基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法技术

技术编号:18459900 阅读:22 留言:0更新日期:2018-07-18 13:08
本发明专利技术公开了一种基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,包括以下步骤:S1、清洗SOI样品;S2、将SOI样品放置在170~200℃温度的恒温箱中烘2~5min;S3、采用旋涂的方式在样品上涂覆光刻胶;S4、将样品放置在170~200℃温度的恒温箱中烘10~15min;S5、对样品进行电子束曝光,曝光图形为一维光子晶体耦合微环谐振腔结构;S6、对曝光处理后的样品依次进行显影、定影操作;S7、采用ICP对样品进行刻蚀操作;S8、对样品采用Piranha溶液清洗后,使用DI水冲洗,再采用HF溶液清洗,最后用DI水冲洗。本发明专利技术的制备方法制作的光学生物传感器具有灵敏度高、探测极限小、易于集成等特性,对设备要求简单,工艺上容易实现,适合大量生产。

Fabrication of optical biosensors based on one dimensional photonic crystal coupled Microcavity

The invention discloses an optical biological sensor preparation method based on one dimensional photonic crystal coupled microcavity, which includes the following steps: S1, cleaning SOI samples; S2, baking SOI samples in a thermostat at 170~200 centigrade temperature for 2 to 5min; S3, applying the photoresist on the sample with spin coating; S4, placing the sample in 170. In the thermostat of 200 centigrade temperature 10 ~ 15min; S5, the sample is exposed to electron beam, the exposure pattern is a one-dimensional photonic crystal coupled microring resonator structure; S6, the samples after exposure processing are developed and fixed in turn; S7, using ICP to perform etching; S8, cleaning the samples by Piranha solution Then rinse with DI water, then rinse with HF solution and rinse with DI water. The optical biosensor made by the method of preparation of the invention has the characteristics of high sensitivity, small detection limit, easy integration and so on. It has simple requirements for equipment, easy to realize in technology and suitable for a large amount of production.

【技术实现步骤摘要】
基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法
本专利技术属于光学生物传感
,特别涉及一种基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法。
技术介绍
目前得到应用的生物传感器有其探测机制而言有电化学生物传感器、光学生物传感器、热生物传感器、半导体生物传感器、电导/阻抗生物传感器和声波生物传感器等。其中,光学生物传感器具有无损操作模式、抗电磁干扰、高灵敏度、高速信号产生、高速读取速率等优点,具有非常广阔的前景,受到越来越广泛的关注。SOI光学生物传感器是本领域的研究热点,从现有的基于SOI的光学生物传感器来看,大多采用了倏逝波探测原理,即周围媒介的折射率或浓度的改变会导致波导有效折射率的改变,而有效折射率的改变会导致光谱的移动。用光电探测器检测光谱的移动即可得知被测物质的浓度或折射率信息。为了得到性能优异的SOI生物传感器,制备方案变得尤为关键。SOI光学生物传感器的实验制备主要有湿法刻蚀和干法刻蚀两种。其中湿法刻蚀是通过掩模板遮挡,使腐蚀溶液只对暴露在外的样品部分进行刻蚀,正是通过这种选择性刻蚀,最终形成所需要的传感器结构。在湿法刻蚀过程中,由于被刻蚀样品和刻蚀溶液的反应受诸多因素的影响,使得刻蚀过程不易控制,而且横向刻蚀的宽度都接近于垂直刻蚀的深度。因此,图形刻蚀保真不理想,刻蚀图形的最小线宽难以控制。对于干法刻蚀而言,最常用的方法为等离子体刻蚀(PlasmaEtching)。相较于湿法刻蚀,这种方法刻蚀速率偏低,但是却能对刻蚀过程达到很好的控制。此外,对于光波导的侧壁,其垂直程度会得到一定程度的改善。因此,如何用优异的工艺制备一种灵敏度高、探测极限小、易于集成的高性能生物传感器成为新的研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,首先通过清洗去除SOI表面的附着物、氧化物和有机物并烘干,然后采用旋涂的方式在预烘处理后的样品上涂覆光刻胶并烘干,再进行一维光子晶体耦合微腔的电子束曝光并显定影,最后通过ICP对样品进行刻蚀并清洗,得到一种灵敏度高、探测极限小、易于集成。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,包括以下步骤:S1、预处理,清洗SOI样品;S2、预烘,将经过预处理的SOI样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘2~5min,再冷却至室温;S3、涂胶,采用旋涂的方式在预烘处理后的样品上涂覆光刻胶;S4、后烘,将涂胶后的样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘10~15min,再冷却至室温;S5、曝光,对后烘处理后的样品进行电子束曝光,曝光图形为一维光子晶体耦合微环谐振腔结构;S6、显影、定影,对曝光处理后的样品依次进行显影、定影操作,再用IPA溶液进行清洗;S7、刻蚀,采用ICP(InductivelyCoupledPlasma感应耦合等离子体)对显影定影处理后的样品进行刻蚀操作;S8、后处理,对刻蚀处理后的样品先采用Piranha溶液清洗后,然后使用DI水冲洗,再采用HF溶液进行清洗,最后用DI水冲洗。进一步地,所述步骤S1具体包括以下子步骤:S11、将用氮气吹过后的SOI样品放入丙酮溶液中,采用超声波清洗5~10min后进行干燥处理,采用丙酮溶液并超声波清洗是为了除去SOI表面的附着物;S12、将经步骤S11处理后的SOI样品放入Piranha溶液中清洗10~15min,用DI水冲洗,进行干燥处理;所述Piranha溶液是在150℃条件下,将H2SO4与H2O2按3:1的比例混合而成,采用Piranha溶液是为了去除除去SOI表面的有机物;S13、将经步骤S12处理后的SOI样品放入HF溶液中清洗15~20s,去除SOI表面的氧化物,用DI水冲洗后进行干燥处理;进一步地,所述步骤S11、S12、S13中干燥处理均为采用氮气进行干燥。进一步地,所述步骤S3具体实现方法为:先在1000~1500rpm的转速下旋涂4~6s,然后在2000~3000rpm的转速下旋涂1~1.5min,在旋涂的过程中使用氮气吹吸SOI样品。所述光刻胶为正性电子束抗蚀剂ZEP520A。进一步地,所述步骤S6中具体实现方法为:将曝光后的样品在ZED-N50溶剂中显影1~1.5min,然后用MIBK进行定影,定影时间为30~60s。进一步地,所述步骤S7中刻蚀深度为200~300nm,使用的刻蚀气体为SF6/C4F8。进一步地,所述步骤S8中,使用Piranha溶液清洗10~15min,使用HF溶液进行清洗15~20s。本专利技术的有益效果是:本专利技术首先通过清洗去除SOI表面的附着物、氧化物和有机物并烘干,然后采用旋涂的方式在预烘处理后的样品上涂覆光刻胶并烘干,再进行一维光子晶体耦合微腔的电子束曝光并显定影,最后通过ICP对样品进行刻蚀并清洗,得到一种基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器,采用本专利技术的制备方法制作的光学生物传感器具有灵敏度高、探测极限小、易于集成等特性,有助于提升光学生物传感器的传感性能。本专利技术的制备方法对设备要求简单,工艺上容易实现,能够降低制作光学生物传感器的制作成本,适合大量生产。附图说明图1为本专利技术的基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法的流程图;图2为本专利技术使用的SOI样品结构示意图;图3为本专利技术的基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器结构示意图一;图4为本专利技术的基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器结构示意图二;附图标记说明:21、硅基底;22、氧化硅层;23、硅波导层;31、输入输出直波导;32、输出直波导;33、耦合点;34、微环谐振腔;401~402、433~434、均匀圆孔;403~432、非均匀圆孔。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。如图1所示,基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,包括以下步骤:S1、预处理,清洗SOI样品;S2、预烘,将经过预处理的SOI样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘2~5min,再冷却至室温;S3、涂胶,采用旋涂的方式在预烘处理后的样品上涂覆光刻胶;S4、后烘,将涂胶后的样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘10~15min,再冷却至室温;S5、曝光,对后烘处理后的样品进行电子束曝光,曝光图形为一维光子晶体耦合微环谐振腔结构;S6、显影、定影,对曝光处理后的样品依次进行显影、定影操作,再用IPA溶液进行清洗;S7、刻蚀,采用ICP对显影定影处理后的样品进行刻蚀操作;S8、后处理,对刻蚀处理后的样品先采用Piranha溶液清洗后,然后使用DI水冲洗,再采用HF溶液进行清洗,最后用DI水冲洗。如图2所示,本专利技术采用的SOI样品由下层硅基底21、中间氧化硅层22和上层硅波导层23构成。如图3所示,为采用本专利技术制备的基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器,包括一个输入输出直波导31,输出直波导32和一个硅基微环谐振腔34。输入输出直波导31、输出直波导32与微环谐振腔34耦合构成一维光子晶体耦合微腔。输入输出直波导31上刻蚀有若干个非均匀圆孔和若干均匀圆孔。非均匀圆孔区域和均匀圆孔区域关于输入输出直波导31与硅基微环谐振腔的耦合点33呈中心对称分布。非均匀圆孔本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、预处理,清洗SOI样品;S2、预烘,将经过预处理的SOI样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘2~5min,再冷却至室温;S3、涂胶,采用旋涂的方式在预烘处理后的样品上涂覆光刻胶;S4、后烘,将涂胶后的样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘10~15min,再冷却至室温;S5、曝光,对后烘处理后的样品进行电子束曝光,曝光图形为一维光子晶体耦合微环谐振腔结构;S6、显影、定影,对曝光处理后的样品依次进行显影、定影操作,再用IPA溶液进行清洗;S7、刻蚀,采用ICP对显影定影处理后的样品进行刻蚀操作;S8、后处理,对刻蚀处理后的样品先采用Piranha溶液清洗后,然后使用DI水冲洗,再采用HF溶液进行清洗,最后用DI水冲洗。

【技术特征摘要】
1.基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、预处理,清洗SOI样品;S2、预烘,将经过预处理的SOI样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘2~5min,再冷却至室温;S3、涂胶,采用旋涂的方式在预烘处理后的样品上涂覆光刻胶;S4、后烘,将涂胶后的样品放置在在170~200℃温度的恒温箱中烘10~15min,再冷却至室温;S5、曝光,对后烘处理后的样品进行电子束曝光,曝光图形为一维光子晶体耦合微环谐振腔结构;S6、显影、定影,对曝光处理后的样品依次进行显影、定影操作,再用IPA溶液进行清洗;S7、刻蚀,采用ICP对显影定影处理后的样品进行刻蚀操作;S8、后处理,对刻蚀处理后的样品先采用Piranha溶液清洗后,然后使用DI水冲洗,再采用HF溶液进行清洗,最后用DI水冲洗。2.根据权利要求1所述的基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,其特征在于:所述SOI样品由下层硅基底、中间氧化硅层和上层硅波导层构成。3.根据权利要求1所述的基于一维光子晶体耦合微腔的光学生物传感器制备方法,其特征在于:所述步骤S1具体包括以下子步骤:S11、将用氮气吹过后的SOI样品放入丙酮溶液中,采用超声波清洗5~10min,除去SOI表面的附着物,然后进行干燥处理;S12、将经步骤S11处理后的SOI样品放入Piranha溶液中清洗10~15min,除去SOI表面的有机物,然后用DI水冲洗,进行干燥处理;S13、将经步骤S12处理后的SOI样品放入HF溶液中清洗15~20s,去除S...

【专利技术属性】
技术研发人员:王卓然袁国慧彭芳草管磊彭真明
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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