[發明專利]多參數離子傳感器及其制備方法、多參數離子傳感器芯片和監測系統

有效

• 申請號: 201410186870.2
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103969314B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 許世衛;李哲敏;李燈華
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業信息研究所
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N27/414
• 代理公司: 北京瑞思知識產權代理事務所(普通合伙)11341
• 代理人: 王加嶺,張東山

1.一種多參數離子傳感器，其特征在于，所述傳感器包括：多個由成對的離子敏場效應晶體管組合的互補對結構；其中，

每個互補對結構中成對的離子敏場效應晶體管共用一個參比電極；

所述成對的離子敏場效應晶體管中的一個設有的敏感膜作為指示晶體管，另一個設有非活性膜作為參比晶體管；

多個互補對結構中的敏感膜不同。

2.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器中，每種敏感膜分別針對一種特定的離子；所述離子包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-中的至少一種。

3.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器的互補對結構基于N溝道的離子敏場效應晶體管。

4.如權利要求3所述的傳感器，其特征在于，在每個互補對結構中：

參比電極設置在成對的離子敏場效應晶體管之間；

每個離子敏場效應晶體管為多層級結構，所述多層級結構的各層依次包括P型硅襯底、N型溝道、Si0₂氧化層、源漏電極、絕緣層及柵電極；其中，

所述N型溝道形成在所述P型硅襯底的表面，所述源漏電極通過所述Si0₂氧化層中的通孔分別連接兩個N型溝道區，所述柵電極通過所述絕緣層中的通孔連接所述Si0₂氧化層；

所述敏感膜或所述非活性膜布設在所述柵極表面并暴露在環境當中。

5.一種多參數離子傳感器的制備方法，其特征在于，所述方法包括步驟：

準備P型硅片；

清洗硅片；

濕氧化法制作Si0₂氧化層；

制作N阱；

注入磷，形成漏區與源區；

生長柵極二氧化硅；

刻蝕二氧化硅；

形成接觸孔；

沉積金屬化電極；

形成金屬互連；

形成金屬層間接觸孔；

淀積多種離子敏感層，形成靈敏層窗口；

用環氧樹脂將整個傳感器密封起來，只將與溶液接觸的柵極靈敏層窗口暴露在環境當中。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述多種離子敏感層中的離子包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-中的至少一種。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，各離子敏感層的分別采用下述方法獲得：

Na⁺：雙12-冠-4衍生物、聚氯乙烯樹脂粉，四氫呋喃為溶劑，適當比例混合；

K⁺：適當比例的纈氨霉素、聚氯乙烯樹脂粉、增塑劑和四氫呋喃溶劑的溶液注入芯片上；

Ca²⁺：二癸基磷酸鈣電活性材料，甲基磷酸二庚脂為增塑劑，聚氯乙烯樹脂粉為基底，四氫呋喃為溶劑，適當比例混合；

Cl^-：AgC1、AgS、聚氯乙烯樹脂聚合物，四氫呋喃為溶劑，適當比例混合；

SO₄^2-：以季銨鹽為電活性物質，以鄰苯二甲酸二丁脂為增塑劑，對-三氟乙酰苯甲羧基己基醚為添加劑，四氫呋喃為溶劑，適當比例混合；

CO₃^2-：三氟乙酰對癸基苯為載體，氯化三(十二烷基)甲基銨為碳酸銨鹽，癸二酸二辛酯為增塑劑，聚氯乙烯為樹脂聚合物，四氫呋喃為溶劑，適當比例混合。