、注液孔6共同构成上层微流控层芯片A。
[0045]将微流控层芯片A带有微流控凹槽5的一侧蒸发铝掩膜11(铝掩膜厚度30nm),铝掩膜11分布在凹槽内部和芯片表面,在蒸发的铝掩膜11的芯片上旋涂光刻胶12(BP218),转数3000r/min,时间20s,光刻胶分布在凹槽内的铝掩膜上侧以及芯片上铝掩膜上侧,凹槽内光刻胶层厚度为41μπι,芯片上光刻胶的厚度为4μπι,凹槽处光刻胶存在3μπι塌陷。然后采用热板85°C加热20min,自然降温,而后曝光7s(200mW/cm2),用5%。氢氧化钠显影40s后可去除基底上侧平板层的光刻胶和铝,在凹槽内得到光刻胶残留和光刻胶下的铝残留,显影后继续曝光7s(200mff/cm2),用5%。氢氧化钠显影1s,得到用于微流控光漂白的掩膜版13。
[0046]在波导聚合物衬底PMMA薄片14(玻璃态转化温度为95°C,长4cm,宽3cm,厚1mm),面粘贴纸胶15,纸胶覆盖区域为0.2cmX4cm,在贴有胶带的衬底薄片一侧旋涂光敏聚合物材料16(SU-8-100),旋涂芯层材料,即将SU-8-100材料滴在处理过(用乙醇清洗和超声清洗)的PMMA衬底14带有纸胶15的一侧,将衬底14置于旋转涂覆机上,在6000r/min的转速下旋转衬底进行涂膜,旋涂的时间为30s,使光敏聚合物材料SU-8-100均匀涂在衬底9上,厚度为40ym;固化光敏聚合物材料SU-8-100,60°C加热101^11,90°(:热板加热201^11,得到光敏聚合物材料16薄膜,而后去除其边缘处的纸胶14,得到光波导芯片17;
[0047]将光波导衬底薄片17带有光敏聚合物材料16的一侧和微流控光漂白掩膜版13带有压印凹槽5的一侧在压印机4上进行热压印,然后调整纳米压印过程的保压温度100°C,保压压力1.5kg/cm2,保压时间5min,压印后形成光波导微流控集成芯片18,把微流控层13作为掩膜版,在光刻机或曝光灯19下曝光,功率200mW/cm2,曝光时间180s;
[0048]最后采用激光I对光波导与微流控集成芯片20进行切割,两端分别切掉0.5cm(切割功率为60W,走刀速度为lOmm/s),得到3cm长的样片,切割端面后用乙醇和去离子水擦拭清洗端面,然后抛光可得端面处理过的光波导微流控三维集成芯片14,制备的微流控通道导通良好,输入、输出米用聚合物光纤親合(芯径0.5mm),一端输入光纤输入功率ImW(O1550nm),另外一端光纤耦合输出,光纤连接光功率计,用光功率计测量芯片输出光纤的损耗,3cm的芯片的插入损耗为-9.2dB,截断法测试没有集成微流控通道的同波导尺寸的样品親合损耗为2.2dB,计算波导的传输损耗为1.6dB/cm。。
[0049]实施例3
[0050]紫外纳米压印NOA63,芯层材料SU-8-2005[0051 ] 具体工艺步骤如下:
[0052]首先将液态NOA63材料7旋涂于聚二甲基硅氧烷TOMS压印模板3表面(模板上存在突起的三线段结构),旋涂转数500r/min,旋涂时间20s,形成0.5mm厚的薄膜,然后在紫外灯(200mff/cm2)充分曝光,曝光300s,固化液态NOA63材料7,形成固态NOA63薄膜8,薄膜上制备出微流控通道凹槽9(线宽为9μπι,深度为9μπι),引入引出线段长c为10mm,三线段结构的中间线段长e为20mm,三线段的两个间距均为d为9μπι;在凹槽端口处用激光器I烧蚀出贯穿的圆形注液孔10(激光功率为40W,走刀速度为lOmm/s;圆形半径R为3mm);然后用乙醇、去离子水依次擦拭或超声清洗。聚合物微流控基底8、微流控通道凹槽9、贯穿的圆形注液孔10共同构成热压印微流控层芯片B。
[0053]在紫外压印微流控层芯片B带有微流控凹槽9的一侧蒸发铝掩膜11(铝掩膜厚度30nm),铝掩膜11分布在凹槽底部和芯片表面,在蒸发的铝掩膜11上旋涂光刻胶12(BP218),转数3000r/min,时间20s,光刻胶分布在凹槽内的铝掩膜上以及芯片上的铝掩膜上(凹槽内光刻胶层的厚度为Ι?μπι,芯片上光刻胶层的厚度为4μπι,凹槽处存在2μπι的塌陷)。然后采用热板85°C加热20min,自然降温,而后曝光7s(200mW/cm2),用质量分数5%。氢氧化钠作为光刻胶显影液,显影40s后可去除芯片上侧的光刻胶层和光刻胶下平板层的铝膜,在凹槽底部有光刻胶残留,显影后继续曝光7s(200mW/Cm2),用质量分数5%。氢氧化钠显影10s,去除光刻胶,但是保留铝膜,得到用于微流控光漂白的掩膜版13(在凹槽底部为铝掩膜)。
[0054]在波导聚合物NOA衬底14(其软化温度为75°C,长4cm,宽3cm,厚Imm)上表面靠近边缘处粘贴两条纸胶15,胶带覆盖区域为0.2cm X 4cm,露出的PMMA衬底14区域,用于光敏层材料的旋涂),在贴有纸胶15的衬底薄片一侧旋涂光敏聚合物材料16(SU-8-2005),即将SU-8-2005 材料滴在处理过 (用乙醇清洗和超声清洗) 的 PMMA 衬底 14 上, 将衬底 14 置于旋转涂覆机上,在3000r/min的转速下旋转衬底进行涂膜,旋涂的时间为30s,使光敏聚合物材料14(SU-8-2005)均匀涂在衬底9上,厚度为6μπι;固化光敏聚合物材料SU-8-2005(60°C
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