Environmentally Robust Biosensor Using Field Effect Transistors of Heteroepitaxial Diamond
使用异质外延金刚石场效应晶体管的环境鲁棒性生物传感器
基本信息
- 批准号:09555103
- 负责人:
- 金额:$ 7.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
- 财政年份:1997
- 资助国家:日本
- 起止时间:1997 至 1999
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In this research, ion sensitive field effect transistors (ISFETs) have been fabricated on the hydrogen terminated (H-terminated) diamond surface resistant to electrochemical environment and operated as transducers of biosensors.1. The electrolyte solution gate FETs have been formed on H-terminated surfaces. The gate structure is just thet H-terminated diamond exposed to directly. This type of FET structure where semiconductor surface is exposed to electrolyte solution is firstly developed in the world. Compared with conventional ISFET, the higher current controllability is achieved.2. The FETs exhibit ideal current-voltage characteristics in not only homoepitaxial and heteroepitaxial diamonds, but also polycrystalline diamonds which is easier to synthesize. In the current-voltage characteristics, perfect pinch-off and the saturation of drain current have been measured. The leakage current at the off state is extremely small and the current ratio between on-off is more than 4 orders of magnitude. The FETs operate stably in the above mentioned characteristics between pH 1-14.3. The threshold voltages of the FETs are independent from pH values. From this result, an appropriate ion sensitive base can be immobilize on the pH insensitive surface leading to high selective molecular recognition.4. On the other hand, the threshold voltages strongly depend on the density of Cl ions in the solution and vary by 30-60 mV according to the density change by one order The Cl ion detection has been observed from 1 Mol/L to 10^<-6> Mol/L exhibiting the possibility of Cl ion sensitive FET.The diamond solution gate FET has been developed for the first time. Their operation in hard environment has been also confirmed and the highly sensitive detection of Cl ions has been achieved.
在本研究中,离子敏感场效应晶体管(ISFET)被制作在氢端(H端)金刚石表面上,耐电化学环境,并作为生物传感器的传感器。1.电解质溶液栅极FET已形成在H端接表面上。栅极结构正好是直接暴露在H端接金刚石上的。这种半导体表面暴露在电解质溶液中的FET结构是国际上首次开发的。与传统的ISFET相比,具有更高的电流可控性。 2. FET不仅在同质外延和异质外延金刚石中表现出理想的电流-电压特性,而且在更容易合成的多晶金刚石中也表现出理想的电流-电压特性。在电流-电压特性中,测量了完美的夹断和漏极电流的饱和度。关断时漏电流极小,通断电流比大于4个数量级。 FET 在 pH 1-14.3 之间的上述特性下稳定运行。 FET 的阈值电压与 pH 值无关。由此结果可知,适当的离子敏感碱可以固定在pH不敏感的表面上,从而实现高选择性的分子识别。4.另一方面,阈值电压很大程度上取决于溶液中 Cl 离子的密度,并根据一个数量级的密度变化而变化 30-60 mV。 Cl 离子检测已观察到从 1 Mol/L 到 10^< -6> Mol/L 展示了 Cl 离子敏感 FET 的可能性。首次开发了金刚石溶液栅极 FET。它们在恶劣环境下的运行也得到了证实,并实现了 Cl 离子的高灵敏度检测。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
H.Umezawa et al.: "High-Performance Diamond Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor with 1.m Gate Length"Japan Journal of of Applied Physics. Vol.38. L1222-L1224 (1999)
H.Umezawa 等人:“具有 1.m 栅极长度的高性能金刚石金属半导体场效应晶体管”日本应用物理学杂志。
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- 发表时间:
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- 影响因子:0
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- 通讯作者:
H.Kawarada: "Low Pressure Synthetic Diamond:Manufacturing and Applications, Chapter8:Hetero-Epitaxy and Highly Oriented Diamond Deposition" Springer-Verlag, 25 (1998)
H.Kawarada:“低压合成金刚石:制造和应用,第 8 章:异质外延和高取向金刚石沉积”Springer-Verlag,25 (1998)
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- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
川原田 洋: "ダイヤモンド電界効果トランジシタの現状と将来"応用物理. 67巻. 128-138 (1998)
Hiroshi Kawarada:“金刚石场效应晶体管的现状和未来”应用物理学卷 67. 128-138 (1998)
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- 通讯作者:
H.Kawarada et.al.: "Electrolyte-Solution-Gate FETs Using diamond Surface for Biocompatible Ion Sensors"Physica Status Solidi(a). (in press). (2001)
H.Kawarada 等人:“使用金刚石表面的电解质溶液门 FET 用于生物相容性离子传感器”Physica Status Solidi(a)。
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- 影响因子:0
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- 通讯作者:
M.Tachiki et.al.: "Control of absorbates and conduction on CVD-grown diamond surface,Using scanning probe microscope"Applied Surface Science. Vol.159-160. 578-582 (2000)
M.Tachiki 等人:“使用扫描探针显微镜控制 CVD 生长的金刚石表面的吸收物和传导”应用表面科学。
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