[发明专利]有配置为维持ISFET管芯压电电阻的基底或结合层的pH传感器

说明书

本文公开了有配置为维持ISFET管芯压电电阻的基底或结合层的pH传感器。这里描述的实施例提供了配置用于在压力和温度范围上使用的pH传感器。pH传感器的ISFET管芯用结合层结合到pH传感器的基底，结合层设置在基底和ISFET管芯之间。跨压力和温度范围的压力和温度改变在pH传感器内生成环境力。此外，基底或结合层或二者在压力和温度范围上改变体积，并且基底或结合层或二者被配置使得体积改变引起抵消力，所述抵消力与环境力的至少一部分对立。抵消力被配置为在压力和温度范围上将ISFET管芯从漏极到源极的压电电阻的改变维持为小于0.5％。

关于联邦资助的研究或开发声明

本发明在美国海军研究局授予的合同号为N00014-10-1-0206的政府支持下做出。政府对在发明中具有一定的权利。

背景技术

研究者使用传感器装置测量海洋中的pH水平。海洋中的pH水平与溶解在海洋中的CO2的量有关。通过测量不同深度处海洋中的pH水平，研究者能够监视全球变暖风险和海洋健康。一些pH传感器能够通过将离子敏感场效应晶体管(ISFET)浸入海洋中测量这些水平。在海洋中，水温度和压力之间存在相反关系。在接近表面处，温度高而压力低。在深海中，温度比较低但压力高。这样宽的压力变化可能限制传统的pH传感器的准确度，这是由于在深海中相关联的大的机械应力引起的测量误差。

发明内容

这里描述的实施例提供了配置用于在压力和温度范围上使用的pH传感器。pH传感器包括基底和离子敏感场效应晶体管(ISFET)管芯。ISFET管芯包括离子感测部分，其被配置为暴露于介质，使得其输出与介质的pH水平相关的信号。ISFET管芯用结合层结合到基底，结合层设置在基底和ISFET管芯之间。结合层包括设置于ISFET管芯和基底之间的至少一种成分的结合剂材料。跨压力和温度范围的压力和温度改变在pH传感器内生成环境力。此外，基底或结合层或二者在压力和温度范围上改变体积，并且结合层或基底或二者被配置使得体积改变引起抵消力，所述抵消力与环境力的至少一部分对立。抵消力被配置为在压力和温度范围上将ISFET管芯从漏极到源极的压电电阻的改变维持为小于0.5％。

附图说明

图1是pH传感器的实施例的横截面视图，包括将ISFET管芯附着到基底的结合层。

图2是图1的结合层的实施例的顶视图。

图3A-3D是图1的结合层的其他实施例的顶视图。

图4A和4B是图1的结合层的再其他实施例的顶视图，其中结合层使用单种结合剂材料将基底附着到ISFET管芯。

图5A-5E是图1的结合层的又其他实施例的顶视图。

图6是图1的结合层的另一实施例的顶视图，其中结合层包括彼此不正交的材料条带。

图7A-7F图示了图1的结合层中设置的结合剂材料条带的不同实施例。

图8是形成图1的pH传感器的方法的一个实施例的流程图。

图9A图示了从各向异性单晶体形式的固体形成基底层的实施例。

图9B图示了使用对齐的纤维合成物形成基底层的实施例。

图10是形成图1的pH传感器的方法的另一实施例的流程图。

图11是由图1的pH传感器实现的效果的数学模型的示例。

根据通常的实践，各描述的特征并未按比例绘制，而是绘制来强调与本描述相关的特征。附图标记贯穿图和文本表示相似元件。

具体实施方式