[发明专利]双环结构微纳生物传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的设计、生物传感以及微流控技术领域，特别是涉及一种双环结构微纳生物传感器及其制作方法。

背景技术

生物传感器是一种新型的具有广泛应用前景的传感结构。利用半导体技术制作加工的生物传感器具有体积小、灵敏度高、工艺成熟、且与微电子工艺兼容等优点。可广泛应用于生物医学、健康医疗、医疗药品、环境监测、国防安全和军事等。与传统的电学传感器相比，光学微纳生物传感器具有不受电磁干扰、远程传感、实时探测、并能用单一设备实现多种探测等优点。微环生物传感器是光学生物传感器的一种，典型的微环传感器包括微环及与其侧向耦合的输入波导和输出波导。光从输入波导的一端输入，满足以下条件的光将耦合进入微环：

mλ＝N_eff·L

其中m为耦合阶数，λ为耦合波长，N_eff为波导的模式折射率，L为微环的长度。在微环中传播的光到达另一耦合区将被耦合进输出波导中，并在输出端下载。当波导上限制层附着物或溶液浓度变化时，将引起模式折射率的变化，从而引起谐振峰的移动。这就是微环生物传感器的传感原理。

一般的微环传感器都是采用单环结构，这种结构的特点是工艺相对简单，但是缺点是Q值不高，而生物传感器要求很高的Q值。单环结构传感器通常可以通过增大微环直径来提高Q值，但是这又使得器件结构偏大，不利于小型化需要，同时增大微环半径也使有效光谱范围(FSR)变窄，进而使得测量范围缩小。所以我们提出了双环结构的微纳生物传感器，该结构不仅使器件保持较小的器件结构，又使得Q值得到很大提高，同时有效光谱范围(FSR)没有受到影响，从而非常有利于生物传感应用。同时，我们结合微流控技术，利用PDMS制作用以液体流通的通道，并将该微流通道键合在器件的表面，使微流通道覆盖双环结构区域，这样就实现了对流过器件表面物质的实时监测。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双环微纳生物传感器结构及其制作方法。相对于单环结构的微环生物传感器，本发明具有更高的Q值，可以获得更高的探测灵敏度，同时可以维持很小的器件结构。

本发明提供一种双环结构的微纳生物传感器，包括：

一SOI基片，该SOI基片的顶层为顶层硅；

一双环结构，该双环结构形成于SOI基片的顶层硅上；

一输入波导和一输出波导，该输入波导和输出波导位于双环结构的两侧，并形成于SOI基片的顶层硅上；

一U型微流通道，该U型微流通道扣置键合在双环结构上。

其中所述的双环结构包括一大环和位于大环内一侧的小环。

其中所述的位于大环内的小环是位于输入波导和输出波导的中间。

其中所述的该输入波导和输出波导与大环之间有一间隙。

其中所述的大环小环之间有一间隙。

其中所述双环结构、输入波导和输出波导是采用条形波导结构。

本发明还提供一种双环结构的微纳生物传感器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在SOI基片的顶层硅上旋涂光刻胶；

步骤2：通过深紫外曝光或电子束曝光进行波导图形定义；

步骤3：显影定影后通过ICP等离子体刻蚀技术在SOI基片的顶层硅上刻蚀出双环结构、输入波导和输出波导的传感器芯片；

步骤4：对传感器芯片解离抛光露出波导端面；

步骤5：将一制作好的U型微流通道扣置键合在双环结构上，该U型微流通道与输入波导和输出波导的方向垂直，完成微纳生物传感器的制作。

其中所述的光刻胶为PMMA。

其中所述的输入波导和输出波导位于双环结构的两侧。

其中所述的U型微流通道键合在双环结构上的步骤：

1)对U型微流通道和双环结构的表面进行氧等离子体处理；

2)将U型微流通道与双环结构对准、键合。

其中所述的对准、键合在30秒内。

其中所述的双环结构包括一大环和位于大环内一侧的小环。

其中所述的双环结构中的小环位于大环内的一侧，并位于输入波导和输出波导的中间，该小环、大环之间有一间隙，该输入波导和输出波导与大环之间有一间隙。

附图说明

为了更详细的说明本发明的目的和优势以及实施方式，下面结合附图和具体实施例对本发明做一个更详细的描述，其中：

图1为双环生物传感器的整体结构示意图。

图2为双环生物传感器的局部放大示意图。

图3为双环谐振器的放大示意图。

具体实施方式