文摘

自由基的检测芯片。该方法是基于电子自旋共振(ESR)谱和高频阻抗的测量microinductor捏造的芯片。测量是通过使用大约100 MHz的频率扫描。di的ESR谱(苯)- (2,4,6-trinitrophenyl) iminoazanium (DPPH)掉在microinductor是用CMOS 350 nm制作技术在室温下被观察到。DPPH乙醇溶液的体积是2μL,旋转的数量在micro-inductor估计约为1014。灵敏度不高于标准的ESR光谱仪。然而,结果表明近场激进传感器的可行性的microinductor作为探针头和ESR信号处理电路集成在一起。

1。介绍

电子自旋共振(ESR)谱或电子顺磁共振(EPR)谱是一种广泛使用的测量和描述电子材料(1,2]。它也被运用于生物医学分析和成像(3,4因为激进分子可以被识别和定量确定。ESR现象发生塞曼效应的基础上的未配对电子自由基,可以观察到磁波的共振吸收在指定的频率。磁波的ESR频率正比于应用直流磁场。ESR谱是由磁波的频率扫描或者扫描直流磁场强度。然而,席卷直流磁场被广泛使用在大多数情况下,因为谐振器旨在使特定频率共振是用于检测小吸收的电磁能量共振(5]。在ESR谱在频率轴上,直流磁场的控制系统可以消除,这使得发展整合ESR测量电路的激进的传感器。

在本文中,我们演示了ESR测量与microinductor显示可能的ESR信号处理芯片上集成。ESR谱是由大约100 MHz的频率扫描的固定磁场。

2。测量原理

测量系统的配置图所示1。高频电流在microinductor生成一个高频磁波。直流磁场垂直地应用于microinductor。样品的磁导率穿上microinductor影响ESR,然后检测和磁导率的变化作为microinductor的阻抗变化。产生的高频磁场microinductor包括垂直和水平分量对直流磁场microinductor的表面上。磁导率是强烈影响高频磁场的垂直分量(6),这是集中在金属线的距离microinductor构成。测量的空间范围取决于高频电流的强度和金属线的宽度。


图1
测量系统的结构。

相对磁导率 ( ) 表示为一个函数的频率如图所示: ( ) = ( ) − ( ) , ( 1 ) 在哪里 是一个虚数单位, 和 一个真正的和一个虚部的磁导率。microinductor受顺磁材料的阻抗表示如下(2): ( ) = 0 + { 1 + ( ) } 0 , ( 2 ) 在哪里 0 和 0 microinductor是一个电感和一个电阻,不受样品材料。在这里, 填充系数是一个参数的样本材料的磁导率的贡献。从(1)和(2),(3)是派生的, ( ) = 0 + 0 + 0 + 0 , ( 3 一个 ) d e f = 0 + E 年代 R + 0 + E 年代 R 。 ( 3 b ) 在这里, E 年代 R 和 E 年代 R 是一个电阻组件和一个电感组件来源于样品材料的磁导率和microinductor正比于电感。阻抗 ( ) 可以计算出测量的 microinductor使用的参数 ( ) = 0 1 + 1 1 − 1 2 2 1 / 1 + 2 2 1 − 1 1 + 1 2 2 1 / 1 + 2 2 。 ( 4 ) 在这里, 0 是港口的特性阻抗的测量仪器。商业上可用的特性阻抗测量仪器和连接器通常是50欧姆。

3所示。测量结果

2个配置的microinductor用CMOS 350 nm制程技术制作的。这microinductor旨在self-resonance频率高于测量乐队。线金属铝的厚度570海里,如果覆盖3N4钝化层。的照片和规格microinductor图所示2和表1,分别。测量电阻( 0 )和电感( 0 )是16.2欧姆和15.8 nH 100 MHz的频率,分别。

表1
microinductor的规范。

图2
microinductor的照片。

测量结果di(苯基)- (2,4,6-trinitrophenyl) iminoazanium (DPPH)如图3。DPPH的流行标准位置( 标记)和电子顺磁共振信号强度。的 E 年代 R 和 E 年代 R 从测量计算吗 参数的使用(3 b)和(4)。2 -μL DPPH乙醇溶液(0.1 mg / L)在microinductor被撤销,在室温下干燥。数量上的旋转microinductor估计约为1014。磁场是4.2公吨,信号的中心频率为117.6638 MHz。从这些结果, 因素的ESR线估计为2.0016。估计 因子小于报道值( = 2 。 0 0 2 3 )[7]。随着磁场不够准确的测量来估计的 另一个因素,校准 标记需要估计 更精确的因素。


图3
光谱的 E 年代 R 和 E 年代 R 在室温下对DPPH。磁场是4.2吨。

4所示。结论

microinductor捏造的ESR测量芯片上证明显示可能的ESR信号处理芯片的集成。DPPH的ESR谱是在室温下观测。数量上的旋转microinductor估计约为1014。虽然灵敏度不是高于标准的ESR光谱仪,microinductor的测量系统有几个优点。首先,它的体积小,简单,紧凑。第二,频率扫描可以做不需要磁场扫描。第三,仪表是发达在非常高的频率范围(从30兆赫到300兆赫)和超高频率范围(从300兆赫到3 GHz)。第四,可以以CMOS技术探测头。该仪器可用于构造近场ESR与高空间分辨率设备。

确认

这项工作是支持的VLSI设计和教育中心(VDEC),东京大学与节奏公司和合作导师图形,Inc . VLSI芯片在这项研究中一直在编造VDEC的芯片制造程序,东京大学与罗姆公司和凸版印刷公司合作。这项工作也支持的科研补助金(C)(20510116)日本促进社会科学(jsp)和适应性与无缝技术转让项目通过目标导向的研发(AS2121327A)日本科学技术振兴机构(JST)。