專利名稱：堆疊結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種通過堆疊包括至少一個基板的多個基板而形成的堆疊結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，稱為“微反應器”的小型反應器已經(jīng)開發(fā)出來并且投入實際使用。微反應器是使多種反應物，如原料、試劑和燃料在混合的同時彼此反應的小型反應器。微反應器被用于微領域的化學反應實驗、藥物研制、人造器官研制、基因組/DNA分析工具和用于微流體工程的基本分析工具。使用微反應器的化學反應具有不同于使用燒杯或燒瓶的一般化學反應的特有特征。例如，因為整個反應器非常微小，因此熱交換效率非常高，可以有效進行溫度控制。因此，即使是需要精密溫度控制的反應或者需要急劇加熱或冷卻的反應，都可以輕松進行。
更具體地說，微反應器具有一個或多個使反應物流動的通道(流道)和一個反應物在其中彼此反應的反應器(反應槽)。在日本專利申請公開出版物No.2001-228159中，將一個溝槽以預定型式形成于其中的硅基板和一個玻璃構(gòu)成的PYREX(注冊商標)基板堆疊并且陽極結(jié)合，由此在兩個基板之間的封閉區(qū)域中形成通道。術(shù)語“陽極結(jié)合”表示一種結(jié)合技術(shù)。在該技術(shù)中，在熱環(huán)境中將一個正極放在硅基板上面，而一個負極放在玻璃基板上面。將高電壓施加在兩個電極之間以至在玻璃基板中產(chǎn)生電場。玻璃基板中帶有負電荷的氧原子被移動到硅基板一側(cè)，以至于玻璃基板中的氧原子在玻璃基板和硅基板之間的分界面上被原子間結(jié)合到硅基板中的硅原子中。因為基板可以不使用任何粘接劑而結(jié)合，或者基板可以在空氣中結(jié)合，該技術(shù)特別是在基板結(jié)合中表現(xiàn)優(yōu)秀而眾所周知。
已經(jīng)有人嘗試交替地堆疊多個玻璃基板和多個硅基板并且將它們陽極結(jié)合以產(chǎn)生具有堆疊結(jié)構(gòu)的微反應器。在這種情況下，很難將硅基板結(jié)合到玻璃基板的兩個表面上。因此，幾乎不能制造堆疊結(jié)構(gòu)。如圖12A中所示，在第一陽極結(jié)合步驟中，設置一個硅基板301和玻璃基板302，使玻璃基板302的一個表面302a接觸硅基板301的一個表面301a。在它們之間施加電壓以產(chǎn)生朝著實線箭頭所示方向的電場，并且在表面301a和302a之間的分界面上引起結(jié)合。隨后，在第二陽極結(jié)合步驟中，如圖12B中所示，設置一個新的硅基板303和玻璃基板302，使硅基板303的一個表面303a接觸玻璃基板302的另一個表面302b。在硅基板之間施加電壓以產(chǎn)生朝著實線箭頭所示方向的電場。該電場的方向與第一陽極結(jié)合步驟中的電場方向(圖12B中虛線箭頭)相反。這對硅基板303和在第一陽極結(jié)合步驟中陽極結(jié)合到硅基板301上的硅基板302的另一個表面之間的結(jié)合產(chǎn)生負面影響。

發(fā)明內(nèi)容
有利的是，本發(fā)明使得有可能采用至少三個基板制造堆疊結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的堆疊結(jié)構(gòu)是通過堆疊和結(jié)合多個基板而形成的堆疊結(jié)構(gòu)，包括一個結(jié)合膜，該結(jié)合膜被置于所述多個基板中第一基板和包含玻璃的第二基板之間的結(jié)合區(qū)域中，并且通過陽極結(jié)合被結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上。
根據(jù)此方面的堆疊結(jié)構(gòu)，通過陽極結(jié)合被結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上的結(jié)合膜可以很好地結(jié)合在第一基板和第二基板之間。當結(jié)合膜設置在基板的預定表面上時，該表面和包含玻璃的基板之間的陽極結(jié)合中的電場可以沿預定方向設定。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的堆疊結(jié)構(gòu)是通過堆疊和結(jié)合包括至少一個玻璃基板的多個基板而形成的堆疊結(jié)構(gòu)，包括一個緩沖膜，該緩沖膜置于所述多個基板中玻璃基板的結(jié)合區(qū)域中，并且容納玻璃基板中因為施加于玻璃基板上的電壓而移動的堿金屬成分。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法是一種制造包括多個基板的堆疊結(jié)構(gòu)的方法，包括進行陽極結(jié)合，以將置于所述多個基板中第一基板和包含玻璃的第二基板之間的結(jié)合膜結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上。
根據(jù)該制造方法，通過陽極結(jié)合被結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上的結(jié)合膜可以很好地結(jié)合在第一基板和第二基板之間。當結(jié)合膜設置在基板的預定表面上時，該表面和包含玻璃的基板之間的陽極結(jié)合中的電場可以沿預定方向設定。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法是一種制造包括多個基板的堆疊結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟將多個基板中玻璃基板的一個表面與另一個基板接觸；并且以某種狀態(tài)將玻璃基板陽極結(jié)合到另一個基板上，在該狀態(tài)中，能夠容納玻璃基板中的堿金屬成分的緩沖膜設置在玻璃基板的另一個表面上。
在根據(jù)本發(fā)明第四方面的制造方法中，即使當玻璃基板中的堿金屬成分因為陽極結(jié)合中的電場而移動到玻璃基板的另一表面?zhèn)葧r，緩沖膜也容納堿金屬成分。因此，可以抑止在玻璃基板另一表面?zhèn)壬厦鎵A金屬成分的沉積。


圖1A至1D是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的堆疊微反應器的制造步驟的截面圖；圖2是用于說明代替圖1C的一個步驟的截面圖；圖3是顯示一個完成的堆疊微反應器的截面圖；圖4A至4C是用于說明根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的堆疊微反應器的制造步驟的截面圖；圖5是一個顯示電壓和與緩沖膜3表面的距離之間的關(guān)系的曲線圖；圖6是顯示從陽極結(jié)合開始的時間和電極之間流動的電流之間的關(guān)系的曲線圖；圖7A和7B分別是用于說明具有堆疊結(jié)構(gòu)的一種微反應器的制造步驟的截面圖和俯視圖；圖8是用于說明圖7A和7B下一個步驟的截面圖；圖9是用于說明圖8下一個步驟的截面圖；圖10是用于說明圖9下一個步驟的截面圖；圖11是一個完成的微反應器200的截面圖；和圖12A和12B是用于說明一個陽極結(jié)合步驟的截面圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖來說明用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中技術(shù)上優(yōu)選的各種局限性被加到下面將要說明的實施例中。但是，本發(fā)明的精神和范圍并不限于下面實施例和所述實例。
下面將參考圖1A至4說明應用了本發(fā)明的第一堆疊微反應器的制造方法。
如圖1A中所示，制備一個離子導電玻璃基板2，該基板通過添加堿金屬化合物，如堿金屬氧化物(例如，氧化鈉(Na2O)、氧化鋰(Li2O)或氧化鉀(K2O))或堿金屬碳酸鹽(例如，碳酸鋰(Li2CO3))而含有堿金屬，如鈉、鋰或鉀。具體地說，優(yōu)選使用含有鋰的玻璃，因為鋰離子具有很小的半徑，并且因此容易在電場中在玻璃中移動。例如，含有鈉原子的PYREX(注冊商標)玻璃或含有鋰原子的玻璃基板(可以從ASAHI TECHNOGLASSCORPORATION獲得的SW-YY)可以用作玻璃基板2。
如圖1B中所示，一個導電緩沖膜3形成于玻璃基板2的整個表面2a上，該緩沖膜具有適度的堿金屬離子穿透性和低于玻璃基板2并且高于單獨的金屬的電阻率。一個結(jié)合膜4形成于緩沖膜3上面，該結(jié)合膜包含由金屬或包含金屬的合金構(gòu)成的單層膜或其多層膜。一個Z字形溝槽2c形成于玻璃基板2的另一個表面2b內(nèi)。當另一個表面2b通過結(jié)合膜4結(jié)合到后面要說明的另一個玻璃基板2(圖1D)上時，溝槽2c在具有封閉的上表面的微反應器中形成一個發(fā)生化學反應的間隙(流道)。流道的寬度和深度為，例如500μm或更小。
結(jié)合膜4被下面要說明的另一個玻璃基板2(圖1D)中的氧原子氧化，并且導致共價結(jié)合到另一個玻璃基板2上，以至于結(jié)合膜4被陽極結(jié)合到另一個玻璃基板2上。優(yōu)選的是，結(jié)合膜4在氧化之前顯示出導電性，以至于容易通過陽極結(jié)合產(chǎn)生電流，在室溫和大氣壓力下具有很低的氧化進展速度并且在陽極氧化條件下具有適度的氧化進展速度。對于結(jié)合膜4在氧化之前的詳細材料，優(yōu)選使用具有2000℃或更高熔點的金屬或合金。更具體地說，優(yōu)選的是，結(jié)合膜4含有Ta(熔點2990℃)、W(熔點3400℃)、Mo(熔點2620℃)、TaSi2(熔點2200℃)、WSi2(熔點2170℃)和MoSi2(熔點2050℃)中的至少一種。具有低于2000℃熔點的金屬趨向于容易在空氣中氧化，并且陽極結(jié)合必須在真空環(huán)境中進行。這使得管理和制造過程復雜并且增加成本。
緩沖膜3緩和玻璃基板2中堿金屬離子的沉積，其中堿金屬離子通過陽極結(jié)合作為沉積物沉積在玻璃基板2的表面上。優(yōu)選的是，緩沖膜3由具有低于玻璃基板2的電阻率(更具體地說，大約0至10kΩ·cm的電阻率)和堿金屬離子穿透性的導電物質(zhì)構(gòu)成以至于在陽極結(jié)合的時候一定程度上容納玻璃基板2中的堿金屬離子。氧化物可以用作緩沖膜3。具體地說，無定形(非結(jié)晶)氧化物比多晶體更優(yōu)選。其原因如下。無定形氧化物中的原子間距大于多晶體氧化物。與穿透多晶體氧化物相比，堿金屬離子更容易穿透無定形氧化物。因為多晶體膜的晶界具有很高的電阻，并且電場分布容易變得不均勻，面內(nèi)變化會在結(jié)合反應中發(fā)生。
更具體地說，含有Ta、Si和O作為組成成分的化合物(下面將稱為“Ta-Si-O基材料”)，以La∶Sr∶Mn∶O＝0.7∶0.3∶1∶(3-x)的比率含有La、Sr、Mn和O作為組成成分的化合物(下面將稱為“La0.7Sr0.3MnO3-x”)，或者鉛玻璃可以用作緩沖膜3。在這種情況下，0≤x＜1。Ta-Si-O基材料和La0.7Sr0.3MnO3-x都是無定形氧化物。
為了形成Ta-Si-O基材料的緩沖膜3，玻璃基板2被置于一個濺鍍裝置中作為濺鍍靶。通過在包含氬氣和氧氣的氣氛中使用一個由Ta構(gòu)成并且含有Si的板作為靶進行濺鍍。在濺鍍步驟中，當離子撞擊在靶上時，二次離子從靶中發(fā)射出。發(fā)射出的二次離子撞擊在玻璃基板2上以至于Ta-Si-O基材料的緩沖膜3形成于玻璃基板2的下表面上。具體地說，當結(jié)合膜4由Ta構(gòu)成時，Ta-Si-O基材料的緩沖膜3具有兩者之間很好的結(jié)合效果。
為了形成La0.7Sr0.3MnO3-x緩沖膜3，首先，將硝酸鑭(La(NO3)3·6H2O)、硝酸鍶(Sr(NO3)3)和硝酸錳(Mn(NO3)3·6H2O)各自分別溶解在1-甲基-2-吡咯烷酮中。然后將硝酸鑭溶液、硝酸鍶溶液和硝酸錳溶液混合。將制備的溶液施加于玻璃基板2的表面。使施加了溶液的表面朝上將玻璃基板2置于真空干燥器中。當通過使用真空泵在真空干燥器中獲得真空壓力時，所施加的溶液蒸發(fā)并且粘度增加。隨后，將玻璃基板2從真空干燥器中取出并且置于一個電爐中。當在電爐中獲得真空壓力并且玻璃基板2在其中加熱時，La0.7Sr0.3MnO3-x緩沖膜3形成。
按上述方法制備各自具有順序形成于玻璃基板2表面2a上的緩沖膜3和結(jié)合膜4的多個樣品。
如圖1C中所示，一個導電硅基板5被陽極結(jié)合到玻璃基板2的另一個表面2b上。此時，陽極結(jié)合裝置10的負極通過一個導電平板8與結(jié)合膜4相連。陽極結(jié)合裝置10的正極與硅基板5相連。施加電壓以至于硅基板5的電勢變得高于結(jié)合膜4。因為結(jié)合膜4形成于緩沖膜3上，因此硅基板5具有高于緩沖膜3的電勢。平板8本身用作電阻加熱元件或者另外包括一個加熱元件用于加熱玻璃基板2至預定溫度。硅基板5通過使用沿面內(nèi)方向均勻施加負載的重量板9壓在玻璃基板2上。然后，通過陽極結(jié)合裝置10施加電壓，并且通過發(fā)熱平板8將玻璃基板2加熱至預定溫度，如300℃至400℃，由此進行陽極結(jié)合。玻璃基板2中的堿金屬離子被吸引到靠近負極的緩沖膜3中。玻璃基板2中的電子聚集到與硅基板5接觸的表面2b。在玻璃基板2和硅基板5之間發(fā)生牢固的原子間結(jié)合(共價結(jié)合)以至于兩個基板2、5陽極結(jié)合。使用的硅基板5可以是非晶硅或者由結(jié)晶硅，如單晶硅或多晶硅構(gòu)成的基板。
因為能夠容納堿金屬離子的緩沖膜3形成于玻璃基板2的一個表面2a上。因此玻璃基板2中的堿金屬離子適度分散到緩沖膜3中，堿金屬離子在陽極結(jié)合的時候通過緩沖膜3。因為堿金屬離子沒有局限在(在上面完全分布)玻璃基板2和緩沖膜3之間的分界面或者緩沖膜3和結(jié)合膜4之間的分界面上，因此抑止了這些分界面上的任何結(jié)合失效。另外，因為固體，如堿金屬離子構(gòu)成的氧化物幾乎不沉積在結(jié)合膜4的表面上，因此可以防止對表面上的結(jié)合效果的任何負面影響。
如圖2中所示，在一個表面6a上具有由金屬膜、合金膜或其多層膜形成的結(jié)合膜7的玻璃基板6可以代替硅基板5使用，并且表面6a可以在300℃至400℃溫度下被陽極結(jié)合到玻璃基板2上。在這種情況下，結(jié)合膜7選自結(jié)合膜4的上述材料。結(jié)合膜4、7可以使用相同材料成分或不同材料成分。陽極結(jié)合裝置10的負極通過平板8與玻璃基板2的結(jié)合膜4電連接(即，將負極(未示出)與平板8相連)。陽極結(jié)合裝置10的正極與玻璃基板6的結(jié)合膜7電連接。然后施加電壓以至于結(jié)合膜7的電勢變得高于結(jié)合膜4。圖2中實線箭頭表示陽極結(jié)合產(chǎn)生的電場方向。當使用玻璃構(gòu)成的基板6時，可以將像緩沖膜3一樣的薄膜置于玻璃基板6和結(jié)合膜7之間。
在將硅基板5或玻璃基板6的結(jié)合膜7陽極結(jié)合到第一玻璃基板2上之后，如圖1D中所示，將具有形成于一個表面2a上的緩沖膜3和結(jié)合膜4的另一個或第二玻璃基板2放在先前結(jié)合的玻璃基板2上，以至于第二玻璃基板2的另一個表面2b與第一玻璃基板2的結(jié)合膜4接觸。然后，兩個基板2在300℃至400℃溫度下陽極結(jié)合。將第二玻璃基板2設置為使得第一玻璃基板2的結(jié)合膜4的表面部分暴露。陽極結(jié)合裝置10的正極與第一玻璃基板2的結(jié)合膜4的暴露表面相連。陽極結(jié)合裝置10的負極通過導電平板8與第二玻璃基板2的結(jié)合膜4相連。然后施加電壓以至于新的結(jié)合膜4的電勢變得高于先前的結(jié)合膜4。圖1D中虛線箭頭表示第一陽極結(jié)合(圖1C中陽極結(jié)合)產(chǎn)生的電場方向。實線箭頭表示新的陽極結(jié)合產(chǎn)生的電場方向。在新的陽極結(jié)合分界面上，包含在第一玻璃基板2的結(jié)合膜4中的原子被牢固結(jié)合到第二玻璃基板2中的氧原子上。
在這種情況下，隨后的陽極結(jié)合可以按照與圖1C中所示先前的陽極結(jié)合相同的電場方向進行。因此，先前的陽極結(jié)合的部分中的結(jié)合效果不會被隨后的陽極結(jié)合中的電場降低。
當?shù)诙ＡЩ?的另一個表面2b要被陽極結(jié)合到第一玻璃基板2的結(jié)合膜4上時，結(jié)合膜4不必總是形成于第二基板2上。在這種情況下，陽極結(jié)合裝置10的負極通過平板8與第二玻璃基板2的緩沖膜3相連。陽極結(jié)合裝置10的正極與第一玻璃基板2的暴露結(jié)合膜4相連。在陽極結(jié)合之后，將結(jié)合膜4形成于新的玻璃基板2的緩沖膜3上。
之后，重復圖1D中所示步驟以繼續(xù)堆疊和陽極結(jié)合各自具有緩沖膜3和結(jié)合膜4的多個玻璃基板2，如圖3中所示。在圖3中，陽極結(jié)合從上面的玻璃基板2到下面的玻璃基板2順序進行。這樣，通過堆疊玻璃基板2完成用作化學反應爐的堆疊微反應器1。參考圖3，兩個相鄰玻璃基板2中上面的玻璃基板2具有順序形成于下面的玻璃基板2一側(cè)表面上的緩沖膜3和結(jié)合膜4。下面的玻璃基板2被陽極結(jié)合到上面的玻璃基板2的結(jié)合膜4上。
作為陽極結(jié)合的另一個實例，緩沖膜3被設置在平板8上。沒有緩沖膜3也沒有結(jié)合膜4形成于玻璃基板2的表面2a上，其另一個表面2b應該被陽極結(jié)合到硅基板5或玻璃基板6上。其上具有硅基板5或玻璃基板6的玻璃基板2位于平板8上以至于表面2a接觸緩沖膜3。陽極結(jié)合裝置10的負極通過平板8與緩沖膜3電連接。陽極結(jié)合裝置10的正極與硅基板5或玻璃基板6的結(jié)合膜7電連接。陽極結(jié)合可以在這種狀態(tài)中進行。此時，堿金屬離子沉積物幾乎不會通過緩沖膜3在平板8上產(chǎn)生。在結(jié)合膜4形成于幾乎沒有沉積物的先前或第一玻璃基板2的表面2a上之后，新的或第二玻璃基板2被陽極結(jié)合到第一玻璃基板2的表面2a上。
參考圖3，通過施加電壓使得上面的結(jié)合膜4(用于最上面的玻璃基板2的硅基板5)的電勢高于下面的結(jié)合膜4而使各玻璃基板2被陽極結(jié)合到下面的結(jié)合膜4上。因此，在陽極結(jié)合中，將指向下的電場施加于所有玻璃基板2上，如實線箭頭所示。圖3中所示箭頭表示在各玻璃基板2的陽極結(jié)合中產(chǎn)生作用的電場方向。
在圖3所示實例中，玻璃基板2一個接一個進行陽極結(jié)合。實際上，如圖4A至4C中所示，多個陽極結(jié)合的玻璃基板可以進行陽極結(jié)合。參考圖4A，具有順序形成于一個表面2a上的緩沖膜3和結(jié)合膜4的第一玻璃基板2被放在導電平板8上面以至于結(jié)合膜4接觸平板8。將具有順序形成于一個表面2a上的緩沖膜3和結(jié)合膜4的第二玻璃基板2′放在第一玻璃基板2的另一個表面上以至于第二玻璃基板2′的結(jié)合膜4接觸第一玻璃基板2。通過重量9將負載施加于第二玻璃基板2′的另一個表面2b上。在這種狀態(tài)中，陽極結(jié)合裝置10的正極與設置在第二玻璃基板2′的表面2a一側(cè)的結(jié)合膜4的暴露表面電連接。陽極結(jié)合裝置10的負極通過導電平板8與設置在第一玻璃基板2上的結(jié)合膜4電連接。進行第一陽極結(jié)合以至于沿實線箭頭所示方向產(chǎn)生電場。
隨后，如圖4B中所示，將具有設置于一個表面2a上的緩沖膜3和結(jié)合膜4的第三玻璃基板2″放在平板8和第一玻璃基板2之間。此時，陽極結(jié)合裝置10的正極與第一玻璃基板2的暴露結(jié)合膜4電連接。負極通過平板8與第三玻璃基板2″的結(jié)合膜4電連接。在這種狀態(tài)中進行第二陽極結(jié)合。電場方向與第一陽極結(jié)合中的電場方向(虛線)相同。這樣形成結(jié)合的玻璃基板2、2′和2″的第一基板組11。
之后，像第一基板組11一樣、通過第一陽極結(jié)合和第二陽極結(jié)合形成的第二基板組11′被放在第一基板組11和平板8之間。陽極結(jié)合裝置10的正極與設置在第一基板組11的第三玻璃基板2″上的結(jié)合膜4相連。陽極結(jié)合裝置10的負極通過導電平板8與設置在第二基板組11′的第三玻璃基板2″上的結(jié)合膜4相連。在這種狀態(tài)中進行第三陽極結(jié)合。此時的電場方向(實線)與第一陽極結(jié)合和第二陽極結(jié)合中的電場方向(虛線)相同。
如上所述，在該實施例中，可以通過陽極結(jié)合被玻璃基板2中的氧原子氧化的結(jié)合膜4形成于要被陽極結(jié)合的表面2a一側(cè)。因此，如圖1D中所示，可以通過使用結(jié)合膜4作為正極并且新的玻璃基板2靠近表面2a的一部分作為負極而進行陽極結(jié)合。此時，因為電壓施加在新的玻璃基板2的兩個表面之間，因此在新的玻璃基板2中產(chǎn)生電場。但是，在先前結(jié)合的玻璃基板2中幾乎不會產(chǎn)生電場。具體地說，在結(jié)合新的玻璃基板2的過程中，在先前的玻璃基板2中沒有產(chǎn)生與先前陽極結(jié)合中電場相反方向的電場。當結(jié)合膜4形成于與先前結(jié)合的玻璃基板2結(jié)合表面相對的表面上時，新的玻璃基板2可以結(jié)合到先前結(jié)合的玻璃基板2上。另外，因為在各個陽極結(jié)合操作中的電場不在玻璃基板2中沿相反方向產(chǎn)生作用，因此在玻璃基板2中沒有因為反向電場而發(fā)生變色。因此，可以輕松制造堆疊結(jié)構(gòu)。
另外，如圖4A至4C中所示，已經(jīng)陽極結(jié)合的玻璃基板2要再次陽極結(jié)合的一側(cè)，即表面2a具有可以通過陽極結(jié)合被玻璃基板2中的氧原子氧化的結(jié)合膜4。當陽極結(jié)合多次進行時，電場在各個陽極結(jié)合操作中指向相同方向。因此，沒有因為反向電場而發(fā)生結(jié)合失效或結(jié)合效果降低。
已經(jīng)陽極結(jié)合的玻璃基板2要再次陽極結(jié)合的一側(cè)，即表面2a具有緩沖膜3。玻璃基板2中的堿金屬離子分散在先前陽極結(jié)合的緩沖膜3中。因此，可以抑止緩沖膜3和要再次陽極結(jié)合的表面2a之間分界面或緩沖膜3的表面上的任何沉積。這一點可以如下解釋。如圖5中所示，在陽極結(jié)合之后，玻璃基板2中的堿金屬成分和氧立刻被電離并且用作載體以至于微小電流在玻璃基板2中流動。因此，玻璃基板2中的電場Ea高于緩沖膜3中的電場Eb。此時，各電場Ea和Eb由距離緩沖膜3表面的距離d和距離陽極結(jié)合開始的時間t的函數(shù)表示。注意到結(jié)合膜4由金屬或合金構(gòu)成，因此具有遠低于高電阻玻璃基板2或由金屬氧化物膜形成的緩沖膜3的電阻率和表面電阻。因此，電壓分配率可以忽略。在陽極結(jié)合中，堿金屬離子被吸引并且移動到負極一側(cè)。假設q是堿金屬離子的電荷。玻璃基板2中堿金屬離子受到的力F如下表達F＝q·Ea另一方面，緩沖膜3中堿金屬離子受到的力f如下表達f＝q·Eb因此，對于堿金屬離子受到的力，可將電場Ea和Eb進行比較。當時間t為零或足夠小時，獲得圖5中所示的電場Ea和Eb。不管玻璃基板2和緩沖膜3中的位置，電場Ea和Eb具有幾乎預定的值。因為緩沖膜3的電導率高于玻璃基板2，因此電場Eb小于電場Ea。另外，電場Eb不為零，并且堿金屬離子受到朝向緩沖膜3表面的方向的微小力。因此，玻璃基板2中的堿金屬離子一定程度上移動到緩沖膜3。
當時間t已經(jīng)充分流逝時(陽極結(jié)合啟動時間)，電場Ea和Eb在玻璃基板2和緩沖膜3中不具有預定值。圖5中所示曲線圖從直線變?yōu)橄蛏仙斓那€。這是因為正離子的屏蔽效應而發(fā)生，性質(zhì)上與靠近金屬氧化物半導體裝置(MOS)的氧化物膜或靠近電解溶液中電極的半導體層中的電子相似。如果緩沖膜3不存在，堿金屬離子就一直移動直到在負極附近電荷消失。因此，堿金屬離子以，例如堿金屬氧化物的形式沉積在玻璃基板2的表面上。當緩沖膜3不存在時，將玻璃基板2中的電場EA也用一個函數(shù)表示，其在曲線圖中的位置因為屏蔽效應而向上伸。定性地講，電場Eb＜電場Ea＜電場EA。當緩沖膜3不存在時，堿金屬離子的聚集集中在靠近玻璃基板2表面的面或分界面上。但是，當可以一定程度上容納堿金屬離子并且具有低于玻璃基板2的電阻率的緩沖膜3存在時，通過陽極結(jié)合分散電場強度可以防止玻璃基板2中的堿金屬離子的聚集集中在表面2a上。
可以防止玻璃基板2中的堿金屬離子的聚集集中在緩沖膜3和玻璃基板2之間的分界面上。另外，可以防止由堿金屬離子形成的化合物沉積在結(jié)合膜4的表面上。即使當新的玻璃基板2被陽極結(jié)合到先前陽極結(jié)合的玻璃基板2的結(jié)合膜4上時，新的玻璃基板2也不會從先前陽極結(jié)合的玻璃基板2的結(jié)合膜4上剝離。因此，可以提供具有很高結(jié)合強度的堆疊結(jié)構(gòu)。
可以防止玻璃基板2中的堿金屬離子的聚集集中在緩沖膜3和玻璃基板2之間的分界面上。另外，可以防止由堿金屬離子沉積在結(jié)合膜4的表面上。因此，可以將另外的材料結(jié)合到結(jié)合膜4上。
當含有鋰的玻璃基板(例如，SW-YY)被用作玻璃基板2時，在陽極結(jié)合中施加的電壓可以很低。圖6是一個曲線圖，顯示了在使用含有鋰的玻璃基板(SW-YY)的陽極結(jié)合和使用不含鋰的玻璃基板(可以從CORNING獲得的產(chǎn)品號為#7740的PYREX(注冊商標))的陽極結(jié)合中距離陽極結(jié)合開始的時間和電極之間流動的電流之間的關(guān)系。緩沖膜3由具有300nm厚度的Ta-Si-O基材料構(gòu)成。對于含有鋰的玻璃基板，在電極之間施加的電壓是300V。對于不含鋰的玻璃基板，在電極之間施加的電壓是800V。在圖6中可以清楚地看到，即使當含有鋰的玻璃基板在300V電壓下陽極結(jié)合時，電流和時間變化幾乎與不含鋰的玻璃基板在800V電壓下陽極結(jié)合中的表現(xiàn)相同。因此，當含有鋰的玻璃基板(例如，可以從ASAHI TECHNOGLASS CORPORATION獲得的SW-YY)被用作玻璃基板2時，在陽極結(jié)合中施加的電壓可以很低。鋰離子具有大約0.59的半徑，這遠小于鈉離子，因此在陽極結(jié)合中容易在玻璃基板2中移動。
如圖3中所示，各自具有結(jié)合膜4并且還沒有陽極結(jié)合的多個玻璃基板2被堆疊。最上面的玻璃基板2的結(jié)合膜4與陽極結(jié)合裝置10的正極相連。陽極結(jié)合裝置10的負極與最下面的玻璃基板2或最下面的玻璃基板2的結(jié)合膜4相連。在這種狀態(tài)下，多個玻璃基板2和與其接觸的多個結(jié)合膜4可以立刻陽極結(jié)合。如果玻璃基板2在陽極結(jié)合之后不結(jié)合到另一個玻璃基板或?qū)щ娔ど?，最下面的玻璃基?不必總是具有緩沖膜3和結(jié)合膜4。
當通過上述制造方法在相同的電場方向中進行多個陽極結(jié)合處理時，即使結(jié)合膜4直接設置在玻璃基板2的表面2a上而沒有緩沖膜3，也有可能結(jié)合。
在上述制造方法中，新的玻璃基板2被順序堆疊在平板8一側(cè)并且陽極結(jié)合。但是，本發(fā)明并不限于此。圖1A至1D中所示的硅基板5和玻璃基板2、圖2中所示玻璃基板2和6或者圖4中所示玻璃基板2、2′和2″，如果它們在豎直方向的相對位置和上、下表面顛倒也可以陽極結(jié)合。更具體地說，硅基板5、玻璃基板6或玻璃基板2′放于其上的平板8被放置在下側(cè)。玻璃基板2被放置成使帶有溝槽2c的另一個表面2b接觸硅基板5的上表面，結(jié)合膜7設置在玻璃基板6的上表面上，或者結(jié)合膜4設置在玻璃基板2′的上表面一側(cè)。重量板9被放在設置于玻璃基板2的表面2a一側(cè)上的結(jié)合膜4上面。硅基板5、設置在玻璃基板6上的結(jié)合膜7或設置在玻璃基板2′的表面2a一側(cè)的結(jié)合膜4與陽極結(jié)合裝置10的正極相連。設置在玻璃基板2的表面2a一側(cè)的結(jié)合膜4與負極相連。在這種狀態(tài)下進行陽極結(jié)合。隨后，在使表面2a指向上的同時將具有緩沖膜3和結(jié)合膜4的新的玻璃基板2順序堆疊。重量板9被放在新的玻璃基板2上。最上面的玻璃基板2的結(jié)合膜4與負極相連。在這種狀態(tài)下，進行陽極結(jié)合。當使用導電材料構(gòu)成的重量板9時，陽極結(jié)合裝置10的負極可以通過重量板9與最上面的結(jié)合膜4電連接。
該堆疊結(jié)構(gòu)(堆疊微反應器1)被用于通過轉(zhuǎn)化烴類燃料，如甲醇獲得將要供應到燃料電池的氫的轉(zhuǎn)化器。具體地說，該堆疊結(jié)構(gòu)可以用于蒸發(fā)烴類燃料的蒸發(fā)器、將蒸發(fā)的烴類燃料轉(zhuǎn)化成氫的氫轉(zhuǎn)化器、或者通過化學反應去除由氫轉(zhuǎn)化器作為副產(chǎn)品產(chǎn)生的一氧化碳的一氧化碳去除器。
在上述實施例中，緩沖膜3設置在玻璃基板2與結(jié)合表面相對的表面一側(cè)。但是，本發(fā)明并不限于此?？梢酝ㄟ^在接觸整個相對表面的平板8上設置緩沖膜3進行陽極結(jié)合?？紤]到當玻璃基板2放在平板8上時發(fā)生的錯位，優(yōu)選的是，緩沖膜3具有大于玻璃基板2的面積以使玻璃基板2的整個表面可以被覆蓋。
在上述實施例中，結(jié)合膜4設置在玻璃基板2上。但是，緩沖膜3可以直接設置在玻璃基板2上而不設置結(jié)合膜4。作為選擇，沒有結(jié)合膜4的玻璃基板2也可以放在平板8上的緩沖膜3上面并且陽極結(jié)合。
下面將參考圖7A至11中所示截面圖說明應用了本發(fā)明的第二堆疊微反應器的制造方法。
圖7B是第一玻璃基板101的俯視圖。圖7A是沿圖7B中線VIIA-VIIA獲得的截面圖。
如圖7A和7B中所示，制備第一玻璃基板101。一個Z字形溝槽101a形成于第一玻璃基板101的一個表面內(nèi)。一個結(jié)合膜102形成于第一玻璃基板101所述一個表面除了溝槽101a以外的一部分上面。第一玻璃基板101的組成成分與第一實施例中的玻璃基板2相同。用于第二實施例中的所有玻璃基板具有與第一實施例中的玻璃基板2相同的組成成分。
為了形成溝槽101a，第一玻璃基板101的一個表面可以接受公知的噴沙處理。作為選擇，可以進行公知的光刻和蝕刻。
為了形成結(jié)合膜102，可以使用剝離法。更具體地說，在保持溝槽101a被抗蝕劑覆蓋的同時，結(jié)合膜通過蒸鍍完全形成于第一玻璃基板101的所述一個表面上。結(jié)合膜與溝槽101a重疊的部分與抗蝕劑一起被去除，由此將結(jié)合膜102留在除溝槽101a以外的部分上面。結(jié)合膜102的成分與第一實施例中的結(jié)合膜4(圖1A至1D)相同。第二實施例中使用的所有結(jié)合膜具有與第一實施例中的結(jié)合膜4相同的成分。
如圖8中所示，制備具有形成于一個表面上的Z字形溝槽103a的第二玻璃基板103。一個緩沖膜104形成于第二玻璃基板103的另一個表面上。一個結(jié)合膜105形成于緩沖膜104上面。緩沖膜104的成分和形成方法與第一實施例的緩沖膜3相同。第二實施例中使用的所有緩沖膜具有與第一實施例中的緩沖膜3相同的組成成分。溝槽103a與第一玻璃基板101的溝槽101a平面對稱。
如圖9中所示，在保持溝槽101a與溝槽103a相對的同時，將第二玻璃基板103的所述一個表面壓在結(jié)合膜102上。通過電源10將電壓施加在結(jié)合膜102和105之間，以至于結(jié)合膜105的電勢變得高于結(jié)合膜102。另外，將結(jié)構(gòu)加熱到300℃至400℃。采用該處理進行陽極結(jié)合。因為緩沖膜104形成于第二玻璃基板103上，因此可以防止堿金屬離子的聚集集中在第二玻璃基板103的另一個表面上。
如圖10中所示，制備用于隔熱的第三玻璃基板106，該基板具有順序形成于一個表面上的緩沖膜107和結(jié)合膜108。將第三玻璃基板106的另一個表面壓在結(jié)合膜105上。通過電壓電源10將電壓施加在結(jié)合膜105和108之間，以至于結(jié)合膜108的電勢變得高于結(jié)合膜105。另外，將結(jié)構(gòu)加熱到300℃至400℃。采用該處理進行陽極結(jié)合。一個由電熱材料構(gòu)成的薄膜加熱器151(圖11)形成于結(jié)合膜108的一部分上面。獲得的結(jié)構(gòu)被用作燃燒燃料蒸發(fā)器171，該蒸發(fā)器通過來自薄膜加熱器151的熱量使流過由玻璃基板101和103的溝槽101a和103a形成的流道的燃燒燃料蒸發(fā)。蒸發(fā)的燃燒燃料被供應到由形成于玻璃基板115(后面將要說明)中的溝槽115a形成的流道、由形成于玻璃基板124中的溝槽124a形成的流道和由形成于玻璃基板133和136中的溝槽133a和136a形成的流道。
在下面，就像將第一玻璃基板101結(jié)合到第二玻璃基板103上或者將第三玻璃基板106結(jié)合到第二玻璃基板103上時一樣，將玻璃基板109、112、115、118、121、124、127、130、133和136通過順序重復如下步驟(a)和(b)按該順序結(jié)合。
(a)緩沖膜和結(jié)合膜順序形成于新的玻璃基板的一個表面上。
(b)新的玻璃基板的另一個表面被壓在先前陽極結(jié)合的玻璃基板上形成的結(jié)合膜上。將電壓施加在先前的結(jié)合膜和新的結(jié)合膜之間，以至于先前的玻璃基板的結(jié)合膜的電勢變得高于新的玻璃基板的結(jié)合膜。另外，將結(jié)構(gòu)加熱到300℃至400℃。也就是說，進行陽極結(jié)合。
當玻璃基板109、112、115、118、121、124、127、130、133和136按上述方法順序結(jié)合時，一種圖11中所示用作化學反應爐的堆疊微反應器200得以完成。參考圖11，各玻璃基板103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133和136通過施加電壓以至于下面的結(jié)合膜具有高于上面結(jié)合膜的電勢而陽極結(jié)合到上面的結(jié)合膜上。因此，在各玻璃基板103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133和136中，在陽極結(jié)合中施加指向上的電場。在圖11所示實例中，玻璃基板的端面位置相配。為了容易將結(jié)構(gòu)連接到陽極結(jié)合裝置上，優(yōu)選的是，玻璃基板的端面位置被移位，如圖4C中所示。
下面將說明堆疊微反應器200。
在薄膜加熱器151周圍形成間隙的同時，將第四玻璃基板109被陽極結(jié)合到結(jié)合膜108上。一個Z字形溝槽109a形成于第四玻璃基板109上與結(jié)合膜108結(jié)合的表面相對的表面內(nèi)。一個緩沖膜110和結(jié)合膜111順序形成于該表面除溝槽109a以外的部分上。
第五玻璃基板112被陽極結(jié)合到結(jié)合膜111上。一個與溝槽109a平面對稱的溝槽112a形成于第五玻璃基板112上與結(jié)合膜111結(jié)合的表面內(nèi)。一個緩沖膜113和結(jié)合膜114順序形成于與結(jié)合表面相對的表面上。
第六玻璃基板115被陽極結(jié)合到結(jié)合膜114上。一個Z字形溝槽115a形成于第六玻璃基板115上與結(jié)合膜114結(jié)合的表面內(nèi)。一種燃燒催化劑152形成于溝槽115a的壁表面上。一個緩沖膜116和結(jié)合膜117順序形成于第六玻璃基板115上與結(jié)合膜114結(jié)合的表面相對的表面上。一個薄膜加熱器153形成于結(jié)合膜117的一部分上面。轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172包括一個微反應器、一個轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)燃燒室和薄膜加熱器153，該微反應器包括玻璃基板109和112、緩沖膜110和結(jié)合膜111，轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)燃燒室包括第六玻璃基板115和加熱微反應器的燃燒催化劑152。轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172將蒸發(fā)的轉(zhuǎn)化燃料供應到氫轉(zhuǎn)化器174(后面要說明)。
在薄膜加熱器153周圍形成間隙的同時，將第七玻璃基板118陽極結(jié)合到結(jié)合膜117上。一個Z字形溝槽118a形成于第七玻璃基板118上與結(jié)合膜117結(jié)合的表面相對的表面內(nèi)。一種一氧化碳氧化催化劑154形成于溝槽118a的壁表面上。一個緩沖膜119和結(jié)合膜120順序形成于該相對表面上除溝槽118a以外的部分上。
第八玻璃基板121被陽極結(jié)合到結(jié)合膜120上。一個與溝槽118a平面對稱的Z字形溝槽121a形成于第八玻璃基板121上與結(jié)合膜120結(jié)合的表面內(nèi)。一種一氧化碳氧化催化劑155形成于溝槽121a的壁表面上。一個緩沖膜122和結(jié)合膜123順序形成于第八玻璃基板121上與結(jié)合膜120結(jié)合的表面相對的表面上。
第九玻璃基板124被陽極結(jié)合到結(jié)合膜123上。一個Z字形溝槽124a形成于第九玻璃基板124上與結(jié)合膜123結(jié)合的表面內(nèi)。一種燃燒催化劑142形成于溝槽124a的壁表面上。一個緩沖膜125形成于第九玻璃基板124上與結(jié)合膜123結(jié)合的表面相對的表面上。一個結(jié)合膜126在緩沖膜125周圍形成。一個薄膜加熱器156形成于緩沖膜125的中心部分。
一氧化碳去除器173具有一個微反應器、一個一氧化碳去除燃燒室和薄膜加熱器156，其中微反應器包括玻璃基板118和121、緩沖膜119和結(jié)合膜120，一氧化碳去除燃燒室包括玻璃基板124和加熱微反應器的燃燒催化劑142。一氧化碳去除器173將氫轉(zhuǎn)化器174(后面要說明)產(chǎn)生的一氧化碳氧化成二氧化碳。
在薄膜加熱器156周圍形成間隙的同時，將第十玻璃基板127陽極結(jié)合到結(jié)合膜126上。一個Z字形溝槽127a形成于第十玻璃基板127上與結(jié)合膜126結(jié)合的表面相對的表面內(nèi)。一種燃料轉(zhuǎn)化催化劑157形成于溝槽127a的壁表面上。一個緩沖膜128和結(jié)合膜129順序形成于該相對表面上除溝槽127a以外的部分上。
第十一玻璃基板130被陽極結(jié)合到結(jié)合膜129上。一個與溝槽127a平面對稱的溝槽130a形成于第十一玻璃基板130上與結(jié)合膜129結(jié)合的表面內(nèi)。一種燃料轉(zhuǎn)化催化劑158形成于溝槽130a的壁表面上。一個緩沖膜131和結(jié)合膜132順序形成于第十一玻璃基板130上與結(jié)合膜129結(jié)合的表面相對的表面上。
第十二玻璃基板133被陽極結(jié)合到結(jié)合膜132上。一個Z字形溝槽133a形成于與結(jié)合表面相對的表面內(nèi)。一種燃燒催化劑159形成于溝槽133a的壁表面上。一個緩沖膜134和結(jié)合膜135順序形成于除溝槽133a以外的該相對表面的一部分上。
第十三玻璃基板136被陽極結(jié)合到結(jié)合膜135上。一個與溝槽133a平面對稱的Z字形溝槽136a形成于第十三玻璃基板136上與結(jié)合膜135結(jié)合的表面內(nèi)。一種燃燒催化劑160形成于溝槽136a的壁表面上。一個緩沖膜137和結(jié)合膜138順序形成于第十三玻璃基板136上與結(jié)合膜135結(jié)合的表面相對的表面上。一個薄膜加熱器161形成于結(jié)合膜138的一部分上。
氫轉(zhuǎn)化器174具有一個微反應器、一個氫轉(zhuǎn)化燃燒室和薄膜加熱器161，其中微反應器包括玻璃基板127和130、緩沖膜128和結(jié)合膜129，氫轉(zhuǎn)化燃燒室包括玻璃基板133和136、緩沖膜134、結(jié)合膜135和加熱微反應器的燃燒催化劑159和160。氫轉(zhuǎn)化器174將轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172蒸發(fā)的轉(zhuǎn)化燃料轉(zhuǎn)化成氫。氫轉(zhuǎn)化器174將包含氫和作為副產(chǎn)品產(chǎn)生的一氧化碳的混合流體供應到一氧化碳去除器173。
在微反應器200的燃燒燃料蒸發(fā)器171中，當燃燒燃料，如甲醇流過溝槽101a和103a時，燃燒燃料通過來自薄膜加熱器151或燃燒室(后面要說明)的熱量加熱并蒸發(fā)。由蒸發(fā)器蒸發(fā)的燃燒燃料與空氣混合并被供應到氫去除器174、一氧化碳去除器173和轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172的燃燒室。也就是說，燃燒燃料流到由溝槽133a和136a形成的流道、溝槽124a形成的流道和溝槽115a形成的流道。
蒸發(fā)的燃燒燃料在流過溝槽115a的流道時通過燃燒催化劑152的催化作用被氧化并且燃燒。同樣，蒸發(fā)的燃燒燃料在流過溝槽124a的流道時通過燃燒催化劑142的催化作用被氧化并且燃燒。蒸發(fā)的燃料在流過溝槽133a和136a的流道時通過燃燒催化劑159和160的催化作用被氧化并且燃燒。燃燒產(chǎn)生熱量，以加熱轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172、一氧化碳去除器173和氫轉(zhuǎn)化器174以促進轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172、一氧化碳去除器173和氫轉(zhuǎn)化器174中的反應。優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172、一氧化碳去除器173和氫轉(zhuǎn)化器174中的主要熱源為這些燃燒室。優(yōu)選的是，薄膜加熱器153、156和161被用作輔助熱源以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化燃料蒸發(fā)器172、一氧化碳去除器173和氫轉(zhuǎn)化器174中所需的溫度。
蒸發(fā)器由第四玻璃基板109和第五玻璃基板112構(gòu)成。更具體地說，水和燃燒燃料，如甲醇的混合物在流過由溝槽109a和112a形成的流道時主要通過第六玻璃基板115的燃燒熱量和薄膜加熱器153加熱并且蒸發(fā)。蒸發(fā)的燃燒燃料和水的混合物流到由溝槽127a和130a形成的流道。
燃燒燃料和水的混合物在流過溝槽127a和130a時主要通過玻璃基板133和136形成的燃燒室產(chǎn)生的燃燒熱量和來自薄膜加熱器161的熱量加熱，并且通過燃料轉(zhuǎn)化催化劑157和158轉(zhuǎn)化成氫。也即，蒸汽轉(zhuǎn)化器由玻璃基板127和130以及燃料轉(zhuǎn)化催化劑157和158組成。在該蒸汽轉(zhuǎn)發(fā)器中，一氧化碳和二氧化碳也作為副產(chǎn)品產(chǎn)生。產(chǎn)品，如氫與空氣混合并且被供應到由溝槽118a和121a形成的流道。
當產(chǎn)品，如氫流過由溝槽118a和121a形成的流道時，產(chǎn)品中的一氧化碳通過一氧化碳氧化催化劑154和155的催化作用氧化。通過該處理，一氧化碳被去除。
產(chǎn)品，如氫從一氧化碳去除器供應到燃料電池的燃料電極?？諝庵械难醣还娇諝怆姌O。電能通過燃料電池中的電化學反應產(chǎn)生。
即使在微反應器200中也可以防止各玻璃基板中堿金屬的聚集或堿金屬的沉積。因此，陽極結(jié)合表面的結(jié)合強度很高。因此，可以提供具有很高結(jié)合強度的微反應器200。
如上所述，在該實施例中，在后處理中將硅基板陽極結(jié)合到玻璃基板一個表面上的過程中在玻璃基板中產(chǎn)生作用的電場與在前處理中將另一個硅基板陽極結(jié)合到玻璃基板另一個表面上的過程中在玻璃基板中產(chǎn)生作用的電場具有相同的方向。因此可以防止先前陽極結(jié)合的硅基板和玻璃基板的另一個表面之間的結(jié)合受到負面影響。另外，當在前處理的陽極結(jié)合中在玻璃基板中產(chǎn)生用作載體的正電荷，如鈉離子時，可以防止離子因為前處理中產(chǎn)生的電場而在玻璃基板的一個表面附近作為化合物沉積。因此，后處理中硅基板和玻璃基板表面之間的結(jié)合沒有受到抑止。
因為沒有反向電場在玻璃基板103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133和136中產(chǎn)生作用，因此在玻璃基板103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133和136中沒有發(fā)生變色。因此，可以輕松制造具有堆疊結(jié)構(gòu)的微反應器200。
當含有鋰的玻璃基板被用作玻璃基板103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133和136時，陽極結(jié)合中的電壓可以很低。
權(quán)利要求
1.一種通過堆疊和結(jié)合多個基板(2、101、103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133、136)而形成的堆疊結(jié)構(gòu)(1、200)，包括被置于所述多個基板中第一基板和包含玻璃的第二基板之間的結(jié)合區(qū)域中的結(jié)合膜(4、102、105、108、111、114、117、120、123、126、129、132、135、138)，所述結(jié)合膜通過陽極結(jié)合被結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中當結(jié)合膜沒有通過陽極結(jié)合而與氧結(jié)合時，結(jié)合膜含有一種材料，該材料具有其熔點為至少2000℃的金屬和合金之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中當結(jié)合膜沒有通過陽極結(jié)合而與氧結(jié)合時，結(jié)合膜具有一種材料，該材料含有Ta、W、Mo、TaSi2、WSi2和MoSi2中至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，還包括緩沖膜(3、104、107、110、113、116、119、122、125、128、131、134、137)，所述緩沖膜置于氧化的結(jié)合膜和第一基板之間并且具有低于所述多個基板的電阻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中所述第一基板和第二基板中至少一個具有其中發(fā)生化學反應的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中所述第二基板的玻璃中只含有堿金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中第二基板的玻璃添加有氧化鈉、氧化鋰、氧化鉀和碳酸鋰中至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，還包括被置于第二基板和包含玻璃的第三基板之間的結(jié)合膜，該結(jié)合膜通過陽極結(jié)合被結(jié)合到第三基板的玻璃中的氧原子上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中第一基板包括玻璃基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，還包括位于所述多個基板中、具有其中發(fā)生轉(zhuǎn)化反應的間隙的轉(zhuǎn)化器(1、171、172、173、174)。
11.一種通過堆疊和結(jié)合包括至少一個玻璃基板的多個基板(2、101、103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133、136)而形成的堆疊結(jié)構(gòu)(1、200)，包括緩沖膜(3、104、107、110、113、116、119、122、125、128、131、134、137)，所述緩沖膜置于所述多個基板中該玻璃基板的結(jié)合區(qū)域中，并且容納該玻璃基板中因為施加于玻璃基板上的電壓而移動的堿金屬成分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中緩沖膜具有一種材料，該材料具有低于玻璃基板的電阻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中緩沖膜具有無定形氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中含有Ta、Si和O作為組成成分的化合物，含有La、Sr、Mn和O作為組成成分的化合物以及鉛玻璃中至少一種被用作緩沖膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，其中所述緩沖膜被置于玻璃基板和另一個基板之間的整個結(jié)合表面上。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)，還包括位于所述多個基板中、具有其中發(fā)生轉(zhuǎn)化反應的間隙的轉(zhuǎn)化器(1、171、172、173、174)。
17.一種制造包括多個基板(2、101、103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133、136)的堆疊結(jié)構(gòu)(1、200)的方法，包括進行陽極結(jié)合，以將置于所述多個基板中第一基板和包含玻璃的第二基板之間的結(jié)合膜(4、102、105、108、111、114、117、120、123、126、129、132、135、138)結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，還包括進行陽極結(jié)合，以將置于所述多個基板中第二基板和包含玻璃的第三基板之間的結(jié)合膜結(jié)合到第二基板的玻璃中的氧原子上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中第一基板和第二基板之間陽極結(jié)合中的電場方向與第二基板和第三基板之間陽極結(jié)合中的電場方向相同。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中第一基板和第二基板之間的陽極結(jié)合與第二基板和第三基板之間的陽極結(jié)合分別進行。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中第一基板和第二基板之間的陽極結(jié)合與第二基板和第三基板之間的陽極結(jié)合同時進行。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中第一基板和第二基板之間的陽極結(jié)合通過將陽極結(jié)合裝置的正極連接到結(jié)合膜并且陽極結(jié)合裝置的負極連接到第二基板的玻璃而進行。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中當結(jié)合膜沒有通過陽極結(jié)合而與氧結(jié)合時，結(jié)合膜含有一種材料，該材料具有其熔點不低于2000℃的金屬和合金之一。
24.根據(jù)權(quán)利要求17至23中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中當結(jié)合膜沒有通過陽極結(jié)合而與氧結(jié)合時，結(jié)合膜具有一種材料，該材料含有Ta、W、Mo、TaSi2、WSi2和MoSi2中至少一種。
25.一種制造包括多個基板(2、101、103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133、136)的堆疊結(jié)構(gòu)(1、200)的方法，包括以下步驟將所述多個基板中的一個玻璃基板的一個表面與另一個基板接觸；并且以某種狀態(tài)將該玻璃基板陽極結(jié)合到另一個基板上，在該狀態(tài)中，能夠容納該玻璃基板中的堿金屬成分的緩沖膜(3、104、107、110、113、116、119、122、125、128、131、134、137)設置在該玻璃基板的另一個表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中進行陽極結(jié)合以使得該玻璃基板的所述一個表面一側(cè)的電勢高于所述另一個表面一側(cè)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中所述緩沖膜具有一種材料，該材料具有低于該玻璃基板的電阻率。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中所述緩沖膜含有無定形氧化物。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中含有Ta、Si和O作為組成成分的化合物，含有La、Sr、Mn和O作為組成成分的化合物以及鉛玻璃中至少一種被用作緩沖膜。
30.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一所述的堆疊結(jié)構(gòu)制造方法，其中所述緩沖膜被置于該玻璃基板和另一個基板之間的整個結(jié)合表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種堆疊結(jié)構(gòu)(1)，通過堆疊和結(jié)合多個基板(2)而形成。該堆疊結(jié)構(gòu)包括結(jié)合膜(4)，各結(jié)合膜被置于相鄰玻璃基板(2)之間的結(jié)合區(qū)域中并且通過陽極結(jié)合被結(jié)合到基板玻璃中的氧原子上。
文檔編號B81C1/00GK1774388SQ20058000029
公開日2006年5月17日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者寺崎努, 中村修, 竹山啟之, 野村雅俊 申請人:卡西歐計算機株式會社