[发明专利]内嵌通道式的微悬臂梁装置、加工方法及一种检测方法

权利要求书

1.一种内嵌通道式的微悬臂梁，其特征在于，包括固定端(102)、内嵌通道(105)、衬底(104)、盖板(103)，以及内嵌通道微流体入口(101)，所述微悬臂梁的一侧是固定端(102)，微悬臂梁的另一侧为梁，所述梁为等截面梁，或者为变截面梁；梁底部是衬底(104)，梁上端面是盖板(103)，衬底(104)和盖板(103)之间为内嵌通道(105)，内嵌通道(105)至少带有内嵌通道微流体入口(101)，所述衬底(104)、盖板(103)和固定端(102)为一体结构。

2.根据权利要求1所述的一种内嵌通道式的微悬臂梁，其特征在于，内嵌通道(105)还带有与内嵌通道微流体入口(101)连通的内嵌通道微流体出口(100)，并且内嵌通道微流体入口(101)、内嵌通道微流体出口(100)的位置可以根据需要合理布置。

3.根据权利要求1所述的一种内嵌通道式的微悬臂梁，其特征在于，整个内嵌通道(105)根据需要成一字型，或者矩形通道，或者U字形通道，或者蛇形通道，或者树状型通道，或者十字分叉通道。

4.根据权利要求1所述的一种内嵌通道式的微悬臂梁，其特征在于，所述梁的俯视形状为矩形，或者三角形，或者梯形。

5.根据权利要求1所述的一种内嵌通道式的微悬臂梁，其特征在于，多个内嵌通道式的微悬臂梁依次平行排列构成内嵌通道式的微悬臂梁阵列。

6.根据权利要求5所述的一种内嵌通道式的微悬臂梁，其特征在于，内嵌通道式的微悬臂梁阵列分别用作测试梁和参考梁。

7.一种根据权利要求1-5任意一项所述的内嵌通道式的微悬臂梁的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据要求，设计通道和梁的结构和尺寸，选取合适的SOI晶圆，SOI晶圆结构主要包括单晶硅衬底层(202)、SiO₂埋氧层(201)以及单晶硅结构层(200)；并将单晶硅衬底层(202)进行氧化形成单晶硅衬底层(202)的氧化层；

步骤2、对SOI晶圆单晶硅衬底层(202)的氧化层光刻，为释放悬臂梁做准备；

步骤3、刻蚀SOI晶圆衬底层的氧化层，为刻蚀单晶硅衬底层(202)开窗；

步骤4、对单晶硅结构层(200)进行一次光刻，为了形成悬臂梁，掩模图形依据悬臂梁的外轮廓；

步骤5、对单晶硅结构层(200)进行等离子体干法刻蚀，刻蚀深度要求小于单晶硅结构层(200)的厚度；

步骤6、对单晶硅结构层(200)进行二次光刻，此步骤为形成内嵌通道做准备，掩模图形为小的矩形阵列；

步骤7、对单晶硅结构层(200)进行二次等离子体干法刻蚀，刻蚀到SiO₂埋氧层(201)时停止，形成硅沟槽；

步骤8、高温退火，对形成硅沟槽的单晶硅结构层(200)进行退火处理，会在结构层的内部形成所需要的微通道，并同时形成盖板，退火持续一定的时间；

步骤9、对SOI晶圆衬底层(202)进行等离子体干法刻蚀；

步骤10、微悬臂梁释放。

8.根据权利要求7所述的内嵌通道式的微悬臂梁的加工方法，其特征在于，退火环境为氢气环境或高真空下，退火温度为1130±30℃，退火时间为10分钟至20分钟之间。

9.一种内嵌通道式微悬臂梁的检测方法，其特征在于，包括按照权利要求7-8任意一项内嵌通道式的微悬臂梁的加工方法制作出的微悬臂梁(701)、用于发射激光的激光发射器(702)、对微悬臂梁发生弯曲形变量进行检测的PSD光电位移传感器(703)以及计算机数据处理显示系统(704)；

在检测称重之前，用激光发射器(702)发出激光照射到微悬臂梁(701)的自由端，激光反射之后照到PSD光电位移传感器(703)上，为A点；

含细胞微流体会使微悬臂梁产生一定的弯曲形变量,记为ΔZ；

当激光发射器(702)再次发出的激光照射到变形的微悬臂梁自由端时，反射到PSD光电位移传感器(703)上，记为B点；A、B两点之间的距离记为ΔS；

接收的距离数据通过传感器传送到计算机数据处理显示系统(704)中进行处理，根据光杠杆法的原理，计算出微悬臂梁的弯曲变形量l为微悬臂梁自由端长度，L为激光从微悬臂梁(701)的自由端经反射照到PSD光电位移传感器(703)上的路径；微悬臂梁受平均载荷作用而产生的弯曲量其中，E为微悬臂梁的弹性模量，m为所称重的细胞的质量，g为重力加速度，t为SON结构层的厚度，a为SON结构层的宽度，光杠杆法检测出的微悬臂梁的弯曲变形量即为微悬臂梁受因注入的带有待测细胞的微流体而产生的平均载荷作用产生的弯曲量。