[发明专利]一种单片集成的微荧光分析系统及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光监测系统领域，特别是设计一种采用半导体制造技术实现的单片集成的微荧光分析系统及其制作方法。

背景技术

荧光分析是指通过检测某些对象物的荧光色素在激发光照射下产生荧光的特性及强度，进行对对象物定性和定量的分析方法。作为生物、医学检测以及环境分析，荧光分析系统因其极高的灵敏度和非侵入性而用于痕量级的定量测量。

其中，激光诱导荧光技术具有极高的灵敏度，但激光器成本高、体积大、能耗高等缺点在很大程度上限制了激光诱导荧光技术的应用。半导体激光器具有体积和成本优势，但目前其发射波长主要局限在长波区，在此区域很难找到合适的荧光染料。近年来，发光二极管应用于荧光检测逐渐引起了人们的关注。发光二极管（LED）具有输出功率稳定、能耗低、体积小、寿命长等优点，并且发射波长可选择范围较宽，作为一种新型光源非常适合于仪器的微型化趋势，被越来越多的应用到了分析检测领域。

科学仪器在人类的整个科技发展过程中都起到极其重要的作用。分析仪器的发展趋势就是微型化、集成化与便携化。

Manz和Widmer于1990年首次提出uTAS，它不仅可使珍贵的样品与实际消耗大大降低到微升甚至纳升级，而且极大的提高了分析速度，降低了费用。因此，微型全分析系统（uTAS,miniaturized total analysis system或micro total analysis system）正是目前分析仪器发展的重要前沿领域。

微型全分析系统（uTAS）的目的就是最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到方寸大小的芯片上。因此，它也被称为“芯片实验室（Lab-on-a-chip,LOC）”。

然而，传统的发光二极管(LED)激发光源都是经过封装，并通过多层透镜聚焦的方式，将出射光对准到样品池区域作为荧光测试的激发光源。同样的，样品发出的荧光也是通过透镜或光纤的方式，导出到探测器的接收端。整个系统体积较大，器件间光路对准要求较高，结构复杂，不适合微型化的应用需求。

因此，本发明为了解决上述问题点，其目的在于：提供一种单片集成的微荧光分析系统及其制作方法，利用微机电(MEMS)加工技术和CMOS工艺，将荧光分析系统加工在同一硅基平台上，以实现具有极微小的系统体积、极低的制作成本和分析成本的真正的芯片实验室（LOC）。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单片集成的微荧光分析系统及其制作方法，以将荧光分析系统加工在同一硅基平台上，以实现具有极微小的系统体积、极低的制作成本和分析成本的真正的芯片实验室（LOC）。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单片集成的微荧光分析系统，包括：

硅基底；

样品池，形成于所述硅基底中或键合于所述硅基底表面，用于承载试样；

发光器件，形成于所述硅基底的第一选区中，且所述发光器件的一个出光侧面与所述样品池的第一侧面相对，作为试样的激发光光源；

硅探测器，形成于所述硅基底的第二选区中，且所述硅探测器的一个光探测面与所述样品池的第二侧面相对，用于检测从所述试样产生的荧光；

集成电路，形成于所述硅基底中，用于对检测信号进行信号处理、驱动激发光光源、信号分析以及控制信号输出。

作为本发明的单片集成的微荧光分析系统的一种优选方案，所述样品池的第一侧面与第二侧面的夹角为90～100度。

作为本发明的单片集成的微荧光分析系统的一种优选方案，所述硅基底为电阻率大于10ohm·cm的本征硅基底、N型轻掺杂硅基底、或P型轻掺杂硅基底。

作为本发明的单片集成的微荧光分析系统的一种优选方案，所述样品池为微型容器结构，其至少包括试样入口端以及试样测试通道。

进一步地，所述样品池还包括连接于所述试样测试通道的试样出口端。

作为本发明的单片集成的微荧光分析系统的一种优选方案，所述第一选区为去除了部分硅基底形成的条形沟槽或由多个间隔排列的条形沟槽组成的沟槽阵列。

作为本发明的单片集成的微荧光分析系统的一种优选方案，所述发光器件为发光二极管、激光二极管、由多个发光二极管并联组成的发光二极管阵列或由多个激光二极管并联组成的激光二极管阵列。

进一步地，所述发光二极管及激光二极管的出光侧面为粗糙面，所述发光二极管及激光二极管的上表面形成有反射电极。

进一步地，所述发光二极管及激光二极管所采用的基底材料为III-N族材料。