一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用。所述GaN基光传感生物传感芯片包括LED阵列和PD阵列，所述LED阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述PD阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述LED阵列外接电源；所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构按顺序依次包括紫外光敏树脂层、GaN LED外延层和液晶聚合物基板；所述GaN LED外延层按顺序依次包括p‑GaN层、In

【技术实现步骤摘要】
一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用
本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用。
技术介绍
与传统的白炽灯相比，发光二极管(LED)具有出色的特性，例如长期稳定性，高效率和强亮度。凭借这些优势，不仅针对照明应用，在消费电子领域也应用广泛，例如LCD背光单元(BLU)及大尺寸室内外RGB直接显示模组。此外，由于LED可以发出不同波长的光，其光效高、体积小，尤其适合医疗应用，包括人体成分检测器(例如，血红蛋白，人体脂肪，前列腺特异性抗原(PSA)和胆固醇)和治疗设备(例如消毒，皮肤稳态和手术灯)。尤其是，可以柔性可弯的柔性LED吸引了研究人员的关注，可用于生物传感器和微型手术机器人领域中，用于无出血诊断和治疗。Kim等人介绍了首批基于III–V材料的柔性LED，使用微结构GaAs(ms-GaAs)。将他们的ms-GaAsLED印刷在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上，以根据透射光强度的变化检测葡萄糖浓度。但是，仅发射红外和红光的基于GaAs的LED由于波长范围狭窄，最终限制了可能的应用。最近在2011年，Kim等人通过微结构转移工艺建立了柔性GaNILED。但是该柔性GaNILED的防水性能差，弯曲后发光性能下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种GaN光传感生物传感芯片，包括LED阵列和PD阵列，所述LED阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述PD阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述LED阵列外接电源；所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构按顺序依次包括紫外光敏树脂层、GaNLED外延层和液晶聚合物(LCP)基板；所述GaNLED外延层按顺序依次包括p-GaN层、InxGa1-xN/GaN多维量子阱、n-GaN层，所述p-GaN层与所述紫外光敏树脂层接触连接，所述n-GaN层与所述液晶聚合物基板接触连接，所述GaNLED外延层中的部分n-GaN层暴露，暴露的n-GaN层上接触连接有n欧姆接触垫，所述GaNLED外延层中的部分p-GaN层暴露，暴露的p-GaN层上接触连接有p欧姆接触垫，所述LED阵列的微型柱状LED结构通过n欧姆接触垫和p欧姆接触垫串联，所述PD阵列的微型柱状LED结构通过n欧姆接触垫和p欧姆接触垫串联。上述的GaN光传感生物传感芯片首次以液晶聚合物基板为基板，具有优异的防水性能，具有生物相容性，具有优异的机械性能和光学性能，光学稳定性优异，可以应用于化学、生物传感器领域。上述的GaN光传感生物传感芯片将相同结构的微型柱状LED结构经过分别串联后，形成LED阵列和PD阵列，LED阵列外接电源发射光谱，PD阵列在LED阵列的光谱辐射下产生光电信号，可以应用与生化传感、生化检测，而且防水性能和、生物相容性优异。优选地，所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构为正六棱柱状LED结构，所述正六棱柱状LED结构的上底面与所述液晶聚合物基板所在平面平行。专利技术人通过研究发现，LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构为正六棱柱状LED结构时，PD阵列对光信号变化更敏感，具有更好的灵敏度。优选地，所述LED阵列呈矩阵列分布，所述PD阵列呈矩阵列分布，以所述液晶聚合物基板所在平面构建平面直角坐标系，则LED阵列的微型柱状LED结构所在的坐标为(2a，b)，所述LED阵列的微型柱状LED结构所在的坐标为(2a+1，b)，其中，a为按数轴顺序排列的整数，b为按数轴顺序排列的整数。上述的GaN光传感生物传感芯片将LED阵列和PD阵列如上述排列时，PD阵列能够更好的接收LED阵列的辐射信号，具有更优异的灵敏度。优选地，所述LED阵列中的微型柱状LED结构与所述PD阵列中的微型柱状LED结构的数量比例为1:1。优选地，所述PD阵列外接光电流检测设备。优选地，所述InxGa1-xN/GaN多维量子阱材料InGaN中In的组分为0.50≤x≤0.52，所述LED阵列的中心波长为600～620nm。上述的GaN光传感生物传感芯片当0.50≤x≤0.52时，可以稳定的发出600～620nm之间的光，对生物体例如细胞、蛋白质等有较强的穿透作用和反应。优选地，所述n欧姆接触垫为Au层，所述p欧姆接触垫为Cr层。更优选地，所述Au层的厚度为35～45nm，所述Cr层的厚度为4～6nm。优选地，所述紫外光敏树脂层的材料为紫外光敏感的环氧树脂。更优选地，所述紫外光敏树脂层的材料为紫外线敏感的环氧树脂(SU8-5)。本专利技术还提供一种生物传感器，所述生物传感器包括PSA反应板和上述任一所述的GaN光传感生物传感芯片。本专利技术还提供上述所述生物传感器检测前列腺特异性抗原(PSA)的定量方法，所述方法包括以下步骤：(1)将已知浓度的单克隆抗体溶液涂覆在PSA反应板的微孔中，用酪蛋白作为阻滞剂封闭，将待测的前列腺特异性抗原样品与单克隆抗体结合，将胶体金标记的第二抗体与前列腺特异性抗原混合，所述胶体金标记的第二抗体为多克隆抗体(pab)–PSA–Au纳米颗粒(NP)偶联物(pab–PSA–AuNP)，将胶体金标记的第二抗体与前列腺特异性抗原的混合物与Ag混合染色；(2)将上述任一所述的GaN光传感生物传感芯片的LED阵列接通电源发光辐射步骤(1)中的PSA反应板；(3)将步骤(2)所述GaN光传感生物传感芯片的PD阵列电连接电流检测设备获得光电流信号；(4)将步骤(3)获得的信号进行外标法定量。上述任一所述的GaN光传感生物传感芯片应用于生物传感器，并且用于检测抗原浓度时，具有很好的定量效果，检出限低，灵敏度高。本专利技术还提供上述任一所述的GaN光传感生物传感芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在Si衬底生长GaNLED外延层，所述GaNLED外延层包括p-GaN层、InxGa1-xN/GaN多维量子阱、n-GaN层；(2)进行刻蚀去除Si衬底并将GaNLED外延层与母基板分离；(3)将GaNLED外延层转移到PDMS印模上，并通过聚氨酯将GaNLED外延层固定在LCP基板上，并去除PDMS印模，得到GaNLED/PU/LCP基板；(4)将步骤(3)所得到的GaNLED/PU/LCP基板，用光刻定义紧密镶嵌的微六边形图案，然后通过反应离子刻蚀方法刻蚀形成微型柱，进一步通过等离子体耦合等离子体刻蚀方法刻蚀GaN区域向下蚀刻至衬底；(5)刻蚀GaNLED外延层至部分暴露n-GaN层，在暴露的n-GaN层上沉积Au层，所述Au层作为n欧姆接触垫，在p-GaN层上沉积Cr层，所述Cr层作为p欧姆接触垫；(6)在步骤(5)得到的所述GaNLED/PU/LCP基板的GaNLED外延层上涂覆紫外光敏树脂层，利用光刻技术处理紫外光敏树脂层暴露所述n欧姆接触垫和p欧姆接触垫；(7)对步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，包括LED阵列和PD阵列，所述LED阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述PD阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述LED阵列外接电源；所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构按顺序依次包括紫外光敏树脂层、GaN LED外延层和液晶聚合物基板；所述GaN LED外延层按顺序依次包括p-GaN层、In

【技术特征摘要】
1.一种GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，包括LED阵列和PD阵列，所述LED阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述PD阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述LED阵列外接电源；所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构按顺序依次包括紫外光敏树脂层、GaNLED外延层和液晶聚合物基板；所述GaNLED外延层按顺序依次包括p-GaN层、InxGa1-xN/GaN多维量子阱、n-GaN层，所述p-GaN层与所述紫外光敏树脂层接触连接，所述n-GaN层与所述液晶聚合物基板接触连接，所述GaNLED外延层中的部分n-GaN层暴露，暴露的n-GaN层上接触连接有n欧姆接触垫，所述GaNLED外延层中的部分p-GaN层暴露，暴露的p-GaN层上接触连接有p欧姆接触垫，所述LED阵列的微型柱状LED结构通过n欧姆接触垫和p欧姆接触垫串联，所述PD阵列的微型柱状LED结构通过n欧姆接触垫和p欧姆接触垫串联。


2.根据权利要求1所述的GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构为正六棱柱状LED结构，所述正六棱柱状LED结构的上底面与所述液晶聚合物基板所在平面平行。


3.根据权利要求1所述的GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，所述LED阵列呈矩阵列分布，所述PD阵列呈矩阵列分布，以所述液晶聚合物基板所在平面构建平面直角坐标系，则LED阵列的微型柱状LED结构所在的坐标为(2a，b)，所述LED阵列的微型柱状LED结构所在的坐标为(2a+1，b)，其中，a为按数轴顺序排列的整数，b为按数轴顺序排列的整数。


4.根据权利要求1所述的GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，所述LED阵列中的微型柱状LED结构与所述PD阵列中的微型柱状LED结构的数量比例为1:1。


5.根据权利要求1所述的GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，所述PD阵列外接电流检测设备。


6.根据权利要求1所述的GaN光传感生物传感芯片，其特征在于，所述InxGa1-xN/GaN多维量子阱材料InGaN中In的组分为0.50≤x≤0.52，所述LED阵列的中心波长为600～620nm。


7.一种生物传感器，其特征在于，所述生物传感器包括PSA反应板和如权利要求1-6任一所述的GaN光传感生物传感芯片。


8.如权利要求7所述生物传感器检测前列腺特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玲，吴懿平，吕卫文，祝超，
申请(专利权)人：深圳远芯光路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44