专利名称：电磁生物传感器装置及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物传感器。更具体地 ，本发明涉及一种电磁生物传感器装置及其制作方法。
背景技术：
在1998年，Baselt等人在美国专利US5，981，297中首次报道了利用标记有生物分子的磁颗粒和巨磁阻(GMR)磁敏传感器探测生物靶标分子的原理。此专利中描述的检测原理是首先在GMR磁敏传感器表面修饰上能够识别靶标分子的捕捉分子(抗体或抗原或DNA)，然后使样品中的靶标分子与之特异性结合。随之，抗体或抗原检测分子与靶标分子反应，形成捕捉分子-靶标分子-检测分子的夹心结构。检测分子上连接有纳米或微米尺寸的磁颗粒，这些磁颗粒以如上所述夹心结构为桥梁被固定在传感器表面。所用磁颗粒是顺磁磁颗粒，在没有磁场作用的情况下不产生磁信号。在外加磁场的作用下，顺磁磁颗粒被磁化，产生磁信号，被磁敏传感器探测。GMR磁敏传感器通过对磁颗粒的检测来间接检测靶标分子的数量。由于随后开发的MTJ磁隧道结磁敏传感器具有比GMR传感器更高的灵敏度，王善祥等人在美国专利US7, 682，838，姜熙福等人在中国专利公开号CN1510417A，陈超等人中国专利公开号CN1475806A，石西增在美国专利申请公开号US20090186770中相继提出用MTJ磁隧道结磁敏传感器代替GMR磁敏传感器进行生物分子检测。在王善祥的专利和陈超的专利中，磁敏传感器是一个多层结构，从下到上依次包括下部电极、磁隧道结、和上部电极三层主要结构。通过类似于Baselt所描述的由生物分子特异反应形成的“捕捉分子-靶标分子-检测分子-磁颗粒”夹心结构，和靶标分子浓度成正比的一定数量的磁颗粒反应在上部电极上。MTJ磁隧道结磁敏传感器通过对磁颗粒数量的检测来间接检测靶标分子的数量。姜熙福的专利和石西增的专利进一步改进了 MTJ传感器阵列，在每一个MTJ传感器下面连接了一个开关电路，如图I所示。此开关电路受位于MTJ传感器阵列外围的例如地址译码器的控制电路控制，使具有大规模MTJ传感器阵列的生物传感器的实现成为可能，并且阵列的尺寸和形状可以根据被检测靶标的数量进行优化。使用目前先进的半导体工艺制造技术，可以实现几个甚至几十个GB的传感器阵列。这样大的传感器阵列可以被用来检测大规模DNA阵列。在姜熙福的专利中，芯片上的位线被用来产生测试磁场。MTJ传感器所感应到的磁信号随着传感器周围的被测介质的生物特性的变化而变化。在石西增等的专利中，测试磁场是由外界器件如电磁铁产生。通过类似于Baselt所描述的由生物分子特异反应形成的“捕捉分子-靶标分子-检测分子-磁颗粒”夹心结构，和靶标分子浓度成正比的一定数量的磁颗粒反应在MTJ传感器上方。MTJ磁隧道结磁敏传感器通过对磁颗粒数量的检测来间接检测靶标分子的数量。姜熙福的专利除外，现有技术中制作生物磁敏传感器的一个关键技术环节是把磁颗粒通过特异反应过程连接到传感器结构的的上表面。现有技术中，磁敏传感器件最上层一般是SiO2或Si3N4钝化层，此钝化层的主要作用是保护下面的金属导电层及磁性材料不受随后制作工艺的影响以及不受传感器使用环境的影响以保持高的灵敏度。该钝化层需要经过活化、修饰才能有效的附着“捕捉分子”。一种公知方法是在SiO2或Si3N4钝化层上面溅射淀积一层金(Au)薄膜。含有“捕捉分子”的试剂被点在金薄膜上后，在潮湿的环境中培养一小时使“捕捉分子”通过物理吸附作用固定在金薄膜上。如王善祥等人的专利所公开的。此方法的一个不利之处在于金材料的刻蚀工艺和用于制作芯片上焊接点的铝膜的刻蚀工艺不能兼容、需要引入单独的设备进行刻蚀，增加了芯片制造过程的复杂性。此方法的另一个重大缺陷在于金的淀积过程和通用的半导体制作工艺不匹配。由于金原子很容易对半导体材料造成严重的污染、引起电路完全失效，半导体生产线一般不引入金膜淀积过程。另一种常见的活化、修饰SiO2或Si3N4钝化层的方法是在钝化层上面形成一层聚乙烯亚胺(PEI)薄膜。PEI薄膜是一个带正电的聚合物薄膜，和酸性“捕捉分子”以静电力结合，见王善祥等人的专利。王善祥把浓度为2%的PEI水溶液滴加在芯片表面，经过两分钟的吸附后，用去离子水把PEI溶液冲洗干净，然后把芯片放进摄氏150度的环境中烘烤2分钟、固化吸附上的PEI薄膜。含有“捕捉分子”试剂被点在芯片表面，然后把芯片放置在摄氏4度的湿润的环境中8-12个小时使“捕捉分子”通过静电力吸附在PEI表面。由于该方法固定生物分子的原理只是基于静电吸附，而“捕捉分子”多数条件下是蛋白，不同蛋白的等电点不同，在中性条件下的荷电量不同，在PEI表面的吸附强度会有显著不同。再一种活化修饰SiO2或Si3N4绝缘层方法是在钝化层上面形成一层环氧分子层。“捕捉分子”上的氨基分子团和环氧分子层通过共价键结合使“捕捉分子”固定在芯片表面。在Reiss发表的文献中，含有丙烯酸酯的二恶烷溶液被旋涂在芯片表面，形成一层60纳米厚的丙烯酸酯薄膜。丙烯酸酯薄膜上的环氧分子和“捕捉分子”上的氨基分子团通过共价键结合使“捕捉分子”固定在芯片表面。环氧分子层还可以通过化学修饰的过程来形成，最常见的修饰过程是用氧等离子体处理SiO2或Si3N4钝化层，然后迅速浸入到5%体积含有环氧官能团的硅烷溶液中，如3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTS)的乙醇溶液，并置于37°C气浴恒温振荡器反应2h，反应完成后用无水乙醇清洗5次，并用氮气吹干，得到环氧基硅片。将含有氨基的生物分子例如抗体滴加到环氧层，通过共价反应将生物分子固定在环氧分子表面，进而通过免疫反应测试靶标分子。又一种已知的活化修饰SiO2或Si3N4钝化层方法是在钝化层上面形成一层羧基表面，羧基表面对蛋白的非特异性低。该方法是将氧等离子体处理好的具有SiO2或Si3N4钝化层的基片浸入到5%体积分数的3-氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中，置于37°C气浴恒温振荡器反应2h.反应完成后用无水乙醇清洗5次，并用氮气吹干后置于90°C烘箱中烘烤40min.得到氨基基片，将氨基基片浸泡在含有戊二酸酐或者对醛基苯甲酸的DMF溶液中37°C反应Ih得到羧基化表面，DMF清洗干净后再将羧基基片浸泡在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合溶液中室温反应30min将羧基活化后，再将含有氨基的生物分子如抗体溶液滴加到基片表面上，形成具有识别靶标分子能力的生物分子层。如上所述的GMR或MTJ传感器上均覆盖有一层SiO2或者Si3N4钝化层，通过对钝化层进行活化和修饰将生物分子层固定在钝化层上。但是对钝化层的活化和修饰过程复杂，增加了芯片制造工艺的难度，不利于获得高精度和高稳定性的传感器器件。
韩秀峰等在2005年的专利中国专利申请公开号CNl645142A中描述了在巨磁阻(GMR)阵列或者磁隧道结(MTJ)阵列上面直接用塑料材料作保护层的生物传感器，其中的塑料材料直接和GMR或者MTJ上面的金属导电层接触，GMR或者MTJ上面的金属导电层与塑料材料保护层之间没有任何的其他材料层。这样作法的目的是为了减小磁颗�：虶MR或者MTJ传感器之间的距离，增加被检测信号，提高检测灵敏度。但是，这种结构有两个问题，一是单层的塑料材料保护层和已知CMOS-MTJ器件加工工艺不兼容，不能应用于具有CMOS开关器件的MTJ器件，二是厚度很薄的塑料薄膜在绝缘性能上不能达到工艺要求。具体而言，CMOS-MTJ器件加工的最后一道工艺是在通过刻蚀形成在器件表面的金属膜制作焊接点。塑料材料的保护层在通常的制作焊接点的刻蚀成型过程会被损坏，导致已加工完成的CMOS-MTJ器件受 到刻蚀过程的损伤。此外，在湿度和温度比较高的环境中，这层塑料薄膜不能够长期有效地阻挡潮湿气体和有害物质对芯片的侵蚀，造成芯片的失效。因此，需要一种能够以简单的方式制作高灵敏度生物传感器的方法和一种具有高灵敏度的可靠的生物磁敏传感器。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种电磁生物传感器，包括制作在单晶硅衬底上的开关器件，制作在开关器件上受开关器件控制的磁隧道结器件，形成在所述磁敏传感器上方的钝化层，和形成在所述钝化层上的聚合物绝缘层。优选地，所述聚合物绝缘层由选自聚苯乙烯，聚丙烯，聚碳酸酯，或环烯材料的材料制成。优选地，所述钝化层和所述聚合物绝缘层的总厚度为2纳米到100微米。优选地，所述聚合物绝缘层的厚度为I纳米到10微米。优选地，所述开关器件为CMOS器件。本发明进一步提供一种电磁生物传感器芯片，该芯片包括由如上所述的电磁生物传感器构成的传感器阵列。本发明进一步提供一种电磁生物传感器装置，包括包括电磁生物传感器阵列的电磁生物传感器芯片，和通过压焊与所述电磁生物传感器芯片电连接的印刷电路板，所述电磁生物传感器包括制作在单晶硅衬底上的开关器件；制作在开关器件上受开关器件控制的磁隧道结器件；形成在所述磁敏传感器上方的钝化层；形成在所述钝化层上的聚合物绝缘层。优选地，该装置进一步包括固定在电磁生物传感器芯片上的聚合物绝缘层上的生物分子。本发明进一步提供一种制作电磁生物传感器装置的方法，该方法包括以下步骤在单晶硅衬底上形成开关器件的阵列；
在开关器件的阵列上形成受开关器件控制的磁隧道结器件的阵列；在磁隧道结器件的阵列上方形成钝化层，得到硅片；将得到的硅片切割为电磁生物传感器单元；在电磁生物传感器单元的钝化层上涂覆聚合物绝缘层得到电磁生物传感器芯片;
通过压焊将电磁生物传感器芯片与印刷电路板电连接。本发明进一步提供一种制作电磁生物传感器装置的方法，该方法包括以下步骤在单晶硅衬底上形成开关器件的阵列；在开关器件的阵列上方形成受开关器件控制的磁隧道结器件的阵列；在磁隧道结器件的阵列上方形成钝化层；在钝化层上涂覆聚合物绝缘层得到硅片；将得到的硅片切割为电磁生物传感器芯片；通过压焊将电磁生物传感器芯片与印刷电路板电连接。本发明进一步提供一种制作电磁生物传感器装置的方法，该方法包括以下步骤在单晶硅衬底上形成开关器件的阵列；在开关器件的阵列上形成受开关器件控制的磁隧道结器件的阵列；在磁隧道结器件的阵列上方形成钝化层得到硅片；将得到的硅片切割为电磁生物传感器单元；通过压焊将电磁生物传感器单元与印刷电路板电连接；以及
在电磁生物传感器单元的钝化层上涂覆聚合物绝缘层。优选地，如上所述的方法进一步包括在聚合物绝缘层上固定生物分子的步骤。优选地，该方法进一步包括对所述聚合物绝缘层进行化学处理或者电磁波辐射处理来增加生物分子的固定量的步骤。根据本发明的方法，可以通过简单的方法例如旋涂的方法将聚合物绝缘层涂覆在钝化层上实现对钝化层的活化修饰。该涂覆工艺可根据需要在硅片的切割前或切割后进行，方便了对制造工艺的设计。根据本发明的方法，利用压焊技术将芯片焊接在印刷电路板上，节省了在聚合物绝缘层上形成焊接垫的工艺步骤，无需在聚合物绝缘层上提供金属层并对金属层进行刻蚀的复杂工艺。本发明的方法在保证了产品成品率的同时有效地降低了制造成本。
下面将参照附图并结合实施例具体说明本发明的特点和优点，其中图I示出现有结构的生物传感器的结构图。图2示出根据本发明的磁敏生物传感器的结构示意图。图3示出根据本发明的磁敏生物传感器的检测原理示意图。图4示出根据本发明实施例I的制作生物磁敏传感器装置的方法。图5示出根据本发明实施例2的制作生物磁敏传感器装置的方法。图6示出根据本发明实施例3的制作生物磁敏传感器装置的方法。图7示意性示出根据本发明的生物磁敏传感器装置焊接区的剖面图。
具体实施例方式下面将结合附图并参照本发明的优选实施例对本发明进行详细的说明。附图中相似的附图标记代表相应的部件。
图2示出根据本发明的生物磁敏传感器的结构示意图。根据本发明的生物磁敏传感器100包括形成在单晶硅衬底101中的开关器件例如CMOS三极管102、形成在CMOS三极管102上并受其控制的MTJ磁敏器件106、形成在CMOS三极管和MTJ磁敏器件上方的导线层107，形成在导线层上的钝化层108、形成在钝化层上的绝缘聚合物层109。CMOS三极管102包括源极，栅极和漏极。在一种传感器结构中，三极管的源极端子103例如可接地，漏极端子105和MTJ磁敏器件106的下电极相连，栅极端子104作为控制极来开通或者关闭从漏极到源极的电流通路。应当理解，源极和漏极的连接可根据需要互换。MTJ磁敏器件106的下电极和CMOS三极管的漏极端子105连接，上电极和金属引线107连接。形成在CMOS开关器件和MTJ磁敏器件上的钝化层108例如是SiO2或者Si3N4绝缘层，用于保护其下方的金属引线107及CMOS-MTJ器件在后续的工艺中以及使用中不被损坏。形成在钝化层108上的绝缘聚合物层109，例如聚苯乙烯薄膜层，通过例如旋涂的方式施加在钝化层108上。聚合物绝缘层109的厚度例如为I纳米到10微米，优选为I纳米-I微米，用于通过诸如物理吸附、化学吸附或静电吸附的方式把“捕捉分子”固定在传感器芯片的表面，形成电磁生物传感器。为了获得良好的绝缘性能和优异的传感器灵敏度，应分别选择钝化层108的厚度和聚合物绝缘层109的厚度和二者的总厚度，在保证器件绝缘性能的情况下，使厚度尽可能的小以获得良好的灵敏度。例如钝化层108和聚合物绝缘层109的总厚度可为2纳米到100微米，优选50到500纳米。可根据形成在聚合物绝缘层表面的“捕捉分子”的类型对芯片表面的聚合物绝缘层109进行化学处理或电磁辐射处理，以调节聚合物绝缘层109固定“捕捉分子”的能力。本发明进一步提供一种电磁生物传感器芯片。图2所示的开关三极管及与其连接的MTJ器件示出了作为一个检测单元的传感器。本发明的电磁生物传感器芯片包括由如上所述传感器构成的传感器阵列和控制电路。控制电路用于提供为传感器中的各电极提供控制信号。本发明进一步提供一种电磁生物传感器装置，该装置包括如上所述的电磁生物传感器芯片，通过压焊与芯片形成电连接的印刷电路板和形成在该芯片的聚合物绝缘层上的用于捕捉待检测分子的生物分子。图3示出根据本发明实施例的磁敏生物传感器的检测原理示意图。在图2所示的CMOS三极管的栅极加上来自控制电路的控制信号使三极管导通的情况下，如果在图2所示导线上加上适当的电压，电流会从所述导线经MTJ器件、三极管的漏极流入三极管的源极。电流的大小和MTJ磁敏器件的电阻值有关。相对来讲，电阻值越大，电流越小。反之电阻值越小电流越大。磁敏器件的电阻随着该器件所感应到的磁场的强度而变化。把含有“捕捉分子”的试剂滴加在形成有聚合物绝缘层的传感器芯片表面。例如通过分子间作用力，也称为范德华力，“捕捉分子”201被吸附在聚合物绝缘层109表面。应用时，把含有待检测分子202，即如上所述的靶标分子，的待检测样品滴加在吸附有“捕捉分子”201的聚合物绝缘层上。通过特异反应，待检测分子202和“捕捉分子”201结合。然后，把携带有检测分子203的纳米或者微米磁颗粒204溶液加在聚合物绝缘层上，检测分子203和待检测分子204通过特异反应结合。通过这样的一个夹心结构，磁颗粒204通过待检测分子结合到电磁传感器100表面。如果待检试剂中没有待检测分子，磁颗粒不会结合到芯片表面。传感器芯片表面上结合上的磁颗粒的数量和反应上的待检测分子的数量成正t匕。所述纳米或者微米磁颗粒是超顺磁磁颗粒，即磁颗粒本身在磁场为零的环境中不产生磁场。在外加磁场中,所述纳米或者微米磁颗粒被磁化,产生磁场。MTJ磁敏器件的电阻随着该器件所感应到的磁场的强度而变化。MTJ器件电阻值的变化被用来检测磁颗粒的数量，也就是待检测分子的数量。 检测时，在三极管开关的栅极施加来自控制电路的控制信号使三极管导通，在图中所示导线上加上适当的电压，电流从所述导线经MTJ器件、三极管流入三极管的源极。电流的大小和MTJ磁敏器件的电阻值有关。磁敏器件的电阻随着该器件所感应到的磁场的强度而变化。通过对流经MTJ磁敏器件的电流的测试可以检测MTJ器件电阻值的变化，间接检测结合到传感器芯片上磁颗粒的数量，也就是待检测分子的数量。如上所述，本发明的磁敏生物传感器装置包括电磁生物传感器芯片和印刷电路板。电磁生物传感器芯片包括CMOS开关器件阵列、MTJ磁敏器件阵列、控制电路、钝化层以及用于固定捕捉分子的聚合物绝缘层。MTJ磁敏器件中包括半导体器件中不经常使用的材料如铁、镍等，其制造工艺不同于常规半导体器件制作工艺。因此在电磁生物传感器的制造方法中要特别关注在各个器件和结构特征的制作工艺之间的相互匹配，以避免后道工艺对之前形成的结构的损坏。根据本发明的形成电磁生物传感器装置的方法，通过压焊工艺将焊料压穿涂覆的聚合物绝缘膜上，将芯片电连接到印刷电路板形成电磁生物传感器装置。本发明的方法一方面简化了现有技术中通过刻蚀淀积在例如塑料的聚合物绝缘膜上的金属层形成焊接垫的复杂的工艺流程，另一方面避免了刻蚀工艺对塑料绝缘层的损坏，提高了传感器装置的成品率。下面将结合各附图以聚苯乙烯作为聚合物绝缘层为例具体说明本发明的磁敏生物传感器的制作方法。实施例I图4示出根据本发明实施例I的制作磁敏生物传感器装置的方法。步骤401 :在单晶硅衬底上形成CMOS开关器件阵列和控制电路。在单晶硅衬底上制作CMOS开关器件阵列和控制电路可采用本领域技术人员公知的常规CMOS芯片制作工艺进行，这里不再赘述。在得到的CMOS电路和控制电路结构中要预留和MTJ器件的电学连接点。步骤402 :形成MTJ器件阵列。MTJ器件包含在常规半导体器件中不太常用的材料如铁、镍等，MTJ器件的制造工艺也不同于半导体器件的制造工艺。MTJ器件的制造一般在独立于CMOS生产线的专用工艺线进行。可利用陈超在中国专利公开号CN1475806A中公开的MTJ器件阵列形成方法在步骤401得到的CMOS开关器件阵列上制作受开关器件控制的MTJ器件阵列，具体步骤这里不再赘述。步骤403 形成钝化层。可利用诸如淀积的工艺在MTJ器件上方形成SiO2或Si3N4钝化层。
然后通过例如刻蚀工艺和金属溅射工艺分别形成穿过钝化层的与CMOS器件的导线层以及MTJ器件的导线层的电接触。步骤404:切割硅片。
把形成有COMS器件阵列、控制电路和MTJ器件阵列的硅片切割分离成用于形成电磁生物传感器芯片的电磁生物传感器单元。步骤405 :涂覆聚苯乙烯薄膜。在切割后得到的电磁生物传感器单元上通过例如旋涂的涂覆方法形成聚苯乙烯薄膜，由此得到根据本发明的电磁生物传感器芯片。将传感器单元放在一个旋转平台上，然后把含有聚苯乙烯的溶液滴加在传感器单元的钝化层表面上，由旋转产生的离心力使聚苯乙烯溶液在芯片表面形成一层半固态薄膜。例如，把有聚苯乙烯半固态薄膜的传感器单元在50-200°C温度下烘烤15分钟，使半固态薄膜固化。然后根据需要，可以对聚苯乙烯薄膜进行化学处理或者电磁辐射以调节固定“捕捉分子”的能力。Weiping Qian等人的题目为“Immobilization of Antibodieson Ultra flat Polystyrene Surfaces，，，Clinical Chemistry 46 :9，1456-1463，2000 ;Green RJ 等人的题目为 “Surfaceplasmon resonance for real time in situ analysisof protein adsorption to polymersurfaces，，，Biomaterials 1997 ; 18 :405-13 ;以及Wink T等人的“Liposome-mediated enhancement of the sensitivity in immunoassaysof proteinsand peptides in surface plasmon resonance spectrometry，，，Anal Chem1998 ；70 :827-32,分别描述了聚苯乙稀薄膜的制作过程及特性，这里引入其全文以供参考。步骤406 :通过压焊，将传感器芯片焊接在PCB上。本领域技术人员可根据聚苯乙烯薄膜层的厚度，选择合适的压焊温度形成穿透聚苯乙烯薄膜层的焊接区，将传感器芯片与印刷电路板电连接。图7示意性示出根据本发明的电磁生物传感器装置焊接区的剖面图。通过压焊，焊接线3分别焊接到印刷电路板I的焊接垫2和电磁生物传感器芯片6的焊接垫5上，将印刷电路板与芯片电连接。如图所示，焊接线3通过压焊穿透电磁生物传感器芯片3的聚苯乙烯层4直接焊接到芯片3上的焊接垫5上。由此得到的生物传感器装置中，聚合物绝缘层未经历金属层淀积和蚀刻等工艺，其绝缘性能得到了最大程度的保护。步骤407 :固定捕捉分子。图4所示的形成电磁生物传感器的方法，可进一步包括固定捕捉分子的步骤。如上所述，“捕捉分子”可以借助例如分子之间的范德华力结合到聚苯乙烯表面。一般来讲，“捕捉分子”构成的检测区图案是圆形图案，直径为从几十微米到几百甚至几千微米。一个芯片上可以有一个或者多个检测区。不同的检测区可以有不同的检测分子，也可以是同样的检测分子。由此，获得了本发明实施例I的磁敏生物传感器装置。实施例2图5示出根据本发明实施例2的制作电磁生物传感器装置的方法。实施例2和实施例I的制作方法的区别在于切割硅片和涂覆聚苯乙烯薄膜两个步骤的次序。在实施例2的制作方法中，聚苯乙烯薄膜在整个硅片被切割成独立的电磁传感器芯片之前形成在完整的例如圆形的硅片上。这样做的优点在于聚苯乙烯薄膜在完整的硅片上一次完成，而不是对每个独立的电磁传感器芯片进行诸如旋涂的涂覆操作，简化了工艺过程。该方法的优越性在电磁传感器芯片的面积很小的情况下尤为明显，不仅很大程度上简化了操作程序和时间，并且可以解决小芯片上难以进行涂覆操作的困难。除步骤504和步骤505外，其他步骤及得到的生物传感器装置与实施例I中步骤相同，在此不再赘述。 实施例3图6示出根据本发明实施例3的制作电磁生物传感器装置的方法。在实施例3的电磁生物传感器装置制作方法中，聚苯乙烯薄膜的形成是在传感器单元焊接到PCB以后进行，见步骤605-606。一般来说，对传感器芯片的生物活化过程，即固定“捕捉分子”的过程是在超净间内进行的，而将传感器单元焊接到PCB的过程可以在一般的非超净厂房内完成。在实施例I和实施例2所描述的方法中，先涂覆聚苯乙烯薄膜再将涂覆有聚苯乙烯薄膜的芯片焊接到PCB上，焊接设备及过程必须在超净间内，这增加了生产成本及操作难度。实施例3的方法首先将切割好的传感器芯片焊接到PCB上，见步骤605，然后再对焊接后的芯片涂覆聚苯乙烯薄膜，见步骤606，焊接设备及过程就可以在一般的非超净厂房内完成。根据本发明实施例3的方法可以在保证电磁生物传感器装置的成品率的同时有效降低制造成本。除步骤605-步骤607外，其他步骤及得到的生物传感器装置与实施例I中步骤相同，在此不再赘述。以上以聚苯乙烯薄膜为例对本发明进行了详细说明。可以采用其他聚合物绝缘薄膜，如聚丙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜或环烯薄膜，达到同样的目的。以上借助优选实施例对本发明进行了具体说明。应当理解，本发明的上述描述是示例性的而非限制性的。本领域技术人员通过阅读本说明书，在不偏离本发明精神的情况下可以对本发明进行修改和变型。本发明的保护范围仅由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种电磁生物传感器,包括 制作在单晶硅衬底上的开关器件， 制作在开关器件上受开关器件控制的磁隧道结器件， 形成在所述磁敏传感器上方的钝化层，和 形成在所述钝化层上的聚合物绝缘层。
2.如权利要求I所述电磁生物传感器，其特征在于，所述聚合物绝缘层由选自聚苯乙烯，聚丙烯，聚碳酸酯，或环烯材料的材料制成。
3.如权利要求I所述电磁生物传感器，其特征在于，所述钝化层和所述聚合物绝缘层的总厚度为2纳米到100微米。
4.如权利要求I所述电磁生物传感器，其特征在于，所述聚合物绝缘层的厚度为I纳米到10微米。
5.如权利要求I所述电磁生物传感器，其特征在于，所述开关器件为CMOS器件。
6.一种电磁生物传感器芯片，包括由如权利要求I所述的电磁生物传感器构成的传感器阵列。
7.一种电磁生物传感器装置，包括 包括电磁生物传感器阵列的电磁生物传感器芯片,和 通过压焊与所述电磁生物传感器芯片电连接的印刷电路板， 所述电磁生物传感器包括 制作在单晶硅衬底上的开关器件； 制作在开关器件上受开关器件控制的磁隧道结器件； 形成在所述磁敏传感器上方的钝化层； 形成在所述钝化层上的聚合物绝缘层。
8.如权利要求7所述的电磁生物传感器装置，其特征在于，该装置进一步包括固定在电磁生物传感器芯片的聚合物绝缘层上的生物分子。
9.一种制作电磁生物传感器装置的方法，包括以下步骤 在单晶硅衬底上形成开关器件的阵列； 在开关器件的阵列上形成受开关器件控制的磁隧道结器件的阵列； 在磁隧道结器件的阵列上方形成钝化层得到硅片； 将得到的硅片切割为电磁生物传感器单元； 在电磁生物传感器单元的钝化层上涂覆聚合物绝缘层得到电磁生物传感器芯片； 通过压焊将电磁生物传感器芯片与印刷电路板电连接。
10.如权利要求9所述的制作电磁生物传感器装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括在聚合物绝缘层上固定生物分子的步骤。
11.如权利要求9所述的制作电磁生物传感器装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括对所述聚合物绝缘层进行化学处理或者电磁波辐射处理的步骤，以便增加生物分子的固定量。
12.—种制作电磁生物传感器装置的方法，包括以下步骤 在单晶硅衬底上形成开关器件的阵列； 在开关器件的阵列上方形成受开关器件控制的磁隧道结器件的阵列；在磁隧道结器件的阵列上方形成钝化层； 在钝化层上涂覆聚合物绝缘层得到硅片； 将得到的硅片切割为电磁生物传感器芯片； 通过压焊将电磁生物传感器芯片与印刷电路板电连接。
13.如权利要求12所述的制作电磁生物传感器装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括在聚合物绝缘层上固定生物分子的步骤。
14.一种制作电磁生物传感器装置的方法，包括以下步骤 在单晶硅衬底上形成开关器件的阵列； 在开关器件的阵列上形成受开关器件控制的磁隧道结器件的阵列； 在磁隧道结器件的阵列上方形成钝化层得到硅片； 将得到的硅片切割为电磁生物传感器单元； 通过压焊将电磁生物传感器单元与印刷电路板电连接；以及 在电磁生物传感器单元的钝化层上涂覆聚合物绝缘层。
15.如权利要求14所述的制作电磁生物传感器装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括在聚合物绝缘层上固定生物分子的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种电磁生物传感器，包括制作在单晶硅衬底上的开关器件，制作在开关器件上受开关器件控制的磁隧道结器件，形成在所述磁敏传感器上方的钝化层，和形成在所述钝化层上的聚合物绝缘层。本发明进一步提供一种电磁生物传感器装置及其制作方法。根据本发明的方法，利用压焊技术将芯片焊接在印刷电路板上，节省了在聚合物绝缘层上形成触点的工艺步骤，无需在聚合物绝缘层上提供金属层并对金属层进行刻蚀的复杂工艺。
文档编号G01N33/543GK102621188SQ20111003318
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者陈思 申请人:北京慈欣生物科技有限公司
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