[发明专利]一种具有空气桥参比电极遮光结构的传感器芯片及制备方法

说明书

本发明涉及生命科学半导体芯片的技术领域，更具体地，涉及一种具有空气桥参比电极遮光结构的传感器芯片及制备方法。本发明集成了传感器、具有遮光效果的空气桥形式的参比电极。器件芯片能探测液体生物信号，操作方便，遮光的参比电极能避免半导体传感器由于光照产生光生载流子对器件产生干扰信号，且避免额外的遮光封装结构。本发明具有尺寸小、测试精度高、稳定性好、损耗低、重复性好等特点，能对需要稳定测量的环境进行离子及生物分子的测量，排除光照对器件和样品产生的影响，稳定参比电极对溶液的控制。

技术领域

本发明涉及生命科学半导体芯片的技术领域，更具体地，涉及一种具有空气桥参比电极遮光结构的传感器芯片及制备方法。

背景技术

近年来，传感器在生物医学、生命科学等领域深受重视。传感器的概念最先由Clark等人于1962年提出。1967年，Updike和HIcks根据Clark的设想，设计和制作了第一个酶电极(传感器)一一葡萄糖电极。生物体内除了酶以外，还有其他许多其他具有类似识别作用的物质，例如，抗体、抗原、激素等，若把类似的有识别作用的物质固定在膜上也能作传感器的敏感元件。人们把这类用固定化的生物体成分：抗原、抗体、激素作为敏感元件的传感器称为传感器或简称生物传感器。在最初的几年时间内、传感器主要以研制酶电极等电化学生物传感器为主。进入80年代后，由于生命医学、生命科学等得到人类极大重视，传感器的研究和开发呈现出突飞猛进的局面。

为了检测特定离子、生物分子的浓度，在离子敏场效应晶体管（ISFET）的基础上，将ISFET的传感区域覆盖敏感膜，即进行表面功能划修饰及表征。传感器的工作机理是利用表面处理技术使其敏感膜能够吸附特定的物质。这些物质改变了表面的电压降，从而改变沟道电阻，通过外电路检测沟道电阻的变化从而间接得到溶液中物质的浓度。

目前，传感器工作时需外置玻璃参比电极，这种电极制备工艺复杂，价格高，易碎，体积大且无法集成。由半导体制成的传感器受光照影响，产生光生载流子，光照的不稳定性导致测试过程中产生极大的噪声，参比电极无法良好地控制栅区，器件稳定性差，无法实现非实验环境的稳定精确测量。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种具有空气桥参比电极遮光结构的传感器芯片及制备方法，器件芯片能探测液体生物信号，操作方便，遮光的空气桥参比电极避免半导体传感器由于光照产生光生载流子对器件产生干扰信号，并且利用参比电极悬于有源区上方，对有源区进行增强控制，稳定测量信号。该芯片具有尺寸小、测试精度高、稳定性好、损耗低、重复性好等特点，能对需要稳定测量的环境进行离子及生物分子的测量，排除光照及外界干扰对器件产生的影响。

本发明的技术方案是：一种具有空气桥参比电极遮光结构的传感器芯片，其中，由下往上依次包括衬底、成核层及应力缓冲层、GaN层、AlGaN层；所述至少GaN层以上形成凸台，GaN层和AlGaN层形成在凸台上，所述AlGaN层上形成有源电极金属和漏电极金属，所述凸台以下设有长引线及多个Pad，所述源电极金属、漏电极金属皆与对应的Pad区域电连接；所述源电极金属和漏电极金属之间的传感区域形成敏感材料层；所述凸台以下沉积绝缘材料台，所述绝缘材料台高度高于所述凸台；厚金属材料跨在绝缘材料台上形成空气桥参比电极；所述传感器被绝缘材料封装，露出溶液接触区及电接触区，溶液接触区覆盖部分参比电极及所有传感区域。所述的凸台下设有参比电极，参比电极材料可为惰性金属电极、不溶性盐电极，微型化传统参比电极等，且其与对应的Pad区域电连接。

所述的源电极金属和漏电极金属之间形成的敏感材料层，通过改变修饰及表征方式可得到不同的敏感材料层，得到对不同的离子和生物分子进行检测。

所述的刻蚀得到的凸台两端设有绝缘材料台以支撑空气桥参比电极，绝缘材料台高度高于凸台10nm~50μm，绝缘材料包括但不限于二氧化硅，氮化硅，树脂，硅胶等。

所述的空气桥参比电极悬于含有敏感材料层的传感区域上方，与敏感材料层之间由空气隔离绝缘，避免接触；所述的空气桥参比电极包含但不限于惰性金属。