[发明专利]微电极阵列与微流通道集成的传感器结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体微加工技术技术领域，尤其涉及一种微电极阵列与微流通道集成的传感器结构及其制作方法，该传感器对磷酸根离子敏感，可用于水溶液中的磷酸盐定量检测，对土壤、水环境、生物样本中的磷成分检测具有应用前景。

背景技术

生化传感技术不仅为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，而且因为其专一、灵敏、响应快等特点，在军事方面，也具有广阔的应用前景。近年来随着集成微电子机械加工技术的日趋成熟，传感器制作技术进入了一个崭新阶段。微电子技术和微机械技术相结合，器件结构从二维到三维，实现进一步微型化、微功耗。

磷酸根离子在生物体系中无处不在，在广泛的生化过程中扮演着重要的角色，同时磷酸根离子在土壤和污水中也具有较高含量，磷酸根离子的检测可用于分析土壤中化肥含量水平，监测河流、湖泊等水质的富营养化程度。

采用基于半导体微加工技术的微电极阵列传感器进行磷酸根离子检测分析，具有许多优势：可进行批量生产，降低传感芯片成本；易于实现同微电子和自动化微流体系统集成；传感芯片尺寸的大大缩小有利于便携式检测仪器的小型化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种微电极阵列与微流通道集成的传感器结构及其制作方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种微电极阵列与微流通道集成的传感器结构，该结构自下而上依次由硅衬底、二氧化硅绝缘层、电极层、PDMS微流通道层构成。

上述方案中，所述电极层由电信号输出接口及磷酸根离子敏感单元构成，且电极层及磷酸根离子敏感单元电极基底层是由同一种金属材料制成。

上述方案中，所述磷酸根离子敏感单元是由金属钴电极和Ag/AgCl电极组成的对电极结构，且金属钴电极与Ag/AgCl电极之间保持一定距离。

上述方案中，所述PDMS微流通道层覆盖于磷酸根离子敏感单元之上，包含一个微流通道，该微流通道与磷酸根敏感单元相结合，构成一个密闭的管道，在该密闭的管道的两端是液体流入流出端口。

上述方案中，所述电信号输出接口位于PDMS材料外侧，直接与检测仪器连接。

为达到上述目的，本发明还提供了一种制作微电极阵列与微流通道集成的传感器结构的方法，该方法包括：

步骤1：在硅片衬底上，通过等离子体化学气相淀积方法生长一层氧化硅绝缘层；

步骤2：在氧化硅绝缘层上，通过热蒸发技术，制作镍金薄膜；

步骤3：通过光刻，在光刻胶上定义出磷酸根离子敏感单元的电极和电信号输出接口电极引线图形，以光刻胶做掩膜，采用湿法腐蚀方法，将光刻胶图形转移到镍金层；

步骤4：在镍金层结构上面，再次通过PECVD方法生长一层氧化硅绝缘层；

步骤5：通过光刻和湿法腐蚀，在二氧化硅层，制作磷酸根离子敏感单元的电极窗口和电信号输出接口电极引线窗口；

步骤6、通过电沉积技术，在磷酸根离子敏感单元窗口区的镍金图形上分别沉积金属钴和Ag/AgCl，构成对电极结构；

步骤7、将带有微流通道的PDMS材料，通过键合的方法，与微电极芯片封装在一起，该微流通道与磷酸根敏感单元相结合，构成一个密闭的管道。

上述方案中，所述步骤7包括：将带有微流管道的PDMS材料键合到带有微电极的硅材料上，将带有微流管道的界面与硅材料结合，形成闭合式管道；然后采用无源对准的方法，使微流管道与电极窗口区重叠。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种微电极阵列与微流通道集成的传感器结构及其制作方法，实现了对较大浓度范围的磷酸根离子进行检测，将液体浓度参数转化为输出电接口的电势信号，器件工作时无需外部供能。

2、本发明提供的这种微电极阵列与微流通道集成的传感器结构及其制作方法，采用半导体平面微加工工艺进行制作，器件结构紧凑，所需待测样品量少，易于实现同微电子和自动化微流体系统集成。传感芯片尺寸的大大缩小有利于便携式检测仪器的小型化。

3、本发明提供的这种微电极阵列与微流通道集成的传感器结构，是基于金属钴电极敏感的磷酸根离子浓度检测用的传感芯片结构，该结构可利用半导体平面微加工技术，实现微型电极制作。相对传统电化学方法中利用体电极检测而言，本发明提出的结构，芯片更加紧凑，所需测试样品量较少。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述：

图1是微电极阵列与微流通道集成的传感器结构示意图；