[發明專利]基于石墨烯的化學或生物傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 201410135696.9
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN104977347A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 蘇瑞鞏;王逸群;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本發明涉及一種化學或生物傳感器，特別涉及一種基于石墨烯的高靈敏化學或生物傳感器及其制作方法，屬于半導體制造技術及生物傳感領域。

背景技術

目前，糖尿病、心血管類疾病、呼吸道疾病、肝病、癌癥等嚴重威脅了人類的健康和社會的進步。雖然醫學及相關學科不斷的發展和進步，但在疾病的快速診治方面仍是進展緩慢，并且隨著我國社會逐漸的步入老年社會，一些慢性疾病的監測及診療上將是社會的一個迫切需求。部分疾病如果不能得到及時的發現，其將進一步發展，直至到達疾病晚期，將增加痊愈的難度，甚至威脅病人的生命安全。而一些心血管類的疾病如果不能及時得到診斷，對病人將是致命的。現今，疾病不能得以及早發現的主要原因在于，疾病相關特征不明顯，相關疾病標記物濃度太低；最主要的是診斷儀器的分辨率未能跟上疾病的發展，同時，一些診斷手段費時長，費用高，也是阻礙其應用的原因。因此，提高儀器的靈敏度，降低成本對疾病的及時有效治療以及人類健康的保證具有重要的意義。

相比于傳統的檢測裝置，石墨烯場生物傳感器具有以下優勢：首先，石墨烯具有非常高的電子遷移率，其構成的的器件具有更高的檢測靈敏度和響應速度；其次，由于石墨烯本身為碳材料，與生命體具有共同的特性，具有更好的生物親和性；同時，石墨烯材料具有非常好的力學特性，可制備柔性器件。最后，原料來源豐富，可以降低器件的制造成本，使得高靈敏生物傳感器得到大規模推廣和應用。

目前已經存在大量的生化傳感器，其中也有一些基于石墨烯的傳感器，但大部分基于電化學原理進行檢測，這種器件結構并沒有充分利用石墨具有高電子遷移率的特點，因此其靈敏度和響應速度仍有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的基于石墨烯的化學或生物場效應傳感器及其制作方法，從而克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于石墨烯的化學或生物傳感器，包括：

至少一端面為電絕緣面的基底，

設置在所述基底一端面上的，具有設定圖形結構的石墨烯層以及與石墨烯層配合的圖形源、漏電極，

覆蓋所述基底一端面的除所述石墨烯層和源、漏電極之外的區域的鈍化層，

設置于所述基底另一端面上的柵電極，?

以及，連接在所述石墨烯層上的、用以檢測目標物質的識別物。

一種基于石墨烯的化學或生物傳感器的制作方法，包括如下步驟：

（1）提供至少一端面為電絕緣面的基底，并在所述基底的一端面上覆設石墨烯層，采用光刻工藝將第一光刻版圖形轉移到石墨烯層表面，再對石墨烯層進行蝕刻，蝕刻工藝包括等離子刻蝕或濕法腐蝕工藝，從而形成包含石墨烯納米帶，且具有設定圖形結構的石墨烯層；

（2）采用光刻工藝將第二光刻版圖形轉移到石墨烯層表面，再生長導電材料，進而剝離形成圖形源、漏電極，同時在所述基底另一端面設置柵電極；

（3）在所述基底的一端面上采用鈍化光刻版進行光刻定義圖形，從而在所述基底的一端面除石墨烯層及源、漏電極之外的區域覆蓋鈍化層，所述鈍化物包括氧化硅或氮化硅鈍化層；

（4）對石墨烯層進行表面修飾改性，并在石墨烯層表面連接用以檢測目標分子的識別物。

優選的，所述具有設定圖形結構的石墨烯層中石墨烯條帶的寬度為5nm~5μm。

優選的，所述源、漏電極的寬度為0.5~10μm。

進一步的，前述步驟（2）包括：利用光刻方法將第二光刻版圖形轉移到石墨烯層表面，再生長金屬，并剝離得到源、漏電極，以及，在所述基底另一端面生長金屬，作為柵電極，其中，生長金屬的工藝包括電子束蒸發或磁控濺射方法。

進一步的，前述步驟（4）包括：在石墨烯層表面修飾化學分子，而后連接用以檢測目標物質的識別物。

與現有技術相比，本發明的有益效果包括：該基于石墨烯的傳感器易于制備，操作方便，并具有靈敏度高、穩定性好，成本低等特點，適用于檢測化學分子、疾病相關因子(如DNA，RNA，蛋白質等)或病毒等。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中表面覆設有石墨烯層的基底的結構示意圖；

圖2是本發明實施例1中基于石墨烯的傳感器的結構示意圖；

圖3是本發明實施例1中基于石墨烯修飾苯胺分子的XPS測試圖譜。

具體實施方式

本發明的一個方面提供了一種基于石墨烯的化學或生物傳感器，包括：

至少一端面為電絕緣面的基底，

設置在所述基底一端面上的，具有設定圖形結構的石墨烯層以及與石墨烯層配合的圖形源、漏電極，