[发明专利]一种生化微传感集成芯片、制作及模具制备方法

权利要求书

1、一种生化微传感集成芯片，其特征在于，包括：差分延长栅和读出电路，差分延长栅产生的信号由读出电路检测和处理，读出电路中含有作为离子敏延长栅场效应管ISEGFET和参比延长栅场效应管REEGFET传感器的两个金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET。

2、根据权利要求1所述生化微传感集成芯片，其特征在于：所述差分延长栅和读出电路，集成于同一个芯片，或分别于两个芯片再二次集成。

3、根据权利要求1所述生化微传感集成芯片，其特征在于，所述差分延长栅A的构成包括：在集成芯片表面上有三个导电块分别作为第一底电极、第二底电极和第三底电极位于第一薄膜、第二薄膜和电极的下面；

电极位于第一薄膜和第二薄膜之间；

电极与参比电压引线连通，对系统提供基准电压；

第一薄膜为敏感薄膜，其第一底电极的一端通过一个串联的静电保护电路与读出电路中第一场效应管的多晶硅栅极连通；

第二薄膜为钝化薄膜，其第三底电极的一端通过另一个串联的静电保护电路与读出电路中第二场效应管的多晶硅栅极连通。

4、根据权利要求1、2、3所述生化微传感集成芯片，其特征在于：第一底电极、第二底电极和第三底电极由金属Al或者多晶硅制成，电极采用Pt或Au制成。

5、根据权利要求1、2、3所述生化微传感集成芯片，其特征在于：所述第一薄膜采用具有氢离子敏感特性的五氧化二钽薄膜Ta₂O₅构成敏感薄膜延长栅，所述第二薄膜采用具有钝化特性的聚四氟乙烯PTFE薄膜构成钝化薄膜延长栅。

6、根据权利要求1所述生化微传感集成芯片，其特征在于，所述读出电路包括：

在集成芯片上有第一运算放大器和作为离子敏延长栅场效应管ISEGFET传感器的第一场效应管MOSFET、两个保护电路、差分输出端、第二运算放大器和参比延长栅场效应管REEGFET传感器的第二场效应管MOSFET、差分运算放大器；

差分延长栅产生的输入信号，通过第一底电极和第三底电极分别接到两个保护电路的一端，两个保护电路的另一端分别与第一运算放大器中的第一场效应管与第二运算放大器中的第二场效应管的多晶硅栅极连接，由第一运算放大器和第二运算放大器分别读出第一薄膜和第二薄膜的电位；

两个保护电路对第一场效应管、第二场效应管加以静电保护，并进行预先的电容补偿，使作为离子敏延长栅场效应管ISEGFET传感器的第一场效应管和参比延长栅场效应管REEGFET传感器的第二场效应管的跨导相近；

由第一场效应管和第三场效应管构成对称结构的第一运算放大器；

由第二场效应管和第四场效应管构成对称结构的第二运算放大器；

第一运算放大器、第二运算放大器的输出分别反馈到第三场效应管和第四场效应管的多晶硅栅极，并和两个电阻的一端相连，用于将电流信号转化为电压信号；

两个电阻的另一端分别与差分运算放大器的输入端连接，将第一运算放大器和第二运算放大器的输出信号进行差分，最终由输出端输出差分信号。

7、根据权利要求1所述一种生化微传感集成芯片的制备方法，其特征在于：集成芯片上的差分延长栅的第一底电极、第二底电极、第三底电极和读出电路，构成基础集成芯片；

在标准商用的基于金属-氧化物-半导体集成电路CMOS工艺线流片，获得基础集成芯片；

通过后续工艺，在基础集成芯片的第一底电极、第二底电极、第三底电极上制备第一薄膜、第二薄膜和电极。

8、根据权利要求7所述生化微传感集成芯片的后续工艺制备方法，其特征在于：所述差分延长栅的第一薄膜的低温溅射制备方法包括：

采用五氧化二钽敏感材料Ta₂O₅陶瓷为靶面，采用氩气/氧气混合气体为工作气体，溅射气压选择范围0.2Pa～1Pa，集成芯片加热温度≤300℃，将敏感材料Ta₂O₅低温溅射淀积到集成芯片上，形成五氧化二钽Ta₂O₅敏感薄膜延长栅。