本发明专利技术公开一种差分结构生化传感器芯片，第一延长栅和第二延长栅具有两种敏感性质的聚吡咯层，第一延长栅、准参比电极及第二延长栅分别与各压焊块相连。本发明专利技术公开的方法用电化学法聚合得到第一延长栅上生长ｐＨ敏感的第一聚吡咯层、第二延长栅上生长ｐＨ钝化的第二聚吡咯层；准参比电极的第三铝层由标准ＣＭＯＳ工艺在加工芯片时沉积，第三铂层采用磁控溅射法沉积生长在第三铝层上。采用多晶硅栅标准工艺流片实现差分结构离子敏场效应晶体管芯片。在后续工艺中制备ｐＨ敏感层与ｐＨ钝化层的方法，解决目前因采用不同材料作为ｐＨ敏感层与ｐＨ钝化层而引起差分测量误差的问题，获得较好的差分效果和良好的稳定性，并能适应较宽的环境变量范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器
，涉及一种新型生物芯片后续工艺 研究的方法，涉及一种基于电化学工艺，在离子敏场效应晶体管/参 比场效应晶体管差分结构的栅极生长聚吡咯层的方法，特别涉及到以同种单体吡咯溶液研制具有不同pH响应的聚吡咯薄层技术。
技术介绍
离子敏场效应晶体管(Ion Sensitive Field Effect Transistor, ISFET)的研究起源于20世纪70年代。由于其体积小、输入阻抗高 且输出阻抗低、响应快、全固态等优势，在生物医学、环境监测、 工业生产等各个领域得到广泛应用。传统的ISFET结构是将 MOSFET (metallic oxide semiconductor field effect transistor, 金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的金属栅极去除，仅保留二氧化硅 (Si02)层，通过在其上淀积离子敏感薄膜而制成的。测试时，敏 感薄膜要与待测溶液直接接触，整个器件除敏感膜区域外均须用绝 缘性能良好的密封胶包封。栅极敏感薄膜直接与电解液相接触，电 解液/绝缘层界面的电势与电解液中的离子活度(浓度)有关，电解 液中离子浓度的改变将引起ISFET器件阈值电压相应的改变。这样 就可以通过检测ISFET的沟道电流的变化来检测所测离子的浓度。传统的单ISFET传感器在测量过程中，需要有参比电极。常见 的参比电极具有体积大、需液接盐桥和不易集成等缺点，且单ISFET 传感器测量易受外界因素的影响，从而使测量出现较大的误差。基 于CMOS工艺研制pH-ISFET集成传感器，采用差分结构(即 ISFET/REFET结构)是最佳选择。因为差分结构具有可消除因环境 变化引起的测量误差，REFET (参比场效应晶体管)与ISFET可以 采用相同CMOS工艺制备，二者不但可以集成，还可以与CMOS信号处理电路集成于同一芯片，因此研制ISFET/REFET差分结构传感 器，成为一种趋势，正被越来越多地应用到生物或化学检测中。 ISFET/REFET差分结构的工作原理是ISFET栅极上的功能膜对待 测离子具有较高的响应特性，REFET栅极上的功能膜对待测离子具 有较低的响应特性，两者在共用准参比电极(pseudo reference electrode, PRE)偏置下工作。该结构可有效消除共模信号，如温度、 输入信号等参数变化而引起的信号误差，从而提高输出信号的稳定 性及有效性。目前，在差分结构中，有多种性能优良的薄膜材料用于pH检测。 敏感膜材料主要为无机物，如Si3N4、 Ta205、 "203等无机膜， 通常采用低温气相沉积或磁控溅射方法制备；用作REFET钝化膜的 材料主要为有机物，如聚氯乙烯、聚对二甲苯、聚四氟乙烯等， 一般采用涂敷法或磁控溅射方法制备。由于敏感膜和钝化膜两者的 性质相差较大，不但在薄膜的制备工艺上难以兼容，更主要的是两 者响应时间相差较大，无法快速同步检测，传感器的差分效果不理 想。研制以同种材料分别作为pH敏感膜与pH钝化膜是目前差分结 构传感器发展的一个重要方向。聚吡咯材料作为一种特殊的导电高分子材料，具有制备工艺简 单、电学性质可控以及较好的生物兼容性等优点，在化学、生物、 气体等多种传感器领域都得到了应用。但在ISFET/REFET差分结 构中，同时将聚吡咯材料用作pH敏感膜和钝化膜的情况目前尚未见 报导。 M丄.Pourciel-Gouzy, W. Sant, I. Humenyuk, L. Malaquin, et, al. Development of pH-ISFET sensors for the detection of bacterial activity. Sensors and Actuators B, 2004,103: 247-251 。 T. Mikolajick, R. Kuhnhold and H. Ryssel, The pH-sensing properties of tantalum pe幽xide films fabricated by metal organic low pressure chemical vapor deposition, Sensors and Actuators B, 1997,(44: 262-267)。 Jung-chuan Chou， Chen-Yu Weng. Sensitivity and hysteresis effectin A1203 gate pH-ISFET. Materials Chemistry and Physics, 2001,2: 120-124。 T. Matsuo， H. Nakajima. Characteristics of Reference Electrodes Using a Polymer Gate ISFET. Sensors and Actuators, 1984,5: 293-305。 W. Leimbrock, U. Landgraf， G. Kampfrath. An ExtendedSite-binding Model and Experimental Results of Organic. Membranesfor References ISFETs. Sensors and Actuators B, 1980,2: 1-6。 H. Kaden, H. Jahn, M. Berthold, "Study of the glass/polypyrroleinterface in an all-solid-state pH sensor", Solid State Ionics, 2004(169》129-133。 Juan-C. Vidal， Esperanza Garcia, Juan-R. Castillo. Electropolymerization of polypyrrole and immobilization of glucose oxidase in a flow system: influence of the operating conditions on analytical performance. Biosensors & Bioelectronics, 1998 (3-4): 371-382。
技术实现思路
为了解决现有技术敏感膜和钝化膜两者性质及响应时间相差 大，在薄膜的制备工艺上难以兼容，不能快速同步检测，传感器差 分效果不理想的问题，本专利技术的目的是在配制了相同的单体吡咯溶 液后，采用相同的工艺方法、不同的工艺参数及不同的后处理方式， 实现以聚吡咯材料分别作为pH敏感层和pH钝化层，为此提供一种 生化传感器芯片及制备方法。为了实现所述的目的，本专利技术第一方面提供一种生化传感器芯片包括在离子敏场效应晶体管上具有第一延长栅，第一延长栅最上层生长有第一聚吡咯层；在参比场效应晶体管上具有第二延长栅，第二延长栅最上层生 长有第二聚吡咯层；准参比电极具有第三铝层和第三铂层，准参比电极位于离子敏 场效应晶体管的第一延长栅和参比场效应晶体管的第二延长栅之间；在差分结构离子敏场效应晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生化传感器芯片，其特征在于，含有： 在离子敏场效应晶体管上具有第一延长栅，第一延长栅最上层生长有第一聚吡咯层； 在参比场效应晶体管上具有第二延长栅，第二延长栅最上层生长有第二聚吡咯层； 准参比电极结构具有第三铝和第三铂 层，准参比电极位于离子敏场效应晶体管的第一延长栅和参比场效应晶体管的第二延长栅之间； 在差分结构离子敏场效应晶体管的第一延长栅和参比场效应晶体管的第二延长栅区上生长具有两种敏感性质的聚吡咯层； 离子敏场效应晶体管的第一延长栅、准 参比电极及参比场效应晶体管的第二延长栅分别与各压焊块相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏善红，汪祖民，韩泾鸿，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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