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生物芯片碳微电极的C-MEMS制备工艺研究

作　者: 杨秋梅
导　师: 于军
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 生物芯片介电电泳碳微机电系统热解碳微电极
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

生物芯片技术是集生物技术、材料科学、物理化学、纳米技术、信息技术等为一体的多学科交叉的前沿技术。介电电泳芯片技术是一种重要的生物芯片技术,其关键在于微电极的设计与制备。传统微电极一般为厚度几百个nm的平面电极,其制备过程涉及薄膜淀积、光刻、刻蚀等多个复杂工艺,设备昂贵、成本较高。本论文主要研究了一种生物芯片碳微电极的C-MEMS(Carbon Microelectro mechanical system)制备工艺,即将半导体工业中广泛使用的光刻胶进行光刻,然后分别在N2和N2/H2混合气体保护下高温热解的过程,热解的产物称为C-PPF(Carbon - Pyrolyzed Photoresist Film)膜。本文研究了C-MEMS工艺的基本原理以及光刻胶热解的微观机理,深入讨论了温度、环境气氛、光刻等工艺参数对C-PPF膜性能的影响。利用C-MEMS工艺,制备了表面光滑,边缘清晰、附着性强、导电性优良(电阻率达4×10-3Ω? cm)的C-PPF膜,并将C-MEMS微电极与传统微电极作了对比。本文进一步根据介电电泳的原理,分别设计了常规介电电泳芯片(cDEP Chip)、行波介电电泳芯片(TWD Chip)、电旋转芯片(ROT Chip)的微电极图形,并利用C-MEMS工艺成功制备得相应的导电C-MEMS微电极。同时利用SU-8胶,制备得到高7μm的三维C-MEMS微碳柱阵列。实验表明,C-PPF膜具有良好的导电性能、生物兼容性、化学稳定性,C-MEMS工艺具有工艺简单、成本低、可制备三维微电极、适合批量生产的优势。这种利用新型工艺、新型材料制备新型电极的C-MEMS工艺,在生物芯片、电化学领域内具有重大的应用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
1 绪论  7-27
  1.1 生物芯片技术简介  7-8
  1.2 介电电泳技术原理与微电极设计  8-16
  1.3 常用生物芯片微电极的制备方法  16-19
  1.4 生物芯片碳微电极的C-MEMS 制备工艺  19-26
  1.5 本论文主要研究内容  26-27
2 C-MEMS 工艺制备C-PPF 膜原理  27-49
  2.1 碳材料的结构特性及种类  27-32
  2.2 C-MEMS 工艺制备C-PPF 膜的原理  32-34
  2.3 光刻胶的组分与光化学反应原理  34-38
  2.4 光刻胶热解过程分析  38-41
  2.5 C-PPF 膜的性能表征  41-49
3 C-PPF 膜的制备及其性能测试分析  49-62
  3.1 C-MEMS 工艺热解BP212 制备C-PPF 膜  49-53
  3.2 C-MEMS 工艺热解SU-8 制备C-PPF 膜  53-56
  3.3 C-PPF 膜性能测试  56-59
  3.4 C-MEMS 微电极与传统微电极的比较  59-62
4 C-MEMS 微电极的制备  62-70
  4.1 介电电泳C-MEMS 微电极的制备  62-66
  4.2 介电电泳三维C-MEMS 微电极的制备  66-68
  4.3 平面电极与立体电极的结合  68-70
5 总结与展望  70-72
  5.1 总结  70-71
  5.2 展望  71-72
致谢  72-74
参考文献  74-79
附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  79

生物芯片碳微电极的C-MEMS制备工艺研究

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