硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器制造技术

本申请公开了一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，涉及传感器芯片的技术领域，所述传感器包括：传感振荡电路，其包括并联谐振支路和负阻产生支路；所述并联谐振支路包括近场传感电容和两个电感L，所述近场传感电容的两端各通过一所述电感L接正向电源V

【技术实现步骤摘要】
硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器


[0001]本申请涉及传感器芯片的
，特别涉及一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器。

技术介绍

[0002]在生物和医学诊断中，常常采用片上实验室(lab
‑
on
‑
chip)系统进行检测和传感，而片上实验室还依赖于光学测量技术，尽管光学测量技术能够提供较为精确的视觉结果，但光学测量技术中的测量系统主要由笨重的光学设备和测试台构成，难以在生物医疗即时检测中真正实现小型化设计的目标。同时，光学测量技术中还需要进行生物标记，即荧光标记，而这些标记会存在着改变待化验材料的性质的隐患。

技术实现思路

[0003]为了解决至少一个上述的技术问题，本申请实施例提供一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器。
[0004]本申请实施例提供了一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，所述传感器上集成有：
[0005]传感振荡电路，其包括并联谐振支路和负阻产生支路；
[0006]所述并联谐振支路包括近场传感电容和两个电感L，所述近场传感电容的两端各通过一所述电感L接正向电源V
DD
；
[0007]所述负阻产生支路与两个所述电感L远离所述正向电源V
DD
的一端均相连；同时，
[0008]若所述近场传感电容处于检测状态时，则所述传感振荡电路被配置为根据不同的待测物产生对应的振荡频率，以供确定当前振荡频率下的介电常数。
[0009]一些实施例中，所述近场传感电容包括条形近场传感电容。
[0010]一些实施例中，所述条形近场传感电容包括：
[0011]两个梳齿状的导体，一个所述导体上的各个梳齿伸到另一个所述导体上的各个梳齿的间隙中，使得任意相邻的两个梳齿均形成一个单元传感电容。
[0012]一些实施例中，所述单元传感电容包含衬底层和该衬底层上的氧化层，该氧化层中还刻蚀有金属电极。
[0013]一些实施例中，所述负阻产生支路包括晶体管M1、晶体管M2和晶体管M3，两个电感L分别定义为第一电感L1和第二电感L2；其中，
[0014]所述晶体管M1的漏级与所述第一电感L1远离所述正向电源V
DD
的一端相连，栅极与所述晶体管M2的漏级相连；
[0015]所述晶体管M2的漏级还与所述第二电感L2远离所述正向电源V
DD
的一端相连，栅极与所述晶体管M1的漏级相连；
[0016]所述晶体管M3的漏级与所述晶体管M1和所述晶体管M2的源极均相连，栅极接偏置电压V
b
，源极接地。
[0017]一些实施例中，所述传感器上还集成有：
[0018]缓冲电路，其设在所述近场传感电容的两端，并被配置为缓冲并输出所述传感振荡电路产生的振荡频率。
[0019]一些实施例中，所述缓冲电路包括两个缓冲支路，一个所述缓冲支路包括晶体管M4、电阻R1和电容C1，另一个所述缓冲支路包括晶体管M5、电阻R2和电容C2；
[0020]其中，所述晶体管M4的栅极与所述晶体管M1的漏级相连，漏级接正向电源V
DD
，源极通过所述电阻R1接地，所述电容C1的一端与所述电阻R1远离地的一端相连，另一端被配置为一输出端；
[0021]所述晶体管M5的栅极与所述晶体管M2的漏级相连，漏级接正向电源V
DD
，源极通过所述电阻R3接地，所述电容C3的一端与所述电阻R3远离地的一端相连，另一端被配置为另一输出端。
[0022]一些实施例中，若所述近场传感电容为条形近场传感电容，则所述待测物的介电常数与振荡频率的数学关系满足：
[0023][0024][0025]式中，ε
MUT
为待测物的介电常数，ε
sub
为衬底层的介电常数，
[0026]ε0为绝对介电常数，K(k)是无限椭圆积分的解，且该积分依赖于所述近场传感电容的几何形状，C
ox
为氧化层的电容，l为条形长度，N为近场传感电容中的总梳齿数，L
1，2
为第一电感L1和第二电感L2的电感总和，C
total
为近场传感电容与晶体管M1～M5产生的寄生电容的电容总和。
[0027]一些实施例中，所述晶体管M1、晶体管M2和晶体管M3均为NMOS晶体管；或者，
[0028]所述晶体管M4、晶体管M5均为NMOS晶体管。
[0029]一些实施例中，所述传感器用于检测介电常数为0.1～20的待测物。
[0030]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：微电子电路集成为传感器，以在生物医疗即时检测(point of care testing
‑
POCT)中真正实现小型化设计，提高即时检测的灵敏度和精度，降低体积和成本，用于无损、无标记的生物医学即时检测和表征，即兼具有高灵敏度、高精度、无标记、无损、微型便携和低成本的特点。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本申请实施例提供的一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器的原理图；
[0033]图2为条形近场传感电容中的单元传感电容的示意图；
[0034]图3为缓冲电路的线路图；
[0035]图4为本申请实施例提供的另一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器的原理图；
[0036]图5为在传感器上全覆盖不同介电常数的介质溶液时的近场传感电容的电容C
S
和介电常数ε
MUT
之间的关系曲线；
[0037]图6为在传感器上未覆盖介质溶液时的输出的振荡频率的波形图；
[0038]图7为在传感器上全覆盖不同介电常数的介质溶液时的振荡频率f和介电常数ε
MUT
之间的关系曲线。
[0039]本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0040]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0041]附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0042]下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，其特征在于，所述传感器上集成有：传感振荡电路，其包括并联谐振支路和负阻产生支路；所述并联谐振支路包括近场传感电容和两个电感L，所述近场传感电容的两端各通过一所述电感L接正向电源V
DD
；所述负阻产生支路与两个所述电感L远离所述正向电源V
DD
的一端均相连；同时，若所述近场传感电容处于检测状态时，则所述传感振荡电路被配置为根据不同的待测物产生对应的振荡频率，以供确定当前振荡频率下的介电常数。2.如权利要求1所述的硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，其特征在于，所述近场传感电容包括条形近场传感电容。3.如权利要求2所述的硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，其特征在于，所述条形近场传感电容包括：两个梳齿状的导体，一个所述导体上的各个梳齿伸到另一个所述导体上的各个梳齿的间隙中，使得任意相邻的两个梳齿均形成一个单元传感电容。4.如权利要求3所述的硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，其特征在于，所述单元传感电容包含衬底层和该衬底层上的氧化层，该氧化层中还刻蚀有金属电极。5.如权利要求3所述的硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，其特征在于，所述负阻产生支路包括晶体管M1、晶体管M2和晶体管M3，两个电感L分别定义为第一电感L1和第二电感L2；其中，所述晶体管M1的漏级与所述第一电感L1远离所述正向电源V
DD
的一端相连，栅极与所述晶体管M2的漏级相连；所述晶体管M2的漏级还与所述第二电感L2远离所述正向电源V
DD
的一端相连，栅极与所述晶体管M1的漏级相连；所述晶体管M3的漏级与所述晶体管M1和所述晶体管M2的源极均相连，栅极接偏置电压V
b
，源极接地。6.如权利要求5所述的硅基近场毫米波生物医学介电振荡传感器，其特征在于，所述传感器上还集成有：缓冲电路，其设在所述近场...

【专利技术属性】
技术研发人员：何进，郑吴家锐，纪忠玲，邱涛，周江桥，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：