基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，包括襯底，其特征是：在所述襯底的上表面生長(zhǎng)形成U型氮化鎵層，U型氮化鎵層上表面生長(zhǎng)形成鋁鎵氮層，鋁鎵氮層上表面生長(zhǎng)U型氮化鎵披覆層；所述U型氮化鎵披覆層上設(shè)有源極和漏極，源極和漏極與U型氮化鎵披覆層形成歐姆接觸；所述源極和漏極相互分離，源極和漏極之間的間隙處為柵極，源極和漏極上分別沉積有源極打線電極和漏極打線電極；在所述芯片上表面覆蓋絕緣層，絕緣層覆蓋住芯片上表面除源極打線電極、漏極打線電極和柵極以外的區(qū)域；在所述柵極的表面涂布生物酶。本發(fā)明利用高電子遷移率晶體管（HEMT）的放大效應(yīng)，更精確地探測(cè)葡萄糖反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電子的多少，進(jìn)而得到人體血糖濃度。
【專利說明】基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人體血糖測(cè)試芯片，尤其是一種基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]人體血糖值是一種常用且重要的人體健康指標(biāo)，尤其是近年來隨著人們生活水平的提高，罹患糖尿病的人們?cè)絹碓蕉?，血糖監(jiān)測(cè)的家庭化和常規(guī)化也顯得越來越重要。由于人體血糖主要指葡萄糖,所以人體血糖的檢測(cè)即是指檢測(cè)人體血液中所含葡萄糖的濃度。目前市面上常見的人體血糖測(cè)試儀器主要是通過葡萄糖在生物酶的作用下發(fā)生得失電子的反應(yīng)，所產(chǎn)生的電子被導(dǎo)電介質(zhì)轉(zhuǎn)移給電極，在一定電壓作用下，流過電極的電流將發(fā)生變化，通過一種三電極體系檢測(cè)電流變化與葡萄糖濃度的線性關(guān)系達(dá)到檢測(cè)血糖濃度的目的。但此過程中產(chǎn)生的微電流極小，需要用12位AD轉(zhuǎn)換器探測(cè)，這對(duì)其測(cè)量精度和準(zhǔn)確度都有不小的影響。
[0003]眾所周知，高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種對(duì)柵極電壓極其敏感的電子器件。柵極電壓Vg可控制下方異質(zhì)結(jié)勢(shì)阱的深度，則可控制勢(shì)阱中2-DEG (二維電子氣)的面密度，從而控制著器件的工作電流。
[0004]人體血液中的葡萄糖在生物酶的作用下會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成葡萄糖脂和雙氧水(H2O2),過程中會(huì)釋放出電子。這種電子在HEMT器件的柵極處累積會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)會(huì)疊加在柵極電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)之上，共同影響下方異質(zhì)結(jié)勢(shì)阱的深度，從而造成器件工作電流的變化。在這種體系下，HEMT器件工作電流與葡萄糖濃度呈線性關(guān)系，所以我們通過測(cè)量HEMT器件工作電流的變化即可測(cè)得人體血液中葡萄糖的濃度。而異質(zhì)結(jié)中電子的遷移率、構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的材料的厚度、HEMT器件的設(shè)計(jì)等都會(huì)直接影響到工作電流對(duì)于電場(chǎng)變化的響應(yīng)，器件的靈敏度和準(zhǔn)確度就是基于這些因素的。通過優(yōu)化這些參數(shù)，我們可以得到相對(duì)于三電極體系更高靈敏度和準(zhǔn)確度的檢測(cè)結(jié)果。這要?dú)w功于HEMT器件溝道中的高遷移率載流子對(duì)于柵極電場(chǎng)變化的高度敏感性，從而可以更靈敏的探測(cè)出葡萄糖反應(yīng)中所釋放出的電子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，利用高電子遷移率晶體管(HEMT)的放大效應(yīng)，更精確地探測(cè)葡萄糖反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電子的多少，進(jìn)而得到人體血糖濃度。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，包括襯底，其特征是:在所述襯底的上表面生長(zhǎng)形成U型氮化鎵層，U型氮化鎵層上表面生長(zhǎng)形成鋁鎵氮層，鋁鎵氮層上表面生長(zhǎng)U型氮化鎵披覆層；所述U型氮化鎵披覆層上設(shè)有源極和漏極，源極和漏極與U型氮化鎵披覆層形成歐姆接觸；所述源極和漏極相互分離，源極和漏極之間的間隙處為柵極，源極和漏極上分別沉積有源極打線電極和漏極打線電極；在所述芯片上表面覆蓋絕緣層，絕緣層覆蓋住芯片上表面除源極打線電極、漏極打線電極和柵極以外的區(qū)域；在所述柵極的表面涂布生物酶。
[0007]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，在所述芯片的上表面，源極、漏極和柵極區(qū)域以外的部分形成刻蝕溝槽，刻蝕溝槽由U型氮化鎵披覆層的上表面延伸至U型氮化鎵層。
[0008]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述襯底采用藍(lán)寶石基板、硅基板、氮化鎵基板或者碳化娃基板中的一種。
[0009]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述鋁鎵氮層的厚度< lOOnm。
[0010]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中,所述U型氮化鎵披覆層的厚度< 50nm。
[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明利用HEMT器件溝道中的電流對(duì)柵極電場(chǎng)的敏感特性，可以得到其電流隨柵極電場(chǎng)變化的線性關(guān)系；而柵極電場(chǎng)的變化正比于葡萄糖反應(yīng)中所產(chǎn)生的電子，反應(yīng)產(chǎn)生的電子又正比于葡萄糖的濃度，從而可以利用HEMT器件的電流變化來讀取葡萄糖的濃度；通過HEMT器件中柵極長(zhǎng)度、寬度和外延結(jié)構(gòu)中各層厚度的調(diào)整，可以改變器件的電流變化值，使得在相同的葡萄糖濃度下，HEMT電流變化達(dá)到幾十微安的量級(jí)，從而大大增加讀取數(shù)據(jù)的可行性和準(zhǔn)確度，不必使用高精度的電子芯片讀取極小的電流，降低了芯片制造成本，提高了測(cè)量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述人體血糖測(cè)試芯片的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明所述人體血糖測(cè)試芯片的另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1?圖2所示:所述基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片包括襯底1、U型氮化鎵層2、鋁鎵氮層3、U型氮化鎵披覆層4、源極5、漏極6、源極打線電極7、漏極打線電極
8、柵極9、絕緣層10、生物酶涂層11等。
[0016]實(shí)施例一:
如圖1所示，本發(fā)明包括襯底1，襯底I采用藍(lán)寶石基板、硅基板、氮化鎵基板或者碳化娃基板中的一種，襯底I的上表面通過外延生長(zhǎng)形成U型氮化鎵層2, U型氮化鎵層2上表面生長(zhǎng)形成N型或者U型鋁鎵氮層3，鋁鎵氮層3上表面生長(zhǎng)有一薄層U型氮化鎵披覆層4 ;所述U型氮化鎵披覆層4上設(shè)有源極5和漏極6，源極5和漏極6覆蓋于U型氮化鎵披覆層4上，并與U型氮化鎵披覆層4形成歐姆接觸；所述源極5和漏極6相互分離，源極5和漏極6之間的間隙處為柵極9 ;所述源極5和漏極6上分別沉積有源極打線電極7和漏極打線電極8，作為以后的封裝打線盤；除所述源極打線電極7、漏極打線電極8和柵極9之外的部分覆蓋絕緣層10，柵極9的表面涂布有能催化葡萄糖反應(yīng)的生物酶11 ；
所述鋁鎵氮層3的厚度< IOOnm ;所述U型氮化鎵披覆層4的厚度< 50nm ；
所述絕緣層10的材料為氧化硅、氮化硅或樹脂類聚合物等，以保證在溶液中源漏兩極無(wú)法連通；
所述源極5和漏極6的材料為Ti/Al或者含有Ti/Al組分的合金；所述生物酶11為葡萄糖氧化酶或者葡萄糖脫氫酶等可以使葡萄糖發(fā)生得失電子反應(yīng)的催化酶。[0017]實(shí)施例二:
為了能夠進(jìn)一步地提高芯片對(duì)于葡萄糖濃度的響應(yīng)，減少背景噪音，可以通過等離子蝕刻(ICP)的方法去掉除源極5、柵極9和漏極6處以外的GaN層，去除深度需到達(dá)U型氮化鎵層2，這樣做可以使載流子只能通過柵極下面的溝道形成回路，而無(wú)法通過邊緣繞行，因?yàn)闁艠O下面的溝道是受到柵極電場(chǎng)調(diào)制的，因此能更靈敏和準(zhǔn)確的反應(yīng)柵極電場(chǎng)的變化，從而測(cè)得葡萄糖的濃度。
[0018]如圖2所示:所述基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片包括襯底1，襯底I采用藍(lán)寶石基板、娃基板、氣化嫁基板或者碳化娃基板其中的一種，襯底I上表面通過外延生長(zhǎng)形成U型氮化鎵層2，U型氮化鎵層2上表面生長(zhǎng)形成N型或者U型鋁鎵氮層3，鋁鎵氮層3上表面生長(zhǎng)有一薄層U型氮化鎵披覆層4 ;所述U型氮化鎵披覆層4上表面設(shè)有源極5和漏極6，源極5和漏極6覆蓋于U型氮化鎵披覆層4上，并與U型氮化鎵披覆層4形成歐姆接觸，源極5和漏極6相互分離，源極5和漏極6之間的間隙為柵極9 ;通過等離子刻蝕(ICP)方法將所述源極5、漏極6和柵極9區(qū)域以外的部分蝕刻掉，直至到達(dá)U型氮化鎵層2 ;在所源極5和漏極6上分別沉積有源極打線電極7和漏極打線電極8，作為以后的封裝打線盤；除所述源極打線電極7、漏極打線電極8和柵極9以外的部分覆蓋有絕緣層10，柵極9的表面涂布有能催化葡萄糖反應(yīng)的生物酶11 ;
所述鋁鎵氮層3的厚度< IOOnm ;所述U型氮化鎵披覆層4的厚度< 50nm ；
所述絕緣層10的材料為氧化硅、氮化硅或樹脂類聚合物等，以保證在溶液中源漏兩極無(wú)法連通；
所述源極5和漏極6的材料為Ti/Al或者含有Ti/Al組分的合金；所述生物酶11為葡萄糖氧化酶或者葡萄糖脫氫酶等可以使葡萄糖發(fā)生得失電子反應(yīng)的催化酶。
[0019]相較于市面上已有的血糖測(cè)試儀器，本發(fā)明所述人體血糖測(cè)試芯片更加靈敏和準(zhǔn)確，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，測(cè)試靈敏準(zhǔn)確，對(duì)于后臺(tái)電路的要求更低，從而有著更低廉的成本，穩(wěn)
定可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，包括襯底(1)，其特征是:在所述襯底(I)的上表面生長(zhǎng)形成U型氮化鎵層(2 )，U型氮化鎵層(2 )上表面生長(zhǎng)形成鋁鎵氮層(3 )，鋁鎵氮層(3 )上表面生長(zhǎng)U型氮化鎵披覆層(4 );所述U型氮化鎵披覆層(4 )上設(shè)有源極(5 )和漏極(6)，源極(5)和漏極(6)與U型氮化鎵披覆層(4)形成歐姆接觸；所述源極(5)和漏極(6 )相互分離，源極(5 )和漏極(6 )之間的間隙處為柵極(9 )，源極(5 )和漏極(6 )上分別沉積有源極打線電極(7)和漏極打線電極(8);在所述芯片上表面覆蓋絕緣層(10)，絕緣層(10)覆蓋住芯片上表面除源極打線電極(7)、漏極打線電極(8)和柵極(9)以外的區(qū)域；在所述柵極(9)的表面涂布生物酶(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，其特征是:在所述芯片的上表面，源極(5)、漏極(6)和柵極(9)區(qū)域以外的部分形成刻蝕溝槽，刻蝕溝槽由U型氮化鎵披覆層(4)的上表面延伸至U型氮化鎵層(2)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，其特征是:所述襯底(I)采用藍(lán)寶石基板、硅基板、氮化鎵基板或者碳化硅基板中的一種。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，其特征是:所述鋁鎵氮層(3)的厚度< lOOnm。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基于氮化鎵材料的人體血糖測(cè)試芯片，其特征是:所述U型氮化鎵披覆層(4)的厚度< 50nm。
【文檔編號(hào)】G01N27/414GK103760206SQ201410016049
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】柯志杰, 郭文平, 鄧群雄, 黃慧詩(shī) 申請(qǐng)人:江蘇新廣聯(lián)科技股份有限公司