基于化学敏感场效应传感器的设计与研究

论文摘要

化学敏感场效应管是利用化学极化场效应来控制固体材料导电性能的有源器件。具有体积小、灵敏度高等特点,将来可望在分子识别、痕量分析及微生物检测方面得到广泛的应用。首先,采用简单的加工方法,加工、制作出了基于硅片的化学极化场效应传感器。通过测试其稳定性及分子组装前、后器件电流导通性能的变化,发现这种器件具有一定的整流特性,且导通电流随分子链增加而增大。但因制作工艺所限和测试环境的影响,其稳定性较差。在前述工作的基础上,本文采用微电子工艺技术,设计、制作了对有机分子敏感的化学极化场效应传感器,研究了有机分子的结构对化学敏感场效应器件的导通特性的影响。并进行了实验验证,取得了较为满意研究和实验结果。最后,利用分子自组装技术在芯片上组装不同结构的有机分子层,研究了不同链长的饱和羧酸、胺、醇及羧酸盐、烷基氯化铵等有机分子对芯片导通特性的影响,测定了组装不同分子膜后的I-V特性曲线。结果表明,组装不同链长的饱和羧酸、胺、醇等有机分子时,传感器的导通电阻随分子链的增加而减小,而组装相应羧酸盐和烷基氯化铵时,传感器的导通电阻随分子链的增长而增大。当组装结构相同而末端取代基不同的有机分子时,以苯环为骨架结构的系列分子使传感器的导通特性随末端取代基的电负性的减小而减小,而以1’3-丁二烯为骨架的系列分子则使传感器的导通电阻增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 化学敏感场效应传感器的研究进展
• 1.1 概述
• 1.1.1 化学传感器的定义
• 1.1.2 化学传感器的研究发展
• 1.1.3 化学传感器的分类
• 1.2 化学敏感场效应管基本工作原理
• 1.3 化学敏感场效应传感器的应用
• 1.3.1 场效应离子敏传感器
• 1.3.2 场效应酶传感器
• 1.3.3 场效应免疫传感器
• 1.3.4 场效应有机组织传感器
• 1.3.5 场效应微生物及基因（DNA）传感器
• 1.3.6 场效应有机薄膜传感器
• 1.4 分子自组装与分子识别技术
• 1.4.1 自组装膜的形成机理
• 1.4.2 自组装膜的表征技术
• 1.4.3 分子自组装方法
• 1.4.4 自组装膜的应用前景
• 1.4.5 分子识别技术
• 1.5 本论文的研究工作
• 第二章 实验方案与器件设计
• 2.1 基于硅片的分子组装器件的制作
• 2.2 分子识别电场效应传感器芯片的设计与制作
• 2.2.1 分子识别电场效应传感器的工作机理
• 2.2.2 ChemFET 结构确定和参数选择
• 2.2.3 工艺流程设计
• 2.2.4 版图设计及传感器封装
• 第三章 基于硅片的简单分子组装器件的制作与测试
• 3.1 实验材料及设备
• 3.1.1 实验药品及试剂
• 3.1.2 实验仪器和设备
• 3.2 基于银胶电极硅片器件的测试及结果分析
• 3.2.1 测试方法
• 3.2.2 空白硅片的稳定性试验
• 3.2.3 水分子对电流导通性能的影响
• 3.2.4 有机分子对电流导通性能的影响
• 3.2.5 有机分子膜的厚度对电流导通性能的影响
• 3.2.6 涂膜时间对电流导通性能的影响
• 3.2.7 不同有机分子对电流导通性能的影响
• 3.3 小结
• 第四章 基于电场效应的分子识别与检测
• 4.1 实验药品及设备
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器与设备
• 4.2 实验步骤及测试方法
• 4.3 测试及数据处理
• 4.3.1 对芯片性能的验证
• 4.3.2 分子识别与检测试验
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 研究生期间已发和待发的论文情况
• 致谢