專利名稱：化學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與用于醫(yī)療、醫(yī)藥、生物工藝、生物電子學(xué)工藝等方面的化學(xué)傳感器有關(guān)。已知一種以經(jīng)過適當(dāng)修正的LB(Lengmuir Blodgett)層及BLM(雙分子層類脂薄膜)/1/為代表的化學(xué)傳感器，這種化學(xué)傳感器的缺陷在于由于LB層制備困難要在特定的條件下才能得到，而BLM為低阻的、并呈現(xiàn)波動的不穩(wěn)定性，所以這種傳感器只得到了有限的應(yīng)用。
還存在一種基于經(jīng)過改進(jìn)的、用作固態(tài)FET(場效應(yīng)管)的電極的化學(xué)傳感器。它包括由溝道區(qū)分開且表面沉積有絕緣層的源區(qū)及漏區(qū)，通到源區(qū)和漏區(qū)的電極是金屬棒。在絕緣層表面涂有一層包含諸如離子敏感合成物，或不動性酵素之類的合適的敏感元件的固態(tài)聚合物層。在固態(tài)聚合物層上涂覆有帶參考電極/2/的極化電解質(zhì)。
這種化學(xué)傳感器的缺陷在于其靈敏度低、反應(yīng)速度不夠快、不穩(wěn)定和參數(shù)控制困難，因而使其應(yīng)用受到局限。
本發(fā)明的目的在于，提供一種應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、靈敏度提高、帶機(jī)械阻力、對可及時控制的、穩(wěn)定而精確定義的工作參數(shù)快速反應(yīng)的化學(xué)傳感器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種化學(xué)傳感器，這種傳感器有一個固態(tài)半導(dǎo)體基底，在基底上形成由溝道隔開的、表面涂有絕緣層的源區(qū)及漏區(qū)。而源區(qū)及漏區(qū)的電極是金屬棒，且在絕緣層上涂覆了帶參考電極的極化電解質(zhì)。這種化學(xué)傳感器為一種混合型可控制GBLM結(jié)構(gòu)，即在溝道區(qū)上的絕緣層表面形成一種形狀象容積儲集層(volumetric reserveir)的液態(tài)薄膜及其上涂覆有極化電解質(zhì)的雙分子層。還可采用其它實施例，在該實施例中測量容器及雙分子層以接觸方式形成在溝道區(qū)上。
本化學(xué)傳感器的優(yōu)點在于靈敏度提高、帶機(jī)械阻力、具有對可及時控制的穩(wěn)定而精確定義的工作參數(shù)可快速反應(yīng)，從而其應(yīng)用范圍很廣。
下面通過對由附圖所示的，例如抗干擾傳感器這樣的化學(xué)傳感器實例來對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
其中，

圖1表示記錄信號電位時，該化學(xué)傳感器的剖面簡圖;
圖2表示記錄信號電流時，液態(tài)薄膜及溝道區(qū)之間接觸面的剖面簡圖。
圖3是雙分子層中分子排列的簡圖。
在圖1所示的化學(xué)傳感器中，固態(tài)半導(dǎo)體基底1上形成有由溝道區(qū)4分開的源區(qū)2及漏區(qū)3。在它們之上形成有絕緣層5，而源區(qū)2及漏區(qū)3的電接觸及電極是金屬棒6。在信號的電位測定記錄過程中，帶有參考電極8的極化電解質(zhì)7被放置在絕緣層5之上。它實現(xiàn)了一種混合型可控制結(jié)構(gòu)GBLM，即在溝道區(qū)4上部的絕緣層5之上形成一種形狀如容積儲集層9的液態(tài)薄膜及其上放置極化電解質(zhì)7的雙分子層10。也可以象圖2所示那樣使容積儲集層與雙分子層在溝道區(qū)4上形成接觸。
如圖3所示，液態(tài)薄膜由排列后的親水親油分子11、疏水溶劑12及調(diào)節(jié)劑13組成。這時，使用抗體(antibody)作為調(diào)節(jié)劑，它們的受納體組合位于薄膜與電解質(zhì)7相接的外側(cè)，以這種方式結(jié)合進(jìn)雙分子液態(tài)薄膜。雙分子層10的一面與絕緣層5(圖1)或溝道區(qū)4(圖2)接觸，其另一面與極化電解質(zhì)7接觸，而雙分子層10的邊緣則與液態(tài)薄膜形成的容積儲集層9銜接。
化學(xué)傳感器以如下方法工作兩層定向的親水親油分子11中均與疏水鏈相互吸附，而疏水頭與固態(tài)絕緣層5(圖1)或溝道區(qū)4(圖2)互相吸附并與極化電解質(zhì)7相互吸附。雙分子層10由于其與固相物體間的巨大粘附力的存在是穩(wěn)定的，而其中親水親油分子的取向則受到極化及疏水反應(yīng)的影響。雙分子層10與容積儲集層9相互保持平衡。把抗原加到雙分子層10的相間界面上的電解質(zhì)7中，該抗原對于結(jié)合進(jìn)雙分子層10的抗體13是專用的，極化電解質(zhì)7將產(chǎn)生改變該表面電位的抗原與抗體13的內(nèi)聚。在記錄信號的電流時，對雙分子層10的電氣參數(shù)，如界面電位、層10的電容或通過其內(nèi)部的電流進(jìn)行了測量。界面電位可以通過光化學(xué)反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)及酵素反應(yīng)來調(diào)整，也可在所記錄的物質(zhì)與雙分子層10的調(diào)節(jié)劑13進(jìn)行反應(yīng)的過程中，通過與專用受納體的配位聚合來調(diào)整。在工作過程中，通過改變參考電極8相對于固態(tài)基底1的電位來控制該結(jié)構(gòu)的參數(shù)。
雙分子層10和電解質(zhì)7的界面處電位的變化將引起通溝道區(qū)4導(dǎo)電性能的變化，并引起固態(tài)半導(dǎo)體基底1的源區(qū)2及漏區(qū)3之間流過的電流的變化。這時，基底可以當(dāng)作用于對有用信號進(jìn)行電位統(tǒng)計或電流測定記錄的集成電路的一部分，用來存貯和/或處理該記錄信號。在這方面，混合型可控制GBLM結(jié)構(gòu)則是記錄、存貯及處理信息的電路中的一個功能原件。
使用不同的調(diào)節(jié)制，可以記錄不同物質(zhì)的特性，使得所推薦的化學(xué)傳感器成為一種通用的傳感元件。這種傳感器的其它優(yōu)點是其在記錄不同物質(zhì)時的高鑒別能力及在記錄微量元素時的高靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)傳感器，它包括一個固態(tài)半導(dǎo)體基底，在該基底中形成有由溝道區(qū)分開且其上沉積有一層絕緣層的源區(qū)及漏區(qū)。源區(qū)及漏區(qū)的電極是金屬棒。而在絕緣層之上放置有帶參考電極的極化電解質(zhì)。其特征在于所述化學(xué)傳感器具有一種混合型可控GBLM結(jié)構(gòu)，即在溝道區(qū)4上部的絕緣層5之上形成有一種形狀如容積儲集層9的液態(tài)薄膜且其上加有極化電解質(zhì)7的雙分子層。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)傳感器，其特征在于容積儲集層9及雙分子層10是以接觸方式在溝道區(qū)4上形成的。
全文摘要
本化學(xué)傳感器包括一個固態(tài)半導(dǎo)體基底。在該基底中形成有其上涂有絕緣層且由溝道區(qū)分開的源區(qū)及漏區(qū)。源區(qū)及漏區(qū)的電極為金屬棒。帶參考電極的極化電解質(zhì)被放置在絕緣層之上。它表現(xiàn)為混合可控制GBLM結(jié)構(gòu)。即在溝道區(qū)上部的絕緣層之上形成有形狀如同容積儲集層的液態(tài)薄膜。及其上放置極化電解質(zhì)的雙分子層。容積儲集層及分子層也可以接觸方式在溝道區(qū)上形成。
文檔編號G01D5/00GK1055601SQ9010198
公開日1991年10月23日 申請日期1990年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月10日
發(fā)明者瓦列里·科斯塔迪塔夫·科謝夫, 斯托亞恩·科斯托夫·奧夫查羅夫, 白林·白里諾夫·白里諾夫, 利烏勃米爾·斯托亞諾夫·杜恩謝夫, 卡門·凡特茲斯拉沃夫·弗利奧夫 申請人:微電子研究所