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原文传递一种生物传感器及其制备方法和应用

专利名称：	一种生物传感器及其制备方法和应用
摘要：	本发明涉及生物传感器技术领域，尤其涉及一种生物传感器及其制备方法和应用。所述传感器包括底板和芯片，所述芯片为设置在该底板上的两个并联单元和金属层，所述金属层设置在两个并联单元之间；每个并联单元包括平面状的螺旋形电感和锤状电容，所述螺旋形电感的中间具有空白区域，所述锤状电容内嵌在所述空白区域中；锤状电容上引出两条导线，其中一条导线用于接地，另一条导线与所述金属层连接。底板包括衬底和SU‑8高聚物钝化层，所述钝化层在传感器的检测区域形成预设厚度和预设面积的开口，以此形成设定空间溶剂的凹槽。本发明提出的射频生物传感器具有小尺寸、快检测速度、简易且低成本的加工过程、可定量检测等特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	济南大学
发明人：	李阳;郭云建;高嵩;岳文静;张春伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910804391.5
公开号：	CN110501354A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	郑平
分类号：	G01N22/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N22
申请人地址：	250022 山东省济南市市中区南辛庄西路336号
主权项：	1.一种生物传感器，其特征在于，包括底板和芯片，所述芯片为设置在该底板上的两个并联单元和金属层，所述金属层设置在两个并联单元之间；每个并联单元包括平面状的螺旋形电感和锤状电容，所述螺旋形电感的中间具有空白区域，所述锤状电容内嵌在所述空白区域中；所述锤状电容上引出两条导线，其中一条导线用于接地，另一条导线与所述金属层连接，从而实现两个并联单元之间的并联连接，所述锤状电容是指一个方形电容及其两侧连接的导线形成的形似“锤子”的结构。 2.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述金属层的材质包括：贵金属或铜；优选为贵金属，如金、银、铂中的任意一种。 3.如权利要求1或2所述的生物传感器，其特征在于，底板包括衬底和SU-8高聚物钝化层，所述钝化层在传感器的检测区域形成预设厚度和预设面积的开口，以此形成设定空间溶剂的凹槽。 4.如权利要求3所述的生物传感器，其特征在于，其制备方法包括如下步骤： (1)用等离子体增强化学气相沉积的方法在清洁后衬底表面生长一层氮化镓衬底，以增加金属与衬底之间的粘附性； (2)配合光刻工艺在衬底上设定的区域用磁控溅射的方法生长下层金属，随后除去光刻胶，此时衬底上面下层金属已生长完成； (3)利用光刻工艺在未生长下层金属的地方沉积设定高度的光刻胶，并且通过再次高温加热的形式使光刻胶重新塑造形状，构建空气桥墩结构用以支撑步骤(7)中螺旋形电感的上层金属； (4)利用磁控溅射的方法在整个衬底表面形成一层金属种子层； (5)利用光刻工艺在不需要生长顶层金属的区域沉积光刻胶； (6)利用磁控溅射的方法沉积顶层金属，至此由电容和螺旋形电感加工完成，其中电容是由上下两层金属直接连接而成，电感是由具有空气桥墩结构构成，在不需要跳线的地方上下两层金属直接相； (7)在顶层金属表面悬涂SU-8光刻胶，控制悬涂转速形成设定厚度的薄膜； (8)依托光刻技术在器件的检测区域按照定量测量要求光刻掉设定面积的SU-8光刻胶； (9)将步骤(8)得到的器件置于反应离子刻蚀系统中，利用氯气与氩气的混合气体对器件进行干法刻蚀处理，即得。 5.如权利要求4所述的生物传感器，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将清洁后的衬底置于等离子体增强化学气象沉积反应炉中生长氮化硅薄膜，沉积在SiH4和NH3的比率为320：9sccm，室压为1200mTorr，环境温度温为250℃，100WRF功率和2000sccm气流下进行；整个处理时间固定为400s，生长厚度为0.2-0.4um；步骤2：进行底部金属的光刻工艺，包括：光刻胶采用负性光刻胶，光刻胶旋涂过程中，以1000-3000rad/min的速度进行旋涂，旋涂40-60s，生成厚度为5-7um的光刻胶，旋涂过后将衬底放在热板上进行120-150℃下1-2min的加热处理；加热处理完成后利用印有下层金属图案的光掩模在200-350mJ/cm2能量密度下曝光30-90s；曝光完成后，利用负性光刻胶显影液进行显影，充分显影干燥后最后放在光学显微镜下进行检查，得到带有设定光刻胶图案的衬底；步骤3：将上述带有设定光刻胶图案的衬底放入磁控溅射设备中，在真空度为1.0×10-5-1.0×10-8mTorr、沉底温度为20-50℃、生长速率为0.05-0.1nm/s的速率进行生长，最后形成厚度为3-5um的金元素(Au)的下层金属，待金属生长完成后，利用浓度为0.8-1mol/L的氢氧化钠溶液去除光刻胶；步骤4：为了生长顶层金属，首先利用光刻工艺构建高度为5-7um负性光刻胶，包括：光刻胶旋涂过程中，以1000-3000rad/min的速度进行旋涂，旋涂40-60s，生成厚度为5-7um的光刻胶，旋涂过后将衬底放在热板上进行120-150℃下1-2min的加热处理；加热处理完成后利用光掩模在200-350mJ/cm2能量密度下曝光30-90s；曝光完成后，利用负性光刻胶显影液进行显影，充分显影干燥后最后放在光学显微镜下进行检查，随后为了重新塑造光刻胶形状来形成空气桥墩结构，将器件放置于热板上进行温度为130-160℃时间为180-210s的加热处理；步骤5：利用磁控溅射的方法对样品进行生长厚度为0.1-0.4um、膜质为金元素的镀膜操作，镀膜参数为真空度为1.0×10-5-1.0×10-8mTorr、沉底温度为室温、生长速率为0.05-0.1nm/s的速率进行生长；步骤6：进行顶部金属的光刻工艺，包括光：光刻胶采用负性光刻胶，光刻胶旋涂过程中，以1000-3000rad/min的速度进行旋涂，旋涂40-60s，生成厚度为7-9um的光刻胶，旋涂过后将衬底放在热板上进行120-150℃下1-2min的加热处理；加热处理完成后利用印有上层图案的光掩模在200-350mJ/cm2能量密度下曝光30-90s；曝光完成后，利用负性光刻胶显影液进行显影，充分显影干燥后最后放在光学显微镜下进行检查；步骤7：将带有设定光刻胶图案的衬底放入磁控溅射设备中，在真空度为1.0×10-5-1.0×10-8mTorr、沉底温度为20-50℃、生长速率为0.05nm/s的速率进行生长，最后形成厚度为2-5um的金元素的上层金属，待金属生长完成后，利用浓度为0.8-1mol/L的氢氧化钠溶液去除光刻胶；步骤8：利用光刻工艺构建高度为7-9um的SU-8光刻胶，以构建检测区域的凹槽结构，具体为：光刻胶旋涂过程中，以1000-3000rad/min的速度进行旋涂，旋涂40-60s，生成厚度为7-9um的光刻胶，旋涂过后将衬底放在热板上进行120-150℃下1-2min的加热处理；加热处理完成后利用能够使检测区域呈现凹槽结构的光掩模在200-350mJ/cm2能量密度下曝光30-90s；曝光完成后，利用负性光刻胶显影液进行显影去除检测区域的光刻胶，充分显影干燥后最后放在光学显微镜下进行检查；步骤9：利用氯气/氩气等离子体将传感器放置在等离子体刻蚀机内进行干法刻蚀处理，即得，其中，刻蚀处理条件为：刻蚀时间为：1-7min，氯气/氩气流量比为20sccm:(5-20)sccm,压强为2-20mTorr,射频线圈功率为：400-600W，平行板功率为100-300W，反应腔室温度为20-60℃。 6.如权利要求4或5所述的生物传感器，其特征在于，所述衬底的材质包括砷化镓、石英、硅中的任意一种。 7.如权利要求4或5所述的生物传感器，其特征在于，所述清洁衬底的方法为：将衬底分别置于丙酮、异丙醇、去离子水中，分别进行3-5min、1-3min、3-5min的清洗，然后对衬底进行干燥。 8.如权利要求1-7任一项所述的生物传感器在医学、环境、食品领域中的应用，如血糖、血脂监测；分析食品成分、食品添加剂；水体、大气污染检测。
所属类别：	发明专利