传感区上直接修饰有生物分子膜(图未示)，该处的直接修饰是指生物分子膜直接修饰在第二 GaN层4上，不需要通过Au膜或者氧化层钝化膜固定生物分子膜。
[0022]生物分子膜可用于固定抗体、DNA,优选采用可在GaN表面形成尾基为-COOH的生物试剂或尾基为-N2H的生物试剂，诸如3-氨丙基三乙氧基硅烷。
[0023]上述GaN基生物传感器的制造方法包括:
S1、先采用金属有机物汽相外延方法(MOCVD)在蓝宝石衬底上依次生长第一 GaN层2、AlGaN层3和第二 GaN层4 ;
s2、光刻曝光出欧姆接触区域，利用电子束蒸发，在欧姆接触区域蒸镀Ti/Al/Ni/Au，剥离后在N2环境下退火45秒，退火温度为880°C，形成源极5和漏极6。源极5和漏极6的大小为2mmX2mm,源极5与漏极6的间距为2mm ；
s3、光刻，曝光出电极引线7区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au，后利用lift-off工艺剥离出外部引线；
s4、采用硅酮进行器件的封装，保护源漏电极；
s5、器件修饰，HEMT器件用作生物测试前，需要在样品槽传感表面上进行功能化修饰，样品采用UV/03对样品槽传感表面进行表面处理，然后将5%的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的甲苯溶液滴加到样品槽内，对传感区域表面进行硅烷化，2h后，分别采用甲苯、去离子水进行充分冲洗，后采用氮气吹干，形成可固定抗体、DNA的生物分子膜。
[0024]在AlGaN/GaN HEMT (高电子迁移率晶体管)结构中，由于自发极化和压电极化效应，AlGaN/GaN HEMT器件的界面处会形成一个2DEG (二维电子气)的表面通道，势阱中的2DEG受控于栅极电压，该结构用作生物传感器时AlGaN/GaN HEMT的栅极采用生物分子膜代替，器件工作时，待测抗原的引入引起生物分子膜表面电压的变化，从而引起势阱中2DEG浓度的改变，而2DEG浓度的改变会导致晶体管的源极(source)和漏极(drain)之间电流的变化，因此可通过电流的变化来检测引入待测抗原的浓度变化。
[0025]利用上述的GaN基生物传感器对前列腺特异性抗原进行检测:
在硅烷化的传感腔内滴加2.5%戊二醛溶液，醛化lh，采用去离子水冲洗。冲洗吹干之后，在传感腔内滴加10 μ g/ml的PSA抗体，密封放置在4°C的冰箱内培养24小时，使羧基充分与抗体结合，培养完成后，再采用1%的牛血清白蛋白(BSA)封闭活性位点。
[0026]固定抗体后的传感器，在50mV恒定偏置电压下，对0.lpg/ml的PSA进行了测量，测3次，取平均值，测量结果如图2所示。从图中可以看出，测试PBS缓冲液以及添加BSA到传感区域表面时，器件的电流信号都没有明显的改变，说明传感器具有较好的稳定性和特异性。在加入浓度为lpg/ml的PSA时，传感器的电流降低0.473 μ Α，这意味着PSA同HEMT表面修饰上的抗体发生了反应，毫米量级器件具备测量低浓度PSA的能力。
[0027]针对该器件，测量了器件对不同浓度的PSA的响应，每种浓度测量3次，取平均值，测量结果如图3所示。从图中可以看出毫米量级生物分子膜门电极AlGaN/GaN HEMT生物传感器对PSA的探测极限低于0.lpg/ml ο这比B.S.Kang等人制作的微米量级金属门电极AlGaN/GaN HEMT传感器对PSA的响应提高了 2个数量级。
[0028]易于想到的是，在其他实施例中，在采用硅酮对源极和漏极进行封装的情况下，传感区上也可以先形成Au膜或氧化层钝化膜，然后将生物分子膜修饰在Au膜或氧化层钝化膜上。同样的，在不采用Au膜或氧化层钝化膜的实施例中，对器件的封装也可以采用非硅酮的其他钝化层，例如氮化硅。
[0029]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0030]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种GaN基生物传感器,其特征在于,包括: 衬底； 形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结； 位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2?25mm2,所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm ； 封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。2.根据权利要求1所述的GaN基生物传感器，其特征在于:所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。3.根据权利要求1所述的GaN基生物传感器，其特征在于:所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。4.一种GaN基生物传感器的制造方法,其特征在于,包括: S1、在衬底上生长AlGaN/GaN异质结； s2、利用电子束蒸发工艺在AlGaN/GaN异质结上蒸镀Ti/Al/Ni/Au作为漏极、蒸镀Ni/Au作为源极，所述源极和漏极的尺寸为0.25 mnT25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm?5mm ； S3、采用硅酮对源极和漏极进行封装保护。5.根据权利要求4所述的GaN基生物传感器的制造方法，其特征在于:所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。6.根据权利要求4所述的GaN基生物传感器的制造方法，其特征在于:所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
【专利摘要】本申请公开了一种GaN基生物传感器，包括：衬底；形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结；位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2~25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm~5mm；封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。本发明还公开了一种GaN基生物传感器的制造方法。本发明的GaN基生物传感器的尺寸为毫米量级，采用硅酮对源极和漏极进行封装，解决了材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。同时，GaN基生物传感器尺寸变大以及采用硅酮的封装方式，并不影响传感器的性能。
【IPC分类】G01N27/26, G01N33/543
【公开号】CN104897741
【申请号】CN201410074510
【发明人】李加东, 苗斌, 吴东岷
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日