[发明专利]柔性压阻式微悬臂梁传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种柔性压阻式微悬臂梁传感器，所述柔性压阻式微悬臂梁由力敏电阻、柔性力敏电阻上保护层和力敏电阻下保护层组成。所述柔性压阻式微悬臂梁传感器至少配备有一组惠斯通电桥传感单元，所述惠斯通电桥传感单元由四个完全相同的力敏电阻和四个微悬臂梁构成，其中两个所述微悬臂梁表面淀积有金薄膜用作测量微悬臂梁，另外两个微悬臂梁作为参考微悬臂梁，所述四个微悬臂梁下设置有一微反应池。本发明由于采用柔性力敏电阻上保护层材料，避免了修饰和检测过程中微悬臂梁的断裂。由于采用p型单晶硅作为力敏电阻材料，保证了微悬臂梁传感器的灵敏度。本发明提出的柔性压阻式微悬臂梁传感器可实现对生物、化学分子的高灵敏和高特异性检测。

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制备方法，特别是关于一种应用于生化信息检测的柔性压阻式微悬臂梁传感器，属于微机电传感系统领域。

背景技术

传感技术作为人类获取自然信息的重要手段之一，在基础科学研究和现代工程技术中占据着非常重要的地位。它作为现代信息技术的感官，同计算机制造技术、微电子技术和通信技术共同成为了现代信息产业的四大支柱，在如今的大数据信息化时代起着越来越重要的作用。生化传感器作为传感技术的重要组成部分之一，在基础科学研究、国防安全保障、环境污染监测、公共食品安全和医学疾病诊断等方面有着广泛的应用。

微悬臂梁传感器具有高灵敏度、高特异性、实时响应和易于集成等特点，广泛被应用于生物和化学物质的传感检测。传统的硅基微悬臂梁传感器虽然具有很高的灵敏度，但是由于制备硅基微悬臂梁传感器的单晶硅和二氧化硅材料本身杨氏模量较高，容易脆裂，使得硅基微悬臂梁在使用过程中容易出现微悬臂梁断裂的情况。为了提高微悬臂梁传感器的可靠性，并保证其灵敏度，本发明提出一种柔性压阻式微悬臂梁传感器，该传感器使用高分子聚合材料——聚酰亚胺作为力敏电阻的上保护层，而力敏电阻仍然采用高压阻系数的p型单晶硅材料。与传统的硅基微悬臂梁传感器相比，这种柔性压阻式微悬臂梁传感器的鲁棒性极佳，在很大程度上避免了修饰和检测过程中微悬臂梁的断裂，单晶硅力敏电阻应用同时保证了微悬臂梁的灵敏度。同时，柔性压阻式微悬臂梁传感器的制备工艺简单，成本低，易于实现与读出电路的集成，可以广泛应用于生物、化学物质的高灵敏度检测。

发明内容

本发明的目的是在现有硅基压阻式微悬臂梁传感器的基础上，提供一种测量灵敏度更高、鲁棒性更好、制备工艺简单、易于集成的柔性压阻式微悬臂梁传感器及其制作方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种柔性压阻式微悬臂梁传感器，它至少配备有一组惠斯通电桥传感单元，所述惠斯通电桥传感单元由四个完全相同的力敏电阻和四个微悬臂梁构成，四个完全相同的力敏电阻分别位于四个微悬臂梁上，其中两个所述微悬臂梁用作测量微悬臂梁，另外两个微悬臂梁用作参考微悬臂梁，测量微悬臂梁表面淀积有金薄膜，用于修饰生化敏感膜，所述四个微悬臂梁下设置有一微反应池，微悬臂梁和微反应池均制备在硅衬底上。所述微悬臂梁为长50～300μm，宽10～100μm，厚0.5～2μm的矩形。

所述的柔性压阻式微悬臂梁由力敏电阻、力敏电阻上保护层和力敏电阻下保护层组成，所述力敏电阻材料为p型单晶硅，通过离子注入来调整力敏电阻的阻值，所述力敏电阻尺寸为长20～120μm，宽5～50μm。所述力敏电阻上保护层为柔性聚合物材料，所述力敏电阻下保护层材料为二氧化硅，可以是SOI硅片的埋氧层。所述柔性聚合物材料可以是聚酰亚胺，所述聚酰亚胺通过旋涂、前烘和高温固化工艺制备，所述聚酰亚胺的厚度为1～5μm。所述生化敏感膜为在金薄膜表面修饰的生物、化学活性分子材料。所述柔性压阻式微悬臂梁传感器和微反应池是采用深反应离子刻蚀技术刻蚀硅衬底同时形成的，所述微反应池用于导入生化试剂。

所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，采用SOI硅片制作，它包括以下制备步骤：