GaN基生物传感器及其制作方法
GaN基生物传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本申请属于生物医疗仪器装置及其应用技术领域，特别是涉及一种GaN基生物传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]GaN基II1- V半导体材料具有宽的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，特别是AlGaN/GaN低维异质结构界面导带很大的能带偏移和AlGaN层极强的压电和自发极化效应，可以提供比AlGaAs/GaAs异质结构高出近一个数量级的二维电子气(2DEG)密度，加上GaN基材料高的击穿电场，使的GaN基器件的功率密度理论上比GaAs基器件高10倍以上，因此，GaN基宽禁带半导体，特别是AlGaN/GaN异质结构材料被认为是发展高温、高频、高功率、抗辐射的第三代微电子器件的最优选材料体系。
[0003]基于AlGaN/GaN异质结构材料的优异性能,研究人员进行了 AlGaN/GaN异质结构材料在不同领域的应用研究，诸如中科院苏州纳米所J -D.Sun及Y.F.Sun等人以及中科院上海技术物理研究所W.D.Hu等人进行了 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹探测器的研究，研制出了在室温工作的太赫兹探测器；中科院上海技术物理研究所X.D.Wang等人及西安电子科技大学的Z.Xu等人分别进行了 AlGaN/GaN HEMT基射频/微波功率放大器及AlGaN/GaN HEMT基变频器的研究，并取得了良好的结果。而在目前人们极为关注的生化安全，环境监测领域AlGaN/GaN HEMT基器件也有广泛应用前景。
[0004]在生物传感领域，与传统的硅基生物器件相比较，GaN基生物传感器件的化学性能更稳定，同时具备无毒性、可降低吸附细胞退化等优点。当前GaN基生物传感器的结构尺寸为微米量级，器件封装通常采用光刻胶、氮化硅及氧化硅三种不同的封装方式，然而采用氮化硅、氧化硅无机材料封装时，其制作工艺与器件的兼容性高，但该材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题。而采用光刻胶封装时，器件不宜长期应用在有机环境中，同时采用光刻胶、氮化硅及氧化硅三种封装方式对设备的要求也比较高，从而增加了制作成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种GaN基生物传感器及其制作方法，解决现有技术中采用氮化硅、氧化硅无机材料封装时，材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及采用光刻胶封装时，器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开了一种GaN基生物传感器，包括:
衬底；
形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结；
位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2?25mm2,所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm ；
封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。
[0007]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
[0008]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。
[0009]相应地，本申请实施例还公开了一种GaN基生物传感器的制造方法，包括:
S1、在衬底上生长AlGaN/GaN异质结；
s2、利用电子束蒸发工艺在AlGaN/GaN异质结上蒸镀Ti/Al/Ni/Au作为漏极、蒸镀Ni/Au作为源极，所述源极和漏极的尺寸为0.25 mnT25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm?5mm ；
S3、采用硅酮对源极和漏极进行封装保护。
[0010]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。
[0011]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的GaN基生物传感器的尺寸为毫米量级，采用硅酮对源极和漏极进行封装，解决了材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。同时，GaN基生物传感器尺寸变大以及采用硅酮的封装方式，并不影响传感器的性能。另外，硅酮的封装可以采用人工方式或者低成本的机械设备，避免了光刻胶、氮化硅及氧化硅三种封装方式的封装成本高的问题。
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器的结构示意图；
图2所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器电流随时间的变化曲线；
图3所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器对不同浓度的PSA的信号响应。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]参图1所示，GaN基生物传感器包括衬底1，以及依次形成于衬底I上第一 GaN层2,AlGaN 层 3 和第二 GaN 层 4，第一 GaN 层 2、AlGaN 层 3 和第二 GaN 层 4 构成 AlGaN/GaN 异质结。
[0017]衬底I的材质选自蓝宝石或硅，优选为蓝宝石。
[0018]AlGaN/GaN异质结上形成有源极5和漏极6，源极5和漏极6的尺寸优选为0.25mm2?25mm2,源极5和漏极6之间的距离优选为0.5mnT5mm。源极5和漏极6的材质有Ti,Ta, Zr, Co, Al, Pt, Pa, Ni, Cr, Mo, W, Au 等金属的组合,优选为 Ti/Al/Ni/Au 组合。
[0019]源极5和漏极6分别电性连接有电极引线7，电极引线7于器件的侧边引出。电极引线7的材质有Ti，Ta，Zr，Co，Al，Pt，Pa，Ni，Cr，Mo，W，Au，Cu，Fe等金属及其组合，优选为 Ni/Au。
[0020]源极5和漏极6以及电极引线7上封装有硅酮层8，硅酮层8可以防止进行液体检测时，液体与源极5、漏极6以及引线7的接触。更重要的是，采用硅酮进行封装，液体离子不易渗入保护层，而且器件可以长期应用在有机环境中。
[0021]源极5和漏极6凸伸于第二 GaN层4的表面,源极5和漏极6之间围成一传感腔9，传感腔9内可以滴加待检测液体。第二 GaN层4的表面于传感腔9内定义有一传感区， 传感区上直接修饰有生物分子膜(图未示)，该处的直接修饰是指生物分子膜直接修饰在第二 GaN层4上，不需要通过Au膜或者氧化层钝化膜固定生物分子膜。
[0022]生物分子膜可用于固定抗体、DNA,优选采用可在GaN表面形成尾基为-COOH的生物试剂或尾基为-N2H的生物试剂，诸如3-氨丙基三乙氧基硅烷。
[0023]上述GaN基生物传感器的制造方法包括:
S1、先采用金属有机物汽相外延方法(MOCVD)在蓝宝石衬底上依次生长第一 GaN层2、AlGaN层3和第二 GaN层4 ;
s2、光刻曝光出欧姆接触区域，利用电子束蒸发，在欧姆接触区域蒸镀Ti/Al/Ni/Au，剥离后在N2环境下退火45秒，退火温度为880°C，形成源极5和漏极6。源极5和漏极6的大小为2mmX2mm,源极5与漏极6的间距为2mm ；
s3、光刻，曝光出电极引线7区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au，后利用lift-off工艺剥离出外部引线；
s4、采用硅酮进行器件的封装，保护源漏电极；
s5、器件修饰，HEMT器件用作生物测试前，需要在样品槽传感表面上进行功能化修饰，样品采用UV/03对样品槽传感表面进行表面处理，然后将5%的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的甲苯溶液滴加到样品槽内，对传感区域表面进行硅烷化，2h后，分别采用甲苯、去离子水进行充分冲洗，后采用氮气吹干，形成可固定抗体、DNA的生物分子膜。
[0024]在AlGaN/GaN HEMT (高电子迁移率晶体管)结构中，由于自发极化和压电极化效应，AlGaN/GaN HEMT器件的界面处会形成一个2DEG (二维电子气)的表面通道，势阱中的2DEG受控于栅极电压，该结构用作生物传感器时AlGaN/GaN HEMT的栅极采用生物分子膜代替，器件工作时，待测抗原的引入引起生物分子膜表面电压的变化，从而引起势阱中2DEG浓度的改变，而2DEG浓度的改变会导致晶体管的源极(source)和漏极(drain)之间电流的变化，因此可通过电流的变化来检测引入待测抗原的浓度变化。
[0025]利用上述的GaN基生物传感器对前列腺特异性抗原进行检测:
在硅烷化的传感腔内滴加2.5%戊二醛溶液，醛化lh，采用去离子水冲洗。冲洗吹干之后，在传感腔内滴加10 μ g/ml的PSA抗体，密封放置在4°C的冰箱内培养24小时，使羧基充分与抗体结合，培养完成后，再采用1%的牛血清白蛋白(BSA)封闭活性位点。
[0026]固定抗体后的传感器，在50mV恒定偏置电压下，对0.lpg/ml的PSA进行了测量，测3次，取平均值，测量结果如图2所示。从图中可以看出，测试PBS缓冲液以及添加BSA到传感区域表面时，器件的电流信号都没有明显的改变，说明传感器具有较好的稳定性和特异性。在加入浓度为lpg/ml的PSA时，传感器的电流降低0.473 μ Α，这意味着PSA同HEMT表面修饰上的抗体发生了反应，毫米量级器件具备测量低浓度PSA的能力。
[0027]针对该器件，测量了器件对不同浓度的PSA的响应，每种浓度测量3次，取平均值，测量结果如图3所示。从图中可以看出毫米量级生物分子膜门电极AlGaN/GaN HEMT生物传感器对PSA的探测极限低于0.lpg/ml ο这比B.S.Kang等人制作的微米量级金属门电极AlGaN/GaN HEMT传感器对PSA的响应提高了 2个数量级。
[0028]易于想到的是，在其他实施例中，在采用硅酮对源极和漏极进行封装的情况下，传感区上也可以先形成Au膜或氧化层钝化膜，然后将生物分子膜修饰在Au膜或氧化层钝化膜上。同样的，在不采用Au膜或氧化层钝化膜的实施例中，对器件的封装也可以采用非硅酮的其他钝化层，例如氮化硅。
[0029]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0030]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种GaN基生物传感器,其特征在于,包括: 衬底； 形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结； 位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2?25mm2,所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm ； 封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。2.根据权利要求1所述的GaN基生物传感器，其特征在于:所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。3.根据权利要求1所述的GaN基生物传感器，其特征在于:所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。4.一种GaN基生物传感器的制造方法,其特征在于,包括: S1、在衬底上生长AlGaN/GaN异质结； s2、利用电子束蒸发工艺在AlGaN/GaN异质结上蒸镀Ti/Al/Ni/Au作为漏极、蒸镀Ni/Au作为源极，所述源极和漏极的尺寸为0.25 mnT25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm?5mm ； S3、采用硅酮对源极和漏极进行封装保护。5.根据权利要求4所述的GaN基生物传感器的制造方法，其特征在于:所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。6.根据权利要求4所述的GaN基生物传感器的制造方法，其特征在于:所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
【专利摘要】本申请公开了一种GaN基生物传感器，包括：衬底；形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结；位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2~25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm~5mm；封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。本发明还公开了一种GaN基生物传感器的制造方法。本发明的GaN基生物传感器的尺寸为毫米量级，采用硅酮对源极和漏极进行封装，解决了材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。同时，GaN基生物传感器尺寸变大以及采用硅酮的封装方式，并不影响传感器的性能。
【IPC分类】G01N27/26, G01N33/543
【公开号】CN104897741
【申请号】CN201410074510
【发明人】李加东, 苗斌, 吴东岷
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
【技术领域】
[0001]本申请属于生物医疗仪器装置及其应用技术领域，特别是涉及一种GaN基生物传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]GaN基II1- V半导体材料具有宽的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，特别是AlGaN/GaN低维异质结构界面导带很大的能带偏移和AlGaN层极强的压电和自发极化效应，可以提供比AlGaAs/GaAs异质结构高出近一个数量级的二维电子气(2DEG)密度，加上GaN基材料高的击穿电场，使的GaN基器件的功率密度理论上比GaAs基器件高10倍以上，因此，GaN基宽禁带半导体，特别是AlGaN/GaN异质结构材料被认为是发展高温、高频、高功率、抗辐射的第三代微电子器件的最优选材料体系。
[0003]基于AlGaN/GaN异质结构材料的优异性能,研究人员进行了 AlGaN/GaN异质结构材料在不同领域的应用研究，诸如中科院苏州纳米所J -D.Sun及Y.F.Sun等人以及中科院上海技术物理研究所W.D.Hu等人进行了 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹探测器的研究，研制出了在室温工作的太赫兹探测器；中科院上海技术物理研究所X.D.Wang等人及西安电子科技大学的Z.Xu等人分别进行了 AlGaN/GaN HEMT基射频/微波功率放大器及AlGaN/GaN HEMT基变频器的研究，并取得了良好的结果。而在目前人们极为关注的生化安全，环境监测领域AlGaN/GaN HEMT基器件也有广泛应用前景。
[0004]在生物传感领域，与传统的硅基生物器件相比较，GaN基生物传感器件的化学性能更稳定，同时具备无毒性、可降低吸附细胞退化等优点。当前GaN基生物传感器的结构尺寸为微米量级，器件封装通常采用光刻胶、氮化硅及氧化硅三种不同的封装方式，然而采用氮化硅、氧化硅无机材料封装时，其制作工艺与器件的兼容性高，但该材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题。而采用光刻胶封装时，器件不宜长期应用在有机环境中，同时采用光刻胶、氮化硅及氧化硅三种封装方式对设备的要求也比较高，从而增加了制作成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种GaN基生物传感器及其制作方法，解决现有技术中采用氮化硅、氧化硅无机材料封装时，材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及采用光刻胶封装时，器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开了一种GaN基生物传感器，包括:
衬底；
形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结；
位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2?25mm2,所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm ；
封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。
[0007]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
[0008]优选的，在上述的GaN基生物传感器中，所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。
[0009]相应地，本申请实施例还公开了一种GaN基生物传感器的制造方法，包括:
S1、在衬底上生长AlGaN/GaN异质结；
s2、利用电子束蒸发工艺在AlGaN/GaN异质结上蒸镀Ti/Al/Ni/Au作为漏极、蒸镀Ni/Au作为源极，所述源极和漏极的尺寸为0.25 mnT25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm?5mm ；
S3、采用硅酮对源极和漏极进行封装保护。
[0010]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。
[0011]优选的，在上述的GaN基生物传感器的制造方法中，所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的GaN基生物传感器的尺寸为毫米量级，采用硅酮对源极和漏极进行封装，解决了材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。同时，GaN基生物传感器尺寸变大以及采用硅酮的封装方式，并不影响传感器的性能。另外，硅酮的封装可以采用人工方式或者低成本的机械设备，避免了光刻胶、氮化硅及氧化硅三种封装方式的封装成本高的问题。
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器的结构示意图；
图2所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器电流随时间的变化曲线；
图3所示为本发明具体实施例中GaN基生物传感器对不同浓度的PSA的信号响应。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]参图1所示，GaN基生物传感器包括衬底1，以及依次形成于衬底I上第一 GaN层2,AlGaN 层 3 和第二 GaN 层 4，第一 GaN 层 2、AlGaN 层 3 和第二 GaN 层 4 构成 AlGaN/GaN 异质结。
[0017]衬底I的材质选自蓝宝石或硅，优选为蓝宝石。
[0018]AlGaN/GaN异质结上形成有源极5和漏极6，源极5和漏极6的尺寸优选为0.25mm2?25mm2,源极5和漏极6之间的距离优选为0.5mnT5mm。源极5和漏极6的材质有Ti,Ta, Zr, Co, Al, Pt, Pa, Ni, Cr, Mo, W, Au 等金属的组合,优选为 Ti/Al/Ni/Au 组合。
[0019]源极5和漏极6分别电性连接有电极引线7，电极引线7于器件的侧边引出。电极引线7的材质有Ti，Ta，Zr，Co，Al，Pt，Pa，Ni，Cr，Mo，W，Au，Cu，Fe等金属及其组合，优选为 Ni/Au。
[0020]源极5和漏极6以及电极引线7上封装有硅酮层8，硅酮层8可以防止进行液体检测时，液体与源极5、漏极6以及引线7的接触。更重要的是，采用硅酮进行封装，液体离子不易渗入保护层，而且器件可以长期应用在有机环境中。
[0021]源极5和漏极6凸伸于第二 GaN层4的表面,源极5和漏极6之间围成一传感腔9，传感腔9内可以滴加待检测液体。第二 GaN层4的表面于传感腔9内定义有一传感区， 传感区上直接修饰有生物分子膜(图未示)，该处的直接修饰是指生物分子膜直接修饰在第二 GaN层4上，不需要通过Au膜或者氧化层钝化膜固定生物分子膜。
[0022]生物分子膜可用于固定抗体、DNA,优选采用可在GaN表面形成尾基为-COOH的生物试剂或尾基为-N2H的生物试剂，诸如3-氨丙基三乙氧基硅烷。
[0023]上述GaN基生物传感器的制造方法包括:
S1、先采用金属有机物汽相外延方法(MOCVD)在蓝宝石衬底上依次生长第一 GaN层2、AlGaN层3和第二 GaN层4 ;
s2、光刻曝光出欧姆接触区域，利用电子束蒸发，在欧姆接触区域蒸镀Ti/Al/Ni/Au，剥离后在N2环境下退火45秒，退火温度为880°C，形成源极5和漏极6。源极5和漏极6的大小为2mmX2mm,源极5与漏极6的间距为2mm ；
s3、光刻，曝光出电极引线7区域，利用电子束蒸发技术蒸镀Ni/Au，后利用lift-off工艺剥离出外部引线；
s4、采用硅酮进行器件的封装，保护源漏电极；
s5、器件修饰，HEMT器件用作生物测试前，需要在样品槽传感表面上进行功能化修饰，样品采用UV/03对样品槽传感表面进行表面处理，然后将5%的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的甲苯溶液滴加到样品槽内，对传感区域表面进行硅烷化，2h后，分别采用甲苯、去离子水进行充分冲洗，后采用氮气吹干，形成可固定抗体、DNA的生物分子膜。
[0024]在AlGaN/GaN HEMT (高电子迁移率晶体管)结构中，由于自发极化和压电极化效应，AlGaN/GaN HEMT器件的界面处会形成一个2DEG (二维电子气)的表面通道，势阱中的2DEG受控于栅极电压，该结构用作生物传感器时AlGaN/GaN HEMT的栅极采用生物分子膜代替，器件工作时，待测抗原的引入引起生物分子膜表面电压的变化，从而引起势阱中2DEG浓度的改变，而2DEG浓度的改变会导致晶体管的源极(source)和漏极(drain)之间电流的变化，因此可通过电流的变化来检测引入待测抗原的浓度变化。
[0025]利用上述的GaN基生物传感器对前列腺特异性抗原进行检测:
在硅烷化的传感腔内滴加2.5%戊二醛溶液，醛化lh，采用去离子水冲洗。冲洗吹干之后，在传感腔内滴加10 μ g/ml的PSA抗体，密封放置在4°C的冰箱内培养24小时，使羧基充分与抗体结合，培养完成后，再采用1%的牛血清白蛋白(BSA)封闭活性位点。
[0026]固定抗体后的传感器，在50mV恒定偏置电压下，对0.lpg/ml的PSA进行了测量，测3次，取平均值，测量结果如图2所示。从图中可以看出，测试PBS缓冲液以及添加BSA到传感区域表面时，器件的电流信号都没有明显的改变，说明传感器具有较好的稳定性和特异性。在加入浓度为lpg/ml的PSA时，传感器的电流降低0.473 μ Α，这意味着PSA同HEMT表面修饰上的抗体发生了反应，毫米量级器件具备测量低浓度PSA的能力。
[0027]针对该器件，测量了器件对不同浓度的PSA的响应，每种浓度测量3次，取平均值，测量结果如图3所示。从图中可以看出毫米量级生物分子膜门电极AlGaN/GaN HEMT生物传感器对PSA的探测极限低于0.lpg/ml ο这比B.S.Kang等人制作的微米量级金属门电极AlGaN/GaN HEMT传感器对PSA的响应提高了 2个数量级。
[0028]易于想到的是，在其他实施例中，在采用硅酮对源极和漏极进行封装的情况下，传感区上也可以先形成Au膜或氧化层钝化膜，然后将生物分子膜修饰在Au膜或氧化层钝化膜上。同样的，在不采用Au膜或氧化层钝化膜的实施例中，对器件的封装也可以采用非硅酮的其他钝化层，例如氮化硅。
[0029]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0030]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种GaN基生物传感器,其特征在于,包括: 衬底； 形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结； 位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2?25mm2,所述源极和漏极之间的距离为0.5mnT5mm ； 封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。2.根据权利要求1所述的GaN基生物传感器，其特征在于:所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。3.根据权利要求1所述的GaN基生物传感器，其特征在于:所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。4.一种GaN基生物传感器的制造方法,其特征在于,包括: S1、在衬底上生长AlGaN/GaN异质结； s2、利用电子束蒸发工艺在AlGaN/GaN异质结上蒸镀Ti/Al/Ni/Au作为漏极、蒸镀Ni/Au作为源极，所述源极和漏极的尺寸为0.25 mnT25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm?5mm ； S3、采用硅酮对源极和漏极进行封装保护。5.根据权利要求4所述的GaN基生物传感器的制造方法，其特征在于:所述AlGaN/GaN异质结包括依次形成于所述衬底上的第一 GaN层、AlGaN层和第二 GaN层。6.根据权利要求4所述的GaN基生物传感器的制造方法，其特征在于:所述衬底的材料选自蓝宝石或硅。
【专利摘要】本申请公开了一种GaN基生物传感器，包括：衬底；形成于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结；位于所述AlGaN/GaN异质结上的源极和漏极，所述源极和漏极的尺寸为0.25mm2~25mm2，所述源极和漏极之间的距离为0.5mm~5mm；封装于所述源极和漏极外侧的硅酮层。本发明还公开了一种GaN基生物传感器的制造方法。本发明的GaN基生物传感器的尺寸为毫米量级，采用硅酮对源极和漏极进行封装，解决了材料在测试过程中易出现液体离子渗入保护层引起器件损坏的问题，以及器件不宜长期应用在有机环境中的技术问题。同时，GaN基生物传感器尺寸变大以及采用硅酮的封装方式，并不影响传感器的性能。
【IPC分类】G01N27/26, G01N33/543
【公开号】CN104897741
【申请号】CN201410074510
【发明人】李加东, 苗斌, 吴东岷
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
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