[发明专利]一氧化氮电子传感器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置，其包括一对彼此隔开以在有机半导体层中限定沟道区域的电极、用于控制所述沟道区域的栅结构和至少部分交叠所述沟道区域的受体层。

本发明还涉及包括这种半导体装置的传感装置。

本发明还涉及用呼吸分析仪测定呼出的气息(exhaled breath)中一氧化氮浓度的方法。

背景技术

在医疗护理领域中存在很多装置以辅助医生和患者监控与患者身体相关的宽范围的分析物浓度。这种浓度例如能够用于监控通过所服用的药物是否适当控制了医学疾病或者用于辅助展开对患者可能所患有的医学疾病的诊断。

这种装置的实例包括可以与体液（例如血液或尿液）接触的传感器装置和确定监控主体呼出的气息中化学试剂的浓度的传感器装置。这种装置的传感功能可以由专用的半导体装置提供，例如化学改性的场效应晶体管（ChemFET），其中该晶体管的电流特征与目标被分析物的浓度相关。

这种半导体装置公知的实例包括由选择性膜覆盖的晶体管，使得该晶体管仅将会暴露于能够通过该膜阻挡层的被分析物。然而，这种装置可能需要复杂的制造工艺，这使其成本昂贵。

一些被分析物仅以微小的浓度存在于监控介质中，使得对这些被分析物的精确检测相当具有挑战性。这种被分析物的一个实例是一氧化氮（NO），其能够存在于人患者呼出的气息中，且尤其是患者的肺中存在炎症的指标。因此，能够精确测定呼出的气息中的NO浓度的呼吸分析仪是呼吸道疾病（例如哮喘）治疗中的重要工具。

美国专利申请US 2007/0048180公开了呼吸分析仪，其包括能够测定在百万分率（ppm）范围的NO浓度的纳米电子传感器。该纳米电子传感器包括基体，在其上设置有一个或多个纳米结构。该纳米结构与一个或多个导电元件电连接，并且识别材料与该纳米结构操作结合用于与感兴趣的被分析物发生相互作用。该文献教导了这种识别材料的实例包括卟啉和酞菁的金属络合物以及导电聚合物，例如聚苯胺和聚吡咯。

这种呼吸分析仪的缺点是该纳米电子传感器对NO的灵敏度达不到十亿分率（ppb）范围，而这是人呼吸中NO的典型浓度范围。因此，这种呼吸分析仪用于检测人呼出的气息中的NO的适用性是有限的。此外，使用纳米结构作为沟道材料意味着不能使用用于制备半导体装置的标准制造工艺，这增加了纳米电子传感器和呼吸分析仪的成本。

发明内容

本发明寻求提供能够传感ppb范围的NO浓度的半导体装置。

本发明进一步寻求提供包括这种半导体装置的传感装置。

本发明另外进一步寻求提供测定呼出的气息中NO浓度的方法。

依照本发明的第一方面，提供了半导体装置，其包括一对彼此隔开以在有机半导体层中限定沟道区域的电极、和用于控制所述沟道区域的栅结构，所述装置进一步包括至少部分交叠所述沟道区域的受体层，所述受体层包括选自式I或式II的一氧化氮配位络合物：

其中M是Pb或选自第3-12族过渡金属的过渡金属离子，以及其中X是硝酸根或卤素离子。

出人意料地发现这种半导体装置，例如场效应晶体管对ppb范围内的NO浓度是敏感的。尽管尚未充分理解这种出人意料的灵敏度的机理，但据信这些配位络合物主要为平面的形状导致这样的层，其中该层的总偶极矩至少在与通过该沟道的载荷子的流动垂直的方向是非常小的，使得当NO配位到该配位络合物的中心金属原子的轴向位置时，在该半导体装置的沟道内感应到该配位络合物的面外偶极矩(out-of-plane dipole moment)的实质改变，因此影响该半导体装置的导电特性。

可以使用能够与NO配位的任意过渡金属。因为相信面外NO偶极矩是造成该半导体装置的导电特性改变的原因，因此过渡金属的类型对于本发明并不是决定性的。然而，该过渡金属离子优选选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb和Zn，因为这些金属的离子已知对络合NO具有良好的亲和性。更优选地，该过渡金属离子是Fe离子，因为其对于NO配位具有优异的亲和性。

在一个优选实施方案中，该一氧化氮配位络合物是式II化合物，其中R=苯基，M=Fe³⁺，即meso-四苯基卟吩铁(III)(iron (III) meso-tetraphenylporphine)。已经证实包括这种化合物得到了对NO浓度改变特别敏感的半导体装置。