[發明專利]一種半導體電阻型硝酸鹽檢測器

在審

• 申請號: 202110187232.2
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112964766A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 毛舜;陳曉燕;傅子鵬
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種半導體電阻型硝酸鹽檢測器，包括基片、設于基片上的氧化層、并列設于氧化層上的一對電極，以及橋連于一對電極之間的半導體導電溝道，所述的半導體導電溝道表面修飾有硝酸根檢測基團層。與現有技術相比，本發明通過芐基三乙基氯化銨中季銨基團與硝酸根離子之間的高親和力，實現對硝酸根離子的捕獲，通過電子效應引起還原氧化石墨烯半導體溝道表面載流子濃度變化，并產生電流信號的變化，進而通過電流信號實現對硝酸根離子的檢測，并具有敏感度高、檢測限低、檢測速度快等優點。

技術領域

本發明屬于化學傳感器技術領域，涉及一種半導體電阻型硝酸鹽檢測器，尤其涉及一種基于還原氧化石墨烯的半導體電阻型硝酸鹽檢測器。

背景技術

硝酸鹽作為自然水體中溶解氮的主要存在形式，是造成水體富營養化的主要水體污染物之一。水體富營養化作為常見的重大水體污染事件，亟需相關環境監測手段對其進行有效的預警預測，這就對包括硝酸鹽在內的營養鹽類物質的原位和實時檢測提出了更高的技術要求。而常規的硝酸鹽檢測方法依賴大型精密儀器，具有成本高昂、儀器便攜性差、操作復雜、數據分析過程消耗大量時間等缺點，此外大多還需要添加化學試劑，容易造成二次污染，因此不適于對水體中的硝酸根進行實時、原位監測。

近年來納米材料領域的快速發展使半導體電阻式傳感器得到更廣泛而深入的研究，由于基于場效應晶體管的器件優勢和納米半導體材料的性能優勢，使得此類傳感器在快速檢測方面有極大的實際應用潛力，同時基于光刻技術的場效應晶體管器件，具有微型化和原位易集成的結構優勢。該類傳感器基于被測物與半導體溝道材料表面直接/間接結合以及產生物理/化學相互作用引起半導體溝道的電導變化，從而定量被測物濃度，具有高靈敏度、低檢測限和快速響應的性能優勢。本傳感器在結構和性能上優勢有潛力解決現階段水體原位和在線監測系統和網絡的構建過程中缺乏合適的可以進行原位、快速水質檢測的器件的研究瓶頸。

發明內容

本發明的目的就是提供一種半導體電阻型硝酸鹽檢測器，用于解決現有硝酸鹽檢測裝置成本高、操作復雜、耗時長的問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種半導體電阻型硝酸鹽檢測器，包括基片、設于基片上的氧化層、并列設于氧化層上的一對電極，以及橋連于電極對之間的半導體導電溝道，所述的半導體導電溝道表面修飾有硝酸根檢測基團層。

進一步地，所述的半導體導電溝道包括還原氧化石墨烯導電溝道，具體包括單層或少層還原氧化石墨烯。

進一步地，所述的還原氧化石墨烯導電溝道依次通過沉積及真空熱還原過程制備得到，并在制備的同時能穩定沉積在電極對之間并和電極對形成歐姆接觸，以便于進行后續的信號檢測分析。

進一步地，所述的沉積過程具體為：將0.1-1.0μg/mL的氧化石墨烯分散液轉移至一對電極之間并干燥。

進一步地，所述的真空熱還原過程具體為：在惰性氣體氛圍中，于350-500℃下熱處理0.5-2h。

進一步地，所述的硝酸根檢測基團層的制備方法包括：將芐基三乙基氯化銨(BTEAC)溶液涂覆于半導體導電溝道表面，并孵化10-18h。

作為優選的技術方案，所述的芐基三乙基氯化銨溶液為飽和水溶液。

進一步地，所述的基片包括高摻雜硅片。

進一步地，所述的氧化層厚度為0.2-0.5μm。

進一步地，所述的電極寬度為1.5-3μm，厚度為0.03-0.10μm，間距為1-2μm。

作為優選的技術方案，所述的氧化層厚度為0.3μm，所述的電極寬度為2μm，厚度為0.05μm，間距為1.5μm。

進一步地，所述的電極包括通過光刻技術得到的金電極。