[实用新型]一种微型固态库仑滴定传感器

说明书

本实用新型涉及一种微型固态库仑滴定传感器，具体地说是一种用于化学分析的传感器。

目前，在酸(碱)性溶液的酸的浓度测量中，电位法指示终点的恒流库仑滴定技术由于其测量精度高、分析速度快、不用标准液、操作方便而最为重要。各种类型的库仑滴定系统及滴定仪已广泛地用于科研、教学、化工生产、生物医学等行业中。但随着科学技术的发展，这些库仑滴定装置在许多方面都存在着不足。其一，库仑滴定终点检测电极大多采用离子选择性电极，这种电极响应时间较长，不利于溶液的快速滴定测量和测量精度的进一步提高。其二，采用玻璃器皿等制作库仑池，容积较大，样液耗量大，且不能对数微升量的样液直接进行滴定分析。其三，电解电极等电极使用贵重金属Pt等，成本较高。其四，不易于与后电路相连。

本实用新型目的针对现有技术中的不足，提出一种硅集成的、高灵敏、分析速度快、取样超微量的微型库仑滴定传感器。本实用新型主要是将离子敏场效应管与执行器电解电极以及参比电极集成在同一芯片上；利用硅微机械加工技术制做出库仑池极小，抗干扰能力强，而又易与后电路相连的小尺寸库仑滴定传感器。

本实用新型是由工作芯片7和硅上盖板8沿对准标志11对准贴合密封而成。工作芯片7为{100}P型单晶硅片。利用硅平面生产工艺及MOS集成电路制作技术在工作芯片上制作了终点指示用氢离子敏场效管1和参比用氢离子敏场效应管2及工作电极4，辅助电极5、29及伪参比电极3等。其中工作电极4紧紧包围指示用氢离子敏场效应管1的敏感膜18，工作电极4内侧距敏感膜18外缘2nm，一对辅助电极5和29对称分布于工作电极4两侧，4与5及29相距14nm；伪参比电极3包围参比用氢离子敏场效应管2的敏感膜17，两者形成复合参比管。参比用氢离子敏场效管2与辅助电极5平行，相距32nm，参比用氢离子敏场效管2距工作芯片7左侧边缘225nm，指示用氢离子场效应管1距工作芯片7右侧边缘268nm。对准标志11距工作芯片7外侧边缘20nm和165nm。硅上盖板8上用硅微机械加工技术制作了方形浅槽28和双通孔9、10。上盖板8与工作芯片7贴合后，方形浅槽28将形成库仑池6。双通孔9和10分别形成液体注入孔9和汲取孔10，浅槽尺寸为500×150×5nm³，双孔9和10尺寸为10×10nm²，双孔9和10相距250nm。工作芯片7尺寸为740×640nm²，硅上盖板8尺寸为410×700nm²。19、20、24、27为氢离子敏场效应管的源、漏扩散区，12、13、15、16、21、22、25、26为氢离子敏场效应管的源、漏极引线孔及压焊点，14、23为衬底引线孔及压焊点。

本实用新型不但可取代由电解电极、参比电极、指示电极、库仑池等所组装成的各种库仑滴定装置，节省大量的组装、制作用元件、材料，而且对被测样液也有极大的节省。特别是使微升级珍贵样液实现直接滴定分析成为可能。并且工作管芯面积比现有国外器件缩小3倍，不但提高管芯制作的成品率，降低了器件制作成本，而且使取样量也进一步得到减小。这在分析化学、生物医学、环境化工等领域具有广阔的推广应用价值和极高的经济社会效益。

图1为本实用新型沿图2中A-A′剖面示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型工作芯片示意图；

图4为本实用新型硅上盖板示意图。

实施例：本实用新型中离子敏场效应管敏感膜尺寸为2×96nm²，工作电极宽100nm，辅助电极宽54nm，工作电极内侧距敏感膜边缘2nm，工作电极距辅助电极14nm，辅助电极距伪参比电极32nm，库仑池尺寸为150×500×5nm³，双孔尺寸为100×100nm，工作芯片尺寸为740×640nm²，硅上盖板尺寸为700×410nm²。用本实用新型对酸性及碱性溶液进行库仑滴定，用X-Y函数记录仪记录滴定曲线，分析计算结果表明：

(1)取样体积＜4μl，    (2)滴定体积＜0.2μl

(3)滴定时间1～40s      (4)测量误差(浓度)＜5％