專利名稱：一種集成紫外生物芯片傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成生物戰(zhàn)劑傳感器，特別涉及生物戰(zhàn)劑傳感器的制作工藝和結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著基因工程和其他生物技術(shù)的發(fā)展，生物戰(zhàn)劑的大量生產(chǎn)變得比較容易。生化 武器已對(duì)社會(huì)和地區(qū)穩(wěn)定以及世界和平構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此增強(qiáng)國(guó)防體系中生物戰(zhàn)劑的 防護(hù)迫在眉睫。在1993年底舉行的國(guó)際禁止化學(xué)武器會(huì)議上列出了近400種毒素，研究表明，有 幾種毒素，不僅具有極高的毒性(僅幾公斤或幾十公斤就可以構(gòu)成100平方公里內(nèi)的人員 傷害)，而且能夠大批量生產(chǎn)(幾噸至幾十噸)。各國(guó)對(duì)生物武器防護(hù)研究的重要性和迫切 性的認(rèn)識(shí)也日益提高。在這個(gè)方面，美國(guó)正向著生化并檢、遠(yuǎn)程遙測(cè)、即時(shí)報(bào)警和自動(dòng)報(bào)告 的方向發(fā)展。美國(guó)在近年的《國(guó)防報(bào)告》中提出由國(guó)防部向國(guó)會(huì)提交核生化防護(hù)年度報(bào)告， 這表明生物戰(zhàn)劑的防護(hù)已經(jīng)與核武器和化學(xué)武器防護(hù)一起在美國(guó)國(guó)防中占有特殊重要的 地位。法國(guó)CEB研究機(jī)構(gòu)研究的裝在空運(yùn)掩蔽部?jī)?nèi)的生物戰(zhàn)劑一體化偵檢系統(tǒng)，已于2005 年投入部隊(duì)使用。加拿大薩菲爾德防護(hù)研究所研制的CIBADS1I型偵檢系統(tǒng)利用紫外激光 照射測(cè)定粒子的熒光量及光譜，以確定粒子是否來源于生物戰(zhàn)劑。該系統(tǒng)能分辨5種含生 物戰(zhàn)劑粒子，分辨時(shí)間不超過3秒。生物戰(zhàn)劑偵檢的方法有許多種，其中用于遠(yuǎn)距離遙感的有傳輸型和功能型光纖探 測(cè)法以及激光誘導(dǎo)熒光(LIF)探測(cè)法。由于LIF探測(cè)法適于現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)、遙感探測(cè)的特點(diǎn)， 因此世界各國(guó)普遍采用這種方法進(jìn)行生物戰(zhàn)劑的探測(cè)。但到目前為止，大多數(shù)LIF探測(cè)系統(tǒng)的光源都是采用脈沖的可見或紅外光倍頻產(chǎn) 生紫外光。這些LIF探測(cè)系統(tǒng)都是價(jià)格昂貴、效率低下，體積龐大和易碎的系統(tǒng)，不利于實(shí) 時(shí)和野外環(huán)境使用，對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用造成極大的障礙。還有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)由于脈沖紫外光 的占空比不高，對(duì)生物懸浮顆粒的探測(cè)靈敏度比較低。傳統(tǒng)的連續(xù)紫外燈的光強(qiáng)又不足以 激發(fā)小的生物懸浮顆粒發(fā)出熒光。LED外延生長(zhǎng)工藝技術(shù)的發(fā)展，使得LED的發(fā)射波長(zhǎng)不斷 向紫外方向擴(kuò)展，徹底解決了傳統(tǒng)光源的種種問題，也使本設(shè)計(jì)思想中的紫外光源成為可 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種新的生物戰(zhàn)劑探測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作方法。在該發(fā)明中，我們 不但采用了多波長(zhǎng)、紫外發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，而且將多波長(zhǎng)紫外發(fā)光二極管、Si-PIN 探測(cè)器、紫外光濾波片集成在同一襯底上，使傳感器具有探測(cè)和識(shí)別多種生物戰(zhàn)劑的能力， 提高了探測(cè)效率，降低了探測(cè)誤警率。同時(shí)較好的滿足了野外環(huán)境對(duì)探測(cè)器輕便堅(jiān)固、快速 響應(yīng)、高靈敏度的使用要求。使得LIF探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入了完全實(shí)用化階段。


圖1 準(zhǔn)分子激光剝離紫外發(fā)光管工藝步驟。其中各數(shù)字代表的含義1、臨時(shí)焊接 2、準(zhǔn)分子激光剝離3、傳送至新襯底4、臨時(shí)襯底5、臨時(shí)焊料6、紫外LED 7、藍(lán)寶石襯底8、 準(zhǔn)分子激光9、焊料Pd-In 10、Si-PIN探測(cè)器的6H-SiC/IT0/Si02層圖2 集成紫外生物芯片傳感器結(jié)構(gòu)圖。其中各數(shù)字代表的含義1、Si-PIN探測(cè) 器2、探測(cè)器有源區(qū)3、6H-SiC/IT0/Si02層4、反射和焊接層5、340nm\385nmUV LED芯片6、 玻璃板7、PDMS微流通道
具體實(shí)施例方式1、紫外光過濾片的制作(1)先利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)的方法在Si-PIN探測(cè)器上沉積 150nm厚度的Si02層，作為絕緣層和擴(kuò)散勢(shì)壘層。(2)接著利用磁控濺射臺(tái)濺射200nm厚度的氧化銦錫(IT0)層，作為紫外發(fā)光管的 導(dǎo)電層和反射層。(3)最后在Si02膜層上沉積6H_SiC層，作為紫外光過濾層。2、剝離紫外發(fā)光二極管采用脈沖KrF準(zhǔn)分子激光從藍(lán)寶石襯底上剝離340nm、385nm兩個(gè)波段的紫外發(fā)光
二極管。準(zhǔn)分子激光剝離紫外發(fā)光管工藝步驟如圖1所示。3、二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作利用深度離子刻蝕技術(shù)制作不同寬度為50iim，100iim、lmm、2mm的PDMS微流通
道，提高探測(cè)效率。4、集成紫外生物芯片傳感器的制作(1)先將步驟2中剝離好的紫外發(fā)光二極管傳送到帶有IT0/6H_SiC/Si02膜層的 Si-PIN探測(cè)器的過濾層上。焊料采用Pd-In焊料。(2)再將帶有PDMS微流通道的玻璃板與帶有LED光源和6H_SiC紫外光過濾片的 Si-PIN探測(cè)器集成在一起。最終制得集成紫外生物芯片傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
權(quán)利要求
一種集成紫外生物芯片傳感器，包括紫外光過濾片的制作、剝離紫外發(fā)光二極管、二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作和集成紫外生物芯片傳感器制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，在紫外光過濾片的制作中，其特征在于，(1)在Si-PIN探測(cè)器上依次生長(zhǎng)SiO2層、氧化銦錫(ITO)層和6H-SiC層。(2)以SiO2層作為絕緣層和擴(kuò)散勢(shì)壘層，且其厚度為150nm。(3)以氧化銦錫(ITO)層作為紫外發(fā)光管的導(dǎo)電層和反射層，且其厚度為200nm。(4)以6H-SiC層為濾光層，且其厚度為200nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，在剝離紫外發(fā)光二極管中，其特征在于，進(jìn)行紫外發(fā)光二極管 藍(lán)寶石襯底剝離時(shí)，利用的是KrF準(zhǔn)分子激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，在二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作中，其特征在于，制 作50 μ m, 100 μ m、lmm,2mm寬度的PDMS微流通道，研究不同寬度PDMS微流通道對(duì)探測(cè)效率 的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，采用了多波長(zhǎng)紫外激發(fā)光源，其特征在于，(1)激發(fā)光源發(fā)光波長(zhǎng)在紫外范圍。(2)發(fā)光波長(zhǎng)分別為340歷和385nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，集成紫外生物芯片傳感器制作，其特征在于， 將多波長(zhǎng)紫外發(fā)光二極管、Si-PIN探測(cè)器、紫外光濾波片集成在同一襯底上。
全文摘要
集成紫外生物芯片傳感器，涉及生物戰(zhàn)劑傳感器的設(shè)計(jì)制作領(lǐng)域。該領(lǐng)域中傳統(tǒng)LIF探測(cè)系統(tǒng)的光源都是采用脈沖的可見或紅外光倍頻產(chǎn)生紫外光。其價(jià)格高、效率低，體積大且易碎，不利于實(shí)時(shí)探測(cè)和野外環(huán)境使用。其次，脈沖紫外光占空比不高，對(duì)生物懸浮顆粒的探測(cè)靈敏度較低，且傳統(tǒng)的連續(xù)紫外燈的光強(qiáng)不足以激發(fā)生物懸浮顆粒發(fā)出熒光。這些問題都對(duì)探測(cè)器統(tǒng)的應(yīng)用造成極大的障礙。該發(fā)明中，采用多波長(zhǎng)紫外LED作為激發(fā)光源，克服了傳統(tǒng)光源的缺陷。且將多波長(zhǎng)紫外LED、Si-PIN探測(cè)器、紫外光濾波片集成在同一襯底上，使傳感器具有探測(cè)和識(shí)別多種生物戰(zhàn)劑的能力，在提高探測(cè)效率，降低探測(cè)誤警率的同時(shí)，滿足了野外環(huán)境對(duì)探測(cè)器輕便堅(jiān)固、快速響應(yīng)、高靈敏的使用要求。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101813628SQ20101014164
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者劉國(guó)軍, 張斯鈺, 曲軼, 李輝, 楊旭, 薄報(bào)學(xué), 趙博, 趙強(qiáng) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)