本发明专利技术提出了一种无栅AlGaN/GaN场效应晶体管传感器，在AlGaN/GaN异质结基片上蒸镀有电极，还包括钝化层，所述钝化层覆盖整个源端电极、源端电极PAD与漏端电极、漏端电极PAD，在覆盖源端电极PAD与漏端电极PAD的钝化层上刻蚀出窗口，深度至PAD显露；还包括离子印迹聚合物层，所述离子印迹聚合物层位于AlGaN层上，含有印迹孔穴。还公开了无栅AlGaN/GaN场效应晶体管传感器的制备方法。本发明专利技术制备的导电高聚物纳米复合材料具有单一离子识别的性能，可以提高器件的选择性吸附、抗干扰能力；还具有快速响应的特点，可以实现高精度的定量检测；通过NaCl溶液冲洗可以方便快捷的重复使用，具有使用方便、成本低、可用于水质的在线监测等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及环境检测领域，具体涉及一种具有离子识别与浓度检测的无栅 AIGaN/GaN场效应晶体管传感器及其制备方法。
技术介绍
分子印迹是近年来出现的制备对模板分子具有识别功能聚合物的新技术，它是分 子印迹技术的分支，由于分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymer, MIP)具有高 选择性，在色谱分离、固相萃取、生物传感器、选择性催化等领域显示了优越性，因而已成为 研究的热点之一。水环境污染问题越来越受到人们的关注，有效的检测水环境污染物已成 为与人们日常生活息息相关的重要问题之一，然而由于水体情况的复杂性，对于是否存在 污染物的检测仍存在一定困难，实现污染物的识别更加显得困难重重。 针对上述情况，利用AIGaN/GaN场效应晶体管的高电子迀移率特性，结合分子印 迹的选择吸附特性，本专利技术提出了一种新型的无栅AIGaN/GaN场效应晶体管传感器，用于 检测水中的有害阴离子，基本原理是通过对AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管（HEMT)器件进 行基于分子印迹技术的特定的表面功能化改性，改性后的器件表面就会对特定的有害阴离 子进行选择性吸附，这种吸附将改变器件表面的电荷数量，引起表面电势的变化，进而引起 异质结沟道内二维电子气浓度的变化，器件的输出电流随之发生变化，即实现传感的功能， 不同的功能化改性可实现不同物质的识别与浓度检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有离子识别与浓度检测的无栅AIGaN/GaN场效应 晶体管传感器及其制备方法。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种无栅AIGaN/GaN场效应晶体管 传感器，其结构从下至上依次为：衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlGaN层； 还包括源端电极、与源端电极相连的源端电极PAD，漏端电极、与漏端电极相连的 漏端电极PAD，所述源端电极、源端电极PAD、漏端电极与漏端电极PAD分别沉积在AlGaN 层上，还包括钝化层，所述钝化层覆盖整个源端电极、源端电极PAD与漏端电极、漏端电极 PAD，在覆盖源端电极PAD与漏端电极PAD的钝化层上刻蚀出窗口，深度至PAD显露； 还包括离子印迹聚合物层，所述离子印迹聚合物层位于AlGaN层上，源端电极钝 化层与漏端电极钝化层之间的区域，所述离子印迹聚合物层含有印迹孔穴。 优选的，所述离子印迹聚合物层采用离子印迹技术制备，其厚度为1-4个分子层 之间。 优选的，所述离子印迹聚合物层的印迹孔穴只能被特定的离子填充，具有单一离 子识别功能。 优选的，所述衬底为SiC或蓝宝石。 优选的，所述AlN成核层厚度在l-3nm之间，GaN缓冲层厚度在l-3um之间，AlGaN 层的Al组分在0· 2-0. 3之间，厚度在15-25nm之间。 优选的，所述钝化层为Si3N4或SiO 2。 优选的，所述离子印迹聚合物层的结构为 其中印迹孔穴的尺寸大小、形状、还有化学键与PO43离子相匹配。 优选的，所述离子印迹聚合物层的结构为 其中印迹孔穴的尺寸大小、形状、还有化学键与Cl3CCOO离子相匹配。 优选的，所述离子印迹聚合物层的结构为 其中印迹孔穴的尺寸大小、形状、还有化学键与Cr2O4 2离子相匹配。 本专利技术还提供了一种无栅AlGaN/GaN场效应晶体管传感器的制备方法，其步骤包 括： (1)制备AlGaN/GaN异质结基片，该基片结构从下至上依次为：衬底、AlN成核层、 GaN缓冲层、AlGaN层； (2)基片清洗； (3)在清洗干净的AlGaN/GaN异质结基片上沉积源端电极、与源端电极相连的源 端电极PAD，漏端电极、与漏端电极相连的漏端电极PAD ; (4)钝化：采用等离子体增强化学气相沉积法在基片上淀积一层Si3N4或SiO 2薄膜 作为钝化层； (5)刻蚀：分别在源端电极PAD与漏端电极PAD上方的钝化层区域刻蚀出窗口，刻 蚀至电极金属显露，在源端电极与漏端电极之间的钝化层区域上刻蚀出一层无栅区，刻蚀 至AlGaN层显露； (6)无栅区表面功能化，采用感应耦合等离子体刻蚀技术将无栅区进行氧化处理， 然后采用离子印迹技术修饰上离子印迹聚合物层，所述离子印迹聚合物层中的印迹孔穴只 能被特定的离子填充，具有单一离子识别功能。 优选的，步骤（6)中离子印迹聚合物层的制备步骤为：氧化处理后的AlGaN/GaN异 质结基片硅烷化处理，将硅烷化处理过的基片放入Na 3PO4 · 12H20、甲基丙烯酰氧乙基三甲基 氯化铵水溶液中，加入引发剂过硫酸铵水溶液，进行接枝聚合与交联反应，然后用NaCl溶 液反复冲洗。 优选的，步骤（6)中离子印迹聚合物层的制备步骤为：氧化处理后的AlGaN/GaN 异质结基片放入去离子水100°C煮30分钟，取出后N2吹干；再将基片放入体积浓度1/11 的r-氨丙基三甲氧基硅烷水溶液中50°C反应24h，放入真空干燥箱120°C烘干Ih ;最后取 50ml去离子水放入100mL烧杯，称取0. 6985g Na3PO4 · 12H20,再加入I. 425g甲基丙烯酰氧 乙基三甲基氯化铵、0. 328g N-N' -亚甲基双丙烯酰胺，调节溶液PH = 5,将硅烷化处理过的 基片放入溶液，超声搅拌，将烧杯放入35°C水浴锅加热并保持恒温，加入溶有0. 0292g引发 剂过硫酸铵水溶液5ml，接枝聚合与交联反应12h ;取出基片用2mol/L NaCl溶液反复冲洗 除去离子印迹聚合物中的PO43模板离子。 优选的，步骤（6)中离子印迹聚合物层的制备步骤为：氧化处理后的AlGaN/GaN异 质结基片硅烷化处理，处理过的基片放入三氯乙酸、和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵混 合溶液中，加入引发剂过硫酸铵水溶液进行接枝聚合与交联反应，然后用NaCl溶液反复冲 洗。 优选的，步骤（6)中离子印迹聚合物层的制备步骤为：氧化处理后的AlGaN/GaN 异质结基片放入去离子水100°C煮30分钟，取出后N2吹干；再将基片放入r-氨丙基三甲 氧基硅烷水溶液50°C反应24h，放入真空干燥箱120°C烘干Ih ;最后取50ml去离子水放入 100mL烧杯，称取0. 3267g C2HCl3O2,再加入1.425g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0. 328g N-N' -亚甲基双丙烯酰胺，调节溶液PH = 5,将硅烷化处理过的基片放入溶液，超声搅拌，将 烧杯放入35 °C水浴锅加热并保持恒温，加入溶有0. 0292g引发剂过硫酸铵水溶液5ml，接 枝聚合与交联反应12h ;取出基片用NaCl与NaOH溶液反复冲洗除去离子印迹聚合物中的 Cl3CCOO模板呙子。 优选的，步骤（6)中离子印迹聚合物层的制备步骤为：氧化处理后的AlGaN/GaN异 质结基片硅烷化处理，硅烷化处理过的基片放入K 2CrO4和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 混合溶液，加入引发剂过硫酸铵水溶液进行接枝聚合与交联反应12h，然后用NaCl溶液反 复冲洗。 优选的，步骤（6)中离子印迹聚合物层的制备步骤为：氧化处理后的AlGaN/GaN 异质结基片放入去离子水100°C煮30分钟，取出后N2吹干；再将基片放入r-氨丙基三甲 氧基硅烷水溶液50°C反应24h，放入真空干燥箱120°C烘干Ih 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无栅AlGaN/GaN场效应晶体管传感器，其结构从下至上依次为：衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlGaN层；还包括源端电极、与源端电极相连的源端电极PAD，漏端电极、与漏端电极相连的漏端电极PAD，所述源端电极、源端电极PAD、漏端电极与漏端电极PAD分别沉积在AlGaN层上，还包括钝化层，所述钝化层覆盖整个源端电极、源端电极PAD与漏端电极、漏端电极PAD，在覆盖源端电极PAD与漏端电极PAD的钝化层上刻蚀出窗口，深度至PAD显露；其特征在于：还包括离子印迹聚合物层，所述离子印迹聚合物层位于AlGaN层上，源端电极钝化层与漏端电极钝化层之间的区域，所述离子印迹聚合物层含有印迹孔穴。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈敦军，贾秀玲，张荣，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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