《納米材料》 課件 7 納米器件和系統(tǒng)

第七章納米器件和系統(tǒng)2重點內(nèi)容掌握常見光刻工藝的基本原理、工藝流程和應(yīng)用掌握納米機電系統(tǒng)NEMS以及與CMOS集成的原理掌握生物芯片的概念和應(yīng)用第七章

納米器件和系統(tǒng)第一節(jié)光刻工藝光刻（lithography）是通過使用光（或電子束、離子束等）將一定的圖形信息記錄在基板上的方法。引言4光刻工藝（lithographyprocess）是半導(dǎo)體器件制造工藝中的一個重要技術(shù)關(guān)鍵，整個光刻工藝可以簡單的分為曝光工藝與圖形轉(zhuǎn)移兩步。光刻工藝基本流程，以紫外曝光技術(shù)為例曝光工藝：在光刻膠上形成圖案圖形轉(zhuǎn)移：將光刻膠圖案轉(zhuǎn)移成目標(biāo)層的圖案引言5曝光工藝：以光學(xué)曝光技術(shù)為代表，光透過掩模版（photomask），照射在涂有光刻膠（photoresist）表面上，利用光刻膠的感光性和抗蝕性，經(jīng)過化學(xué)顯影（development），制作出與掩模版圖形一致的光刻膠圖形。圖形轉(zhuǎn)移：通過刻蝕等手段將曝光后形成的掩模圖形復(fù)制到目標(biāo)薄膜層上。紫外光刻工藝的主要步驟引言6根據(jù)曝光方式的不同，可以將光刻技術(shù)分為光學(xué)光刻(photolithography)、電子束光刻(e-beamlithography)、X射線光刻(X-raylithography)和離子束光刻(ionbeamlithography)等。光學(xué)光刻X射線光刻電子束光刻離子束光刻光刻紫外光（UV）極紫外光（EUV），10~15nm深紫外光（DUV）光學(xué)曝光光源KrF準(zhǔn)分子激光：248nmg線：436nmi線：365nmArF準(zhǔn)分子激光：193nm引言71）襯底表面預(yù)處理2）涂膠3）前烘4）對準(zhǔn)和曝光5）后烘6）顯影7）堅膜7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟81、襯底表面預(yù)處理（pretreatment）HMDS蒸汽與硅片上自發(fā)氧化層的反應(yīng)過程7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟92、涂膠（photoresistdeposition）典型的S18系列光刻膠旋涂曲線某一特定固含量的光刻膠在相同的勻膠條件下有相對穩(wěn)定的膜厚值，這個厚度隨著勻膠轉(zhuǎn)速的提高而降低光刻膠旋涂過程7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟103、前烘（softbaking）當(dāng)光刻膠旋涂在襯底表面之后，需要進(jìn)行“曝光前烘焙”，去除光刻膠中的溶劑。前烘可以改善光刻膠的黏附性，提高光刻膠的均勻性，并增強在刻蝕過程中的線寬均勻性。

腔蓋硅片熱板溶劑排出7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟114、對準(zhǔn)（alignment）和曝光（exposure）對準(zhǔn)和曝光是將掩膜板上的圖形通過鏡頭由紫外光傳遞到涂有光刻膠的硅片上,形成光敏感物質(zhì)的空間精確分布，從而實現(xiàn)精確的圖形轉(zhuǎn)移。7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟125、后烘（postexposurebaking，PEB）曝光完成后，通常需要對光刻膠再進(jìn)行“曝光后烘焙”。后烘的目的在于通過加熱實現(xiàn)光刻膠曝光部分的進(jìn)一步反應(yīng)，實現(xiàn)溶解度的改變。后烘所需的時間和溫度主要取決于所使用的光刻膠的種類，通常在100-130℃的溫度下持續(xù)幾分鐘。

7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟136、顯影（development）顯影是將曝光（正膠）或者未曝光（負(fù)膠）的部分除去，實現(xiàn)光刻膠圖案化。常見的顯影方式有：浸沒式、噴淋式和攪拌式三種。正性光刻膠顯影液：e.g.四甲基氫氧化銨水溶液負(fù)性光刻膠顯影液：e.g.乙酸叔丁酯7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟147、堅膜（hardbaking）高溫下軟化的抗蝕劑流動顯影后對光刻膠圖案進(jìn)行烘烤，稱為堅膜，是光刻膠顯影后可選做的烘烤工藝步驟。7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟15圖形轉(zhuǎn)移圖形轉(zhuǎn)移的方式有很多種，在納米材料加工中常用的是刻蝕和lift-off。其中刻蝕工藝主要包括濕法刻蝕和干法刻蝕?？涛g工藝濕法刻蝕干法刻蝕原理利用化學(xué)試劑（酸、堿等）與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕利用氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體通過光刻膠暴露出的部分與目標(biāo)層進(jìn)行物理作用和化學(xué)反應(yīng)，從而刻蝕掉暴露的表面材料，以此形成最終的特征圖形。舉例用氫氟酸可以刻蝕二氧化硅薄膜，用磷酸可以刻蝕鋁薄膜介電刻蝕應(yīng)用中通常使用含氟的化學(xué)物質(zhì)，硅和金屬刻蝕使用含氯成分的化學(xué)物質(zhì)。特點操作簡單、設(shè)備要求低、刻蝕選擇性好可以獲得精確的特征圖形7.1.1紫外光刻工藝-工藝步驟16光刻膠是指通過紫外光、電子束、X射線等的照射或輻射，其性質(zhì)發(fā)生變化導(dǎo)致溶解度變化的耐蝕刻薄膜材料。7.1.2光刻膠光刻膠的組成：成膜樹脂感光劑（光引發(fā)劑/光致酸產(chǎn)生劑）添加劑光刻膠溶劑177.1.2光刻膠光刻膠的分類：正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。負(fù)性光刻膠正性光刻膠187.1.2光刻膠正性光刻膠正性光刻膠主要分為非化學(xué)放大型和化學(xué)放大型。非化學(xué)放大型正膠中以重氮奈醌(diazonaphthoquinone,DNQ)-酚醛樹脂(Novolac)為主導(dǎo)地位。重氮奈醌-酚醛樹脂光化學(xué)反應(yīng)過程重氮奈醌酚醛樹脂197.1.2光刻膠非化學(xué)放大膠vs

化學(xué)放大膠

傳統(tǒng)的非化學(xué)放大型光刻膠通過吸收光的能量來引起溶解度變化反應(yīng)，當(dāng)光線從光刻膠頂部向底部傳播時會被逐漸吸收，形成紫外光吸收梯度，對于較厚的光刻膠會導(dǎo)致光刻圖案的梯形形貌，限制了分辨率的進(jìn)一步提升。(a)非化學(xué)放大光刻膠(如多數(shù)365nmi-線光刻膠)的典型截面形貌；(b)化學(xué)放大光刻膠的典型截面形貌207.1.2光刻膠

化學(xué)放大膠的化學(xué)機理為在光引發(fā)下產(chǎn)生一種催化劑(光酸)，促進(jìn)反應(yīng)迅速進(jìn)行或者引發(fā)鏈反應(yīng)，改變基質(zhì)性質(zhì)從而產(chǎn)生溶解度變化。APEX光刻膠中樹脂(聚叔丁氧羰基氧苯乙烯)在光酸催化過程中的反應(yīng)，經(jīng)過曝光和酸催化之后，光刻膠釋放出二氧化碳和異丁烯，形成溶解于堿性顯影液的聚4-羥基苯乙烯非化學(xué)放大膠vs

化學(xué)放大膠217.1.2光刻膠負(fù)性光刻膠SU-8負(fù)性光刻膠光反應(yīng)過程與其光致酸產(chǎn)生劑結(jié)構(gòu)負(fù)性光刻膠曝光后由于發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而不再溶于顯影液，而非曝光區(qū)域則保持了原有的線性聚合物或者支化聚合物的溶解能力，因而可以被溶劑洗掉，形成圖案化。SU-8是一種常用的負(fù)性光刻膠。227.1.2光刻膠駐波效應(yīng)在光刻過程中，由于基底表面的反射效果，入射光線穿過光刻膠照射在襯底后又返回光刻膠中。當(dāng)光刻膠的厚度等于光線半波長的整數(shù)倍時，光線的反射在光刻膠這一諧振腔體中會形成駐波，造成駐波效應(yīng)。為了消除駐波效應(yīng)，可以在光刻膠頂部或者底部增加抗反射涂層(BARC)。237.1.2光刻膠-曝光曝光方式光學(xué)曝光中3種常用的曝光方式24接觸式復(fù)印曝光接觸式復(fù)印曝光是傳統(tǒng)的曝光方式，將制好的掩模版直接和涂有光刻膠的襯底接觸。優(yōu)點：分辨率較高缺點：容易損傷掩模板7.1.2光刻膠-曝光25接近式復(fù)印曝光接近式復(fù)印曝光是讓掩模版和襯底之間保持很近的距離（通常為5-50μｍ），利用高度平行光束進(jìn)行曝光。優(yōu)點：避免了玷污和損傷缺點：使衍射效應(yīng)增強，分辨率降低7.1.2光刻膠-曝光26投影成像曝光技術(shù)投影成像曝光技術(shù)是用光學(xué)投影的方法將掩模版圖形的影像（以等倍方式或縮小的方式）投影在襯底表面上。優(yōu)點：提高了分辨率與對準(zhǔn)精度減小了掩膜版的加工難度延長了掩模版的使用壽命缺點：掩模版制作成本較高

7.1.2光刻膠-曝光277.1.3紫外光刻-納米材料應(yīng)用實例Lift-off工藝是先在襯底上用光刻工藝獲得圖案化的光刻膠結(jié)構(gòu)，再利用鍍膜工藝在光刻膠圖案上鍍上目標(biāo)涂層，最后利用去膠液溶解光刻膠或者機械去除金屬硬掩膜的方式獲得目標(biāo)圖形結(jié)構(gòu)。1234剝離（liftoff）工藝光刻膠涂膠和圖案化目標(biāo)圖層沉積用溶劑使光刻膠膨脹去膠Liftoff工藝制備的金叉指電極287.1.3紫外光刻-納米材料應(yīng)用實例光刻后形成的底切和頂切形態(tài)對lift-off工藝的影響以及雙層膠工藝實現(xiàn)底切形態(tài)Liftoff工藝的關(guān)鍵是能夠形成光刻膠圖案的底切（undercut）結(jié)構(gòu)297.1.3紫外光刻-納米材料應(yīng)用實例紫外光刻技術(shù)應(yīng)用于RGB發(fā)光量子點像素點的加工（Nat.Commun.,

2021,12,4603）應(yīng)用于光學(xué)、電學(xué)器件的微納加工。例如紫外光刻廣泛應(yīng)用于發(fā)光量子點像素點的加工。200μm200μm200μm200μm200μm200μm200μm200μm200μm200μm50μm100μm100μm100μm100μm30電子束光刻：利用聚焦電子束對電子束光刻膠進(jìn)行曝光并通過顯影實現(xiàn)圖案化的過程。7.1.4電子束光刻電子束光刻一般使用直寫模式優(yōu)點：無需掩膜版，簡單靈缺點：比較耗時31荷電效應(yīng)（Chargingeffect）7.1.4電子束光刻-影響電子束光刻精度的主要因素由于電子是帶電粒子，如果不能快速通過襯底轉(zhuǎn)移，就會讓薄膜表面帶負(fù)電荷，產(chǎn)生局部的電荷積累，這種表面的電荷會形成不均勻的電場，對后續(xù)的電子束產(chǎn)生排斥，進(jìn)而導(dǎo)致圖形的變形或者漂移。e-32電子散射（electronscattering）7.1.4電子束光刻-影響電子束光刻精度的主要因素電子束光刻中電子散射及其引起的鄰近效應(yīng)除了產(chǎn)生二次電子外，電子束具有足夠的能量穿過光刻膠然后在光刻膠甚至是襯底中散射，這就導(dǎo)致實際的曝光區(qū)域大于設(shè)計的曝光區(qū)域。根據(jù)電子散射的結(jié)果不同，將電子散射分為前散射與背散射兩類。33鄰近效應(yīng)（Proximityeffect）7.1.4電子束光刻-影響電子束光刻精度的主要因素電子束曝光的鄰近效應(yīng)導(dǎo)致的圖形不規(guī)則鄰近效應(yīng)是由電子數(shù)目分布和散射引起的，光刻膠能量吸收不均勻的現(xiàn)象。鄰近效應(yīng)會導(dǎo)致光刻圖形不規(guī)則，分辨率下降34加速電壓：加速電壓升高，產(chǎn)生的電子前散射效應(yīng)降低；7.1.4電子束光刻-電子束光刻重要參數(shù)最小束直徑：直徑越小，線寬越??；電子束流：束流越大曝光速度越快；寫場大?。簩憟龃髣t寫場內(nèi)圖形無拼接誤差。35正性電子束光刻膠：e.g.聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)7.1.4電子束光刻-電子束光刻膠負(fù)性電子束光刻膠：e.g.氫倍半硅氧烷（HSQ）主要原理是電子束能夠引起其主鏈斷裂，形成低分子量的物質(zhì)，導(dǎo)致溶解度的變化，可以實現(xiàn)20nm以下的分辨率。主要原理為電子束能夠引起HSQ的交聯(lián)形成SiOx，可以實現(xiàn)10nm的分辨率。36制備納米材料與器件7.1.4電子束光刻-電子束光刻應(yīng)用電子束光刻制備出的用于測試單個晶體的金屬電極（Nat.Mater.,2021,20,222.）應(yīng)用實例1：制備納米尺度電極對于測量納米結(jié)構(gòu)和單分子輸運特性具有重要意義。例如，研究新型導(dǎo)電納米孔材料的電學(xué)性能時，通過電子束光刻可以制備小尺寸電極來研究小顆粒的納米孔材料的電學(xué)性質(zhì)。37制備納米材料與器件7.1.4電子束光刻-電子束光刻應(yīng)用電子束光刻3D加工蛛絲蛋白（Nat.Commun.,2021,12,5133.）應(yīng)用實例2：生物三維微納加工

通過優(yōu)化重組蜘蛛絲基因片段和分子量，結(jié)合大規(guī)模仿真模擬，實時控制加速電壓，實現(xiàn)了分子級別精度的真三維納米功能器件直寫。1μm5μm1μm10μm1μm1μm1μm1μm200nm500nm38X射線光刻是用X射線作為光源的一種光刻技術(shù)，一般需要同步輻射X射線光源以達(dá)到高強度和高準(zhǔn)直性的X射線。7.1.5

X射線光刻和LIGA工藝德國卡爾斯魯厄的ANKA-LIGA3的X射線光刻裝置39X射線的波長遠(yuǎn)小于紫外光波長，能夠很好的避免光的衍射效應(yīng)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)很高的分辨率（~100nm級別）。由于X射線具有很強的穿透能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高深寬比的光刻7.1.5

X射線光刻和LIGA工藝X射線光刻制備的高深寬比的光學(xué)器件40X射線通常與LIGA工藝結(jié)合制備高價值機械/光學(xué)器件LIGA源自于德語Lithgraphie，Galvanoformung和Abformung三個單詞的縮寫，表示光刻、電鍍、注塑三種技術(shù)的結(jié)合。7.1.5

X射線光刻和LIGA工藝運用X射線光刻的LIGA工藝通過X射線LIGA工藝制備的轉(zhuǎn)軸41離子束光刻主要包括離子束投影式曝光和聚焦離子束（focusedionbeam,FIB）光刻。聚焦離子束系統(tǒng)從本質(zhì)上講與電子束曝光系統(tǒng)一樣，由離子發(fā)射源、離子光柱、工作臺、真空與控制系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成，鎵（Ga）是應(yīng)用最普遍的離子源。通過離子束直寫方式可以刻蝕出任意形狀，實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的無掩模加工，其工藝的分辨率約為幾十納米，最大深寬比為10~20。7.1.6離子束光刻42實現(xiàn)高精度復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)7.1.6離子束光刻Ga+聚焦離子束技術(shù)制備的等離激元結(jié)構(gòu)（ACSNano,2016,10,11228.）1μm1μm1μm1μm1μm1μm43實現(xiàn)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)圖形的制備7.1.6離子束光刻聚焦離子束技術(shù)制備的三維結(jié)構(gòu)，尺度：1μm（Nanophotonics,2018,7,1637）44用于透射電鏡樣品制備7.1.6離子束光刻聚焦離子束技術(shù)制備的透射電鏡截面樣品表征（Nat.Mater.2016,15,304.）100nm100nm45100nm100nm光刻工藝優(yōu)點缺點紫外光刻工藝成熟，產(chǎn)量高，成本較低分辨率較低、靈活性較低電子束光刻分辨率高、簡單靈活耗時、產(chǎn)量低X射線光刻分辨率較高、深寬比高需要高能量X射線離子束光刻高分辨率、簡單靈活耗時、產(chǎn)量低光刻工藝-總結(jié)46第二節(jié)納米電子機械系統(tǒng)7.2.1

NEMS基本概念48微機電系統(tǒng)（Microelectromechanicalsystems,MEMS）

微加速度計、陀螺儀和磁力計（慣性傳感器），微執(zhí)行器等。納米機電系統(tǒng)（Nanoelectromechanicalsystems,NEMS）微機電系統(tǒng)的三個幾何尺寸中至少兩個被大幅縮減至納米級。（a）薄膜驅(qū)動的射頻微開關(guān)；（b）器件的封裝形式。7.2.1

NEMS基本概念49（a）兩軸微鏡模擬器件；

（b）由橫梁和控制電極間靜電力驅(qū)動的懸臂梁；

（c）由電容力驅(qū)動的震動薄膜構(gòu)成一個射頻振蕩器。特征尺寸：微米

納米

7.2.1

NEMS基本概念50表面納米加工：自由懸浮納米級半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的圖形化工藝。適用于絕緣體上硅結(jié)構(gòu)、砷化鎵/鋁砷化鎵（GaAs/AlGaAs）、硅上碳化硅（SiC）、硅上氮化鋁（AlN）、納米晶體金剛石薄膜和非晶氮化硅薄膜（a）碳化硅NEMS器件的掃描電子顯微鏡照片；

（b）NEMS表面納米加工工藝。在襯底上有結(jié)構(gòu)層和犧牲層。利用電子束光刻得到刻蝕掩模。利用各向異性刻蝕（如plasma）將圖形轉(zhuǎn)移至犧牲層。利用選擇性刻蝕將犧牲層去除。根據(jù)具體測量要求，該結(jié)構(gòu)可以在加工時或加工后進(jìn)行金屬化。7.2.2

NEMS基本特性51機電系統(tǒng)的運行原理：換能器向系統(tǒng)輸入機械激勵并讀取響應(yīng)，同時向控制終端施加準(zhǔn)靜態(tài)或時變電信號，電信號被換能器轉(zhuǎn)化為機械力并影響敏感元件。

7.2.2

NEMS基本特性52雙箝NEMS梁

彎曲諧振頻率單晶碳化硅、硅和砷化鎵制成的兩端固定梁的頻率-有效幾何圖。長度為l，寬度為w，厚度為t

。

7.2.3

NEMS的挑戰(zhàn)與極限53NEMS的研究在追求超高品質(zhì)因數(shù)（Q），以達(dá)到NEMS器件性能的極限。高Q因子表示振子能量損失的速率較慢。諧振機械元件的內(nèi)部損耗（~1/Q）會導(dǎo)致幾點問題，例如：（a）限制器件的靈敏度，（b）產(chǎn)生波動，降低譜純度，（c）影響器件最低功率水平。宏觀到納米尺度下典型單晶機械諧振器的最大品質(zhì)因數(shù)

7.2.3

NEMS的挑戰(zhàn)與極限54MEMS器件檢測位移的主要方法是通過電子與光的耦合。電子耦合的主要問題在于隨著器件尺寸縮小和工作頻率增大，阻抗的動態(tài)調(diào)制逐漸減弱，寄生嵌入阻抗則持續(xù)增大。由于NEMS器件尺寸縮減時會出現(xiàn)雜散耦合，大多數(shù)MEMS器件的“驅(qū)動-檢測”結(jié)構(gòu)難以在這種維度下實現(xiàn)。極小微型結(jié)構(gòu)的光學(xué)位移檢測也會受到光衍射的限制。

7.2.3

NEMS的挑戰(zhàn)與極限55磁動勢檢測是一種適應(yīng)納米維度并可實現(xiàn)直接電子耦合的位移檢測方法?；谝粋€均勻的靜場，靜場中有一個可以移動的導(dǎo)電納米機械元件。（a）自由空間光學(xué)裝置的原理圖。干涉儀由多個分束器、參考鏡面和光探測器組成。從NEMS反射的光由同一個透鏡收集，并在光探測器上與參考光束發(fā)生干涉。（b）高斯分布的光斑與兩端固定NEMS梁的俯視圖和中心截面圖。光學(xué)干涉技術(shù)磁動勢位移監(jiān)測第三節(jié)NEMS及CMOS芯片的單片集成單片集成，又稱“協(xié)同集成”（co-integration），是一種將NEMS結(jié)構(gòu)及其信號讀取和處理電路集成的技術(shù)，通常采用互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝，將NEMS器件和外接電路放置在同一塊芯片上。實現(xiàn)電路與結(jié)構(gòu)的完全集成可以提高微機械器件的性能,降低加工、封裝的成本,因此具有非常重要的實用價值。7.3.1為什么要講NEMS與讀取電路集成577.3.2

MEMS-CMOS和NEMS-CMOS的區(qū)別58MEMS器件需要特殊的工藝步驟，例如使用的有源層厚度與CMOS工藝中常用的厚度區(qū)別極大；MEMS工藝還會使用CMOS工藝中不常用的材料，包括AlN，PZT，SiC等，進(jìn)一步阻礙了兩種工藝的整合。NEMS器件的發(fā)展趨勢正朝著金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管的尺寸、工藝和材料不斷靠近；NEMS工藝有望與CMOS工藝兼容，且無需對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行重大改動。由于未來NEMS的關(guān)鍵應(yīng)用都與器件陣列化有關(guān)，而陣列只能通過單片集成得到，因此NEMS-CMOS具有十足的潛力。7.3.3單片集成的優(yōu)勢及主要方法59協(xié)同集成結(jié)構(gòu)顯著提升電學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)性能的原因：可以使NEMS的阻抗與外界環(huán)境匹配（a）與外部讀取電路相連的分立NEMS諧振器。NEMS輸出端的寄生電阻使信號顯著衰減；（b）與讀取電路單片集成的NEMS諧振器，諧振器阻抗進(jìn)行匹配，使得相同負(fù)載不對信號造成影響。7.3.3單片集成的優(yōu)勢及主要方法60巴塞羅那自治大學(xué)Barniol組使用的NEMS-CMOSpost-processing：（a）該組最常用的CMOS技術(shù)，即AMS的0.35μm制造工藝；（b）基于AMS多晶硅的諧振器工作原理剖面圖；（c）使用UMCM5的諧振器版圖即剖面圖；（d）采用（c）中描述原理的NEMS-CMOS的SEM圖像。

Post-processing主要指在CMOS工藝結(jié)束后進(jìn)行NEMS工藝7.3.4從轉(zhuǎn)換的角度對部分重要研究成果的分析61基于電容式NEMS和意法半導(dǎo)體0.35μmCMOS體工藝的

8MHzNEMS-CMOS自激振蕩器7.3.4從轉(zhuǎn)換的角度對部分重要研究成果的分析62基于NEMS的多晶硅11MHz自激振蕩：在一層多晶硅中，采用了AMS的0.35μmCMOS工藝。兩個NEMS電極制備在另一層多晶硅上，并與NEMS器件形成一個40nm的間隙。

（a）NEMS-CMOS的顯微照片：NEMS結(jié)構(gòu)存在兩個電極，分別用于交流驅(qū)動和檢測，諧振器被直流極化；（b）Pierce結(jié)構(gòu)的NEMS-CMOS自激振蕩器等效電路原理圖；（c）器件在穩(wěn)態(tài)自激振蕩下共振頻率出時域的輸出信號。7.3.4從轉(zhuǎn)換的角度對部分重要研究成果的分析63采用IBM公司CMOSSOI工藝的共振體晶體管：（a）具備去耦合驅(qū)動和檢測的RBT原理圖；（b）CMOS堆棧FIB圖像，尤其是金屬下方埋層諧振腔；（c）基于P型溝道驅(qū)動電容和N型場效應(yīng)管的諧振器響應(yīng)的跨導(dǎo)和相位。第四節(jié)生物芯片生物芯片生物芯片技術(shù)分為微陣列技術(shù)和微流控芯片技術(shù)。微陣列（Microarray）:將生物分子固定于硅片、玻璃片或高分子凝膠、薄膜等固相基底表面形成可用于核酸雜交和蛋白檢測的生物分子陣列微流控（Microfluidicschip）:通過構(gòu)建微管道并對其中的微小體積流體進(jìn)行操縱，又稱為芯片實驗室（Labonachip）或“微全分析系統(tǒng)”（μTAS，MicroTotalAnalysisSystem）。65生物芯片66Microtas會議，1994，荷蘭芯片實驗室（Labonachip），又稱為“微全分析系統(tǒng)”（μTAS，MicroTotalAnalysisSystem）。Lab

on

a

Chip，英國皇家化學(xué)學(xué)會生物芯片67微流控芯片大規(guī)模集成:StephenQuake等人將3574個微閥、1000個微反應(yīng)器和1024個微通道集成在尺寸僅有3.3×6mm的芯片上。Thorsen,T.,Maerkl,S.J.&Quake,S.R.Microfluidiclarge-scaleintegration.

Science

2002,

298,580–584.7.4.1生物芯片的材料選擇68硅，石英和玻璃等（刻蝕）熱塑性聚合物（熱壓、注塑）水凝膠（化學(xué)或物理交聯(lián)）

微流控紙芯片（切割、光刻）

7.4.2軟刻蝕技術(shù)69借助光刻得到的硬質(zhì)模板，將PDMS前體在其表面進(jìn)行固化，從而實現(xiàn)精細(xì)圖案從硬質(zhì)模板到PDMS的轉(zhuǎn)移。7.4.2軟刻蝕技術(shù)70通過對PDMS表面的處理，可以將其與硅片或玻璃片結(jié)合在一起，從而形成密閉的管道系統(tǒng)?！笆フQ樹”微管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的濃度梯度7.4.2軟刻蝕技術(shù)71微接觸印刷（Microcontactprinting）：

PDMS表面的圖案可以通過類似于“印刷”的技術(shù)，將特定的“墨水”（小分子，生物分子如蛋白質(zhì)或DNA等）轉(zhuǎn)移到其他基底表面。7.4.3

DNA微陣列72DNA微陣列：在固體表面（玻璃片或尼龍膜）上固定大量的DNA