感测芯片制造技术

本发明专利技术公开一种感测芯片，包括：基板；以及多个纳米结构，周期性地排列于基板上，其中每一纳米结构包括：底金属层，位于基板上；中间介电层，位于底金属层上；以及顶金属层，位于中间介电层上；其中底金属层的面积大于顶金属层的面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及感测芯片，特别是涉及其纳米结构的形成方式。
技术介绍
在生医检测中，无论是食品安全或是癌症筛检，目前均以酵素免疫检测法(Enzyme-linkedimmunosorbentassay,ELISA)为主。现行ELISA技术虽具有高灵敏度的优点，但其所用的试剂组(ELISAkits)昂贵、检测步骤繁琐耗时，且需将目标待测物接上生物标签(如荧光分子)或接上酵素进行呈色反应，而荧光分子不但会干扰目标分子的活动，且大部分荧光分子会有光漂白(photobleaching)或荧光闪烁(blinking)的问题，造成ELISA法在低浓度量测时容易产生误差。局部化表面等离子体共振(LSPR)原理的芯片可达到免标定与快速检测的效果，其利用金属纳米结构的表面等离子体共振光谱。由于LSPR对于金属界面折射率变化很灵敏，可用于侦测吸附在结构表面数十纳米距离内的微量待测物(如抗原或抗体)。在LSPR中，金属纳米结构的表面等离子体共振光谱对环境折射率变化(即Δλ/Δn)是侦测灵敏度的关键因素。此外，当共振光谱的半高宽越窄，光谱的鉴别率(resolution)越高，也可提升侦测效果。式1为芯片质量因子的定义(FigureofMerit,FoM)。FigureofMerit(FoM)=ΔλΔn(nm/RIU)FWHM(nm)]]>(式1)与现有ELISA技术相比，LSPR技术是一种免荧光标定的检测方式，可缩短检测的流程与时间，也不会遇到二次抗体(含荧光分子)接枝的立体空间障碍问题。但目前LSPR芯片和ELISA法相比，其灵敏度尚嫌不足。主要原因除了一般表面等离子体共振光谱较宽外，对于待测物能否靠近纳米结构上的热点(hotspot)位置以产生有效的光谱偏移也是一大重点。
技术实现思路
目前亟需新的LSPR结构提升对待测物的灵敏度及提升光谱鉴别率(缩小共振波长的半高宽)，进而测得更低浓度的待测物。本专利技术一实施例提供感测芯片，包括：基板；以及多个纳米结构，周期性地排列于基板上，其中每一纳米结构包括：底金属层，位于基板上；中间介电层，位于底金属层上；以及顶金属层，位于中间介电层上；其中底金属层的面积大于顶金属层的面积。上述感测芯片使热点位置由基板处调高至待测物容易附着的顶金属层。上述感测芯片上的纳米结构周期，可使结构单元本身的共振模态(LSPRmode)与周期性结构提供的雷利异常模态(Rayleighanomaly)互相耦合产生菲诺共振模态(Fanoresonancemode)，以缩小共振峰的半高宽(FullWidthHalfMaximum,FWHM)，进而提升芯片的侦测极限。附图说明图1A至图1D为本专利技术一实施例中，感测芯片的制作工艺剖视图；图1E至图1G为本专利技术实施例中，纳米结构的剖视图；图2A至图2B为本专利技术实施例中，周期性排列的纳米结构的上视图；图3A至图3C为本专利技术实施例中，纳米结构的上视图；图4为本专利技术实施例中，采用修饰剂使待测物链接至纳米结构的顶金属层的示意图；图5A与图5B为本专利技术实施例中，纳米结构的剖视图；图6A与图6B为本专利技术实施例中，待测物于纳米结构上的仿真光谱的示意图；图7A与图7B为本专利技术实施例中，纳米结构的仿真表面等离子体共振光谱的示意图；图8为本专利技术实施例中，相同纳米结构于不同介质下的光谱变化的示意图；图9为本专利技术实施例中，相同介质中具有不同厚度的中间介电层的纳米结构其光谱变化的示意图；图10A与图10B为本专利技术实施例中，纳米结构的剖视图。符号说明P周期；1感测芯片；10基板；11光致抗蚀剂层；13开口；15底金属层；17中间介电层；19顶金属层；20纳米结构；41修饰剂；43待测物；61热点。具体实施方式图1A至图1D为本专利技术一实施例中，感测芯片1的制作工艺剖视图。如图1A所示，首先提供基板10，再形成光致抗蚀剂层11于基板10上。基板10可为介电材料如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Sapphire)、玻璃、或其他常见介电材料。基板10的折射率ns介于1.2至4.5之间。基板10的折射率ns与后述的纳米结构20的表面等离子体共振波长有关。若基板10的折射率ns过大，则表面等离子体共振波长红移到红外光范围，会导致光谱仪设备成本增加。接着如图1B所示，通过光掩模选择性地曝光光致抗蚀剂11，经过显影后形成图案化光致抗蚀剂层11形成周期性排列的开口13。光致抗蚀剂层11可为正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂，并采用对应的光掩模。调整制作工艺参数可让图案化后的光致抗蚀剂层11其开口13具有下宽上窄(底切)的形状，且开口13的侧壁可为曲面(见图1B)或平面(未图示)。接着如图1C所示，依序沉积底金属层15、中间介电层17、与顶金属层19于开口13中及光致抗蚀剂层11上。底金属层15可为金、银、铝、铬、铜、钛、或上述的合金。在本专利技术一实施例中，底金属层15与顶金属层19可为相同组成。在本专利技术一实施例中，底金属层15的厚度介于1nm至40nm之间。若底金属层15的厚度过薄，则不容易形成均匀的薄膜。若底金属层15的厚度过厚，则无法用剥离法(lift-offmethod)制作微结构。中间介电层17可为氧化铝、氧化硅、氮化硅、或上述的组合。在本专利技术一实施例中，中间介电层17的厚度介于1nm至10nm之间。若中间介电层17的厚度过薄，则不容易形成均匀的薄膜。若中间介电层17的厚度过厚，则底金属层与顶金属层的表面等离子体共振模态耦合效果差，而减损结构光谱的调控性。顶金属层19可为金、银、铝、铬、铜、钛、或上述的合金。在本专利技术一实施例中，顶金属层15的厚度介于2nm至40nm之间。若顶金属层15的厚度过薄，则不容易形成均匀的薄膜。若顶金属层15的厚度过厚，则无法用剥离法(lift-offmethod)制作微结构。接着如图1D所示，剥除光致抗蚀剂层11与沉积其上的材料，保留开口13中底金属层15、中间介电层17、与顶金属层19堆栈的纳米结构20。在本专利技术一实施例中，纳米结构20的宽度介于50nm至1000nm之间。若纳米结构20的宽度过小，则结构尺寸均匀性不易控制。若纳米结构20的宽度过大，则共振光谱落在红外光波长，造成光谱仪成本提升。在本专利技术一实施例中，纳米结构20的宽度大于或等于纳米结构20的高度(底金属层15、中间介电层17、与顶金属层19的总厚度)。若纳米结构20的高度大于纳米结构20的宽度，则高宽比过大造成制作工艺困难。由于光致抗蚀剂层11的开口13呈周期性排列，对应的纳米结构20也呈周期性排列，且周期P介于100nm至2000nm之间。若周期P过大，则对应的Rayleighananomy发生位置落在红外光范围。若周期P过小，则对应的Rayleighananomy发生位置落在紫外光范围且尺寸过小不容易制作。上述纳米结构20的周期性排列的上视图可为六角形排列如图2A所示，矩形排列如图2B所示、或其他合适的排列方式。此外，纳米结构20的上视形状可为圆形如图3A所示、方形如图3B所示、三角形如图3C所示、或其他合适的上视形状。周期性排列的纳米结构20的表面等离子体共振波长λLSP介于0.85ns×P至1.15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感测芯片，包括：基板；以及多个纳米结构，周期性地排列于该基板上，其中每一该些纳米结构包括：底金属层，位于该基板上；中间介电层，位于该底金属层上；以及顶金属层，位于该中间介电层上；其中该顶金属层的面积小于该底金属层的面积。

【技术特征摘要】
1.一种感测芯片，包括：基板；以及多个纳米结构，周期性地排列于该基板上，其中每一该些纳米结构包括：底金属层，位于该基板上；中间介电层，位于该底金属层上；以及顶金属层，位于该中间介电层上；其中该顶金属层的面积小于该底金属层的面积。2.如权利要求1所述的感测芯片，其中该些纳米结构具有一表面等离子体共振波长λLSP与排列的周期P，该基板具有一折射率ns，周期P介于100nm至2000nm之间，折射率ns介于1.2至4.5之间，且λLSP介于0.85ns×P至1.15ns×P之间。3.如权利要求1所述的感测芯片，其中该基板包括一介电材料。4.如权利要求1所述的感测芯片，其中该些纳米结构的周期性排列包括矩形排列或六边形排列。5.如权利要求1所述的感测芯片，其中该些纳米结构的上视形状包括圆形、方形、或三角形。6.如权利要求1所述的感测芯片，其中该些纳米结构的侧视...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鼎晸，陈怡萍，陈品诚，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71