1、報(bào)告結(jié)構(gòu)安排ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景結(jié)構(gòu)特點(diǎn)敏感機(jī)制電學(xué)特性與CMOS兼容性電路設(shè)計(jì)依據(jù)差分對(duì)管模式電路差分電流模式電路生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用無(wú)線電子膠囊第1頁(yè)，共20頁(yè)。研究意義ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景生物傳感器技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容 CMOS是集成電路的主流工藝，應(yīng)用其制造ISFET器件有助于實(shí)現(xiàn)ISFET生物傳感器的集成化 COMS工藝兼容性生物傳感器研究一種基于CMOS工藝的ISFET生物傳感器具有重要研究?jī)r(jià)值對(duì)H敏感的氫離子敏場(chǎng)效應(yīng)管（pH-ISFET）傳感器是生物

2、傳感器中一種重要和基礎(chǔ)的傳感器 ISFET傳感器第2頁(yè)，共20頁(yè)。 ISFET結(jié)構(gòu)圖敏感膜與溶液反應(yīng)產(chǎn)生界面勢(shì)（b）ISFET器件結(jié)構(gòu)原理圖 （a）MOSFET器件結(jié)構(gòu)原理圖 ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景目前應(yīng)用廣泛的是具有良好的選擇性和抗?jié)B透性，制備工藝集成工藝廠商較為熟悉第3頁(yè)，共20頁(yè)。 ISFET敏感機(jī)制界面表面基凈電荷面密度固液表面形成擴(kuò)散雙電層相當(dāng)于擴(kuò)散雙層電容 波爾茲曼分布 根據(jù)pH值定義引入 則界面勢(shì)與溶液的pH值呈線性變化關(guān)系Si3N4絕緣體表面存在兩種表面基團(tuán)，硅醇基（AH2=SiOH）和胺基（BH=SiNH） ISFET

3、電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景第4頁(yè)，共20頁(yè)。n溝增強(qiáng)MOSFET的輸出特性 當(dāng) 時(shí)，MOSFET工作在三極管區(qū) 當(dāng) 時(shí)，MOSFET工作在飽和區(qū) 當(dāng)柵源之間加正向偏壓 ，且有 ，MOSFET開(kāi)啟MOSFET電學(xué)特性ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景第5頁(yè)，共20頁(yè)。當(dāng) 時(shí)，MOSFET工作在飽和區(qū) 當(dāng) 時(shí)，MOSFET工作在三極管區(qū) ISFET電學(xué)特性當(dāng)柵源之間加正向偏壓 ，且有 ，MOSFET開(kāi)啟ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景第6頁(yè)，共20頁(yè)。CMOS工

4、藝多晶硅“自對(duì)準(zhǔn)”特性ISFET工藝柵極只存在與溶液直接接觸的敏感膜“柵腐蝕”方法，腐蝕多晶硅時(shí)易破壞場(chǎng)氧層，導(dǎo)致器件性能的變壞ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景與CMOS兼容的ISFET工藝源極柵極多晶硅氧化層漏極源極柵極漏極氧化層敏感膜第7頁(yè)，共20頁(yè)。形成具有良好穩(wěn)定性的參考電極保留多晶硅“自對(duì)準(zhǔn)”效應(yīng)定義源、漏區(qū)氫離子敏感膜刻蝕緩沖層和形成參比電極普通的電極和互連線懸浮柵電極結(jié)構(gòu)ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景第8頁(yè)，共20頁(yè)。電路設(shè)計(jì)依據(jù)ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISF

5、ET生物傳感器應(yīng)用選題背景信號(hào)處理電路的一般思想是保持三個(gè)變量中的兩個(gè)恒定，使另一個(gè)變量的變化與pH值呈線性關(guān)系 第9頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景差分對(duì)管電路結(jié)構(gòu)保持漏源電壓和漏極電流均恒定，通過(guò)測(cè)量源極電壓來(lái)獲得器件對(duì)離子變化的響應(yīng) 電流相等電 流 相 等作為與ISFET匹配的參比電極對(duì)氫離子不敏感 閾值電壓隨pH線性變化漏源電壓相等第10頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景差分對(duì)管電路結(jié)構(gòu)傳感器作差輸出與pH值的變化關(guān)系 第11頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝

6、ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景差分電流模式電路結(jié)構(gòu)使ISFET和RSFET工作于線性區(qū) 保持源漏電壓和柵源電壓恒定，通過(guò)測(cè)量輸出電流來(lái)獲得器件對(duì)離子變化的響應(yīng) 第12頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景差分電流模式電路結(jié)構(gòu)ISFET傳感器電流輸出與pH關(guān)系仿真圖 第13頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景ISFET傳感器在臨床醫(yī)學(xué)和生理學(xué)方面的應(yīng)用 ISFET傳感器電極材料強(qiáng)度高，可以用于直接測(cè)量硬度較高或者需要穿刺的樣品；電極容易清洗，可以很方便地加工成

7、微小或者加長(zhǎng)的形狀，用于測(cè)量微小的敏感區(qū)域；堅(jiān)固、不易破碎，可以在于燥的環(huán)境中保存，攜帶方便。ISFET型pH計(jì)第14頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景ISFET傳感器在臨床醫(yī)學(xué)和生理學(xué)方面的應(yīng)用 ISFET具有寬廣的離子測(cè)量范圍，其微型化的特點(diǎn)，使之在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，具有很強(qiáng)的生命力。臨床醫(yī)學(xué)中，主要的檢查對(duì)象是人或動(dòng)物的體液(包括血液、腦髓液和汗液等)和活性組織。 血液中pH值過(guò)高或過(guò)低會(huì)引起堿、酸中毒現(xiàn)象；血液中鉀離子過(guò)多或過(guò)少會(huì)引起心律過(guò)速或心臟搏動(dòng)過(guò)侵；血液中鈉鹽過(guò)多會(huì)加重心力衰竭。通過(guò)ISFET的應(yīng)用可以連續(xù)監(jiān)測(cè)患

8、者體液中與病態(tài)有關(guān)的無(wú)機(jī)離子的濃度；同時(shí)通過(guò)對(duì)細(xì)胞中離子濃度的監(jiān)測(cè)也適用于研究藥品的效能。第15頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景ISFET型無(wú)線電子膠囊的研究 ISFET可應(yīng)用于設(shè)計(jì)一種多參量（pH、pNa、pK等量）離子濃度檢測(cè)及釋放藥物成分的的電子膠囊傳感系統(tǒng)。無(wú)線電子膠囊是一種能夠?qū)δc胃道生理狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 以色列的一家公司推出的M2A的無(wú)線電子膠囊 第16頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景ISFET型無(wú)線電子膠囊的研究原理概述采用一種多參量ISFET傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 第17頁(yè)，共20頁(yè)。ISFET電化學(xué)特性及工藝ISFET信號(hào)處理電路ISFET生物傳感器應(yīng)用選題背景ISFET型無(wú)線電子膠囊的研究原理概述假設(shè)一待測(cè)溶液中有三個(gè)待測(cè)量： pH=x，pNa=y，pK=z不同敏感膜離子的靈敏度 三種ISFET傳感器在純凈水中的讀數(shù) 三個(gè)傳感器在溶液中所得的電流輸出 求解得出x、y和z第18頁(yè)，共20頁(yè)。藥物部分傳感部分控制部