基于光诱导介电泳技术的DNA测序芯片制备与表征

基于光诱导介电泳技术的DNA测序芯片制备与表征

光诱导介电泳是集合了光镊技术与传统介电泳技术的优点，能够实现光控实时可重构、单粒子高精度操控而具有巨大应用前景。目前，全球有数十个研究小组在重点研究，如英国的圣安德鲁大学[2-5]、美国的加州大学伯克利分校[6-8]、日本的京都大学等先后进行了这方面的研究。目前光誘导介电泳操控技的研究主要在捕获、分离、运输微粒子，在DNA测序上面还没有应用。 为此，本文利用磁控溅射制备出光诱导介电泳技术中关键芯片—a-Si：H薄膜，并对其微观结构、光电性能进行分析。 2 a-Si：H结构研究与性能表征 2.1 实验制备

通过直流磁控溅射方法，通过改变溅射功率、时间、温度等参数，在载玻片上沉积出不同浓度硼掺杂的a-Si：H薄膜。实验中氩气纯度为99.99%，氢气纯度为99.99%，溅射靶材为单晶硅靶材。将硼质量分数为0.02%，直径为5mm，厚度为1.5mm的硼掺杂鬼片放置在溅射靶材的溅射环附近以实现硼掺杂，掺杂含量通过实验前后用电子天平分别对硅片和靶材进行称量，计算质量差得到。

2.2 薄膜微结构及光电性能研究

利用AFM所得的越阶曲线，算得相应薄膜均方根粗糙度为1.13nm、0.74nm、1.85nm、2.53nm。我们对在溅射功率50～250W范围内制得多个薄膜样品，利用AFM求得相应均方根粗糙度（RMS），利用Origin拟合，得到如图1所示的薄膜均方根粗糙度（RMS）与溅射功率的关系。

同样，我们利用AFM的越阶曲线，算得5个溅射样品在氢气分压为0.5～6Pa的均方根粗糙度（RMS）分别为1.8nm、2.5nm、3.3nm、4.2nm、4.5nm。另外，我们在氢气分压在0.5～6.0Pa范

围内又制得了多个薄膜样品，然后做AFM研究并得到相应氢气分压与RMS的关系，并进行了拟合，如图2所示。

由图2得到的实验结果可知，随着氢气分压的增加，沉积速率随之下降，薄膜表面粗糙度也相应增大，但到6Pa左右，就会维持在一个相对恒定的值。

图3给出了三组不同基片温度下，a-Si：H薄膜的Raman散射图谱，在归一化到同一TO模强度下，我们可以看出，a-Si：H薄膜为非晶相，当基片温度上升，薄膜的Raman谱明显发生了变化：基片温度从100℃上升到250℃时，ITA/ITO从0.66降低到了0.538。另外，类TO模向右偏移了约7.7cm-1左右，半高宽减小了约4.2cm-1。由于a-Si：H薄膜TO模半高宽ΓTO与非晶网络短程有序状态有关。因此，基片温度的升高使得氢化非晶硅薄膜的短程和中程有序得到了提高，且非晶网络中的缺陷态逐渐减少。

利用keithley-4200SCS半导体测试仪，运用共面电极电阻测试法测量电导率。

由图可知，a-Si：H薄膜由本征态过渡到掺杂率为0.005%左右时，电导率由9.7×10-10Ω-1cm-1增加到8.7×10-6Ω-1cm-1，当掺杂分数由0.005%增加到0.035%左右时，电导率由8.7×10-6Ω-1cm-1逐渐增加至9.8×10-4Ω-1cm-1。总体来看，薄膜电导率随着掺杂分数的提高逐渐增加，增加速率是由快然后趋于稳定，在掺杂分数为0..37%左右趋于饱和。

此外，我们还分析了不同硼掺杂情况下，薄膜的电导率随光照波长的变化情况。如图5所示（实验在室温下进行）。 从图中可以看出，在硼轻掺杂的情况下，薄膜的电导率随着掺杂量的增加而增大。图中还反应出薄膜的光敏感频谱变宽，在波长为580～680nm范围内，电导率迅速增加，说明所制得的a-Si：H薄膜对此范围内的光非常敏感。 3 结语

本文利用磁控溅射法制备了光诱导介电泳芯片中的a-Si：H薄膜，研究了在该工艺下不同制备条件对薄膜物理性能的影响。