生物芯片高效点样微悬臂梁探针的微细加工

生物芯片技术是 90年代初发展起来的一门新兴技术 ,将给 2 1世纪生命科学和医学研究带来一场革命。其中生物芯片中的微阵列分析最为关键 ,尤其受到人们的关注和研究。微阵列形成主要由各种探针接触式点样而得的。微机电系统(MEMS)的兴起和发展为点样探针的制备提供了简单而有效的微细加工技术。介绍了基于MEMS技术的SiO2 基微悬臂梁探针的设计和制备 ,并用这种探针进行Cy3标记链亲和素点样。结果表明这种微悬臂梁探针可以点样 2～ 3μm的样点 ,并且一次取样可以点样至少 30 0 0个点 ,从而实现高价生物微阵列点样。

MEMS悬臂梁探针的结构与材料研究

针对当前晶圆测试探针常用的两种金属材料镍和钨,采用COMSOL多物理场仿真软件对微机电系统(MEMS)悬臂梁探针在承受20 mN测试力时,悬臂梁结构的最大应力和针尖位移进行分析。仿真结果表明:两种材料悬臂梁结构的最大应力都发生在靠近悬臂梁固支端的表面,大小基本相同。但镍探针位移要明显大于钨探针。在此结果的基础上,对梁结构进行改进,又提出了一种新型的梯形悬臂梁结构,在承受相同测试力时,针尖位移增加20%。利用这一结构,在保证力学性能的同时,可以缩小悬臂梁尺寸,以满足更为密集管脚芯片的测试需求。

微悬臂梁法向弹性系数的标定方法与分析

微机械加工制造的微悬臂梁/探针在科学研究和工业生产中有着重要的应用,作为原子力显微镜中的关键核心组件,微悬臂/探针结构在许多领域如表面特性研究和微加工等领域扮演着重要的角色.目前,尤其在生物、化学、和危险物品的检测上已经成为一个重要的平台.除了尺度测量外,当人们对表面力和原子间的相互作用力需要更准确和绝对的数值时,需要对微悬臂的弹性系数进行准确的标定,弹性系数的测量精度影响测量力学量的最终结果.本文对目前发展起来的几种标定方法,如参考悬臂梁的标定方法、悬臂梁的共振法和悬臂梁的热噪声振动法,从原理上和试验上进行总结和分析,对相应测试方法和影响测试精度的相关因素进行评述.

硅基纳机电探针及其敏感和执行特性

阐述了集成纳机电探针实现超高密度存储的工作原理 ,并对所设计的结构进行了力学理论计算和有限元模拟 .采用硅基微纳机械加工工艺 ,将压阻敏感器和电热纳米针尖一体集成到硅悬臂梁上 ,实现器件制作 .对加热电阻进行温度标定 ,得到了加热电阻与温度间二次关系曲线 .在此基础上对器件进行微秒级瞬态电热特性分析和测试 ,测试结果与理论计算结果和有限元模拟结果都有较好的吻合 .测试结果表明在 4 V脉冲电压下 ,加热时间为 3μs时 ,针尖温度达到 4 6 3.1 5 K,相应的加热电阻的降温时间常数为 6 .2 μs,数据写入速度达到近百 k Hz.悬臂梁上的压阻器件敏感度 (电阻相对变化 )在 2× 1 0 - 7N预力作用针尖处时 ,达到了 5 .4 1× 1 0 - 4,满足纳米数据坑读出灵敏度的要求 .

AFM力传感器微机械加工技术的研究

本文介绍了力传感器微机械加工工艺路线，对ＫＯＨ腐蚀硅的硅膜厚度控制进行了实验研究，以ＳＩＯ２为掩膜，ＳＦ６刻蚀硅，实现了悬臂梁探针一次成形，并用湿法腐蚀对探针进行初步锐化，针尖半径约５０ｎｍ。

原子力显微镜（AFM）力传感器及其固有频率的测试

由悬臂梁与探针集成件（Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｔｙｌｕｓ）组成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件，固有频率（ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）是悬臂梁与探针集成件的一个重要技术指标，本文介绍了对力传感器的要求、力传感器的设计、检测力传感器的方法，着重介绍了一种采用光学象散原理组成的传感器的固有频率测试系统与方法。

原子力显微镜的力传感器

原子力显微镜已成为人们观测和研究物体微观世界的强有力工具，由悬臂梁与探针集成件（Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｔｙｌｕｓ）组成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件，它的结构和性能直接影响原子力显微镜的性能、测量分辨率和测试图象质量。本文着重介绍了原子力显微镜基本工作原理、对力传感器的要求、力传感器的结构和设计、力传感器的微机械加工以及其主要性能测试等问题。

原子力显微镜探针耦合变形下的微观扫描力研究

原子力显微镜 (AFM)的微探针系统是典型的微机械构件 ,它在接触扫描过程处于耦合变形状态 .采用数值模拟方法探究恒力模式下探针耦合变形对微观扫描力信号、微观形貌信号的影响 .研究表明 ,AFM的恒力模式扫描中 ,法向扫描力并不是恒定大小 ,与轴向扫描力存在耦合作用 ,在粗糙峰峰值增加阶段 ,二力均增加 ;在粗糙峰峰值减小阶段 ,二力均减小 ;该耦合作用随形貌坡度、针尖长度等增加而加强 .微观形貌的测试信号和横向扫描侧向力信号受探针耦合变形影响较小 ,但侧向力与形貌斜率密切相关 ,且其极值点与形貌极值点存在位置偏差 。