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Article de méthode

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

1K vues

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DOI :

10.3791/68755

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29 août 2025

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Dans cet article

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....

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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....

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Résultats

La figure 2A montre la variation de courant (IDS0) mesurée lors de la gravure. IDS0 est resté presque constant environ 800 s après le début de la gravure. Avec d’autres gravures, IDS0 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.......

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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.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Remerciements

Cette recherche a été soutenue par MERIT, le programme WINGS et l’Université de Tokyo.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
1M HClFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.083-01095
2-propanolFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.166-04831
AcétoneFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.019-00353
Fil AgLa société NilacoAG-401385
Agar-agarFUJIFILM 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 carboneNisshin-EM7321
Analyseur électrochimiqueBAS Instrument618 E
Masque de filmUnnoGiken Co., Ltd.sur mesure
Plaque chauffanteEn tant que One Corp.ND-1
MéthanolFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.137-01823
Verre de protection microMatsunami Glass Ind., Ltd12&fois ; 24 N° 5pour substrat en verre
MicropipetteEppendorf SE3123000055
NMD-3Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.NMD-3
OFPR-800Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.OFPR-800
Solution étalon de pH phosphatéFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.166-17445
Machine de photolithographieNeutronix QuintelPhL Q-2001CT
Pottasium ChrolideFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.163-03545
Analyseur de paramètres de dispositifs à semi-conducteursViséeB1500ASoftwere Verion : Rev 5 et 6
Dispositif à semi-conducteurs Analyseur de paramètres Unités de mesure de sourceViséeRéf. B1517Apour source, drain et portail  ;   ;
Dispositif d’essai d’analyseur de paramètres de dispositif à semi-conducteurViséeB1500A Opt A5F
Joint torique en siliconeMasuokaTokyo Co., Ltd.P-5
Épandeur de centrifugationMIKASA Co., LtdMS-A100
Machine à pulvériserULVAC Inc.sur mesure
SU-8 3005Nippon Kayaku Co., Ltd.SU8-3005
Développeur SU-8Nippon Kayaku Co., Ltd.Développeur SU-8
Bain à ultrasonsSND Co., Ltd.US-102
Interféromètre à lumière blancheKEYENCE Corp.VK-X3000

Références

  1. Sakata, T. Biologically coupled gate field-effect transistors meet in vitro diagnostics. ACS Omega. 4 (7), 11852-11862 (2019).
  2. Matsuo, T., Wise, K. D. An integrated field-effect electrode for biopotential recording. IEEE Trans Biomed Eng. BME-21

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Réimpressions et autorisations

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