臺灣博碩士論文加值系統

微機電技術是近年來備受矚目的研究課題之一，為了達到低成本、省電的目的，與各領域間的異質整合也成為儀器開發的重點，在這次研究中即以體積小的微流道晶片做為氣相層析之管柱，對於利用半導體技術與微機電技術製作而成的微流道來說，如何使其具有傳統毛細管柱與充填管柱能將氣體層析分離的功能為重要的探討目標。根據氣相層析相關文獻的探討與感測原理、機制的研究，提出四種條件包括『微流道長度』、『烘箱溫度』、『分流使用』與『補償氣體使用』做為微流道應用之探討主軸，研究中亦配合實驗之設計完成微流道管柱的製作並與毛細管柱做比較。
　　藉由氣相層析實驗與數據的分析，其實驗結果顯示分流的使用及補償氣體的使用兩種因素確實具有提升微流道的氣體辨識度與氣體分離效果，烘箱溫度則不顯著，期許此一成果有助於未來發展出體積小、檢測速度快的氣相層析系統。

Microelectromechanical Systems technologies attract much research interest on communication and sensing technologies recently. For reduction of cost, size and power consumption, the heterogeneous integration has become the most important requirement of MEMS development. In this study, the micro-channel with small size was developed for the gas chromatographic column. The micro-channel chips were fabricated by using semiconductor technologies and MEMS technologies to replace packed columns and capillary columns. According to the mechanisms of gas chromatographic in related literatures, four key parameters including “micro-channel length”, “oven temperature”, “gas split”, “make-up gas” in the micro-channels are studied for the gas chromatographic applications. Micro-channel chips were fabricated and compared with capillary columns in gas chromatographic experiments.
　　The experimental results show that the usage of split line, make-up gas and small width channel are effective to improve the gas distinguish ability and separation level, but the oven temperature is not the sensitive factor. The results are expected to enhance the development of small size and fast inspection gas chromatographic MEMS.

目錄
中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖表目錄 VI
第一章 VIII
第二章 IX
第四章 XI
第五章 XII
第一章 序論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 3
1-3 論文架構與研究方法 4
1-3-1 論文架構 4
1-3-2 研究方法 4
第二章 理論分析 6
2-1 氣相層析儀原理 6
2-1-1 高壓載氣系統 7
2-1-2 樣品注射系統 7
2-1-3 分離系統 8
2-1-4 偵測系統 11
2-2 微流道設計與原理 16
2-3 陽極接合 16
2-4 氣相層析理論參數 17
第三章 微流道氣相層析系統設計與製作 21
3-1 微流道的製作 21
3-1-1 光罩設計 21
3-1-2 濕式蝕刻法 23
3-1-3 乾式蝕刻法 26
3-2 微流道的封裝 27
3-3 微流道的接管 29
3-4 靜相物充填 30
第四章 結果與討論 32
4-1 微流道晶片氣相層析實驗架構 32
4-3 結果分析與討論 44
第五章 結論與未來展望 47
5-1 結論 47
5-2 未來展望 47
Reference 49

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圖表目錄
圖 1- 1微機電系統的應用 2
圖 1- 2 論文研究之架構 4
圖 2- 1氣相層析氣體分離示意圖 6
圖 2- 2 氣相層析儀架構圖 7
圖 2- 3 樣品注射系統示意圖 8
圖 2- 4 充填管柱與毛細管柱 9
圖 2- 5 (a)充填管柱 (b)WCOT管柱 (c)SCOT管柱 11
圖 2- 6 熱導偵測器 12
圖 2- 7 火焰離子偵測器 13
圖 2- 8 電子捕捉偵測器 14
圖 2- 9 表面聲波元件指叉設計 15
圖 2- 10 表面聲波元件氣體感測示意圖 16
圖 2- 11 陽極接合原理 17
圖 2- 12 化合物滯留時間示意圖 18
圖 3- 1 微流道圖形形式 21
圖 3- 2 微流道的佈局 22
圖 3- 3 濕式蝕刻微流道製作流程圖 25
圖 3- 4 乾式蝕刻微流道製作流程圖 26
圖 3- 5 微流道(寬200μm、深100μm)之SEM圖 27
圖 3- 6 螺旋型微流道SEM圖 27
圖 3- 7 陽極接合示意圖 28
圖 3- 8接合表面有氣泡現象產生之晶片 28
圖 3- 9 接合後的晶片 29
圖 3- 10 微流道接管示意圖 30
圖 3- 11 Carbowax化學式 31
圖 4- 1 氣相層析實驗架構圖 32
圖 4- 2 儀器實體圖 32
圖 4- 3 毛細管柱層析圖 34
圖 4- 4 單一化合物層析結果(a)丙酮 (b)丁酮 (c)甲苯 (d)丁醇 (e)環己酮 36
圖 4- 5 樣品混合層析圖 38
圖 4- 6 等效長度之毛細管層析圖 39
圖 4- 7 烘箱溫度對層析結果之比較 41
圖 4- 8 氣體分流之使用比較圖 42
圖 4- 9 補償氣體之使用結果之比較 43
表 2- 1 常見氣相層析管柱比較 11
表 2- 2 熱膨脹係數比較 17
表 3- 1 微流道設計參數 22
表 4- 1 毛細管柱之板數 34
表 4- 2 單一化合物滯留時間 37
表 4- 3 微流道管柱之板數 38
表 4- 4 等效長度毛細管柱之板數 39

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