一種快速檢測重金屬離子的多通道傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件、化學(xué)以及微流控技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種快速檢測重金屬離子的多通道傳感器及其制作方法，特別是用于檢測重金屬離子的基于InP基高電子遷移率晶體管(HEMT)的多通道傳感器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在原子序數(shù)介于23(釩)和92(鈾)的金屬中，除了銣、鍶、釔、銫、鋇、鈁等6種金屬外，共有54種相對密度大于5的金屬,其均屬于重金屬。而環(huán)境污染上所指的重金屬實際上主要包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等有毒性的重金屬，同時也指具有一般毒性的鋅、銅、鎳、釩等重金屬。其中由于重金屬污染可能引起的病癥有水俁病(汞)、痛痛病(鎘)、威爾森病(銅)等，同時重金屬污染增加了癌癥患病幾率，威脅著人們的健康。當(dāng)今，我國大氣、水體和土壤中的重金屬污染形勢十分嚴(yán)峻，僅在2013年就先后出現(xiàn)了湖南鎘大米、廣西賀江水體污染、云南鉻渣污染等事件。重金屬污染已經(jīng)開始嚴(yán)重的威脅到人們的日常生活以及生命安全。
[0003]2011年，國務(wù)院批復(fù)了《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，其中第一類規(guī)劃對象就包括鉛、汞、鎘、鉻和類金屬砷等，此外對于鉈、錳、鉍、鎳、鋅、錫、銅、鑰等也有相應(yīng)的防控目標(biāo)。能夠及時有效的檢測溶液中的重金屬離子，對于預(yù)防重金屬中毒等有十分重要的作用，在食品安全和環(huán)境污染上可以提供很大的幫助。此外，高效靈敏的檢測血液以及尿液中的重金屬離子濃度有利于臨床診斷，減少診斷時間提高患者的生存以及治愈幾率。因此，能夠研制處價格低、靈敏度高、相應(yīng)速率快且便于攜帶的重金屬離子傳感器具有十分重要的意義。
[0004]InP基HEMT具有高載流子濃度、高跨導(dǎo)、低噪聲的特點將其與重金屬離子檢測技術(shù)相結(jié)合，如果研制出基于InP基HEMT檢測重金屬離子的傳感器，在響應(yīng)速度、靈敏度上具有不可比擬的優(yōu)勢，可以及時迅速的檢測溶液中極其微量的重金屬離子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的是為了利用InP基HEMT在高跨導(dǎo)低噪聲等性能上的顯著優(yōu)勢，研制出基于InP基HEMT的多通道重金屬離子傳感器，從而實現(xiàn)快速、精確的同時檢測溶液中具有毒性的重金屬離子濃度，同時器件便于攜帶，可以從根本上減少重金屬中毒的情況，便于監(jiān)控環(huán)境污染情況從而及時預(yù)防治理，也可以在臨床診斷上減少檢測時間，便于及時治療。
[0007]一種基于InP基HEMT的用于檢測重金屬離子的多通道傳感器，其特征在于以InP基HEMT為基底，設(shè)計研制了能夠同時檢測多種重金屬離子的傳感器，且該傳感器具有響應(yīng)速率快、靈敏度極高、便于攜帶的特點。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種InP基HEMT的多通道傳感器，用于檢測重金屬離子，包括:多個用于檢測不同重金屬離子的InP基HEMT單元傳感器，各該單元傳感器具有檢測溶液樣品中的重金屬的檢測區(qū)域；一個微流控片，用于將所述溶液樣品分流至各單元傳感器，且該微流控片具有多個微流控通道，各微流控通道與所述各單元傳感器的所述檢測區(qū)域連通。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述各單元傳感器包括InP基HEMT和位于InP基HEMT的柵極的用于檢測重金屬離子的敏感膜，其能夠根據(jù)重金屬離子的含量而使其電荷分布發(fā)生變化，從而影響InP基HEMT的柵極電荷，使得InP基HEMT的源漏電流發(fā)生變化。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述還包括注入孔，該注入孔與每個微流控通道相連，用于將溶液樣品從注入孔引入所述InP基HEMT的柵極區(qū)域。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述微流控片與所述多個InP基HEMT單元傳感器鍵合形成。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述微流控片使用PDMS制成。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述的敏感膜由在柵極固定可以特異性識別重金屬離子的分子得到，其中分子包括單鏈DNA，重金屬離子單克隆抗體，DNA酶。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述各InP基HEMT的柵極區(qū)域面積為500?1500 μ m2。
[0016]同時，本發(fā)明提出一種制造InP基HEMT的多通道傳感器的方法，包括如下步驟:S1、制備InP基HEMT ;S2、在所述InP基HEMT上形成源漏電極和柵極金屬電極；S3、在多個所述InP基HEMT的柵極金屬電極上形成用于檢測不同重金屬離子的敏感膜，其能夠根據(jù)重金屬離子的含量而使其電荷分布發(fā)生變化，從而影響InP基HEMT的柵極電荷，使得InP基HEMT的源漏電流發(fā)生變化；S4、將一個微流控片與所述多個InP基HEMT鍵合，使各微流控通道與所述多個InP基HEMT的柵極金屬電極的區(qū)域連通。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述微流控片使用PDMS制成。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述的敏感膜由在所述InP基HEMT的柵極金屬電極區(qū)域固定可以特異性識別重金屬離子的分子得到，其中分子包括單鏈DNA，重金屬離子單克隆抗體，DNA酶。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點在于基于InP基HEMT研制了能夠同時檢測不同種類的重金屬離子的多通道傳感器，該傳感器靈敏度極高、響應(yīng)速率極快且便于攜帶，對于生活、醫(yī)療以及環(huán)境檢測具有很好的實際應(yīng)用意義，可以預(yù)防重金屬離子食物中毒、臨床診斷重金屬離子中毒等，從而減少因重金屬離子中毒而引起的發(fā)病和死亡等。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的微流控片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的一個實施例的單元傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的用于檢測重金屬離子的InP基HEMT的多通道傳感器，包括多個用于檢測不同重金屬離子的InP基HEMT單元傳感器和一個微流控片，各單元傳感器具有檢測溶液樣品中的重金屬的檢測區(qū)域；微流控片用于將所述溶液樣品分流至各單元傳感器，且具有多個微流控通道，各微流控通道與所述各單元傳感器的所述檢測區(qū)域連通。
[0024]具體來說，各單元傳感器包括InP基HEMT和位于InP基HEMT的柵極的用于檢測重金屬離子的敏感膜，該敏感膜能夠根據(jù)重金屬離子的含量而使其電荷分布發(fā)生變化，從而影響InP基HEMT的柵極電荷，使得InP基HEMT的源漏電流發(fā)生變化。
[0025]通過改變單元傳感器的種類和數(shù)量等，本發(fā)明的檢測重金屬離子的多通道傳感器可以用于檢測以下重金屬離子:萊，鉛，鎘，鎘，鉻，銘，猛，秘，鎳，鋅，錫，銅，鑰等，以及類金屬砷和硒。
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]圖1是本發(fā)明的一個實施例微流控片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，微流控片20包括多個微流控通道201和注入孔202。每個微流控通道201分別位于各單元傳感器10的InP基HEMT的柵極區(qū)域處，注入孔與每個微流控通道相連，用于將溶液樣品從注入孔引入柵極區(qū)域。這樣，通過微流控通道201將不同的單元傳感器10的柵極區(qū)域相統(tǒng)一，可通過注入孔202同時向不同的單元傳感器的柵極區(qū)域倒入測試樣品，進(jìn)行不同重金屬離子的檢測。
[0028]所述微流控片20可使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，通過將PDMS和含有多個單兀傳感器10的半導(dǎo)體芯片表面的氮化娃鍵合形成。
[0029]圖2是本發(fā)明的一個實施例的單元傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，所述的單元傳感器10包括襯底101、緩沖層102、隔離層104、δ硅摻雜層105、勢壘層106、帽層107、源漏電極108、鈍化層110和敏感膜111?；贗nP基HEMT的材料結(jié)構(gòu)由下至上依次為襯底101、緩沖層102、隔離層104、δ硅摻雜層105、勢壘層106、帽層107，源、漏電極108位于帽層107之上，鈍化層110位于源漏108和敏感膜111以外的其他區(qū)域之上，敏感膜111位于源漏電極108之間的柵極區(qū)域的勢壘層106之上。
[0030]所述襯底101可以是InP襯底101，厚度為500 μ m-1000 μ m。
[0031]所述緩沖層102可以是InAlAs緩沖層(102)，厚度為800nm?I μ m，該緩沖層102生長在襯底101之上。
[0032]所述溝道層103可以是InGaAs溝道層103，厚度為20?25nm，該溝道層103生長在緩沖層102之上。
[0033]所述隔離層104可以是InAlAs隔離層1