CN111665289A - 一种测试器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种测试器件及其制备方法，测试器件包括：基底，以及在基底表面依次制备的加热电极、绝缘层以及测试电极；加热电极用于对测试电极加热，直至温度达到预设温度；测试电极用于在预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。将基底、加热电极、绝缘层以及测试电极集成为面积较小的芯片，不仅提高了温度控制能力，还缩小了测试器件的体积，降低功耗。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种测试器件及其制备方法。
背景技术
在生物检测等领域中，通常需要在预设温度下对待检测的生物液体等进行检测。然而，目前在对待检测的生物液体等进行加热时，采用的加热装置结构复杂、体积大，导致在检测消耗的功耗大，且温度控制能力差。
发明内容
本申请实施例提供一种测试器件及其制备方法，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种测试器件，包括：基底，以及在基底表面依次制备的加热电极、绝缘层以及测试电极；
加热电极用于对测试电极加热，直至温度达到预设温度；
测试电极用于在预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。
在一种实施方式中，基底包括：
衬底层，衬底层的中央开设有通孔，通孔所在的区域作为第一区域，衬底层表面剩余部分作为第二区域；
支撑层，支撑层制备于所衬底层上表面，且覆盖通孔；
其中，第二区域包括导电区，导电区暴露衬底层的上表面。
在一种实施方式中，加热电极包括：
制备于第一区域中支撑层表面的多个同心圆环；以及
制备于导电区上表面的导电极，导电极与各同心圆环连接。
在一种实施方式中，测试电极层包括：
工作电极，工作电极包括呈圆形的第一端，第一端与第一预设半径的同心圆环重叠；
辅助电极，辅助电极包括呈第一部分环形的第二端；
参比电极，参比电极包括呈第二部分环形的第三端；
第二端和第三端位于第二预设半径的同心圆环和第三预设半径的同心圆环之间，第一端用于与待测物质发生反应，并与第二端或第三端构成回路，输出测试信号。
在一种实施方式中，第一预设半径小于第二预设半径，且第二预设半径小于第三预设半径。
在一种实施方式中，工作电极包括金电极、银电极、铂电极和铅电极中的任一项；辅助电极包括铂电极或石墨电极；参比电极包括饱和甘汞电极、银电极、氯化银电极、可逆氢电极、汞电极、氧化汞电极和硫酸亚汞电极中的任一项。
在一种实施方式中，加热电极包括金电极，加热电极的厚度范围包括300nm-350nm。。
在一种实施方式中，绝缘层包括氮化硅层，绝缘层的厚度范围包括1000nm-1500nm。
在一种实施方式中，衬底层包括硅层，硅层的厚度范围包括450μm-550μm；
支撑层包括氧化硅层，支撑层的厚度范围包括1500nm-2000nm。
第二方面，本申请实施方式提供了一种测试器件制备方法，包括：
提供一衬底层，并在衬底层表面制备支撑层，得到基底；
利用第一掩膜板在基底表面蒸镀加热电极材料，得到加热电极；
在加热电极表面制备绝缘层，并利用第二掩膜板在绝缘层表面蒸镀测试电极材料，得到测试电极，以使测试电极在加热电极提供的预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。
在一种实施方式中，提供一衬底层，并在衬底层表面制备支撑层，得到基底，包括：
在衬底层的中央区域划分得到第一区域，剩余部分作为第二区域；
在衬底层上表面制备支撑层，并对第二区域对应的支撑层进行刻蚀，暴露衬底层的表面，形成导电区。
在一种实施方式中，还包括：
对第一区域进行刻蚀，保留覆盖于第一区域表面的支撑层。
在一种实施方式中，利用第一掩膜板在基底表面蒸镀加热电极材料，得到加热电极，包括：
利用第一掩膜板在第一区域对应的支撑层表面形成多个同心圆环，导电区的上表面形成导电极，各同心圆环与导电极连接，各同心圆环和导电极构成加热电极。
上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：将加热电极制备成薄膜状，所以基底、加热电极、绝缘层以及测试电极可以集成为一体，缩小了芯片的体积，提高了测试器件制备的效率，节省了成本和时间。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。
图1是根据本申请一实施例的一种测试器件的正视图；
图2是根据本申请一实施例的一种测试器件的俯视图；
图3是根据本申请一实施例的一种基底的结构示意图；
图4是根据本申请一实施例的一种绝缘层的结构示意图；
图5是根据本申请一实施例的一种加热电极的结构示意图；
图6是根据本申请一实施例的一种测试电极的结构示意图；
图7是根据本申请一实施例的一种测试器件制备方法的流程示意图；
图8是根据本申请一实施例的一种测试器件的侧视图。
附图标记
基底10、衬底层110、支撑层120、第一区域111、第二区域112、导电区113、绝缘层30；
加热电极20、同心圆环201、导电极202；
测试电极40、工作电极410、第一端411、辅助电极420、第二端421、参比电极430、第三端431。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，本实施方式提供了一种测试器件的正视图，如图2所示的测试器件的俯视图。
测试器件包括基底10，及在基底10表面依次制备的加热电极20、绝缘层30以及测试电极40；
加热电极20用于对测试电极40加热，直至温度达到预设温度；
测试电极40用于在预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。
一种示例中，为了避免基底10与加热电极20直接接触发生短路，基底10可以选用能够绝缘的材料，例如二氧化硅的基底10，或者可以选用能够导电的硅衬底，在硅衬底上表面形成绝缘层，来避免加热电极20与硅衬底之间直接接触导致短路。在基底10的表面形成加热电极20，加热电极20可以由金属导电材料制成，例如金、银、铜等。为了避免加热电极20和测试电极40之间直接接触导致短路，在加热电极20表面形成绝缘层30。在绝缘层30表面形成测试电极40。
根据不同的检测场景，例如，PCR(聚合酶链式反应)检测场景、核酸检验场景等，选用对应的测试电极40。例如，在生物检测或者微观环境下的电化学检测中，测试电极40可以是三电极等。加热电极20通电后持续升温，直至达到预设温度，来对测试电极40进行加热。在预设温度下，生物液体或微生物液体与测试电极40发生反应，生成测试信号。测试信号可以包括电流信号。不同的生物液体或微生物液体与测试电极40发生反应时所需要的温度不同，预测温度根据实际情况进行适应性调整。测试器件的应用范围包括但不局限于生物检测，也适合常规的电化学检测以及任何微观环境下的电化学测试。
本实施方式中，利用微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术来制备测试器件，将基底10、加热电极20、绝缘层30以及测试电极40集成为面积较小、体积较小的芯片。测试器件的面积范围可以包括5mm*5mm～10mm*10mm，厚度的范围可以包括10nm～20nm。由于加热电极20是平面薄膜式，不仅提高了温度控制能力，还缩小了测试器件的体积，降低功耗。
在一种实施方式中，如图3所示的测试器件的侧视图，基底10包括：
衬底层110，衬底层110的中央开设有通孔，通孔所在的区域作为第一区域111，衬底层表面剩余部分作为第二区域112；
支撑层120，支撑层120制备于所衬底层110上表面，且覆盖通孔；
其中，第二区域112包括导电区113，导电区113暴露衬底层110的上表面。
一种示例中，如图3为测试器件的侧视图，图4为衬底层的结构示意图，衬底层110可以为矩形的硅衬底层，在硅衬底层中心处开设有通孔。通孔的区域可以为第一区域111，剩余的部分为第二区域112。图5为支撑层的结构示意图，在通孔上形成有支撑层120，位于第一区域111的支撑层120起到支撑加热电极20的作用。在第二区域112的表面同样形成有支撑层120，第二区域的支撑层120能够防止加热电极20与硅衬底层直接接触导致短路。为了使加热电极20能够引入电流或电压，在第二区域112去掉部分支撑层120，形成导电区113。
在一种实施方式中，如图6所示，加热电极20包括：
制备于第一区域111中支撑层120表面的多个同心圆环201；以及
制备于导电区113上表面的导电极202，导电极202与各同心圆环201连接。
一种示例中，在第一区域111表面形成的支撑层120表面，可以围绕通孔的中心形成多个同心圆环201。且多个同心圆环201相互连接，可以看成是一条绕成多个同心圆环201的电阻丝，电阻丝的两端分别与导电极202连接。多个同心圆环202的材料可以为金属导电材料，例如，金。由于导电区114表面暴露有硅衬底层，所以在导电区113上表面形成导电极202，导电极202的材料可以与圆环的材料相同。
本实施方式中，多个同心圆环201在通入电流后，产生对测试电极40加热的温度，能够均匀加热，准确控制待测物质与测试电极40反应的温度，提高了测试准确性。又由于加热电极20制备在支撑层120的薄膜表面，有效减小了测试器件的体积。
在一种实施方式中，如图7所示，测试电极层40包括：
工作电极410，工作电极410包括呈圆形的第一端411，第一端411与第一预设半径的同心圆环201重叠；
辅助电极420，辅助电极420包括呈第一部分环形的第二端421；
参比电极430，参比电极430包括呈第二部分环形的第三端431；
第二端421和第三端431位于第二预设半径的同心圆环201和第三预设半径的同心圆环201之间，第一端411用于与待测物质发生反应，并与第二端421或第三端431构成回路，输出测试信号。
一种示例中，在生化检测中，测试电极40可以是三电极，由工作电极410、参比电极430、辅助电极420组成。将工作电极410、参比电极430、辅助电极420制备于同一平面，减轻浓差极化，增加电极灵敏度与可靠性。
由于工作电极410的第一端411、辅助电极420的第二端421以及参比电极430的第三端431均与同心圆环重叠，即位于第一区域111，所以在第一区域111滴上生物液体后，生物液体覆盖第一端411、第二端421和第三端431，使得工作电极410和参比电极形成测量回路，工作电极410和辅助电极420形成极化回路。生物液体在工作电极410的第一端411产生化学反应，在测量回路中，测试工作电极410上发生的电化学反应过程，此电路中无极化电流流过，只有极小的测量电流(测试信号)。在极化回路中有极化电流，可对极化电流进行测量和控制，极化回路起到传输电子形成回路的作用。
在一种实施方式中，第一预设半径小于第二预设半径，且第二预设半径小于第三预设半径。
在一种实施方式中，工作电极410包括金电极、银电极、铂电极和铅电极中的任一项；辅助电极420包括铂电极或石墨电极；参比电极430包括饱和甘汞电极、银电极、氯化银电极、可逆氢电极、汞电极、氧化汞电极和硫酸亚汞电极中的任一项。
一种示例中，工作电极410为黄金电极，可以在其表面进行电极修饰，比如通过修饰多孔黄金来提高电极检测灵敏度，以及通过修饰生物蛋白酶实现针对特定分子的生化检测。
在一种实施方式中，加热电极20包括金电极，加热电极的厚度范围包括300nm-350nm。
一种示例中，加热电极20包括但不限于金电极，还可以是银电极等其它低电阻率材料制成的电极，均在本实施方式的保护范围内。
在一种实施方式中，绝缘层30包括氮化硅层，绝缘层的厚度范围包括1000nm-1500nm。
一种示例中，绝缘层30的材料包括但不限于氮化硅，支撑层120的材料包括但不限于氧化硅，还可以是其他类型的绝缘材料，例如，二氧化硅等。
在一种实施方式中，衬底层包括硅层，硅层的厚度范围包括450μm-550μm；
支撑层包括氧化硅层，支撑层的厚度范围包括1500nm-2000nm。
如图8所示，本实施方式提供一种测试器件制备方法，包括如下步骤：
S110：提供一衬底层，并在衬底层表面制备支撑层，得到基底；
S120：利用第一掩膜板在基底表面蒸镀加热电极材料，得到加热电极；
S130：在加热电极表面制备绝缘层，并利用第二掩膜板在绝缘层表面蒸镀测试电极材料，得到测试电极，以使测试电极在加热电极提供的预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。
在一种实施方式中，步骤S110包括：
S111：在衬底层的中央区域划分得到第一区域，剩余部分作为第二区域；
S112：在衬底层上表面制备支撑层，并对第二区域对应的支撑层进行刻蚀，暴露衬底层的表面，形成导电区。
在一种实施方式中，制备测试电极之后，还包括：
S140：对第一区域进行刻蚀，保留覆盖于第一区域表面的支撑层。
在一种实施方式中，S120包括：
S121：利用第一掩膜板在第一区域对应的支撑层表面形成多个同心圆环，导电区的上表面形成导电极，各同心圆环与导电极连接，各同心圆环和导电极构成加热电极。
本实施方式中，在制备的过程中，可以将基底、加热电极、绝缘层以及测试电极一次性集成较大面积，然后根据实际需要切割成较小的面积，形成多次测试器件。提高了测试器件制备的效率，节省了成本和时间。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。
Claims (13)
1.一种测试器件，其特征在于，包括：基底，以及在所述基底表面依次制备的加热电极、绝缘层以及测试电极；
所述加热电极用于对所述测试电极加热，直至温度达到预设温度；
所述测试电极用于在所述预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述基底包括：
衬底层，所述衬底层的中央开设有通孔，所述通孔所在的区域作为第一区域，所述衬底层表面剩余部分作为第二区域；
支撑层，所述支撑层制备于所衬底层上表面，且覆盖所述通孔；
其中，所述第二区域包括导电区，所述导电区暴露所述衬底层的上表面。
3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述加热电极包括：
制备于所述第一区域中所述支撑层表面的多个同心圆环；以及
制备于所述导电区上表面的导电极，所述导电极与各所述同心圆环连接。
4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述测试电极层包括：
工作电极，所述工作电极包括呈圆形的第一端，所述第一端与第一预设半径的同心圆环重叠；
辅助电极，所述辅助电极包括呈第一部分环形的第二端；
参比电极，所述参比电极包括呈第二部分环形的第三端；
所述第二端和所述第三端位于所述第二预设半径的同心圆环和所述第三预设半径的同心圆环之间，所述第一端用于与所述待测物质发生反应，并与所述第二端或所述第三端构成回路，输出所述测试信号。
5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，所述第一预设半径小于所述第二预设半径，且所述第二预设半径小于所述第三预设半径。
6.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，所述工作电极包括金电极、银电极、铂电极和铅电极中的任一项；所述辅助电极包括铂电极或石墨电极；所述参比电极包括饱和甘汞电极、银电极、氯化银电极、可逆氢电极、汞电极、氧化汞电极和硫酸亚汞电极中的任一项。
7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述加热电极包括金电极，所述加热电极的厚度范围包括300nm-350nm。
8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述绝缘层包括氮化硅层，所述绝缘层的厚度范围包括1000nm-1500nm。
9.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述衬底层包括硅层，所述硅层的厚度范围包括450μm-550μm；
所述支撑层包括氧化硅层，所述支撑层的厚度范围包括1500nm-2000nm。
10.一种测试器件制备方法，其特征在于，包括：
提供一衬底层，并在所述衬底层表面制备支撑层，得到基底；
利用第一掩膜板在所述基底表面蒸镀加热电极材料，得到加热电极；
在所述加热电极表面制备绝缘层，并利用第二掩膜板在所述绝缘层表面蒸镀测试电极材料，得到测试电极，以使所述测试电极在所述加热电极提供的预设温度下与待测物质发生反应，生成测试信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，提供一衬底层，并在所述衬底层表面制备支撑层，得到基底，包括：
在所述衬底层的中央区域划分得到第一区域，剩余部分作为第二区域；
在所述衬底层上表面制备所述支撑层，并对所述第二区域对应的支撑层进行刻蚀，暴露所述衬底层的表面，形成导电区。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述第一区域进行刻蚀，保留覆盖于所述第一区域表面的所述支撑层。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，利用第一掩膜板在所述基底表面蒸镀加热电极材料，得到加热电极，包括：
利用所述第一掩膜板在所述第一区域对应的支撑层表面形成多个同心圆环，所述导电区的上表面形成所述导电极，各所述同心圆环与所述导电极连接，各所述同心圆环和所述导电极构成所述加热电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010445263.9A CN111665289A (zh) | 2020-05-24 | 2020-05-24 | 一种测试器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111665289A true CN111665289A (zh) | 2020-09-15 |
Family
ID=72384424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010445263.9A Withdrawn CN111665289A (zh) | 2020-05-24 | 2020-05-24 | 一种测试器件及其制备方法 |
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN111665289A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112268938A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-26 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种NOx气体传感器 |
| CN114191933A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-18 | 安徽华塑股份有限公司 | 一种石灰窑二氧化碳捕集系统 |
-
2020
- 2020-05-24 CN CN202010445263.9A patent/CN111665289A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112268938A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-26 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种NOx气体传感器 |
| CN112268938B (zh) * | 2020-10-21 | 2023-08-15 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种NOx气体传感器 |
| CN114191933A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-18 | 安徽华塑股份有限公司 | 一种石灰窑二氧化碳捕集系统 |
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