[發(fā)明專利]一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711434368.9
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108120752A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張佰君;邢潔瑩;黃德佳
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

1.一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片，其特征在于，由下往上依次包括襯底（1）、成核層及應(yīng)力緩沖層（2）、GaN層（3）、AlGaN層（4）；所述至少GaN層（3）以上形成凸臺，GaN層和AlGaN層形成在凸臺上，所述AlGaN層上形成有源電極金屬和漏電極金屬（5），所述凸臺以下設(shè)有長引線（6）及多個Pad(7)，所述源電極金屬、漏電極金屬（5）皆與對應(yīng)的Pad區(qū)域（7）電連接；所述源電極金屬和漏電極金屬（5）之間的傳感區(qū)域形成敏感材料層（8）；所述凸臺以下沉積絕緣材料臺（10），所述絕緣材料臺高度高于所述凸臺；厚金屬材料跨在絕緣材料臺上形成空氣橋參比電極（9）；所述傳感器被絕緣材料（11）封裝，露出溶液接觸區(qū)及電接觸區(qū)，溶液接觸區(qū)覆蓋部分參比電極（9）及所有傳感區(qū)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片，其特征在于：所述的源電極金屬和漏電極金屬（5）之間形成的敏感材料層（8），通過改變修飾及表征方式可得到不同的敏感材料層，得到對不同的離子和生物分子進(jìn)行檢測。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片，其特征在于：所述的刻蝕得到的凸臺兩端設(shè)有絕緣材料臺（10）以支撐空氣橋參比電極（9），絕緣材料臺（10）高度高于凸臺10nm~50μm，絕緣材料包括但不限于二氧化硅，氮化硅，樹脂，硅膠等。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片，其特征在于：所述的空氣橋參比電極（9）懸于含有敏感材料層（8）的傳感區(qū)域上方，與敏感材料層（8）之間由空氣隔離絕緣，避免接觸；所述的空氣橋參比電極（9）包含但不限于惰性金屬。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片，其特征在于：所述的空氣橋參比電極（9）不僅對器件的傳感區(qū)域進(jìn)行遮光，并且對待測溶液的電位進(jìn)行穩(wěn)定；當(dāng)檢測溶液時，由待測溶液連接敏感材料層及其上方的參比電極；通過空氣橋遮擋外界對敏感材料層的光照，避免光生載流子的產(chǎn)生以及光照對溶液的干擾，并增強(qiáng)對柵區(qū)的控制。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片，其特征在于：所述的絕緣封裝材料（11）覆蓋除參比電極以外的所有電傳感區(qū)，封裝材料包括但不限于樹脂。

7.權(quán)利要求1所述的具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1. 在襯底（1）上依次生長成核層及應(yīng)力緩沖層（2）、GaN層（3）、AlGaN層（4），制備出傳感器的外延結(jié)構(gòu)；

S2. 選擇性刻蝕AlGaN層（4）及一定厚度的GaN層（3）、應(yīng)力緩沖層及成核層（2）；

S3. 分別蒸鍍源電極金屬、漏電極金屬（5）；

S4. 蒸鍍長引線（6）及Pad區(qū)域(7)；

S5. 沉積絕緣材料，絕緣材料沉積厚度高于臺面刻蝕深度10nm~50μm，并刻蝕形成絕緣材料臺（10）；

S6. 在芯片表面光刻并蒸鍍，運(yùn)用光刻膠分隔即將形成空氣橋的金屬與下方的半導(dǎo)體材料；

S7. 加厚參比電極，剝離溶解光刻膠，形成空氣橋參比電極（9）；

S8. 對傳感器傳感區(qū)域進(jìn)行表面功能化修飾及表征,形成敏感材料層（8）；

S9. 涂覆絕緣材料形成封裝層（11）；

通過上述S1至S9步驟制成具有遮光封裝結(jié)構(gòu)的傳感器芯片。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片的制備方法，其特征在于：所述的源電極金屬、漏電極金屬（5）通過金屬長引線（6）與Pad區(qū)域（7）形成電連接，所述參比電極（9）直接拉長引出形成電連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種具有空氣橋參比電極遮光結(jié)構(gòu)的傳感器芯片的制備方法，其特征在于：該芯片可植入生物體內(nèi)、對生物組織的損傷較小，參比電極架起空氣橋，減小光照對器件性能的影響，并且空氣橋參比（9）電極懸于器件上方，對有源區(qū)的控制增強(qiáng)，可對各類離子、小型生物分子進(jìn)行精確的測量。