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CMOS微环境pH传感芯片研究被引量：5: 2006年; 基于离子敏感场效应晶体管(ISFET)基本结构及其电学特性,提出了一种应用标准CMOS工艺实现的多层浮栅结构pH-ISFET。利用CMOS标准工艺中LPCVD淀积的Si3N4钝化层作为氢离子敏感层,pad工艺形成微区域独立传感窗口。片上集成100μm×100μm电极提供参考电位,消除了外加参考电位引起的溶液电压分布不均的现象。缓冲液从pH值1-13范围内对ISFET进行了测量,器件阈值电压随溶液pH值变化的平均灵敏度为44mV/pH,线性度在10%范围内。本结构可用于生物微环境pH值集成传感芯片设计中。; 施朝霞朱大中; 关键词：离子敏场效应晶体管 CMOS工艺

基于标准CMOS工艺的新型pH值传感器: 2009年; 基于0.6μmCMOS工艺设计了一种新型的pH值传感器。多晶硅和双层金属电极形成复合的悬浮栅结构,Si3N4钝化层作为敏感层。传感单元为W/L=500μm/20μm的PMOS管,其阈值电压随溶液pH值线性变化,并通过恒定PMOS管源漏电压和源漏电流控制电路转换成PMOS管源电压线性输出。PMOS管源电压线性输出范围达到4.6V,很好满足在不同pH值溶液中测试的要求。采用波长396nm紫外灯管照射来消除浮栅上电荷,增大阈值电压并有效调整溶液栅电压线性区工作范围。紫外照射后溶液栅电压可偏置在0V,减少溶液中噪声影响。CMOSpH值传感器的平均灵敏度为35.8mV/pH。; 施朝霞朱大中; 关键词：阈值电压

基于标准CMOS工艺的pH值传感器被引量：1: 2007年; 基于传统离子敏感器件的敏感模型,建立了与CMOS工艺兼容的以钝化层氮化硅作为敏感膜的MFGFET（multi-floating gate FET）多层浮栅晶体管结构阈值电压模型.采用上华0.6μm CMOS标准工艺,设计了一种与CMOS工艺兼容的pH值传感器.片上控制电路使MFGFET器件源漏电压和源漏电流恒定,器件工作在一个稳定的状态.采用离子敏MFGFET和参考MFGFET差分拓扑结构,减少了测量电路的固定模式噪声.器件溶液实测pH值在1～13范围内,器件的平均灵敏度为35.8mV/pH.; 施朝霞朱大中; 关键词：PH值传感器灵敏度

用于细胞外电信号测量的CMOS集成生物传感芯片的研究(英文)被引量：3: 2006年; 新型的细胞外电信号传感芯片是采用0.6μm标准CMOS工艺设计制造,片上集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路。有源传感单元面积为60μm×60μm,包含15μm×15μm的传感电极和预处理电路,能够线性放大幅值范围100μV^25mV的微小信号,电压增益为40dB。并采用相关二次采样工作模式降低固定模式噪声,提高传感器的精度。在标准CMOS工艺基础上,应用无电浸镀金改进传感电极的生物兼容性,并采用特殊封装技术提高芯片在溶液环境中的稳定性。溶液中模拟生物信号测量验证了该芯片的功能。; 朱婷朱大中; 关键词：生物传感器细胞电生理信号

阵列式CMOS细胞电信号传感芯片被引量：4: 2005年; 介绍了一种采用0.6μm标准CMOS工艺实现的阵列式细胞电生理信号传感芯片。该芯片集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路,实现了传感电路和后端信号处理电路的单片化集成。传感单元面积为60μm×60μm,包含15μm×15μm的传感电极和有源预处理电路,线性放大幅值范围100μV～25mV的微小信号,电压增益为40dB。同时单元电路采用相关二次采样工作模式,采样信号可经后续差分电路除去固定模式噪声,提高传感器的精度。在标准CMOS工艺基础上,应用lift-off工艺对电极进行后续加工,提高其生物测量适应性。并通过封装技术的改进,使芯片适合在电解液环境下工作。在溶液中的模拟生物电学测试验证了芯片的功能。; 朱婷朱大中施朝霞; 关键词：生物传感器阵列细胞电生理信号

基于0.6μm CMOS工艺的pH值传感器集成电路设计和研究被引量：3: 2006年; 介绍了一种基于上华0.6μmCMOS工艺实现的pH值传感器集成电路的设计和研究,它采用标准CMOS工艺提供的Si3N4钝化层作为氢离子敏感层,并以多层浮栅结构的ISFET作为传感单元.信号处理电路由基准电流源、恒流恒压控制电路、输出差分电路等组成,使电路输出信号与pH值的变化量呈线性关系.实测结果表明该电路在溶液pH值从1-13范围内输出电压的平均灵敏度为35.8mV/pH,线性度优于5%.该集成电路实现了pH值传感单元与信号处理电路的单片集成.; 施朝霞朱大中; 关键词：PH值传感器灵敏度集成电路

阵列化LAPS的结构设计及特性研究被引量：2: 2008年; 为了降低阵列化光寻址电位传感器(LAPS Array)非敏感区域的噪声干扰,提出一种新的结构,对非敏感区域进行重掺杂,并在其表面生长厚氧化层。用同样的激光束照射,非敏感区域的光电流比敏感区域降低20dB以上。针对阵列化LAPS的特点,研究了电极位置变化、光源强度变化对测量结果的影响。给出了阵列化LAPS在不同应用中电极位置设置的建议,同时表明用LED作为阵列化LAPS的激励光源是合理的。; 戴春祥孙颖朱大中; 关键词：噪声抑制归一化

Modeling and discussion of threshold voltage for a multi-floating gate FET pH sensor: 2009年; Research into new pH sensors fabricated by the standard CMOS process is currently a hot topic. The new pH sensing multi-floating gate field effect transistor is found to have a very large threshold voltage, which is different from the normal ion-sensitive field effect transistor. After analyzing all the interface layers of the structure, a new sensitive model based on the Gauss theorem and the charge neutrality principle is created in this paper. According to the model, the charge trapped on the multi-floating gate during the process and the thickness of the sensitive layer are the main causes of the large threshold voltage. From this model, it is also found that removing the charge on the multi-floating gate is an effective way to decrease the threshold voltage. The test results for three different standard pH buffer solutions show the correctness of the model and point the way to solve the large threshold problem.; 施朝霞朱大中

集成生物微环境测量CMOS传感芯片研究: 2010年; 基于标准0.6μm CMOS工艺设计实现了单片集成可用于细胞外微环境溶液pH值和温度同时检测的混合信号生物传感芯片。利用多层浮栅结构场效应管作为pH值传感单元,在恒流恒压电路控制下得到与pH值成反比的电压输出。pH敏感器件与参比器件的差模输出方式有效减小了电路和溶液的噪声。pH值在1～13范围内,传感器平均灵敏度为35.5mV/pH,线性度优于3.2%。芯片上还集成了与绝对温度成正比的温度传感器,可实时检测生物微环境溶液的温度变化,在25～100℃范围内,输出线性度优于1.7%,平均灵敏度为8.8mV/℃。此外,构建了传感芯片的原型应用电路,对传感器的输出电压进行软件修正后以温度和pH值形式进行显示,以实现两个参数的实时监测。在25～70℃温度范围内,温度测量偏差在-0.6～+1.1℃以内,pH值的测量偏差≤±0.3pH。该芯片具有一定的可重用性,既可用来研究温度变化对细胞微环境溶液pH值的影响,又可作为IP核兼容集成于相同工艺的其他传感器电路中。; 孙颖朱大中; 关键词：生物传感芯片 PH传感器温度传感器监测系统

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国家自然科学基金(60576050)

文献类型

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机构

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