[发明专利]一种用于检测次氯酸根的GaN传感器及检测方法

说明书

本发明公开了一种用于检测次氯酸根的GaN传感器及检测方法，包括由下至上依次设置衬底、AlN缓冲层、本征GaN层、AlN层、本征AlGaN层，所述本征AlGaN层上并列设置有p‑GaN层、源极和漏极，p‑GaN层上设置有栅极，栅极上设置有金单质层，金单质层上附着有有机官能团；有机官能团为在常温常压且pH值为5～9条件下和次氯酸发生反应且反应前后存在极性或电负性差异的化合物。本发明使用有机官能团作为次氯酸根检测探头并利用GaN半导体器件的二维电子气结构捕捉有机官能团和次氯酸根反应产生的电位变化；使用p‑GaN层结构改变传感器阈值电压，减小传感器能耗，并使其无需配合参比电极和对电极使用，避免通电对次氯酸根测量准确性的影响。

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，涉及次氯酸根的检测，具体涉及一种用于检测次氯酸根的GaN传感器及检测方法。

背景技术

次氯酸(H-O-Cl)是氯的最低价含氧酸，酸性极弱，具有极强的氧化性和漂白性，是目前应用最广泛的消毒剂和漂白剂，广泛应用于饮用水消毒、游泳池消毒等领域，是氯消毒的主要有效成分。在中国，超过99.5％的自来水厂都是采取氯消毒的方式。低浓度的次氯酸对人体不具伤害性，人体本身也会产生微量次氯酸，但浓度较高的次氯酸仍然对人体有害。同时随着后来的研究发展，在饮用水中，包括三卤甲烷、卤代乙酸等超过700种氯消毒副产物被相继检测出来。国家各个部门对生活饮用水中三氯甲烷、四氯化碳、氯化物含量等含量均给出了标准。为了确保消毒副产物达标条件下水充分消毒，次氯酸的相关检测尤为重要。

目前次氯酸的检测方法以利用次氯酸根强氧化性为主，实验室中可利用碘量法、电流滴定法等方法。这些方法操作流程繁琐，过程复杂。现有小型次氯酸根传感器多以利用电化学方法，通过在微电极上加电压测量电流方法实现检测，该方法操作简便，但灵敏度较低。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于检测次氯酸根的 GaN传感器及检测方法，解决现有的次氯酸根检测方法操作繁琐、灵敏度低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种用于检测次氯酸根的GaN传感器，包括由下至上依次设置衬底、 AlN缓冲层、本征GaN层、AlN层、本征AlGaN层，所述本征AlGaN层上并列设置有p-GaN层、源极和漏极，所述p-GaN层上设置有栅极，所述栅极上设置有金单质层，所述金单质层上附着有有机官能团；所述有机官能团为在常温常压且pH值为5～9条件下和次氯酸发生反应且反应前后存在极性或电负性差异的化合物。本发明中常温一般是指10～40℃，常压一般是指一个标准大气压附近。

优选的，所述有机官能团为含有肟基、苯酚、异羟肟酸、硫醚结构中一种或几种的有机物。

优选的，所述衬底材料为Si、SiC、蓝宝石中的任一种。

优选的，所述栅极、源极、漏极均为钛、铝、镍、金、铂、钼、铱、钽、铌、钴、锆、钨中的一种或多种组合。

优选的，所述AlN缓冲层的厚度为1～10000nm；所述本征GaN层的厚度为1～10000nm；所述AlN层的厚度为1～10nm；所述本征AlGaN层的厚度为5～30nm；所述p-GaN层的厚度为1～1000nm。

优选的，所述栅极上金单质层的厚度为1～1000nm。

本发明还公开了一种次氯酸根的检测方法，该方法采用本发明的GaN 传感器进行检测，包括以下步骤：

步骤1，根据GaN传感器电学参数设置源极和漏极电压；

步骤2，确定待测溶液的pH值，配置与待测溶液pH值相同的缓冲液，将步骤1的GaN传感器插入缓冲液中测试，确定基线；本发明中，当输出电流平稳后可确定基线；