基于微機電系統加工技術的微小型矩形離子阱的研制

陳 婷，姚錦元，蔣公羽，肖 育，陳 新，楊 雨，鄭 恒

(1.上海交通大學微米納米加工技術國家級重點實驗室，上海 200240；2.上海衛星裝備研究所，上海 200240；3.復旦大學化學系激光化學研究所，上海 200433)

質譜分析技術已廣泛應用于化學分析、環境質量檢測[1]、食品安全檢測[2]、蛋白質組學研究[3]、地質檢測、考古分析、載人航天[4]、刑事科技[5]等領域?，F代科學的快速發展對質譜儀的小型化、便攜性和可靠性提出了更高的要求。質量分析器作為質譜儀的核心器件，對其結構進行優化是質譜儀小型化的關鍵。其中，離子阱質量分析器由于體積小、結構簡單、真空度要求低等優勢成為研究者們的首選[6-7]。

離子阱的分析性能除了與其結構形狀有關，還取決于相應的加工制造方法。加工制造過程中，不理想的結構尺寸和表面平整度等會使離子阱內增加高階電場，造成質譜峰形變化和質量漂移。常規的機械加工方法在微米尺度上無法產生足夠精確的電場，因此目前對于微米級離子阱的制造，高精度的微機電系統(MEMS)加工技術逐漸成為主流。

由于圓柱形離子阱(CIT)的結構簡單，加工難度較低，且有較好的分辨率，是很長一段時間的研究熱點。其中，Cooks團隊[8]成功利用硅微加工技術將106個1 μm的微型CIT集成到一片芯片上，大大降低了功耗；Chaudhary等[9]使用多層低溫共燒陶瓷(LTCC)技術集成了r0=1.375 mm 的CIT。然而對于CIT而言，體積的縮小加劇了離子束縛率及存儲率等問題，必須通過在同一平面上集成大量微型CIT陣列才能提高離子檢測的效率和信號強度?！?br>