【摘 要】
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生物传感技术是当今社会的前沿科学技术,是集电子、生物、医疗、化学、物理、材料等多学科于一体的交叉综合性学科。生物传感器在环境监测、医疗健康、食品安全等各个领域都得到了高度重视及广泛应用。氮化镓的宽带隙和强化学硬度确保在高温、酸、碱等恶劣环境中可以稳定存在;同时AlGaN/GaN异质结通过极化效应形成高浓度、高迁移率的二维电子气（2DEG）,2DEG的浓度对AlGaN/GaN异质结表面异常敏感,这种
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生物传感技术是当今社会的前沿科学技术,是集电子、生物、医疗、化学、物理、材料等多学科于一体的交叉综合性学科。生物传感器在环境监测、医疗健康、食品安全等各个领域都得到了高度重视及广泛应用。氮化镓的宽带隙和强化学硬度确保在高温、酸、碱等恶劣环境中可以稳定存在;同时AlGaN/GaN异质结通过极化效应形成高浓度、高迁移率的二维电子气（2DEG）,2DEG的浓度对AlGaN/GaN异质结表面异常敏感,这种特性十分有利于感应微弱的生物信号。GaN基生物传感器的导通电阻比Si低两个数量级,比Si C大约低一个数量级,低导通电阻可以减少导通损耗,提高检测灵敏度。AlGaN/GaN异质结传感器的导通电阻主要由沟道电阻和接触电阻构成,因此降低接触电阻对于提高检测灵敏度尤为重要;在器件制备过程中,台面隔离造成的损伤导致高泄漏电流,进而使检测灵敏度下降,需要降低泄漏电流以提高检测灵敏度。本文通过改善氮化镓基生物传感器的制备工艺以提高其传感性能,主要从降低欧姆接触电阻和隔离泄漏电流两方面进行关键工艺的优化,主要研究内容及成果如下:（1）首先通过对比ICP氧等离子体表面处理前后样品的欧姆接触电阻变化,确定了氧等离子体处理可以有效减少接触电阻。通过对比不同条件下的接触电阻值,发现通过增加ICP功率及RF功率可以有效地降低接触电阻,最终得到最优的条件（ICP:250 W,RF:60 W,0.8 Pa,O2:30 sccm,时间:5 min）;使欧姆接触电阻从1.31Ω·mm降低为0.41Ω·mm,比参照样品接触电阻降低了约69%。利用原子力显微镜（AFM）、光致发光光谱（PL）及能量色散X射线能谱（EDX）对氧等离子体处理前后样品进行表征分析,发现处理后的样品表面增加了氮空位（VN）,从而提高了掺杂浓度,使空间电荷区变窄,利于电子隧穿,降低了欧姆接触电阻。（2）针对台面隔离后泄漏电流高,研究了氧化、“补氮”、UV（臭氧）光照、HCl去除表面氧化物以及退火等处理方法对泄漏电流的影响。发现采用快速热退火（RTA）处理后的样品泄漏电流与体材料的泄漏电流处于同一水平;接着针对微波退火技术进行具体的条件优化,分析台面漏电降低原因,研究表明微波退火处理方法使表面泄漏电流在100V直流偏压下已经从1×10-9A/mm降低到4.03×10-10A/mm,比体材料的样品泄漏电流低1个数量级。（3）最后采用优化后的氧等离子体处理工艺及最佳的退火条件制备了GaN基生物传感器,进行了pH值生物传感器的检测,其灵敏度可以达到1.05m A/pH。
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