一种谐振芯片及其制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体领域，涉及一种谐振芯片及其制作方法。谐振芯片包括：介电层。介电层上设置有谐振通道；介电层包括谐振器与过渡介电层；谐振器形成在过渡介电层表面；谐振通道依次贯通谐振器与过渡介电层；谐振器用于与激发光形成共振响应，并使得电场能量局限在谐振通道内；过渡介电层用于隔离生物分子通过，使生物反应仅在谐振通道内反应。相对于金属包覆层，本申请使用介电层避免了电磁波的能量损耗以及光淬灭的问题。带有谐振通道放入谐振器，将电磁场束缚在谐振通道当中，实现对于谐振通道内单分子荧光过程的增强。使生物反应仅在谐振通道内反应，从而控制和提高反应物的捕获概率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振芯片及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，具体而言，涉及一种谐振芯片及其制作方法。

技术介绍

[0002]固态电子学技术与生物研究应用的结合取得了很多重要进展，包括分子阵列技术、微流控芯片技术、化学敏感场效应晶体管以及零模式波导等有价值的传感技术。
[0003]分子阵列技术，即DNA阵列(美国专利6261776)、微流控芯片技术(美国专利5976336)、化学敏感场效应晶体管、零模式波导(中国专利CN101467082B)，以及其他有价值的传感技术。
[0004]零模式波导(ZMW)阵列使半导体制造技术进一步拓展到研究和诊断中，已经用于一系列生物化学分析，特别是基因分析领域。典型的ZMW包括透明基材上的不透明包覆层中的开口、井洞或者纳米尺度的芯部。芯部的狭窄尺度会始终阻止频率高于特定截止频率的电磁辐射传播穿过该芯部，因此通过辐照非常小的体积，可以访问极少量的反应物，包括单分子反应。
[0005]通过在单分子水平监控反应，能够精确识别和/或监控给定的反应，是单分子DNA排序
的基础——通过单个DNA聚合酶以模板依赖的方式进行DNA链的分子合成来监控分子。
[0006]但是现有的阵列芯片在进行生物化学荧光分析时，往往存在荧光测序的准确率低且荧光信号的信噪比较低的问题。
[0007]目前，通常使用金属的ZMW阵列在芯部激发场强的相对强度低，然而这需要高输入功率，来满足单分子检测的信噪比。高输入功率会增加DNA聚合酶的错误率，同时更容易对生物荧光分子产生光漂白等光化学过程，引入不必要的光学干扰和错误。
[0008]ZMW在阻止电磁波辐射传播的过程中会产生大量的电磁波能量损耗。在高输入功率的前提下，这些能量损耗会以热量的形式传播到体系中，从而影响基板的生化稳定性，影响DNA聚合酶的活性和错误率。
[0009]由于ZMW主要是光损耗大的金属薄膜上的开口或者井洞，荧光信号在辐射的过程中存在光淬灭的问题，即辐射荧光的酶反应位点与金属芯部的相对距离会严重影响单分子荧光辐射的强度。
[0010]上述问题中大部分都是由于基材所选材料体系决定的。基材的生化稳定性可以通过涂覆或者单分子层表面修饰包被。然而，常规的改变结构设计并没有从根本上解决高输入功率、升温以及光淬灭的问题，即对酶过程引入的干扰和错误的上升并没有有效解决方案。

技术实现思路

[0011]本申请实施例的目的在于提供一种谐振芯片及其制作方法。
[0012]第一方面，本申请提供一种谐振芯片，包括：
[0013]介电层，介电层上设置有谐振通道，谐振通道贯通介电层；
[0014]介电层包括谐振器与过渡介电层；
[0015]谐振器形成在过渡介电层表面；
[0016]谐振通道依次贯通谐振器与过渡介电层；谐振器用于与激发光形成共振响应，并使得电场能量局限在谐振通道内；过渡介电层用于隔离生物分子通过，使生物反应仅在谐振通道内反应。
[0017]首先，本申请谐振芯片设置光损耗低、高折射系数的介电层，相对于现有ZMW的金属包覆层，避免了电磁波的能量损耗以及光淬灭的问题。
[0018]其次，本申请提出和设计了带有谐振通道的谐振器，设计原理不同于ZMW的阻止频率高于特定截止频率的电磁辐射传播穿过该芯部，而是通过谐振器的电磁模式相互作用将光场能量束缚在谐振通道当中，实现对于谐振通道内单分子荧光过程的增强。
[0019]最重要的是，本芯片两层介电层的设计，其中谐振器，用于识别和/或监控给定反应；与激发光形成共振响应，并使得电场能量局限在谐振通道内；过渡介电层用于隔离生物分子通过，使生物反应仅在谐振通道内反应，从而控制和提高反应物的捕获概率。
[0020]在本申请的其他实施例中，上述的谐振器为岛状。
[0021]在本申请的其他实施例中，上述的谐振器的边缘形成规则形状或者拓扑形状。
[0022]在本申请的其他实施例中，上述的谐振通道为狭缝状、规则孔或者不规则孔状。
[0023]在本申请的其他实施例中，上述的谐振通道最窄宽度的最大值为20nm。
[0024]在本申请的其他实施例中，上述的谐振通道的总体积控制在单分子探测量级。
[0025]在本申请的其他实施例中，上述的介电层由非金属材料制成。
[0026]在本申请的其他实施例中，上述的谐振器与过渡介电层的材料可以相同或者不相同。
[0027]在本申请的其他实施例中，上述的谐振芯片还包括：
[0028]衬底；
[0029]形成于衬底表面的导电层。
[0030]在本申请的其他实施例中，上述的导电层由电极材料制成，用于外接电压。
[0031]在本申请的其他实施例中，上述的谐振芯片还包括：形成于导电层表面的附着层；介电层形成于附着层的表面。
[0032]在本申请的其他实施例中，上述的附着层由多孔材料制成。
[0033]在本申请的其他实施例中，上述的谐振芯片包括渗水孔；渗水孔贯通衬底和导电层，并与附着层接触。
[0034]本申请提供一种谐振芯片，谐振芯片包括：
[0035]衬底；
[0036]位于衬底一侧的导电层；
[0037]位于导电层一侧的附着层；
[0038]位于附着层一侧的介电层，其中，介电层上设置有谐振狭缝，谐振狭缝贯通介电层。
[0039]在本申请的其他实施例中，上述的介电层包括谐振器与过渡介电层；
[0040]过渡介电层位于附着层的一侧，谐振器位于过渡介电层的一侧；
[0041]谐振狭缝依次贯通谐振器与过渡介电层。
[0042]在本申请的其他实施例中，上述的谐振器为圆形、方形等规则或不规则型状，谐振狭缝的形状为条状矩形，谐振狭缝设置于谐振器的中心。
[0043]在本申请的其他实施例中，上述的制作谐振器与过渡介电层的材料包括磷化镓、氮化镓等非金属材料。
[0044]在本申请的其他实施例中，上述的介电层还包括介电波导，介电波导位于过渡介电层上。
[0045]在本申请的其他实施例中，上述的介电波导发射的光束水平入射谐振器。
[0046]在本申请的其他实施例中，上述的介电波导发射的光束与谐振器平行。
[0047]在本申请的其他实施例中，上述的导电层与衬底上还设置有渗水孔，渗水孔的位置与谐振狭缝对应。
[0048]第二方面，本申请提供一种谐振芯片的制作方法，方法包括：
[0049]在介电层上设置谐振通道，使谐振通道贯通介电层；
[0050]介电层包括谐振器与过渡介电层，使谐振器形成在过渡介电层表面；使谐振通道依次贯通谐振器与过渡介电层；谐振器用于与激发光形成共振响应，并使得电场能量局限在所述谐振通道内；过渡介电层用于隔离生物分子通过，使生物反应仅在所述谐振通道内反应。
[0051]在本申请的其他实施例中，本申请提供一种谐振芯片的制作方法，方法包括：
[0052]提供一衬底；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振芯片，其特征在于，包括：介电层，所述介电层上设置有谐振通道，所述谐振通道贯通所述介电层；所述介电层包括谐振器与过渡介电层；所述谐振器形成在所述过渡介电层表面；所述谐振通道依次贯通所述谐振器与所述过渡介电层；所述谐振器用于与激发光形成共振响应，并使得电场能量局限在所述谐振通道内；所述过渡介电层用于隔离生物分子通过，使生物反应仅在所述谐振通道内反应。2.根据权利要求1所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振器为岛状。3.根据权利要求2所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振器的边缘形成规则形状或者拓扑形状。4.根据权利要求1所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振通道为狭缝状、规则孔或者不规则孔状。5.根据权利要求4所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振通道最窄处的宽度最大值为20nm。6.根据权利要求4所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振通道的总体积控制在单分子探测量级。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的谐振芯片，其特征在于，所述介电层由非金属材料制成。8.根据权利要求7所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振器与所述过渡介电层的材料可以相同或者不相同。9.根据权利要求1所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振芯片还包括：衬底；形成于所述衬底表面的导电层。10.根据权利要求9所述的谐振芯片，其特征在于，所述导电层由电极材料制成，用于外接电压。11.根据权利要求9所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振芯片还包括：形成于所述导电层表面的附着层；所述介电层形成于所述附着层的表面。12.根据权利要求11所述的谐振芯片，其特征在于，所述附着层由多孔材料制成。13.根据权利要求11所述的谐振芯片，其特征在于，所述谐振芯片包括渗水孔；所述渗水孔贯通所述衬底和所述导电层，并与所述附着层接触。14.一种谐振芯片，其特征在于，所述谐振芯片包括：衬底；位于所述衬底一侧的导电层；位于所述导电层一侧的附...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，杨亚涛，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：