[發(fā)明專利]一種超親水的場效應(yīng)管生物傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010088543.9
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111272852B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉超然;方靈星;李杜娟;董林璽;王高峰
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明屬于生物檢測傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超親水的場效應(yīng)管生物傳感器及其制備方法。選取(111)型SOI硅片為傳感器襯底材料，保障器件結(jié)構(gòu)與襯底之間絕緣特性；采用MEMS工藝制備的陣列化硅納米線結(jié)構(gòu)，增大待測物質(zhì)與器件敏感單元的接觸面積，進(jìn)而提高傳感器的靈敏度；超親水結(jié)構(gòu)分布于傳感器隔離溝道周圍，能夠強(qiáng)力吸附待測溶液，與器件敏感單元充分接觸；采用1,8?壬二炔選擇性地官能化硅納米線，保障抗體在器件表面的定向修飾和待測液中抗原的定向吸附。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對生物待測液中抗原進(jìn)行快速、靈敏、非侵入性地液體體外活檢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物檢測傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超親水的場效應(yīng)管生物傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，人類的死亡率比以往的任何時期都有明顯的下降。但是，面對一些惡性疾病，仍然缺乏有效可靠的檢測方式以及治療方法。

癌癥是世界各國人民共同面對的重大疾病之一，早期發(fā)現(xiàn)和術(shù)后監(jiān)測是減少癌癥死亡率的關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷，盡量降低癌癥對世界各國人民的生命健康威脅，如何實(shí)現(xiàn)對血液中循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)的靈敏、快速、非入侵性檢測等功能，以此來實(shí)現(xiàn)癌癥的早期預(yù)防排查以及監(jiān)測術(shù)后腫瘤細(xì)胞的數(shù)量情況，是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供一種超親水的場效應(yīng)管生物傳感器及其制備方法。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種超親水的場效應(yīng)管生物傳感器的制備方法，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(cè)壁進(jìn)行各向異性腐蝕，形成每個側(cè)壁均屬于{111}晶面族內(nèi)的六邊形腐蝕槽；

S4、采用光刻工藝將超親水結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)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(qū)域表面形成多孔硅結(jié)構(gòu)；然后高溫氧化處理SOI硅片，超親水區(qū)域表面被氧化成氧化硅，并在陣列化的刻蝕窗口的側(cè)壁頂端中央位置形成硅納米線，制得陣列化的硅納米線；

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(qū)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(buffer oxide etching solution)去除刻蝕窗口內(nèi)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(jìn)行探針DNA的定向修飾，得到超親水的場效應(yīng)管生物傳感器，所述生物傳感器的結(jié)構(gòu)包括：硅納米線陣列結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)管源-柵-漏三極、隔離溝道和超親水結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方案，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(hù)結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方案，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(qū)域的體硅材料完全刻蝕，直至SOI片的中間氧化層。

作為優(yōu)選方案，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(huán)境中進(jìn)行；在腐蝕的過程中，調(diào)節(jié)相鄰腐蝕槽的預(yù)設(shè)寬度為100～500nm。

作為優(yōu)選方案，所述SOI硅片上的腐蝕槽深度相同且不大于50μm。

作為優(yōu)選方案，所述SOI硅片上任意兩個相對的腐蝕槽的側(cè)壁都互相平行且具有相同的傾角。