傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明關(guān)于一種傳感器,尤指一種可在液體環(huán)境中操作的分子傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今已有許多關(guān)于場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)傳感器之研究，根據(jù)其建構(gòu)結(jié)構(gòu)主要可分類成水平信道式及垂直信道式，且為提升傳感器之靈敏度，亦已有對信道區(qū)域做一多孔性結(jié)構(gòu)之研究。
[0003]目前已有關(guān)于采用水平通道式場效應(yīng)晶體管(FET)之結(jié)構(gòu)作為傳感器之研究，在閘極上涂布反應(yīng)分子，將待測生化分子與之反應(yīng)，及改變汲極電流大小作為感測方式之研究。此方法須事先在閘極上涂布分子，制作復(fù)雜，且為不具有多孔性之水平信道結(jié)構(gòu)，感測方式與本發(fā)明案之工作原理并不相同；另有采用水平通道式的場效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)之研究，其中特別提及利用多孔性結(jié)構(gòu)之信道區(qū)域提升組件靈敏度，其感測層為信道區(qū)域材料之一部分，然而其操作方式為將組件控制在空乏模式，利用待測分子與感測層之鍵結(jié)反應(yīng)產(chǎn)生的正電荷或負(fù)電荷，改變通道的反轉(zhuǎn)(invers1n)強(qiáng)度，進(jìn)而影響電導(dǎo)(conductance)強(qiáng)度并進(jìn)行量測。還有采用場效應(yīng)晶體管(FET)的三端組件結(jié)構(gòu)，其信道為水平信道，須利用黃光微影制程定義通道長度之研究，其制程成本較高。感測層使用化學(xué)標(biāo)定后的奈米碳管(SWCNTs)滴入電極之間，將待測液體注入由PDMS膜所包覆的區(qū)域，量測組件之阻抗變化，其中為了標(biāo)定奈米碳管，須先使用氧化制程將奈米碳管官能基化，再將化學(xué)物質(zhì)標(biāo)定于其上，其制程繁復(fù)且制程時(shí)間長。另有使用奈米纜場效應(yīng)晶體管(nanocableFETs)之結(jié)構(gòu)，利用奈米纜的外層作為生化分子鍵結(jié)吸附之處，改變ZnS內(nèi)核之載子濃度之研究，其制程非常復(fù)雜，須使用黃光微影等相對昂貴之制程。
[0004]因此，可知習(xí)知技術(shù)大多制程復(fù)雜、須利用黃光微影與高溫制程，且制程成本昂貴，并不能有效的控制多孔結(jié)構(gòu)之形成。
[0005]爰是之故，申請人有鑒于習(xí)知技術(shù)之缺失，乃經(jīng)悉心試驗(yàn)與研究，并一本鍥而不舍的精神，終發(fā)明出本案「傳感器及其制造方法」，用以改善上述缺失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本案之一面向提供一種傳感器，包含:一多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)，具有一第一電極、一第二電極、一夾層及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設(shè)置于該接觸表面上；以及一膠體，包覆具有該第一絕緣層之該多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)，并包含多個(gè)探針，俾于該探針與一待測物接觸時(shí)，經(jīng)由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
[0007]本案之另一面向提供一種傳感器，包含:一多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)，具有一第一電極、一第一夾層、一第二電極及一接觸表面，俾在該第一電極、該第二電極及該第一夾層之間形成一電流；一第一絕緣層，設(shè)置于該接觸表面上；以及一探針，設(shè)置于該第一絕緣層上，俾于該探針與一待測物接觸時(shí)，經(jīng)由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
[0008]本案之再一面向提供一種傳感器，包含:多個(gè)垂直晶體管柱，包含一第一電極、一夾層、一第二電極及一接觸表面，并彼此并聯(lián)以形成一多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)；一膠體，包覆該多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)，并包含多個(gè)探針，俾于該探針與一待測物接觸時(shí)，經(jīng)由偵測該電流有無改變來感測該待測物。
[0009]本案之又一面向提供一種制造一傳感器的方法，包含下列步驟:(a)提供一多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)，其具一多孔隙表面；以及(b)填充一膠體于該多孔隙表面，以包覆該多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本案第一實(shí)施例之傳感器制程示意圖。
[0011]圖2為本案第二實(shí)施例之傳感器制程示意圖。
[0012]圖3為本案第三實(shí)施例之傳感器制程示意圖。
[0013]圖4為本案之傳感器檢測示意圖。
[0014]圖5為本案第四實(shí)施例之傳感器制程示意圖。
[0015]圖6為本案之傳感器檢測示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明將可由以下的實(shí)施例說明而得到充分了解，使得熟習(xí)本技藝之人士可以據(jù)以完成之，然本案之實(shí)施并非可由下列實(shí)施案例而被限制其實(shí)施型態(tài)。
[0017]本發(fā)明系建立一個(gè)可操作于液體環(huán)境中之傳感器，能達(dá)到在生物化學(xué)研究、醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)學(xué)院所、環(huán)境安全偵測控制、消費(fèi)性電子產(chǎn)品、及家用醫(yī)療產(chǎn)品上感測研究之需求，其中該傳感器可感測含有不同生化分子待測物之溶液中的溶質(zhì)濃度與存在，可作為生物科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)研究與環(huán)境監(jiān)控等用途之傳感器。
[0018]本發(fā)明利用具有多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)的載子信道進(jìn)行感測，同時(shí)利用原子層沉積法成長一絕緣層作為液體與電子信道之隔絕層，以去除液體中游離離子對電子信道信號的影響，其中垂直通道側(cè)壁可視為「閘極」，該側(cè)壁上的可官能化分子基團(tuán)(本文亦稱作探針)用來捕捉需觀察的對象(例如DNA，蛋白質(zhì)分子或鈣，鋅等人體重要信息傳遞離子)，藉由該探針與該觀察對象結(jié)合時(shí)造成的電荷變化，來影響垂直奈米通道側(cè)壁的電位，并進(jìn)而影響垂直通道中的電流，產(chǎn)生電位變化的信號讀取。該傳感器的運(yùn)作原理如圖4及圖6所示。
[0019]如圖4所不,可知該傳感器為多孔隙垂直式結(jié)構(gòu),其包含一基板40、一第一電極
41、一夾層42、一第二電極43、一第一絕緣層44及多個(gè)探針45a、45b、45c，其中該多個(gè)探針45a.45b.45c系為官能化之分子基團(tuán)，將該傳感器浸入含有多個(gè)待測物46a、46b、46c之一溶液47中，當(dāng)該多個(gè)待測物46a、46b、46c與在多孔隙垂直式結(jié)構(gòu)上的該多個(gè)探針45a、45b、45c鍵結(jié)時(shí)，將產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移以致電位變化影響載子在該夾層42通道中的傳輸，藉此電特性的變化量測該待測物46a、46b、46c濃度或種類，其中因該多個(gè)探針45a、45b、45c種類決定于該多個(gè)待測物46a、46b、46c種類，而能量源種類又決定于該多個(gè)探針45a、45b、45c種類，所以所感測該多個(gè)待測物46a、46b、46c種類已于配置傳感器組件時(shí)決定了。
[0020]在一較佳實(shí)施例中，該夾層42選自于一有機(jī)層、無機(jī)層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
[0021]在一較佳實(shí)施例中，該夾層42配置于該第一電極41與該第二電極42之間。
[0022]在另一較佳實(shí)施例中，該第一電極41與第二電極43具有一第二絕緣層，而該夾層42配置于該第一絕緣層44與該第二電極43之間。
[0023]在另一較佳實(shí)施例中，該傳感器更包含一能量源，系用以產(chǎn)生一具一特定波長的能量，以激發(fā)該多個(gè)探針45a、45b、45c。其中該能量源可直接配置于該傳感器上或不直接連接而鄰近于該傳感器(圖中未示)。
[0024]在另一較佳實(shí)施例中，該能量源(圖中未示)選自光及電中的一形式，其中該能量源的選用決定于該探針45a、45b、45c，其中該多個(gè)探針45a、45b、45c至少包含一化學(xué)基團(tuán)，其中該化學(xué)基團(tuán)選自-OH、-CHO, -SO3H, -CN、-NH2, _SH、-COSH、-COOR及鹵化物中的一個(gè)或其任意組合，藉由選用不同種類的探針需要不同的能量源以激發(fā)該多個(gè)探針45a、45b、45c，因此，該能量源的選用包含一 UV-Vis光、一雷射光、一氣燈、一中空陰極燈、一無電極式放電燈等方式且可透過光纖、波導(dǎo)等方式傳遞。
[0025]如圖6所不,可知該傳感器亦為一多孔隙垂直式結(jié)構(gòu),其包含一基板60、一第一電極61、一夾層62、一第二電極63、一第一絕緣層64、一第二光阻擋層65、多個(gè)探針67a、67b、67c、及一膠體68。
[0026]在一較佳實(shí)施例中，該夾層62更包含一第一光阻擋層621及一光偵測層622。
[0027]在另一較佳實(shí)施例中，該夾層62選自于一有機(jī)層、無機(jī)層、一絕緣層、一光偵測層及一光阻擋層之其中之一或其任意組合。
[0028]在另一較佳實(shí)施例中，該傳感器更包含一能量源70，系用以產(chǎn)生一具一特定波長的能量，以激發(fā)該多個(gè)探針67a、67b、67c。其中該能量源70可直接配置于該傳感器上或不直接連接而鄰近于該傳感器。
[0029]如圖6所不,將該傳感器浸入含有多個(gè)待測物66a、66b、66c的溶液69中，當(dāng)該多個(gè)待測物66a、66b、66c擴(kuò)散進(jìn)該含有該多個(gè)探針67a、67b、67c的膠體68后，與被該能量源70所激發(fā)后的該多個(gè)探針67a、67b、67c (該多個(gè)探針67a、