[發(fā)明專利]一種生化傳感器芯片及制備工藝方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710176923.2
• 申請(qǐng)日: 2007-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN101430304A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏善紅;汪祖民;韓涇鴻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N27/414
• 分類號(hào): G01N27/414;G01N27/327
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 梁愛榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型生物芯片后續(xù)工藝研究的方法，涉及一種基于電化學(xué)工藝，在離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管/參比場(chǎng)效應(yīng)晶體管差分結(jié)構(gòu)的柵極生長(zhǎng)聚吡咯層的方法，特別涉及到以同種單體吡咯溶液研制具有不同pH響應(yīng)的聚吡咯薄層技術(shù)。

背景技術(shù)

離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Ion?Sensitive?Field?Effect?Transistor，ISFET)的研究起源于20世紀(jì)70年代。由于其體積小、輸入阻抗高且輸出阻抗低、響應(yīng)快、全固態(tài)等優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的ISFET結(jié)構(gòu)是將MOSFET(metallic?oxide?semiconductor?field?effect?transistor，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的金屬柵極去除，僅保留二氧化硅(SiO₂)層，通過(guò)在其上淀積離子敏感薄膜而制成的。測(cè)試時(shí)，敏感薄膜要與待測(cè)溶液直接接觸，整個(gè)器件除敏感膜區(qū)域外均須用絕緣性能良好的密封膠包封。柵極敏感薄膜直接與電解液相接觸，電解液/絕緣層界面的電勢(shì)與電解液中的離子活度(濃度)有關(guān)，電解液中離子濃度的改變將引起ISFET器件閾值電壓相應(yīng)的改變。這樣就可以通過(guò)檢測(cè)ISFET的溝道電流的變化來(lái)檢測(cè)所測(cè)離子的濃度。

傳統(tǒng)的單ISFET傳感器在測(cè)量過(guò)程中，需要有參比電極。常見的參比電極具有體積大、需液接鹽橋和不易集成等缺點(diǎn)，且單ISFET傳感器測(cè)量易受外界因素的影響，從而使測(cè)量出現(xiàn)較大的誤差。基于CMOS工藝研制pH-ISFET集成傳感器，采用差分結(jié)構(gòu)(即ISFET/REFET結(jié)構(gòu))是最佳選擇。因?yàn)椴罘纸Y(jié)構(gòu)具有可消除因環(huán)境變化引起的測(cè)量誤差，REFET(參比場(chǎng)效應(yīng)晶體管)與ISFET可以采用相同CMOS工藝制備，二者不但可以集成，還可以與CMOS信號(hào)處理電路集成于同一芯片，因此研制ISFET/REFET差分結(jié)構(gòu)傳感器，成為一種趨勢(shì)，正被越來(lái)越多地應(yīng)用到生物或化學(xué)檢測(cè)中。ISFET/REFET差分結(jié)構(gòu)的工作原理是：ISFET柵極上的功能膜對(duì)待測(cè)離子具有較高的響應(yīng)特性，REFET柵極上的功能膜對(duì)待測(cè)離子具有較低的響應(yīng)特性，兩者在共用準(zhǔn)參比電極(pseudo?referenceelectrode，PRE)偏置下工作。該結(jié)構(gòu)可有效消除共模信號(hào)，如溫度、輸入信號(hào)等參數(shù)變化而引起的信號(hào)誤差，從而提高輸出信號(hào)的穩(wěn)定性及有效性。

目前，在差分結(jié)構(gòu)中，有多種性能優(yōu)良的薄膜材料用于pH檢測(cè)。敏感膜材料主要為無(wú)機(jī)物，如Si₃N₄^[1]、Ta₂O₅^[2]、Al₂O₃^[3]等無(wú)機(jī)膜，通常采用低溫氣相沉積或磁控濺射方法制備；用作REFET鈍化膜的材料主要為有機(jī)物，如聚氯乙烯^[4]、聚對(duì)二甲苯^[5]、聚四氟乙烯^[6]等，一般采用涂敷法或磁控濺射方法制備。由于敏感膜和鈍化膜兩者的性質(zhì)相差較大，不但在薄膜的制備工藝上難以兼容，更主要的是兩者響應(yīng)時(shí)間相差較大，無(wú)法快速同步檢測(cè)，傳感器的差分效果不理想。研制以同種材料分別作為pH敏感膜與pH鈍化膜是目前差分結(jié)構(gòu)傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向。

聚吡咯材料作為一種特殊的導(dǎo)電高分子材料，具有制備工藝簡(jiǎn)單、電學(xué)性質(zhì)可控以及較好的生物兼容性等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)、生物、氣體等多種傳感器領(lǐng)域都得到了應(yīng)用^[7，8]。但在ISFET/REFET差分結(jié)構(gòu)中，同時(shí)將聚吡咯材料用作pH敏感膜和鈍化膜的情況目前尚未見報(bào)導(dǎo)。

[1]M.L.Pourciel-Gouzy，W.Sant，I.Humenyuk，L.Malaquin，et，al.Development?of?pH-ISFET?sensors?for?the?detection?of?bacterial?activity.Sensors?and?Actuators?B，2004，103:247-251。