專利名稱：利用單根集成電阻同時實現(xiàn)驅(qū)動及自清洗的微機械懸臂梁的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用單根集成電阻同時實現(xiàn)驅(qū)動及自清洗的微機械懸臂梁的結構、制作方法及應用。本發(fā)明屬于微機械傳感器領域。
背景技術：
傳感器是測量儀表及檢測系統(tǒng)的基礎。傳統(tǒng)的傳感器通過改變電阻、電容或電感等電學量來測量壓力、溫度、位移等非電量，并以電壓和電流信號輸
出。在傳感器和控制電路之間需要增加A/D轉(zhuǎn)換器，這不僅降低了系統(tǒng)的可靠性、響應速度和測量精度，而且增加了成本。諧振式傳感器的輸出量是頻率信號，精度及分辨率高，長期穩(wěn)定性好，可通過簡單的數(shù)字電路實現(xiàn)與計算機的接口，從而省去結構復雜、價格昂貴的A/D轉(zhuǎn)換裝置。發(fā)展諧振式傳感器，適應以微處理器為中心的數(shù)字控制系統(tǒng)是傳感器發(fā)展的重要方向之一。但是，現(xiàn)已使用的諧振式傳感器(如諧振筒、諧振梁、諧振膜、諧振彎管)結構尺寸較大，結構復雜，價格昂貴，諧振頻率和靈敏度低。隨著微電子技術和微機械加工技術的發(fā)展以及在傳感器中的應用，用微機械加工技術制造出的微機械諧振式傳感器，引起了人們的特別興趣。微機械諧振式傳感器的敏感元件是用微電子和微機械工藝制作的微懸臂梁、微橋(雙端固支梁)、方膜(或圓膜)等諧振子，利用其諧振頻率、振幅或相位等作為敏感測量的參數(shù)，可用來測量壓力、真空度、角速度、加速度、流量、溫度、濕度和氣體成分等物理量。諧振器的驅(qū)動方式有電磁驅(qū)動、靜電驅(qū)動、逆壓電驅(qū)動、電熱驅(qū)動、光熱驅(qū)動等，其檢測方式(即拾振方式)有壓電拾振、壓敏電阻拾振、電磁拾振、電容拾振、光學拾振等。
懸臂梁諧振器一端固定，另一端自由，自由端可釋放器件制作時在梁中形成的殘余應力，諧振頻率不受封裝應力的影響。懸臂梁諧振器的形狀有直條形、變截面直條形、U形梁、三角梁、音叉梁等，已在原子力顯微鏡(AFM)探針(輕敲模式和非接觸模式)、微機械電子濾波器、振蕩器、生化傳感器等 器件上得到廣泛應用。
作為質(zhì)量敏感的諧振式微機械懸臂梁傳感器由于具有高分辨率、高靈敏 度、快速響應和數(shù)字式輸出信號等特點，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷等方面具有 廣闊的應用前景。該傳感器的核心部件是諧振狀態(tài)下的懸臂梁及其諧振驅(qū)動 和敏感元件。當通過生化特異性吸附將待測物吸附在懸臂梁表面時，懸臂梁 等效質(zhì)量的變化使懸臂梁固有諧振頻率發(fā)生變化，通過檢測該諧振頻率的變
化量能高精度地定量分析待測物的含量。[N. V. Lavrik, M. J. Sepaniak, P. G. Datskos, Cantilever transducers as a platform for chemical and biological sensors, Review of Scientific Instruments, 75， 2229(2004)]。傳統(tǒng)的諧振式懸臂梁傳感器 在檢測完成后，只能在室溫下通過待測物本身的解吸附使信號回復，再次檢 測需要等待較長的時間。為了加速信號回復， 一種方法是通過紫外線照射[Li C， Zhang D. H., Liu X. L., Han S.， Tang T., Han J. and Zhou C. W. 2003 In203 nanowires as chemical sensors, J/ / /zW /Vz戸'cs丄e"era， vol. 82， pp. 1613-1615]。 這種方法需要體積龐大的設備，不利于便攜式傳感器使用。提高溫度也是一 種有效的方法，這往往需要在懸臂梁上增加一個加熱部件，增加了器件的復 雜程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用單根集成電阻同時實現(xiàn)驅(qū)動及自清洗的微 機械懸臂梁的結構、制作方法及應用，通過驅(qū)動電阻本身的加熱功能來實現(xiàn) 快速信號回復， 一物兩用避免了增加多余的結構。其基本構思及實現(xiàn)方法如
下在懸臂梁的固定端處的表面通過離子注入同時制作驅(qū)動電阻以及壓敏電 阻組成的惠斯通電橋，壓敏電阻組成的惠斯通電橋作為拾振電阻，并在懸臂 梁的自由端處表面淀積特異性識別的敏感膜。在驅(qū)動電阻上施加一定的交流 疊加直流的驅(qū)動電流，當施加的交流電流的頻率與懸臂梁的固有諧振頻率相 同時，懸臂梁會發(fā)生諧振，懸臂梁傳感器處于工作狀態(tài)。此時的驅(qū)動電流較 小，懸臂梁溫度不高。當傳感器置于檢測環(huán)境中，待測物將通過生化特異性 反應吸附在懸臂梁表面，懸臂梁等效質(zhì)量的變化使懸臂梁固有諧振頻率發(fā)生變化，通過拾振電阻(惠斯通電橋)檢測該諧振頻率的變化量，能高精度地 定量分析待測物的含量。檢測完成后，懸臂梁脫離檢測環(huán)境，此時提高施加 在驅(qū)動電阻上的直流電流，并保持交流電流不變，可以提高懸臂梁的溫度達 到特定值(具體值由待測物的性質(zhì)決定，為能使吸附待測物快速解吸附而又 不改變敏感膜性狀的溫度)，而懸臂梁仍處于諧振狀態(tài)。 一段時間后吸附的待 測物基本解吸附完畢，自清洗完成，將施加的直流電流恢復原值，準備進行
再次檢領!j。
利用單根集成電阻同時實現(xiàn)驅(qū)動以及自清洗的微機械懸臂梁傳感器的結
構(如圖l所示)包括四個部分l.懸臂梁、2.驅(qū)動電阻、3.壓敏電阻組成的
惠斯通電橋、4.特異性的生化敏感膜。當驅(qū)動電阻上施加一個交流疊加直流
的電流C^^+f/。。c。s加時，驅(qū)動電阻附近會產(chǎn)生一個周期性的熱波動的熱功率
5(0 = + "。c cos ffl02 / W = 2f^t/。c cos 〃 W + + 0.5"。/)// + 0.5f/加2 cos2"〃 W ，
其中2^^c。s加W為驅(qū)動懸臂梁振動的有效部分。這個有效熱波動會使加熱電 阻附近溫度產(chǎn)生頻率為w的周期性變化。由于懸臂梁多層結構的雙金屬效應， 懸臂梁會以頻率w做周期性振動。當外加電流的頻率與懸臂梁的固有頻率一 致時，懸臂梁就會發(fā)生諧振。振動中的懸臂梁的彎曲會引起表面集成的壓敏 電阻的阻值發(fā)生變化，通過惠斯通電橋便可以將諧振信號以電信號輸出。
為了提高傳感器的性能，本發(fā)明對傳感器懸臂梁上的驅(qū)動/拾振電阻的位 置以及驅(qū)動電流也進行了優(yōu)化。傳統(tǒng)的電熱激勵的懸臂梁對驅(qū)動電阻的位置 并沒有加以限制。本發(fā)明將傳感器上的驅(qū)動電阻制作在懸臂梁的固定端處。 這是因為使懸臂梁產(chǎn)生彎曲的彎矩只局限于驅(qū)動電阻處附近，只有施加在懸 臂梁固定端處的彎矩才能使懸臂梁產(chǎn)生最大的彎曲。并且，布置在固定端處 的驅(qū)動電阻可以在整個懸臂梁上產(chǎn)生比較均勻的溫度(如圖2)，有利于懸臂 梁的自清洗。另外，驅(qū)動電阻產(chǎn)生的熱波動是衰減的，其熱穿透深度為 ^(2Wp—'"，其中^是材料的熱傳導率，p為材料的密度，c是比熱容。為了 減少驅(qū)動電阻與拾振電阻之間的熱串擾，需要使驅(qū)動電阻與惠斯通電橋間的 距離大于熱穿透深度A 。懸臂梁傳感器的一個重要噪聲來源就是熱機械噪聲， 為了減小熱機械噪聲，需要減小懸臂梁工作時的溫度，這需要減小驅(qū)動電流。 而過小的驅(qū)動電流會使懸臂梁振動的振幅過小，影響傳感器的性能。經(jīng)過分
7析，懸臂梁的振幅由f^Xt^決定，當C^AT/。c確定后(這個值對不同的懸 臂梁有所不同，為使懸臂梁能夠有效振動的最小值)。對SW的表達式進行簡 單的推導，可得到當^-0.924t/。J寸，整個熱功率l/XOl最低，也就是說懸臂梁的 溫升最小。因此驅(qū)動電流的最優(yōu)取值應該是^ =0.924^.，其中t/。。通過實驗確 定。
本發(fā)明的懸臂梁的制作采用已有的微機械加工工藝，針對我們制作的
300pmxl00pmx3)am的懸臂梁，其制作工藝流程如圖3所示，并詳述如下
(a) 采用(100)晶面的N型SOI (絕緣體上的硅)硅片或(110)晶面 的P型SOI硅片，將頂層硅減薄至懸臂梁厚度，熱氧化形成1500-2500A的氧 化層(見圖3-a);
(b) 用光刻膠做掩模，光刻出懸臂梁正面圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧 化硅形成懸臂梁圖形；用光刻膠做掩模，光刻出驅(qū)動電阻和拾振電阻的圖形， 采用離子注入工藝進行硼離子摻雜、在IOO(TC退火30分鐘活化注入的硼離 子形成具有壓阻效應的敏感電阻，其方塊電阻值為200歐姆(見圖3-b);
(c) 用光刻膠做掩模，光刻出壓阻引線孔圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧 化硅形成引線孔。濺射厚度在7000A以上的鋁薄膜，依次光刻、腐蝕、去膠， 形成壓阻引線。在48(TC合金化30分鐘與壓阻形成歐姆接觸。在硅片正面采 用PECVD (等離子增強化學氣相沉積)工藝形成二氧化硅保護層，用光刻 膠做掩模，光刻出保護層圖形，用RIE (反應離子刻蝕)工藝去掉多余的氧 化硅(見圖3-c);
(d) 在硅片上涂光刻膠，光刻顯影，蒸發(fā)50納米厚的金薄膜，采用剝 離工藝形成金薄膜圖形，用于自組裝生長選擇性敏感膜(見圖3-d);
(e) 用光刻膠做掩模，光刻形成懸臂梁結構圖形，采用深反應離子刻蝕 工藝正面刻蝕，形成懸臂梁結構。背面用光刻膠做掩模，雙面光刻形成背面 刻蝕圖形，采用深反應離子刻蝕工藝刻蝕體硅至SOI中間氧化層(見圖3-e);
(f) 用緩沖氫氟酸腐蝕掉SOI中間氧化層，釋放懸臂梁結構，完成懸臂 梁器件制作(見圖3-f)。
綜上所述，本發(fā)明的主要優(yōu)點是 (1)結構簡單，制作工藝與傳統(tǒng)IC工藝兼容，便于集成；
8(2) 懸臂梁上的集成電阻可同時充當驅(qū)動電阻與自清潔熱源，簡化結 構，同時不降低傳感器性能；
(3) 優(yōu)化了驅(qū)動/檢測電阻的排布方式以及驅(qū)動電流的選擇，使諧振式傳 感器頻率穩(wěn)定性好，性能優(yōu)秀；
(4) 所述的微機械懸臂梁為直條形、變截面直條形、U型、T型、三角 形或音叉型的規(guī)則形狀；
(5) 所述的驅(qū)動電阻具有自清潔功能，在每次檢測完畢后，提高施加在 驅(qū)動電阻上的電流的直流分量，使懸臂梁的溫度提高，增大吸附物 的解吸附速度。


圖1是利用單根集成加熱電阻同時實現(xiàn)熱驅(qū)動以及自清洗的微機械懸臂 梁的示意圖。
圖2是ANSYS模擬的在懸臂梁固定端附近加熱后懸臂梁的溫度分布圖。 懸臂梁尺寸300)imxl00)imx3pm;驅(qū)動電阻阻值2kQ;施加電壓1Vac+0.9V
圖3是本發(fā)明的硅微機械懸臂梁的制作工藝流程示意圖。
其中(a)SOI硅片氧化；(b)壓阻制作；(C)引線孔刻蝕，引線與保護層制
作；(d)蒸發(fā)金薄膜；(e)正面以及背面干法刻蝕；(f)懸臂梁結構釋放。 圖4是本發(fā)明的硅微機械懸臂梁的掃描電鏡照片。
圖5是采用本發(fā)明傳感器進行鏈親和素檢驗的實驗結果(a)以及懸臂梁的 頻率穩(wěn)定度(b)。
圖6是采用本發(fā)明傳感器進行飽和DMMP氣體檢驗的實驗結果(a)為連 續(xù)三次檢測中間未使用自清洗功能的實驗結果；(b)為連續(xù)三次檢測中間插入 90秒自清洗后的實驗結果。
圖中
1-懸臂梁結構 2-驅(qū)動電阻 3-壓敏電阻組成的惠斯通電橋 4-敏感膜 5-硅層 6-氧化硅層 7-鋁導線
8-表面保護氧化硅層
具體實施例方式
下面通過具體實施的器件為例，進一步闡明本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著進 步，但本發(fā)明并非僅限于所述實例。
實施例l:鏈親和素生物傳感器
以一個檢測鏈親和素的實施實例，詳細說明本發(fā)明的傳感器性能。
懸臂梁的掃描電鏡照片如圖4所示。其尺寸為30(Himxl0(Himx3pm，驅(qū)動 電阻大小為2.12kQ，金薄膜大小為94pmx45^imx0.05^im。該傳感器的工作 原理如下在金薄膜表面分子自組裝形成一層GOPS (環(huán)氧丙氧基三甲氧基硅 垸)薄膜，然后在懸臂梁的其余部分覆蓋一層PEG (聚乙二醇)分子以抑制 非特異性吸附，之后在GOPS薄膜上自組裝生長生物素作為特異性吸附鏈親和 素的敏感膜。當傳感器被浸入到含有鏈親和素的溶液中時，鏈親和素將被特 異性吸附到敏感懸臂梁的表面，引起懸臂梁有效質(zhì)量的增加。將傳感器從檢 測液體中取出晾干，測量其諧振頻率，與為浸入液體之前對比，會發(fā)現(xiàn)諧振 頻率下降。通過下降的大小變能推算出吸附的鏈親和素的質(zhì)量。
該懸臂梁的制作工藝流程如圖3所示，并詳述如下
(a) 采用(100)晶面的N型SOI (絕緣體上的硅)硅片，將頂層硅減薄至 懸臂梁厚度，熱氧化形成2000A的氧化層(見圖3-a);
(b) 用光刻膠做掩模，光刻出懸臂梁正面圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化 硅形成懸臂梁圖形；用光刻膠做掩模，光刻出驅(qū)動電阻和拾振電阻的 圖形，采用離子注入工藝進行硼離子摻雜、在IOO(TC退火30分鐘活 化注入的硼離子形成具有壓阻效應的敏感電阻，其方塊電阻值為200 歐姆(見圖3-b);
(c) 用光刻膠做掩模，光刻出壓阻引線孔圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化 硅形成引線孔。濺射厚度在7000A以上的鋁薄膜，依次光刻、腐蝕、 去膠，形成壓阻引線。在480。C合金化30分鐘與壓阻形成歐姆接觸。 在硅片正面采用PECVD (等離子增強化學氣相沉積)工藝形成二氧化 硅保護層，用光刻膠做掩模，光刻出保護層圖形，用RIE (反應離子 刻蝕)工藝去掉多余的氧化硅(見圖3-c);
(d) 在硅片上涂光刻膠，光刻顯影，蒸發(fā)50-100納米厚的金薄膜，采用剝離工藝形成金薄膜圖形，用于自組裝生長選擇性敏感膜(見圖3-d);
(e) 用光刻膠做掩模，光刻形成懸臂梁結構圖形，采用深反應離子刻蝕工 藝正面刻蝕，形成懸臂梁結構。背面用光刻膠做掩模，雙面光刻形成 背面刻蝕圖形，采用深反應離子刻蝕工藝刻蝕體硅至SOI中間氧化層
(見圖3-e);
(f) 用緩沖氫氟酸腐蝕掉SOI中間氧化層，釋放懸臂梁結構，完成懸臂梁 器件制作(見圖3-f)。
圖5是對濃度為60納克/毫升的鏈親和素溶液檢測的結果。懸臂梁的諧振 頻率在檢測前后變化了 76Hz，經(jīng)計算有大約114皮克(10—12克)的鏈親和素吸 附在敏感膜上。在器件中，質(zhì)量檢測分辨率是該懸臂梁傳感器的重要性能指 標，而諧振頻率的穩(wěn)定度是反映該指標的重要因素。由于對懸臂梁采用了優(yōu) 化設計，本發(fā)明的傳感器有較高的性能。從圖5中可以看到該懸臂梁傳感器 的頻率穩(wěn)定度在i0.1Hz左右，利用艾倫變量進行分析，可得到其質(zhì)量檢測分 辨率為130飛克(10'15克)。
實施例2: D醒P化學傳感器
本實施例通過檢測飽和D醒P (甲基膦酸二甲酯)氣體為例，詳細說明本 發(fā)明在化學氣體檢測方面的應用以及自清潔功能。
DMMP是沙林毒氣的模擬劑。沙林是一種危害性極大的危險品，曾被用 作恐怖襲擊，造成過嚴重的后果。有效的檢測沙林毒氣，將為機場、車站、 港口、海關等交通樞紐和重要地點的安檢和反恐提供技術支持，對保障公共 安全具有重要意義。
該傳感器的各個設計與實施實例1相同，所不同的是在金薄膜上淀積的敏 感膜不同。該傳感器是在金薄膜上首先生長一層超枝化聚合物，然后在其上 生長對DMMP敏感的頭基。器件的制作工藝敘述如下
(a) 采用(100)晶面的N型SOI (絕緣體上的硅)硅片或(110)晶面的P 型SOI硅片，將頂層硅減薄至懸臂梁厚度，熱氧化形成2000A的氧化 層(見圖3-a);
(b) 用光刻膠做掩模，光刻出懸臂梁正面圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化 硅形成懸臂梁圖形；用光刻膠做掩模，光刻出驅(qū)動電阻和拾振電阻的圖形，采用離子注入工藝進行硼離子摻雜、在IOO(TC退火30分鐘活 化注入的硼離子形成具有壓阻效應的敏感電阻，其方塊電阻值為200
歐姆(見圖3-b);
(c) 用光刻膠做掩模，光刻出壓阻引線孔圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化
硅形成引線孔。濺射厚度在7000A以上的鋁薄膜，依次光刻、腐蝕、 去膠，形成壓阻引線。在480'C合金化30分鐘與壓阻形成歐姆接觸。 在硅片正面采用PECVD (等離子增強化學氣相沉積)工藝形成二氧化 硅保護層，用光刻膠做掩模，光刻出保護層圖形，用RIE (反應離子 刻蝕)工藝去掉多余的氧化硅(見圖3-c);
(d) 在硅片上涂光刻膠，光刻顯影，蒸發(fā)50-100納米厚的金薄膜，采用剝 離工藝形成金薄膜圖形，用于自組裝生長選擇性敏感膜(見圖3-d);
(e) 用光刻膠做掩模，光刻形成懸臂梁結構圖形，采用深反應離子刻蝕工 藝正面刻蝕，形成懸臂梁結構。背面用光刻膠做掩模，雙面光刻形成 背面刻蝕圖形，采用深反應離子刻蝕工藝刻蝕體硅至SOI中間氧化層
(見圖3-e);
(f) 用緩沖氫氟酸腐蝕掉SOI中間氧化層，釋放懸臂梁結構，完成懸臂梁 器件制作(見圖3-f)。
圖6是對濃度為40ppm的飽和DMMP氣體進行連續(xù)三次檢測的結果。其中 驅(qū)動電流為優(yōu)化的1Vac+0.9Vdc。圖6(a)與圖6(b)不同之處在于圖6(b)中在 每兩次檢測之間使用了加熱電阻的自清潔功能，即當傳感器從檢測氣體中拿 出后，將驅(qū)動電流的直流部分由原來的0.9V提高到13V持續(xù)90秒，這樣就 將懸臂梁的溫度由原來的25i:提高到45。C左右。在這個溫度下，DMMP的 解吸附會大幅增加。從圖6中可以看出，未使用自清潔功能的時候，三次測 試諧振頻率的變化分別為1759Hz， 1480Hz和1401Hz，變化越來越少。另外 每次檢測完畢后諧振頻率的基線也沒有回復到原來的位置。這些都說明吸附 的DMMP氣體并沒有完全的解吸附，還有部分殘留在懸臂梁上。當每次測 試后使用自清潔功能后，三次測試頻率變化基本相同，并且基線也能回到原 來的位置。說明自清潔功能可以加速信號的回復，有利于快速重復檢測。
1權利要求
1、利用單根集成電阻同時實現(xiàn)驅(qū)動及自清洗的微機械懸臂梁，其特征在于在所述的微機械懸臂梁的固定端處表面制作驅(qū)動電阻與壓敏電阻組成的惠斯通電橋，在微機械懸臂梁的自由端處表面淀積特異性識別的敏感膜。
2、 按權利要求1所述的微機械懸臂梁，其特征在于當驅(qū)動電阻上施加一個交流疊加直流的電流"-^+^c。s^時，驅(qū)動電阻附近會產(chǎn)生一個周期性的熱波動的熱功率^( )=隊.+ [/。', cos 一2 / 7 = 2C/血f/。e cos 〃 〃 +隊2 + 0.5"。/)/ W + 0.5t/。c2 cos 2o〃 W ， 其中2^^c。s^W為驅(qū)動懸臂梁振動的有效熱波動部分；所述的有效熱波 動使加熱電阻附近溫度產(chǎn)生頻率為w的周期性變化，懸臂梁以頻率"作周期 性振動。
3、 按權利要求2所述的微機械懸臂梁，其特征在于當驅(qū)動電阻上施的電 流的頻率與懸臂梁的固有頻率一致時，懸臂梁就會發(fā)生諧振，振動中的懸臂 梁的彎曲引起表面集成的壓敏電阻的阻值發(fā)生變化，通過惠斯通電橋?qū)⒅C振 信號以電信號輸出。
4、 按權利要求1所述的微機械懸臂梁，其特征在于壓敏電阻組成的惠斯 通電橋作為拾振電阻，拾振電阻與驅(qū)動電阻的距離大于諧振頻率下的熱穿透 深度P所述的熱穿透深度為P(2W"cr，式中^為材料的傳導率，p為材料 的密度，e為比熱容，①為頻率。
5、 按權利要求2所述的微機械懸臂梁，其特征在于驅(qū)動電阻上施加的一個交流疊加直流的電流中的直流分量等于0.924倍的交流分量時，驅(qū)動電流 整個熱波動的熱功率最低，懸臂梁的溫升最小。
6、 按權利要求1所述的微機械懸臂梁，其特征在于所述的微機械懸臂梁 為直條形、變截面直條形、U型、T型、三角形或音叉型的規(guī)則形狀。
7、 制作如權利要求1所述的微機械懸臂梁的方法，其特征在于具體步驟是(1) 采用(100)晶面的N型或(110)晶面P型的絕緣體上的硅片， 將頂層硅減薄至懸臂梁厚度，熱氧化形成氧化層；(2) 用光刻膠做掩模，光刻出懸臂梁正面圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化硅形成懸臂梁圖形；用光刻膠做掩模，光刻出敏感電阻的圖形，采用離子注入工藝進行硼離子摻雜、在IOO(TC退火30分鐘活化注入的硼離子形成具 有壓阻效應的敏感電阻；(3) 用光刻膠做掩模，光刻出壓阻引線孔圖形，用緩沖氫氟酸腐蝕掉氧化硅形成引線孔。濺射鋁薄膜，依次光刻、腐蝕、去膠，同時形成驅(qū)動線圈和壓阻引線。在48(TC合金化30分鐘與壓阻形成歐姆接觸。在硅片正面采用 等離子增強化學氣相沉積工藝形成二氧化硅保護層，用光刻膠做掩模，光刻 出保護層圖形，用反應離子刻蝕工藝去掉多余的氧化硅；(4) 在硅片上涂光刻膠，光刻顯影，蒸發(fā)金薄膜，采用剝離工藝形成金 薄膜圖形，用于自組裝生長選擇性敏感膜；(5) 用光刻膠做掩模，光刻形成懸臂梁結構圖形，采用反應離子刻蝕工 藝正面刻蝕，形成懸臂梁結構。背面用光刻膠做掩模，雙面光刻形成背面刻 蝕圖形，采用反應離子刻蝕工藝刻蝕體硅至絕緣層上硅的中間氧化層；(6) 用緩沖氫氟酸腐蝕掉絕緣層上硅的中間氧化層，釋放懸臂梁結構， 完成微機械懸臂梁器件制作。
8、 按權利要求7所述的微機械懸臂梁的制作方法，其特征在于a) 步驟1所述的熱氧化形成的氧化層厚度為1500-2500A;b) 步驟2制作的熱敏電阻的方塊電阻值為200歐姆；c) 步驟3濺射時的鋁薄膜厚度在7000 A以上；d) 步驟4所述的金薄膜厚度為50-100納米。
9、 按權利要求1所述的微機械懸臂梁的應用，其特征在于通過在懸臂梁 自由端附近淀積特異性識別的敏感膜，對鏈親和素或者DMMP氣體進行檢
10、 按權利要求9所述的微機械懸臂梁，其特征在于在金薄膜表面分子 自組裝形成一層G0PS薄膜，然后在懸臂梁的其余部分覆蓋一層聚乙二醇分子 以抑制非特異性吸附，之后在G0PS薄膜上自組裝生長生物素作為特異性吸附 鏈親和素的敏感膜。當傳感器被浸入到含有鏈親和素的溶液中時，鏈親和素 將被特異性吸附到敏感懸臂梁的表面，引起懸臂梁有效質(zhì)量的增加；然后將 傳感器從檢測液體中取出晾干，測量其諧振頻率，并與為浸入液體之前的諧振頻率對比，發(fā)現(xiàn)諧振頻率下降；通過下降的大小變能推算出吸附的鏈親和 素的質(zhì)量，檢測分辨率為130飛克；其中，GOPG代表環(huán)氧丙氧基三甲氧基硅 院。
11、按權利要求9所述的微機械懸臂梁的應用，其特征在于驅(qū)動電阻具 有自清潔功能，在每次檢測完畢后，提高施加在驅(qū)動電阻上的電流的直流分 量，使懸臂梁的溫度提高，增大吸附物的解吸附速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用單根集成電阻同時實現(xiàn)驅(qū)動及自清洗的微機械懸臂梁的結構、制作方法及應用，屬于微機械傳感器領域。具體特征是在懸臂梁的固定端處表面制作集成驅(qū)動電阻，在懸臂梁的自由端處表面淀積特異性識別的敏感膜。當在驅(qū)動電阻上施加一定的交流疊加直流的電流時，可以驅(qū)動起懸臂梁達到諧振狀態(tài)，從而作為傳感器檢測特定化學物質(zhì)。當檢測完成后，可以通過增大施加在驅(qū)動電阻上的電流，將驅(qū)動電阻作為加熱器提高懸臂梁的溫度，加速吸附化學物質(zhì)的解吸附，實現(xiàn)傳感器的自清洗，從而實現(xiàn)快速重復檢測。本發(fā)明的特點是結構簡單、制作方便、容易實現(xiàn)。
文檔編號B81B7/02GK101492150SQ20091004644
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權日2009年2月20日
發(fā)明者于海濤, 李俊綱, 李昕欣, 楊天天, 許鵬程 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所