[發(fā)明專利]基于二維材料的生物化學傳感模塊的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-02-07
• 公開（公告）號: CN111293091B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸葉;包文中
• 申請（專利權(quán)）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L23/492;G01N27/327
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于生物化學傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于二維材料的生物化學傳感模塊的制備方法。本發(fā)明方法包括：在硅/二氧化硅襯底上沉積二維材料；制備與二維材料連接或者不連接的金屬電極；二維材料和金屬電極周邊封裝樹脂材料；以及硅片下面附著印刷線路板。二維材料作為一種外界敏感材料，適用于多種傳感領(lǐng)域，特別是作為氣態(tài)或者液態(tài)的感應(yīng)器或探測器。本發(fā)明解決了制造基于二維材料的生物化學傳感芯片模塊的問題，可以廣泛的應(yīng)用于生物化學感應(yīng)和測量應(yīng)用中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化學傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于二維材料的生物化學傳感模塊的制備方法。

背景技術(shù)

自石墨烯被發(fā)現(xiàn)開始，二維材料開始走進人們的視線中，同時受到越來越多的關(guān)注。但是由于二維材料在工業(yè)界應(yīng)用的集成還不成熟，大部分時候還是利用機械剝離塊狀單晶的方法，作為不規(guī)則原型器件在實驗室里作為單個器件進行測量，測量速度慢，元器件測量可重復性差，不能作為商業(yè)使用。

二維材料作為一種表面電子材料，其對周圍的環(huán)境非常敏感，非常適合作為生物或者化學傳感器。二維材料如石墨烯，MoS₂等可以被金屬電極連接，成為晶體管或者電子傳感器形式。如果在這些電子器件中，二維材料溝道暴露在外部，當有外部化學分子，蛋白，生物分子靠近其附近的時候，由于二維溝道材料表面電荷的變化，對二維溝道的a.)電子遷移率 和/或 b.)閾值電壓產(chǎn)生影響，這些電子器件的電學信號如電阻率/電導率/跨導等發(fā)生變化。用這種方法，可以通過對電子信號的測量來解讀二維材料附近生化分子的變化和性質(zhì)。

在實驗室里，通常利用機械剝離單晶形成的不規(guī)則二維材料，作為溝道，沉積不規(guī)則的電極制作成電子器件，然后用科研電表進行單個器件的測量。這種方法速度慢，難以商業(yè)使用。本發(fā)明把規(guī)則的二維電子器件集成到印刷電路板上，形成生化傳感模塊。印刷電路板可以快速的插入或移出測量端口，如USB端口，并/串端口等，解決了快速大規(guī)模測量的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于二維材料的生物化學傳感模塊的制備方法，以解決目前二維材料傳感器不能快速測量的問題。

本發(fā)明提供的基于二維材料的生物化學傳感模塊的制備方法，所述生物化學傳感模塊包括：硅/二氧化硅襯底上的二維材料；與二維材料連接或者不連接的金屬電極；二維材料和金屬電極周邊的封裝材料；以及硅片下面附著的印刷線路板；制備的具體步驟如下：

（1）在襯底特定位置上通過生長或者轉(zhuǎn)移方法，淀積一層二維材料；或者通過光刻或掩膜的方法，在襯底特定位置固定二維材料；

（2）在襯底上淀積金屬電極的粘附層以及金屬電極；這些金屬電極接觸或者不接觸二維材料；

（3）在二維材料和其附件的電極上淀積一層保護薄膜層；

（4）在襯底下面粘附印刷電路板；

（5）在襯底上表面的金屬電極和印刷電路板通過金屬線鍵合；

（6）在印刷電路板上薄膜保護層周圍，形成覆蓋住金屬連線的封裝材料；

（7）用液體刻蝕清洗的方法去除二維材料上面的保護薄膜層。

本發(fā)明中，所述襯底可以為本領(lǐng)域常用耐高溫襯底，如玻璃襯底、藍寶石襯底、石英襯底、硅襯底等。

步驟（1）中，所述二維材料為1-15原子層的材料，包括但不局限于：石墨烯(graphene)，MoS2，MoSe₂，MoTe₂，WS₂，以及WSe₂等。

步驟（1）中，所述二維材料，可采用物理氣相沉積、電子束蒸發(fā)、磁控濺射等方法淀積。或者將其他金屬或絕緣襯底上已經(jīng)生長好的二維材料轉(zhuǎn)移而來。

步驟（2）中，所述金屬粘附層材料為Ti、Ni、Cr、Hf中的一種，或其中幾種的組合。