本发明涉及电化学传感领域，尤其是一种传感器件及其制备方法以及测试所述传感器件的方法。
背景技术
自即时检测的概念出现以来，能够进行定量分析的传感器件成为当下通信技术、生物医疗技术、电化学以及微纳电子学等领域学科的热点。由于场效应晶体管型的传感器具有可小型化、易于和数字芯片集成以及能够实现对痕量信号检测的特点，使得其在传统传感器领域中仍有很重要的地位。
而氮化镓材料作为继砷化镓、磷化铟之后的第三代半导体材料，具备着极其优良的材料特性。目前氮化镓材料已成为全球半导体行业的研究热点和前沿，凭借着较宽的直接带隙，优异的物理化学性质，高的饱和电子迁移速度以及高击穿场强等特点，氮化镓材料自上世纪七十年代以来，已在光电子器件、高温大功率器件和高频微波器件等领域扮演了很重要的角色。以氮化镓基器件作为传感器，尤其是氮化镓晶体管型生化传感器，相比于传统硅基晶体管传感器，具有迁移率高、离子阻挡性好、生物相容性好和化学稳定性好的优势。
但在这类氮化镓传感器中，待测溶液需要与传感器直接接触，传感区域需要进行反复修饰，会造成传感器器件性能不稳定以及使用寿命变短；而另一方面，传感器器件对外在环境的干扰极其敏感，如温度，光照等造成的影响；而且制备氮化镓传感器的材料较为昂贵，当传感器器件失效时，不易更替失效部分。以上一系列因素制约了晶体管型传感器的实际应用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种传感器件及其制备方法以及测试所述传感器件的方法，来解决由于传感器件反复修饰造成性能不稳定、减少使用寿命以及外在环境对传感器件的干扰等问题。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供了一种传感器件，包括：基片、承载部、源电极、漏电极、第一连接部、第二连接部以及栅电极，其中，所述承载部设置在所述基片上；所述承载部包括平板部以及由所述平板部的部分凸起的凸台部；所述源电极和漏电极彼此相对设置在所述凸台部上且分别由所述凸台部延伸到所述平板部上，设置在所述凸台部上的所述源电极和所述漏电极之间具有间隔；所述第一连接部和第二连接部分别设置在所述源电极和所述漏电极上；所述栅电极设置在所述凸台部上且位于所述间隔中，所述栅电极分别与所述源电极和所述漏电极间隔设置。
优选地，所述承载部包括缓冲层、阻挡层以及帽层，所述缓冲层设置在所述基片上，所述缓冲层包括平部缓冲层和由所述平部缓冲层的部分凸起的凸起缓冲层，所述阻挡层和所述帽层依次设置在所述凸起缓冲层上，其中，所述平部缓冲层构成所述平板部，所述凸起缓冲层、所述阻挡层和所述帽层构成所述凸台部。
优选地，所述传感器件还包括：钝化膜层，覆盖在所述第一连接部、所述第二连接部以及所述栅电极上，所述钝化膜层包括分别形成在所述第一连接部、所述第二连接部以及所述栅电极上的第一通孔、第二通孔和第三通孔。
优选地，所述传感器件还包括设置于所述栅电极上的功能膜层，所述功能膜层由偶联物质和生物物质形成，所述生物物质包括抗体、核酸、酶、细胞器官或微生物中的至少一种。
本发明又提供了一种传感器件的制作方法，包括步骤：在基片上制作形成部分凸起形成凸台部的平板部；在所述凸台部上制作形成彼此相对且分别由所述凸台部延伸到所述平板部上的源电极和漏电极；其中，设置在所述凸台部上的所述源电极和所述漏电极之间具有间隔；分别在所述源电极和所述漏电极上制作形成第一连接部和第二连接部；在所述间隔中的所述凸台部上制作形成栅电极；其中，所述栅电极分别与所述源电极和所述漏电极间隔设置。
优选地，在基片上制作形成部分凸起形成凸台部的平板部的方法包括步骤：在基片依次叠层形成缓冲材料层、阻挡材料层以及欧姆接触材料层；以预定的刻蚀深度对所述缓冲材料层、所述阻挡材料层和所述欧姆接触材料层的两端进行刻蚀，以形成缓冲层、阻挡层、平部缓冲层和位于平部缓冲层和阻挡层之间的凸起缓冲层；其中，所述平部缓冲层构成所述平板部，所述凸起缓冲层、所述阻挡层和所述帽层构成所述凸台部；所述预定的刻蚀深度大于所述缓冲材料层和所述阻挡材料层的厚度之和并小于所述缓冲材料层、所述阻挡材料层和所述欧姆接触材料层的厚度之和。
优选地，所述制作方法还包括步骤：在所述第一连接部、所述第二连接部以及所述栅电极上制作形成钝化膜层；在所述钝化膜层中制作形成分别位于所述第一连接部、所述第二连接部以及所述栅电极上的第一通孔、第二通孔和第三通孔。
优选地，所述制作方法还包括步骤：在所述栅电极上制作形成由偶联物质和生物物质构成的功能膜层；其中，所述生物物质包括抗体、核酸、酶、细胞器官或微生物中的至少一种。
优选地，在所述栅电极上制作形成功能膜层的方法包括步骤：对所述栅电极的表面进行表面处理；在所述栅电极的表面上添加偶联物质；对添加了偶联物质的所述栅电极的表面进行清洗并干燥，以将未能附着在所述栅电极的表面上的偶联物质去除；在附着有偶联物质的所述栅电极的表面上添加生物物质，以使所述生物物质与附着在所述栅电极的表面上的所述偶联物质进行结合；对所述栅电极的表面再次清洗并干燥，以将未与偶联物质结合的生物物质去除。
本发明还提供了一种对所述传感器件进行测试的方法，所述方法包括步骤：对源电极和漏电极施加预定电压；在所述功能膜层上滴加缓冲溶液，并保持预定时间；在所述预定时间之后，在所述功能膜层上滴加待测溶液；获取所述传感器件对所述待测溶液的电流响应值。
本发明实施例提供的一种传感器件及其制备方法以及测试所述传感器件的方法，通过设置栅电极并利用所述栅电极的表面作为传感区域，避免了所述传感器件与待测溶液直接接触，进而避免因为反复修饰传感区域，影响使用寿命和器件性能，所述栅电极的形状及材料还可根据实际需求进行设计，不必受到信号放大元件的结构的限制；而且由于所述传感器件通过连接部接电，即让传感区域与信号放大元件等器件分离设置，避免了外在环境对所述传感器件的干扰，使所述传感器件具有一定的稳定性和抗干扰能力，更使所述传感器件便于更换。
附图说明
图1a-图1h是本发明实施例提供的传感器件的制备方法中，各个步骤得到的器件结构的示例性图示；
图2是本发明实施例提供的传感器件中的所述缓冲层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的传感器件和为其接电的主板之间的连接框图；
图4是本发明实施例提供的传感器件对生物检测物质的电流响应图；
图5是本发明实施例提供的传感器件对psa抗原的电流响应图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。
参考图1h所示，所述传感器件100，包括：基片1、承载部2、源电极3、漏电极4、第一连接部51、第二连接部52以及栅电极6。
其中，结合图1h和图1b所示，所述承载部2设置在所述基片1上，所述承载部2包括平板部2a以及由所述平板部2a的部分凸起的凸台部2b；所述源电极3和漏电极4彼此相对设置在所述凸台部2b上且分别由所述凸台部2b延伸到所述平板部2a上，设置在所述凸台部2b上的所述源电极3和所述漏电极4之间具有间隔；所述第一连接部51和第二连接部52分别设置在所述源电极3和所述漏电极4上；所述栅电极6设置在所述凸台部2b上且位于所述间隔中，所述栅电极6分别与所述源电极3和所述漏电极4间隔设置。
具体地，所述承载部2包括缓冲层21、阻挡层22以及帽层23，所述缓冲层21设置在所述基片1上。图2示出了所述缓冲层21的结构，结合图1b和图2所示，所述缓冲层21包括平部缓冲层21a和由所述平部缓冲层21a的部分凸起的凸起缓冲层21b，所述阻挡层22和所述帽层23依次设置在所述凸起缓冲层21b上，其中，所述平部缓冲层21b构成所述平板部2a，所述凸起缓冲层21b、所述阻挡层22和所述帽层23构成所述凸台部2b。在本实施例中，示例性地，所述缓冲层21用作基片1与所述缓冲层21上各层之间的缓冲区，减少了缺陷的产生，所述缓冲层21可以采用氮化镓材料，所述阻挡层22可以采用氮化镓铝材料，所述帽层23可以采用氮化镓材料。
结合图1f-图1h所示，更具体地，所述传感器件100还包括：钝化膜层7，覆盖在所述第一连接部51、所述第二连接部52以及所述栅电极6上，所述钝化膜层7包括分别形成在所述第一连接部51、所述第二连接部52以及所述栅电极6上的第一通孔71、第二通孔72和第三通孔73。其中，第三通孔73露出的栅电极6即为本传感器件100的传感区域。利用所述钝化膜层7以及其他电极封装材料，包裹住所述传感器件100，除第一通孔71、第二通孔72以及第三通孔73，只露出传感区域，起到了良好的绝缘保护效果。
所述传感器件100用作响应待测信号测试之前，需要在传感区域上进行功能化修饰，因此，所述传感器件还包括设置于所述栅电极6上的功能膜层8，所述功能膜层8由偶联物质和生物物质形成，所述生物物质包括抗体、核酸、酶、细胞器官或微生物中的至少一种。
在本实施例中，所述栅电极6表面形成所述传感器件100的传感区域。使得所述传感器件100无需直接与待测溶液接触，避免因为测试的反复修饰影响传感器件100的性能，减少传感器件100的使用寿命。
在本实施例中，所述第一连接部51和第二连接部52用于所述传感器件100的引线接电，示例性地，参照图3所示，上述传感器件100可通过电性连接到包括有信号放大元件的主板200上进行接电，所述传感器件100和信号放大元件等器件得以分离设置，避免了所述传感器件100受到外界干扰。另一方面，相比于现有技术，由于本实施例的所述传感器件100和信号放大元件相互分离设置，所述栅电极6既作为所述传感器件100的压控栅极，同时也作为传感区域和信号放大元件的连接电极，所述栅电极6的形状及材料可根据实际需求进行设计，不必受制于信号放大元件的结构，其设计的灵活性更高。
上述传感器件100中，所述源电极3和漏电极4的结构为多层金属结构，本实施例中，所述源电极3和漏电极4优选采用钛、铝、镍和金组成的多层金属结构。另外，所述栅电极4采用导电性好且易于生物修饰的材料制成，本实施例中，所述栅电极4的材料优选采用金。
在本实施例中，上述传感器件100为氮化镓传感器。
参阅图1a-1h所示，本发明又提供了一种传感器件100的制作方法，包括步骤：在基片1上制作形成部分凸起形成凸台部2b的平板部2a；
在所述凸台部2b上制作形成彼此相对且分别由所述凸台部2b延伸到所述平板部2a上的源电极3和漏电极4，其中，设置在所述凸台部2b上的所述源电极3和所述漏电极4之间具有间隔；
分别在所述源电极3和所述漏电极4上制作形成第一连接部51和第二连接部52；
在所述间隔中的所述凸台部2b上制作形成栅电极6；其中，所述栅电极6分别与所述源电极3和所述漏电极4间隔设置。
结合图1a、1b以及图2所示，具体地，在基片1上制作形成部分凸起形成凸台部2b的平板部2a的方法包括步骤：在基片1依次叠层形成缓冲材料层210、阻挡材料层220以及欧姆接触材料层230；
以预定的刻蚀深度对所述缓冲材料层210、所述阻挡材料层220和所述欧姆接触材料层230的两端进行刻蚀，以形成缓冲层21、阻挡层22、平部缓冲层21a和位于平部缓冲层21a和阻挡层22之间的凸起缓冲层21b。
其中，所述平部缓冲层21a构成所述平板部2a，所述凸起缓冲层21b、所述阻挡层22和所述帽层23构成所述凸台部2b。所述预定的刻蚀深度大于所述缓冲材料层210和所述阻挡材料层220的厚度之和并小于所述缓冲材料层230、所述阻挡材料层220和所述欧姆接触材料层230的厚度之和。
更具体地，所述基片1先进行清洗以及预处理，在所述基片1上依次叠层设置缓冲层21、阻挡层22以及帽层23对应的材料层，通过甩胶、光刻和显影来获得所述承载部2的刻蚀掩膜，再通过感应耦合等离子体(icp)刻蚀出所述承载部2的结构，所述承载部2的台面高度可根据实际需要进行调整。
参阅图1c所示，在上述的在所述凸台部2b上制作源电极3和漏电极4的步骤更具体地为：先通过甩胶，光刻，显影，得到所述源电极3和漏电极4的欧姆接触区域掩膜，利用电子束蒸发在欧姆接触区域分别蒸镀钛、铝、镍或金其中一种材料的材料层，采用剥离工艺(lift-off)处理上述结构，在氮气保护的环境下退火一段时间，在所述凸台部2b上形成源电极3和漏电极4。
如图1d所示，而上述分别在所述源电极3和所述漏电极4上制作形成第一连接部51和第二连接部52的步骤中，更具体地，先通过甩胶，光刻，显影，得到所述第一连接部51和第二连接部52的掩膜，采用电子束蒸发工艺分别蒸镀镍或金其中一种材料的材料层，利用剥离工艺剥离出外部引线，形成所述第一连接部51和第二连接部52。
如图1e所示，在本实施例中，先通过甩胶，光刻，显影，得到所述栅电极6的掩膜，采用磁控溅射工艺蒸镀所述栅电极6的金相材料层，利用剥离工艺剥离出所述栅电极6。
如图1f和1g所示，具体地，所述制作方法还包括步骤：在所述第一连接部51、所述第二连接部52以及所述栅电极6上制作形成钝化膜层7；在所述钝化膜层7中制作形成分别位于所述第一连接部51、所述第二连接部52以及所述栅电极6上的第一通孔71、第二通孔72和第三通孔73。
在此步骤中，具体地，先通过甩胶、光刻和显影得到所述钝化保护膜7的掩膜，然后利用腐蚀液腐蚀出所述第一通孔71、第二通孔72和第三通孔73。示例性地，所述钝化保护膜的材料可以采用负胶su8等光敏有机物。
上述步骤后，还需要通过所述第一通孔71和第二通孔72引线接电，并对所述传感器件100的传感区域以外的区域进行封装保护。
进一步地，如图1h所示，所述制作方法还包括步骤：在所述栅电极6上制作形成由偶联物质和生物物质构成的功能膜层8；其中，所述生物物质包括抗体、核酸、酶、细胞器官或微生物中的至少一种。
具体地，在所述栅电极6上制作形成功能膜层8的方法包括步骤：
对所述栅电极6的表面进行表面处理，示例性地，可以采用uv/o3对所述栅电极6的表面清洗三十分钟以上；
在所述栅电极6的表面上添加偶联物质，以对于抗体作为与所述偶联物质结合的生物物质进行修饰作为例子，可以加入一定浓度巯基乙酸溶液加戊二醛溶液；
对添加了偶联物质的所述栅电极6的表面进行清洗并干燥，以将未能附着在所述栅电极6的表面上的偶联物质去除，示例性地，可以采用洁净的氮气吹干的方法进行干燥；
在附着有偶联物质的所述栅电极6的表面上添加生物物质，以使所述生物物质与附着在所述栅电极6的表面上的所述偶联物质进行结合；
对所述栅电极6的表面再次清洗并干燥，以将未与偶联物质结合的生物物质去除。
本发明还提供了一种对所述传感器件100进行测试的方法，所述方法包括步骤：对源电极3和漏电极4施加预定电压；在所述功能膜层8上滴加缓冲溶液，并保持预定时间；在所述预定时间之后，在所述功能膜层8上滴加待测溶液；获取所述传感器件对所述待测溶液的电流响应值。
示例性地，可采用硅酮胶制作出所述传感器件100测试用的反应腔室，用于测试待测溶液。
参考图4所示，从上述传感器件100对生物检测物质的电流响应可知，所述传感器件100对该待测物的检测极限为0.1pg，响应时间在采样间隔1s以内。
参考图5所示，从测量所述传感器件100对psa抗原浓度变化的电流响应获得的数据可知，所述传感器件100具有良好的稳定性以及线性度性能。
综上所述，根据本发明实施例提供的一种传感器件100及其制备方法以及测试所述传感器件100的方法，通过设置栅电极6并利用所述栅电极6的表面作为传感区域，避免了所述传感器件100与待测溶液直接接触，进而避免因为反复修饰传感区域，影响使用寿命和器件性能，所述栅电极的形状及材料还可根据实际需求进行设计，不必受到信号放大元件的结构的限制；而且由于所述传感器件100的传感区域与信号放大元件等器件分离设置，避免了外在环境对所述传感器件100干扰，使所述传感器件100具有一定的稳定性和抗干扰能力，更使所述传感器件100便于更换。
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。
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。