Fabrication d’un transistor monobloc à base d’oxyde d’indium-d’étain à solution fermée permettant une biodétection sensible

Résumé

Ce protocole décrit la fabrication d’un transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET) monobloc à base d’oxyde d’indium-d’étain (ITO), qui peut être construit comme une sonde FET à solution dépendante (par exemple, une sonde de pH) à l’aide d’un processus court et simple (environ une demi-journée). Cet ITO-ISFET monobloc peut également être appliqué à la biodétection.

Résumé

Une méthode simple et rapide de fabrication d’un transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET) (ITO-ISFET) monobloc à base d’oxyde d’indium-d’étain (ITO-ISFET) pour la biodétection est présentée dans ce rapport. Bien que l’ITO soit un oxyde conducteur, il présente des propriétés semi-conductrices à une épaisseur de couche d’appauvrissement d’environ 20 nm ou moins, ce qui le rend approprié comme canal d’un ISFET sensible au pH. Plus précisément, en gravant la partie centrale d’un film mince unique ITO conducteur avec une solution acide pour le rendre ultramince, un ITO-ISFET monobloc avec un canal semi-conducteur peut être fabriqué. La source, les électrodes de vidange et le canal sont entièrement intégrés sans aucune interface. La surface du canal ITO est ensuite trempée dans des solutions d’échantillon à l’aide d’une électrode de référence, ce qui lui permet de fonctionner comme un ISFET à solution dépendante. Ainsi, l’ITO-ISFET monobloc peut être fabriqué simplement et rapidement en utilisant uniquement la pulvérisation pulvérisée suivie d’une gravure par une technique de photolithographie, la solution de l’échantillon servant commodément de porte.

Introduction

Un transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET) a été proposé pour détecter les ions dans les environnements biologiques¹. Dans ce dispositif, une solution électrolytique induit le potentiel interfacial entre la solution et l’isolant de grille au lieu d’une grille métallique dans un transistor à oxyde métallique-semi-conducteur (MOS), même s’il est essentiel d’utiliser une électrode de référence dans la solution. Un isolant de grille est principalement composé de membranes d’oxyde ou de nitrure telles que Ta₂O₅, Al₂O₃, SiO₂ et Si₃N₄ ; par conséquent, les group....

Protocole

Les réactifs et l’équipement utilisés dans cette étude sont énumérés dans la table des matériaux.

1. Fabrication d’ITO-ISFET monobloc (Figure 1A)

1. Structuration de l’OFPR-800
   1. Laver le substrat en verre (12 mm × 24 mm) par sonication dans de l’acétone, du méthanol et de l’eau pendant 5 minutes chacun. Ensuite, séchez le support à l’aide d’un souffleur de gaz N2, puis faites-le cuire à 110 °C sur une plaque chauffante pendant plus de 5 minutes pour sécher complètement le support.
   2. Appliquez une couc....

Résultats

La figure 2A montre la variation de courant (I_DS0) mesurée lors de la gravure. I_DS0 est resté presque constant environ 800 s après le début de la gravure. Avec d’autres gravures, I_DS0 a commencé à diminuer rapidement. Cela indique que l’épaisseur du film ITO a diminué, ce qui se rapprochait de l’épaisseur de la couche d’appauvrissement dans le film ITO¹⁹ ; Ainsi, les électrons, en tant que porteurs, ont comme.......

Discussion

Selon le protocole ci-dessus, l’ITO-ISFET monobloc peut être fabriqué en tant que capteur FET à solution fermée (par exemple, une sonde de pH) par un processus court et simple (environ une demi-journée). L’ITO présente des propriétés semi-conductrices à une épaisseur de couche d’appauvrissement d’environ 20 nm ou moins, ce qui le rend approprié comme canal d’un ISFET sensible au pH.

En gravant la partie centrale d’un film mince unique ITO conducteur avec une s.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
1M HCl	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	083-01095
2-propanol	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	166-04831
Acétone	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	019-00353
Fil Ag	La société Nilaco	AG-401385
Agar-agar	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	010-15815
Étalon de solution tampon (solution étalon de pH de phosphate) pH6,86 (25 degrés C)	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	025-03195
Solution tampon étalon (solution étalon de phtalate de pH) pH4,01 (25 degrés C)	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	028-03185
Étalon de solution tampon (solution étalon de pH de tétraborate) pH 9,18 (25 degrés C)	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	028-03205
Ruban de carbone	Nisshin-EM	7321
Analyseur électrochimique	BAS Instrument	618 E
Masque de film	UnnoGiken Co., Ltd.		sur mesure
Plaque chauffante	En tant que One Corp.	ND-1
Méthanol	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	137-01823
Verre de protection micro	Matsunami Glass Ind., Ltd	12&fois ; 24 N° 5	pour substrat en verre
Micropipette	Eppendorf SE	3123000055
NMD-3	Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.	NMD-3
OFPR-800	Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.	OFPR-800
Solution étalon de pH phosphaté	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	166-17445
Machine de photolithographie	Neutronix Quintel	PhL Q-2001CT
Pottasium Chrolide	FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.	163-03545
Analyseur de paramètres de dispositifs à semi-conducteurs	Visée	B1500A	Softwere Verion : Rev 5 et 6
Dispositif à semi-conducteurs Analyseur de paramètres Unités de mesure de source	Visée	Réf. B1517A	pour source, drain et portail  ;   ;
Dispositif d’essai d’analyseur de paramètres de dispositif à semi-conducteur	Visée	B1500A Opt A5F
Joint torique en silicone	MasuokaTokyo Co., Ltd.	P-5
Épandeur de centrifugation	MIKASA Co., Ltd	MS-A100
Machine à pulvériser	ULVAC Inc.		sur mesure
SU-8 3005	Nippon Kayaku Co., Ltd.	SU8-3005
Développeur SU-8	Nippon Kayaku Co., Ltd.	Développeur SU-8
Bain à ultrasons	SND Co., Ltd.	US-102
Interféromètre à lumière blanche	KEYENCE Corp.	VK-X3000