[发明专利]一种集成紫外生物芯片传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成生物战剂传感器，特别涉及生物战剂传感器的制作工艺和结构设计领域。 

背景技术

随着基因工程和其他生物技术的发展，生物战剂的大量生产变得比较容易。生化武器已对社会和地区稳定以及世界和平构成了严重威胁。因此增强国防体系中生物战剂的防护迫在眉睫。 

在1993年底举行的国际禁止化学武器会议上列出了近400种毒素，研究表明，有几种毒素，不仅具有极高的毒性(仅几公斤或几十公斤就可以构成100平方公里内的人员伤害)，而且能够大批量生产(几吨至几十吨)。各国对生物武器防护研究的重要性和迫切性的认识也日益提高。在这个方面，美国正向着生化并检、远程遥测、即时报警和自动报告的方向发展。美国在近年的《国防报告》中提出由国防部向国会提交核生化防护年度报告，这表明生物战剂的防护已经与核武器和化学武器防护一起在美国国防中占有特殊重要的地位。法国CEB研究机构研究的装在空运掩蔽部内的生物战剂一体化侦检系统，已于2005年投入部队使用。加拿大萨菲尔德防护研究所研制的CIBADS 1I型侦检系统利用紫外激光照射测定粒子的荧光量及光谱，以确定粒子是否来源于生物战剂。该系统能分辨5种含生物战剂粒子，分辨时间不超过3秒。 

生物战剂侦检的方法有许多种，其中用于远距离遥感的有传输型和功能型光纤探测法以及激光诱导荧光(LIF)探测法。由于LIF探测法适于现场、实时、遥感探测的特点，因此世界各国普遍采用这种方法进行生物战剂的探测。 

但到目前为止，大多数LIF探测系统的光源都是采用脉冲的可见或红外光倍频产生紫外光。这些LIF探测系统都是价格昂贵、效率低下，体积庞大和易碎的系统，不利于实时和野外环境使用，对系统的应用造成极大的障碍。还有一个明显的缺点由于脉冲紫外光的占空比不高，对生物悬浮颗粒的探测灵敏度比较低。传统的连续紫外灯的光强又不足以激发小的生物悬浮颗粒发出荧光。LED外延生长工艺技术的发展，使得LED的发射波长不断向紫外方向扩展，彻底解决了传统光源的种种问题，也使本设计思想中的紫外光源成为可能。 

发明内容

本发明是一种新的生物战剂探测传感器结构设计和制作方法。在该发明中，我们不但采用了多波长、紫外发光二极管作为激发光源，而且将多波长紫外发光二极管、Si-PIN探测器、 

附图说明

图1：准分子激光剥离紫外发光管工艺步骤。其中各数字代表的含义：1、临时焊接2、准分子激光剥离3、传送至新衬底4、临时衬底5、临时焊料6、紫外LED 7、蓝宝石衬底8、准分子激光9、焊料Pd-In 10、Si-PIN探测器的6H-SiC/ITO/SiO₂层 

图2：集成紫外生物芯片传感器结构图。其中各数字代表的含义：1、Si-PIN探测器2、探测器有源区3、6H-SiC/ITO/SiO₂层4、反射和焊接层5、340nm/385nmUV LED芯片6、玻璃板7、PDMS微流通道 

具体实施方式

1、紫外光过滤片的制作 

(1)先利用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)的方法在Si-PIN探测器上沉积150nm厚度的SiO₂层，作为绝缘层和扩散势垒层。 

(2)接着利用磁控溅射台溅射200nm厚度的氧化铟锡(ITO)层，作为紫外发光管的导电层和反射层。 

(3)最后在SiO₂膜层上沉积6H-SiC层，作为紫外光过滤层。 

2、剥离紫外发光二极管 

采用脉冲KrF准分子激光从蓝宝石衬底上剥离340nm、385nm两个波段的紫外发光二极管。 

准分子激光剥离紫外发光管工艺步骤如图1所示。 

3、二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作 

利用深度离子刻蚀技术制作不同宽度为50μm，100μm、1mm、2mm的PDMS微流通道，提高探测效率。 

4、集成紫外生物芯片传感器的制作 

(1)先将步骤2中剥离好的紫外发光二极管传送到带有ITO/6H-SiC/SiO₂膜层的Si-PIN探测器的过滤层上。焊料采用Pd-In焊料。 

(2)再将带有PDMS微流通道的玻璃板与带有LED光源和6H-SiC紫外光过滤片的Si-PIN探测器集成在一起。 

最终制得集成紫外生物芯片传感器，其结构如图2所示。