本(ben)發(fa)明涉及(ji)傳(chuan)感(gan)芯(xin)片制(zhi)備領域，尤(you)其涉及(ji)一種傳(chuan)感(gan)芯(xin)片制(zhi)備方法、傳(chuan)感(gan)芯(xin)片及(ji)應用。

背景技術：

1、不連續的(de)(de)金屬納米(mi)結(jie)(jie)構(gou)在入射(she)光照射(she)下，當光頻率與金屬表面(mian)自(zi)由電(dian)子的(de)(de)集體(ti)振(zhen)(zhen)蕩(dang)頻率相匹配時(shi)，在納米(mi)結(jie)(jie)構(gou)上(shang)就會產生(sheng)很強(qiang)的(de)(de)局部表面(mian)等(deng)(deng)離子體(ti)共振(zhen)(zhen)（localizedsurface?plasmon?resonance?，lspr）效應，呈現出強(qiang)的(de)(de)光譜吸收，且吸收波(bo)長的(de)(de)大小取(qu)決(jue)于納米(mi)結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)材料、形狀、尺寸以及局域傳導率等(deng)(deng)。

2、基于lspr吸收光譜峰值對周(zhou)圍環(huan)(huan)境中折射(she)率變(bian)化及其(qi)敏(min)感(gan)(gan)的(de)(de)特性的(de)(de)lspr生(sheng)物傳(chuan)感(gan)(gan)芯片(pian)被提(ti)出，其(qi)利用(yong)生(sheng)物分子(zi)吸附引發的(de)(de)局域表面折射(she)率微小變(bian)化，轉換得(de)到(dao)可測(ce)量的(de)(de)波(bo)長移動，從而(er)(er)實(shi)現對其(qi)表面分子(zi)的(de)(de)有效探測(ce)。lspr生(sheng)物傳(chuan)感(gan)(gan)芯片(pian)由于采用(yong)的(de)(de)是光探測(ce)方式，可避免檢(jian)測(ce)過(guo)程的(de)(de)接(jie)觸(chu)污染(ran)，而(er)(er)且(qie)所需(xu)要的(de)(de)樣片(pian)劑量小，可同(tong)時(shi)檢(jian)測(ce)多種(zhong)被測(ce)物，因而(er)(er)在生(sheng)物、食品、藥物和環(huan)(huan)境檢(jian)測(ce)等方面具(ju)有廣泛的(de)(de)應用(yong)。同(tong)時(shi)，由于au、ag、al等金屬材料在可見光區域具(ju)有較強(qiang)的(de)(de)lspr效應，因此常被用(yong)來制備lspr傳(chuan)感(gan)(gan)芯片(pian)。

3、當前lspr生(sheng)物傳感芯片的主要有以下(xia)幾種制備方式(shi)：

4、一是納(na)米(mi)球(qiu)(qiu)自組裝法：利用聚(ju)苯乙烯類納(na)米(mi)球(qiu)(qiu)先(xian)自組裝在基底上(shang)，然后蒸(zheng)鍍上(shang)一層金屬膜，類似lift-off工藝，再將納(na)米(mi)球(qiu)(qiu)去(qu)除，即可獲得金屬納(na)米(mi)結構；

5、二是(shi)先用(yong)濕(shi)化學(xue)方(fang)法合(he)成出金屬納米粒子，再利用(yong)自組織技術將其分散固定到基(ji)底上；

6、三是(shi)利(li)用先(xian)進的(de)納米圖形制備技術，比如fib、ebl等，精(jing)確的(de)控制金屬納米粒子(zi)的(de)大小、形狀和空間(jian)分布(bu)。

7、可知，前兩種(zhong)方法雖然具(ju)有(you)(you)成本低廉、效(xiao)率(lv)高(gao)的(de)優(you)勢，但(dan)是(shi)同(tong)時存在圖形結構有(you)(you)限(xian)、工藝(yi)穩(wen)定性(xing)差、組裝缺陷(xian)多等(deng)問(wen)題；第(di)三種(zhong)方法具(ju)有(you)(you)可以制(zhi)備(bei)任意(yi)形貌(mao)圖形且分辨率(lv)高(gao)的(de)優(you)勢，但(dan)是(shi)存在效(xiao)率(lv)低且價(jia)格高(gao)的(de)問(wen)題，限(xian)制(zhi)了(le)圖形的(de)大(da)規模生產與應(ying)用。

技術實現思路

1、為解決上(shang)述(shu)問題，本發明提供一(yi)種傳(chuan)感芯(xin)片制(zhi)備(bei)方法、傳(chuan)感芯(xin)片及(ji)應用(yong)，僅通過調控(kong)曝(pu)光劑量范圍，即可實現利用(yong)一(yi)個掩膜圓孔(kong)陣列的(de)掩膜圖(tu)形(xing)，制(zhi)備(bei)溝槽形(xing)、菱形(xing)、三角形(xing)、圓形(xing)陣列等一(yi)系列不同結構類型的(de)傳(chuan)感芯(xin)片。

2、為實(shi)現(xian)上述目的，本發明提供了一(yi)種傳感芯片制(zhi)備(bei)方法，包括以(yi)下步驟(zou)：

3、s1、利用(yong)激光直寫技術在掩膜(mo)(mo)版上(shang)制備(bei)掩膜(mo)(mo)圖形；

4、s2、制(zhi)備(bei)樣片：

5、s21、清洗(xi)玻璃基底；

6、s22、在步驟(zou)s21清洗后的玻璃基底(di)上沉淀具有等(deng)離子特性的金屬膜層；

7、s23、在步驟s22所述的金(jin)屬(shu)膜層上旋(xuan)涂光刻(ke)膠，并進行(xing)前烘(hong)，得到(dao)樣片；

8、s3、用光刻機(ji)對樣片進行曝光，通過調整(zheng)曝光劑量(liang)，得到多種(zhong)結(jie)構陣列的光刻圖(tu)形潛(qian)像(xiang)；

9、s4、利(li)用顯(xian)影液對曝光后(hou)的樣片進行顯(xian)影，而后(hou)吹干；

10、s5、圖形檢測(ce)合格后(hou)，將光刻圖形通過刻蝕傳(chuan)遞到(dao)金屬(shu)膜層；

11、s6、去除殘留光(guang)刻膠，得到多種結構的傳感芯片。

12、優選的，在步驟(zou)s1中，掩(yan)膜版的圖形面積為(wei)1mm2～1000mm2，掩(yan)膜版的吸光(guang)層厚(hou)度為(wei)40nm～200nm，吸光(guang)層材料為(wei)cr或si；

13、掩膜(mo)圖形為圓孔(kong)陣列，圓孔(kong)直(zhi)徑20nm～1000nm，圓孔(kong)周(zhou)期100nm～2000nm。

14、優選的，步(bu)驟s21所述的玻(bo)璃基底在可見光范(fan)圍內透過率大(da)于80%。

15、優選的，在步驟s22中，具有等離(li)子特(te)性的金屬(shu)膜層包括ag、au、al中的一(yi)種(zhong)及(ji)其(qi)任意(yi)組合；

16、沉積方式包括磁(ci)控(kong)濺射、電(dian)阻熱蒸發(fa)或電(dian)子(zi)束蒸發(fa)，沉淀的金(jin)屬膜層厚度為(wei)50nm～200nm。

17、優選的，步驟s23所述的光刻膠為正(zheng)性(xing)光刻膠，光刻膠的涂覆厚度(du)為30nm～100nm；

18、前烘溫度為90℃～100℃，前烘時(shi)間5min～10min。

19、優選的，步驟(zou)s3所述的曝光劑量用(yong)量為(wei)感(gan)光閾值(zhi)的100%～500%；

20、光刻機(ji)為接近式光刻機(ji)或接觸(chu)式光刻機(ji)，光刻機(ji)的(de)波長為436nm、405nm、365nm、325nm或248nm；

21、光刻圖形(xing)為呈(cheng)平行(xing)或者交錯布置的溝槽(cao)形(xing)陣列(lie)、菱形(xing)陣列(lie)、三角形(xing)陣列(lie)或者圓(yuan)形(xing)陣列(lie)。

22、優選(xuan)的，步驟s5所述(shu)的刻(ke)蝕(shi)(shi)方法(fa)為(wei)干法(fa)刻(ke)蝕(shi)(shi)，干法(fa)刻(ke)蝕(shi)(shi)為(wei)離(li)子(zi)束(shu)干法(fa)刻(ke)蝕(shi)(shi)或電(dian)感耦(ou)合等(deng)離(li)子(zi)體(ti)耦(ou)合刻(ke)蝕(shi)(shi)，刻(ke)蝕(shi)(shi)氣(qi)(qi)體(ti)為(wei)氬氣(qi)(qi)、氟基氣(qi)(qi)體(ti)或氯基氣(qi)(qi)體(ti)。

23、優選的，在步驟s6中(zhong)，采用丙(bing)酮(tong)浸泡(pao)或反應(ying)離(li)子刻(ke)蝕去除殘(can)留光刻(ke)膠。

24、所述的一種傳(chuan)感芯片(pian)制備方法制備的傳(chuan)感芯片(pian)，包括由下到上依(yi)次(ci)設置的玻(bo)璃基底、金屬膜層(ceng)、光刻膠層(ceng)、空(kong)氣(qi)間(jian)隙層(ceng)和掩(yan)膜版，掩(yan)膜版上刻蝕有掩(yan)膜圖案；

25、傳(chuan)感芯片的靈敏度riu為(wei)400，在水溶液中的最大(da)吸收波長為(wei)1260nm，在365nm波長下(xia)的分辨率為(wei)50nm。

26、所述的傳感(gan)芯片在生化傳感(gan)中的應用。

27、本發明具有(you)以下有(you)益效(xiao)果：

28、1、僅通過調控曝光劑量范圍，即可(ke)(ke)實(shi)現(xian)利(li)用一(yi)個掩膜(mo)圓(yuan)孔陣列(lie)的掩膜(mo)圖(tu)形，制備溝槽形、菱形、三角形、圓(yuan)形陣列(lie)等一(yi)系列(lie)不(bu)同結構類型(xing)的傳感(gan)芯片，實(shi)現(xian)了(le)一(yi)種(zhong)掩膜(mo)圖(tu)形即可(ke)(ke)實(shi)現(xian)多種(zhong)圖(tu)形結構傳感(gan)芯片的制備，且具有(you)圖(tu)形均勻性好、缺陷少、制備效(xiao)率高、成(cheng)本低等優勢；

29、2、制備的(de)傳感芯(xin)片(pian)分(fen)辨率(lv)高(gao)，在?365nm?波長下可以實現?50nm?的(de)分(fen)辨率(lv)。

30、下面通(tong)過附圖和實施例，對本發明的(de)(de)技術方案做進(jin)一步(bu)的(de)(de)詳細描述(shu)。

技術特征：

1.一種傳感芯(xin)片制備方(fang)法，其特征(zheng)在于：包括(kuo)以下(xia)步驟：

2.根據權(quan)利要求1所述的(de)(de)一種(zhong)傳感芯片制備(bei)方法，其特征在于：在步(bu)驟s1中，掩(yan)膜版的(de)(de)圖形面積為1mm2～1000mm2，掩(yan)膜版的(de)(de)吸光層(ceng)厚度為40nm～200nm，吸光層(ceng)材料為cr或(huo)si；

3.根據權利要求(qiu)1所(suo)述的(de)一種傳(chuan)感芯(xin)片(pian)制備方法，其特征在于(yu)：步驟s21所(suo)述的(de)玻璃基底(di)在可見光范(fan)圍內(nei)透過率大(da)于(yu)80%。

4.根據(ju)權利要求1所述的一種傳感芯(xin)片制(zhi)備方(fang)法，其特征在(zai)于：在(zai)步(bu)驟(zou)s22中，具有等離(li)子特性(xing)的金屬膜層包括ag、au、al中的一種及其任意組合；

5.根據權利要求(qiu)1所述的(de)一種傳感芯片制備方法，其特征(zheng)在于(yu)：步驟s23所述的(de)光刻膠(jiao)為(wei)正性光刻膠(jiao)，光刻膠(jiao)的(de)涂(tu)覆厚度為(wei)30nm～100nm；

6.根據權利要求1所(suo)述的(de)一種傳感芯片(pian)制(zhi)備方法，其特(te)征(zheng)在于：步驟s3所(suo)述的(de)曝光(guang)劑量用(yong)量為(wei)感光(guang)閾值的(de)100%～500%；

7.根(gen)據(ju)權(quan)利要(yao)求(qiu)1所(suo)述的(de)一種傳感芯(xin)片(pian)制備方法(fa)，其特征在于：步驟s5所(suo)述的(de)刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)方法(fa)為干法(fa)刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)，干法(fa)刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)為離子束干法(fa)刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)或(huo)電感耦(ou)合等離子體耦(ou)合刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)，刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)氣(qi)體為氬(ya)氣(qi)、氟基氣(qi)體或(huo)氯基氣(qi)體。

8.根據權(quan)利(li)要求1所述的一種傳感芯片制備方法(fa)，其特征在(zai)于：在(zai)步驟s6中，采用丙酮浸泡或反(fan)應離子(zi)刻蝕(shi)去除(chu)殘留光刻膠。

9.利(li)用上(shang)述權(quan)利(li)要求1-8任一項所(suo)述的一種傳(chuan)感芯片制備(bei)方法制備(bei)的傳(chuan)感芯片，其特(te)征在于：包括由下到(dao)上(shang)依(yi)次(ci)設置的玻璃基(ji)底、金屬膜層(ceng)、光刻膠層(ceng)、空氣間(jian)隙層(ceng)和掩(yan)膜版(ban)，掩(yan)膜版(ban)上(shang)刻蝕有掩(yan)膜圖案(an)；

10.如權利要求(qiu)9所述的傳感芯片在生化傳感中的應用。

技術總結
本發明公開了一種傳感芯片制備方法、傳感芯片及應用，屬于傳感芯片制備領域，包括以下步驟：S1、制備掩膜圖形；S2、制備樣片：S21、清洗玻璃基底；S22、在玻璃基底上沉淀金屬膜層；S23、在金屬膜層上旋涂光刻膠，并進行前烘；S3、用光刻機對樣片進行曝光，通過調整曝光劑量，得到多種結構陣列的光刻圖形潛像；S4、利用顯影液對曝光后的樣片進行顯影；S5、將光刻圖形通過刻蝕傳遞到金屬膜層；S6、去除殘留光刻膠。本發明采用上述傳感芯片制備方法、傳感芯片及應用，僅通過調控曝光劑量范圍，即可實現利用一個掩膜圓孔陣列的掩膜圖形，制備溝槽形、菱形、三角形、圓形陣列等一系列不同結構類型的傳感芯片。

技術研發人員：劉利芹
受保護的技術使用者：成都信息工程大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/17