CN105806913A - 具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法 - Google Patents

具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105806913A
CN105806913A CN201610326568.1A CN201610326568A CN105806913A CN 105806913 A CN105806913 A CN 105806913A CN 201610326568 A CN201610326568 A CN 201610326568A CN 105806913 A CN105806913 A CN 105806913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reference electrode
layer
gan
biosensor
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610326568.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105806913B (zh
Inventor
张鹏
张晨阳
谢涌
马晓华
施建章
郝跃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201610326568.1A priority Critical patent/CN105806913B/zh
Publication of CN105806913A publication Critical patent/CN105806913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105806913B publication Critical patent/CN105806913B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00095—Interconnects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00349—Creating layers of material on a substrate
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法，本发明提出的基于GaN生物传感器的集成式固态薄膜参比电极与GaN生物传感器现用外置参比电极相比，电极位置固定，采用微电子工艺制作，参比电极精密度更高，且与GaN器件同时制作使得制作成本低，集成度高，易于进行小型化和便携式GaN生物传感器的实现。

Description

具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法
技术领域
本发明属于半导体生物传感器领域，具体涉及一种具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法。
背景技术
作为硅替代品的第三代半导体材料，GaN具有化学抗腐蚀、高温高功率、高电子迁移率等特点，并且能与GaN基发光二极管，深紫外探测器、无线传感芯片等兼容，十分适合高可靠性的传感器应用。
GaNHEMT器件的常规结构，在由AlGaN/GaN外延材料制成的异质结上，由于压电极化和自发极化效应，会在势垒层缓冲层交接处，较靠近缓冲层的位置，形成一层带负电的二维电子气，由于能带的关系，二维电子气具有一定限域性。因此，当源漏电极存在电压差时，电子就会在该二维平面上根据电势方向移动，形成电流。同时，通过栅极施加一定负电压，能够耗尽电子，获得器件的开关控制。
采用GaN场效应晶体管(HEMT)来作为传感单元的生物检测技术近年来逐渐成为一个热点问题。该技术利用HEMT器件裸栅来感应生物物质产生的电信号，进而产生源漏电流的变化来进行传感，具有检测快速、简单、体积小易携带，成本低廉的特点，非常符合生物和医学领域快速检测的需求。目前国际GaN领域的各个研究小组都与生物医学领域的科研机构进行了合作研究。其开展的生物传感研究涵盖了多个方面，包括气体检测、PH值检测，DNA片段检测，通过检测血液、尿液、唾液以及组织细胞中特定的酶、蛋白质、抗原等进行的疾病检测，具有非常广阔的研究领域。
在AlGaN/GaNHEMT结构中，AlGaN/GaNHEMT器件的界面处会形成二维电子气的表面通道，势阱中的二维电子气受控于栅极电压，AlGaN/GaNHEMT的栅极采用生物分子膜代替，器件工作时，引入的待测目标物与固定在生物分子膜上的待测目标抗体发生特异性结合，引起生物分子膜表面电荷发生变化，从而引起势阱中二维电子气浓度的改变，而二维电子气浓度的改变会导致晶体管的源极(source)和漏极(drain)之间电流的变化，因此可通过电流的变化来检测引入待测目标物的浓度变化。通过在器件栅极缓冲液中放置一个外置的参比电极，参比电极电位固定在器件的栅亚阈值区域，同时通过可导电的缓冲液进行电压传导，使栅极电压调制在亚阈值区，从而使传感器获得最大的检测灵敏度。
在理想电流-电压关系中，当栅源电压小于或等于阈值电压时漏电流为零。而在实验中，当VGS≤VT时的漏电流称为亚阈值电流。如公式1所示，在亚阈值状态时，漏电流Id与栅源电压VGS呈指数关系。而在线性区，漏电流Id与栅源电压VGS呈线性关系。公式1和2如下。
其中μ指载流子迁移率指载流子电容,，这里Cbarrter指量子电容,L和W分别指代栅长和栅宽,kB为玻尔兹曼常数,T指绝对温度，q指电荷。理想情况下，栅压每改变60mV左右就会引起亚阈值电流一个数量级的改变。传感器灵敏度S定义为
S = I I 0 × 100 %
因此，为获得最大灵敏度，应使器件工作在亚阈值状态。
2011年，XuejinWen,etal.报道了使用外置Pt参比电极使AlGaN/GaNHEMT器件工作在亚阈值状态以使测量链霉亲和素的灵敏度得以提高。2011年，MasturaShafinazZainalAbidin，etal.报道了用AlGaN/GaNHEMT器件测量PH值的化学传感器，采用了Ag/AgCl外置参比电极，为使参比电极对栅极实现偏置，将Ag/AgCl外置参比电极固定在聚四氟乙烯烧杯中，并将AlGaN/GaNHEMT器件置于其中。文献采用的是类似的外置参比电极方法。
在GaN生化传感器应用中，一种使器件工作在亚阈值状态的方法，是在器件栅极缓冲液中放置一个外置的参比电极。常用Ag/AgCl外置电极的结构的电极材质一般采用Ag/AgCl或Pt等材料。常用参比电极存在较难固定，且电极位置不稳定易挪动，不易实现便携式和小型化传感器的制作与应用的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法，克服了GaN生物传感器现用外置参比电极安装使用复杂，不易实现便携式和小型化应用的缺点。
为了达到上述目的，具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，在干净的含有GaN缓冲层、AlGaN势垒层和衬底的基片上，光刻显影出台面隔离区域，采用刻蚀或离子注入的方法形成器件的隔离；
步骤二，在未做隔离的区域上光刻显影出欧姆接触区域，采用电子束蒸发的方法获得欧姆金属层，欧姆金属层采用Ti/Al/Ni/Au四层结构，退火形成合金，获得欧姆接触；
步骤三，在欧姆金属层上及衬底上光刻显影出器件源漏电极的互连区域和参比电极引线区域，蒸镀Ni/Au互连金属，并剥离，获得GaN器件源漏电极的互连金属和参比电极的外部引线；
步骤四，在参比电极引线上光刻显影出参比电极感应区域，蒸镀300～1000nm厚的参比电极金属Ag，并剥离，形成参比电极金属；
步骤五，在AlGaN势垒层、欧姆金属层和互连金属的表面淀积60-100nm厚度的Si3N4作为钝化层；
步骤六，在钝化层上进行光刻显影，并刻蚀Si3N4，露出GaN器件的栅区域、参比电极感应区域、器件的电极引出区域及参比电极引出区域；
步骤七，在沉积的参比电极金属Ag处用0.1～0.3Mol/L的FeCl3氯化3～5分钟，在Ag表面形成AgCl层；
步骤八，在AgCl层上滴加一层含KCl的琼脂溶液以形成KCl水凝胶层，水凝胶层中含有3mol/LKCl以及质量分数为6％的水溶性聚合物PVP，微孔膜作为内参比溶液水合和扩散的微型通道；
步骤九，在形成的凝胶层上涂上一层聚合物涂层，以延长参比电极寿命；
步骤十，采用PDMS进行器件的封装，制作出传感器测试用样品槽，最终得到具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器。
所述步骤一中，势垒层采用InAlN势垒层或AlN势垒层。
所述步骤二中，在830度快速热退火形成合金。
所述步骤三中，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au互连金属，并用lift-off工艺剥离。
所述步骤四中，蒸镀Ag时采用热蒸发技术。
所述步骤五中，淀积钝化层采用PECVD方法。
所述步骤六中，刻蚀采用ICP刻蚀法或湿法刻蚀法。
所述步骤九中，聚合物涂层采用Nafion和聚氨酯。
具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器，包括具有GaN缓冲层、AlGaN势垒层和衬底的基片，AlGaN势垒层上设置有欧姆金属层，欧姆金属层上及衬底上具有互连金属，衬底上的互连金属上蒸镀有参比电极金属Ag，GaN缓冲层、AlGaN势垒层、欧姆金属层和互连金属表面淀积有钝化层，钝化层上具有GaN器件的栅区域、参比电极感应区域、电极引出区域及参比电极引出区域，参比电极金属Ag表面具有AgCl层，AgCl层上具有KCl水凝胶层，KCl水凝胶层上涂覆有聚合物涂层，衬底和钝化层上具有PDMS测试用样品槽。
与现有技术相比，本发明提出的基于GaN生物传感器的集成式固态薄膜参比电极与GaN生物传感器现用外置参比电极相比，电极位置固定，采用微电子工艺制作，参比电极精密度更高，且与GaN器件同时制作使得制作成本低，集成度高，易于进行小型化和便携式GaN生物传感器的实现。
附图说明
图1为本发明步骤一的示意图；
图2为本发明步骤二的示意图；
图3为本发明步骤三的示意图；
图4为本发明步骤四的示意图；
图5为本发明步骤五的示意图；
图6为本发明步骤六的示意图；
图7为本发明步骤七的示意图；
图8为本发明步骤八的示意图；
图9为本发明步骤九的示意图；
图10为本发明步骤十的示意图；
图11为本发明的器件整体工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参见图1至图9，具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，在干净的含有GaN缓冲层、AlGaN势垒层和衬底的基片上，光刻显影出台面隔离区域，采用刻蚀或离子注入的方法形成器件的隔离；
步骤二，在未做隔离的区域上光刻显影出欧姆接触区域，采用电子束蒸发的方法获得欧姆金属层，欧姆金属层采用Ti/Al/Ni/Au四层结构，在830度快速退火形成合金，获得欧姆接触；
步骤三，在欧姆金属层上及衬底上光刻显影出器件源漏电极互连区域和参比电极引线区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au互连金属，并用lift-off工艺剥离，获得GaN器件源漏电极的互连金属和参比电极的外部引线；
步骤四，在参比电极引线上光刻显影出参比电极感应区域，热蒸发技术蒸镀300～1000nm厚的参比电极金属Ag，并剥离，形成参比电极金属；
步骤五，采用PECVD方法在GaN缓冲层、AlGaN/InAlN势垒层、欧姆金属层和互连金属的表面淀积60-100nm厚度的Si3N4作为钝化层；
步骤六，在钝化层上进行光刻显影，并采用ICP刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀Si3N4，露出GaN器件的栅区域和参比电极感应区域以及器件的电极引出区域及参比电极引出区域；
步骤七，在沉积的参比电极金属Ag处用0.1～0.3Mol/L的FeCl3氯化3～5分钟，在Ag表面形成AgCl层；
步骤八，在AgCl层上滴加一层含KCl的琼脂溶液以形成KCl水凝胶层，水凝胶层中含有3mol/LKCl以及质量分数为6％的水溶性聚合物PVP，微孔膜作为内参比溶液水合和扩散的微型通道；
步骤九，在形成的凝胶层上涂上一层聚合物涂层，聚合物涂层采用Nafion和聚氨酯，以延长参比电极寿命；
步骤十，采用PDMS进行器件的封装，制作出传感器测试用样品槽，最终得到具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器。
优选的，势垒层还能够采用InAlN势垒层或AlN势垒层。
参见图10，具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器，包括具有GaN缓冲层、AlGaN/InAlN势垒层和衬底的基片，AlGaN/InAlN势垒层上设置有欧姆金属层，欧姆金属层上及衬底上具有互连金属，衬底上的互连金属上蒸镀有参比电极金属Ag，GaN缓冲层、AlGaN/InAlN势垒层、欧姆金属层和互连金属表面淀积有钝化层，钝化层上开设有GaN器件的栅区域、参比电极感应区域、电极引出区域及参比电极引出区域，参比电极金属Ag表面具有AgCl层，AgCl层上具有KCl水凝胶层，KCl水凝胶层上涂覆有聚合物涂层，衬底和钝化层上具有PDMS。
实施例1：
步骤一，在干净的含有GaN缓冲层、AlGaN势垒层和衬底的基片上，光刻显影出台面隔离区域，采用刻蚀或离子注入的方法形成器件的隔离；
步骤二，在未做隔离的区域上光刻显影出欧姆接触区域，采用电子束蒸发的方法获得欧姆金属层，欧姆金属层采用Ti/Al/Ni/Au四层结构，在830度快速退火形成合金，获得欧姆接触；
步骤三，在欧姆金属层上及衬底上光刻显影出器件源漏电极互连区域和参比电极引线区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au互连金属，并用lift-off工艺剥离，获得GaN器件源漏电极的互连金属和参比电极的外部引线；
步骤四，在参比电极引线上光刻显影出参比电极感应区域，热蒸发技术蒸镀300nm厚的参比电极金属Ag，并剥离，形成参比电极金属；
步骤五，采用PECVD方法在GaN缓冲层、AlGaN/InAlN势垒层、欧姆金属层和互连金属的表面淀积60nm厚度的Si3N4作为钝化层；
步骤六，在钝化层上进行光刻显影，并采用ICP刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀Si3N4，露出GaN器件的栅区域和参比电极感应区域以及器件的电极引出区域及参比电极引出区域；
步骤七，在沉积的参比电极金属Ag处用0.1Mol/L的FeCl3氯化3分钟，在Ag表面形成AgCl层；
步骤八，在AgCl层上滴加一层含KCl的琼脂溶液以形成KCl水凝胶层，水凝胶层中含有3mol/LKCl以及质量分数为6％的水溶性聚合物PVP，微孔膜作为内参比溶液水合和扩散的微型通道；
步骤九，在形成的凝胶层上涂上一层聚合物涂层，聚合物涂层采用Nafion和聚氨酯，以延长参比电极寿命；
步骤十，采用PDMS进行器件的封装，制作出传感器测试用样品槽，最终得到具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器。
实施例2：
步骤一，在干净的含有GaN缓冲层、InAlN势垒层和衬底的基片上，光刻显影出台面隔离区域，采用刻蚀或离子注入的方法形成器件的隔离；
步骤二，在未做隔离的区域上光刻显影出欧姆接触区域，采用电子束蒸发的方法获得欧姆金属层，欧姆金属层采用Ti/Al/Ni/Au四层结构，在830度快速退火形成合金，获得欧姆接触；
步骤三，在欧姆金属层上及衬底上光刻显影出器件源漏电极互连区域和参比电极引线区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au互连金属，并用lift-off工艺剥离，获得GaN器件源漏电极的互连金属和参比电极的外部引线；
步骤四，在参比电极引线上光刻显影出参比电极感应区域，热蒸发技术蒸镀1000nm厚的参比电极金属Ag，并剥离，形成参比电极金属；
步骤五，采用PECVD方法在GaN缓冲层、AlGaN/InAlN势垒层、欧姆金属层和互连金属的表面淀积100nm厚度的Si3N4作为钝化层；
步骤六，在钝化层上进行光刻显影，并采用ICP刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀Si3N4，露出GaN器件的栅区域和参比电极感应区域以及器件的电极引出区域及参比电极引出区域；
步骤七，在沉积的参比电极金属Ag处用0.3Mol/L的FeCl3氯化5分钟，在Ag表面形成AgCl层；
步骤八，在AgCl层上滴加一层含KCl的琼脂溶液以形成KCl水凝胶层，水凝胶层中含有3mol/LKCl以及质量分数为6％的水溶性聚合物PVP，微孔膜作为内参比溶液水合和扩散的微型通道；
步骤九，在形成的凝胶层上涂上一层聚合物涂层，聚合物涂层采用Nafion和聚氨酯，以延长参比电极寿命；
步骤十，采用PDMS进行器件的封装，制作出传感器测试用样品槽，最终得到具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器。
实施例3：
步骤一，在干净的含有GaN缓冲层、AlN势垒层和衬底的基片上，光刻显影出台面隔离区域，采用刻蚀或离子注入的方法形成器件的隔离；
步骤二，在未做隔离的区域上光刻显影出欧姆接触区域，采用电子束蒸发的方法获得欧姆金属层，欧姆金属层采用Ti/Al/Ni/Au四层结构，在830度快速退火形成合金，获得欧姆接触；
步骤三，在欧姆金属层上及衬底上光刻显影出器件源漏电极互连区域和参比电极引线区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au互连金属，并用lift-off工艺剥离，获得GaN器件源漏电极的互连金属和参比电极的外部引线；
步骤四，在参比电极引线上光刻显影出参比电极感应区域，热蒸发技术蒸镀650nm厚的参比电极金属Ag，并剥离，形成参比电极金属；
步骤五，采用PECVD方法在GaN缓冲层、AlGaN/InAlN势垒层、欧姆金属层和互连金属的表面淀积80nm厚度的Si3N4作为钝化层；
步骤六，在钝化层上进行光刻显影，并采用ICP刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀Si3N4，露出GaN器件的栅区域和参比电极感应区域以及器件的电极引出区域及参比电极引出区域；
步骤七，在沉积的参比电极金属Ag处用0.2Mol/L的FeCl3氯化4分钟，在Ag表面形成AgCl层；
步骤八，在AgCl层上滴加一层含KCl的琼脂溶液以形成KCl水凝胶层，水凝胶层中含有3mol/LKCl以及质量分数为6％的水溶性聚合物PVP，微孔膜作为内参比溶液水合和扩散的微型通道；
步骤九，在形成的凝胶层上涂上一层聚合物涂层，聚合物涂层采用Nafion和聚氨酯，以延长参比电极寿命；
步骤十，采用PDMS进行器件的封装，制作出传感器测试用样品槽，最终得到具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器。

Claims (9)

1.具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在干净的含有GaN缓冲层、AlGaN势垒层和衬底的基片上，光刻显影出器件隔离区域，采用刻蚀或离子注入方法形成器件的隔离；
步骤二，在未做隔离的区域上光刻显影出欧姆接触区域，采用电子束蒸发的方法获得欧姆金属层，欧姆金属层采用Ti/Al/Ni/Au四层结构，退火形成合金，获得欧姆接触；
步骤三，在欧姆金属层上及衬底上光刻显影出器件源漏电极的互连区域和参比电极的引线区域，蒸镀Ni/Au互连金属，并剥离，获得GaN器件源漏电极的互连金属和参比电极的引线金属；
步骤四，在参比电极引线上光刻显影出参比电极感应区域，蒸镀300～1000nm厚的参比电极金属Ag，并剥离，形成参比电极金属；
步骤五，在基片表面淀积60-100nm厚度的Si3N4作为钝化层；
步骤六，在钝化层上进行光刻显影，并刻蚀Si3N4，露出GaN器件的栅区域、参比电极感应区域、器件的互连金属引出区域及参比电极引出区域；
步骤七，在沉积的参比电极金属Ag处用0.1～0.3Mol/L的FeCl3氯化3～5分钟，在Ag表面形成AgCl层；
步骤八，在AgCl层上滴加一层含KCl的琼脂溶液以形成KCl水凝胶层，水凝胶层中含有3mol/LKCl以及质量分数为6％的水溶性聚合物PVP，微孔膜作为内参比溶液水合和扩散的微型通道；
步骤九，在形成的凝胶层上涂上一层聚合物涂层，以延长参比电极寿命；
步骤十，采用PDMS进行器件的封装，制作出传感器测试用样品槽，最终得到具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器。
2.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤一中，势垒层采用InAlN势垒层或AlN势垒层。
3.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤二中，在830度快速热退火形成合金。
4.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤三中，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au互连金属，并用lift-off工艺剥离。
5.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤四中，蒸镀Ag时采用热蒸发技术。
6.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤五中，淀积钝化层采用PECVD方法。
7.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤六中，刻蚀采用ICP刻蚀法或RIE刻蚀法或湿法刻蚀法。
8.根据权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤九中，聚合物涂层采用Nafion和聚氨酯。
9.权利要求1所述的具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器，其特征在于，包括具有GaN缓冲层、AlGaN势垒层和衬底的基片，AlGaN势垒层上设置有欧姆金属层，欧姆金属层上及衬底上具有互连金属，衬底上的互连金属上蒸镀有参比电极金属Ag，基片表面淀积有钝化层，钝化层上具有GaN器件的栅区域、参比电极感应区域、电极引出区域及参比电极引出区域，参比电极金属Ag表面具有AgCl层，AgCl层上具有KCl水凝胶层，KCl水凝胶层上涂覆有聚合物涂层，衬底和钝化层上具有PDMS测试用样品槽。
CN201610326568.1A 2016-05-17 2016-05-17 具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法 Active CN105806913B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610326568.1A CN105806913B (zh) 2016-05-17 2016-05-17 具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610326568.1A CN105806913B (zh) 2016-05-17 2016-05-17 具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105806913A true CN105806913A (zh) 2016-07-27
CN105806913B CN105806913B (zh) 2019-01-08

Family

ID=56451349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610326568.1A Active CN105806913B (zh) 2016-05-17 2016-05-17 具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105806913B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107356649A (zh) * 2017-06-14 2017-11-17 浙江大学 多路生物传感器及其制造方法
WO2021196724A1 (zh) * 2020-04-02 2021-10-07 中国科学技术大学 一种基于hemt气体传感器的气体检测装置和方法
CN113533481A (zh) * 2021-07-13 2021-10-22 西湖大学 基于金属氧化物界面工程的场效应晶体管、pH传感器及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1036834A (zh) * 1988-01-21 1989-11-01 电核物理有限公司 测定水介质中离子种类用的干式离子选择电极
CN1357105A (zh) * 1999-03-25 2002-07-03 因法普亚有限公社 一种具有自诊断功能的微型固态参比电极
US20100072976A1 (en) * 2008-09-23 2010-03-25 National Chiao Tung University Sensing element, manufacturing method thereof, and biological detection system employing such sensing element
CN103308585A (zh) * 2013-05-22 2013-09-18 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片
CN103954658A (zh) * 2014-04-03 2014-07-30 西安电子科技大学 一种动态实时测量细胞膜电位的装置
CN104792848A (zh) * 2015-01-23 2015-07-22 南京华印半导体有限公司 一种基于印刷晶体管的pH检测标签
CN104815708A (zh) * 2015-03-11 2015-08-05 北京工业大学 一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法
CN104897762A (zh) * 2014-03-03 2015-09-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaN基生物传感器及其制作方法
CN105424780A (zh) * 2015-11-26 2016-03-23 北京代尔夫特电子科技有限公司 一种氮化镓传感器、制备方法和多传感器系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1036834A (zh) * 1988-01-21 1989-11-01 电核物理有限公司 测定水介质中离子种类用的干式离子选择电极
CN1357105A (zh) * 1999-03-25 2002-07-03 因法普亚有限公社 一种具有自诊断功能的微型固态参比电极
US20100072976A1 (en) * 2008-09-23 2010-03-25 National Chiao Tung University Sensing element, manufacturing method thereof, and biological detection system employing such sensing element
CN103308585A (zh) * 2013-05-22 2013-09-18 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片
CN104897762A (zh) * 2014-03-03 2015-09-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaN基生物传感器及其制作方法
CN103954658A (zh) * 2014-04-03 2014-07-30 西安电子科技大学 一种动态实时测量细胞膜电位的装置
CN104792848A (zh) * 2015-01-23 2015-07-22 南京华印半导体有限公司 一种基于印刷晶体管的pH检测标签
CN104815708A (zh) * 2015-03-11 2015-08-05 北京工业大学 一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法
CN105424780A (zh) * 2015-11-26 2016-03-23 北京代尔夫特电子科技有限公司 一种氮化镓传感器、制备方法和多传感器系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107356649A (zh) * 2017-06-14 2017-11-17 浙江大学 多路生物传感器及其制造方法
WO2021196724A1 (zh) * 2020-04-02 2021-10-07 中国科学技术大学 一种基于hemt气体传感器的气体检测装置和方法
CN113533481A (zh) * 2021-07-13 2021-10-22 西湖大学 基于金属氧化物界面工程的场效应晶体管、pH传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105806913B (zh) 2019-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105424780B (zh) 一种氮化镓传感器、制备方法和多传感器系统
TWI383144B (zh) 感測元件、製造方法及其生物檢測系統
US10545142B2 (en) Calibration of nanostructure sensors
US9188594B2 (en) Nanoelectronic-enzyme linked immunosorbent assay system and method
US20140054651A1 (en) Reliable nanofet biosensor process with high-k dielectric
US8482304B2 (en) Sensing element integrating silicon nanowire gated-diodes, manufacturing method and detecting system thereof
US20140030747A1 (en) Nanochannel-based sensor system for use in detecting chemical or biological species
Zhang et al. Optimization of gate geometry towards high-sensitivity AlGaN/GaN pH sensor
Kim et al. Multiplexed silicon nanowire tunnel FET-based biosensors with optimized multi-sensing currents
Yang et al. Disposable gate AlGaN/GaN high-electron-mobility sensor for trace-level biological detection
Chaturvedi et al. AlGaN/GaN HEMT based sensor and system for polar liquid detection
CN107356649B (zh) 多路生物传感器及其制造方法
Varghese et al. Fabrication and pH-sensitivity analysis of MOS-HEMT dimensional variants for bio-sensing applications
CN105806913A (zh) 具有集成式固态薄膜参比电极的GaN生物传感器及制作方法
Singh et al. Breast-cancer biomarker (C-erbB-2) detection in saliva/serum based on InGaAs/Si heterojunction dopingless TFET biosensor
US20140295573A1 (en) Biosensor with dual gate structure and method for detecting concentration of target protein in a protein solution
CN106018527B (zh) 具有集成式固态薄膜Pt参比电极的GaN生物传感器及制作方法
Kwon et al. A novel fabrication method for co-integrating ISFET with damage-free sensing oxide and threshold voltage-tunable CMOS read-out circuits
Bhat et al. AlGaN/GaN HEMT Based Ph Detection Using Atomic Layer Deposition of Al 2 O 3 as Sensing Membrane and Passivation
Bind et al. Sensitivity and Non-Ideal Issues Analysis of a Dielectric Modulated Electrically Doped Junctionless TFET-Based Label-Free Biosensor
Panda et al. HEMT for Biosensing Applications
CN202886311U (zh) 一种AlGaN/GaN离子PH检测传感器
JP5737655B2 (ja) 半導体センサ
Panahi et al. A New Foundry-Based Open-Gate Junction Field-Effect Transistor (OG-JFET) as Electronic Sensing Platform (ESP) for Life Science Applications
Varghese et al. Dielectric modulated underlap based AlGaN/AlN/GaN MOS-HEMT for label free bio-detection

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant