一種微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納傳感器領(lǐng)域，涉及一種微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家與群眾對公共安全、環(huán)境保護(hù)、食品安全、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的日益關(guān)注，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可穿戴設(shè)備的持續(xù)發(fā)展，生化傳感器技術(shù)得到了空前的重視與研究。諧振式微懸臂諧振結(jié)構(gòu)生化傳感器由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、可陣列化、成本低等優(yōu)點，在現(xiàn)場快速生化檢測上具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]—般來說，諧振式微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器主要由微懸臂諧振結(jié)構(gòu)、敏感材料和接口電路組成。其工作原理如下:在微懸臂諧振結(jié)構(gòu)表面固定特異性敏感材料，當(dāng)敏感材料對目標(biāo)分子發(fā)生特異性吸附后，會引起懸臂諧振結(jié)構(gòu)的質(zhì)量增加，從而導(dǎo)致懸臂諧振結(jié)構(gòu)的諧振頻率下降。通過接口電路監(jiān)測諧振頻率下降的數(shù)值，并根據(jù)該傳感器的設(shè)計質(zhì)量檢測靈敏度，便可以得到吸附的目標(biāo)分子的質(zhì)量。目前，微懸臂諧振結(jié)構(gòu)的制作和敏感材料的固定是分立完成的，亦即，先完成微懸臂諧振結(jié)構(gòu)的批量制備，然后再通過生物化學(xué)手段固定敏感材料，而且，固定敏感材料的步驟往往無法實現(xiàn)批量化。這兩個制作步驟的不兼容增加了傳感器的加工成本和時間成本，同時傳感器的一致性也無法得到保證，這嚴(yán)重制約了諧振式微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器的商業(yè)化應(yīng)用。另外，傳統(tǒng)諧振式微懸臂諧振結(jié)構(gòu)的制備一般使用SOI硅片采用雙面加工的方式制造，成本較高，也對諧振式微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器的商業(yè)化不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中微懸臂諧振結(jié)構(gòu)的制作和敏感材料的固定是分立完成的，固定敏感材料的步驟無法實現(xiàn)批量化的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器的制造方法，包括如下步驟:
[0006]提供一襯底，所述襯底中形成有微懸臂結(jié)構(gòu)；所述微懸臂結(jié)構(gòu)包括形成于所述襯底中的空腔及位于所述空腔上方的微懸臂梁；所述微懸臂梁一端固定，另一端自由；所述微懸臂梁表面形成有親水層；
[0007]在所述微懸臂梁的敏感區(qū)域表面形成一保護(hù)層；
[0008]在所述襯底表面形成疏水分子層；
[0009]去除所述保護(hù)層，露出其下的親水層；在去除所述保護(hù)層的過程中，所述保護(hù)層表面的疏水分子層也被去除，其余部分的疏水分子層不受影響；
[0010]在所述襯底表面涂覆敏感材料，由于所述疏水分子層的存在，所述敏感材料集中于所述敏感區(qū)域。
[0011]可選地，所述襯底中形成有至少兩個所述微懸臂結(jié)構(gòu)；在敏感材料涂覆完畢后，通過劃片得到分立的微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器。
[0012]可選地，所述疏水分子層為雙疏分子層。
[0013]可選地，所述疏水分子層的材料包括C-H類硅烷化偶聯(lián)劑及C-F類硅烷化偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0014]可選地，所述C-H類硅烷化偶聯(lián)劑包括十八烷基三甲氧基硅烷；所述C-F類硅烷化偶聯(lián)劑包括十七氟癸基三甲氧基硅烷。
[0015]可選地，通過化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在所述襯底表面形成所述疏水分子層。
[0016]可選地，所述疏水分子層為單層或多層。
[0017]可選地，所述疏水分子層的厚度范圍是I?20nm。
[0018]可選地，采用剝離工藝形成所述保護(hù)層。
[0019]可選地，所述保護(hù)層為Ti保護(hù)層。
[0020]可選地，采用雙氧水溶液濕法去除所述Ti保護(hù)層。
[0021]可選地，所述敏感區(qū)域位于所述微懸臂梁的自由端。
[0022]可選地，在所述襯底表面涂覆敏感材料的方法包括浸漬提拉、旋涂或滴涂的至少一種。
[0023]可選地，采用包含所述敏感材料的分散液進(jìn)行涂覆，所述分散液采用水或有機(jī)溶劑作為分散液。
[0024]可選地，所述空腔的厚度為10?200 μ m。
[0025]可選地，所述微懸臂梁兩旁的縫隙寬度為3?20 μ m。
[0026]可選地，所述親水層包括二氧化娃層。
[0027]可選地，所述微懸臂梁的固定端區(qū)域集成有用于電熱激勵的加熱電阻以及用于壓阻拾振的壓敏惠斯通電橋。
[0028]可選地，所述微懸臂結(jié)構(gòu)通過單面體微機(jī)械加工工藝制備。
[0029]可選地，通過如下方法在所述襯底中形成所述微懸臂結(jié)構(gòu):
[0030]提供硅片作為所述襯底，在所述硅片表面形成第一鈍化層，并進(jìn)行離子注入，在所述硅片表面得到加熱電阻及壓敏電阻；
[0031]在所述硅片中形成第一深度的凹槽，所述凹槽圍成所述微懸臂梁的輪廓；
[0032]在所述凹槽側(cè)壁形成第二鈍化層；
[0033]刻蝕所述凹槽底部，將所述凹槽加深至第二深度；
[0034]濕法腐蝕所述硅片，形成所述空腔，釋放得到所述微懸臂梁。
[0035]可選地，所述硅片為N型(111)晶面的單晶硅，所述微懸臂梁沿長度方向為〈211〉晶向的方向排布。
[0036]可選地，采用四甲基氫氧化銨溶液濕法腐蝕所述硅片，得到所述空腔。
[0037]可選地，所述壓敏電阻的數(shù)量為4個，依次首尾相連形成壓敏惠斯通電橋。
[0038]本發(fā)明還提供一種采用上述任意一種制造方法制造的微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器。
[0039]如上所述，本發(fā)明的微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器及其制造方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過疏水或雙疏的分子層將器件表面封閉，僅懸臂諧振結(jié)構(gòu)敏感區(qū)域露出下方的親水表面，從而使敏感材料的水或有機(jī)溶劑等分散液易于通過浸漬提拉、旋涂或者滴涂的方法固定在懸臂諧振結(jié)構(gòu)的該區(qū)域上，使敏感材料的固定實現(xiàn)批量化，進(jìn)而提高在懸臂諧振結(jié)構(gòu)上固定的敏感材料的一致性，同時也可以抑制在生化檢測時在其余區(qū)域發(fā)生非特異性吸附引起的干擾信號；傳感器的制備使用單晶硅片單面加工，制造成本低；激勵與檢測元件集成在微懸臂諧振結(jié)構(gòu)上，利于傳感器系統(tǒng)的小型化，也便于配套電路的片上集成。
【附圖說明】
[0040]圖1顯示為本發(fā)明的微懸臂諧振結(jié)構(gòu)傳感器的制造方法的工藝流程圖。
[0041]圖2顯示為在硅片表面形成第一鈍化層，并進(jìn)行離子注入得到加熱電阻及壓敏電阻的示意圖。
[0042]圖3顯示為圖2所示結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0043]圖4顯示為在所述硅片中形成第一深度的凹槽的示意圖。
[0044]圖5顯示為圖4所示結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0045]圖6?圖7顯示為在所述凹槽側(cè)壁形成第二鈍化層的示意圖。
[0046]圖8顯示為刻蝕所述凹槽底部，將所述凹槽加深至第二深度的示意圖。
[0047]圖9顯示為濕法腐蝕所述硅片，形成所述空腔，釋放得到所述微懸臂梁的示意圖。
[0048]圖10顯示為在所述微懸臂梁的敏感區(qū)域表面形成一保護(hù)層的示意圖。
[0049]圖11顯不為在所述襯底表面形成疏水分子層的不意圖。
[0050]圖12顯示為去除所述保護(hù)層，露出其下的親水層的示意圖。
[0051]圖13顯示為在所述襯底表面涂覆敏感材料的示意圖。
[0052]元件標(biāo)號說明
[0053]SI ?S5 步驟
[0054]I硅片
[0055]2第一鈍化層
[0056]3加熱電阻
[0057]4壓敏電阻
[0058]5引線孔
[0059]6凹槽
[0060]7 第二鈍化層
[0061]8 空腔
[0062]9 微懸臂梁
[0063]10 保護(hù)層
[0064]11 引線
[0065]12 疏水分子層
[0066]13 敏感材料
【具體實施方式】
[0067]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0068]請參閱圖1至圖