[發明專利]一種諧振式微懸臂梁芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 202010171515.3
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111362226B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 于海濤;李昕欣;許鵬程;姚方蘭;李偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00;G01G3/16;G01N5/02;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發明涉及微納傳感器技術領域，特別涉及一種諧振式微懸臂梁芯片及其制備方法，包括：固支部和微懸臂梁部，所述微懸臂梁部包括高溫區和低溫區，所述低溫區的一端與所述高溫區連接，所述低溫區的另一端與所述固支部連接；所述高溫區上設有加熱線圈；所述低溫區上設有檢測元件；所述高溫區和所述低溫區之間設有至少一個阻熱孔，所述阻熱孔貫穿所述微懸臂梁設置。通過在微懸臂梁中部附近區域設計有鏤空的阻熱孔，將微懸臂梁分為靠近自由端的高溫區和靠近固支部的低溫區兩部分。在高溫區設計有加熱線圈，可以對微懸臂梁加熱；加熱線圈可以將梁上高溫區加熱，而低溫區可以保持在低溫狀態，確保檢測元件可以正常工作。

技術領域

本發明涉及微納傳感器技術領域，特別涉及一種諧振式微懸臂梁芯片及其制備方法。

背景技術

集成諧振式微懸臂梁是一種近年來被廣泛研究的分析工具。其原理是利用諧振頻率變化與質量變化之間的關系，通過跟蹤記錄微懸臂梁的諧振頻率從而獲得微懸臂梁的實時質量變化。當把具有特異性的敏感材料固定到微懸臂梁的敏感區域后，就形成了一個生化傳感器，可廣泛應用于生化物質的痕量傳感檢測中。除了生化傳感檢測，集成諧振式微懸臂梁還可以用作科學分析工具，對功能材料的熱力學參數進行提取，應用于功能材料的吸附和脫附特定評估領域。

集成諧振式微懸臂梁由于在片上集成激勵和檢測元件，無需額外裝置便可以使用，具有微型化、功耗低、使用簡便等優點。然而，其不論是用于生化檢測還是熱力學參數，都還存在一個非常大的應用局限：不適用于高溫。之所以會有這樣一個局限存在，根本的原因在于：由于諧振式微懸臂梁本身不具有自加熱的功能，因此需要依賴于外部環境加熱。而當外部環境加熱到超過120℃的高溫時，由于整個微懸臂梁都被均勻加熱到高溫，集成在微懸臂梁上的激勵和檢測元件與襯底之間的PN結電氣隔離會失效，導致漏電發生，使得集成諧振式微懸臂梁無法正常工作。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有的諧振式微懸臂梁無法應用于高溫環境的問題。

為解決上述技術問題，第一方面，本申請實施例公開了一種諧振式微懸臂梁芯片，包括：固支部和微懸臂梁部，

所述微懸臂梁部包括高溫區和低溫區，所述低溫區的一端與所述高溫區連接，所述低溫區的另一端與所述固支部連接；

所述高溫區上設有加熱線圈；

所述低溫區上設有檢測元件；

所述高溫區和所述低溫區之間設有至少一個阻熱孔，所述阻熱孔貫穿所述微懸臂梁設置。

進一步的，所述高溫區包括：第一器件層、第一子氧化層和第一金屬互連線，所述第一子氧化層設置在所述第一器件層上，所述加熱線圈設置在所述第一子氧化層上，所述第一金屬互連線至少部分設置在所述加熱線圈上。

進一步的，所述低溫區包括：第二器件層、第二子氧化層、激勵電阻、檢測壓阻、第二金屬互連線和第三金屬互連線；

所述激勵電阻和所述檢測壓阻設置在所述第二器件層上；

所述第二子氧化層設置在所述第二器件層、所述激勵電阻和所述檢測壓阻上；

所述第二金屬互連線至少部分設置在所述激勵電阻上；

所述第三金屬互連線至少部分設置在所述檢測壓阻上。

進一步的，所述第一金屬互連線、所述第二金屬互連線、所述第三金屬互連線和所述加熱線圈上設有絕緣層。

進一步的，所述加熱線圈的材質為鉬、鉑、銠、鎳、鋁、鎢、鉻、鐵、多晶硅、碳化硅、碳化鎢、碳化鉬中的至少一種。

進一步的，所述絕緣層的材質為氧化硅、氮化硅、氧化鋁中的至少一種。

進一步的，所述加熱線圈的厚度為50nm-500nm；和/或，