一种钙离子浓度检测电路制造技术

本实用新型专利技术提供了一种钙离子浓度检测电路，属于检测电路技术领域。本实用新型专利技术包括参比电极、工作电极、前置放大电路和外接引脚，参比电极、工作电极的输入端均能置于待测溶液中，参比电极、工作电极的输出端均与前置放大电路的输入端相连，前置放大电路的输出端与外接引脚的一端相连，外接引脚另一端能够外接用于处理和显示电压信号的处理单元，其中，前置放大电路和外接引脚密封集成设置于玻璃基片载体一端，参比电极和工作电极设置于玻璃基片载体的另一端，前置放大电路由两个薄膜晶体管和一个电容构成。本实用新型专利技术的有益效果为：可大批量制备、生产工艺简单、灵敏度高、检测精度高、生产成本低、使用寿命长、应用方便。应用方便。应用方便。

【技术实现步骤摘要】
一种钙离子浓度检测电路


[0001]本技术涉及检测电路
，具体涉及一种钙离子浓度检测电路。

技术介绍

[0002]现有的离子选择性电极是化学传感器的一个重要分支，其检测原理通常基于离子选择性敏感膜的零电流开路电位与待测离子的活度关系符合能斯特(Nernst)方程，因此得到零电流开路电位可以计算待测离子浓度。目前，聚合物膜离子选择性电极是研究最为活跃的离子选择性电极，主要包括液体接触式电极和全固态电极两类。
[0003]液体接触式电极将选择性敏感膜贴在内充液和待测溶液之间的电极管外壁底部，在电极管内配一定浓度的溶液和工作电极，另一根无敏感膜电极作为参比电极。两根电极同时插入待测溶液中，提供电势差信号，另一端接入电位计中读数。
[0004]全固态电极将敏感膜覆盖在起电子感应作用的材料上，如金属、导电碳等。工作区域浸入待测溶液，将电压信号直接通过金属传导，接入电位计中。这两种电极都是孤立的感应器件，需要外接电路才能读出电压信号。
[0005]关于以薄膜晶体管(TFT)作为信号处理的器件，以N型氧化物半导体
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氧化铟锡材料作为栅极感应层，以N型氧化物半导体
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氧化铟锡与H+离子的化学反应作为电势响应源，PH减小即氢离子浓度变大时，栅极电压增大，TFT沟道导通程度变大，输出的源漏电流增大，增大程度与浓度的对数呈线性关系，这种属于敏感材料与待测离子的直接化学反应。一般基于TFT器件的离子传感器只探索了单一器件上的响应，未能与片上集成的TFT电路进行配合，且通常使用直接化学反应材料作为电势响应源，使用寿命短。
[0006]也有将栅极电极拓展到外部，通过在玻璃基底上实现离子感应后，再接入到外部的CMOS运算器件中实现离子浓度检测的。基于CMOS器件的离子传感器及多传感器较为成熟，基于硅基材料，价格昂贵，制作工艺复杂，体积大。
[0007]综上所述，现有检测技术中主要有以下2个缺点：
[0008]1.现有技术若利用玻璃基板的晶体管，则未有结合离子传感与薄膜晶体管电路的完整应用组合，多是单一薄膜晶体管作为传感器器件，将信号接入外围电路中处理，引入噪声和信号损失，使用寿命短。
[0009]2.现有技术利用硅基晶体管做的离子敏传感器，价格昂贵，制作工艺复杂，体积大，需要对其进行很高精度的修饰，同时无法在玻璃或者柔性衬底上制备，批量制备成本高昂。

技术实现思路

[0010]为解决现有技术中的问题，本技术提供了一种钙离子浓度检测电路，在玻璃基片载体上集成薄膜晶体管电路、外接引脚、工作电极与参比电极，无需外部处理，减小了时延和噪声；工作时工作电极与参比电极各自电势作为前置放大电路的两路输入，配合集成的前置放大电路将信号放大和处理，输出指示离子浓度的电压信号，可大批量制备、生产
工艺简单、灵敏度高、灵活性强、检测精度高、生产成本低、使用寿命长、应用方便，解决了现有技术中硅基的运算放大电路与离子敏感元件不兼容、布线难、成本高、难以利用双栅薄膜晶体管实现运算放大电路、基于单栅TFT的运算放大电路无法调节TFT适应不同范围的输入电压、无法修改电路的应用范围和场景、由工艺带来的TFT的阈值电压差异可能导致的运放性能降低的问题。
[0011]本技术提供的一种钙离子浓度检测电路，包括参比电极、工作电极、前置放大电路和外接引脚，所述参比电极的输入端、所述工作电极的输入端均能置于待测溶液中，所述参比电极的输出端、所述工作电极的输出端均与所述前置放大电路的输入端相连，所述前置放大电路的输出端与所述外接引脚的一端相连，所述外接引脚另一端能够外接用于处理和显示电压信号的处理单元，其中，所述前置放大电路和所述外接引脚密封集成设置于玻璃基片载体一端，所述参比电极和所述工作电极设置于玻璃基片载体的能够浸入待测溶液的另一端，所述前置放大电路由两个薄膜晶体管和一个电容构成，置于待测溶液中的所述参比电极和所述工作电极之间能够产生电势差信号并输入至所述前置放大电路放大后从所述外接引脚输出。
[0012]本技术作进一步改进，所述参比电极的制作材料为能够作为导电介质的银氯化银，所述工作电极的制作材料为能够作为导电介质的银氯化银。
[0013]本技术作进一步改进，所述工作电极表面覆盖设有一层钙离子选择薄膜。
[0014]本技术作进一步改进，所述前置放大电路包括双栅薄膜晶体管TFT1、单栅薄膜晶体管TFT2和电容C，其中，所述双栅薄膜晶体管TFT1的顶栅极接偏置电压源Vbias，所述双栅薄膜晶体管TFT1的漏极接电压源VDD和所述参比电极，所述双栅薄膜晶体管TFT1的底栅极与所述工作电极相连，所述双栅薄膜晶体管TFT1的源极与所述单栅薄膜晶体管TFT2的漏极、所述电容C的一端相连，所述单栅薄膜晶体管TFT2的栅极接偏置电压源Vsel，所述单栅薄膜晶体管TFT2的源极与所述外接引脚的一端相连，所述电容C的另一端接地。
[0015]本技术作进一步改进，所述前置放大电路包括双栅薄膜晶体管TFT1、单栅薄膜晶体管TFT2和电容C，其中，所述双栅薄膜晶体管TFT1的底栅极接偏置电压源Vbias，所述双栅薄膜晶体管TFT1的漏极接电压源VDD和所述参比电极，所述双栅薄膜晶体管TFT1的顶栅极与所述工作电极相连，所述双栅薄膜晶体管TFT1的源极与所述单栅薄膜晶体管TFT2的漏极、所述电容C的一端相连，所述单栅薄膜晶体管TFT2的栅极接偏置电压源Vsel，所述单栅薄膜晶体管TFT2的源极与所述外接引脚的一端相连，所述电容C的另一端接地。
[0016]本技术作进一步改进，所述工作电极的输入电压为Vworking，所述参比电极的输入电压为Vref，Vref＝电压源VDD，VDD
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150mV≤Vworking≤VDD+150mV。
[0017]本技术作进一步改进，所述电容C的取值为5pF。
[0018]本技术作进一步改进，所述工作电极表面覆盖设置的钙离子选择薄膜替换为钠离子选择薄膜或钾离子选择薄膜。
[0019]本技术作进一步改进，所述双栅薄膜晶体管TFT1替换为单栅薄膜晶体管。
[0020]本技术作进一步改进，薄膜晶体管的制造材料包括非晶硅、多晶硅或非晶铟镓锌氧化物，双栅薄膜晶体管的沟道形状包括平面沟道、π型沟道或3D鳍型沟道。
[0021]与现有技术相比，本技术的有益效果是：提供了一种钙离子浓度检测电路，在玻璃基片载体上集成薄膜晶体管电路、外接引脚、工作电极与参比电极，无需外部处理，减
小了时延和噪声；参比电极和工作电极都采用银氯化银材料，在工作电极表面覆盖一层钙离子选择薄膜，与待测离子发生物理吸附，寿命长，可拓展性强，只要覆盖不同的选择透过性膜即可满足不同的离子检测，工作时工作电极与参比电极各自电势作为前置放大电路的两路输入，配合集成的前置放大电路将信号放大和处理，输出指示离子浓度的电压信号；本技术采用的薄膜晶体管技术仅利用面积很小的玻璃基片载体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙离子浓度检测电路，其特征在于：包括参比电极、工作电极、前置放大电路和外接引脚，所述参比电极的输入端、所述工作电极的输入端均能置于待测溶液中，所述参比电极的输出端、所述工作电极的输出端均与所述前置放大电路的输入端相连，所述前置放大电路的输出端与所述外接引脚的一端相连，所述外接引脚另一端能够外接用于处理和显示电压信号的处理单元，其中，所述前置放大电路和所述外接引脚密封集成设置于玻璃基片载体一端，所述参比电极和所述工作电极设置于玻璃基片载体的能够浸入待测溶液的另一端，所述前置放大电路由两个薄膜晶体管和一个电容构成，置于待测溶液中的所述参比电极和所述工作电极之间能够产生电势差信号并输入至所述前置放大电路放大后从所述外接引脚输出。2.根据权利要求1所述的钙离子浓度检测电路，其特征在于：所述参比电极的制作材料为能够作为导电介质的银氯化银，所述工作电极的制作材料为能够作为导电介质的银氯化银。3.根据权利要求2所述的钙离子浓度检测电路，其特征在于：所述工作电极表面覆盖设有一层钙离子选择薄膜。4.根据权利要求3所述的钙离子浓度检测电路，其特征在于：所述前置放大电路包括双栅薄膜晶体管TFT1、单栅薄膜晶体管TFT2和电容C，其中，所述双栅薄膜晶体管TFT1的顶栅极接偏置电压源Vbias，所述双栅薄膜晶体管TFT1的漏极接电压源VDD和所述参比电极，所述双栅薄膜晶体管TFT1的底栅极与所述工作电极相连，所述双栅薄膜晶体管TFT1的源极与所述单栅薄膜晶体管TFT2的漏极、所述电容C的一端相连，所述单栅薄膜晶体管TFT2的栅极接偏置电压源Vsel，所述单栅薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴慧，麦展程，许亿彤，周忠义，张威，
申请(专利权)人：广科知微广东传感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：