GaN基生物传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本申请属于生物医疗仪器装置及其应用技术领域，特别是涉及一种GaN基生物传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]GaN基II1- V半导体材料具有宽的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，特别是AlGaN/GaN低维异质结构界面导带很大的能带偏移和AlGaN层极强的压电和自发极化效应，可以提供比AlGaAs/GaAs异质结构高出近一个数量级的二维电子气(2DEG)密度，加上GaN基材料高的击穿电场，使的GaN基器件的功率密度理论上比GaAs基器件高10倍以上，因此，GaN基宽禁带半导体，特别是AlGaN/GaN异质结构材料被认为是发展高温、高频、高功率、抗辐射的第三代微电子器件的最优选材料体系。
[0003]基于AlGaN/GaN异质结构材料的优异性能，研究人员进行了 AlGaN/GaN异质结构材料在不同领域的应用研究，诸如中科院苏州纳米所J -D.Sun及Y.F.Sun等人以及中科院上海技术物理研究所W.D.Hu等人进行了 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹探测器的研究，研制出了在室温工作的太赫兹探测器；中科院上海技术物理研究所X.D.Wang等人及西安电子科技大学的Z.Xu等人分别进行了 AlGaN/GaN HEMT基射频/微波功率放大器及AlGaN/GaN HEMT基变频器的研究，并取得了良好的结果。而在目前人们极为关注的生化安全，环境监测领域AlGaN/GaN HEMT基器件也有广泛应用前景。
[0004]在生物传感领域，与传统的硅基生物器件相比较，GaN基生物传感器件的化学性能更稳定，同时具备无毒性、可降低吸附细胞退化等优点。在当前的研究中，HEMT器件传感区域通常采用Au膜或者氧化层钝化膜固定生物分子膜及待检测分子的识别元件，Au膜的形成需要紫外光刻机，电子束蒸发台以及剥离工艺，而氧化物膜的形成需要等离子体增强化学气相沉积台(PECVD)、紫外光刻机，干法刻蚀机等设备，这会增加传感器的制作难度，提高制作成本，同时Au膜或氧化膜的存在还会增加待检测分子调控2DEG的距离，从而会对传感器的性能产生影响。另一方面，当前GaN基生物传感器的结构尺寸为微米量级，器件封装通常采用光刻胶、氮化硅及氧化硅三种不同的封装方式，然而采用氮化硅、氧化硅无机材料封装时，其制作工艺与器件的兼容性高，但该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。而采用光刻胶封装时，器件不宜长期应用在有机环境中，同时采用光刻胶、氮化硅及氧化硅三种封装方式对设备的要求也比较高，从而增加了制作成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种GaN基生物传感器及其制作方法，解决现有技术中采用Au膜或氧化物膜制作成本高、所获得传感器性能差的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开了一种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，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；
位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述第二 GaN层的表面具有一传感区，所述传感区位于所述源极和漏极之间；
生物分子膜，直接修饰于所述传感区上。
[0007]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述源极和漏极的尺寸为0.25mnT25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm，所述源极和漏极的外侧还封装有硅酮。
[0008]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
[0009]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述生物分子膜采用可在第二 GaN层表面形成尾基为-C00H的生物试剂或尾基为-N2H的生物试剂。
[0010]相应地，本发明还公开了一种GaN基生物传感器的制造方法，包括:
s1、在衬底上生长AlGaN/GaN异质结，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；
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，所述第二 GaN层的表面定义一传感区，所述传感区位于所述源极和漏极之间；
S3、在所述传感器区直接修饰生物分子膜。
[0011]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述步骤S3具体为:采用UV/03对传感区进行表面处理，然后将5%的3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液滴加到传感区，对传感区表面进行硅烷化，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，形成可固定抗体或DNA的生物分子膜。
[0012]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述源极和漏极的尺寸为0.25 mm2?25mm2,所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm,所述步骤s2中，还包括采用娃酮对源极和漏极进行封装保护的过程。
[0013]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
[0014]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述生物分子膜采用可在第二 GaN层表面形成尾基为-C00H的生物试剂或尾基为-N2H的生物试剂。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(1)、通过对传感区进行表面处理，进而使得生物分子膜可以直接修饰在传感区上，不仅降低了成本，而且提高了传感器的灵敏度。
[0016](2)、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。另外，硅酮的封装可以采用人工方式或者低成本的机械设备，避免了光刻胶、氮化硅及氧化硅三种封装方式的封装成本高的问题。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器的结构示意图；
图2所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器电流随时间的变化曲线；
图3所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器对不同浓度的PSA的信号响应。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]参图1所示，GaN基生物传感器包括衬底1，以及依次形成于衬底1上第一 GaN层2、AlGaN 层 3 和第二 GaN 层 4，第一 GaN 层 2、AlGaN 层 3 和第二 GaN 层 4 构成 AlGaN/GaN 异质结。
[0021]衬底1的材质选自蓝宝石或硅，优选为蓝宝石。
[0022]AlGaN/GaN异质结上形成有源极5和漏极6，源极5和漏极6的尺寸优选为0.25mm2?25mm2,源极5和漏极6之间的距离优选为0.5mnT5mm。源极5和漏极6的材质有Ti,Ta, Zr, Co, Al, Pt, Pa, Ni, Cr, Mo, ff, Au 等金属的组合，优选为 Ti/Al/Ni/Au 组合。
[0023]源极5和漏极6分别电性连接有电极引线7，电极引线7于器件的侧边引出。电极引线7的材质有Ti, Ta, Zr, Co, Al, Pt, Pa, Ni, Cr, Mo, ff, Au, Cu, Fe等金属及其组合，优选为 Ni/Au。
[0024]源极5和漏极6以及电极引线7上封装有硅酮层8，硅酮层8可以防止进行液体检测时，液体与源极5、漏极6以及引线7的接触。更重要的是，采用硅酮进行封装，液