采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法及其所得气体微泵

1.本发明属于气体微泵技术领域，具体涉及一种采用微纳加工工艺的气体微泵及制备方法及其所得气体微泵。


背景技术：

2.近年来，随着纳米材料以及微机电系统(mems)加工、制作和装配工艺的不断发展，气体泵朝着器件微型化、集成化方向发展。而气体微泵与传统泵相比较具有结构简单、尺寸小、无传动件等优点。因此气体微泵已在生物医学、芯片冷却等多个领域有了广泛的应用前景，成为了产业界和学术界的研究热门。
3.目前国内对于微泵的研究主要集中在液体泵，对于气体泵的研究较少，国外对于气体泵的研究尺寸较大，大多集中20毫米级别。气体微泵主要利用压电材料的逆压电效应来进行工作，通过使压电振子做周期性的往复运动，进而改变泵腔容积，腔体内外产生一定压差，出口处的气体被迫排出，进口处的气体被持续吸入，周而复始，最终实现气体的定向输出。目前所能量产的气体微泵尺寸通常为20mm*20mm*5mm，若想制备体积更小的气体微泵，通过机械组装的制作方式难以进一步地明显缩小体积。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法及其所得气体微泵，在获得更高质量、更小体积的气体微泵的同时提高器件的稳定性、密封性。
5.第一方面，本发明提供一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，具体步骤如下：
6.(1)在第一衬底上刻蚀出第一流通路(101)，形成散热层(100)。
7.(2)在散热层(100)上形成牺牲层，并研磨至散热层(100)露出的平整状态。
8.(3)在散热层(100)上沉积出复合合金层(104)，并刻蚀出第二流通路(105)。
9.(4)在复合合金层(104)上形成牺牲层，并研磨至复合合金层(104)露出的平整状态。
10.(5)在复合合金层(104)上沉积第一键合层(107)。
11.(6)采用刻蚀工艺在第一键合层(107)上刻蚀出流通路，并在其上形成牺牲层，然后研磨至第一键合层(107)露出的平整状态。
12.(7)另取第二衬底，在其上刻蚀出第三流通路(110)，形成振动基层(109)。
13.(8)在振动基层(109)的第三流通路(110)中心位置沉积出堵塞层(111)，并图案化。
14.(9)在振动基层(109)上形成沉积牺牲层，并研磨至振动基层(109)露出的平整状态。
15.(10)将复合合金层(104)与振动基层(109)通过第一键合层(107)键合，使得堵塞层(111)覆盖住复合合金层(104)上的第二流通路(105)；对振动基层(109)远离复合合金层
(104)的侧面进行研磨，使第三流通路(110)贯通振动基层(109)。
16.(11)在振动基层(109)上沉积金属，并图案化，形成下电极层(113)。
17.(12)在下电极层(113)上刻蚀出流通路，并在其上形成牺牲层，然后研磨至下电极层(113)露出的平整状态。
18.(13)在下电极层(113)上沉积压电材料，并图案化，形成振动层(115)。
19.(14)在振动层(115)上沉积金属，并图案化，形成上电极层(116)。
20.(15)另取一块第三衬底，刻蚀出第四流通路(118)，形成减振层(117)。在减振层(117)上形成第六牺牲层(119)，并研磨至减振层(117)露出的平整状态。
21.(16)在减振层(117)上沉积薄膜层(121)，并图案化。在薄膜层(121)上固定薄膜(136)，并刻蚀出流通路。
22.(17)另取一块第四衬底作为壳体层(123)；在壳体层(123)上沉积金属，并图案化，形成第二键合层(124)。
23.(18)在壳体层(123)、第二键合层(124)上刻蚀出第五流通路(125)、第七流通路(128)和第八流通路(129)。第五流通路(125)贯穿第二键合层(124)；第七流通路(128)和第八流通路(129)均在壳体层(123)上，并与第五流通路(125)连通。
24.(19)将壳体层(123)与薄膜层(121)通过第二键合层(124)键合，使得薄膜(136)覆盖第五流通路(125)；薄膜(136)上设置有孔洞；该孔洞与薄膜层(121)上的流通路连通，并与减振层(117)不设流通路的凸起部分对齐；对减振层(117)远离薄膜层(121)的一侧进行研磨，使第四流通路(118)贯通减振层(117)。
25.(20)在减振层(117)下沉积出第三键合层(126)，然后刻蚀出第六流通路(127)。
26.(21)将减振层(117)与下电极层(113)通过第三键合层(126)键合；对散热层(100)远离复合合金层(104)的一侧进行研磨，使第一流通路(101)贯通散热层(100)。
27.(22)对壳体层(123)远离薄膜(136)的一侧进行研磨，使第七流通路(128)和第八流通路(129)贯通壳体层(123)。
28.(23)去除所有牺牲层，重新形成气体流通路，得到气体微泵。在气体微泵的所有流通路中，散热层(100)、复合合金层(104)、第一键合层(107)上的流通路形成泵体的输入流道；振动基层(109)、下电极层(113)、第三键合层(126)、减振层(117)上的流通路形成泵腔；第二键合层(124)、壳体层(123)上的流通路形成输出流道。输入流道与泵腔之间通过堵塞层(111)隔开。输出流道与泵腔之间通过薄膜隔开。壳体层(123)上的第七流通路(128)形成出气口。薄膜层(121)上的流通路与减振层(117)上不设流通路的凸起部分对齐。
29.作为优选，步骤(1)中的金属板、步骤(7)中的硅基板材在使用前均依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗。
30.作为优选，步骤(1)中还在金属板上刻蚀出第一储存腔室(130)；步骤(1)中还在复合合金层(104)上刻蚀出第二储存腔室(132)；散热层(100)和复合合金层(104)上的储存腔室连通在一起，并与泵腔保持连通。
31.作为优选，所有牺牲层均通过低压化学气相淀积工艺淀积非晶硅、多晶硅、氮化硅、有机物、磷酸玻璃或掺杂氧化硅的方式得到。
32.作为优选，步骤(3)中的复合合金层(104)、步骤(8)中的堵塞层(111)，均采用pvd(物理气相沉积)的方法沉积得到。
33.作为优选，第一键合层(107)均通过热蒸发或磁控溅射的方式沉积金属，并图案化得到。
34.作为优选，步骤(18)中还在壳体层(123)上刻蚀出第八流通路(129)。贯通壳体层(123)的第八流通路(129)形成泄气口。薄膜层(121)上与泄气口的对应的位置设有通孔；泵腔充压时，薄膜受到来自该通孔的气压，发生弯曲变形，堵塞泄气口。
35.作为优选，当输出流道内的压力大于泵腔内的压力时，薄膜上的孔洞处受压抵住减振层(117)上的凸起部分，使得输出流道与泵腔隔断，避免气体回流。
36.作为优选，所述振动基层的材料采用是玻璃、硅、碳化硅、氮化硅或陶瓷中的一种或多种。
37.第二方面，本发明提供一种采用微纳加工工艺的气体微泵，其通过前述方法制备得到，具有集成度高的特点。
38.本发明具有的有益效果是：
39.本发明通过微纳加工工艺实现了气体微泵的加工，解决了气体微泵机械制备方式的尺寸限制的问题，能够将气体微泵的尺寸控制在1-5mm，进一步实现了气体微泵的小型化，极大地将气体微泵微型化和集成化。此外，相较于传统泵的通过硅粘结剂粘结，本发明中层与层之间利用沉积工艺连结，从而大大缓解了因粘结剂造成的器件性能迥异以及不稳定的情况，并在一定程度上提高了器件的密封性能，进一步增大气体的传输速度，开拓了气体微泵在多个领域的应用前景。
附图说明
40.图1为对散热层依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗示意图，100为散热层；
41.图2为第一流通路的刻蚀示意图，100为散热层，101为第一流通路；
42.图3为散热层的牺牲层制备示意图，100为散热层，102为散热层牺牲层；
43.图4为散热层的牺牲层研磨示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层；
44.图5为复合合金层的制备示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层；
45.图6为第二流通路的刻蚀示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，105为第二流通路；
46.图7为复合合金层牺牲层的制备示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层；
47.图8为复合合金层牺牲层的研磨示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层；
48.图9为第一键合层的制备示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层；
49.图10为第一键合层刻蚀以及牺牲层制备和研磨的示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层；
50.图11为振动基层的制备示意图，109为振动基层；
51.图12为第三流通路的刻蚀示意图，109为振动基层，110为第三流通路；
52.图13为堵塞层的制备示意图，109为振动基层，110为第三流通路，111为堵塞层；
53.图14为振动基层牺牲层的制备和研磨示意图，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层；
54.图15为图10和图14所得器件的键合示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层；
55.图16为振动基层的研磨示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层；
56.图17为下电极层的制备示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层，113为下电极层；
57.图18为下电极层刻蚀以及牺牲层制备和研磨示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层，113为下电极层，114为下电极层牺牲层；
58.图19为振动层的制备示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层，113为下电极层，115为振动层；
59.图20为上电极层的制备示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层，113为下电极层，115为振动层，116为上电极层；
60.图21为减振层的制备示意图，117为减振层；
61.图22为减振层刻蚀示意图，117为减振层，118为第四流通路；
62.图23为减振层牺牲层的制备示意图，117为减振层，119为减振层牺牲层；
63.图24为减振层牺牲层的研磨示意图；117为减振层，120为减振层牺牲层
64.图25为薄膜层的制备示意图，117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜层，122为薄膜层牺牲层；
65.图26为薄膜的制备示意图，117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜层，122为薄膜层牺牲层，136为薄膜；
66.图27为壳体层的制备示意图，123为壳体层；
67.图28为第二键合层的制备示意图，123为壳体层，124为第二键合层；
68.图29为壳体层、第二键合层的刻蚀示意图，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，128为第七流通路，129为第八流通路；
69.图30为图26和图29所得器件的键合示意图，117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜层，122为薄膜层牺牲层，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，128为第七流通路，129为第八流通路，136为薄膜，136为薄膜；
70.图31为减振层117的研磨示意图；117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜
层，122为薄膜层牺牲层，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，128为第七流通路，129为第八流通路，136为薄膜，136为薄膜；
71.图32为第三键合层的制备和刻蚀示意图，117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜层，122为薄膜层牺牲层，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，126为第三键合层，127为第六流通路，128为第七流通路，129为第八流通路，136为薄膜；
72.图33为图20和图32所得器件的键合示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层，113为下电极层，115为振动层，116为上电极层，117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜层，122为薄膜层牺牲层，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，126为第三键合层，127为第六流通路，128为第七流通路，129为第八流通路，136为薄膜；
73.图34为散热层和壳体层的研磨示意图，100为散热层，103为散热层牺牲层，104为复合合金层，106为复合合金层牺牲层，107为第一键合层，108为第一键合层牺牲层，109为振动基层，111为堵塞层，112为振动基层牺牲层，113为下电极层，115为振动层，116为上电极层，117为减振层，120为减振层牺牲层，121为薄膜层，122为薄膜层牺牲层，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，126为第三键合层，127为第六流通路，128为第七流通路，129为第八流通路，136为薄膜；
74.图35为所有牺牲层稀释后的示意图，100为散热层，104为复合合金层，107为第一键合层，109为振动基层，111为堵塞层，113为下电极层，115为振动层，116为上电极层，117为减振层，121为薄膜层，123为壳体层，124为第二键合层，125为第五流通路，126为第三键合层，127为第六流通路，128为第七流通路，129为第八流通路，136为薄膜；
75.图36为散热层的立体图，100为散热层，130为第一储存腔室，131为第一流通路输入口的示意图；
76.图37为复合合金层的立体图，103为复合合金层，132为第二储存腔室，133为流通路的输出口；
77.图38为振动基层和堵塞层的立体图，109为振动基层，111为堵塞层，134为振动基层内外的连接件，135为振动基层上的流通路。
具体实施方式
78.以下结合附图对本发明作进一步说明。
79.如图1-35所示，本实施例提供了一种气体微泵的制备方法，其具体步骤如下：
80.(1)对金属板依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗进行清洗。
81.(2)采用刻蚀工艺在步骤(1)所得的金属板上刻蚀出相互隔离的第一流通路101和第一储存腔室130，形成散热层100。
82.(3)在散热层100上用低压化学气相淀积工艺淀积磷硅酸盐玻璃，作为第一牺牲层102；然后，通过化学机械抛光对第一牺牲层102进行研磨，去除不在第一流通路101位置处的牺牲层，使进第一流通路101位置处的第一牺牲层表面以及散热层上表面平整。
83.(4)采用磁控溅射或mocvd的方法在散热层100上沉积复合合金层104，并刻蚀形成相互隔离的第二流通路105和第二储存腔室132。
84.(5)在复合合金层104上用低压化学气相淀积工艺淀积磷硅酸盐玻璃，作为第二牺牲层106；然后，通过化学机械抛光对第二牺牲层106进行研磨，去除不在第二流通路105位置处的牺牲层，使第二流通路105所在位置的第二牺牲层106表面以及复合合金层上表面平整。
85.(6)采用热蒸发或磁控溅射等方法在复合合金层104上沉积金属，并图案化，形成第一键合层107。
86.(7)采用刻蚀工艺在第一键合层107上刻蚀出流通路，接着用低压化学气相淀积工艺淀积磷硅酸盐玻璃，作为第三牺牲层108；然后，通过化学机械抛光进行研磨，使表面平整。
87.(8)另取硅基板材依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗进行清洗，并采用刻蚀工艺在该硅基板材上刻蚀出第三流通路110，形成振动基层109。
88.(9)采用磁控溅射或mocvd的方法在振动基层109的第三流通路110中心位置沉积堵塞层111，并图案化。
89.(10)在振动基层109上用低压化学气相淀积工艺淀积磷硅酸盐玻璃，作为第四牺牲层112；然后通过化学机械抛光进行研磨，使表面平整。
90.(11)将复合合金层104与振动基层109通过第一键合层107键合，在300摄氏度下通过金属原子的键合工艺将该两层直接连结在一起；堵塞层111覆盖住复合合金层104上的第二流通路105；对振动基层109远离复合合金层104的侧面进行研磨，使振动基层109上表面的牺牲层刚好露出表面，即第三流通路110贯通振动基层109。
91.(12)采用热蒸发或磁控溅射方法在振动基层109上沉积金属，并图案化，形成下电极层113。
92.(13)采用刻蚀工艺对下电极层113刻蚀出流通路，接着用低压化学气相淀积工艺淀积磷硅酸盐玻璃，作为第五牺牲层114；然后，通过化学机械抛光进行研磨，使表面平整。
93.(14)采用磁控溅射或mocvd的方法在下电极层113上沉积压电材料，并图案化，形成振动层115。
94.(15)采用热蒸发或磁控溅射等方法在振动层115上沉积金属，并图案化，形成上电极层116。
95.(16)另取一块板材，采用刻蚀的方式形成第四流通路118，形成减振层117。在减振层117上用低压化学气相淀积工艺淀积磷硅酸盐玻璃，作为第六牺牲层119；然后通过化学机械抛光进行研磨，使表面平整。
96.(17)采用磁控溅射或mocvd的方法在减振层117上沉积薄膜层121，并图案化。并在薄膜层121上固定薄膜136。在薄膜层121上刻蚀出流通路。
97.(18)另取一块板材依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗进行清洗，作为壳体层123；然后采用热蒸发或磁控溅射方法在壳体层123上沉积金属，并图案化，形成第二键合层124。
98.(19)采用刻蚀工艺在壳体层123、第二键合层124上刻蚀出第五流通路125、第七流通路128和第八流通路129。第五流通路125贯穿第二键合层124；第七流通路128和第八流通路129均在壳体层123上，并与第五流通路125连通。
99.(20)将壳体层123通过第二键合层124与薄膜层121键合，使得薄膜136覆盖第五流
通路125；薄膜136上设置有孔洞；该孔洞与薄膜层121上的流通路连通，并与减振层117不设流通路的凸起部分对齐；在300摄氏度下通过金属原子的键合工艺将第二键合层124与薄膜层121直接连结在一起，并对减振层117远离薄膜层121的一侧进行研磨，使减振层117下的牺牲层刚好露出表面，即第四流通路118贯通减振层117。
100.(21)采用磁控溅射或mocvd的方法在减振层117下沉积出第三键合层126，然后刻蚀出第六流通路127。
101.(22)将减振层117与下电极层113通过第三键合层126键合，在300摄氏度下通过金属原子的键合工艺将该两层直接连结在一起，并对散热层100远离复合合金层104的一侧进行研磨，使散热层100下的牺牲层刚好露出表面，即第一流通路101贯通散热层100。
102.(23)对壳体层123远离薄膜136的一侧进行研磨，使壳体层123上的牺牲层刚好露出表面，即第七流通路128和第八流通路129贯通壳体层123。
103.(24)通过湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺利用通道口去除所有牺牲层，重新形成气体流通路。
104.如图36、37和38所示，所有气体流通路中，散热层100、复合合金层104、第一键合层107上的流通路形成泵体的输入流道；振动基层109、下电极层113、第三键合层126、减振层117上的流通路形成泵腔；第二键合层124、壳体层123上的流通路形成输出流道。输入流道与泵腔之间通过堵塞层111隔开。输出流道与泵腔之间通过薄膜隔开。散热层100和复合合金层104上的储存腔室连通在一起，并与泵腔保持连通，用以增大泵腔的容积，从而增大输出流量。
105.壳体层123上的第七流通路128和第八流通路129分别形成出气口和泄气口。薄膜层121上的流通路为相互独立的第一阻挡通路和第二阻挡通路。第一阻挡通路与壳体层123上的泄气口对齐。第一阻挡通路与减振层117不设流通路的凸起部分接触。泵腔充压时，薄膜受到来自第一阻挡通路的气压，发生弯曲变形至与泄气口接触，起到堵塞泄气口的作用。泵腔泄压时，薄膜受到外部压力，经过第二阻挡通路向内变形，抵住减振层117的凸起部分，实现泵腔与输出流道的隔离。
106.堵塞层111在振动基层109和振动层115进行振动的过程中，周期性地控制输入流道与泵腔之间的连通与断开。泵腔内的压力大于输出流道内的压力时，薄膜136堵塞住壳体层123上的泄气口，且使得泵腔与输出流道连通，能够持续向外充压。
107.在振动层115停止振动时，泵腔内的压力小于输出流道内的压力，薄膜136不再堵塞住壳体层123上的泄气口；壳体层123上出气口与泄气口连通，且薄膜136上的孔洞抵住减振层117的凸起部分，使得输出流道与泵腔断开。
108.所得气体微泵的工作原理如下：
109.振动基层109与振动层115组成压电振子，利用压电材料的逆压电效应(当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失)可以使振动层做周期性的往复运动，从而改变泵腔内的压强，与输入流道、输出流道形成压力差推动气体的定向流动。给微泵上下电极施加20v、25khz左右的、相位差180度的矩形波信号，在前半个激励周期下，压电振子向上运动，堵塞层111四周与复合合金层104形成包围，流入流道内的气体进入堵塞层111处，在后半个激励周期下，压电振子向下运动，原本位于堵塞层111处的气体缓慢进入泵腔，当堵塞层111
中部与复合合金层相抵时，流入流道内的气体无法进去泵腔，起到类似阀门的作用。在微泵工作过程中，泵腔内压强始终大于输出流道，从而将薄膜136顶开，气体流入输出流道。在周期性交流矩形波的激励下，微泵循环往复振动，使得气体不断的定向流动，从入口吸入，出口压出。同理，当泵停止施加激励信号时，在出气口处接有密封装置的情况下，则压强差使得薄膜口堵住减振层117的凸起部分，使得气体不能从输出流道流入泵体腔体内，并且薄膜不在堵塞泄气口，从而气体从泄气口流出，不会出现倒流的现象。
110.在图1-38中，部分标号的含义及其具体限定如下：
111.100为气体微泵的散热层。
112.101为散热层通过刻蚀形成的第一流通路。
113.102，103为沉积在散热层上的牺牲层。
114.104为沉积在散热层上的复合合金层。
115.105为复合合金层通过刻蚀形成的第二流通路。
116.106为沉积在复合合金层上的牺牲层。
117.107为沉积在复合合金层上的第一键合层，
118.108为沉积在第一键合层上的牺牲层。
119.109为振动基层。
120.110为振动基层通过刻蚀形成的第三流通路。
121.111为沉积在振动基层上的堵塞层。
122.112为沉积在振动基层上的牺牲层。
123.113为沉积在振动基层上的下电极层。
124.114为沉积在下电极层上的牺牲层。
125.115为沉积在下电极层上的振动层。
126.116为沉积在振动层上的上电极层。
127.117为减振层。
128.118为减振层通过刻蚀形成的第四流通路。
129.119，120为沉积在减振层上的牺牲层。
130.121为沉积在减振层上的薄膜层。
131.122沉积在薄膜层上的牺牲层。
132.123为壳体层。
133.124为沉积在薄膜层上的第二键合层。
134.125为壳体层和第二键合层通过刻蚀形成的第五流通路。
135.126为沉积在减振层上的第三键合层。
136.127为第三键合层通过刻蚀形成的第六流通路。
137.128为壳体层通过刻蚀形成的第七流通路。
138.129为壳体层通过刻蚀形成的第八流通路。
139.130为散热层通过刻蚀形成的第一储存腔室。
140.131为散热层通过刻蚀形成的第一流通路输入口。
141.132为复合合金层通过刻蚀形成的第二储存腔室。
142.133为复合合金层流通路的输出口。
143.134为振动基层内外的连接件。
144.135为振动基层上的流通路。
145.136为薄膜层上的薄膜。
146.100为气体微泵的散热层，材料可以是铜、银、铝、铝合金等中的一种或其任意组合，散热层的长宽为1mm-10mm(优选5mm)，高度为100um-500um(优选250um)。
147.101为散热层通过刻蚀形成的第一流通路，进气孔的孔径为100um-500um(优选250um)。
148.102，103为沉积在散热层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等。
149.104为沉积在散热层上的复合合金层，其采用cvd,pecvd的方式沉积，材料可以是镍、钛、硅中的一种或多种，厚度小于50um；
150.105为复合合金层通过刻蚀形成的复合合金层流通路，通气口孔径为10um-50um。
151.106为沉积在复合合金层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等。
152.107为沉积在复合合金层上的第一键合层，材料可以是氧化硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等的一种或其任意组合，厚度为1-10μm，经cmp处理后粗糙度小于1nm。键合方式可以是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合以及玻璃焊料烧结其中一种。
153.108为沉积在第一键合层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等。
154.109为气体微泵的振动基层，材料可以是玻璃、硅、碳化硅、氮化硅或陶瓷中的一种或多种，振动基层的长宽为1mm-10mm(优选5mm)，厚度为50um-500um(优选100um)。
155.110为振动基层通过刻蚀形成的第三流通路。
156.111为沉积在振动基层上的堵塞层，其采用热蒸发或磁控溅射方法沉积，堵塞层的形状可以是圆形、正方形或椭圆形，材料可以是硅、碳化硅、氮化硅中的一种或多种，堵塞层的直径为1mm-5mm(优选1.5mm)，高度为10um-100um(优选20um)。
157.112为沉积在振动基层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等。
158.113为沉积在振动基层上的下电极层，其采用cvd,pecvd的方式沉积，材料可以为钼，金，铂，铜，铝，银，钛，钨，镍中的一种或其任意组合，厚度为100-300nm，并通过等离子体刻蚀，湿法腐蚀，lift-off等方法形成设计的图案。
159.114为沉积在下电极层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等。
160.115为生长在下电极层上的振动层，其采用热蒸发或磁控溅射方法沉积，可以是复合压电材料，具体可以选用氮化铝，掺杂氮化铝，氧化锌，镍酸锂，锆钛酸铅，厚度为10um-100um(优选25um)。
161.116为沉积在振动层上的上电极层，其采用cvd,pecvd的方式沉积，材料可以为钼，金，铂，铜，铝，银，钛，钨，镍中的一种或其任意组合，厚度为100-300nm，并通过等离子体刻蚀，湿法腐蚀，lift-off等方法形成设计的图案。
162.117为减振层，其采用热蒸发或磁控溅射等方法沉积，材料可以为硬度系数高的材料的一种或其任意组合，具体可以选用陶瓷，厚度为100-500um，并通过lift-off的方式图案化；
163.118为减振层通过刻蚀形成的第四流通路。
164.119，120为沉积在减振层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等。
165.121为沉积在减振层上的薄膜层，材料可以是弹性性能好的薄膜，其通过lift-off的方式图案化；
166.122沉积在薄膜层上的牺牲层，材料可以是非晶硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅。
167.123为壳体层，其材料可以硬度系数高的材料的一种或其任意组合，具体可以选用玻璃、硅、碳化硅、氮化硅或陶瓷中的一种或多种，其通过lift-off的方式图案化；
168.124为沉积在薄膜层上的第二键合层，其采用cvd,pecvd的方式沉积，材料可以是氧化硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等的一种或其任意组合，为增加键合质量，键合层需要经cmp处理使得粗糙度小于1nm，键合方式可以是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合以及玻璃焊料烧结其中一种。
169.125为壳体层、第二键合层通过刻蚀形成的第五流通路。
170.126为沉积在减振层上的第三键合层，其采用cvd,pecvd的方式沉积，材料可以是氧化硅，多晶硅，氮化硅，有机物，磷酸玻璃，掺杂氧化硅等的一种或其任意组合，为增加键合质量，键合层需要经cmp处理使得粗糙度小于1nm，键合方式可以是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合以及玻璃焊料烧结其中一种。
171.127为第三键合层通过刻蚀形成的第六流通路。
172.128为壳体层通过刻蚀形成的第七流通路，孔径为100um-500um。
173.129为壳体层通过刻蚀形成的第八流通路，孔径为10um-50um。
174.130为散热层通过刻蚀形成的第一储存腔室。
175.131为散热层通过刻蚀形成的第一流通路输入口。
176.132为复合合金层通过刻蚀形成的第二储存腔室。
177.133为复合合金层流通路的输出口。
178.134为振动基层内外的连接件。
179.135为振动基层上的流通路。
180.136为薄膜层上的薄膜。

技术特征：
1.一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)在第一衬底上刻蚀出第一流通路(101)，形成散热层(100)；(2)在散热层(100)上形成牺牲层，并研磨至散热层(100)露出的平整状态；(3)在散热层(100)上沉积出复合合金层(104)，并刻蚀出第二流通路(105)；(4)在复合合金层(104)上形成牺牲层，并研磨至复合合金层(104)露出的平整状态；(5)在复合合金层(104)上沉积第一键合层(107)；(6)采用刻蚀工艺在第一键合层(107)上刻蚀出流通路，并在其上形成牺牲层，然后研磨至第一键合层(107)露出的平整状态；(7)另取第二衬底，在其上刻蚀出第三流通路(110)，形成振动基层(109)；(8)在振动基层(109)的第三流通路(110)中心位置沉积出堵塞层(111)，并图案化；(9)在振动基层(109)上形成牺牲层，并研磨至振动基层(109)露出的平整状态；(10)将复合合金层(104)与振动基层(109)通过第一键合层(107)键合，使得堵塞层(111)覆盖住复合合金层(104)上的第二流通路(105)；对振动基层(109)远离复合合金层(104)的侧面进行研磨，使第三流通路(110)贯通振动基层(109)；(11)在振动基层(109)上沉积金属，并图案化，形成下电极层(113)；(12)在下电极层(113)上刻蚀出流通路，并在其上形成牺牲层，然后研磨至下电极层(113)露出的平整状态；(13)在下电极层(113)上沉积压电材料，并图案化，形成振动层(115)；(14)在振动层(115)上沉积金属，并图案化，形成上电极层(116)；(15)另取第三衬底，刻蚀出第四流通路(118)，形成减振层(117)；在减振层(117)上形成第六牺牲层(119)，并研磨至减振层(117)露出的平整状态；(16)在减振层(117)上沉积薄膜层(121)，并图案化；在薄膜层(121)上固定膜层(121)，并刻蚀出流通路；(17)另取一第四衬底作为壳体层(123)；在壳体层(123)上沉积金属，并图案化，形成第二键合层(124)；(18)在壳体层(123)、第二键合层(124)上刻蚀出第五流通路(125)、第七流通路(128)和第八流通路(129)；第五流通路(125)贯穿第二键合层(124)；第七流通路(128)和第八流通路(129)均在壳体层(123)上，并与第五流通路(125)连通；(19)将壳体层(123)与薄膜层(121)通过第二键合层(124)键合，使得薄膜(136)覆盖第五流通路(125)；薄膜(136)上设置有孔洞；该孔洞与薄膜层(121)上的流通路连通，并与减振层(117)不设流通路的凸起部分对齐；对减振层(117)远离薄膜层(121)的一侧进行研磨，使第四流通路(118)贯通减振层(117)；(20)在减振层(117)下沉积出第三键合层(126)，然后刻蚀出第六流通路(127)；(21)将减振层(117)与下电极层(113)通过第三键合层(126)键合；对散热层(100)远离复合合金层(104)的一侧进行研磨，使第一流通路(101)贯通散热层(100)；(22)对壳体层(123)远离薄膜(136)的一侧进行研磨，使第七流通路(128)和第八流通路(129)贯通壳体层(123)；(23)去除所有牺牲层，重新形成气体流通路，得到压电微泵；在压电微泵的所有流通路中，散热层(100)、复合合金层(104)、第一键合层(107)上的流通路形成泵体的输入流道；振
动基层(109)、下电极层(113)、第三键合层(126)、减振层(117)上的流通路形成泵腔；第二键合层(124)、壳体层(123)上的流通路形成输出流道；输入流道与泵腔之间通过堵塞层(111)隔开；输出流道与泵腔之间通过薄膜隔开；壳体层(123)上的第七流通路(128)形成出气口；薄膜层(121)上的流通路与减振层(117)上不设流通路的凸起部分对齐。2.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：步骤(1)中的金属板、步骤(7)中的硅基板材在使用前均依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗。3.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：步骤(1)中还在衬底上刻蚀出第一储存腔室(130)；步骤(1)中还在复合合金层(104)上刻蚀出第二储存腔室(132)；散热层(100)和复合合金层(104)上的储存腔室连通在一起，并与泵腔保持连通。4.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：所有牺牲层均通过低压化学气相淀积工艺淀积非晶硅、多晶硅、氮化硅、有机物、磷酸玻璃或掺杂氧化硅的方式得到。5.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：步骤(3)中的复合合金层(104)、步骤(8)中的堵塞层(111)，均采用pvd的方法沉积得到。6.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：第一键合层(107)均通过热蒸发或磁控溅射的方式沉积金属，并图案化得到。7.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：步骤(18)中还在壳体层(123)上刻蚀出第八流通路(129)；贯通壳体层(123)的第八流通路(129)形成泄气口；薄膜层(121)上与泄气口的对应的位置设有通孔；泵腔充压时，薄膜受到来自该通孔的气压，发生弯曲变形，堵塞泄气口。8.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：当输出流道内的压力大于泵腔内的压力时，薄膜上的孔洞处受压抵住减振层(117)上的凸起部分，使得输出流道与泵腔隔断，避免气体回流。9.根据权利要求1所述的一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法，其特征在于：所述振动基层的材料采用是硅、碳化硅、氮化硅或陶瓷中的一种或多种。10.一种采用微纳加工工艺的气体微泵，其特征在于：通过权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种采用微纳加工工艺的气体微泵制备方法及其所得气体微泵。本发明通过微纳加工工艺实现了气体微泵的加工，解决了气体微泵机械制备方式的尺寸限制的问题，能够将气体微泵的尺寸控制在1-5mm，进一步实现了气体微泵的小型化，极大地将气体微泵微型化和集成化。此外，相较于传统泵的通过硅粘结剂粘结，本发明中层与层之间利用键合工艺连结，从而大大缓解了因粘结剂造成的器件性能迥异以及不稳定的情况，并在一定程度上提高了器件的密封性能，进一步增大气体的传输速度，开拓了气体微泵在多个领域的应用前景。微泵在多个领域的应用前景。微泵在多个领域的应用前景。


技术研发人员：轩伟鹏 倪嘉锋 李懿霖 李文钧 骆季奎
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8