以離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管為核心單元的微電吳東半導(dǎo)體離子傳感器在食品、環(huán)保、學(xué)院生命健康和物聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域都有巨大的平教應(yīng)用前景，但由于使用時(shí)需要使用一個(gè)體積龐大、授課昂貴的題組態(tài)無體離參比電極提供參考電位，導(dǎo)致傳統(tǒng)的發(fā)明半導(dǎo)體離子傳感器體積大、成本高、全固器不易微縮和集成、參比傳感不能充分利用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的電極成果，極大限制了半導(dǎo)體離子傳感器的半導(dǎo)廣泛應(yīng)用。自上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)明以來，微電吳東片上集成準(zhǔn)參比電極甚至源頭上去除參比電極是學(xué)院自半導(dǎo)體離子傳感器該領(lǐng)域研究人員一直追求的目標(biāo)。

近日，平教微電子學(xué)院吳東平教授課題組開創(chuàng)性地提出了全固態(tài)無參比電極半導(dǎo)體離子傳感器(REference-LEss Semiconductor Ion Sensor: RELESIS)。授課他通過測(cè)量一組正對(duì)差分敏感膜和待測(cè)溶液之間雙電荷層的題組態(tài)無體離界面電勢(shì)差來獲得離子響應(yīng)，待測(cè)溶液電勢(shì)無需、也不會(huì)保持恒定，因此從源頭上去除了對(duì)參比電極的需求。RELESIS的原型器件、工作原理、基本電路模型已經(jīng)被相繼驗(yàn)證，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在2018和2019年的傳感器領(lǐng)域國際期刊Sensors and Actuators B：Chemical上。

和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體離子傳感器相比，由于去除了體積龐大且和集成電路工藝難以兼容的參比電極，未來RELESIS的體積和成本都有望下降一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。為了加快實(shí)現(xiàn)RELESIS的一體化集成和可大規(guī)模集成應(yīng)用，在后續(xù)研究中還需繼續(xù)攻克RELESIS微型化的一些關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，如極低離子敏感度薄膜的半導(dǎo)體工藝集成技術(shù)和電磁屏蔽強(qiáng)的傳感器封裝技術(shù)等。

微電子學(xué)院博士研究生曾瑞雪為相關(guān)論文的第一作者。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重大科技專項(xiàng)的共同資助，并得到了瑞典Uppsala大學(xué)的合作支持。吳東平課題組主要研究方向是微納電子器件、半導(dǎo)體生物傳感器芯片、微流控生物芯片及應(yīng)用等領(lǐng)域。
 

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