一种快速检测重金属离子的多通道传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件、化学以及微流控技术领域，特别是一种快速检测重金属离子的多通道传感器及其制作方法，特别是用于检测重金属离子的基于InP基高电子迁移率晶体管(HEMT)的多通道传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]在原子序数介于23(钒)和92(铀)的金属中，除了铷、锶、钇、铯、钡、钫等6种金属外，共有54种相对密度大于5的金属,其均属于重金属。而环境污染上所指的重金属实际上主要包括汞、镉、铅、铬以及类金属砷等有毒性的重金属，同时也指具有一般毒性的锌、铜、镍、钒等重金属。其中由于重金属污染可能引起的病症有水俣病(汞)、痛痛病(镉)、威尔森病(铜)等，同时重金属污染增加了癌症患病几率，威胁着人们的健康。当今，我国大气、水体和土壤中的重金属污染形势十分严峻，仅在2013年就先后出现了湖南镉大米、广西贺江水体污染、云南铬渣污染等事件。重金属污染已经开始严重的威胁到人们的日常生活以及生命安全。
[0003]2011年，国务院批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，其中第一类规划对象就包括铅、汞、镉、铬和类金属砷等，此外对于铊、锰、铋、镍、锌、锡、铜、钥等也有相应的防控目标。能够及时有效的检测溶液中的重金属离子，对于预防重金属中毒等有十分重要的作用，在食品安全和环境污染上可以提供很大的帮助。此外，高效灵敏的检测血液以及尿液中的重金属离子浓度有利于临床诊断，减少诊断时间提高患者的生存以及治愈几率。因此，能够研制处价格低、灵敏度高、相应速率快且便于携带的重金属离子传感器具有十分重要的意义。
[0004]InP基HEMT具有高载流子浓度、高跨导、低噪声的特点将其与重金属离子检测技术相结合，如果研制出基于InP基HEMT检测重金属离子的传感器，在响应速度、灵敏度上具有不可比拟的优势，可以及时迅速的检测溶液中极其微量的重金属离子。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明的目的是为了利用InP基HEMT在高跨导低噪声等性能上的显著优势，研制出基于InP基HEMT的多通道重金属离子传感器，从而实现快速、精确的同时检测溶液中具有毒性的重金属离子浓度，同时器件便于携带，可以从根本上减少重金属中毒的情况，便于监控环境污染情况从而及时预防治理，也可以在临床诊断上减少检测时间，便于及时治疗。
[0007]一种基于InP基HEMT的用于检测重金属离子的多通道传感器，其特征在于以InP基HEMT为基底，设计研制了能够同时检测多种重金属离子的传感器，且该传感器具有响应速率快、灵敏度极高、便于携带的特点。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为解决上述技术问题，本发明提出一种InP基HEMT的多通道传感器，用于检测重金属离子，包括:多个用于检测不同重金属离子的InP基HEMT单元传感器，各该单元传感器具有检测溶液样品中的重金属的检测区域；一个微流控片，用于将所述溶液样品分流至各单元传感器，且该微流控片具有多个微流控通道，各微流控通道与所述各单元传感器的所述检测区域连通。
[0010]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述各单元传感器包括InP基HEMT和位于InP基HEMT的栅极的用于检测重金属离子的敏感膜，其能够根据重金属离子的含量而使其电荷分布发生变化，从而影响InP基HEMT的栅极电荷，使得InP基HEMT的源漏电流发生变化。
[0011]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述还包括注入孔，该注入孔与每个微流控通道相连，用于将溶液样品从注入孔引入所述InP基HEMT的栅极区域。
[0012]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述微流控片与所述多个InP基HEMT单元传感器键合形成。
[0013]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述微流控片使用PDMS制成。
[0014]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述的敏感膜由在栅极固定可以特异性识别重金属离子的分子得到，其中分子包括单链DNA，重金属离子单克隆抗体，DNA酶。
[0015]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述各InP基HEMT的栅极区域面积为500?1500 μ m2。
[0016]同时，本发明提出一种制造InP基HEMT的多通道传感器的方法，包括如下步骤:S1、制备InP基HEMT ;S2、在所述InP基HEMT上形成源漏电极和栅极金属电极；S3、在多个所述InP基HEMT的栅极金属电极上形成用于检测不同重金属离子的敏感膜，其能够根据重金属离子的含量而使其电荷分布发生变化，从而影响InP基HEMT的栅极电荷，使得InP基HEMT的源漏电流发生变化；S4、将一个微流控片与所述多个InP基HEMT键合，使各微流控通道与所述多个InP基HEMT的栅极金属电极的区域连通。
[0017]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述微流控片使用PDMS制成。
[0018]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述的敏感膜由在所述InP基HEMT的栅极金属电极区域固定可以特异性识别重金属离子的分子得到，其中分子包括单链DNA，重金属离子单克隆抗体，DNA酶。
[0019](三)有益效果
[0020]本发明的优点在于基于InP基HEMT研制了能够同时检测不同种类的重金属离子的多通道传感器，该传感器灵敏度极高、响应速率极快且便于携带，对于生活、医疗以及环境检测具有很好的实际应用意义，可以预防重金属离子食物中毒、临床诊断重金属离子中毒等，从而减少因重金属离子中毒而引起的发病和死亡等。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的微流控片的结构示意图；
[0022]图2是本发明的一个实施例的单元传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的用于检测重金属离子的InP基HEMT的多通道传感器，包括多个用于检测不同重金属离子的InP基HEMT单元传感器和一个微流控片，各单元传感器具有检测溶液样品中的重金属的检测区域；微流控片用于将所述溶液样品分流至各单元传感器，且具有多个微流控通道，各微流控通道与所述各单元传感器的所述检测区域连通。
[0024]具体来说，各单元传感器包括InP基HEMT和位于InP基HEMT的栅极的用于检测重金属离子的敏感膜，该敏感膜能够根据重金属离子的含量而使其电荷分布发生变化，从而影响InP基HEMT的栅极电荷，使得InP基HEMT的源漏电流发生变化。
[0025]通过改变单元传感器的种类和数量等，本发明的检测重金属离子的多通道传感器可以用于检测以下重金属离子:萊，铅，镉，镉，铬，铭，猛，秘，镍，锌，锡，铜，钥等，以及类金属砷和硒。
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0027]图1是本发明的一个实施例微流控片的结构示意图。如图1所示，微流控片20包括多个微流控通道201和注入孔202。每个微流控通道201分别位于各单元传感器10的InP基HEMT的栅极区域处，注入孔与每个微流控通道相连，用于将溶液样品从注入孔引入栅极区域。这样，通过微流控通道201将不同的单元传感器10的栅极区域相统一，可通过注入孔202同时向不同的单元传感器的栅极区域倒入测试样品，进行不同重金属离子的检测。
[0028]所述微流控片20可使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，通过将PDMS和含有多个单兀传感器10的半导体芯片表面的氮化娃键合形成。
[0029]图2是本发明的一个实施例的单元传感器的结构示意图，如图2所示，所述的单元传感器10包括衬底101、缓冲层102、隔离层104、δ硅掺杂层105、势垒层106、帽层107、源漏电极108、钝化层110和敏感膜111。基于InP基HEMT的材料结构由下至上依次为衬底101、缓冲层102、隔离层104、δ硅掺杂层105、势垒层106、帽层107，源、漏电极108位于帽层107之上，钝化层110位于源漏108和敏感膜111以外的其他区域之上，敏感膜111位于源漏电极108之间的栅极区域的势垒层106之上。
[0030]所述衬底101可以是InP衬底101，厚度为500 μ m-1000 μ m。
[0031]所述缓冲层102可以是InAlAs缓冲层(102)，厚度为800nm?I μ m，该缓冲层102生长在衬底101之上。
[0032]所述沟道层103可以是InGaAs沟道层103，厚度为20?25nm，该沟道层103生长在缓冲层102之上。
[0033]所述隔离层104可以是InAlAs隔离层1