專利名稱：一種AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明生物醫(yī)療儀器裝置及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于檢測(cè)生物體液PH值的AIGaN/GaN傳感器。
背景技術(shù)：
GaN基材同傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比，具有鍵長(zhǎng)更短和禁帶寬度更大等明顯特征。較短的鍵長(zhǎng)意味著大的鍵能和小的原子質(zhì)量，從而導(dǎo)致大的聲子能量，并且晶格散射很難發(fā)生，這樣在宏觀上會(huì)形成很高的熱導(dǎo)率和飽和遷移率。大的禁帶寬度使得擊穿電場(chǎng)更高，雪崩效應(yīng)難以發(fā)生。同時(shí)，減少了高溫本征載流子以及漏電流的產(chǎn)生。當(dāng)AlGaN與GaN形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，由于兩種氮化物均具有很強(qiáng)的自發(fā)極化，以及AlGaN層中存在的壓電極化，很容易在界面形成極強(qiáng)的極化電荷，并產(chǎn)生高達(dá)1013/cm2的二維電子氣(2DEG)。這比GaAs基材形成的二維電子氣面密度高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，GaN基材被廣泛應(yīng)用于制作高溫、高頻、 大功率半導(dǎo)體器件。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，用來(lái)進(jìn)行PH值檢測(cè)的儀器較多，如電流計(jì)式檢測(cè)已，其通過(guò)玻璃電極和參比電極在同一溶液中構(gòu)成原電池的原理測(cè)量電位變化，從而確定溶液的PH值強(qiáng)度，但該儀器的精度通常只能達(dá)到1%，不能滿足人體體液的PH測(cè)量要求。為克服現(xiàn)有PH值檢測(cè)儀的缺陷，必須在測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，研制新型高靈敏檢測(cè)精度傳感器，對(duì)液體(例如尿液，血液等)內(nèi)離子PH值的變化進(jìn)行分辨，同時(shí)，該分析傳感器需有高的靈敏度和可集成和微小靈敏，可以用于未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)小型化檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有體液PH值測(cè)量器的測(cè)量精度不夠，體積較大使用不方便的缺陷，提出一種利用新型半導(dǎo)體高靈敏度特性設(shè)計(jì)的AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器。實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的其技術(shù)方案為，一種AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)為，在Si襯底之上從下之上依次涂覆有GaN層和AlGaN層，AlGaN層表面刻蝕有溝道，未刻蝕溝道的AlGaN層表面覆蓋鈍化層。上述傳感器的溝道寬度小于lnm，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中生物大分子的阻擋，同時(shí)K+、Na+等小離子可以接近AlGaN層表面。上述傳感器的鈍化層是SiN，其厚度是5-10nm，GaN層的厚度為3-5 μ m，AlGaN層的厚度為5-10nm,
本發(fā)明還涉及一種AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的應(yīng)用，其主要用于利用AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器制作檢測(cè)溶液中離子的PH值的探測(cè)器，進(jìn)行人體體液的PH值測(cè)量。上述AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的制作方法包括以下步驟(I)在Si襯底依次沉積GaN層、AlGaN層及SiN鈍化層，各層厚度分別依次為3-5 μ m、5_10nm及5-lOnm ；(2)在SiN鈍化層表面涂覆光刻膠后通過(guò)曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在SiN鈍化表面形成溝道；(3)去膠、清洗后制得AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器。
本發(fā)明利用AIGaN/GaN異質(zhì)結(jié)存在自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，在異質(zhì)結(jié)界面處會(huì)積累一層高濃度的二維電子。此二維電子氣為器件的導(dǎo)通提供了較低的導(dǎo)通溝道，因而器件的導(dǎo)通電阻較低。較低的導(dǎo)通電阻對(duì)異質(zhì)結(jié)的界面處的二維電子氣濃度是極為敏感的。當(dāng)該器件的檢測(cè)區(qū)域有溶液離子吸附時(shí)，器件的異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子濃度會(huì)出現(xiàn)明顯改變，器件的在導(dǎo)通時(shí)，溝道電阻就發(fā)生了變化，其靈敏度高達(dá)萬(wàn)分一。使用該原理制作的人體體液PH值傳感器可以迅速、高精度靈敏準(zhǔn)確測(cè)量確定體液的PH值，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療裝置的智能化、小型化。


圖I是本發(fā)明AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的工作原理；
圖中，I、鈍化層；2、生物大分子；3、溝道;4、AlGaN層；5、GaN層;6、Si襯底。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，如圖I是本發(fā)明AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明的AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)為，在Si襯底6之上從下之上依次涂覆有GaN層5和AlGaN層4，AlGaN層表面刻蝕有溝道3，未刻蝕溝道的AlGaN層表面覆蓋鈍化層I。上述傳感器的溝道寬度小于lnm，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中生物大分子2的阻擋，同時(shí)K+、Na+等小離子可以可以接近AlGaN層表面。上述傳感器的鈍化層是SiN，其厚度是5-10nm，GaN層的厚度為3-5 μ m，AlGaN層的厚度為5-10nm,
圖2是本發(fā)明的AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的工作原理，如圖所示，當(dāng)溶液中的Na+、K+、H+離子、0H—接近溝道內(nèi)部的AlGaN表面時(shí)，在AlGaN和GaN的交接面處會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)通電量，其電流的強(qiáng)度和溶液中的離子濃度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量半導(dǎo)體AIGaN/GaN的電流強(qiáng)度就可以確定溶液中的離子濃度，即溶液PH值的大小。本發(fā)明的AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的制作方法步驟為(1)在Si襯底依次沉積GaN層、AlGaN層及SiN鈍化層，各層厚度分別依次為3-5Mm、5-10nm及5-lOnm ; (2)在SiN鈍化層表面涂覆光刻膠后通過(guò)曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在SiN鈍化表面形成溝道；(3)去膠、清洗后制得AIGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器。以上所述，為本發(fā)明內(nèi)容的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作任何限制，凡根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均屬于本發(fā)明內(nèi)容技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器，其特征在于，在Si襯底(6)之上從下之上依次涂覆有GaN層(5)和AlGaN層(4)，AlGaN層表面刻蝕有溝道(3)，未刻蝕溝道的AlGaN層表面覆蓋鈍化層(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器，其特征在于，溝道寬度小于Inm0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器，其特征在于，鈍化層是SiN，其厚度是5-10nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器，其特征在于，GaN層的厚度為3-5 μ m, AlGaN層的厚度為5-lOnm。
5.一種AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的應(yīng)用，其特征在于，AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器用于制作檢測(cè)溶液中離子的PH值的探測(cè)器。
6.一種AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(I)在Si襯底依次沉積GaN層、AlGaN層及SiN鈍化層，各層厚度分別依次為3_5 μ m、5-10nm及5-lOnm ; (2)在SiN鈍化層表面涂覆光刻膠后通過(guò)曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在SiN鈍化表面形成溝道；(3)去膠、清洗后制得AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)為是在Si襯底之上從下之上依次涂覆有GaN層和AlGaN層，AlGaN層表面刻蝕有溝道，未刻蝕溝道的AlGaN層表面覆蓋鈍化層，溝道寬度小于1nm，鈍化層是SiN，其厚度是5-10nm，GaN層的厚度為3-5μm，AlGaN層的厚度為5-10nm。本發(fā)明的AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器制作方法步驟為(1)在Si襯底依次沉積GaN層、AlGaN層及SiN鈍化層，各層厚度分別依次為3-5μm、5-10nm及5-10nm；(2)在SiN鈍化層表面涂覆光刻膠后通過(guò)曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在SiN鈍化表面形成溝道；(3)去膠、清洗后制得AlGaN/GaN離子PH檢測(cè)傳感器。本發(fā)明的PH檢測(cè)傳感器可以迅速、高精度靈敏準(zhǔn)確測(cè)量確定體液的PH值，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療裝置的智能化、小型化。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102890102SQ20121042291
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張帆 申請(qǐng)人:寧波科瑞思醫(yī)療器械有限公司