Artykuł metodologiczny

Wytwarzanie jednoczęściowego tranzystora na bazie tlenku indu i cyny z bramką rozpuszczającą, umożliwiającego czułą biodetekcję

DOI:

10.3791/68755

⸱

29 sierpnia 2025

 , 
1Department of Materials Engineering, School of Engineering, The University of Tokyo

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół ten opisuje wytwarzanie jednoczęściowego tranzystora polowego (ISFET) na bazie tlenku indu i cyny (ITO), który może być skonstruowany jako czujnik FET bramkowany roztworem (np. czujnik pH) przy użyciu krótkiego i prostego procesu (około pół dnia). Ten jednoczęściowy tranzystor ITO-ISFET może być również stosowany do biodetekcji.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W niniejszym raporcie przedstawiono prostą i szybką metodę wytwarzania jednoczęściowego tranzystora polowego (ISFET) (ITO-ISFET) na bazie jonowego tranzystora polowego (ITO-ISFET) na bazie tlenku indu i cyny (ITO) do biodetekcji. Chociaż ITO jest tlenkiem przewodzącym, wykazuje właściwości półprzewodnikowe przy grubości warstwy zubożającej około 20 nm lub mniejszej, dzięki czemu nadaje się jako kanał wrażliwego na pH ISFET bramkowanego roztworem. W szczególności, poprzez wytrawianie środkowej części przewodzącej pojedynczej cienkiej warstwy ITO kwaśnym roztworem, aby była ultracienka, można wytworzyć jednoczęściowy tranzystor ITO-ISFET z kanałem półprzewodnikowym. Źródło, elektrody drenujące i kanał są w pełni zintegrowane bez żadnych interfejsów. Powierzchnia kanału ITO jest następnie zanurzana w roztworach próbek za pomocą elektrody referencyjnej, dzięki czemu może ona funkcjonować jako ISFET bramkowany roztworem. W ten sposób jednoczęściowy tranzystor ITO-ISFET można łatwo i szybko wyprodukować, używając jedynie rozpylania, a następnie wytrawiania za pomocą techniki fotolitografii, przy czym roztwór próbki może wygodnie służyć jako bramka.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zaproponowano bramkowany roztworem jonowy wrażliwy na efekty polowe tranzystor (ISFET) do wykrywania jonów w środowiskach biologicznych1. W tym urządzeniu roztwór elektrolitu indukuje potencjał międzyfazowy między roztworem a izolatorem bramki zamiast metalowej bramki w tranzystorze metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowym (MOS), mimo że w roztworze konieczne jest użycie elektrody referencyjnej. Izolator bramkowy składa się głównie z membran tlenkowych lub azotkowych, takich jak Ta2O5, Al2O3, SiO2 i Si3N4; w związku z tym grupy hydroksylowe na powierzchni tlenku lub azotku ....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Odczynniki i sprzęt używany w tym badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.

1. Wykonanie jednoczęściowego tranzystora ITO-ISFET (rys. 1A)

  1. Wzór OFPR-800
    1. Szklane podłoże (12 mm × 24 mm) myć sonikacją w acetonie, metanolu i wodzie przez 5 minut każde. Następnie wysuszyć podłoże za pomocą dmuchawy gazowej N2, a następnie wypalić je w temperaturze 110 °C na gorącej płycie przez ponad 5 minut, aby całkowicie wysuszyć podłoże.
    2. Szklane podłoże należy obrócić warstwą OFPR-800 przy 500 obr./min przez 5 s i 3000 obr./min przez 30 s. Spraw....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 2A przedstawia zmianę prądu (IDS0) mierzoną podczas trawienia. IDS0 pozostawał prawie stały około 800 s po rozpoczęciu trawienia. Wraz z dalszym trawieniem IDS0 zaczął gwałtownie spadać. Wskazuje to, że zmniejszyła się grubość warstwy ITO, która zbliżała się do grubości warstwy zubożonej w folii ITO19; W ten sposób elektrony jako nośniki zaczęły być oddziaływane w kanale przez potencjał powierzchniowy.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zgodnie z powyższym protokołem, jednoczęściowy tranzystor ITO-ISFET może być wytwarzany jako czujnik FET bramkowany roztworem (np. czujnik pH) w krótkim i prostym procesie (około pół dnia). ITO wykazuje właściwości półprzewodnikowe przy grubości warstwy zubożającej około 20 nm lub mniejszej, dzięki czemu nadaje się jako kanał ISFET bramkowanego roztworem wrażliwego na pH.

Poprzez wytrawianie środkowej części przewodzącej pojedynczej cienkiej warstwy ITO kwaśnym roztworem, aby była ultracienka,.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają do zadeklarowania żadnego konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Badania te były wspierane przez MERIT, program WINGS i Uniwersytet Tokijski.

....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
1 mln HClFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.083-01095
2-propanolFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.166-04831
AcetonFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.019-00353
Drut AgKorporacja Nilaco.AG-401385 powiedział:
AgarFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.010-15815
Wzorzec roztworu buforowego (fosforan Wzorzec pH Równomolowy roztwór) pH 6,86 (25 stopni C)FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.025-03195
Roztwór buforowy wzorcowy (roztwór wzorcowy pH ftalanów) pH 4,01 (25 stopni C)FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.028-03185
Wzorzec roztworu buforowego (tetraboranowy roztwór wzorcowy pH) pH 9,18 (25 stopni C)FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.028-03205
Taśma węglowaNisshin-EM7321
Analizator elektrochemicznyBAS Instrument618 E
Maska filmowaUnnoGiken Co., Sp. z o.o.Zamówienie
Płyta grzejnaJako One Corp.ND-1
MetanolFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.137-01823
Szkło z mikro pokrywąMatsunami Glass Ind., Sp. z o.o.12 razy; 24 Nr 5do podłoża szklanego
MikropipetaEppendorf SE3123000055
NMD-3Tokio Ohka Kogyo Co., Sp. z o.o.NMD-3
OFPR-800Tokio Ohka Kogyo Co., Sp. z o.o.OFPR-800
Roztwór wzorcowy pH fosforanówFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.166-17445
Maszyna do fotolitografiiKwintel neutroniksowyPhL Q-2001CT
Pottasium ChrolideFUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.163-03545
Analizator parametrów urządzeń półprzewodnikowychWgląd w daneZobacz materiał B1500AWersja software: Rev 5 i 6
Analizator parametrów urządzeń półprzewodnikowych Źródłowe jednostki miaryWgląd w daneZobacz materiał B1517Ado źródła, odpływu i zasuwy   
Osprzęt testowy analizatora parametrów urządzenia półprzewodnikowegoWgląd w daneB1500A Opcja A5F
Silikonowy O-ringMasuokaTokyo Co., Sp. z o.o.Zobacz materiał P-5
Powlekarka wirowaMIKASA Co., Sp. z o.o.Klasa MS-A100
Maszyna do rozpylaniaULVAC Sp. z o.o.Zamówienie
SU-8 3005Nippon Kayaku Co., Sp. z o.o.SU8-3005 powiedział:
Deweloper SU-8Nippon Kayaku Co., Sp. z o.o.Deweloper SU-8
Kąpiel ultradźwiękowaSND Co., Sp. z o.o.US-102 (wersja angielska)
Interferometr światła białegoKEYENCE Corp.VK-X3000

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

tranzystor z bramk w roztworzepolowy tranzystor z efektem polowym czu y na jonyurz dzenie do biosensoringupomiar pHtechnika fotolitografiiosadzanie metod rozpylaniatrawienie kana uelektroda odniesienianachylenie podprogowego

Powiązane artykuły