本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說，涉及一種基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

1、生物活性分子的檢測對(duì)于醫(yī)療健康而言至關(guān)重要，如神經(jīng)遞質(zhì)、尿酸、蛋白質(zhì)等，其在人體中的含量是反映人體健康狀況的重要指標(biāo)之一。例如：帕金森病和精神分裂癥分別與多巴胺水平的低和高有關(guān)；尿酸水平的升高是痛風(fēng)和高尿酸血癥等疾病的特征之一；而抗壞血酸缺乏則會(huì)導(dǎo)致壞血病。因此，早期檢測這些生物分子在生理學(xué)研究、疾病診斷和藥物研究中具有重要意義。

2、由于這些電活性物質(zhì)具有氧化還原活性，目前，這些物質(zhì)的檢測方法，包括：電化學(xué)方法、色譜法、光譜法和酶聯(lián)免疫吸附測定(elisa)等。其中，電化學(xué)方法易受電極結(jié)垢和信號(hào)干擾影響，穩(wěn)定性和選擇性差。人們進(jìn)行了大量研究，包括對(duì)電極進(jìn)行各種表面改性、開發(fā)新材料制造電極、新型電化學(xué)技術(shù)以及非氧化性電化學(xué)傳感器等。在這些方法中，使用具有固有電催化活性的不同分子修飾電極，在區(qū)分某一電活性物質(zhì)及其相關(guān)干擾物方面表現(xiàn)出較高的可行性。

3、有機(jī)場效應(yīng)晶體管要依賴于其獨(dú)特的電學(xué)特性和與電活性物質(zhì)之間的相互作用對(duì)電活性物質(zhì)進(jìn)行檢測。電活性物質(zhì)在溶液中的擴(kuò)散作用下，逐漸靠近并吸附在有機(jī)場效應(yīng)晶體管的有機(jī)半導(dǎo)體材料表面，當(dāng)電活性物質(zhì)吸附在ofet的有機(jī)半導(dǎo)體材料表面時(shí)，會(huì)改變材料表面的電荷分布和載流子濃度，進(jìn)而引起源極和漏極之間電流的變化。但是，檢測溶液中其他電活性物質(zhì)也會(huì)吸附在半導(dǎo)體材料表面，對(duì)目標(biāo)電活性物質(zhì)的檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾，降低檢測結(jié)果準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置及制備方法，用于解決現(xiàn)有有機(jī)場效應(yīng)晶體管方法，其他電活性物質(zhì)也會(huì)吸附在半導(dǎo)體材料表面，對(duì)目標(biāo)電活性物質(zhì)的檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾，降低檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：

3、一種基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置，包括：有機(jī)場效應(yīng)晶體管、擴(kuò)展柵電極和控制系統(tǒng)；

4、有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)由下到上依次是柔性基底、柵極、介電層、有機(jī)半導(dǎo)體層、源-漏電極層；

5、擴(kuò)展柵電極的工作電極與有機(jī)場效應(yīng)晶體管中的柵極之間電連接，其中，擴(kuò)展柵電極的工作電極通過特異性修飾膜進(jìn)行修飾；

6、控制系統(tǒng)為擴(kuò)展柵電極，以及有機(jī)場效應(yīng)晶體管的源極和漏極提供工作電壓，并根據(jù)源漏電流確定電活性物質(zhì)濃度。

7、優(yōu)選地，擴(kuò)展柵電極，包括：三個(gè)工作電極和三個(gè)參比電極，其中，三個(gè)參比電極級(jí)聯(lián)成一個(gè)引腳。

8、優(yōu)選地，控制系統(tǒng)，包括：主控芯片、dac模塊、adc模塊、ofet激勵(lì)電路、電源模塊、源極供電模塊、漏極供電模塊、柵極供電模塊、開關(guān)、程序下載模塊、藍(lán)牙模塊；

9、主控芯片用于調(diào)控檢測裝置工作中各模塊的功能的實(shí)現(xiàn)；dac模塊用于實(shí)現(xiàn)電路電壓的輸出；adc模塊接收有機(jī)場效應(yīng)晶體管傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)，并對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；ofet激勵(lì)電路用于為有機(jī)場效應(yīng)晶體管的擴(kuò)展柵極提供激勵(lì)電壓；電源模塊用于為檢測裝置進(jìn)行供電；源極供電模塊、漏極供電模塊和柵極供電模塊分別與有機(jī)場效應(yīng)晶體管的源極、漏極和柵極進(jìn)行電信號(hào)的傳輸；程序下載模塊用于編程和存儲(chǔ)控制程序，以實(shí)現(xiàn)檢測裝置的整體功能；藍(lán)牙模塊用于外部串口通信。

10、優(yōu)選地，擴(kuò)展柵電極與晶體傳感器中的柵極之間電連接，包括：

11、擴(kuò)展柵電極與晶體傳感器的柵極之間通過鉑絲進(jìn)行電連接。

12、一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，制備前述有機(jī)場效應(yīng)晶體管，方法包括：

13、s1、硅片處理：使用去離子水和酒精對(duì)硅片沖洗，并通過超聲清洗、等離子清洗、ots修飾對(duì)硅片進(jìn)行改性，得到修飾后的硅片；

14、s2、柔性基底制作：配置sebs1062溶液，并將其澆筑到修飾后的硅片上，靜置成膜得到有機(jī)場效應(yīng)晶體管的柔性基底；

15、s3、介電層制作：使用甲苯配置sebs1052溶液，并通過旋涂儀將其旋涂在修飾過的硅片上，退火后得到介電層；

16、s4、半導(dǎo)體層制作：將有機(jī)半導(dǎo)體與sebs1052溶液以3：7質(zhì)量比進(jìn)行共聚，得到半導(dǎo)體材料，將其涂到硅片上獲得半導(dǎo)體層；

17、s5、電極制作：使用掩模板遮擋，并通過噴涂機(jī)將碳管噴涂到硅片上分別制作源電極、漏電極和柵電極；

18、s6、晶體管組裝：按照柔性基底、柵極、介電層、有機(jī)半導(dǎo)體層、源-漏電極層的順序逐層轉(zhuǎn)移組裝，得到頂柵頂接觸結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管；

19、s7、連接擴(kuò)展柵電極：使用加印合金將鉑絲兩端分別連接到有機(jī)場效應(yīng)晶體管的柵極和擴(kuò)展柵電極的工作電極。

20、優(yōu)選地，步驟s3，介電層制作的過程，包括：使用甲苯配置60mg/ml的sebs1052溶液，通過旋涂儀以1000r/s的轉(zhuǎn)速旋涂60s將其旋涂在修飾過的硅片上，經(jīng)100℃、10min退火后得到介電層。

21、優(yōu)選地，步驟s4、半導(dǎo)體層制作的過程，包括：將10mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體與60mg/ml的sebs1052溶液按照3：7的質(zhì)量比進(jìn)行共聚，得到半導(dǎo)體材料，將其涂到硅片上獲得半導(dǎo)體層。

22、從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置，擴(kuò)展柵電極與晶體傳感器中的柵極之間電連接，擴(kuò)展柵電極的工作電極通過特異性修飾膜進(jìn)行修飾。在有機(jī)場效應(yīng)晶體管的擴(kuò)展柵電極上修飾特異性修飾膜是可以特定識(shí)別目標(biāo)分子，減少溶液中其余分子對(duì)檢測結(jié)果的影響，提高了抗干擾能力，減小了干擾物質(zhì)的引起的測量誤差，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

23、本發(fā)明通過在擴(kuò)展柵電極表面修飾特異性修飾膜可以提高有機(jī)場效應(yīng)管對(duì)目標(biāo)電活性物質(zhì)的靈敏度，使其能夠檢測極低濃度的目標(biāo)電活性物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體內(nèi)微量物質(zhì)的監(jiān)測。

24、本發(fā)明通過引出柵極的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)待測溶液中的電活性物質(zhì)進(jìn)行特異性檢測，設(shè)置擴(kuò)展柵電極對(duì)待測溶液中的電活性物質(zhì)進(jìn)行檢測，避免直接在有機(jī)場效應(yīng)晶體管柵極進(jìn)行特異性修飾和檢測，導(dǎo)致有機(jī)場效應(yīng)晶體管性能變差。

技術(shù)特征：

1.一種基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置，其特征在于，包括：有機(jī)場效應(yīng)晶體管、擴(kuò)展柵電極和控制系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置，其特征在于，擴(kuò)展柵電極，包括：三個(gè)工作電極和三個(gè)參比電極，其中，三個(gè)參比電極級(jí)聯(lián)成一個(gè)引腳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置，其特征在于，控制系統(tǒng)，包括：主控芯片、dac模塊、adc模塊、ofet激勵(lì)電路、電源模塊、源極供電模塊、漏極供電模塊、柵極供電模塊、開關(guān)、程序下載模塊、藍(lán)牙模塊；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置，其特征在于，擴(kuò)展柵電極與晶體傳感器中的柵極之間電連接，包括：

5.一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，制備權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，步驟s3，介電層制作的過程，包括：使用甲苯配置60mg/ml的sebs1052溶液，通過旋涂儀以1000r/s的轉(zhuǎn)速旋涂60s將其旋涂在修飾過的硅片上，經(jīng)100℃、10min退火后得到介電層。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，步驟s4、半導(dǎo)體層制作的過程，包括：將10mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體與60mg/ml的sebs1052溶液按照3：7的質(zhì)量比進(jìn)行共聚，得到半導(dǎo)體材料，將其涂到硅片上獲得半導(dǎo)體層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電活性物質(zhì)檢測裝置及制備方法，擴(kuò)展柵電極與晶體傳感器中的柵極之間電連接，擴(kuò)展柵電極的工作電極通過特異性修飾膜進(jìn)行修飾。在有機(jī)場效應(yīng)晶體管的擴(kuò)展柵電極上修飾特異性修飾膜可以特定識(shí)別目標(biāo)分子，減少溶液中其余分子對(duì)檢測結(jié)果的影響，提高了抗干擾能力，減小了干擾物質(zhì)的引起的測量誤差，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。本發(fā)明通過引出柵極的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)待測溶液中的電活性物質(zhì)進(jìn)行特異性檢測，設(shè)置擴(kuò)展柵電極對(duì)待測溶液中的電活性物質(zhì)進(jìn)行檢測，避免直接在有機(jī)場效應(yīng)晶體管柵極進(jìn)行特異性修飾，導(dǎo)致有機(jī)場效應(yīng)晶體管性能變差。

技術(shù)研發(fā)人員：李爽,駱雨霜,李湘湘,付杰,王佳旺,熊方瑩,劉晶晶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6