[發(fā)明專利]一種硅懸臂梁傳感器及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910053797.0
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN101592578A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭丹;李文瓊;袁聯(lián)群;董瑾;郭強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N5/00
• 分類號(hào): G01N5/00;G01G3/16;G01D5/12;G01H9/00;B81B7/02;B81C1/00;B81C5/00;B81C3/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅懸臂梁傳感器及其制備方法和應(yīng)用，屬于微納米傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳感器是測量儀表及檢測系統(tǒng)中的核心檢測器件。作為傳感器工作原理的一種，諧振式傳感器的輸出量是頻率變化信號(hào)，其精度及分辨率較高，并可通過簡單的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的頻率接口，從而省去結(jié)構(gòu)復(fù)雜的A/D轉(zhuǎn)換裝置。近來，隨著微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，用微機(jī)械加工技術(shù)制造出的微機(jī)械諧振式傳感器，引起了人們的特別興趣。諧振式微機(jī)械懸臂梁傳感器的敏感元件是用微電子和微機(jī)械工藝制作的微懸臂梁作為機(jī)械諧振子，利用其諧振頻率或相位等作為敏感測量的參數(shù)，可用來測量壓力、真空度、加速度等物理量。諧振器的驅(qū)動(dòng)方式有電磁驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)、逆壓電驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)、光熱驅(qū)動(dòng)等，其檢測方式(即拾振方式)有光學(xué)拾振、壓電拾振、壓敏電阻拾振等。

懸臂梁諧振器一端固定，另一端自由。懸臂梁諧振器的形狀有直條形、變截面直條形、U形、三角形、音叉形等，已在掃描探針顯微鏡(SPM)探針(輕敲模式和非接觸模式)、微機(jī)械電子濾波器、振蕩器、生化傳感器等器件上得到廣泛應(yīng)用。

作為對質(zhì)量變化敏感的諧振式微機(jī)械懸臂梁傳感器，由于具有高分辨率、高靈敏度、快速響應(yīng)和數(shù)字式輸出信號(hào)等特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

該傳感器的核心部件是可以機(jī)械諧振的懸臂梁，配以諧振驅(qū)動(dòng)和諧振信號(hào)檢測的方法和裝置。當(dāng)通過分子特異性吸附將待測物吸附在懸臂梁表面時(shí)，懸臂梁等效質(zhì)量的變化使懸臂梁固有諧振頻率發(fā)生變化，通過檢測該諧振頻率的變化量能高精度地定量分析待測物的含量。[T.Thundat，E.A.Wachter，S.L.Sharp?and?R.J.Warmack，Detectionof?mercury?vapor?using?resonating?microcantilevers，Appl.Phys.Lett.，66，1695(1995)]。該類諧振式懸臂梁傳感器的痕量檢測以往主要，只能面對單個(gè)分子或個(gè)體質(zhì)量較大的生物檢測，[B.Ilic，D.Czaplewski，M.Zalalutdinov，H.G.Craighead，P.Neuzil，C.Campagnolo，C.Batt，Singlecell?detection?with?micromechanical?oscillators，J.Vac.Sci.Technol.B，19?2825(2001)]，[A.Gupta，D.Akin，R.Bashir，Single?virus?particle?massdetection?using?microresonators?with?nanoscale?thickness?Appl.Phys.Lett.，84，1976(2004)]。由于化學(xué)氣體等相對小分子的質(zhì)量很小，只在懸臂梁的表面進(jìn)行單層或少量層數(shù)小分子的特異性吸附，所吸附的很小質(zhì)量往往很難用諧振方法檢測到。為增加吸附質(zhì)量到可檢測的程度，在懸臂梁上構(gòu)建大比表面結(jié)構(gòu)，用以顯著增加所吸附的小化學(xué)分子數(shù)目，是一個(gè)十分可行的技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于相對小分子的質(zhì)量額度化學(xué)氣體檢測的硅懸臂梁傳感器及其制備方法。

即在硅微機(jī)械懸臂梁靠近自由端進(jìn)行分子吸附的區(qū)域形成大比表面多孔硅結(jié)構(gòu)的方法和制作方法，及通過在多孔硅表面修飾特異性分子鏈提高分子吸附數(shù)量進(jìn)行檢測的應(yīng)用。

本發(fā)明的基本原理

硅懸臂梁傳感器的核心部件是可以機(jī)械諧振的懸臂梁，配以諧振驅(qū)動(dòng)和諧振信號(hào)檢測的方法和裝置。