马逸晨 李国鑫

（上海电力大学 上海市 201306）

随着微电子学的不断发展，人们对场效应晶体管的研究也不断深入。1970年P.Bergveld 将MOSFET 去掉金属栅极，使绝缘体直接与电解质接触，得到的源漏电流与电解质离子浓度呈线性关系，从此揭开了离子敏感场效应晶体管的研究（离子敏感场效应晶体管）[1]。目前该器件已经广泛应用于pH 传感器、生物医疗、环境监测等多个研究领域[2]。离子敏感场效应晶体管的快速发展归功于他的尺寸小、灵敏度高，并且具有良好的CMOS 工艺兼容性，可简化生产工艺的同时提高产量[3]。这使得离子敏感场效应晶体管有成为高精度、高灵敏度离子传感器的潜力。尽管如此，离子敏感场效应晶体管仍有一些限制和功能需要完善。例如，人们会追求更高的灵敏度、更低的检测下限，但是受能斯特极限的影响，离子敏感场效应晶体管的灵敏度被限制在59.16mV/pH[4]。

本文在研究离子敏感场效应晶体管的结构、原理的基础上提出了一种新的研究方法。该方法需要在传统离子敏感场效应晶体管的硅衬底下方加一层埋氧化层，然后加上对应金属栅极（背栅），通过分析不同pH 值下背栅电压和源漏电流之间的I-V 特性来研究器件的灵敏度。

1 离子敏感场效应晶体管简介

离子敏感场效应晶体管是电极制造技术与固态微电子学相结合的产物，具有和MOSFET 相类似的结构。不同的是，MOSFET 采用金属导电介质作为栅极材料，而离子敏感场效应晶体管则采用待测溶液作为栅极。……