[發明專利]微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構及其制作方法

無效

• 申請號: 201010256838.9
• 申請日: 2010-08-18
• 公開（公告）號: CN101915793A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 王春霞;闞強;陳弘達
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及半導體微加工技術技術領域，尤其涉及一種微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構及其制作方法，該傳感器對磷酸根離子敏感，可用于水溶液中的磷酸鹽定量檢測，對土壤、水環境、生物樣本中的磷成分檢測具有應用前景。

背景技術

生化傳感技術不僅為基礎醫學研究及臨床診斷提供了一種快速簡便的新型方法，而且因為其專一、靈敏、響應快等特點，在軍事方面，也具有廣闊的應用前景。近年來隨著集成微電子機械加工技術的日趨成熟，傳感器制作技術進入了一個嶄新階段。微電子技術和微機械技術相結合，器件結構從二維到三維，實現進一步微型化、微功耗。

磷酸根離子在生物體系中無處不在，在廣泛的生化過程中扮演著重要的角色，同時磷酸根離子在土壤和污水中也具有較高含量，磷酸根離子的檢測可用于分析土壤中化肥含量水平，監測河流、湖泊等水質的富營養化程度。

采用基于半導體微加工技術的微電極陣列傳感器進行磷酸根離子檢測分析，具有許多優勢：可進行批量生產，降低傳感芯片成本；易于實現同微電子和自動化微流體系統集成；傳感芯片尺寸的大大縮小有利于便攜式檢測儀器的小型化。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構及其制作方法。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構，該結構自下而上依次由硅襯底、二氧化硅絕緣層、電極層、PDMS微流通道層構成。

上述方案中，所述電極層由電信號輸出接口及磷酸根離子敏感單元構成，且電極層及磷酸根離子敏感單元電極基底層是由同一種金屬材料制成。

上述方案中，所述磷酸根離子敏感單元是由金屬鈷電極和Ag/AgCl電極組成的對電極結構，且金屬鈷電極與Ag/AgCl電極之間保持一定距離。

上述方案中，所述PDMS微流通道層覆蓋于磷酸根離子敏感單元之上，包含一個微流通道，該微流通道與磷酸根敏感單元相結合，構成一個密閉的管道，在該密閉的管道的兩端是液體流入流出端口。

上述方案中，所述電信號輸出接口位于PDMS材料外側，直接與檢測儀器連接。

為達到上述目的，本發明還提供了一種制作微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構的方法，該方法包括：

步驟1：在硅片襯底上，通過等離子體化學氣相淀積方法生長一層氧化硅絕緣層；

步驟2：在氧化硅絕緣層上，通過熱蒸發技術，制作鎳金薄膜；

步驟3：通過光刻，在光刻膠上定義出磷酸根離子敏感單元的電極和電信號輸出接口電極引線圖形，以光刻膠做掩膜，采用濕法腐蝕方法，將光刻膠圖形轉移到鎳金層；

步驟4：在鎳金層結構上面，再次通過PECVD方法生長一層氧化硅絕緣層；

步驟5：通過光刻和濕法腐蝕，在二氧化硅層，制作磷酸根離子敏感單元的電極窗口和電信號輸出接口電極引線窗口；

步驟6、通過電沉積技術，在磷酸根離子敏感單元窗口區的鎳金圖形上分別沉積金屬鈷和Ag/AgCl，構成對電極結構；

步驟7、將帶有微流通道的PDMS材料，通過鍵合的方法，與微電極芯片封裝在一起，該微流通道與磷酸根敏感單元相結合，構成一個密閉的管道。

上述方案中，所述步驟7包括：將帶有微流管道的PDMS材料鍵合到帶有微電極的硅材料上，將帶有微流管道的界面與硅材料結合，形成閉合式管道；然后采用無源對準的方法，使微流管道與電極窗口區重疊。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的這種微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構及其制作方法，實現了對較大濃度范圍的磷酸根離子進行檢測，將液體濃度參數轉化為輸出電接口的電勢信號，器件工作時無需外部供能。

2、本發明提供的這種微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構及其制作方法，采用半導體平面微加工工藝進行制作，器件結構緊湊，所需待測樣品量少，易于實現同微電子和自動化微流體系統集成。傳感芯片尺寸的大大縮小有利于便攜式檢測儀器的小型化。

3、本發明提供的這種微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構，是基于金屬鈷電極敏感的磷酸根離子濃度檢測用的傳感芯片結構，該結構可利用半導體平面微加工技術，實現微型電極制作。相對傳統電化學方法中利用體電極檢測而言，本發明提出的結構，芯片更加緊湊，所需測試樣品量較少。

附圖說明

為進一步說明本發明的內容及特點，以下結合附圖及實施例對本發明作一詳細的描述：

圖1是微電極陣列與微流通道集成的傳感器結構示意圖；