芯片实验室采用先进硅技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 芯片实验室采用先进硅技术 芯片实验室将彻底改变医疗行业， 而硅又将彻底改变芯片实验室。曾使集 成电路成为最伟大成功故事的技术现在 将用于在手掌上进行诊断测试。 中国论文网 /8/view-12767990.htm 什么是芯片实验室 芯片实验室是样本（如血液）在 其中通过微型管道流入集成混合器、反 应室和检测器的设备。所有这些组件都 有一个共同的目的：检测样本中的目标。 目标可以是蛋白质、代谢物、铁元素， 甚至是 DNA 和 RNA。 芯片实验室设备使医生和病人能 够快速进行诊断测试。在第一阶段，芯 片实验室系统将作为桌面工具在医生办 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 公室或者医院（医疗点）中使用，带有 血滴的卡盒需插入其中。卡盒是一次性 的，内置有微流控和传感器。在该桌面 工具内部，外部泵和加热元件使液体在 卡盒内移动，并在合适的温度下发生化 学反应。 但将包括泵和加热元件在内的整 个系统缩成体积为几立方厘米系统终将 会成为现实（见图 1） 。微电子研究中心 表示，其秘密在于使用硅作为基础材料， 甚至芯片实验室的微流控部件都采用硅 作为基础材料。 高分子材料还是硅 构成芯片实验室的微型结构可以 使用不同的材料（高分子材料、玻璃和 硅，以及这些物质的复合材料）制作而 成。当然，现今最普遍的选择的是高分 子材料。硅被认为是价格十分昂贵的选 择。然而，当你利用几个简单的组件如 微管道和混合器制作简易被动式微流控 芯片时，情况才是这样。 只有当你利用无数个十分精细的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 管道、反应室和传感器制作芯片实验室 时，硅的强度才会显现。当集成和传感 是系统的核心技术时，硅绝对是最好的 选择。并行化是选择硅作为材料的另一 个重要原因。硅技术极其适用于采用成 本高效的方法制造成百上千的结构。因 此，对于以紧凑、超精细和大量结构为 核心的芯片实验室应用而言，硅是最好 的选择。 首先，利用光刻和干刻技术在硅 片上压制图案（见图 2） 。压制完成后， 这些结构用玻璃密封。在硅片背面，雕 刻出能够将系统和加样槽和出口连接起 来的流体连接件。 微流控的硅平台 为证实硅在微流控中的潜力，微 电子研究中心（比利时鲁汶）根据其半 导体制造知识开发了一个流程流。粗糙 （500-3m）结构和精细（3-O，5m ） 结构均可在同一流程流中制造，而且在 采用深硅蚀刻技术后并无明显差异。这 提供了极大的设计灵活性。此外，高纵 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 横比结构也可利用硅制造出来（纵横比 高达 40） 。用作过滤器的又高又窄的微 柱就是一个很好的例子。 未来的工作重点在于将背面金属 层引入平台，以制造薄膜加热器和温度 传感器。这将消除对外部冷却和加热系 统的需要。对平台所做的另一改进将是 实现低温接合（室温极佳）工艺，来替 代当前需在 400温度下执行的阳极接 合。如此，开发商将能够使芯片在一个 相同的工艺流程内功能化。 图 3 显示了在硅片上制造精细和 粗糙微流控结构的工艺流程。 （a）硅片 （灰色部分）被氧化层覆盖（绿色部分） 。精细结构图案压制在氧化层上，将在 之后的阶段中用作制造结构的模板。 （b）之后，添加氮化层（蓝色部分） 。 （c）执行蚀刻操作，去除氮化物和氧 化物，并雕刻硅片形成粗糙结构。 （d） 氧化暴露的硅表面。这种氧化物将在制 作精细结构的过程中起到保护作用。 （e）去除氮化物和蚀刻精细结构。 （f） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 去除氧化物。 （g）硅片与派热克斯玻璃 接合。 （h）执行背面蚀刻操作以打开流 体连接件。需要注意的是，由于采用了 受氮化物保护的氧化物模板，精细结构 蚀刻不必旋转涂覆抗蚀剂，其中精细结 构蚀刻会比较困难，因为大部分表面已 经为粗糙结构。 未来工作 作为硅基芯片实验室系统的第一 步，研究人员已经建立了一个硅基平台 用来制造微流控结构。工艺流程被用于 制造各种各