基于微细加工技术的高精度荧光检测生物芯片

荧光检测生物芯片在生命科学研究及诸多相关领域已经得到了广泛应用。利用荧光修饰核酸探针可以在液相态中检测到c-fos mRNA致癌基因信息或病毒性核糖核酸(RNA)。通过微细加工技术分别制造了变深度微沟道和变宽度微沟道,目的是找到微生物荧光检测芯片中的最佳检测宽度和深度,并对检测装置中光学滤波片进行了优化。芯片采用最优尺寸和装置采用优化过的荧光滤波片,不仅大幅缩短了检测时间,节省了荧光探针试剂,而且还提高了芯片荧光检测灵敏度。实验结果表明:当荧光检测系统的微沟道深度为500μm、宽度为200μm,并使用(480±15)nm的带通滤波片时,荧光修饰核酸探针的探测灵敏度从通常的20 fmol(即2×10-14 mol)减低到50 amol(即5×10-17 mol),提高了约400倍,大大提高了系统的检测精度。

微针采血与离子浓度检测一体化装置的研制

随着生物医学MEMS技术的不断发展,医疗设备正趋于小型化、便携化和集成化.研制了一种集无痛微针采血及离子浓度测量于一体的微检测系统.该系统主要由无痛采血装置和离子浓度测量系统组成.其中无痛采血用的微针阵列制备工艺是采用X射线移动光刻技术和固定光刻技术,在5 mm×5 mm×2 mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄片上制备100根高度800μm、孔径50μm的空心微针阵列;离子浓度测量系统是通过离子选择性膜(ISM)和离子选择性场效应晶体管(ISFET)电路来检测Na^+、K^+和Cl^-浓度.该系统具有无痛微量采血,Na^+、K^+和Cl^-浓度快速检测,以及对皮肤与血管损伤较轻微的特点.

微压电复合材料超声波探测器的制备及应用

基于微细加工工艺,设计并制备了一种指向性良好的压电复合材料的超声波探测器。该探测器由压电振子、阻尼器、中继板和特高频(UHF)连接器构成。压电振子由4×4个(80μm×80μm×130μm)(长×宽×高)的锆钛酸铅(PZT)压电柱状阵列及阵列缝隙填充环氧树脂而构成。当压电振子施加高频交流电压时,柱状PZT阵列产生纵向伸缩运动,从而产生超声波并向介质辐射。作为填充材料的环氧树脂,能够吸收掉因柱状PZT阵列其他方向振动而引起的噪声,使探测器在纵向上能产生指向性良好的超声波,从而提高了该探测器的灵敏度。测试结果表明,该微压电探测器指向性好,灵敏度高,精度高和抗干扰性好,可应用在泥沙的含水量测量中。

基于同步辐射光刻的多层微纳结构制造(英文)

高分子材料,如甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA),由于其价格相对低廉和容易加工,在集成电路和MEMS研究中受到广泛的关注.本文提出了一种基于PMMA基板的多层同步辐射光刻技术,用于制作微驱动器等有移动部件的设备.设计的多层结构包括140个单元的叉指平行电容器,每个电容器的间隔是2,μm,最小尺寸是4,μm,厚度是200,μm,故深宽比达到50∶1.该制造方法具有高深宽比、高产出率及成本低等优点.

基于同步辐射光刻的三维微细加工方法

同步辐射光刻的三维聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)微结构制造对X射线光刻掩膜板的吸收体形状和PMMA所吸收的X射线能量分布有直接影响,即三维PMMA微结构形状取决于X射线光刻掩膜板的吸收体形状。如果不对X射线光刻掩膜板进行补偿,在被曝光的结构中可观察到结构侧面的变形。研究了引起这种结构侧面变形的各种原因并提出X射线剂量对刻蚀深度非线性曲线是最直接的原因。基于X射线光刻掩膜板图形形状和实际制造的三维PMMA微结构的误差,X射线光刻掩膜板从双直角三角形变为双半圆图形使得微注射针阵列的强度得到增强。为了量化实际制造的三维PMMA微结构的误差,给出了X射线吸收能量分布与微结构的结构形状数据。

基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90°,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm×10 mm的30×30个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248μm、厚度约82μm。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。

基于共晶键合与对准切割的压电材料微细加工

高硬度陶瓷材料的微加工一直是微细加工的难题。为了解决此难题,采用金膜为中间层的硅-锆钛酸铅(Si-PZT)共晶键合工艺和带进刀标记的PZT压电陶瓷的切割加工,制备出块状PZT微结构。实验结果表明,当金膜厚为1μm时,Si-PZT的共晶键合强度可达20 MPa以上。这个强度可为PZT材料的切割加工和应用提供有力保障。Si-PZT共晶键合与PZT的对准切割加工结合的方法可在微细领域加工PZT等超硬材料,为加工PZT微结构阵列提供一种新途径。

基于准分子激光的X光掩膜板与压电陶瓷加工

随着元器件的微型化、精密化发展,对快速微细加工提出了巨大需求。基于准分子激光微细加工技术,以串行加工方式加工了X光掩膜板图形结构和压电陶瓷(PZT)微结构。研究了波长为248 nm KrF准分子激光微细加工技术的最优加工条件,获得了高质量的X光光刻用的掩膜板和PZT微结构。基于X光掩膜板,采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为光刻胶进行X光光刻,获得了高深宽比的六角形蜂窝微结构。通过输入不同的加工参数来激光加工PZT基板,获得了加工参数与PZT基板加工深度的关系。通过对加工好的PZT微结构和六角形蜂窝微结构的测试,结果表明利用准分子激光器可实现快速微细加工的目的。

基于X光光刻的亚波长光栅

描述了一种新的亚波长光栅的微细加工技术,即X光光刻得到相应的亚微米级的线宽图形,再利用显影技术获得了高深宽比的立体亚波长光栅.用此纳米加工技术获得了栅距为500 nm、250 nm、150 nm,光栅高度为1900nm的特殊纳米光栅模具,开发了纳米无反射结构,并研制成功了亚波长光栅.该亚微米线宽微细加工技术可用于布拉格光栅、DVD读写头、无反射表面等需要亚微米结构的器件中.

共晶键合与减薄技术的压电能量采集器（英文）

采用微硅-锆钛酸铅(Si-PZT)悬臂梁结构并在悬臂梁末端附加镍质量块,构成可以工作于低频环境(小于1 000Hz)的微压电能量采集器,一种利用压电效应将环境振动能转换为电能的器件。利用金薄膜作为中间层的共晶键合技术和PZT研磨减薄技术制备了微压电悬臂梁结构,PZT减薄实验最好结果为减薄至8μm。镍质量块(2mm×2mm×0.6mm)采用微电铸工艺制备。通过对硅片与块材PZT的共晶键合工艺与PZT减薄技术的研究,制备出总厚度约为71μm的Si-PZT悬臂梁结构,其中硅梁厚约为47μm,PZT梁厚约为24μm。制备的微压电振动能量采集器样品的测试结果表明:在谐振频率为950 Hz,1.0g加速度激励条件下,其交流输出峰值电压可达958mV。

用X光光刻法制备亚波长抗反射结构

为了提高太阳电池的转换效果,降低反射光栅的偏振敏感性,开发了一种新的抗反射结构的微细加工技术。首先用X光光刻在PMMA光刻胶上得到相应的亚微米级的线宽图形,再利用显影技术获得了高深宽比的立体亚波长纳米结构,即抗反射结构。设计了适用于可见光波段的二维亚波长抗反射光栅,用X光光刻制作工艺在硅衬底上进行了实验制备。用此纳米加工技术获得了线宽为150 nm、高度约为450 nm(即深宽比为3.0)的PMMA减反射结构。同时还优化了曝光近接间隔、曝光剂量、显影时间等X光光刻参数。

基于声表面波驱动器的液体单方向驱动

设计了一种浮动电极型单向换能器(FEUDT)结构,用于激发单向声表面波(SAW),从而实现液体的单向驱动。通过对FEUDT结构模型的阻抗分析与SAW传播分析,获得了SAW驱动器的谐振频率、最佳驱动频率和最优指条宽度。利用剥离工艺,在128°旋转Y切向X方向传播的铌酸锂基板上,制作了周期为80μm、指条对数为40对、指条金属层厚度为1μm、指条宽度为7.3μm的FEUDT型SAW驱动器。搭建了SAW驱动器的驱动系统,实现了液体在器件表面上单向驱动。实验结果表明:FEUDT型SAW驱动器在驱动功率为4 W、驱动频率为48.8 MHz的电信号激励下,液滴在SAW驱动器表面上的驱动速度可达50 mm/s;在驱动功率为6.2 W、驱动频率为48.8 MHz的电信号激励下,液体在微流道中的驱动速度约为20 mm/s。

基于同步辐射光刻工艺和电铸工艺的金属纳米光栅模具制备

随着微电子技术的发展,有必要研究在基板上制备高深宽比并拥有垂直侧壁的微纳结构。基于X射线可以制备高质量的纳米母光栅,利用精密纳米电铸技术从母光栅中复制出高质量的微纳金属光栅模具。研究了一种高深宽比的金属镍光栅模具的制备技术。基于同步辐射光刻技术,在硅基板上制备线宽分别为0.25,0.5,1μm,高2.0μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光栅。利用精密电铸技术,得到线宽分别为0.25,0.5,1μm的金属镍纳米光栅模具,1μm的金属光栅深宽比达1.5。为了获得高质量的PMMA纳米光栅母模,使用了粘接剂,克服了光栅倒伏的缺陷,优化曝光参数,消除了结构底部出现的多余的小三角形结构。