[發明專利]一種高靈敏度的OTFTpH傳感器的制作及pH檢測

有效

• 申請號: 201310282472.6
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104280443B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 曾紅娟;謝光忠;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高靈敏度的有機場效應管晶體管(OTFT)pH傳感器的制作，它特別涉及半導體器件和電子聚合物膜的制備技術。

背景技術

二十一世紀是一個生物與信息的世紀，圍繞生物與生命科學的研究，如何采集有用的信息進而利用這些信息來指導人們的生產實踐活動才是人們不斷探索和研究的目的。pH值越來越多的與我們的生產和生活日益相關，這種相關性不僅表現在工業、農業、國防與科學技術等方面，還表現在我們生活的各個方面如飲食、消化、新陳代謝等等。因而對pH的測量以及控制已經成為越來越重要的課題。

如圖1所示人體血液中存在的緩沖體系，它的pH值均控制在一狹小范圍內進行相應的生化反應。因此，對一個狹小范圍的pH值進行準確的實時檢測，有著非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高靈敏度的OTFT pH傳感器的制作方法。

本發明包括以下內容：

一、采用半導體硅工藝制備一個具有開槽柵極的晶體管。

二、采用電化學沉積的方法在柵極的開槽區沉積電子聚合物膜。

三、用沉積了電子聚合物膜的晶體管器件對不同pH值的緩沖溶液進行pH檢測。

一、本發明提供的具有開槽柵極的晶體管的制備方法如下：

(1)生長一定厚度的場氧化層；

(2)光刻源、漏區：正性光刻膠；

(3)留膠磷注入(形成源S、漏D區)；

(4)光刻襯底接觸孔：正性光刻膠；

(5)留膠硼注入；

(6)去膠；

(7)光刻有源區(柵G區、源孔區、漏孔區)：正性光刻膠；

(8)腐蝕SiO₂層；

(9)生長一定厚度的柵氧化層；

(10)光刻接觸引線孔區：正性光刻膠；

(11)濺射一定厚度的金屬鋁；

(12)采用負性光刻膠反刻金屬區，去除部分金屬柵，所制得的具有開槽柵極的晶體管如圖2所示；

(13)對制備的器件按傳統的半導體工藝進行封裝。

二、本發明提供的采用電化學沉積的方法在柵極的開槽區沉積電子聚合物膜的制備方法如下：

(I)將封裝好的場效應晶體管的柵極作為工作電極，一個鉑電極為對電極，一根飽和甘汞電極為參比電極，放進事先配好的電解液中，其實驗裝置如圖3所示。

(II)選擇單電位階躍計時電流法，對待鍍的工作電極進行恒電壓電解，設置電化學工作站的儀器參數，沉積電子聚合物膜。

(III)電解液的配制：按一定比例移取相應體積的電子聚合物單體，酸，和鹽并用去離子水稀釋配制成一定體積的混合液。

(IV)所制備的在柵極的開槽區沉積電子聚合物膜的晶體管的結構如圖4所示。

三、本發明提供的用沉積了電子聚合物膜的晶體管器件對不同pH值的緩沖溶液進行pH檢測驗證的方法如下：

(A)對這種耗盡型的n-溝道的OTFT器件在半導體特性測試儀器上設置一個測試模型，把器件的源、漏極分別與儀器的SMU₁和SMU₂相連，器件的柵極、襯底分別與儀器的SMU3和GNDU(地)相連。

(B)把制備的OTFT器件浸泡在不同pH的緩沖溶液中，然后按照圖5所示測試框圖對OTFT器件的性能進行測試。

附圖說明：

圖1血液中存在的pH緩沖體系

圖2具有開槽柵極的晶體管結構剖面圖，其中1：源極，2：柵極，3：槽，4：漏極

圖3在柵極的開槽區沉積電子聚合物膜的實驗裝置圖，

其中5：對電極，6：參比電極，7：工作電極

圖4在柵極的開槽區沉積電子聚合物膜的晶體管結構圖，圖中W開槽寬度，

L溝道長度，G柵極，S源極，D漏極，B襯底，6：參比電極，

8：待測溶液；9：PEDOT膜，10：環氧封裝

圖5用OTFT器件測試pH的測試框圖，其中：6：為參比電極，11：緩沖溶液

圖6OTFT器件對H離子敏感特性

具體實施方式

本發明提供的制作耗盡型OTFT pH傳感器及pH檢測具體方式如下：

1)生長場氧化層：厚度d＝402nm。

2)光刻源、漏區：正性光刻膠。

3)留膠磷注入(形成源、漏區)：80Kev，注入劑量4.0×10¹⁵個磷原子/m³，使得半導體的電阻率為0.7-1Ω.cm。