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AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)由于其二维电子气(2DEG)浓度较高、迁移率大、易集成以及化学性能稳定等优点,在现代生化检测领域有着广泛的应用前景。本论文从当前AlGaN/GaNHEMT生物传感器因在传感区域沉积金膜而影响灵敏度的问题出发,提出了无栅的AlGaN/GaNHEMT生物传感器的研究,并就传感器的制作工艺、传感器传感区域的表面修饰及性能测试进行了研究。
具体的研究内容包括:
1.论文在分析无栅AlGaN/GaNHEMT生物传感器的结构及工作原理的基础上,通过理论分析传感器的源漏电流、跨导与传感区域结构尺寸之间的关系,结合工艺的可行性,设计了传感器的结构参数。
2.设计了一块合适无栅生物传感器的光刻掩模板版图,开发了一套满足其需求的最优工艺路线并给出工艺参数,通过对AlGaN/GaNHEMT传感器传感区域进行表面修饰、PDMS封装以及引线键合等工作,最终得到了该生物传感器的原型器件。
表面修饰是传感器制作过程中的关键工作,论文采用APTES分子对传感器传感区域进行了表面修饰,并且采用了接触角测量仪和静电吸附金颗粒法对其进行了初步表征,初步的实验结果表明,APTES分子已经成功键合在器件传感区域。
封装是器件制作的另一步重要工艺,实验结果表明,当把PDMS和器件均利用紫外臭氧机处理30分钟时,二者之间的键合效果最佳。
3.对传感器的基本性能进行了测量,器件欧姆接触的比接触电阻率为7.82×10-5Ω·cm2,同时,器件的源漏电流与源漏间距成反比,与源漏宽度成正比。在室温下,对不同浓度的山羊免疫球蛋白G(IgG)进行测量,初步测量的结果显示,该传感器对山羊IgG的探测极限在10-10g/ml,从而证明该传感器在医疗卫生、环境监测等领域具有广阔的应用前景。