专利名称：一种集成紫外生物芯片传感器的制作方法
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CIBADS1I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、紫外光滤波片集成在同一衬底上，使传感器具有探测和识别多种生物战剂的能力， 提高了探测效率，降低了探测误警率。同时较好的满足了野外环境对探测器轻便坚固、快速 响应、高灵敏度的使用要求。使得LIF探测系统进入了完全实用化阶段。


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/IT0/Si02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/IT0/Si02层4、反射和焊接层5、340nm\385nmUV LED芯片6、 玻璃板7、PDMS微流通道
具体实施例方式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Si02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(IT0)层，作为紫外发光管的 导电层和反射层。(3)最后在Si02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50iim，100iim、lmm、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IT0/6H_SiC/Si02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。
权利要求
一种集成紫外生物芯片传感器，包括紫外光过滤片的制作、剥离紫外发光二极管、二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作和集成紫外生物芯片传感器制作。
2.根据权利要求1所述，在紫外光过滤片的制作中，其特征在于，(1)在Si-PIN探测器上依次生长SiO2层、氧化铟锡(ITO)层和6H-SiC层。(2)以SiO2层作为绝缘层和扩散势垒层，且其厚度为150nm。(3)以氧化铟锡(ITO)层作为紫外发光管的导电层和反射层，且其厚度为200nm。(4)以6H-SiC层为滤光层，且其厚度为200nm。
3.根据权利要求1所述，在剥离紫外发光二极管中，其特征在于，进行紫外发光二极管 蓝宝石衬底剥离时，利用的是KrF准分子激光。
4.根据权利要求1所述，在二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的制作中，其特征在于，制 作50 μ m, 100 μ m、lmm,2mm宽度的PDMS微流通道，研究不同宽度PDMS微流通道对探测效率 的影响。
5.根据权利要求1所述，采用了多波长紫外激发光源，其特征在于，(1)激发光源发光波长在紫外范围。(2)发光波长分别为340歷和385nm。
6.根据权利要求1所述，集成紫外生物芯片传感器制作，其特征在于， 将多波长紫外发光二极管、Si-PIN探测器、紫外光滤波片集成在同一衬底上。
全文摘要
集成紫外生物芯片传感器，涉及生物战剂传感器的设计制作领域。该领域中传统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。其价格高、效率低，体积大且易碎，不利于实时探测和野外环境使用。其次，脉冲紫外光占空比不高，对生物悬浮颗粒的探测灵敏度较低，且传统的连续紫外灯的光强不足以激发生物悬浮颗粒发出荧光。这些问题都对探测器统的应用造成极大的障碍。该发明中，采用多波长紫外LED作为激发光源，克服了传统光源的缺陷。且将多波长紫外LED、Si-PIN探测器、紫外光滤波片集成在同一衬底上，使传感器具有探测和识别多种生物战剂的能力，在提高探测效率，降低探测误警率的同时，满足了野外环境对探测器轻便坚固、快速响应、高灵敏的使用要求。
文档编号G01N21/64GK101813628SQ20101014164
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者刘国军, 张斯钰, 曲轶, 李辉, 杨旭, 薄报学, 赵博, 赵强 申请人:长春理工大学