[发明专利]一种高灵敏度的OTFTpH传感器的制作及pH检测

说明书

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度的有机场效应管晶体管(OTFT)pH传感器的制作，它特别涉及半导体器件和电子聚合物膜的制备技术。

背景技术

二十一世纪是一个生物与信息的世纪，围绕生物与生命科学的研究，如何采集有用的信息进而利用这些信息来指导人们的生产实践活动才是人们不断探索和研究的目的。pH值越来越多的与我们的生产和生活日益相关，这种相关性不仅表现在工业、农业、国防与科学技术等方面，还表现在我们生活的各个方面如饮食、消化、新陈代谢等等。因而对pH的测量以及控制已经成为越来越重要的课题。

如图1所示人体血液中存在的缓冲体系，它的pH值均控制在一狭小范围内进行相应的生化反应。因此，对一个狭小范围的pH值进行准确的实时检测，有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制作方法。

本发明包括以下内容：

一、采用半导体硅工艺制备一个具有开槽栅极的晶体管。

二、采用电化学沉积的方法在栅极的开槽区沉积电子聚合物膜。

三、用沉积了电子聚合物膜的晶体管器件对不同pH值的缓冲溶液进行pH检测。

一、本发明提供的具有开槽栅极的晶体管的制备方法如下：

(1)生长一定厚度的场氧化层；

(2)光刻源、漏区：正性光刻胶；

(3)留胶磷注入(形成源S、漏D区)；

(4)光刻衬底接触孔：正性光刻胶；

(5)留胶硼注入；

(6)去胶；

(7)光刻有源区(栅G区、源孔区、漏孔区)：正性光刻胶；

(8)腐蚀SiO₂层；

(9)生长一定厚度的栅氧化层；

(10)光刻接触引线孔区：正性光刻胶；

(11)溅射一定厚度的金属铝；

(12)采用负性光刻胶反刻金属区，去除部分金属栅，所制得的具有开槽栅极的晶体管如图2所示；

(13)对制备的器件按传统的半导体工艺进行封装。

二、本发明提供的采用电化学沉积的方法在栅极的开槽区沉积电子聚合物膜的制备方法如下：

(I)将封装好的场效应晶体管的栅极作为工作电极，一个铂电极为对电极，一根饱和甘汞电极为参比电极，放进事先配好的电解液中，其实验装置如图3所示。

(II)选择单电位阶跃计时电流法，对待镀的工作电极进行恒电压电解，设置电化学工作站的仪器参数，沉积电子聚合物膜。

(III)电解液的配制：按一定比例移取相应体积的电子聚合物单体，酸，和盐并用去离子水稀释配制成一定体积的混合液。

(IV)所制备的在栅极的开槽区沉积电子聚合物膜的晶体管的结构如图4所示。

三、本发明提供的用沉积了电子聚合物膜的晶体管器件对不同pH值的缓冲溶液进行pH检测验证的方法如下：

(A)对这种耗尽型的n-沟道的OTFT器件在半导体特性测试仪器上设置一个测试模型，把器件的源、漏极分别与仪器的SMU₁和SMU₂相连，器件的栅极、衬底分别与仪器的SMU3和GNDU(地)相连。

(B)把制备的OTFT器件浸泡在不同pH的缓冲溶液中，然后按照图5所示测试框图对OTFT器件的性能进行测试。

附图说明：

图1血液中存在的pH缓冲体系

图2具有开槽栅极的晶体管结构剖面图，其中1：源极，2：栅极，3：槽，4：漏极

图3在栅极的开槽区沉积电子聚合物膜的实验装置图，

其中5：对电极，6：参比电极，7：工作电极

图4在栅极的开槽区沉积电子聚合物膜的晶体管结构图，图中W开槽宽度，

L沟道长度，G栅极，S源极，D漏极，B衬底，6：参比电极，

8：待测溶液；9：PEDOT膜，10：环氧封装

图5用OTFT器件测试pH的测试框图，其中：6：为参比电极，11：缓冲溶液

图6OTFT器件对H离子敏感特性

具体实施方式

本发明提供的制作耗尽型OTFT pH传感器及pH检测具体方式如下：

1)生长场氧化层：厚度d＝402nm。

2)光刻源、漏区：正性光刻胶。

3)留胶磷注入(形成源、漏区)：80Kev，注入剂量4.0×10¹⁵个磷原子/m³，使得半导体的电阻率为0.7-1Ω.cm。