[发明专利]丙酮传感器装置

说明书

技术领域

本发明是有关于丙酮传感器装置，特别是关于一种丙酮传感器装置，其可检测出低丙酮浓度气体样本的丙酮浓度。

背景技术

超过二百种挥发性有机化合物(VOC volatile organic compound)存在于人类的呼吸中，而这些VOC的浓度一般位在次ppm或更低的等级。有报告指出人类呼吸中出现VOC浓度异常的现象与不健康/受损的身体/器官有关。例如，丙酮于糖尿病，三甲胺于尿毒症，及阿摩尼亚于肾脏病。因此，人类呼吸中的VOC可作为疾病专属生物标记以应用于非侵入式疾病筛检或追踪。

丙酮可在人体内经由脂肪酸氧化产生，且血液系统中多出的丙酮会经由肺排出。较高的丙酮浓度(从1.7ppm到3.7ppm)可在糖尿病患的呼吸中测出，而健康者呼吸中的丙酮浓度一般会低于0.8ppm。因此，具有次ppm丙酮侦测能力的气体传感器在糖尿病的非侵入式追踪或诊断中扮演一重要角色。

在公知技术中，美国US6,454,723专利揭示了一代谢适能训练装置，用以在一受训者运动时量测丙酮浓度。该代谢适能训练装置具有一罩体、一丙酮传感器、一光学侦测电路、以及附于该罩体的一吹气口。该丙酮传感器具有像柳醛(salicylaldehyde)或其衍生物的试剂以与丙酮反应而改变该丙酮传感器的光穿透性。该光学侦测电路包含一LED及一光侦测器或一光量测仪器以量测该丙酮传感器的光穿透性变化，并依该光穿透性的变化产生丙酮浓度数值。其亦包含一显示器以显示丙酮浓度。

美国US7,417,730揭示由侦测及量化呼气中的丙酮含量以追踪糖尿病的装置及方法，其采用与一光谱仪结合的一微等离子体源。该微等离子体源提供足够的能量以在一呼气样本中产生发光的受激丙酮断片。所发出的光被送到该光谱仪以产生一发射光谱，以侦测及量化该呼气样本中的丙酮含量。

然而，美国US6,454,723及US7,417,730都有过于昂贵及不够轻巧的缺点。

另外，桌上型设备，像气相层析质谱仪(Gas Chromatography-Mass Spectrometry)或质子转移反应质谱仪(Proton Transfer Reaction-MassSpectrometry)亦可侦测次ppm的VOC。然而，此类设备并不符合诊所或住家在可移植性、小外观尺寸、高效能、及时分析等方面的要求。

公知还有一些传感器可侦测低浓度的气体，包括电化学传感器、表面声波传感器、石英微量天平传感器、及半导体气体传感器。其中，所述半导体气体传感器是形成于半导体材料上、被视为电子组件、且可进一步与其他电子电路整合。

表1比较了一些形成在金属氧化物或金属氮化物上的无栅极(gateless)丙酮传感器。所列出的金属氧化物材料有LaFeO₃、In₂O₃、WO₃、及ZnO，但大部分都无法达成高灵敏度及高线性的次ppm丙酮侦测。

表1：丙酮传感器比较表

为解决前述问题，亟需一新颖的传感器装置，一种轻巧、可携带、不昂贵、且可在一呼气样本中侦测到极低丙酮浓度的丙酮传感器装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丙酮传感器装置，经克服公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的一种丙酮传感器装置，其具有：

一容气室，用以容纳取自一受测者的一呼气样本；以及

一丙酮传感器，置于该容气室中以依该呼气样本的丙酮浓度产生一输出电流，该丙酮传感器具有：

一基板；

一缓冲层，沉积于该基板上；

一InN外延层，沉积于该缓冲层上以提供该输出电流的一电流路径；

一第一导电接点，沉积于该InN外延层之上以提供一漏极接点；以及

一第二导电接点，沉积于该InN外延层之上以提供一源极接点。

所述的丙酮传感器装置，其中，该基板是一c-平面蓝宝石层或一(111)硅晶层。

所述的丙酮传感器装置，其中，该缓冲层是一氮化铝(AlN)层。

所述的丙酮传感器装置，其中，该第一导电接点及该第二导电接点由金属构成。

所述的丙酮传感器装置，其中，该第一导电接点及该第二导电接点均具有Au/Al/Ti的结构。

所述的丙酮传感器装置，其中，该第一导电接点是用以耦接一第一电压及该第二导电接点是用以耦接一第二电压。