CN107764791B - 一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底、波导和包层，包层将波导包裹在衬底上，且在包层上与波导相对应的位置设置有微槽，微槽的宽度大于波导的宽度，且在微槽的内壁涂覆有待测离子物质荧光识别材料。以及制作方法，步骤1，清洗衬底；步骤2，淀积波导芯层；步骤3，高温退火；步骤4，形成掩膜层；步骤5，涂覆光刻胶；步骤6，刻蚀掩膜层；步骤7，形成波导芯层；步骤8，去除掩膜层；步骤9，淀积上包层；步骤10，上包层形成掩膜层；步骤11，涂覆光刻胶；步骤12，去除光刻胶层；步骤13，形成微槽；步骤14，去除掩膜层；步骤15，切割并磨抛。本发明灵敏度高，生物特异性强。
Description
技术领域
本发明属于生物检测领域，具体涉及一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片及其制作方法。
背景技术
目前传统的光纤倏逝波离子浓度测试系统实现方式主要是利用光纤作为探头和光信息传输部分，然而，使用光纤也存在一些问题：一、光纤很细，加之石英熔点又高，因此光纤连接困难，需要昂贵的专门工具。二、光纤作为探头，待测离子物质荧光识别材料不易修饰在探头上。三、光纤分散放置，集成度低。因此，用光纤组成的倏逝波离子浓度测试系统存在连接困难，生物特异性差，集成度低等缺点。
发明内容
针对上述现有技术中描述的不足，本发明提出一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片及其制作方法，本发明利用光波在光波导中以全反射方式传输，在波导和包层交界处产生倏逝波，当传输到微槽时，该倏逝波将激发微槽表面上结合了待检测离子的荧光识别材料，使得荧光识别材料发出荧光，由光电探测器将荧光的光亮度转化为电信号，由于采集到的电信号与被测物质的浓度具有定量的关系，通过分析电信号的幅度可以得出被测物质的离子浓度，从而实现检测离子浓度的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底、波导和包层，包层将波导包裹在衬底上，且在包层上与波导相对应的位置设置有微槽，微槽的宽度大于波导的宽度，且在微槽的内壁涂覆有待测离子物质荧光识别材料。
所述波导为M×N型波导，在波导上间隔设置有若干微槽。
所述衬底的材料为纯石英玻璃，所述波导为掺Ge的二氧化硅；所述包层的材料为掺B、P的二氧化硅。
所述波导的端面磨抛角度为0°到90°。
所述波导的入射角大于等于临界角C，所述临界角C的计算公式为：
其中，n1为波导的折射率，n2为包层的折射率。
一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，步骤如下：步骤1，将石英衬底清洗干净，所述衬底为石英晶圆；
步骤2，在石英衬底上采用PECVD工艺淀积波导芯层；
步骤3，对波导芯层进行高温退火处理，其中，退火温度为900-1100℃，退火时间为3-5小时；
步骤4，在波导芯层表面形成掩膜层；
所述掩模层为采用LPCVD淀积的多晶硅掩模层或采用磁控溅射生长的金属掩模层或光刻胶掩模层。
步骤5，在掩膜层上涂覆光刻胶，利用光刻工艺将光刻板上的图形转移到光刻胶上，形成具有预设图案的光掩膜；
步骤6，利用ICP刻蚀掩膜层，以形成硬掩膜层，然后采用ICP去除掩膜层上的光刻胶层；
步骤7，采用ICP刻蚀芯层，形成具有预设结构的所述波导芯层；
步骤8，去除芯层上的掩膜层；
利用湿法腐蚀去除引导芯层上的多晶硅掩模层或金属掩模层；利用ICP刻蚀去除引导芯层上的光刻胶掩模层。
步骤9，采用PECVD淀积掺硼、磷的上包层，然后对掺硼、磷的上包层做高温回流处理；
步骤10，在上包层表面形成掩膜层；
步骤11，在上包层上涂覆光刻胶，利用光刻工艺将套刻板上的图形转移到光刻胶上，形成具有预设图案的光掩膜；
步骤12，利用ICP刻蚀掩膜层，以形成硬掩膜层，然后采用ICP去除掩膜层上的光刻胶层；
步骤13，采用ICP刻蚀芯层，形成具有预设结构的所述微槽；
步骤14，去除上包层上的掩膜层；
步骤15，利用切割机将加工后的石英晶圆切成多个芯片，端面磨抛0°到90°之间的任意角度。
本发明与传统的方案相比较，具有以下优势：
1）灵敏度高，生物特异性强。修饰在微槽中的荧光识别材料只与特定的待测离子结合，发出荧光。
2）操作简单，测试速度快。该芯片可以同时检测多种待测物质，减少了测试时间，提高了检测效率。
3）集成度高，在一块芯片上能够检测多种待测物质。
本发明广泛应用于生物医学研究、食品检测、环境检测、生物战剂探测等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的俯视结构示意图。
图2是本发明的截面结构示意图。
图3是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底1、波导2和包层3，所述衬底1的材料为纯石英玻璃，所述波导2为掺Ge的二氧化硅；所述包层3的材料为掺B、P的二氧化硅。
包层3将波导2包裹在衬底1上，且在包层3上与波导2相对应的位置设置有微槽4，微槽4的宽度大于波导2的宽度，且在微槽4的内壁涂覆有待测离子物质荧光识别材料。
具体地，所述波导2为M×N型波导，且所述波导2的端面磨抛角度为0°到90°。在波导上间隔设置有若干微槽4，采用这种结构可同时检测多种待测物质，减少了测试时间，提高了检测效率。
为了确保能在波导和包层的临界面处发生全反射，并产生倏逝波，所述波导2的入射角大于等于临界角C，所述临界角C的计算公式为：
其中，n1为波导的折射率，n2为包层的折射率。
光波在波导中以全反射的形式传输，在波导2与包层3交界处产生倏逝波。在微槽4位置处，该倏逝波将激发微槽4表面上结合了待检测离子的荧光识别材料，使得荧光识别材料发出荧光，由光电探测器将荧光的光亮度转化为电信号，由于采集到的电信号与被测物质的浓度具有定量的关系，通过分析电信号的幅度可以得出被测物质的离子浓度，从而实现检测离子浓度的目的。
而为了实现上述检测功能，则基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，如图3所示，步骤如下：步骤1，将石英衬底清洗干净，所述衬底为石英晶圆。
步骤2，在石英衬底上采用PECVD工艺淀积波导芯层。
步骤3，对波导芯层进行高温退火处理，其中，退火温度为900-1100℃，退火时间为3-5小时。
步骤4，在波导芯层表面形成掩膜层。
所述掩模层为采用LPCVD淀积的多晶硅掩模层或采用磁控溅射生长的金属掩模层或光刻胶掩模层。
步骤5，在掩膜层上涂覆光刻胶，利用光刻工艺将光刻板上的图形转移到光刻胶上，形成具有预设图案的光掩膜。
步骤6，利用ICP刻蚀掩膜层，以形成硬掩膜层，然后采用ICP去除掩膜层上的光刻胶层。
步骤7，采用ICP刻蚀芯层，形成具有预设结构的所述波导芯层。
步骤8，去除芯层上的掩膜层。
利用湿法腐蚀去除引导芯层上的多晶硅掩模层或金属掩模层；利用ICP刻蚀去除引导芯层上的光刻胶掩模层。
步骤9，采用PECVD淀积掺硼、磷的上包层，然后对掺硼、磷的上包层做高温回流处理。
步骤10，在上包层表面形成掩膜层。
步骤11，在上包层上涂覆光刻胶，利用光刻工艺将套刻板上的图形转移到光刻胶上，形成具有预设图案的光掩膜。
步骤12，利用ICP刻蚀掩膜层，以形成硬掩膜层，然后采用ICP去除掩膜层上的光刻胶层。
步骤13，采用ICP刻蚀芯层，形成具有预设结构的所述微槽。
步骤14，去除上包层上的掩膜层。
步骤15，利用切割机将加工后的石英晶圆切成多个芯片，端面磨抛0°到90°之间的任意角度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，将石英衬底清洗干净，所述衬底为石英晶圆；
步骤2，在石英衬底上采用PECVD工艺淀积波导芯层；
步骤3，对波导芯层进行高温退火处理，其中，退火温度为900-1100℃，退火时间为3-5小时；
步骤4，在波导芯层表面形成掩膜层；
步骤5，在掩膜层上涂覆光刻胶，利用光刻工艺将光刻板上的图形转移到光刻胶上，形成具有预设图案的光掩膜；
步骤6，利用ICP刻蚀掩膜层，以形成硬掩膜层，然后采用ICP去除掩膜层上的光刻胶层；
步骤7，采用ICP刻蚀芯层，形成具有预设结构的所述波导芯层；
步骤8，去除芯层上的掩膜层；
步骤9，采用PECVD淀积掺硼、磷的上包层，然后对掺硼、磷的上包层做高温回流处理；
步骤10，在上包层表面形成掩膜层；
步骤11，在上包层上涂覆光刻胶，利用光刻工艺将套刻板上的图形转移到光刻胶上，形成具有预设图案的光掩膜；
步骤12，利用ICP刻蚀掩膜层，以形成硬掩膜层，然后采用ICP去除掩膜层上的光刻胶层；
步骤13，采用ICP刻蚀芯层，形成具有预设结构的微槽；
步骤14，去除上包层上的掩膜层；
步骤15，利用切割机将加工后的石英晶圆切成多个芯片，端面磨抛0°到90°之间的任意角度。
2.根据权利要求1所述的基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于：在步骤4中，所述掩膜层为采用LPCVD淀积的多晶硅掩膜层或采用磁控溅射生长的金属掩膜层或光刻胶掩膜层。
3.根据权利要求1所述的基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于：在步骤8中，利用湿法腐蚀去除引导芯层上的多晶硅掩膜层或金属掩膜层；利用ICP刻蚀去除引导芯层上的光刻胶掩膜层。
4.根据权利要求1所述的基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于：所述测试芯片包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底（1）、波导（2）和包层（3），包层（3）将波导（2）包裹在衬底（1）上，且在包层（3）上与波导（2）相对应的位置设置有微槽（4），微槽（4）的宽度大于波导（2）的宽度，且在微槽（4）的内壁涂覆有待测离子物质荧光识别材料；所述衬底（1）的材料为纯石英玻璃，所述波导（2）为掺Ge的二氧化硅；所述包层（3）的材料为掺B、P的二氧化硅。
5.根据权利要求4所述的基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于：所述波导（2）为M×N型波导，在波导的输出端上间隔设置有若干微槽（4）。
6.根据权利要求4所述的基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于：所述波导（2）的端面磨抛角度为0°到90°。
7.根据权利要求4所述的基于倏逝波的离子浓度测试芯片的制作方法，其特征在于：所述波导（2）的入射角大于等于临界角C，所述临界角C的计算公式为：
其中，n1为波导（2）的折射率，n2为包层（3）的折射率。
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