一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制作及pH检测的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制造方法及用这种OTFT器件所做的pH验证。它首先是采用常用的半导体器件的制作工艺，制备出栅极带有开槽的TFT器件，并对这种器件按现有的封装工艺进行封装。通过在栅极开槽的区域采用电化学沉积电子聚合物膜，制成OTFT pH传感器。对制备的器件采用半导体特性测试仪对其在溶液中的pH敏感特性进行测试，发现在溶液的pH为2到7的范围内，OTFT器件的阈值电压与pH之间有着良好的线性关系，其直线的斜率为0.955V/pH。比普通的ISFET器件对H+的灵敏度高出15倍。
【专利说明】一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制作及pH检测
【技术领域】
[0001]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】
[0002]二^^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。
[0003]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】
[0004]本发明的目的在于提供一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制造方法。
[0005]本发明包括以下内容:
[0006]一、采用半导体硅工艺制备一个具有开槽栅极的晶体管。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]一、本发明提供的具有开槽栅极的晶体管的制备方法如下:
[0010](1)生长一定厚度的场氧化层；
[0011](2)光刻源、漏区:正性光刻胶；
[0012](3)留胶磷注入(形成源S、漏D区)；
[0013](4)光刻衬底接触孔:正性光刻胶；
[0014](5)留胶硼注入；
[0015]⑶去胶；
[0016](7)光刻有源区(栅G区、源孔区、漏孔区):正性光刻胶；
[0017](8)腐蚀5叫层；
[0018](9)生长一定厚度的栅氧化层；
[0019](10)光刻接触引线孔区:正性光刻胶；
[0020](11)溅射一定厚度的金属铝；
[0021](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；
[0022](13)对制备的器件按传统的半导体工艺进行封装。
[0023]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:
[0024](I)将封装好的场效应晶体管的栅极作为工作电极,一个钼电极为对电极,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。
[0025](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。
[0026](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。
[0027](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。
[0028]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:
[0029](A)对这种耗尽型的η-沟道的0TFT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SMUi和SMU2相连，器件的栅极、衬底分别与仪器的SMU3和GNDU (地)相连。
[0030](B)把制备的0TFT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0TFT器件的性能进行测试。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0031]图1血液中存在的pH缓冲体系
[0032]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
[0033]图3在栅极的开槽区沉积电子聚合物膜的实验装置图，
[0034]其中5:对电极，6:参比电极，7:工作电极
[0035]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，
[0036]L沟道长度，G栅极，S源极，D漏极，B衬底，6:参比电极，
[0037]8:待测溶液；9:PED0T膜，10:环氧封装
[0038]图5用0TFT器件测试pH的测试框图，其中:6:为参比电极，11:缓冲溶液
[0039]图60TFT器件对Η离子敏感特性
【具体实施方式】
[0040]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:
[0041]1)生长场氧化层:厚度d = 402nm。
[0042]2)光刻源、漏区:正性光刻胶。
[0043]3)留胶磷注入(形成源、漏区):80Kev，注入剂量4.0X1015个磷原子/m3，使得半导体的电阻率为0.7-1 Ω.cm。
[0044]4)光刻衬底接触孔:正性光刻胶。
[0045]5)留胶硼注入:60Kev，注入剂量4.0 X 1015个磷原子/m3。
[0046]6)去胶。
[0047]7)光刻有源区(栅区、源孔区、漏孔区):正性光刻胶。
[0048]8)腐蚀 Si02 层(lOOnm)。
[0049]9)生长栅氧化层:厚度d = 85nm，温度1000°C，使得表面电荷密度彡4.0X1011/
2
cm ο
[0050]10)光刻接触引线孔区:正性光刻胶。
[0051]11)派射金属招:厚度 d = 60nm/120nm。
[0052]12)采用负性光刻胶反刻金属区，去除部分宽度为35微米的金属栅。
[0053]13)对制备的器件按传统的半导体工艺进行封装。
[0054]14)将封装好的0TFT的栅极作为工作电极，一根钼丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，放进事先配好的电解液中包含:电子聚合物单体3，4_乙撑二氧噻吩(ED0T)浓度为1.8X 10_2摩尔/升，硝酸钾0.1克/豪升，pH4.0的0.1摩尔/升的磷酸盐缓冲溶液，采用单电位阶跃计时电流法，恒电位为0.8V，电解时间10分钟，在0TFT的栅极上得到聚3，4-乙撑二氧噻吩(PED0T)膜，厚度约2.6微米。
[0055]15)在keilethy-4200的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SMUi和SMU2相连，器件的栅极、衬底分别与仪器的SMU3和GNDU (地)相连，然后把0TFT器件浸泡在不同pH的缓冲溶液中，固定源漏之间的电压为2V，改变栅源之间的电压，测量器件的漏源之间的电流变化，测得的0TFT器件对Η离子敏感特性如图6所示，从图6中可以看出，在溶液的pH为2到7的范围内，0TFT器件的夹断电压与pH之间有着良好的线性关系，其直线的斜率为0.955V/pH。它比普通的ISFET器件对H+的灵敏度高出15倍。
【权利要求】
1.一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制作及pH检测，其特征在于它包含一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制作。
2.一种高灵敏度的OTFT pH传感器的制作及pH检测，其特征在于它提供一种用高灵敏度的OTFT pH传感器来进行pH检测验证的方法。
3.根据权利I所述的要求，一种高灵敏度的OTFTpH传感器的制作主要包含下列步骤: (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、漏区)； (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(栅区、源孔区、漏孔区):正性光刻胶； (8)腐蚀S12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； (14)将封装好的TFT的栅极作为工作电极，一根钼丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，放进事先配好的电解液中包含电子聚合物单体，盐和磷酸盐缓冲溶液，采用电化学方法在TFT的栅极沉积电子聚合物膜制成OTFT pH传感器。
4.根据权利3中14点所述的要求，其特征在于所使用的电子聚合物单体包括噻吩类，苯胺类、吡咯类等有机物。
5.根据权利3中14点所述的要求，其特征在于它采用电化学方法将封装好的场效应晶体管的栅极作为工作电极，一根钼丝为对电极，一根参比电极来沉积有机的电子聚合物膜。
6.根据权利2所述的要求，其特征在于对这种耗尽型的η-沟道的OTFT器件用半导体特性测试仪进行测量时，需先在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SMUl和SMU2相连，器件的栅极、衬底分别与仪器的SMU3和GNDU (地)相连。
7.根据权利6所述的要求，其特征在于把制备的OTFT器件浸泡在不同pH的缓冲溶液中，然后按照权利要求6所建的模型对溶液pH进行检测，建立不同pH时的阈值电位关系图，就可对其灵敏度进行评估。
【文档编号】G01N27/414GK104280443SQ201310282472
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】曾红娟, 谢光忠, 蒋亚东 申请人:电子科技大学