專利名稱：一種AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明生物醫(yī)療儀器裝置及其應用技術領域，尤其是涉及一種用于檢測生物體液PH值的AIGaN/GaN傳感器。
背景技術：
GaN基材同傳統(tǒng)的半導體材料相比，具有鍵長更短和禁帶寬度更大等明顯特征。較短的鍵長意味著大的鍵能和小的原子質量，從而導致大的聲子能量，并且晶格散射很難發(fā)生，這樣在宏觀上會形成很高的熱導率和飽和遷移率。大的禁帶寬度使得擊穿電場更高，雪崩效應難以發(fā)生。同時，減少了高溫本征載流子以及漏電流的產生。當AlGaN與GaN形成異質結構時，由于兩種氮化物均具有很強的自發(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的極化電荷，并產生高達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數(shù)量級。因此，GaN基材被廣泛應用于制作高溫、高頻、 大功率半導體器件。在醫(yī)療器械領域，用來進行PH值檢測的儀器較多，如電流計式檢測已，其通過玻璃電極和參比電極在同一溶液中構成原電池的原理測量電位變化，從而確定溶液的PH值強度，但該儀器的精度通常只能達到1%，不能滿足人體體液的PH測量要求。為克服現(xiàn)有PH值檢測儀的缺陷，必須在測量原理和結構上進行創(chuàng)新，研制新型高靈敏檢測精度傳感器，對液體(例如尿液，血液等)內離子PH值的變化進行分辨，同時，該分析傳感器需有高的靈敏度和可集成和微小靈敏，可以用于未來戰(zhàn)爭小型化檢測。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有體液PH值測量器的測量精度不夠，體積較大使用不方便的缺陷，提出一種利用新型半導體高靈敏度特性設計的AIGaN/GaN離子PH檢測傳感器。實現(xiàn)上述發(fā)明目的的其技術方案為，一種AIGaN/GaN離子PH檢測傳感器，其結構為，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，以實現(xiàn)對溶液中生物大分子的阻擋，同時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檢測傳感器的應用，其主要用于利用AIGaN/GaN離子PH檢測傳感器制作檢測溶液中離子的PH值的探測器，進行人體體液的PH值測量。上述AIGaN/GaN離子PH檢測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檢測傳感器。
本發(fā)明利用AIGaN/GaN異質結存在自發(fā)極化和壓電極化效應，在異質結界面處會積累一層高濃度的二維電子。此二維電子氣為器件的導通提供了較低的導通溝道，因而器件的導通電阻較低。較低的導通電阻對異質結的界面處的二維電子氣濃度是極為敏感的。當該器件的檢測區(qū)域有溶液離子吸附時，器件的異質結界面處的二維電子濃度會出現(xiàn)明顯改變，器件的在導通時，溝道電阻就發(fā)生了變化，其靈敏度高達萬分一。使用該原理制作的人體體液PH值傳感器可以迅速、高精度靈敏準確測量確定體液的PH值，實現(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檢測傳感器結構示意圖； 圖2為AIGaN/GaN離子PH檢測傳感器的工作原理；
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。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明，如圖I是本發(fā)明AIGaN/GaN離子PH檢測傳感器結構示意圖，如圖所示，本發(fā)明的AIGaN/GaN離子PH檢測傳感器結構為，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，以實現(xiàn)對溶液中生物大分子2的阻擋，同時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檢測傳感器的工作原理，如圖所示，當溶液中的Na+、K+、H+離子、0H—接近溝道內部的AlGaN表面時，在AlGaN和GaN的交接面處會產生導通電量，其電流的強度和溶液中的離子濃度有關，通過測量半導體AIGaN/GaN的電流強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檢測傳感器。以上所述，為本發(fā)明內容的較佳實施例，并非對本發(fā)明內容作任何限制，凡根據(jù)本發(fā)明內容技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均屬于本發(fā)明內容技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器，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)權利要求I所述的AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器，其特征在于，溝道寬度小于Inm0
3.根據(jù)權利要求I所述的AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器，其特征在于，鈍化層是SiN，其厚度是5-10nm。
4.根據(jù)權利要求I所述的AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器，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檢測傳感器的應用，其特征在于，AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器用于制作檢測溶液中離子的PH值的探測器。
6.一種AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器的制作方法，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檢測傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了AlGaN/GaN離子PH檢測傳感器，其結構為是在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檢測傳感器。本發(fā)明的PH檢測傳感器可以迅速、高精度靈敏準確測量確定體液的PH值，實現(xiàn)醫(yī)療裝置的智能化、小型化。
文檔編號G01N27/00GK102890102SQ20121042291
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者張帆 申請人:寧波科瑞思醫(yī)療器械有限公司