准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器制造技术

本发明专利技术属于微机械系统和生物纳米传感技术领域的一种基于准一维纳米材料场效应管电容电导敏感特性的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器。主要由上硅片上的绝缘层及其上的金属电极、准一维纳米材料、凹形槽及槽底生物修饰层；下硅片上的金属栅极；以及金属栅极与凹形槽形成的微流通道构成。利用准一维纳米材料场效应管，并进行生物修饰，利用抗原抗体反应来影响栅极电场，从而改变准一维纳米材料沟道电导及场效应管电容，实现高灵敏度、快速、准确的生物分子或病毒检测技术；利用ＭＥＭＳ技术和背面硅基片生物修饰技术相结合，加工简单，适合大批量生产，易于集成化，而且易于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微机械系统和生物纳米传感
，特别涉及一种基于准一维纳米材料场 效应管电容电导同时敏感特性的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器。
技术介绍
由于生物学、医学的发展，传统的生物检测技术因其检测灵敏度不高、重复性差、检测 过程相对复杂、检测时间长、检测设备庞大而日渐不堪重任。近年来，利用微机械系统技术 制作的生物传感器，以其体积小、成本低、灵敏度高、检测时间短而倍受青睐。到目前为止， 有使用挠性机械传感结构检测生化信息，如悬臂梁。这种结构的工作模式一般是静态的，受 体分子的固定化以及目标分子的特异性结合在结构上产生表面压力，引起悬臂梁弯曲。挠性 微机械传感器的另一种工作模式是动态模式，在这种模式下，悬臂梁上任何物质的吸附或沉 积所造成的质量改变都会引起共振频率的频移，从而达到检测的目的。在真空环境下，微机 械悬臂梁传感器的灵敏度很高，然而，在液态环境下，由于受到巨大的粘滞阻尼作用，其灵 敏度明显下降。 -近年来发展起来的碳纳米管场效应管是以碳纳米管代替传统的硅材料作为场效应管沟 道，这种碳纳米管场效应管栅电场对沟道电导有很强的作用，从而具有良好的开关特性。其 制作也比较简单，只需将碳纳米管或碳纳米管网络连接到漏、源电极。因此，碳纳米管场效 应管在微纳电子器件、化学气体传感器、生物传感器等领域有着广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于准一维纳米材料场效应管电容电导敏感特性的准一维纳米 材料场效应管电容电导同时检测生物传感器，其特征在于所述的准一维纳米材料场效应管 电容电导同时检测生物传感器，主要由上、下两个硅片组成，包括了绝缘层、绝缘层上的金 属电极、准一维纳米材料沟道、凹形槽、槽底生物修饰层、金属栅极、以及金属栅极与凹形 槽形成的微流通道；用于在微流通道中加入含有被检测目标生物分子或病毒的液体，生物修 饰层中的受体分子便会与目标分子发生特异性反应；由于特异性反应影响准一维纳米材料场 效应管的栅极电场，从而影响准一维纳米材料沟道电导和准一维纳米材料场效应管电容；通过检测电导变化和电容变化，从而实现目标生物分子或病毒的检测。所述的上硅片主要是体硅腐蚀凹形槽、热氧化生长绝缘层组成，在绝缘层上沉积金属电 极，在金属电极上分散排布有准一维纳米材料沟道，在凹形槽底有生物修饰层; 所述的下硅片表面上沉积栅极金属薄膜；所述的微流通道是将上硅片和下硅片对准，键合连接后形成的通道结构。所述的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器制作过程包括上片工艺、 下片工艺和键合工艺。所说的上片工艺主姜是体硅腐蚀凹槽，形成键合后的微流通道结构， 溅射或蒸镀金属电极(金等)薄膜，在金属电极上分散排布准一维纳米材料，及化学生物修饰 凹槽底部，形成生物修饰层。所说的下片工艺主要是溅射或蒸镀栅极金属(金等)薄膜。所说 的键合工艺是将上片与下片对准，在真空腔中进行金硅共熔键合，最后将接线端子与外界的 检测电路相连。上述各制作步骤中采用的工艺方法及其工艺条件、工艺参数均为本
中的公知技术，在此不予重复。本专利技术的有益效果是准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器利用准一维 纳米材料场效应管电容电导敏感特性，实现高灵敏度、快速、准确的生物分子或病毒检测技 术；利用MEMS技术和硅基表面生物修饰技术相结合的方法，实现高灵敏度的微型生物传感 器。加工工艺简单，适合大批量生产，易于集成化，而且易于推广应用。附图说明图1为实例1准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器上硅片上表面结构 示意图。图2为准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器上硅片下表面结构示意图。图3为准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器下硅片结构示意图。 图4为实例1准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器结构示意图。 图5为实例2准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器上硅片上表面结构 示意图。图6为实例2准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器结构示意图。具体实施方式本专利技术为一种基于准一维纳米材料场效应管电容电导同时敏感特性的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器，其特征在于所述的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器，主要由上、下两个硅片组成，包括了绝缘层3、绝缘层上的金属电极(源极)4、绝缘层上的金属电极(漏极)7、准一维纳米材料沟道5、凹形槽11、槽底生 物修饰层9、金属栅极8、以及金属栅极与凹形槽形成的微流通道10;其上硅片2主要是体 硅腐蚀凹形槽11和热氧化生长绝缘层3组成，在绝缘层3上沉积金属电极4、 7，在金属电 极上分散排布有准一维纳米材料沟道5，在凹形槽底有生物修饰层9;下硅片1表面上沉积栅 极金属薄膜8。将上硅片和下硅片对准，在真空腔中进行键合连接，形成键合后的微流通道 结构并由引出的接线端子6与外界的检测电路相连。用于在微流通道中加入含有被检测目标 生物分子或病毒的液体，生物修饰层中受体分子便会与目标生物分子或病毒发生特异性反应; 由于特异性反应影响准一维纳米材料场效应管的栅极电场，从而影响准一维纳米材料沟道电 导和准一维纳米材料场效应管电容；通过检测电导变化和电容变化，从而实现生物分子或病毒的检测。所述的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器制作过程包括上片工艺、 下片工艺和键合工艺。所说的上片工艺主要是体硅腐蚀凹槽，形成键合后的微流通道结构， 溅射或蒸镀金属电极(金等)薄膜，在金属电极上分散排布准一维纳米材料，及化学生物修饰 凹槽底部，形成生物修饰层。所说的下片工艺主要是溅射或蒸镀栅极金属(金等)薄膜。所说 的键合工艺是将上片与下片对准，在真空腔中进行金硅共熔键合，最后将接线端子与外界的 检测电路相连。上述各制作步骤，采用的工艺方法及其工艺条件、工艺参数均为本
中的公知技术，在此不予重复。实施例1如图1所示是准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器上硅片上表面的三维结构示意图，如图2所示是准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器上硅片 下表面的三维结构示意图，如图3所示是准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传 感器下硅片的三维结构示意图。如图4所示，准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器包括下硅片1和上 硅片2两部分，主要由绝缘层3、金属电极(源极)4、准一维纳米材料沟道5、金属电极(漏 极)7、金属栅极8、生物修饰层9、微流通道10、凹形槽11等几部分组成。工作时，在目 标分子的作用下，目标分子与生物修饰层9中的受体分子发生抗原抗体反应，使准一维纳米 材料场效应管的栅极电场发生变化，从而导致准一维纳米材料沟道5的电导及金属栅极8和 金属电极(漏极)7之间的电容发生变化。由金属电极(源极)4和金属电极(漏极)7引出 的接线端子6，与外部的检测电路(未画出)相连，通过放大、滤波等信号处理，检测出电 导变化信号并进行分析；由金属电极(漏极)7和金属栅极8引出的接线端子6，与外部的检测电路(未画出)相连，通过放大、滤波等信号处理，检测出电容变化信号并进行分析。准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器的加工工艺主要有以下五个步骤1.上片工艺1. )利用热氧法在硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于准一维纳米材料场效应管电容电导敏感特性的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器，其特征在于：所述的准一维纳米材料场效应管电容电导同时检测生物传感器，主要由上、下两个硅片组成，包括了绝缘层、绝缘层上的金属电极、准一维纳米材料沟道、凹形槽、槽底生物修饰层、金属栅极、以及金属栅极与凹形槽形成的微流通道；用于在微流通道中加入含有被检测目标生物分子或病毒的液体，生物修饰层中的受体分子便会与被检测目标生物分子或病毒发生特异性反应；由于特异性反应影响准一维纳米材料场效应管的栅极电场，从而影响准一维纳米材料沟道电导和准一维纳米材料场效应管电容；通过检测电导变化和电容变化，从而实现生物分子或病毒的检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹小平，程进，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]