NL8602242A - Werkwijze voor het vervaardigen van een refet of een chemfet, en de vervaardigde refet of chemfet. - Google Patents
Werkwijze voor het vervaardigen van een refet of een chemfet, en de vervaardigde refet of chemfet. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8602242A NL8602242A NL8602242A NL8602242A NL8602242A NL 8602242 A NL8602242 A NL 8602242A NL 8602242 A NL8602242 A NL 8602242A NL 8602242 A NL8602242 A NL 8602242A NL 8602242 A NL8602242 A NL 8602242A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- polymer layer
- layer
- hydrophilic polymer
- hydrophilic
- chemfet
- Prior art date
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
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
Description
V r «» 4' P HP/AB/6 - 1 -
Werkwijze voor het vervaardigen van een REFET of een CHEMFET, en de vervaardigde REFET of CHEMFET
De huidige uitvinding heeft betrekking op het vervaardigen van een REFET, indien een ISFET bedekt wordt met een inerte hydrofobe laag, of van een CHEMFET, indien een ISFET gemodificeerd wordt met een hydrofobe laag, welke een recep-5 tormolecuul bevat voor eén te meten chemische verbinding, bijvoorbeeld een kation, anion, proton, ureum, suiker, eiwit, antilichaam, antigeen. Onder een ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor) wordt verstaan een halfgeleider-materiaal dat is voorzien van een isolatorlaag. De ISFET's 10 worden gemaakt volgens standaard MOS technologie. De isolatorlaag wordt thermisch gegroeid bij 1150°C gedurende 15 * i min. in een 02-atmosfeer. De laagdikte bedraagt ca.
700 A.
Ten opzichte van de conventionele ionselectieve elek-15 troden, bezitten REFET en CHEMFET een aantal voordelen: 1) zij zijn klein en derhalve mogelijk geschikt voor biomedische toepassingen; 2) ze zijn robuust; 3) zij zijn te vervaardigen met behulp van IC-technologie 20 waardoor de vervaardiging van een miniatuur-multisensor mogelijk is; 4) massafabricage tegen lage kosten is zonder meer mogelijk; 5) als gevolg van de lage uitgangsimpedantie is de gevoeligheid voor externe stoorsignalen geringer; en 25 6) zij bezitten een betere signaal-ruis-verhouding.
De op het halfgeleidermateriaal aangebrachte isolatorlaag (meestal aangeduid als gate-oxydelaag) kan bijvoorbeeld bestaan uit lagen Si02, AI2O3, Ta2C>5, TiÓ2, Zr02, en/of S13N4 (geen oxydel), danwel uit een gelaagde struktuur die 30 uit onderling verschillende materialen bestaat.
Het uitwendig oppervlak van de isolatorlaag bevat che- 8602 242
V
- 2 - misch reaktieve, met name protische groepen (silanolgroepen in het geval van S1O2 en aminegroepen in het geval van S13N4). Deze groepen zorgen ervoor dat de chemisch niet gemodificeerde ISPET responsie geeft op de veranderingen in de 5 protonenconcentratie. Voor het meten van andere chemische verbindingen is het wenselijk maatregelen te nemen teneinde deze protonengevoeligheid te onderdrukken of geheel te elimineren. Deze maatregelen kunnen bestaan uit het laten reageren van deze reaktieve groepen, waardoor de reaktiviteit 10 verdwijnt, uit het afdekken van de isolatorlaag met een inert, hydrofoob polymeer, of uit het covalent binden van een inerte, hydrofobe polymeer aan de isolatorlaag. Deze laatste mogelijkheid is uitvoerig beschreven in de internationale octrooiaanvrage WO 85/04480 op naam van aanvrager. Stichting 15 Centrum voor Micro-Electronica Twente te Enschede.
Indien het hydrofobe polymeer ionoforen bevat, ontstaat een specifieke van de ionoforen afhankelijke ion-gevoeligheid en ion-specificiteit. Een dergelijke ISFET wordt een CHEMFET genoemd. Een H+-ongevoelige ISFET wordt 20 een REFET genoemd.
Na uitgebreid onderzoek is gevonden, dat de karakteristieken van een sensor die een dergelijke REFET en/of CHEMFET als essentiële component bevat, aanmerkelijk kunnen worden verbeterd voor wat betreft de ruis, de drift en de 25 hysterese. Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt, indien een werkwijze voor het vervaardigen van een derge-lijke FET omvat: a) het covalent binden van een hydrofiele polymeerlaag aan een op een halfgeleidermateriaal aangebrachte isolatorlaag, b) het opnemen van water of een wa-30 terige oplossing in de hydrofiele polymeerlaag7 en c) het hechten van een hydrofobe polymeerlaag aan de waterbevat-tende hydrofiele polymeerlaag. Bovendien zal bij de produk-tie de onderlinge reproduceerbaarheid verbeteren.
Tijdens dit onderzoek was gebleken dat veel problemen 35 met betrekking tot de hiervoor genoemde karakteristieken waren terug te leiden tot oncontroleerbare variaties van de chemische struktuur ter plaatse van het grensvlak tussen de 8602242 4 ί - 3 - isolatorlaag en de daarop aangebrachte hydrofobe polymeer-laag. Deze variaties waren inherent aan de gebruikte, conventionele fabricagemethoden.
Door het tussen de isolatorlaag en de hydrofobe poly-5 meerlaag aanbrengen van de waterbevattende, hydrofiele poly-meerlaag, ontstaan thermodynamisch en chemisch beter gedefinieerde grensvlakken tussen enerzijds isolatorlaag en hydrofiele polymeerlaag en anderzijds tussen de hydrofiele poly-meerlaag en de hydrofobe polymeerlaag.
10 De hydrofiele polymeerlaag dient covalent te zijn ge bonden aan de isolatorlaag, aangezien anders een voor praktisch gebruik ongeschikte duurzaamheid wordt verkregen, die slechts enkele uren bedraagt.
Bij voorkeur bevat de hydrofiele polymeerlaag tevens 15 een elektrolyt, zodat de potentiaalval over het grensvlak tussen de hydrofiele polymeerlaag en de hydrofobe polymeerlaag bepaald is en nagenoeg onafhankelijk van de samenstelling van de te meten oplossing is. In het geval van een CHEMFET maakt bij voorkeur een met de CHEMFET te meten ion 20 deel uit van de elektrolyt.
Verder verdient het de voorkeur, dat de hydrofiele polymeerlaag tevens een buffer bevat. Op deze wijze wordt de pH in de hydrofiele polymeerlaag in hoofdzaak constant gehouden, ook bij penetratie van IT^-ionen of bij penetratie 25 van CO2 door de hydrofobe polymeerlaag heen. Een bijzonder gunstige CHEMFET of REFET wordt verkregen, indien de hydrofiele polymeerlaag zowel een elektrolyt alsook een buffer bevat.
De hydrofiele polymeerlaag bezit een dikte van 0,0050-30 200 pm, bij voorkeur 0,1-100 pm, meer bij voorkeur 1-50 pm.
Voor het vervaardigen van een covalent aan de isolatorlaag gebonden, hydrofiele polymeerlaag zijn verschillende mogelijkheden aanwezig.
Enerzijds is het mogelijk om voor de covalente koppe-35 ling een bifunktionele organosiliciumverbinding te gebruiken die enerzijds een groep bevat die covalent kan worden gebonden met de isolatorlaag en anderzijds een groep bevat waar- 8602242 % * - 4 - aan covalent tot een polymeer te laten reageren monomeren, danwel gepolymeriseerd materiaal kan worden gebonden.
Gebruikte organosilyleringsreagentia zijn vermeld in (P. Bergveld, N.F. de Kooy, Ned. Tijdschr. v. Natuurkunde, 5 A46, 22-25 (1980)). In het bijzonder zijn de organosiliciumverbindingen I en II uit tabel 1 bruikbaar.
Nadat de bifunktionele organosiliciumverbinding covalent is gebonden aan de isolatorlaag, kan de hydrofiele po-lymeerlaag worden gevormd door polymerisatie van monomeren 10 die zijn afgestemd op de covalent gebonden bifunktionele, organosiliciumverbinding. Bijvoorbeeld worden fotochemisch polymeriseerbare monomeren gebruikt omk IC-compatibele mas-saproduktie mogelijk te maken. In geval van de verbindingen I en II, kan de hydrofiele polymeerlaag worden gevormd door 15 polymerisatie en omvat a) monomeren met de struktuurformules: 0
H2C = C-C-O-R4 III
R3 20
H2-C = C-B IV
R3
waarin R3: is H, alkyl, aryl, halogeen R4s -H
25 -R5-0H
R5-NH2 r5-SH r5-N(CH3)2 R5-suiker 30 R5-peptide R3 s alkyl, aryl B : OH, NH2# ^"~^C=0
N
b) copolymeren met additioneel monomeren met de struktuur-35 formule III, waarin R4 nu een Ci~C3oalkylgroep is, c) mengsels van (co)polymeren met een hydrogel, zoals gelatine, agar-agar, heparine en polyvinylpyrrolidon, 860 2 242 it - 5 - d) copolymeren van de monomeren III en IV, e) mengsels van polymeren en/of copolymeren van de monomeren III en IV,
f) mengsels van (co)polymeren van de monomeren III en/of IV
5 met de copolymeren volgens punt b, g) mengsels van de onder punt a-f genoemde polymeren en/of copolymeren.
Ook kunnen copolymeren van de hierboven genoemde monomeren gevormd worden met vinylsilanen (Tabel 1). Deze mate-10 rialen kunnen direkt covalent gekoppeld worden op de isolatorlaag.
Aldus is de hydrofiele polymeerlaag op de isolatorlaag aangebracht.
Vervolgens laat men water of een waterige oplossing 15 penetreren in de hydrofiele laag door middel van dompelen of toevoegen van een gewenste hoeveelheid water.
Tenslotte wordt de hydrofobe polymeerlaag aangebracht over de nu water bevattende, hydrofiele polymeerlaag. De hechting kan zowel fysisch als covalent (chemisch) geschie-20 den.
In het geval van een covalente binding kan gebruik worden gemaakt van een koppelreagens met de struktuurformule:
O R3 il I
25 Z-C-C=CH2 V
waarin R3 de hierboven aangegeven betekenis heeft, en Z = halogeen, alkoxy, fenoxy, of hydroxy.
De hydrofobe polymeerlaag wordt gevormd door polymerisatie van vinyl-groep bevattende monomeren of door een re-30 aktie met ,,living“-polymeren.
Het gebruik van een koppelreagens is noodzakelijk indien bij een gewenste covalente hechting het niet mogelijk is om de hydrofobe laag covalent te laten reageren met aanwezige funktionele groepen van de hydrofiele polymeerlaag.
35 In het geval van het hiervoor genoemde koppelreagens kan vervolgens gebruik worden gemaakt van vinyl-bevattende monomeren, zoals vermeld in WO 85/04480, en verder styreen, 8602242 %
V
— 6 — divinylbenzeen, acrylonitril, acroleine, vinylacetaat, methyl(meth)acrylaat, butyl (meth)acrylaat, vinylideencyani-de, chloorstyreen en bijvoorbeeld chloormethylstyreen.
Vanzelfsprekend is het ook mogelijk om silyleringsre- 5 agentia als koppelingsreagens te gebruiken. (Zies Deschler, U., Kleinschmit, P., Panster, P.; Angew. Chemie, 98, 237-253, (1986)). Daarnaast is het ook mogelijk om gebruik te maken van polymeren welke zijn voorzien van reaktieve si-laanmonomeren.
10 In het geval van het aanbrengen van een polymeerlaag die bestaat uit polyurethanen of polycarbamaten, of andere polymeren die reaktief zijn ten opzichte van de hydrofiele laag, is het niet noodzakelijk van het koppelreagens gebruik te maken.
15 Verder is het mogelijk om de hydrofobe polymeerlaag fysisch te hechten aan de hydrofiele polymeerlaag. Deze fysische hechting wordt gerealiseerd met de hiervoor beschreven polymeren onder weglating van het koppelreagens. Tevens kunnen als polymeer geplasticeerd PVC, siloxaanrubbers en 20 polybutadieen worden gebruikt.
Tenslotte is het eveneens mogelijk om gebruik te maken van zogenaamde "living"-polymeren.
Indien in de inerte, hydrofobe polymeerlaag geen receptor wordt opgenomen, werkt een sensor, waarin een derge- 25 lijk FET is opgenomen, als een zogenaamde REFET. Deze REFET geeft een niet-ionspecifieke respons op variatie in de totale ionconcentratie. Bij een constante ionsterkte in de te meten oplossing werkt deze derhalve als een pseudo referentie elektrode.
30 Indien in de hydrofobe polymeerlaag een receptor wordt opgenomen, werkt een daarmee uitgeruste sensor als CHEMFET. De receptor kan covalent of fysisch zijn gebonden in de hydrofobe polymeerlaag, ofwel daarin zijn verstrikt tijdens de polymerisatie.
35 De receptor kan zijn een ionofoor, zoals een antibio ticum (bijv. valinomycine), kroon-ether, cryptand, podand, hemisferand, cryptohemisferand, sferand.
860 2 242 - 7 -
Een H-1"-gevoelige GHEMFET wordt vervaardigd door als ionofoor een verbinding met zure of basische groepen, bijvoorbeeld tridodecylamine op te nemen in de inerte, hydrofobe polymeerlaag.
5 Door de keuze van en het opnemen in de hydrofobe poly meer laag van een specifieke receptor, is het mogelijk om se-lektief de aanwezigheid en de (thermodynamische) aktiviteit in oplossingen te meten van, chemische en met name biochemische verbindingen zoals ionen, eiwitten, substraten, an- 10 tilichamen, antigenen, hormonen, gassen, glucose, ureum en dergelijke.
Met nadruk wordt erop gewezen dat vanzelfsprekend de thermodynamische aktiviteit van kationen maar ook van anio-nen kan worden bepaald.
15 De huidige uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden overeenkomstig de uitvinding en vergelijkingsvoorbeelden, ofschoon de uitvinding geenszins daartoe is beperkt.
Voorbeeld 1 20 In een mengsel van methacryloxypropyltrimethoxysilaan (Alfa, VS) en tolueen, dat gekookt wordt onder terugvloei-omstandigheden, wordt een te behandelen plak halfgeleiderma-teriaal dat is voorzien van een uit Si02 bestaande isolatorlaag, gedurende 2 uur geplaatst. Na wassen met methylethyl- 25 keton wordt de plak gedurende 1 uur bij 80°C gedroogd. Vervolgens wordt hydroxyethylmethacrylaat (HEMA; Janssen, België) volgens de zogenaamde dipmethode aangebracht. De polymerisatie en de covalente hechting aan de isolatorlaag wordt fotochemisch uitgevoerd. De polymerisatiereakties worden met 30 behulp van de fotoinitiator 2,2-dimethoxy-2-fenylacetofenon (4% gew.%; Janssen, België) dat aanwezig is in het te poly-meriseren mengsel, ingeleid door het mengsel te bestralen met een ultraviolette bron Oniax * 360 nm) gedurende 2-10 min. onder een N^ atmosfeer.
35 De dikte van de hydrofiele polymeerlaag bedraagt 15 pm en is bepaald volgens ellipsometrie,
De covalent gebonden hydrofiele polymeerlaag wordt ge- 8602242 - a - durende 30 min. bij kamertemperatuur gezwollen met een 0,1 M KC1 + 0,025 Μ KH2PO4 + 0,025 M Na2HP04 oplossing in water.
Vervolgens wordt een polybutadieenoplossing (mol.gewicht 4300, 99% onverzadigd, 25% vinyl en 40% trans-1,4, in 5 de handel verkrijgbaar bij Janssen, België) in tetrahydrofu-ran, gebracht op de waterbevattende, hyrofiele polymeerlaag en vervolgens fotochemisch gepolymeriseerd. De dikte van de covalent aan de hydrofiele, waterbevattende polymeerlaag gebonden hydrofobe polymeerlaag is 10 pm.
10 Voorbeeld 2
Op dezelfde wijze als in voorbeeld 1 beschreven wordt een hydrofiele polymeerlaag aangebracht op de isolatorlaag. Vervolgens wordt de buitenzijde van het hydrofiele polymeer gefunktionaliseerd door reaktie met methacryloylchloride. Op 15 deze wijze wordt een deel van de hydroxyethylgroepen omgezet in methacryloxygroepen en wordt de hydrofiele polymeerlaag gezwollen in de waterige, gebufferde KCl-oplossing, zoals beschreven in voorbeeld 1.
Vervolgens wordt op de hydrofiele, waterbevattende po-20 lymeerlaag een mengsel van ACE
(C9H19C(0)OCH2CH(OH)CH20C(0)CH=CH2) en Epocryl (p.R-CgH4-C(CH3)2-C6H4P.R? R is CH2-C(CH3)C(0)OCH2CH(OH)CH20“) (20-80 w/w; in de handel verkrijgbaar bij Shell, Nederland) in chloroform aangebracht, 25 en vervolgens fotochemisch gepolymeriseerd. De laagdikte van de hydrofobe polymeerlaag is 15 pm en het is vernet met de aangebrachte methacryloxy funktionaliteiten.
Voorbeeld 3
Op dezelfde wijze als in voorbeeld 1 wordt covalent 30 een hydrofiele polymeerlaag aangebracht op de isolatorlaag en gezwollen in de waterige, gebufferde KCl-oplossing, zoals beschreven in voorbeeld 1.
Vervolgens wordt een oplossing van polyvinylchloride (PVC, in de handel verkrijgbaar bij Fluka, Zwitserland, 35 purum; voor ionselektieve elektroden 30 gew.%), di-n-butylftalaat (67 gew.%) en valinomycine (verkrijgbaar bij Fluka, Zwitserland, purum pro analyse? 3 gew.%) in 8602242 -9- < tetrahydrofuran, opgebracht. De gevormde hydrofobe polymeer-laag heeft een dikte van lOpm.
Voorbeeld 4 (vergelijkingsvoorbeeld)
In een mengsel van methacryloxypropyltrimethoxysilaan 5 en tolueen, dat wordt gekookt onder terugvloei-omstandighe-den, wordt een te behandelen plak halfgeleidermateriaal dat is voorzien van een isolatorlaag die bestaat uit Si02, gedurende 2 uur geplaatst. Na grondig wassen met methylethylke-ton wordt de plak gedurende 1 uur bij 80eC gedroogd. Vervol-10 gens wordt deze plak geplaatst in een oplossing van polybu-tadieen (mol.gewicht 3400, 99% onverzadigd, 25% vinyl en 40% trans-1,4, in de handel verkrijgbaar bij Janssen, België) in tetrahydrofuran. Vervolgens wordt fotochemisch gepolymeri-seerd. De dikte van de direkt op de isolatorlaag covalent 15 aangebrachte hydrofobe polymeerlaag is 10 pm.
Voorbeeld 5 (vergelijkingsvoorbeeld)
Op dezelfde wijze als in voorbeeld 4 wordt de silyle-ringswerkwijze uitgevoerd. Vervolgens wordt een mengsel van ACE + Epocryl in chloroform opgebracht en fotochemisch gepo-20 lymeriseerd.
De dikte van de direkt op de isolatorlaag covalent gebonden hydrofobe polymeerlaag is 15 pm.
Voorbeeld 6 (vergelijkingsvoorbeeld)
Op een plak halfgeleidermateriaal die is voorzien van 25 een isolatorlaag van Si02, wordt na het uitvoeren van de si-lyleringswerkwijze volgens voorbeeld 4 direkt een fysisch daaraan gebonden hydrofobe polymeerlaag gehecht. Daartoe wordt een oplossing van polyvinylchloride (30 gew.%), di-n-butylftalaat (67 gew.%) en valinomycine (3 gew.%) in tetra-30 hydrofuran gebracht. De laagdikte van deze fysisch gehechte van een receptor voorziene hydrofobe polymeerlaag is 10 pm.
Voorbeeld 7 (vergelijkingsvoorbeeld)
Op een plak halfgeleidermateriaal die is voorzien van een uit Si02 bestaande isolatorlaag, wordt een laag gelatine 35 fysisch gehecht vanuit een 3 gew.%ige gelatineoplossing in water. De dikte van de gelatinelaag is 25 pm.
Vervolgens wordt op de gelatinelaag een mengsel van 860 2 242 - 10 - ACE + Epocryl (40:60 w/w) in chloroform aangebracht en zoals hiervoor is beschreven fotochemisch gepolymeriseerd. De laagdikte van de hydrofobe polymeerlaag is 15 pm.
Voorbeeld 8 5 Een mengsel van 3 gew.dln methacryloxypropyltrimeth- oxysilaan en 7 gew.dln hydroxyethylmethacrylaat (HEMA) in tolueen wordt fotochemisch gepolymeriseerd. De tolueen wordt afgedestilleerd en het produkt wordt opgelost in aceton. Op de te behandelen plak halfgeleidermateriaal, welke voorzien 10 is van een uit S1O2 bestaande isolatorlaag, wordt een deel van de bereide polymeeroplossing in aceton aangebracht. Na verdamping van de aceton wordt het halfgeleidermateriaal in een oven geplaatst bij 80°C gedurende 24 uur. De aldus covalent gehechte hydrofiele polymeerlaag heeft een dikte van 15 20 pm. De waterige, gebufferde KCt-oplossing, zoals beschre ven in voorbeeld 1, wordt vervolgens door dit polymeer opgenomen. Vervolgens wordt, overeenkomstig voorbeeld 2, een mengsel van ACE en Epocryl op deze gezwollen polymeerlaag aangebracht en gepolymeriseerd. De laagdikte bedraagt 15 pm. 20 Voorbeeld 9
Een plak halfgeleidermateriaal voorzien van een uit S1O2 bestaande isolatorlaag wordt zoals beschreven in voorbeeld 1 gesilyleerd met methacryloxypropyltrimethoxysilaan. Vervolgens wordt een mengsel van 50 gew.dln hydroxyethyl-25 methacrylaat en poly-N-vinylpyrrolidon (50 gew.dln; MW=360.000; Janssen, België) volgens de spin-coating methode aangebracht. De polymerisatie en de covalente hechting aan de isolatorlaag wordt fotochemisch uitgevoerd. De dikte van de hydrofiele polymeerlaag bedraagt 25 pm. Zoals beschreven 30 staat in voorbeeld 1 wordt vervolgens de gebufferde waterige KCl-oplossing door dit polymeer opgenomen. Vervolgens wordt, overeenkomstig voorbeeld 3, een hydrofobe polymeerlaag bestaande uit PVC, di-n-butylftalaat en valinomycine opgebracht. De gevormde laag heeft een dikte van 10 pm.
35 Voorbeeld 10
Op dezelfde wijze als in voorbeeld 1 wordt een hydro- 860 2 242 & - 11 - fiele polymeerlaag aangebracht op de isolatorlaag en gezwollen in de waterige, gebufferde KC1-oplossing, zoals beschreven in voorbeeld 1. Vervolgens wordt op de hydrofiele, water bevattende polymeerlaag een mengsel van Silopren K 1000 (85 5 gew.%), vernetter KA-1 (12 gew.%; beiden van Bayer AG,
Leverkusen, Duitsland) en valinoraycine (3 gew.%) aangebracht en vernet. De laagdikte bedraagt 15 pm.
Voorbeeld 11 (vergelijkingsvoorbeeld)
Op dezelfde wijze als in voorbeeld 4 wordt de silyle-10 ringswerkwijze uitgevoerd. Vervolgens wordt een mengsel van Silopren K 1000 (85 gew.%), vernetter KA-1 (12 gew.%) en valinomycine (3 gew.%) aangebracht en vernet. De laagdikte bedraagt 15 pm.
Voorbeeld 12 15 Een plak halfgeleidermateriaal voorzien van een uit
Si02 bestaande isolatorlaag wordt gesilyleerd met methacryl-oxypropyltrimethoxysilaan, zoals beschreven in voorbeeld 1. Vervolgens wordt een mengsel van hydroxyethylmethacrylaat (60 gew.dln) en N-vinyl-2-pyrrolidon (40 gew.dln; Janssen, 20 België) volgens de dipmethode aangebracht. De polymerisatie en covalente hechting aan de isolatorlaag wordt fotochemisch uitgevoerd. De dikte van de hydrofiele polymeerlaag bedraagt 20 pm. Zoals beschreven staat in voorbeeld 1 wordt vervolgens de waterige gebufferde KC1-oplossing door dit polymeer 25 opgenomen. Vervolgens wordt, overeenkomstig voorbeeld 2, een mengsel van ACE en Epocryl op deze gezwollen polymeerlaag aangebracht en fotochemisch gepolymeriseerd. De laagdikte bedraagt 15 pm.
Voorbeeld 13 30 Een plak halfgeleidermateriaal voorzien van een uit
Si02 bestaande isolatorlaag wordt gesilyleerd met methacryl-oxypropyltrimethoxysilaan, zoals beschreven in voorbeeld 1. Vervolgens wordt Ν,Ν-dimethylaminoethylmethacrylaat (DMAEMA, Janssen, België) volgens de dipmethode aangebracht. De poly-35 merisatie en de covalente hechting wordt fotochemisch uitgevoerd. De dikte van de hydrofiele polymeerlaag bedraagt 25 pm. Zoals beschreven staat in voorbeeld 1 wordt vervolgens 8602242 - 12 - een waterige gebufferde KCl-oplossing door dit polymeer opgenomen. Vervolgens wordt overeenkomstig voorbeeld 2 een mengsel van ACE en Epocryl op deze gezwollen polymeerlaag aangebracht en fotochemisch gepolymeriseerd. De laagdikte 5 bedraagt 15 pm.
Voorbeeld 14
Als voorbeeld 1, maar nu wordt door het hydrofiele polymeer alleen water opgenomen.
Voorbeeld 15 10 Als voorbeeld 1, maar nu wordt door het hydrofiele po lymeer 0,10 M KC1 in water opgenomen.
Voorbeeld 16
Een plak halfgeleidermateriaal voorzien van een uit S1O2 bestaande isolatorlaag wordt gesilyleerd met methacryl-15 oxypropyltrimethoxysilaan, zoals beschreven in voorbeeld 1. Vervolgens wordt een hydrofiele polymeerlaag aangebracht, welke daarna wordt gefunktionaliseerd door reaktie met methacryloylchloride, en daarna wordt de waterige gebufferde oplossing opgenomen, zoals beschreven in voorbeeld 1. Ver-20 volgens wordt op de hydrofiele polymeerlaag een mengsel van polybutadieen (gegevens zie voorbeeld 1) en 4'-vinylbenzo-18-kroon-6 (5 gew.%) aangebracht en fotochemisch gepolymeriseerd. Laagdikte 10 μπ».
25 8602242 - 13 -
Bepaling van de karakteristieken van de vervaardigde REFET's en CHEMFET1s
De gemodificeerde REFET's en CHEMFET's werden doorgemeten overeenkomstig de procedure zoals beschreven door A.
5 van den Berg, P. Bergveld, D.N. Reirihoudt en E.J.R. Sudhöl-ter, Sensors and Actuators 8, 129-148 (1985).
De resultaten zijn weergegeven in tabel 2.
Tevens is voor de vervaardigde REFET's en CHEMFET's de onderlinge reproduceerbaarheid bij massa-fabricage bepaald 10 en weergegeven in tabel 3.
Een sensor die is voorzien van een dergelijke REFET volgens voorbeeld 7 gaf bij meting bij pH 7 een continue toename van de respons. Na 5 uur te zijn blootgesteld aan deze oplossing wordt een pH-respons waargenomen die overeen-15 komt met een niet-gemodificeerde ISFET.
Een sensor die een REFET bevat zoals vervaardigd in voorbeeld 2 blijkt na 1 maand te hebben doorgebracht in een oplossing bij pH 7 nog steeds de oorspronkelijke, vlakke pH-respons te vertonen.
20 8602242
Tabel 1 - 14 -
Bifunktionele organosiliciumverb-indingen voor de covalente binding van de hydrofiele polymeerlaag aan de isolatorlaag
Organosilicium- Struktuurformule verbinding (OR)a^
Vinylsilanen Rlb _ Si-<j=CH2 (1)
Xc^ Y (OR)ax
Rlb —. Si-A-<j=CH2 (ID Xc ^ Y
Noot: - * R, R : alkyl, aryl X : halogeen, carboxylaat, amino, oxim Y : H, alkyl of aryl 0 il A : -(CH, )-0-0 a+b+c =3 P a = 1, 2 of 3 p > 2 8602242 4
Tabel 2 - 15 -
Gemeten karakteristieken van REPET's en CHEMFET's.
Voorbeeld Ruis(mV) Drift 1) (mV/12uur) Hysterese 2) PH=7 PH=7 (mV) 1 + 0,03 10 1 2 + 0,03 4 1 3 + 0,02 8 0,5 3) 4+1 30 5 5 + 5 35 4 6 +0,5 12 2 3) 7 - 4) - 4) - 4) 8 + 0,05 6 1 9 + 0,03 4 0,5 3) 10 + 0,06 10 1 3) 11 + 3 40 10 3) 12 + 0,03 10 1 13 + 0,02 7 0,5 14 + 0,5 15 2 15 + 0,03 12 1 16 + 0,04 8 1 3)
Noten: 1) Drift gemeten na 2 uur stabilisatie in de oplossing bij pH 7 (start van de meting na stabilisatie) 2) Hysterese gemeten na een pH-scan vanaf pH 2 tot pH 10 (scantijd 10 min.) gevolgd door een pH-scan van pH 10 naar pH 2 (scantijd 10 min.). Opgegeven is deAmV bij pH 2 3) In dit geval betreft het een titratie met KC1 vanaf 10~4 M naar 10”* M, gevolgd door afspoelen en terugplaatsen in een oplossing van 10~4 M.AmV is opgegeven voor 10-4 m 4) niet stabiel 8602242
V
- 16 -
Tabel 3
Reproduceerbaarheid van de methode Voorbeeld_Percentage * 1 80 2 90 3 85 4 30 5 10 6 50 7 niet duurzaam 8 85 9 90 10 80 11 40 12 80 13 85 14 80 15 80 16 75
Noot: * De reproduceerbaarheid is weergegeven als de verhouding van het aantal gemodificeerde FET1s, waarbij de ruis gelijk of beter is dan de in tabel 2 opgegeven waarde, en het totale aantal op deze wijze vervaardigde FET's 860 2 242
Claims (15)
1. Werkwijze voor het vervaardigen van een REFET en/of CHEMFET, omvattende: a) het covalent binden van een hydrofiele polymeerlaag aan een op een halfgeleidermateriaal aangebrachte isolator- 5 laag; b) het opnemen van water of een waterige oplossing in de hydrofiele polymeerlaag; en c) het hechten van een hydrofobe polymeerlaag aan de waterbevattende hydrofiele polymeerlaag.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de waterbe vattende hydrofiele polymeerlaag tevens een elektrolyt bevat.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de waterbevattende hydrofiele polymeerlaag tevens een buffer 15 bevat.
4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarin de waterbevattende hydrofiele polymeerlaag een dikte bezit van 0,0050-200 pm, bij voorkeur 0,1-100 pm, meer bij voorkeur 1-50 pm.
4 P HP/AB/6 - 17 -
5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarin in de hy drofobe polymeerlaag een receptor voor een te meten chemische verbinding is opgenomen.
6. Werkwijze volgens conclusie 5 en tenminste conclusie 2, waarin een met de CHEMFET te meten ion tevens deel 25 uitmaakt van de elektrolyt.
7. Werkwijze volgens conclusie 1-6 waarin de hydrofiele polymeerlaag covalent wordt gehecht aan de isolatorlaag door een bifunktionele organosilicium verbinding enerzijds via een groep die covalent is te binden aan de isola- 30 torlaag en anderzijds via een groep die covalent is te binden aan de hydrofiele polymeerlaag.
8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarin de bifunktionele organosiliciumverbinding omvat verbindingen met de struktuurformules: 8602242 1« V - 18 - (OR)as R^b — Si-C=CH2 I Xc ^ Y 5 (OR)a R^-b — Si-A-C=CH2 II Xc ^ Y waarin
9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, waarin de hy-20 drofiele polymeerlaag wordt gevormd door polymerisatie en omvat a) monomeren met de struktuurformules: O 11 „ H2C = C-C-O-R4 III R3 25 H2C = C-B IV R3 waarin r3: is H, alkyl, aryl, halogeen R4s -H
30 -R5-0H R5-NH2 R5-SH r5-n(ch3)2 R5-suiker
35 R5-peptide R5· alkyl, aryl 8602242 « - 19 - B ï OH, NH2f O F b) copolymeren met additioneel monomeren met de struktuur-formule III, waarin R4 nu bijvoorbeeld een Ci-C3oalkyl- 5 groep is, c) mengsels van (co)polymeren met een hydrogel, zoals gelatine, agar-agar, heparine en polyvinylpyrrolidon, d) copolymeren van de monomeren III en IV, e) mengsels van polymeren en/of copolymeren van de monomeren
10. Werkwijze volgens conclusie 1-9 waarin de hydrofo be polymeerlaag fysisch wordt gehecht aan de hydrofiele, waterbevattende polymeerlaag.
10 III en IV, f) mengsels van (co)polymeren van de monomeren III en/of IV met de copolymeren volgens punt b, g) mengsels van de onder punt a-f genoemde polymeren en/of copolymeren.
10 R, R1: alkyl, aryl X s halogeen, carboxylaat, amino, oxim Y : H, alkyl of aryl O A : -(CH2)p-0-C- 15 a+b+c = 3 a = 1, 2 of 3, en Pp2
11. Werkwijze volgens conclusie 1-9, waarin de hydrofobe polymeerlaag covalent wordt gehecht aan de hydrofiele, 20 waterbevattende polymeerlaag.
12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarin men met de hydrofiele polymeerlaag een koppelreagens laat reageren en vervolgens de hydrofobe polymeerlaag aan het koppelreagens wordt gebonden.
13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarin het koppel reagens de volgende struktuurformule heeft* O R3 « l Z-C-C=CH2 V waarin R3 de hierboven aangegeven betekenis heeft, en 30 Z = halogeen, alkoxy, fenoxy, of hydroxy is, en de hydrofobe polymeerlaag wordt gevormd door polymerisatie van vinyl-groep bevattende monomeren of door een reak-tie met "living"-polymeren.
14. Werkwijze volgens conclusie 6 en eventueel conclu-35 sie 7-13, waarin de receptor covalent of fysisch is gebonden aan, of verstrikt is in de hydrofobe polymeerlaag.
15. REFET of CHEMFET vervaardigd volgens één van de conclusies 1-14. 8602242
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8602242A NL8602242A (nl) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Werkwijze voor het vervaardigen van een refet of een chemfet, en de vervaardigde refet of chemfet. |
| AT87201671T ATE98375T1 (de) | 1986-09-05 | 1987-09-03 | Verfahren zur herstellung eines refets oder eines chemfets, sowie deren herstellung. |
| EP87201671A EP0258951B1 (en) | 1986-09-05 | 1987-09-03 | Process for manufacturing a REFET or a CHEMFET, and the manufactured REFET or CHEMFET |
| DE87201671T DE3788388T2 (de) | 1986-09-05 | 1987-09-03 | Verfahren zur Herstellung eines REFETs oder eines CHEMFETs, sowie deren Herstellung. |
| JP62222874A JP2564319B2 (ja) | 1986-09-05 | 1987-09-04 | イオン感応電界効果トランジスターおよびその製法 |
| US07/093,014 US4882292A (en) | 1986-09-05 | 1987-09-04 | Process for manufacturing a REFET or a CHEMFET, and the manufactured REFET or CHEMFET |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8602242 | 1986-09-05 | ||
| NL8602242A NL8602242A (nl) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Werkwijze voor het vervaardigen van een refet of een chemfet, en de vervaardigde refet of chemfet. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8602242A true NL8602242A (nl) | 1988-04-05 |
Family
ID=19848502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8602242A NL8602242A (nl) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Werkwijze voor het vervaardigen van een refet of een chemfet, en de vervaardigde refet of chemfet. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4882292A (nl) |
| EP (1) | EP0258951B1 (nl) |
| JP (1) | JP2564319B2 (nl) |
| AT (1) | ATE98375T1 (nl) |
| DE (1) | DE3788388T2 (nl) |
| NL (1) | NL8602242A (nl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5380423A (en) * | 1992-10-15 | 1995-01-10 | Priva Agro Holding B.V. | Anion-selective membrane and a sensor provided therewith |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1215491B (it) * | 1987-05-15 | 1990-02-14 | Enricerche Spa | Biosensore con membrana enzimatica legata chimicamente a un dispositivo semiconduttore. |
| IT1222121B (it) * | 1987-07-24 | 1990-08-31 | Eniricerche Spa | Sensore per ioni contenente una membrana organica selettiva |
| US5011589A (en) * | 1988-09-30 | 1991-04-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solution component sensor device |
| US5102526A (en) * | 1990-05-02 | 1992-04-07 | The University Of Michigan | Solid state ion sensor with silicon membrane |
| EP0527210A4 (en) * | 1990-05-02 | 1994-09-21 | Univ Michigan | Solid state ion sensor with polyurethane membrane |
| DE4017905A1 (de) * | 1990-06-02 | 1991-12-05 | Basf Ag | Referenzelektrode fuer chemische sensoren |
| NL194806C (nl) * | 1991-02-01 | 2003-03-04 | Priva Agro Holding Bv | Werkwijze voor het maken van een membraan voor een elektrochemische sensor en sensor voorzien van een dergelijk membraan. |
| NL194838C (nl) * | 1991-05-17 | 2003-04-03 | Priva Agro Holding Bv | Metaalion-selectief membraan en sensor met daarin opgenomen dit membraan. |
| FR2702566B1 (fr) * | 1993-03-08 | 1995-06-09 | Ifremer | Capteur electrochimique integre de mesure de ph et son procede de fabrication. |
| EP0661535A1 (en) * | 1993-12-15 | 1995-07-05 | Hitachi, Ltd. | Ion sensor |
| DE19536389C2 (de) * | 1995-09-29 | 2003-06-12 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Biosensorsystem zur Messung einer oder mehrerer, insbesondere organischen, durch Pflanzenschädigungen verursachten Spurenkomponenten in Luft |
| US6024924A (en) * | 1995-09-29 | 2000-02-15 | Forschungzentrum Julich Gmbh | Biosensor system for detecting organic trace compounds produced by smoldering fires |
| AU711564B2 (en) * | 1996-04-17 | 1999-10-14 | Motorola, Inc. | Transistor-based molecular detection apparatus and method |
| US5958201A (en) * | 1996-08-26 | 1999-09-28 | Dade Behring Inc. | Sodium ion-selective-electrode membrane having extended uselife |
| EP1085319B1 (en) * | 1999-09-13 | 2005-06-01 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | A device for detecting an analyte in a sample based on organic materials |
| EP1085320A1 (en) | 1999-09-13 | 2001-03-21 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | A device for detecting an analyte in a sample based on organic materials |
| DE10006238A1 (de) * | 2000-02-11 | 2001-08-23 | Siemens Ag | Halbleitergassensor mit Puffersystem |
| DE10335163B3 (de) * | 2003-07-30 | 2005-03-03 | Micronas Gmbh | Gassensor |
| JP4557755B2 (ja) * | 2004-03-11 | 2010-10-06 | キヤノン株式会社 | 基板、導電性基板および有機電界効果型トランジスタの各々の製造方法 |
| US7794584B2 (en) * | 2005-10-12 | 2010-09-14 | The Research Foundation Of State University Of New York | pH-change sensor and method |
| TWI302197B (en) * | 2006-01-04 | 2008-10-21 | Univ Nat Yunlin Sci & Tech | Reference ph sensor, the preparation and application thereof |
| US8178164B2 (en) | 2006-04-12 | 2012-05-15 | Panasonic Corporation | Method of forming organic molecular film structure and organic molecular film structure |
| DE102008041960A1 (de) * | 2008-09-10 | 2010-03-11 | Robert Bosch Gmbh | Messsensor, Verfahren zum Analysieren einer unpolaren Flüssigkeit, Verfahren zum Herstellen eines Messsensors |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5825221B2 (ja) * | 1977-12-12 | 1983-05-26 | 株式会社クラレ | Ｆｅｔ比較電極 |
| DE3020068C2 (de) * | 1979-05-30 | 1983-11-03 | Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo | Chemisch empfindliche Meßzelle |
| JPS5626250A (en) * | 1979-08-10 | 1981-03-13 | Olympus Optical Co Ltd | Composite chemical sensor |
| JPS562546A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-12 | Kuraray Co Ltd | Gas sensor using fet and its manufacture |
| US4490216A (en) * | 1983-02-03 | 1984-12-25 | Molecular Devices Corporation | Lipid membrane electroanalytical elements and method of analysis therewith |
| JPS59182356A (ja) * | 1983-04-01 | 1984-10-17 | Hitachi Ltd | 陰イオン選択電極の感応膜 |
| US4650547A (en) * | 1983-05-19 | 1987-03-17 | The Regents Of The University Of California | Method and membrane applicable to implantable sensor |
| NL8400916A (nl) * | 1984-03-22 | 1985-10-16 | Stichting Ct Voor Micro Elektr | Werkwijze voor het vervaardigen van een isfet en een aldus vervaardigde isfet. |
| CA1223039A (en) * | 1984-03-26 | 1987-06-16 | Michael Thompson | Chemical selective sensors utilizing admittance modulated membranes |
| EP0235470B1 (en) * | 1986-01-24 | 1992-11-11 | TERUMO KABUSHIKI KAISHA trading as TERUMO CORPORATION | Ion-sensitive fet sensor |
-
1986
- 1986-09-05 NL NL8602242A patent/NL8602242A/nl not_active Application Discontinuation
-
1987
- 1987-09-03 EP EP87201671A patent/EP0258951B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-09-03 AT AT87201671T patent/ATE98375T1/de not_active IP Right Cessation
- 1987-09-03 DE DE87201671T patent/DE3788388T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1987-09-04 JP JP62222874A patent/JP2564319B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1987-09-04 US US07/093,014 patent/US4882292A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5380423A (en) * | 1992-10-15 | 1995-01-10 | Priva Agro Holding B.V. | Anion-selective membrane and a sensor provided therewith |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0258951A2 (en) | 1988-03-09 |
| US4882292A (en) | 1989-11-21 |
| JP2564319B2 (ja) | 1996-12-18 |
| ATE98375T1 (de) | 1993-12-15 |
| EP0258951A3 (en) | 1990-10-10 |
| DE3788388D1 (de) | 1994-01-20 |
| DE3788388T2 (de) | 1994-03-24 |
| JPS6388439A (ja) | 1988-04-19 |
| EP0258951B1 (en) | 1993-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8602242A (nl) | Werkwijze voor het vervaardigen van een refet of een chemfet, en de vervaardigde refet of chemfet. | |
| EP0395137B1 (en) | Sensor with antigen chemically bonded to a semiconductor device | |
| Sudhölter et al. | Modification of ISFETs by covalent anchoring of poly (hyroxyethyl methacrylate) hydrogel. Introduction of a thermodynamically defined semiconductor-sensing membrane interface | |
| Zilio et al. | Universal hydrophilic coating of thermoplastic polymers currently used in microfluidics | |
| Antonisse et al. | Potentiometric anion selective sensors | |
| Reinhoudt et al. | Development of durable K+-selective chemically modified field effect transistors with functionalized polysiloxane membranes | |
| JP4665762B2 (ja) | 非特異吸着を抑制した基材表面 | |
| Reinhoudt et al. | The transduction of host‐guest interactions into electronic signals by molecular systems | |
| Lud et al. | Field Effect of Screened Charges: Electrical Detection of Peptides and Proteins by a Thin‐Film Resistor | |
| US20100297745A1 (en) | Flow-through method of functionalizing inner surfaces of a microfluidic device | |
| Pogorelova et al. | Selective sensing of triazine herbicides in imprinted membranes using ion-sensitive field-effect transistors and microgravimetric quartz crystal microbalance measurements | |
| Liu et al. | Potentiometric ion-and bioselective electrodes based on asymmetric polyurethane membranes | |
| Sudhölter et al. | Ion-sensing using chemically-modified ISFETs | |
| Reinhoudt | Durable chemical sensors based on field-effect transistors | |
| US20200399293A1 (en) | Composition for substrate surface modification and method using the same | |
| EP0300575A2 (en) | Ion sensor containing a selective organic membrane | |
| Skowronska-Ptasinska et al. | Reference field effect transistors based on chemically modified ISFETs | |
| Wu et al. | Renewable urea sensor based on a self-assembled polyelectrolyte layer | |
| Sakata | Signal transduction interfaces for field-effect transistor-based biosensors | |
| Haak et al. | Molecular materials for the transduction of chemical information by CHEMFETs | |
| US20100112719A1 (en) | Electronic signal amplification in field effect device based chemical sensors | |
| Bojorge-Ramírez et al. | Amperometric immunosensor for detecting Schistosoma mansoni antibody | |
| EP0313161B1 (en) | Sensor with immunochemical membrane chemically bound to a semiconductor device | |
| Mattiasson et al. | Biosensors and Molecular Imprinting | |
| Reinhoudt | Molecular materials for the transduction of chemical information into electronic signals by chemical field-effect transistors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| CNR | Transfer of rights (patent application after its laying open for public inspection) |
Free format text: PRIVA AGRO HOLDING B.V. |
|
| BV | The patent application has lapsed |