[發(fā)明專利]基于PI的液柵型石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法和檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310069819.9
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103199020A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳蕾;成霽;金慶輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L29/786;G01R31/26;G01N21/64
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種“液柵型”石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法和檢測(cè)方法，特別涉及利用聚酰亞胺(PI)材料以獲得柔性器件的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法及檢測(cè)方法，所述的器件具有較好的生物相容性，可望用作醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的植入性器件。

背景技術(shù)

基于“液柵型”的場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的生物傳感器具有極高的靈敏度，在痕量生物信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但仍然存在明顯不足。當(dāng)前基于剛性基底的場(chǎng)效應(yīng)管傳感器，成本較高，而且不太適合用作醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的植入式器件。與之相比，基于柔性材料的場(chǎng)效應(yīng)管，能夠適用于更多檢測(cè)環(huán)境，而且選用合適的聚合物材料能大大降低基底材料對(duì)石墨烯的摻雜影響。因此，基于PI的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管在生物信號(hào)檢測(cè)方面具有良好的應(yīng)用潛力。

在設(shè)計(jì)器件時(shí)，必須考慮器件材料的生物兼容性、絕緣性能及長(zhǎng)期穩(wěn)定性等因素。其中，如何通過(guò)簡(jiǎn)單快速的微細(xì)加工工藝加工生物兼容性良好的材料是需要解決的首要問(wèn)題。目前用于加工柔性石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）和聚苯乙烯（PS）兩類聚合物材料。PET和PS材料絕緣性能好，能夠避免電解質(zhì)溶液滲入，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，但對(duì)其進(jìn)行微加工相對(duì)困難。目前采用這兩種材料作為基底的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極沒(méi)有絕緣，溶液直接滴加在石墨烯部分進(jìn)行檢測(cè)，這妨礙了器件的封裝和集成。

與上述兩種材料相比，PI具有良好的生物相容性，可用于制作植入性電極，而且PI的最大優(yōu)勢(shì)在于性能穩(wěn)定且與微加工工藝相兼容。光敏性的聚酰亞胺材料，可以通過(guò)光刻的方法，制作出微米級(jí)別的精細(xì)結(jié)構(gòu)。該特點(diǎn)能夠充分滿足特定的應(yīng)用如植入式檢測(cè)的需要。

為了克服現(xiàn)有的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管柔性基底的穩(wěn)定性問(wèn)題和加工工藝復(fù)雜問(wèn)題，本發(fā)明擬提供一種基于PI柔性基底的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管制備方法及檢測(cè)方法，為可植入式器件的發(fā)展提供了新的思路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于PI柔性基底的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管制備方法及檢測(cè)方法，本發(fā)明的目的通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到：在硅基底上沉積鋁層作為犧牲層；將PI光刻膠（Durimide7510）旋涂在鋁層上作為柔性場(chǎng)效應(yīng)管的基底；以商品化的石墨烯/聚甲基酸甲酯薄膜轉(zhuǎn)移至預(yù)先沉積在PI基底上的鈦/金電極，形成良好的歐姆接觸；以一層AZ4620光刻膠作為石墨烯圖形化的掩模層；以氧等離子體（Oxygen?Plasma）對(duì)石墨烯進(jìn)行刻蝕；利用PI光刻膠在圖形化的石墨烯表面制作絕緣層，形成液柵型的結(jié)構(gòu)。

所述的PI基底絕緣材料，①在特定位置經(jīng)等離子體刻蝕，以便沉積大厚度的金電極，以減少器件電阻率；頂層PI絕緣材料為光敏材料，暴露出石墨烯和電極引線部位；②沉積于鋁層表面，厚度為4-6微米；在氬氫混合氣氛圍中加熱至350℃1小時(shí)，得到固化后的PI層。

所述的金電極，其特征在于厚度80-120微米，寬度為40-60微米，使用玻璃（lift-off）工藝制作。

所述的石墨烯，其特征在于將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至預(yù)先制作的金電極上，使用光刻和氧等離子體刻蝕的方法進(jìn)行圖形化。

所述的鋁層，其特征在于厚度為1微米，底部預(yù)先沉積有10納米的鈦金屬層。

依本發(fā)明工藝制備的基于PI柔性基底的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于：場(chǎng)效應(yīng)管的基底和制作的絕緣材料層均為具有生物相容性的PI；該器件能夠從硬質(zhì)基底上釋放。

所述的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于柵極為電解質(zhì)溶液，與石墨烯直接接觸。

作為本發(fā)明提供的方法制備的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管上進(jìn)行細(xì)胞的培養(yǎng)和觀察試驗(yàn)（詳見(jiàn)實(shí)施例3）結(jié)果表明器件表現(xiàn)出良好的生物相容性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用金電極與石墨烯直接接觸，利用金較大的功函數(shù)減少了接觸電阻；利用鋁層作為犧牲層，方便于釋放制作好的器件；利用PI柔性材料優(yōu)越的生物相容性，使得該器件能夠應(yīng)用于在體研究。