[發明專利]利用單根集成電阻同時實現驅動及自清洗的微機械懸臂梁

無效

• 申請號: 200910046447.1
• 申請日: 2009-02-20
• 公開（公告）號: CN101492150A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 于海濤;李昕欣;李俊綱;許鵬程;楊天天
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;B81C5/00;G01N5/02;G01D5/12
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

1、利用單根集成電阻同時實現驅動及自清洗的微機械懸臂梁，其特征在于在所述的微機械懸臂梁的固定端處表面制作驅動電阻與壓敏電阻組成的惠斯通電橋，在微機械懸臂梁的自由端處表面淀積特異性識別的敏感膜。

2、按權利要求1所述的微機械懸臂梁，其特征在于當驅動電阻上施加一個交流疊加直流的電流U＝U_dc+U_accosωt時，驅動電阻附近會產生一個周期性的熱波動的熱功率：

P_i(t)＝(U_dc+U_accosωt)²/R＝2U_dcU_accosωt/R+(U_dc²+0.5U_ac²)/R+0.5U_ac²cos2ωt/R，

其中2U_dcU_accosωt/R為驅動懸臂梁振動的有效熱波動部分；所述的有效熱波動使加熱電阻附近溫度產生頻率為ω的周期性變化，懸臂梁以頻率ω作周期性振動。

3、按權利要求2所述的微機械懸臂梁，其特征在于當驅動電阻上施的電流的頻率與懸臂梁的固有頻率一致時，懸臂梁就會發生諧振，振動中的懸臂梁的彎曲引起表面集成的壓敏電阻的阻值發生變化，通過惠斯通電橋將諧振信號以電信號輸出。

4、按權利要求1所述的微機械懸臂梁，其特征在于壓敏電阻組成的惠斯通電橋作為拾振電阻，拾振電阻與驅動電阻的距離大于諧振頻率下的熱穿透深度μ，所述的熱穿透深度為μ＝(2κ/ρωc)^1/2，式中κ為材料的傳導率，ρ為材料的密度，c為比熱容，ω為頻率。

5、按權利要求2所述的微機械懸臂梁，其特征在于驅動電阻上施加的一個交流疊加直流的電流中的直流分量等于0.924倍的交流分量時，驅動電流整個熱波動的熱功率最低，懸臂梁的溫升最小。

6、按權利要求1所述的微機械懸臂梁，其特征在于所述的微機械懸臂梁為直條形、變截面直條形、U型、T型、三角形或音叉型的規則形狀。

7、制作如權利要求1所述的微機械懸臂梁的方法，其特征在于具體步驟是：

(1)采用(100)晶面的N型或(110)晶面P型的絕緣體上的硅片，將頂層硅減薄至懸臂梁厚度，熱氧化形成氧化層；

(2)用光刻膠做掩模，光刻出懸臂梁正面圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化硅形成懸臂梁圖形；用光刻膠做掩模，光刻出敏感電阻的圖形，采用離子注入工藝進行硼離子摻雜、在1000℃退火30分鐘活化注入的硼離子形成具有壓阻效應的敏感電阻；

(3)用光刻膠做掩模，光刻出壓阻引線孔圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化硅形成引線孔。濺射鋁薄膜，依次光刻、腐蝕、去膠，同時形成驅動線圈和壓阻引線。在480℃合金化30分鐘與壓阻形成歐姆接觸。在硅片正面采用等離子增強化學氣相沉積工藝形成二氧化硅保護層，用光刻膠做掩模，光刻出保護層圖形，用反應離子刻蝕工藝去掉多余的氧化硅；

(4)在硅片上涂光刻膠，光刻顯影，蒸發金薄膜，采用剝離工藝形成金薄膜圖形，用于自組裝生長選擇性敏感膜；

(5)用光刻膠做掩模，光刻形成懸臂梁結構圖形，采用反應離子刻蝕工藝正面刻蝕，形成懸臂梁結構。背面用光刻膠做掩模，雙面光刻形成背面刻蝕圖形，采用反應離子刻蝕工藝刻蝕體硅至絕緣層上硅的中間氧化層；

(6)用緩沖氫氟酸腐蝕掉絕緣層上硅的中間氧化層，釋放懸臂梁結構，完成微機械懸臂梁器件制作。

8、按權利要求7所述的微機械懸臂梁的制作方法，其特征在于：

a)步驟1所述的熱氧化形成的氧化層厚度為1500-2500

b)步驟2制作的熱敏電阻的方塊電阻值為200歐姆；

c)步驟3濺射時的鋁薄膜厚度在7000以上；

d)步驟4所述的金薄膜厚度為50-100納米。

9、按權利要求1所述的微機械懸臂梁的應用，其特征在于通過在懸臂梁自由端附近淀積特異性識別的敏感膜，對鏈親和素或者DMMP氣體進行檢測。