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专利名称：一种AlGaN/GaN离子PH检测传感器及其应用的制作方法
技术领域：
本发明生物医疗仪器装置及其应用技术领域，尤其是涉及一种用于检测生物体液PH值的AIGaN/GaN传感器。
背景技术：
GaN基材同传统的半导体材料相比，具有键长更短和禁带宽度更大等明显特征。较短的键长意味着大的键能和小的原子质量，从而导致大的声子能量，并且晶格散射很难发生，这样在宏观上会形成很高的热导率和饱和迁移率。大的禁带宽度使得击穿电场更高，雪崩效应难以发生。同时，减少了高温本征载流子以及漏电流的产生。当AlGaN与GaN形成异质结构时，由于两种氮化物均具有很强的自发极化，以及AlGaN层中存在的压电极化，很容易在界面形成极强的极化电荷，并产生高达1013/cm2的二维电子气(2DEG)。这比GaAs基材形成的二维电子气面密度高了一个数量级。因此，GaN基材被广泛应用于制作高温、高频、 大功率半导体器件。在医疗器械领域，用来进行PH值检测的仪器较多，如电流计式检测已，其通过玻璃电极和参比电极在同一溶液中构成原电池的原理测量电位变化，从而确定溶液的PH值强度，但该仪器的精度通常只能达到1%，不能满足人体体液的PH测量要求。为克服现有PH值检测仪的缺陷，必须在测量原理和结构上进行创新，研制新型高灵敏检测精度传感器，对液体(例如尿液，血液等)内离子PH值的变化进行分辨，同时，该分析传感器需有高的灵敏度和可集成和微小灵敏，可以用于未来战争小型化检测。

发明内容
本发明为了克服现有体液PH值测量器的测量精度不够，体积较大使用不方便的缺陷，提出一种利用新型半导体高灵敏度特性设计的AIGaN/GaN离子PH检测传感器。实现上述发明目的的其技术方案为，一种AIGaN/GaN离子PH检测传感器，其结构为，在Si衬底之上从下之上依次涂覆有GaN层和AlGaN层，AlGaN层表面刻蚀有沟道，未刻蚀沟道的AlGaN层表面覆盖钝化层。上述传感器的沟道宽度小于lnm，以实现对溶液中生物大分子的阻挡，同时K+、Na+等小离子可以接近AlGaN层表面。上述传感器的钝化层是SiN，其厚度是5-10nm，GaN层的厚度为3-5 μ m，AlGaN层的厚度为5-10nm,
本发明还涉及一种AIGaN/GaN离子PH检测传感器的应用，其主要用于利用AIGaN/GaN离子PH检测传感器制作检测溶液中离子的PH值的探测器，进行人体体液的PH值测量。上述AIGaN/GaN离子PH检测传感器的制作方法包括以下步骤(I)在Si衬底依次沉积GaN层、AlGaN层及SiN钝化层，各层厚度分别依次为3-5 μ m、5_10nm及5-lOnm ；(2)在SiN钝化层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在SiN钝化表面形成沟道；(3)去胶、清洗后制得AIGaN/GaN离子PH检测传感器。
本发明利用AIGaN/GaN异质结存在自发极化和压电极化效应，在异质结界面处会积累一层高浓度的二维电子。此二维电子气为器件的导通提供了较低的导通沟道，因而器件的导通电阻较低。较低的导通电阻对异质结的界面处的二维电子气浓度是极为敏感的。当该器件的检测区域有溶液离子吸附时，器件的异质结界面处的二维电子浓度会出现明显改变，器件的在导通时，沟道电阻就发生了变化，其灵敏度高达万分一。使用该原理制作的人体体液PH值传感器可以迅速、高精度灵敏准确测量确定体液的PH值，实现医疗装置的智能化、小型化。


图I是本发明AIGaN/GaN离子PH检测传感器结构示意图； 图2为AIGaN/GaN离子PH检测传感器的工作原理；
图中，I、钝化层；2、生物大分子；3、沟道;4、AlGaN层；5、GaN层;6、Si衬底。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明，如图I是本发明AIGaN/GaN离子PH检测传感器结构示意图，如图所示，本发明的AIGaN/GaN离子PH检测传感器结构为，在Si衬底6之上从下之上依次涂覆有GaN层5和AlGaN层4，AlGaN层表面刻蚀有沟道3，未刻蚀沟道的AlGaN层表面覆盖钝化层I。上述传感器的沟道宽度小于lnm，以实现对溶液中生物大分子2的阻挡，同时K+、Na+等小离子可以可以接近AlGaN层表面。上述传感器的钝化层是SiN，其厚度是5-10nm，GaN层的厚度为3-5 μ m，AlGaN层的厚度为5-10nm,
图2是本发明的AIGaN/GaN离子PH检测传感器的工作原理，如图所示，当溶液中的Na+、K+、H+离子、0H—接近沟道内部的AlGaN表面时，在AlGaN和GaN的交接面处会产生导通电量，其电流的强度和溶液中的离子浓度有关，通过测量半导体AIGaN/GaN的电流强度就可以确定溶液中的离子浓度，即溶液PH值的大小。本发明的AIGaN/GaN离子PH检测传感器的制作方法步骤为(1)在Si衬底依次沉积GaN层、AlGaN层及SiN钝化层，各层厚度分别依次为3-5Mm、5-10nm及5-lOnm ; (2)在SiN钝化层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在SiN钝化表面形成沟道；(3)去胶、清洗后制得AIGaN/GaN离子PH检测传感器。以上所述，为本发明内容的较佳实施例，并非对本发明内容作任何限制，凡根据本发明内容技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明内容技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种AlGaN/GaN离子PH检测传感器，其特征在于，在Si衬底(6)之上从下之上依次涂覆有GaN层(5)和AlGaN层(4)，AlGaN层表面刻蚀有沟道(3)，未刻蚀沟道的AlGaN层表面覆盖钝化层(I)。
2.根据权利要求I所述的AlGaN/GaN离子PH检测传感器，其特征在于，沟道宽度小于Inm0
3.根据权利要求I所述的AlGaN/GaN离子PH检测传感器，其特征在于，钝化层是SiN，其厚度是5-10nm。
4.根据权利要求I所述的AlGaN/GaN离子PH检测传感器，其特征在于，GaN层的厚度为3-5 μ m, AlGaN层的厚度为5-lOnm。
5.一种AlGaN/GaN离子PH检测传感器的应用，其特征在于，AlGaN/GaN离子PH检测传感器用于制作检测溶液中离子的PH值的探测器。
6.一种AlGaN/GaN离子PH检测传感器的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(I)在Si衬底依次沉积GaN层、AlGaN层及SiN钝化层，各层厚度分别依次为3_5 μ m、5-10nm及5-lOnm ; (2)在SiN钝化层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在SiN钝化表面形成沟道；(3)去胶、清洗后制得AlGaN/GaN离子PH检测传感器。
全文摘要
本发明公开了AlGaN/GaN离子PH检测传感器，其结构为是在Si衬底之上从下之上依次涂覆有GaN层和AlGaN层，AlGaN层表面刻蚀有沟道，未刻蚀沟道的AlGaN层表面覆盖钝化层，沟道宽度小于1nm，钝化层是SiN，其厚度是5-10nm，GaN层的厚度为3-5μm，AlGaN层的厚度为5-10nm。本发明的AlGaN/GaN离子PH检测传感器制作方法步骤为(1)在Si衬底依次沉积GaN层、AlGaN层及SiN钝化层，各层厚度分别依次为3-5μm、5-10nm及5-10nm；(2)在SiN钝化层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在SiN钝化表面形成沟道；(3)去胶、清洗后制得AlGaN/GaN离子PH检测传感器。本发明的PH检测传感器可以迅速、高精度灵敏准确测量确定体液的PH值，实现医疗装置的智能化、小型化。
文档编号G01N27/00GK102890102SQ20121042291
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者张帆 申请人:宁波科瑞思医疗器械有限公司