[发明专利]一种光寻址电位传感器蜂巢网状工作电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种光寻址电位传感器蜂巢网状工作电极的制备方法。其特点是将微米级的聚苯乙烯胶体球自组装形成的单层膜转移到光寻址电位传感器的硅衬底，以聚苯乙烯胶体单层膜为模板在衬底上沉积金属，进而通过二甲苯浸泡剥离胶体球模板。由于采用微米球光刻技术，在光寻址电位传感器半导体衬底的透光区域制备了周期性有序的蜂巢网状工作电极，有效降低了衬底中光生载流子的横向扩散，提高了LAPS的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及一种光寻址电位传感器工作电极的制备方法，特别是光寻址电位传感器蜂巢网状工作电极的制备方法。

背景技术

化学图像传感器的空间成像功能是无标记生化物质检测的重要技术。光寻址电位传感器(LAPS)作为其中的代表，具有用光照即可限定寻址位置，不用额外的粘合、布线和封装等特点。由于光生载流子横向扩散导致的信号串扰问题使得LAPS的空间分辨率降低。如何在硅衬底的背面制备抑制信号串扰并提高图像空间分辨率的工作电极是制作LAPS器件的关键技术。

文献“Decreasing lateral diffusion of photo-generated carriers forlight-addressable potentiometric array by using meshed working electrode,Optical Engineering,2016,55(9):097104.”公开了一种通过紫外光刻技术在LAPS的硅衬底背面制备网状工作电极的方法，虽然该方法在一定程度上抑制了串扰，稳定了光电流信号，但是该方法制备的网状工作电极的网孔大小受到紫外光光学衍射极限的限制，并且没有进一步得到高分辨率的化学图像。

发明内容

为了抑制信号串扰，得到高分辨率的化学图像，本发明提出一种网孔尺寸更小的蜂巢网状工作电极，使得光寻址电位传感器能够高分辨的对电解液中的生化物质的浓度分布进行定量检测和可视化分析。

本发明采用的技术方案是：一种光寻址电位传感器蜂巢网状工作电极的制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一：选用p型或者n型Si作为LAPS的衬底，衬底经去离子水、乙醇和丙酮超声清洗。

步骤二：将清洗后的硅片进行热氧化和化学气相沉积，形成厚度为50nm的SiO₂和厚度为50nm的Si₃N₄。

步骤三：将双面氧化氮化的硅片一面的SiO₂和Si₃N₄薄膜经49％的HF刻蚀从而漏出硅衬底。

步骤四：将刻蚀完后的硅片分别用去离子水、乙醇和丙酮超声清洗并浸入食人鱼溶液[H₂O₂(30％):H₂SO₄(98％)＝3:7,v/v]中90℃加热1个小时。

步骤五：将从食人鱼溶液中取出的硅片用去离子水清洗三次，氮气吹干，并储存在去离子水中备用。

步骤六：PS胶体悬浮液在使用前超声分散并稀释至1w.t.％。

步骤七：根据PS胶体球直径的大小分别以不同的体积比将PS胶体悬浮液与甲醇进行混合。混合的比例范围介于1：10和10：10之间。

步骤八：用移液枪将PS/甲醇混合液缓慢滴加到聚乙烯容器的气液界面。

步骤九：待整个体系静置10分钟后用移液枪沿着容器壁缓慢加入少量浓度为0.357mM的Triton X-100。此时PS胶体球聚合并迅速集中收缩形成单层膜。

步骤十：将硅片从去离子水中取出用被刻蚀的那一面以一定角度缓慢地捞起聚乙烯容器水面的PS胶体单层膜，在室温下干燥。

步骤十一：在干燥后的PS胶体单层膜上采用磁控溅射技术沉积Cr和Au薄膜。