半導體器件傳感器在氣體、化學和生物醫(yī)學方面的應用（引進版）

目錄
作者
貢獻者名單
前言
第1章 用于直接監(jiān)測神經(jīng)細胞對抑制劑反應的AlGaN/GaN傳感器 1
1.1 引言 1
1.2 AlGaN場效應傳感器 3
1.3 AlGaN/GaN傳感器的制備與表征 7
1.3.1 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長 7
1.3.2 傳感器工藝 8
1.3.3 AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電學特性分析 10
1.3.4 器件加工技術對表面和傳感器性能的影響 11
1.3.5 傳感器的生物相容性 12
1.4 測量條件 14
1.4.1 緩沖溶液 14
1.4.2 表征設置 14
1.4.3 噪聲和漂移 15
1.4.4 基于細胞的傳感器——CPFET 16
1.4.5 NG 108-15神經(jīng)細胞系 18
1.4.6 神經(jīng)遞質(zhì)——乙酰膽堿 18
1.4.7 神經(jīng)抑制劑 20
1.4.8 細胞培養(yǎng)基 20
1.5 與AlGaN/GaN ISFET的細胞耦合 22
1.5.1 傳感器預處理 22
1.5.2 傳感器對有/無細胞的細胞培養(yǎng)基中pH變化的響應 24
1.5.3 AlGaN/GaN ISFET對離子的敏感性 25
1.5.4 AlGaN/GaN ISFET對抑制劑的敏感性 26
1.6 細胞外信號的記錄 28
1.6.1 對SCZ緩沖液中單一抑制劑的響應 28
1.6.2 對DMEM中單一抑制劑的響應 31
1.6.3 傳感器對不同神經(jīng)毒素的響應 33
1.7 傳感器信號模擬 35
1.7.1 利用位點結(jié)合模型對異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行自洽模擬 35
1.7.2 裂隙中離子通量的估計 38
1.8 總結(jié) 40
致謝 41
參考文獻 41
第2章 寬禁帶半導體生物和氣體傳感器的*新進展 47
2.1 引言 47
2.2 氣體傳感 49
2.2.1 氧氣傳感 49
2.2.2 CO2傳感 51
2.2.3 C2H4傳感 53
2.3 傳感器功能化 55
2.4 pH測量 58
2.5 呼出氣體冷凝物 61
2.6 重金屬檢測 62
2.7 生物毒素傳感器 67
2.8 生物醫(yī)學應用 70
2.8.1 呼出氣體冷凝物中的pH傳感器 70
2.8.2 葡萄糖傳感 74
2.8.3 前列腺癌檢測 77
2.8.4 腎損傷分子檢測 79
2.8.5 乳腺癌 80
2.8.6 乳酸 83
2.8.7 氯離子檢測 84
2.8.8 壓力傳感器 87
2.8.9 創(chuàng)傷性腦損傷 88
2.9 內(nèi)分泌干擾素暴露水平測量 90
2.10 無線傳感器 92
2.11 總結(jié)和結(jié)論 94
致謝 96
參考文獻 96
第3章 氫氣傳感器技術的進展及其在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用 108
3.1 引言 108
3.2 基于肖特基二極管的AlGaN/GaN HEMT氫氣傳感器 109
3.2.1 基于肖特基二極管的氫氣傳感器 109
3.2.2 TiB2歐姆接觸 115
3.2.3 濕度對氫氣傳感器的影響 115
3.2.4 差分傳感器 117
3.3 GaN肖特基二極管傳感器 120
3.3.1 N極和Ga極的比較 120
3.3.2 W/Pt接觸GaN肖特基二極管 124
3.4 納米結(jié)構(gòu)寬帶隙材料 125
3.4.1 基于ZnO納米棒的氫氣傳感器 126
3.4.2 GaN納米線 130
3.4.3 InN納米帶 131
3.4.4 單根ZnO納米線 132
3.5 SiC肖特基二極管氫氣傳感器 134
3.6 無線傳感器網(wǎng)絡的開發(fā) 135
3.6.1 傳感器模塊 135
3.6.2 現(xiàn)場測試 137
3.7 總結(jié) 139
致謝 140
參考文獻 140
第4章 氮化銦基化學傳感器 148
4.1 引言 148
4.2 InN的表面特性 149
4.2.1 電子特性 149
4.2.2 化學敏感的特性 150
4.3 InN基化學傳感器的開發(fā) 150
4.3.1 離子選擇電極 150
4.3.2 離子敏感場效應晶體管 153
4.4 總結(jié) 163
致謝 163
參考文獻 163
第5章 氧化鋅薄膜及納米線傳感器的應用 166
5.1 引言 166
5.2 ZnO的基本特性 166
5.3 ZnO摻雜 168
5.4 離子注入 171
5.5 ZnO的刻蝕 172
5.6 歐 姆 接 觸 174
5.7 肖特基接觸 177
5.8 氫在ZnO中的性質(zhì) 181
5.8.1 質(zhì)子注入 181
5.8.2 氫等離子體接觸 185
5.9 ZnO中的鐵磁性 188
5.9.1 半導體中的鐵磁性 189
5.9.2 ZnO的自旋極化 191
5.9.3 納米棒 196
5.9.4 Mn和Cu共注入體型ZnO的特性 198
5.10 氧化鋅薄膜氣體傳感器 200
5.10.1 乙烯傳感技術 200
5.10.2 CO傳感技術 202
5.11 ZnO納米棒的傳輸 205
5.12 ZnO納米線肖特基二極管 208
5.13 ZnO納米線場效應晶體管 210
5.14 紫外納米線光電探測器 213
5.15 氣體和化學傳感器 215
5.15.1 ZnO納米線的氫氣傳感 216
5.15.2 臭氧傳感 220
5.15.3 pH響應 221
5.16 生物傳感 225
5.16.1 ZnO的表面修飾 225
5.16.2 利用蛋白質(zhì)固定化技術進行單個病毒的超靈敏檢測 226
5.16.3 核酸在納米線上的固定化用于基因和mRNA的生物傳感器 227
5.16.4 直接固定化適配體用于蛋白質(zhì)和藥物分子的超靈敏檢測 227
5.16.5 不同摻雜和表面化學末端的ZnO納米線 228
5.16.6 生物傳感器的三維自洽模擬器 229
5.17 總結(jié) 230
致謝 232
參考文獻 232
第6章 基于生物親和傳感器的MOS場效應晶體管 241
6.1 引言 241
6.2 BioFET器件的工作模式 243
6.2.1 場效應晶體管的操作 244
6.2.2 氧化物表面與電解質(zhì) 247
6.2.3 氧化物表面的分子 250
6.2.4 膜模型和泊松-玻爾茲曼分析 252
6.2.5 小信號分析和靈敏度 254
6.2.6 BioFET的大信號模型 259
6.2.7 一維模型的局限性 259
6.2.8 不同測量的比較 261
6.2.9 BioFET的三維模擬 262
6.3 BioFET的阻抗測量 263
6.3.1 ISFET、REFET和**代生物膜的阻抗 264
6.3.2 膜傳感器 268
6.3.3 DNA雜交檢測 270
6.4 MOS納米線BioFET 272
6.4.1 基于硅納米線的生物親和傳感技術 272
6.4.2 基于VLS方法生長的硅納米線 275
6.4.3 平面MOS納米線——無柵極 276
6.4.4 背柵平面?zhèn)鞲衅?278
6.4.5 消除氧化層 280
6.4.6 替代納米線制造方法 281
6.4.7 納米線電氣模型 282
6.4.8 擴散導致的緩慢響應 288
6.4.9 總結(jié) 289
參考文獻 290
第7章 基于MEMS的光學化學傳感器 297
7.1 引言 297
7.1.1 MEMS概述 297
7.1.2 MEMS制造 298
7.1.3 程序概要 300
7.2 光學傳感原理 300
7.3 MEMS基傅里葉變換光譜用于化學傳感 302
7.3.1 分子中的量子態(tài) 302
7.3.2 光學光譜法 303
7.3.3 傅里葉變換光譜法 304
7.3.4 傅里葉變換紅外光譜法 304
7.3.5 MEMS FTIR 305
7.3.6 總結(jié) 320
7.4 干涉式MEMS化學和生化傳感器 321
7.4.1 引言 321
7.4.2 集成光學馬赫-曾德爾干涉儀傳感器 322
7.4.3 復合波導偏振干涉儀傳感器 325
7.4.4 集成光學楊氏干涉儀傳感器 327
7.4.5 集成光學法布里-珀羅干涉儀傳感器 333
7.4.6 總結(jié) 334
參考文獻 334
后記 338