[發明專利]一種超親水的場效應管生物傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010088543.9
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111272852B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉超然;方靈星;李杜娟;董林璽;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.一種超親水的場效應管生物傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采用二級濺射工藝在(111)型SOI硅片的頂層硅表面沉積碳化硅膜層；

S2、采用光刻工藝和干法刻蝕工藝在碳化硅膜層表面制備陣列化的刻蝕窗口；

S3、采用KOH溶液對陣列化的刻蝕窗口的側壁進行各向異性腐蝕，形成每個側壁均屬于{111}晶面族內的六邊形腐蝕槽；

S4、采用光刻工藝將超親水結構圖形轉移至SOI硅片，接著采用濕法腐蝕工藝處理SOI硅片，在超親水區域表面形成多孔硅結構；然后高溫氧化處理SOI硅片，超親水區域表面被氧化成氧化硅，并在陣列化的刻蝕窗口的側壁頂端中央位置形成硅納米線，制得陣列化的硅納米線；

所述步驟S4中，濕法腐蝕工藝處理SOI硅片具體包括：將SOI硅片放入25℃的AgNO₃/HF溶液中1～3分鐘，然后放入50℃的H₂O₂/HF溶液的水浴中5～20分鐘，最后去除表面光刻膠并清洗SOI硅片；所述超親水區域的表面接觸角小于20°；

S5、采用離子注入工藝和金屬濺射工藝，在陣列化的硅納米線周圍區域形成源漏極，在源漏極周圍制備隔離溝道，并在硅納米線-碳化硅的上表面制備柵極；然后采用光刻工藝和BOE溶液去除刻蝕窗口內的氧化硅墻壁，以釋放硅納米線；

S6、采用熱硅氫化工藝對硅納米線進行探針DNA的定向修飾，得到超親水的場效應管生物傳感器，所述生物傳感器的結構包括：硅納米線陣列結構、場效應管源-柵-漏三極、隔離溝道和超親水結構；

所述步驟S6具體包括：

S61、采用0.1～3％的氫氟酸水溶液清洗硅納米線表面，清洗時間不超過4分鐘；

S62、采用1,8-壬二炔在硅納米線表面形成單層H-末端，通過巰基-炔化學反應，對硅納米線表面進行選擇性功能化處理，將DNA探針定向修飾在硅納米線表面。

2.根據權利要求1所述的一種超親水的場效應管生物傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，SOI硅片的頂層硅的厚度不大于50μm；碳化硅膜層的厚度不大于100nm，并作為親水層和硅納米線的保護結構。

3.根據權利要求2所述的一種超親水的場效應管生物傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

S21、采用光刻工藝，在碳化硅膜層表面制備陣列化的刻蝕窗口；

S22、采用干法刻蝕工藝將陣列化的刻蝕窗口區域的體硅材料完全刻蝕，直至SOI片的中間氧化層。

4.根據權利要求3所述的一種超親水的場效應管生物傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，在腐蝕之前先去除光刻膠；腐蝕的過程在80℃的水浴環境中進行；在腐蝕的過程中，調節相鄰腐蝕槽的預設寬度為100～500nm。

5.根據權利要求4所述的一種超親水的場效應管生物傳感器的制備方法，其特征在于，所述SOI硅片上任意兩個相對的腐蝕槽的側壁都互相平行且具有相同的傾角。

6.根據權利要求1所述的一種超親水的場效應管生物傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，所述硅納米線的條數大于60根，硅納米線的頂層保護結構為碳化硅膜。

7.如權利要求1-6任一項所述的制備方法制得的超親水的場效應管生物傳感器，其特征在于，所述生物傳感器對待測液中抗原的響應時間不大于30分鐘。

8.根據權利要求7所述的超親水的場效應管生物傳感器，其特征在于，所述生物傳感器對抗體溶液檢測限為1fM。