TW201522977A - 感測器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種製造感測器的方法，包含下列步驟：(a)提供一多孔隙垂直式結構，其具一多孔隙表面；以及(b)填充一膠體於多孔隙表面，以包覆該多孔隙垂直式結構
Description
本發明係關於一種感測器，尤指一種可在液體環境中操作的分子感測器。
現今已有許多關於場效應電晶體結構感測器之研究，根據其建構結構主要可分類成水平通道式及垂直通道式，且為提升感測器之靈敏度，亦已有對通道區域做一多孔性結構之研究。
目前已有關於採用水平通道式場效應電晶體(FET)之結構作為感測器之研究，係在閘極上塗佈反應分子，將待測之生化分子與之反應，及改變汲極電流大小作為感測方式之研究。此方法須事先在閘極上塗佈分子，製作複雜，且為不具有多孔性之水平通道結構，感測方式與本發明案之工作原理並不相同；另有採用水平通道式的場效應電晶體(FET)結構之研究，其中特別提及利用多孔性結構之通道區域提升元件靈敏度，其感測層為通道區域材料之一部分，然而其操作方式為將元件控制在空乏模式，利用待測分子與感測層之鍵結反應產生的正電荷或負電荷，改變通道的反轉(inversion)強度，進而影響電導(conductance)強度並進行量測。還有採用場效應電晶體(FET)之三端元件結構，其通道為水平通道，須利用黃光微影製程定義通道長度之研究，其製程成本較高。感測層使用化學標定後的奈米碳管(SWCNTs)滴入電極之間，將待測液體注入由PDMS膜所包覆的區域，量測元件之阻抗變化，其中為了標定奈米碳管，須先使用氧化製程將奈米碳管官能基化，再將化學物質標定於其上，其製程繁複且製程時間長。另有使用奈米纜場效應電晶體(nanocable FETs)之結構，利用奈米纜的外層作
為生化分子鍵結吸附之處，改變ZnS內核之載子濃度之研究，其製程非常複雜，須使用黃光微影等相對昂貴之製程。
因此，可知習知技術大多製程複雜、須利用黃光微影與高溫製程，且製程成本昂貴，並不能有效的控制多孔結構之形成。
爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，乃經悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨的精神，終發明出本案「感測器及其製造方法」，用以改善上述缺失。
本案之一面向係提供一種感測器，包含：一多孔隙垂直式結構，具有一第一電極、一第二電極、一夾層及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設置於該接觸表面上；以及一膠體，包覆具有該第一絕緣層之該多孔隙垂直式結構，並包含複數探針，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
本案之另一面向係提供一種感測器，包含：一多孔隙垂直式結構，具有一第一電極、一第一夾層、一第二電極及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該第一夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設置於該接觸表面上；以及一探針，設置於該第一絕緣層上，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
本案之再一面向係提供一種感測器，包含：複數垂直電晶體柱，包含一第一電極、一夾層、一第二電極及一接觸表面，並彼此並聯以形成一多孔隙垂直式結構；一膠體，包覆該多孔隙垂直式結構，並包含複數探針，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
本案之又一面向係提供一種製造一感測器的方法，包含下列步驟：(a)提供一多孔隙垂直式結構，其具一多孔隙表面；以及(b)填充一膠體於該多孔隙表面，以包覆該多孔隙垂直式結構。
10、20、30、40、50、60‧‧‧基板
11、14、21、24、31、35、41、43、51、54、61、63‧‧‧電極
13a、13b、13c、23a、23b、23c、33a、33b、33c、53a、53b、53c‧‧‧聚苯乙烯球
12、22、26、34、42、52、62‧‧‧夾層
32‧‧‧紫外光
521、57、621、65‧‧‧光阻擋層
522、622‧‧‧光偵測層
15、25、55‧‧‧蝕刻作用
16、27、36、44、56、64‧‧‧絕緣層
17a、17b、17c、28a、28b、28c、37a、37b、37c、45a、45b、45c、67a、67b、67c‧‧‧探針
46a、46b、46c、66a、66b、66c‧‧‧待測物
47、69‧‧‧溶液
68‧‧‧膠體
70‧‧‧能量源
A、B‧‧‧孔隙結構
C‧‧‧多孔隙垂直式結構
第一圖：本案一第一實施例之感測器製程示意圖。
第二圖：本案一第二實施例之感測器製程示意圖。
第三圖：本案一第三實施例之感測器製程示意圖。
第四圖：本案之感測器檢測示意圖。
第五圖：本案一第四實施例之感測器製程示意圖。
第六圖：本案之感測器檢測示意圖。
本發明將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施型態。
本發明係建立一個可操作於液體環境中之感測器，能達到在生物化學研究、醫學研究、醫學院所、環境安全偵測控制、消費性電子產品、及家用醫療產品上感測研究之需求，其中該感測器可感測含有不同生化分子待測物之溶液中的溶質濃度與存在，可作為生物科學研究、醫學研究與環境監控等用途之感測器。
本發明係利用具有多孔隙垂直式結構的載子通道進行感測，同時利用原子層沉積法成長一絕緣層作為液體與電子通道之隔絕層，以去除液體中游離離子對電子通道信號之影響，其中垂直通道側壁可視為「閘極」，該側壁上之可官能化分子基團(本文亦稱作探針)係用來捕捉需觀察的對象(例如DNA，蛋白質分子或鈣，鋅等人體重要信息傳遞離子)，藉由該探針與該觀察對象結合時造成的電荷變化，來影響垂直奈米通道側壁之電位，並進而影響垂直通道中的電流，產生電位變化之信號讀取。該感測器之運作原理如第四圖及第六圖所示。
如第四圖所示，可知該感測器係為一多孔隙垂直式結構，其包含一基板40、一第一電極41、一夾層42、一第二電極43、一第一絕緣層44及複數探針45a、45b、45c，其中該複數探針45a、45b、45c係為官
能化之分子基團，將該感測器浸入含有複數待測物46a、46b、46c之一溶液47中，當該複數待測物46a、46b、46c與在多孔隙垂直式結構上的該複數探針45a、45b、45c鍵結時，將產生的電荷轉移以致電位變化影響載子在該夾層42通道中的傳輸，藉此電特性之變化量測該待測物46a、46b、46c濃度或種類，其中因該複數探針45a、45b、45c種類係決定於該複數待測物46a、46b、46c種類，而能量源種類又決定於該複數探針45a、45b、45c種類，是以，所感測該複數待測物46a、46b、46c種類已於配置感測器元件時決定了。
在一較佳實施例中，該夾層42係選自於一有機層、無機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
在一較佳實施例中，該夾層42係配置於該第一電極41與該第二電極42之間。
在另一較佳實施例中，該第一電極41與第二電極43具有一第二絕緣層，而該夾層42係配置於該第一絕緣層44與該第二電極43之間。
在另一較佳實施例中，該感測器更包含一能量源，係用以產生一具一特定波長的能量，以激發該複數探針45a、45b、45c。其中該能量源可直接配置於該感測器上或不直接連接而鄰近於該感測器(圖中未示)。
在另一較佳實施例中，該能量源(圖中未示)係選自光及電其中之一形式，其中該能量源之選用係決定於該探針45a、45b、45c，其中該複數探針45a、45b、45c至少包含一化學基團，其中該化學基團係選自-OH、-CHO、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、-COOR及鹵化物其中之一或其任意組合，藉由選用不同種類的探針需要不同的能量源以激發該複數探針45a、45b、45c，是以，該能量源之選用係包含一UV-Vis光、一雷射光、一氙燈、一中空陰極燈、一無電極式放電燈等方式且可透過光纖、波導等方式傳遞。
如第六圖所示，可知該感測器亦為一多孔隙垂直式結構，其包含一基板60、一第一電極61、一夾層62、一第二電極63、一第一絕緣層64、一第二光阻擋層65、複數探針67a、67b、67c、及一膠體68。
在一較佳實施例中，該夾層62更包含一第一光阻擋層621
及一光偵測層622。
在另一較佳實施例中，該夾層62係選自於一有機層、無機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
在另一較佳實施例中，該感測器更包含一能量源70，係用以產生一具一特定波長的能量，以激發該複數探針67a、67b、67c。其中該能量源70可直接配置於該感測器上或不直接連接而鄰近於該感測器。
如第六圖所示，將該感測器浸入含有複數待測物66a、66b、66c之溶液69中，當該複數待測物66a、66b、66c擴散進該含有該複數探針67a、67b、67c之膠體68後，係與被該能量源70所激發後之該複數探針67a、67b、67c(該複數探針67a、67b、67c係具有一特定波長的螢光)鍵結後，該光偵測層622將接收鍵結後所產生之螢光訊號之變化，進而藉由所產生的電流變化來感測該待測物之濃度或種類。
在一較佳實施例中，該能量源70係選自光及電其中之一形式，其中該能量源70之選用係決定於該複數探針67a、67b、67c，其中該複數探針67a、67b、67c至少包含一化學基團，其中該化學基團係選自-OH、-CHO、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、-COOR及鹵化物其中之一或其任意組合，藉由選用不同種類的探針需要不同的能量源70以激發該複數探針67a、67b、67c，是以，該能量源70之選用係包含一UV-Vis光、一雷射光、一氙燈、一中空陰極燈、一無電極式放電燈以及可透過光纖或波導傳遞的光源；舉例來說，若該感測器上所選用的該複數探針67a、67b、67c可以吸收藍光後發出紅色螢光，則需使用藍光(該特定波長可為400~510nm)作為該能量源70。
在一較佳實施例中，該待測溶液69中的該複數待測物66a、66b、66c可與該複數探針67a、67b、67c鍵結，該複數待測物66a、66b、66c係包含核酸、抗體、抗原、醣類、蛋白質、氨基酸及酵素其中之一或其任意組合。
如第六圖所示，該感測器所具備之該第一及第二光阻擋層621及65係為減低背景雜訊及使訊號清晰化之用途，其具有相同功能，即可吸收多餘的波長，使所接收到的波長集中在該複數探針67a、67b、67c
之激發波長範圍，其該等光阻擋層621、65之配置位置係決定於能量源70之照射方向，其中該第一光阻擋層621係為隔絕來源自於下方的能量源70，而該第二光阻擋層65係為隔絕來源自於上方的能量源70。雖該第一及第二光阻擋層621及65之目的皆在於過濾掉該複數探針67a、67b、67c被激發後所發出的一特定波段螢光訊號(photoluminescence)外的其他螢光訊號，但兩者之材料組成仍還需決定於一製程中所容許的材料，舉例來說，本發明中所應用之該第二光阻擋層65必須直接接觸該膠體68，因此該第二光阻擋層65之材料必須能在該膠體68包覆下仍具有穩定性，而第一光阻擋層621則因有該絕緣層64的包覆而無此問題，故該第一及第二光阻擋層621及65之材料可為相同或不同。此外，由於本案元件結構為一多孔隙垂直式結構，異於普遍存在之水平式結構，因此具有低操作電壓，高靈敏度，高再現性，反應速度快之優點，而膠體的配置則具有可將探測分子包裹使其不外漏到待測環境中的優點，同時所應用之膠體係為待測液體可穿透的材質，例如生理環境中所使用之透水膠。
在一較佳實施例中，該光偵測層622一般係由「電子傳輸層」與「電洞傳輸層」所組成，其中很常見的光偵測層係以聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene),P3HT)與碳60衍生物([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester,PCBM)混合而成。
在一較佳實施例中，該膠體68之組成方法，係以2-羥基乙基丙烯酸甲酯(2-hydroxyethyl methacrylate,HEMA)或聚(2-羥基乙基丙烯酸甲酯)(poly HEMA)混成之一交聯劑，摻入一熱固化劑後，加熱產生交聯作用固化後而得之，其中該交聯劑係為二甲基丙烯酸乙二醇酯(Ethylene glycol dimethacrylate,EGDMA)，該熱固化劑係為偶氮二異丁腈(Azobisisobutyronitrile,AIBN)，其中該膠體68可輕易的被水或水溶液或生理液體所滲透，其材料更包含矽水膠(silicon hydrogel)等隱形眼鏡使用之材質，探針可以在製作水膠過程中混入或是在製作多孔隙水膠結構完成後吸附於表面。
在一較佳實施例中，該光阻擋層621、65之材料係包含具有適當吸收光譜的有機材料或彩色光阻等材質。
請參閱第一圖，其係本案一第一實施例之感測器製程示意圖。其係利用旋轉塗佈法或刮刀成膜法將一夾層12塗佈於具有圖樣化之一第一電極11的一基板10上，再以浸泡的方式將複數個直徑為200奈米之聚苯乙烯(PS)球13a、13b、13c，均勻塗佈於該夾層12上，形成一第一孔隙結構A，並將前述之樣品置放於一高真空腔體(圖中未示)內，利用熱蒸鍍法形成一第二電極14於該第一孔隙結構A間，接著，再以膠帶(圖中未示)將該等PS球13a、13b、13c從該夾層12上移除，以形成具第二孔隙結構B(亦指形成一網柵狀結構)之該第二電極14，並對該具第二孔隙結構B進行一蝕刻作用15，以將未覆蓋上該第二電極14之該夾層12全部去除，形成一多孔隙垂直式結構C，再來，利用一沉積法成長一絕緣層16於多孔隙垂直式結構C之一表面，以阻隔待測溶液直接碰觸到該夾層11。最後，將具有至少一化學基團之複數探針探針17a、17b、17c形成於該絕緣層16上，即完成第一種型態之具有多孔隙垂直式結構的感測器。
在一較佳實施例中，該夾層12係選自於一有機層、無機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
在一較佳實施例中，其中該蝕刻作用係包含一電漿。
在一較佳實施例中，該絕緣層16係選自氧化鋁(Al2O3)及有機絕緣材料其中之一。
在一較佳實施例中，該沉積法15係為一原子層沉積法或液態沾附(dip coating)沉積法。
在一較佳實施例中，該探針17至少包含一化學基團，其中該化學基團係選自-OH、-CHO、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、-COOR及鹵化物其中之一或其任意組合。
請參閱第二圖，其係本案一第二實施例之感測器製程示意圖。首先，利用旋轉塗佈法或刮刀成膜法將一第一夾層22塗佈於具有圖樣化之一第一電極21的一基板20上，再以浸泡的方式將複數個直徑為200奈米之PS球23a、23b、23c，均勻塗佈於該第一夾層22上，形成一第一孔隙結構A，並將前述樣品放置於高真空腔體(圖中未示)內，利用熱蒸鍍法形成一第二電極14於該第一孔隙結構A間，接著，以膠帶(圖中未示)將該等
PS球23a、23b、23c從該第一夾層22上移除，以形成具第二孔隙結構B(亦指形成一網柵狀結構)之該第二電極24，並對該具第二孔隙結構B進行一蝕刻作用15，以將未覆蓋上該第二電極24之該第一夾層22全部去除，形成一多孔隙垂直式結構C，再以浸泡塗佈或溶液-凝膠(sol-gel)方式覆蓋一第二夾層26於在該多孔隙垂直式結構C之該表面上，再來，利用一沉積法將一絕緣層27沉積於該第二夾層26之一表面上，以阻隔溶液直接碰觸到該主動傳輸層26。最後，將至少包含一化學基團之複數探針28a、28b、28c形成於該絕緣層27上，即完成第二種型態之具有多孔垂直式結構的感測器。
在一較佳實施例中，該第一夾層22係為一有機絕緣層。
在另一較佳實施例中，該第一夾層22係選自於一有機層、無機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
在一較佳實施例中，該第二夾層26係可為一主動傳輸層，該層材料係可為有機及無機材料其中之一或其任意組合，此配置係以該第二夾層導通兩電極產生一電流，由於該第二夾層厚度薄且所配置位置較接近待測液體且具有較大的可感測接觸面積，此提升電流感測的靈敏度。
在一較佳實施例中，該沉積法係為一原子層沉積法。
請參閱第三圖，其係本案一第三實施例之感測器製程示意圖。首先，以紫外(UV)光32照射具有圖樣化之一第一電極31的一基板30，以旋轉塗佈的方式均勻塗佈複數個直徑約為195nm的PS球33a、33b、33c於該第一電極31上，形成一第一孔隙結構A，再將一夾層34旋轉塗佈於該第一孔隙結構A上，其中該等PS球33a、33b、33c將被包覆於該夾層34中，再利用高溫爐管(圖中未示)以一高溫將該等PS球33a、33b、33c燒結，形成一第二孔隙結構B，再來，以熱蒸鍍法蒸鍍一第二電極35於具有該第二孔隙結構B之該夾層34上，形成一多孔隙垂直式結構C。再利用沉積法將一絕緣層36沉積於該多孔隙垂直式結構C之複數孔隙表面上，最後，將至少包含一化學基團之複數探針37a、37b、37c形成於該絕緣層36上，即完成第三種型態之多孔結構液體環境分子感測器。
在一較佳實施例中，該夾層34之材料係為一氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)。
在另一較佳實施例中，該夾層34之材料係選自於一有機材料、無機材料、氧化物半導體材料其中之一或其任意組合。
在一較佳實施例中，該絕緣層36之材料係為一氧化鋁(Al2O3)或二氧化鉿(HfO2)等由原子層沉積法形成的絕緣層材料。
在另一較佳實施例中，該絕緣層36之材料係可為有機絕緣材料。
在另一較佳實施例中，該第二電極35係具有一多孔隙結構，以利待測物可以穿過此多孔隙結構進入到第一和第二電極間的感測層中，以形成具有多孔隙垂直式結構的感測器(即為本發明之第四實施例，圖中未示)。
請參閱第五圖，其係本案一第五實施例之感測器製程示意圖。首先，利用旋轉塗佈法或刮刀成膜法將一夾層52塗佈於具有圖樣化之第一電極51的基板50上，其中該夾層係包含一第一光阻擋層521及一光偵測層522，接著以浸泡的方式將直徑為200nm之PS球53a、53b、53c均勻塗佈於光偵測層522之上，形成一第一孔隙結構A，再將樣品配置於高真空腔體(圖中未示)內，利用熱蒸鍍法形成一第二電極54於該第一孔隙結構A間，接著，將該等PS球53a、53b、53c以膠帶(圖中未示)從該夾層52上移除，以形成具第二孔隙結構B(亦指形成一網柵狀結構)之該第二電極54，並對該具第二孔隙結構B進行一蝕刻作用55，以將未覆蓋上該第二電極54之該夾層52全部去除，形成一多孔隙垂直式結構C，再利用一沉積法將一絕緣層56沉積於該多孔隙垂直式結構C之一表面上，以阻隔溶液直接碰觸到該感測層，最後利用浸泡塗佈法或旋轉塗佈法沉積一第二光阻擋層57於最外層，即完成多孔隙垂直結構液體環境分子感測器的製作。
根據本案之第六實施例，可知感測器運作原理如第六圖所示，將一膠體68包覆於該感測器上，而複數探針67a、67b、67c係均勻分布於該膠體68中，當該等探針67a、67b、67c吸收合適波段的能量源(亦為一激發光)時，即該等探針會釋放出光激發螢光，當該光偵測層622接收到的激發螢光，則產生光電流變化。在進行感測時，即將覆蓋膠體68的該感測器置放於含有複數待測物66a、66b、66c的一待測液69，其中該待
測液69可為一水溶液或培養液，當待測物66a、66b、66c擴散進該待測液69時會與探針67a、67b、67c反應鍵結，影響探針67a、67b、67c的光激發螢光之釋放，進而導致該光偵測層622的光電流變化，即利用此電流變化來感測待測物的濃度或種類。
根據本案之第六實施例，將第一至五種實施例之多孔隙垂直式結構C與該膠體68結合，可形成第七到十一種型態之具有多孔隙垂直式結構的感測器。
實施例：
1.一種感測器，包含：一多孔隙垂直式結構，具有一第一電極、一第二電極、一夾層及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設置於該接觸表面上；以及一膠體，包覆具有該絕緣層之該多孔隙垂直式結構，並包含複數探針，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
2.如實施例1所述的感測器，其中：該感測器更包含一能量源，用以提供一能量激發該探針，使該探針具有一特定激發波長；該夾層係配置於第一電極與該第二電極之間或該第一絕緣層與該第二電極之間；該夾層係選自於一有機層、一第二絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合；該光阻擋層係設置於該多孔垂直式結構之層間，俾使所接收之一光訊號波長集中於該特定激發波長之範圍，以減低背景雜訊；以及該感測器更包含一光偵測層，用以接收該探針與該待測物接觸時所產生之一電流。
3.一種感測器，包含：一多孔隙垂直式結構，具有一第一電極、一第一夾層、一第二電極及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該第一夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設置於該接觸表面上；以及
一探針，設置於該第一絕緣層上，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
4.如實施例3所述的感測器，其中：該第一夾層係配置於該第一電極與該第二電極其間或該第一絕緣層與該第二電極其間；以及該第一夾層係選自於一有機層、無機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
5.如實施例3-4所述的感測器，其中：該第一夾層係為一第二絕緣層，該第二絕緣層係配置於該第一電極與該第二電極之間；該多孔垂直式結構更包含一第二夾層，該第二夾層係為一主動傳輸層，該主動傳輸層係配置於該第一絕緣層與該第一電極、該第二絕緣層與該第二電極之間，並具有該等電極間所產生之該電流；以及該第一絕緣層與該第二絕緣層之材料係分別選自於一有機材料及一氧化鋁(Al2O3)其中之一。
6.如實施例3-5所述的感測器，其中：該第一夾層係為一無機層，該無機層係配置於該第一電極與該第二電極之間，並具有複數孔洞，其中各該孔洞具有一內表面；該第一絕緣層係塗佈於各該內表面上，且該探針係鍵結於該第一絕緣層上；以及該無機層材料係為氧化銦鎵鋅(IGZO)。
7.如實施例3-6所述的感測器，其中：該探針包含至少一化學基團，其中該化學基團係選自-OH、-CHO、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、-COOR及鹵化物其中之一或其任意組合；以及一待測溶液中的一待測物可與該探針鍵結，該待測物係包含核酸、抗體、抗原、醣類、蛋白質、氨基酸及酵素其中之一或其任意組合。
8.一種感測器，包含：複數垂直電晶體柱，包含一第一電極、一夾層、一第二電極及一接觸表面，並彼此並聯以形成一多孔隙垂直式結構；
一膠體，包覆該多孔隙垂直式結構，並包含複數探針，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
9.如實施例8所述的感測器，其中：該感測器更包含一第一絕緣層，覆蓋於該多孔隙垂直式結構上，以形成一多孔隙表面；該感測器更包含一能量源，用以提供一能量激發該探針，使該探針具有一特定激發波長；該夾層係配置於第一電極與該第二電極之間或該第一絕緣層與該第二電極之間；該夾層係選自於一有機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合；該光阻擋層係設置於該多孔垂直式結構之層間，俾使所接收之一光訊號波長集中於該特定激發波長之範圍，以減低背景雜訊；該感測器更包含一光偵測層，用以接收該探針與該待測物接觸時所產生之一電流；以及該等垂直電晶體柱之尺寸係為奈米等級。
10.如實施例8-9所述的感測器，其中：該夾層係為一第二絕緣層，該第二絕緣層係配置於該第一電極與該第二電極之間；一光偵測層係配置於該第一絕緣層與該第一電極、該第二絕緣層與該第二電極之間，並接收該電流以感測該待測物；以及該第一絕緣層與該第二絕緣層之材料係分別選自於一有機材料及一氧化鋁(Al2O3)其中之一。
11.一種製造一感測器的方法，包含下列步驟：(a)提供一多孔隙垂直式結構，其具一多孔隙表面；以及(b)填充一膠體於該多孔隙表面，以包覆該多孔隙垂直式結構。
12.如實施例11所述的方法，其中：該方法更包含下列步驟：提供一具有一上表面和耦合於該上表面的一多孔隙表面；以及
沈積一絕緣層於該上表面和該多孔隙表面之上；以及該膠體包含複數探針。
13.如實施例11-12所述的方法，其中：步驟(a)更包含下列步驟：形成一夾層於具一第一電極層的一基板上；配置複數聚苯乙烯(PS)球於該夾層上，以形成一第一孔隙結構；形成一第二電極於該第一孔隙結構間；移除該等PS球以形成一第二孔隙結構；蝕刻該第二孔隙結構，以形成一多孔隙垂直式結構；以及沉積一絕緣層於該多孔隙垂直式結構之表面；該夾層係包含一第一光阻擋層及一光偵測層；該第一光阻擋層配置於該第一電極上；以及該光偵測層配置於該第一光阻擋層上。
14.如實施例11-13所述的方法，其中：步驟(a)更包含下列步驟：提供一第一夾層於兩電極間，以形成一多孔隙垂直式結構；塗覆一第二夾層於該多孔隙垂直式結構之一第一表面上；以及沉積一第一絕緣層於該第二夾層上；以及該第一夾層係為一第二絕緣層。
60‧‧‧基板
61、63‧‧‧電極
62‧‧‧夾層
621、65‧‧‧光阻擋層
622‧‧‧光偵測層
64‧‧‧絕緣層
67a、67b、67c‧‧‧探針
66a、66b、66c‧‧‧待測物
68‧‧‧膠體
69‧‧‧溶液
70‧‧‧能量源
Claims (14)
- 一種感測器，包含：一多孔隙垂直式結構，具有一第一電極、一第二電極、一夾層及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設置於該接觸表面上；以及一膠體，包覆具有該絕緣層之該多孔隙垂直式結構，並包含複數探針，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
- 如申請專利範圍第1項所述的感測器，其中：該感測器更包含一能量源，用以提供一能量激發該探針，使該探針具有一特定激發波長；該夾層係配置於第一電極與該第二電極之間或該第一絕緣層與該第二電極之間；該夾層係選自於一有機層、一第二絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合；該光阻擋層係設置於該多孔垂直式結構之層間，俾使所接收之一光訊號波長集中於該特定激發波長之範圍，以減低背景雜訊；以及該感測器更包含一光偵測層，用以接收該探針與該待測物接觸時所產生之一電流。
- 一種感測器，包含：一多孔隙垂直式結構，具有一第一電極、一第一夾層、一第二電極及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該第一夾層之間形成一電流； 一第一絕緣層，設置於該接觸表面上；以及一探針，設置於該第一絕緣層上，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
- 如申請專利範圍第3項所述的感測器，其中：該第一夾層係配置於該第一電極與該第二電極其間或該第一絕緣層與該第二電極其間；以及該第一夾層係選自於一有機層、無機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
- 如申請專利範圍第4項所述的感測器，其中：該第一夾層係為一第二絕緣層，該第二絕緣層係配置於該第一電極與該第二電極之間；該多孔垂直式結構更包含一第二夾層，該第二夾層係為一主動傳輸層，該主動傳輸層係配置於該第一絕緣層與該第一電極、該第二絕緣層與該第二電極之間，並具有該等電極間所產生之該電流；以及該第一絕緣層與該第二絕緣層之材料係分別選自於一有機材料及一氧化鋁(Al2O3)其中之一。
- 如申請專利範圍第3項所述的感測器，其中：該第一夾層係為一無機層，該無機層係配置於該第一電極與該第二電極之間，並具有複數孔洞，其中各該孔洞具有一內表面；該第一絕緣層係塗佈於各該內表面上，且該探針係鍵結於該第一絕緣層上；以及該無機層材料係為氧化銦鎵鋅(IGZO)。
- 如申請專利範圍第3項所述的感測器，其中：該探針包含至少一化學基團，其中該化學基團係選自-OH、-CHO、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、-COOR及鹵化物其中之一或其任意組合；以及一待測溶液中的一待測物可與該探針鍵結，該待測物係包含核酸、抗體、抗原、醣類、蛋白質、氨基酸及酵素其中之一或其任意組合。
- 一種感測器，包含：複數垂直電晶體柱，包含一第一電極、一夾層、一第二電極及一接觸表面，並彼此並聯以形成一多孔隙垂直式結構；一膠體，包覆該多孔隙垂直式結構，並包含複數探針，俾於該探針與一待測物接觸時，經由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
- 如申請專利範圍第8項所述的感測器，其中：該感測器更包含一第一絕緣層，覆蓋於該多孔隙垂直式結構上，以形成一多孔隙表面；該感測器更包含一能量源，用以提供一能量激發該探針，使該探針具有一特定激發波長；該夾層係配置於第一電極與該第二電極之間或該第一絕緣層與該第二電極之間；該夾層係選自於一有機層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合；該光阻擋層係設置於該多孔垂直式結構之層間，俾使所接收之一光訊號波長集中於該特定激發波長之範圍，以減低背景雜訊；該感測器更包含一光偵測層，用以接收該探針與該待測物接觸時所產生 之一電流；以及該等垂直電晶體柱之尺寸係為奈米等級。
- 如申請專利範圍第8項所述的感測器，其中：該夾層係為一第二絕緣層，該第二絕緣層係配置於該第一電極與該第二電極之間；一光偵測層係配置於該第一絕緣層與該第一電極、該第二絕緣層與該第二電極之間，並接收該電流以感測該待測物；以及該第一絕緣層與該第二絕緣層之材料係分別選自於一有機材料及一氧化鋁(Al2O3)其中之一。
- 一種製造一感測器的方法，包含下列步驟：(a)提供一多孔隙垂直式結構，其具一多孔隙表面；以及(b)填充一膠體於該多孔隙表面，以包覆該多孔隙垂直式結構。
- 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中：該方法更包含下列步驟：提供一具有一上表面和耦合於該上表面的一多孔隙表面；以及沈積一絕緣層於該上表面和該多孔隙表面之上；以及該膠體包含複數探針。
- 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中：步驟(a)更包含下列步驟：形成一夾層於具一第一電極層的一基板上；配置複數聚苯乙烯(PS)球於該夾層上，以形成一第一孔隙結構；形成一第二電極於該第一孔隙結構間； 移除該等PS球以形成一第二孔隙結構；蝕刻該第二孔隙結構，以形成一多孔隙垂直式結構；以及沉積一絕緣層於該多孔隙垂直式結構之表面；該夾層係包含一第一光阻擋層及一光偵測層；該第一光阻擋層配置於該第一電極上；以及該光偵測層配置於該第一光阻擋層上。
- 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中：步驟(a)更包含下列步驟：提供一第一夾層於兩電極間，以形成一多孔隙垂直式結構；塗覆一第二夾層於該多孔隙垂直式結構之一第一表面上；以及沉積一第一絕緣層於該第二夾層上；以及該第一夾層係為一第二絕緣層。
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