[發(fā)明專利]一種集成紫外生物芯片傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010141645.9
• 申請(qǐng)日: 2010-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101813628A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲軼;趙強(qiáng);楊旭;李輝;張斯鈺;趙博;劉國(guó)軍;薄報(bào)學(xué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64;H01L21/77;H01L33/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成生物戰(zhàn)劑傳感器，特別涉及生物戰(zhàn)劑傳感器的制作工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

隨著基因工程和其他生物技術(shù)的發(fā)展，生物戰(zhàn)劑的大量生產(chǎn)變得比較容易。生化武器已對(duì)社會(huì)和地區(qū)穩(wěn)定以及世界和平構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此增強(qiáng)國(guó)防體系中生物戰(zhàn)劑的防護(hù)迫在眉睫。?

在1993年底舉行的國(guó)際禁止化學(xué)武器會(huì)議上列出了近400種毒素，研究表明，有幾種毒素，不僅具有極高的毒性(僅幾公斤或幾十公斤就可以構(gòu)成100平方公里內(nèi)的人員傷害)，而且能夠大批量生產(chǎn)(幾噸至幾十噸)。各國(guó)對(duì)生物武器防護(hù)研究的重要性和迫切性的認(rèn)識(shí)也日益提高。在這個(gè)方面，美國(guó)正向著生化并檢、遠(yuǎn)程遙測(cè)、即時(shí)報(bào)警和自動(dòng)報(bào)告的方向發(fā)展。美國(guó)在近年的《國(guó)防報(bào)告》中提出由國(guó)防部向國(guó)會(huì)提交核生化防護(hù)年度報(bào)告，這表明生物戰(zhàn)劑的防護(hù)已經(jīng)與核武器和化學(xué)武器防護(hù)一起在美國(guó)國(guó)防中占有特殊重要的地位。法國(guó)CEB研究機(jī)構(gòu)研究的裝在空運(yùn)掩蔽部?jī)?nèi)的生物戰(zhàn)劑一體化偵檢系統(tǒng)，已于2005年投入部隊(duì)使用。加拿大薩菲爾德防護(hù)研究所研制的CIBADS?1I型偵檢系統(tǒng)利用紫外激光照射測(cè)定粒子的熒光量及光譜，以確定粒子是否來(lái)源于生物戰(zhàn)劑。該系統(tǒng)能分辨5種含生物戰(zhàn)劑粒子，分辨時(shí)間不超過(guò)3秒。?

生物戰(zhàn)劑偵檢的方法有許多種，其中用于遠(yuǎn)距離遙感的有傳輸型和功能型光纖探測(cè)法以及激光誘導(dǎo)熒光(LIF)探測(cè)法。由于LIF探測(cè)法適于現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)、遙感探測(cè)的特點(diǎn)，因此世界各國(guó)普遍采用這種方法進(jìn)行生物戰(zhàn)劑的探測(cè)。?

但到目前為止，大多數(shù)LIF探測(cè)系統(tǒng)的光源都是采用脈沖的可見(jiàn)或紅外光倍頻產(chǎn)生紫外光。這些LIF探測(cè)系統(tǒng)都是價(jià)格昂貴、效率低下，體積龐大和易碎的系統(tǒng)，不利于實(shí)時(shí)和野外環(huán)境使用，對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用造成極大的障礙。還有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)由于脈沖紫外光的占空比不高，對(duì)生物懸浮顆粒的探測(cè)靈敏度比較低。傳統(tǒng)的連續(xù)紫外燈的光強(qiáng)又不足以激發(fā)小的生物懸浮顆粒發(fā)出熒光。LED外延生長(zhǎng)工藝技術(shù)的發(fā)展，使得LED的發(fā)射波長(zhǎng)不斷向紫外方向擴(kuò)展，徹底解決了傳統(tǒng)光源的種種問(wèn)題，也使本設(shè)計(jì)思想中的紫外光源成為可能。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種新的生物戰(zhàn)劑探測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作方法。在該發(fā)明中，我們不但采用了多波長(zhǎng)、紫外發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，而且將多波長(zhǎng)紫外發(fā)光二極管、Si-PIN探測(cè)器、?

附圖說(shuō)明

圖1：準(zhǔn)分子激光剝離紫外發(fā)光管工藝步驟。其中各數(shù)字代表的含義：1、臨時(shí)焊接2、準(zhǔn)分子激光剝離3、傳送至新襯底4、臨時(shí)襯底5、臨時(shí)焊料6、紫外LED?7、藍(lán)寶石襯底8、準(zhǔn)分子激光9、焊料Pd-In?10、Si-PIN探測(cè)器的6H-SiC/ITO/SiO₂層?

圖2：集成紫外生物芯片傳感器結(jié)構(gòu)圖。其中各數(shù)字代表的含義：1、Si-PIN探測(cè)器2、探測(cè)器有源區(qū)3、6H-SiC/ITO/SiO₂層4、反射和焊接層5、340nm/385nmUV?LED芯片6、玻璃板7、PDMS微流通道?

具體實(shí)施方式

1、紫外光過(guò)濾片的制作?

(1)先利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)的方法在Si-PIN探測(cè)器上沉積150nm厚度的SiO₂層，作為絕緣層和擴(kuò)散勢(shì)壘層。?

(2)接著利用磁控濺射臺(tái)濺射200nm厚度的氧化銦錫(ITO)層，作為紫外發(fā)光管的導(dǎo)電層和反射層。?

(3)最后在SiO₂膜層上沉積6H-SiC層，作為紫外光過(guò)濾層。?

2、剝離紫外發(fā)光二極管?

采用脈沖KrF準(zhǔn)分子激光從藍(lán)寶石襯底上剝離340nm、385nm兩個(gè)波段的紫外發(fā)光二極管。?

準(zhǔn)分子激光剝離紫外發(fā)光管工藝步驟如圖1所示。?

3、二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作?

利用深度離子刻蝕技術(shù)制作不同寬度為50μm，100μm、1mm、2mm的PDMS微流通道，提高探測(cè)效率。?

4、集成紫外生物芯片傳感器的制作?

(1)先將步驟2中剝離好的紫外發(fā)光二極管傳送到帶有ITO/6H-SiC/SiO₂膜層的Si-PIN探測(cè)器的過(guò)濾層上。焊料采用Pd-In焊料。?

(2)再將帶有PDMS微流通道的玻璃板與帶有LED光源和6H-SiC紫外光過(guò)濾片的Si-PIN探測(cè)器集成在一起。?

最終制得集成紫外生物芯片傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。?