[發明專利]一種高靈敏度的鎳/硅復合微懸臂梁及其制備方法

無效

• 申請號: 200710115316.5
• 申請日: 2007-12-11
• 公開（公告）號: CN101200279A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 蘭紅波
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種微懸臂梁，特別涉及一種極微小力(10^-18N)檢測用的高靈敏度的鎳/硅復合微懸臂梁及其制備方法

背景技術

微懸臂梁是一種結構簡單、易于進行微加工以及批量生產的傳感器結構。微懸臂梁的長度和寬度一般在微米范圍，而厚度在亞微米至納米范圍。微懸臂梁將被測量轉化為自身的機械形變或諧振頻率的變化，它有兩種工作模式，即彎曲模式(靜態模式)和共振(動態模式)。微懸臂梁最早是用于微力檢測的傳感器結構，現已成功地用于加速度傳感器、原子力顯微鏡(AFM)和SFM探針、高靈敏度的化學氣敏傳感器和生化傳感器以及射頻RF電路發射器開關等。近年來，基于微懸臂梁的測量對象和應用范圍日益增多，其測量對象增加到溫度、熱能、磁場、質量等；應用范圍擴大到包括化學分析、生物檢驗、醫藥篩選、環境控制、氣味(如香精酒類)鑒定、DNA檢測等。此外，光學和紅外探測、超高密度信息存儲等領域是近年微懸臂梁應用的重要擴展。微懸臂梁具有靈敏度高，如蒸鍍了雙層金屬膜的微懸臂梁作為溫度傳感器，靈敏度可達10^-5K；以微懸臂梁為換能元件的生物傳感器靈敏度可達皮克量級。而且能批量加工，從而降低成本；可以實現10^-18N力的檢測。微懸臂梁正向集成化和陣列結構發展。微懸臂梁的顯著優點已經顯示了在眾多領域的良好應用前景。懸臂梁材料的選擇是相當重要的，它決定了工藝的復雜性、成本高低、懸臂梁質量和成型性，但同時也受到所設計的微懸臂梁和探針的結構以及微細加工技術的限制。所以材料的選擇必須依據成本、內應力控制難易和工藝穩定可行等眾多因素考慮。根據不同的應用，可以使用多種材料加工微懸臂梁，如單晶硅、多晶硅、Si₃N₄、SiO₂、PZT、AI、Ni、Au、Pt。在實際設計和加工中一般都采用多層復合結構，比如采用單晶硅作為梁體結構時，作為保護一般在梁的表面氧化一層SiO₂，如果要作為反射束用的微鏡面，還要濺射一層AI或其它金屬作為反射面。薄膜微細加工技術制備的金屬懸臂梁內應力大，懸臂梁容易變形，單晶硅濕法刻蝕成型的厚度控制工藝復雜，還可能引入內應力，干法深反應離子刻蝕(DRIE)成本很高，成型的均勻性也有待提高，化學氣相沉積(CVD)Si3N4薄膜結構的應力控制要求極高，控制不好便會導致懸臂梁彎曲變形，而且陣列探針的成品率也難以保證。隨著微電子技術的發展，由于微懸臂梁結構具有低成本、高靈敏度和批量生產等顯著優點，可以預料基于微懸臂梁梁結構的傳感器在物理、化學和生物傳感器等領域的應用范圍將變得越來越廣。因此，迫切需要探索新的高靈敏度微懸臂梁結構和選擇適合的材料。目前基于微懸臂梁極微小力檢測已經顯示了廣泛的應用前景，如DNA解碼、Casimir力檢測、納磁性粒子的測量、分子量子器件的制造和分析等。

發明內容

本發明的目的就是為了克服目前在微懸臂梁結構和制作方法復雜，生成成本高，不能滿足日益擴大的市場需要等問題，提供一種高靈敏度的鎳/硅復合微懸臂梁及其制備方法，它可實現極微小力attonewton(10^-18N)的檢測，以及復合微懸臂梁低成本批量制備。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

一種高靈敏度的鎳/硅復合微懸臂梁，它包括硅底座，所述硅底座上設有Cr/Cu電鑄種子層，在該層之上為金屬鎳微懸臂梁，在金屬鎳微懸臂梁的一端為中空圓錐形針尖，同時微懸臂梁梁體為中空結構。

一種高靈敏度的鎳/硅復合微懸臂梁的制備方法，它的方法為，以中空圓錐形針尖和中空懸臂梁金屬鎳為基體，以硅為底座，其制作采用復合制備工藝，工藝基本流程是：

(1)硅片預處理；

(2)硅片背面釋放窗口制作；

(3)硅片正面濺射電鑄種子層；

(4)微懸臂梁和針尖納米壓印成型；

(5)針尖表面沉積電鑄種子層；

(6)微電鑄沉積金屬鎳；

(7)中空圓錐形針尖的制備；

(8)去除針尖另一側微懸臂結構；

(9)底座的制作，完成高靈敏度的微懸臂梁的制備。