【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学检测和(生物)分子诊断的表面声波RFID传感器
一般来讲,本申请涉及基于表面声波(SAW)换能器的电子传感器领域。具体地讲,本申请涉及基于GaN/AlGaN的零功率SAWRFID传感器及其在化学检测和(生物)分子诊断中的应用。
技术介绍
化学感测可能是生命进化中出现的最原始的感觉形式。没有化学感测,地球上可能就不会存在生命。其用于检测营养物、避免威胁、寻找配偶以及动物之间各种形式的沟通和社交。人工传感器的出现在化学检测和识别领域产生了大量问题,其应用于食品质量和污染控制、化学威胁检测、健康监测、机器人控制,甚至气味和味道合成。需要有效的算法来解决化学感测在这些领域所面临的许多挑战,包括(但不限于)灵敏度水平、传感器漂移、分析物标识的浓度不变性和复杂混合物。例如,包括生物威胁因素在内的生物病原体是繁殖和维持种群的活的生物体,其扩增、生长和再感染,从而导致疫情。生物病原体代表了极其多样的微生物,除了感染人类和动物种群之外,它们似乎没有共同的属性。因此,问题是在入侵的最早阶段和最低浓度时检测和识别它们。在DNA测序之前,最高分辨率技术仅提供在蛋白质和肽水平上的结构作为分析和测定的目标。许多沿用已久的方案要求检测病原体的大小和形状,同时通过生化和免疫化学测定检测表达的蛋白质。DNA测序技术的进步使得全世界的科学家能够快速有效地对完整的微生物基因组进行测序。最近,获取整个微生物基因组的DNA序列为在分子水平上分析和理解病原体提供了新的机会。现代DNA测序技术能够检测生物组织中的病原体,并且研究响应于病原体入侵的基因表达变化。这些响应有助于设计病原微生物检测和 ...
【技术保护点】
1.一种表面声波(SAW)射频识别(RFID)传感器芯片,其包括:压电衬底,所述衬底包括压电层和多层异质结结构,所述结构由III‑V单晶或多晶半导体层制成、沉积在所述压电层上并且包括至少一个缓冲层和至少一个阻挡层,所述层交替堆叠;至少一对安装在所述压电衬底上的金属叉指换能器(IDT),用于接收射频(RF)输入信号、将所述输入信号转换成表面声波(SAW)、沿着所述压电衬底的表面传播所述表面声波并将所述传播的表面声波转换成输出RF信号;沉积在所述压电衬底上的至少一个常开或常闭二维电子气(2DEG)或二维空穴气(2DHG)结构,用于在所述缓冲层和所述阻挡层之间的界面处的所述多层异质结结构中形成常开或常闭2DEG或2DHG导电沟道;沉积在所述压电衬底上的至少一个伪导电二维电子气(2DEG)或二维空穴气(2DHG)结构,用于在所述缓冲层和所述阻挡层之间的所述界面处的所述异质结结构中形成伪导电2DEG或2DHG沟道;至少一个(生物)分子层,其固定在传播SAW路径内的所述压电衬底上,并且能够从环境结合或吸附目标(分析物)化合物或(生物)分子;以及电容耦合到所述IDT、耦合到所述常开或常闭2DEG或2 ...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.16 US 62/375,711;2016.08.16 US 62/375,683;1.一种表面声波(SAW)射频识别(RFID)传感器芯片,其包括:压电衬底,所述衬底包括压电层和多层异质结结构,所述结构由III-V单晶或多晶半导体层制成、沉积在所述压电层上并且包括至少一个缓冲层和至少一个阻挡层,所述层交替堆叠;至少一对安装在所述压电衬底上的金属叉指换能器(IDT),用于接收射频(RF)输入信号、将所述输入信号转换成表面声波(SAW)、沿着所述压电衬底的表面传播所述表面声波并将所述传播的表面声波转换成输出RF信号;沉积在所述压电衬底上的至少一个常开或常闭二维电子气(2DEG)或二维空穴气(2DHG)结构,用于在所述缓冲层和所述阻挡层之间的界面处的所述多层异质结结构中形成常开或常闭2DEG或2DHG导电沟道;沉积在所述压电衬底上的至少一个伪导电二维电子气(2DEG)或二维空穴气(2DHG)结构,用于在所述缓冲层和所述阻挡层之间的所述界面处的所述异质结结构中形成伪导电2DEG或2DHG沟道;至少一个(生物)分子层,其固定在传播SAW路径内的所述压电衬底上,并且能够从环境结合或吸附目标(分析物)化合物或(生物)分子;以及电容耦合到所述IDT、耦合到所述常开或常闭2DEG或2DHG结构并且耦合到所述伪导电2DEG或2DHG结构的电金属化层,用于感应位移电流,从而产生非欧姆源极和漏极接触,用于将所述传感器芯片连接到电路。2.根据权利要求1所述的SAWRFID传感器芯片,其还包括至少一个(生物)分子层,所述至少一个(生物)分子层固定在所述伪导电2DEG或2DHG结构的所述开放栅极区域内并且能够从所述环境结合或吸附目标(分析物)化合物或(生物)分子。3.根据权利要求1或2所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述压电衬底置于自支撑薄膜上。4.根据权利要求3所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述自支撑薄膜由蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或氮化铝制成。5.根据权利要求1所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述压电层由氧化锌、蓝宝石、氮化铝、钽酸锂、铌酸锂、铌酸钾、硅酸镧镓、硅、碳化硅或石英制成。6.根据权利要求1至5中任一项所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述多层异质结结构包含一个缓冲层和一个阻挡层,并且所述2DEG导电沟道形成在所述缓冲层和所述阻挡层之间的所述界面处。7.根据权利要求1至5中任一项所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述多层异质结结构包含两个缓冲层和一个阻挡层,所述阻挡层置于所述缓冲层之间,并且所述2DEG导电沟道形成在所述阻挡层上方的顶部缓冲层中,靠近所述顶部缓冲层和所述阻挡层之间的界面,从而导致所述结构的N面极性。8.根据权利要求1至5中任一项所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述多层异质结结构包含两个缓冲层和一个阻挡层,所述阻挡层置于所述缓冲层之间,并且所述2DHG导电沟道形成在所述阻挡层上方的顶部缓冲层中,靠近所述顶部缓冲层和所述阻挡层之间的所述界面,从而导致所述结构的Ga面极性。9.根据权利要求1至8中任一项所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述III-V单晶或多晶半导体材料选自GaN/AlGaN、GaN/AlN、GaN/InN、GaN/InAlN、InN/InAlN、GaN/InAlGaN、GaAs/AlGaAs和LaAlO3/SrTiO3。10.根据权利要求9所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述III-V单晶或多晶半导体材料是GaN/AlGaN。11.根据权利要求6所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述多层异质结结构在底部包含一个GaN缓冲层,并且在顶部包含一个AlGaN阻挡层,所述AlGaN阻挡层具有(i)5至9纳米(nm)的厚度,对应于所形成的2DEG沟道的常开和常闭操作模式之间的伪导电电流范围,以及(ii)0.2nm或更小的表面粗糙度。12.根据权利要求11所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述AlGaN阻挡层的厚度为6至7nm,优选为6.2至6.4nm。13.根据权利要求11或12所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述AlGaN阻挡层具有约0.1nm或更小,优选约0.05nm或更小的表面粗糙度。14.根据权利要求7所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述多层异质结结构是夹层状的,在顶部包含一个GaN缓冲层,在底部包含一个GaN缓冲层,并且在其之间包含一个AlGaN阻挡层,所述2DEG导电沟道形成在所述AlGaN阻挡层上方的顶部GaN缓冲层中,靠近所述顶部GaN缓冲层和所述AlGaN阻挡层之间的界面,从而导致所述结构的所述N面极性,所述顶部GaN缓冲层具有(i)5至9纳米(nm)的厚度,对应于所形成的2DEG沟道的常开和常闭操作模式之间的伪导电电流范围,以及(ii)0.2nm或更小的表面粗糙度。15.根据权利要求14所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述顶部GaN缓冲层的厚度为6至7nm,优选为6.2至6.4nm。16.根据权利要求14或15所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述顶部GaN缓冲层具有约0.1nm或更小,优选约0.05nm或更小的表面粗糙度。17.根据权利要求8所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述多层异质结结构是夹层状的,在顶部包含一个GaN缓冲层,在底部包含一个GaN缓冲层,并且在其之间包含一个AlGaN阻挡层,所述2DHG导电沟道形成在所述AlGaN阻挡层上方的顶部GaN缓冲层中,靠近所述顶部GaN缓冲层和所述AlGaN阻挡层之间的界面,从而导致所述结构的所述Ga面极性,所述顶部GaN缓冲层具有(i)5至9纳米(nm)的厚度,其对应于所形成的2DHG沟道的常开和常闭操作模式之间的伪导电电流范围,以及(ii)0.2nm或更小的表面粗糙度。18.根据权利要求17所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述顶部GaN缓冲层的厚度为6至7nm,优选为6.2至6.4nm。19.根据权利要求17或18所述的SAWRFID传感器芯片,其中所述顶部GaN缓冲层具有约0.1nm或更小,优选约0.05nm或更小的表面粗糙度。20.根据权利要求1至19中任一项所述的SA...
【专利技术属性】
技术研发人员:阿亚尔·拉姆,阿米尔·利希滕斯坦,
申请(专利权)人:艾皮乔尼克控股有限公司,
类型:发明
国别省市:新加坡,SG
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