MEMS工艺制备pH-ISFET/REFET功能膜研究

微电子技术的快速发展,促使硅基传感器向着集成化、微型化、可批量加工方向发展.对于pH-ISFET集成芯片而言,如何以MEMS工艺制备性能优良的pH功能膜,是其发展的关键.目的：以适合批量加工的MEMS工艺研制pH功能膜;方法：在小尺寸集成芯片的基础上,以MEMS工艺分别制备Ta2O5材料的pH敏感膜,PTFE材料的pH钝化膜;结果：在pH1～12范围内,Ta2O5膜pH-ISFET对H＋的灵敏度达56mV/pH,PTFE膜REFET对H＋的响应仅为0.13mV/pH;结论：采用MEMS工艺,可对以标准CMOS技术加工的ISFET集成芯片系统,进行后续加工,从而实现传感器芯片系统的全过程批量加工.     

光寻址生化传感器

研制出一种基于光寻址电位传感器(LAPS)原理的多参数生化传感器系统。根据电化学三电极测试方法提出了具有光栅功能的网格型Pt薄膜辅助电极的创新性设计,并实现了光机电一体化的检测系统。文中探讨了电解质的电导和LAPS曲线的归一化、敏感膜制备、差分检测等问题,给出pH值、尿素、青霉素、乙酰胆碱等的测试结果.     

新型的ISFET微传感器读出电路单芯片集成研究

生化微传感集成系统是目前的研究焦点,本文以在线性区和饱和区两种模式下工作的pH-ISFET作为研究对象,提出ISFET微传感器与其信号读出电路的单芯片集成,并深入研究传感机理以及与标准CMOS兼容的敏感材料制备技术.整个芯片包含ISFET/REFET微传感差分对、双模式ISFET/REFET放大器、次级差分放大、参比电极Pt、恒流源等,采用新加坡Chartered半导体集成电路公司3.3V标准CMOS工艺流片.同时进行传感器芯片的pH响应实验测试,获得53mV/pH灵敏度.     

用于氨氮检测的三维微纳氨气传感芯片及系统研究

该文设计并制备了一种多层微结构的安培型氨气三维微纳传感芯片,并构建了以此微传感芯片为敏感单元的氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。该微传感芯片采用微纳加工工艺制备,使用聚合物键合工艺在较低温度下实现了微传感器多层结构的封装。使用纳米铱作为传感器的敏感材料,其具有良好的电催化氧化能力,可使传感器具有较高的灵敏度。对Ag/AgCl微参比电极的稳定性进行了考察。使用自行设计的氨氮检测系统对氨氮样品进行检测,对微传感器的时间响应特性、浓度响应特性、重复性及选择性进行了测试和分析。实验结果表明,在0.5~10 mg/L的测试范围内,检测电流与氨氮浓度保持良好的线性,灵敏度为1.62 A/(mg/L),线性相关系数为0.995,重复性偏差为5.73%。同时,传感器显示出良好的选择性。     

悬浮栅结构ISFET动态特性的HSPICE仿真

通过对ISFET敏感机理的理论分析,根据表面基模型,建立了悬浮栅结构ISFET器件的HSPICE动态行为模型,对ISFET器件的动态特性进行仿真得到时间响应曲线,并探讨了薄膜等效电阻、薄膜等效电容、互连线寄生电容和寄生电阻等因素与动态特性中延迟时间和迟滞等不理想因素的关系,为ISFET/REFET差分结构集成传感器芯片设计提供理论指导.     

THE ABNORMAL PHOTOCONDUCTION RESPONSE OF α-Si:H FILMS WITH SANDWICH STRUCTURE

A series of curves of the photoconduction response under different field strengths and dif-ferent degrees of illumination has been measured and investigated.It is found that the rise and decaycurves are abnormal under weaker fields.Analysis of these curves of photoconduction response showsthat either rise curves or decay curves are composed of a spike-like and a quasi-exponentialform.Considering the above fact,we suggest that these phenomena are due to the change of dis-tribution of the space charges in a-Si:H films,when illumination turns on or off.It is felt that thispaper is of special significance for photosensitive materials with low mobilities and high resistivity.     

微阵列光寻址生化传感器系统性能研究

该文介绍一种基于电解质溶液-绝缘层-半导体(EIS)结构的光、机、电一体化的微阵列光寻址电位传感器系统(LAPS)。文中研讨了LAPS的基本原理和微阵列光寻址电位传感器系统的制造。通过实验证明了芯片厚度、调制频率、曲线线性度对系统性能的影响,获得多种生化参数的光寻址测试结果。     

用于氨氮检测的薄层氨气微传感芯片及其系统研究

设计并制备了一种具有微池薄液层结构的氨气微传感芯片,并构建了以此微传感芯片为敏感单元的氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。此微传感芯片采用MEMS工艺制备,通过电化学方法在微电极表面修饰了对氨具有良好电催化氧化性能的纳米铂,提高了传感器的灵敏度。在芯片的SU-8微池中滴入微量碳酸丙烯酯(PC),形成可使氨气迅速扩散到电极表面的薄层电解液,使传感器具有较快的响应速度。使用自行设计的氨氮检测系统对氨氮进行检测,考察了氨氮检测的浓度响应特性、时间响应特性、重复性及选择性。氨氮检测系统的线性范围为0.1～5.0 mg/L;检测下限为0.1 mg/L;响应时间小于1 min;重复性偏差为4.0%。     

甲胎蛋白光寻址电位式传感器的研究

研究了基于光寻址电位传感器(LAPS)的无标记甲胎蛋白免疫检测。采用共价交联的方法在光寻址电位传感器的敏感膜表面固定甲胎蛋白抗体,根据蛋白质分子特异性结合会引起膜电位变化进行检测;对度为400μg/L甲胎蛋白抗原的响应约为11mV;不同浓度的甲胎蛋白抗原的响应同浓度呈线性关系,线性相关系数为0．9996;各个芯片对不同浓度AFP膜电位响应的相对标准偏差小于6％。验证了采用光寻址电位传感器技术检测甲胎蛋白的可行性,为多参数蛋白质芯片的研究提供了理论和实验数据。