[實用新型]基于氮化鎵材料的人體血糖測試芯片

有效

• 申請號: 201420022740.0
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN203798771U
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 柯志杰;郭文平;鄧群雄;黃慧詩
• 申請（專利權）人: 江蘇新廣聯科技股份有限公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;劉海

技術領域

本實用新型涉及一種人體血糖測試芯片，尤其是一種基于氮化鎵材料的人體血糖測試芯片，屬于電子技術領域。

背景技術

人體血糖值是一種常用且重要的人體健康指標，尤其是近年來隨著人們生活水平的提高，罹患糖尿病的人們越來越多，血糖監測的家庭化和常規化也顯得越來越重要。由于人體血糖主要指葡萄糖，所以人體血糖的檢測即是指檢測人體血液中所含葡萄糖的濃度。目前市面上常見的人體血糖測試儀器主要是通過葡萄糖在生物酶的作用下發生得失電子的反應，所產生的電子被導電介質轉移給電極，在一定電壓作用下，流過電極的電流將發生變化，通過一種三電極體系檢測電流變化與葡萄糖濃度的線性關系達到檢測血糖濃度的目的。但此過程中產生的微電流極小，需要用12位AD轉換器探測，這對其測量精度和準確度都有不小的影響。

眾所周知，高電子遷移率晶體管（HEMT）是一種對柵極電壓極其敏感的電子器件。柵極電壓Vg可控制下方異質結勢阱的深度，則可控制勢阱中2-DEG（二維電子氣）的面密度，從而控制著器件的工作電流。

人體血液中的葡萄糖在生物酶的作用下會發生氧化反應，形成葡萄糖脂和雙氧水（H₂O₂），過程中會釋放出電子。這種電子在HEMT器件的柵極處累積會形成一個電場，這個電場會疊加在柵極電壓產生的電場之上，共同影響下方異質結勢阱的深度，從而造成器件工作電流的變化。在這種體系下，HEMT器件工作電流與葡萄糖濃度呈線性關系，所以我們通過測量HEMT器件工作電流的變化即可測得人體血液中葡萄糖的濃度。而異質結中電子的遷移率、構成異質結的材料的厚度、HEMT器件的設計等都會直接影響到工作電流對于電場變化的響應，器件的靈敏度和準確度就是基于這些因素的。通過優化這些參數，我們可以得到相對于三電極體系更高靈敏度和準確度的檢測結果。這要歸功于HEMT器件溝道中的高遷移率載流子對于柵極電場變化的高度敏感性，從而可以更靈敏的探測出葡萄糖反應中所釋放出的電子。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基于氮化鎵材料的人體血糖測試芯片，利用高電子遷移率晶體管（HEMT）的放大效應，更精確地探測葡萄糖反應時產生的電子的多少，進而得到人體血糖濃度。

按照本實用新型提供的技術方案，所述基于氮化鎵材料的人體血糖測試芯片，包括襯底，其特征是：在所述襯底的上表面生長形成U型氮化鎵層，U型氮化鎵層上表面生長形成鋁鎵氮層，鋁鎵氮層上表面生長U型氮化鎵披覆層；所述U型氮化鎵披覆層上設有源極和漏極，源極和漏極與U型氮化鎵披覆層形成歐姆接觸；所述源極和漏極相互分離，源極和漏極之間的間隙處為柵極，源極和漏極上分別沉積有源極打線電極和漏極打線電極；在所述芯片上表面覆蓋絕緣層，絕緣層覆蓋住芯片上表面除源極打線電極、漏極打線電極和柵極以外的區域；在所述柵極的表面涂布生物酶。

在一個具體實施方式中，在所述芯片的上表面，源極、漏極和柵極區域以外的部分形成刻蝕溝槽，刻蝕溝槽由U型氮化鎵披覆層的上表面延伸至U型氮化鎵層。

在一個具體實施方式中，所述襯底采用藍寶石基板、硅基板、氮化鎵基板或者碳化硅基板中的一種。

在一個具體實施方式中，所述鋁鎵氮層的厚度≤100nm。

在一個具體實施方式中，所述U型氮化鎵披覆層的厚度≤50nm。

本實用新型具有以下優點：本實用新型利用HEMT器件溝道中的電流對柵極電場的敏感特性，可以得到其電流隨柵極電場變化的線性關系；而柵極電場的變化正比于葡萄糖反應中所產生的電子，反應產生的電子又正比于葡萄糖的濃度，從而可以利用HEMT器件的電流變化來讀取葡萄糖的濃度；通過HEMT器件中柵極長度、寬度和外延結構中各層厚度的調整，可以改變器件的電流變化值，使得在相同的葡萄糖濃度下，HEMT電流變化達到幾十微安的量級，從而大大增加讀取數據的可行性和準確度，不必使用高精度的電子芯片讀取極小的電流，降低了芯片制造成本，提高了測量精度。

附圖說明

圖1為本實用新型所述人體血糖測試芯片的一種實施方式的結構示意圖。

圖2為本實用新型所述人體血糖測試芯片的另一種實施方式的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1～圖2所示：所述基于氮化鎵材料的人體血糖測試芯片包括襯底1、U型氮化鎵層2、鋁鎵氮層3、U型氮化鎵披覆層4、源極5、漏極6、源極打線電極7、漏極打線電極8、柵極9、絕緣層10、生物酶涂層11等。