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前言
第1章 用于直接監(jiān)測(cè)神經(jīng)細(xì)胞對(duì)抑制劑反應(yīng)的AlGaN/GaN傳感器 1
1.1 引言 1
1.2 AlGaN場(chǎng)效應(yīng)傳感器 3
1.3 AlGaN/GaN傳感器的制備與表征 7
1.3.1 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng) 7
1.3.2 傳感器工藝 8
1.3.3 AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性分析 10
1.3.4 器件加工技術(shù)對(duì)表面和傳感器性能的影響 11
1.3.5 傳感器的生物相容性 12
1.4 測(cè)量條件 14
1.4.1 緩沖溶液 14
1.4.2 表征設(shè)置 14
1.4.3 噪聲和漂移 15
1.4.4 基于細(xì)胞的傳感器——CPFET 16
1.4.5 NG 108-15神經(jīng)細(xì)胞系 18
1.4.6 神經(jīng)遞質(zhì)——乙酰膽堿 18
1.4.7 神經(jīng)抑制劑 20
1.4.8 細(xì)胞培養(yǎng)基 20
1.5 與AlGaN/GaN ISFET的細(xì)胞耦合 22
1.5.1 傳感器預(yù)處理 22
1.5.2 傳感器對(duì)有/無(wú)細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)基中pH變化的響應(yīng) 24
1.5.3 AlGaN/GaN ISFET對(duì)離子的敏感性 25
1.5.4 AlGaN/GaN ISFET對(duì)抑制劑的敏感性 26
1.6 細(xì)胞外信號(hào)的記錄 28
1.6.1 對(duì)SCZ緩沖液中單一抑制劑的響應(yīng) 28
1.6.2 對(duì)DMEM中單一抑制劑的響應(yīng) 31
1.6.3 傳感器對(duì)不同神經(jīng)毒素的響應(yīng) 33
1.7 傳感器信號(hào)模擬 35
1.7.1 利用位點(diǎn)結(jié)合模型對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自洽模擬 35
1.7.2 裂隙中離子通量的估計(jì) 38
1.8 總結(jié) 40
致謝 41
參考文獻(xiàn) 41
第2章 寬禁帶半導(dǎo)體生物和氣體傳感器的最新進(jìn)展 47
2.1 引言 47
2.2 氣體傳感 49
2.2.1 氧氣傳感 49
2.2.2 CO2傳感 51
2.2.3 C2H4傳感 53
2.3 傳感器功能化 55
2.4 pH測(cè)量 58
2.5 呼出氣體冷凝物 61
2.6 重金屬檢測(cè) 62
2.7 生物毒素傳感器 67
2.8 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用 70
2.8.1 呼出氣體冷凝物中的pH傳感器 70
2.8.2 葡萄糖傳感 74
2.8.3 前列腺癌檢測(cè) 77
2.8.4 腎損傷分子檢測(cè) 79
2.8.5 乳腺癌 80
2.8.6 乳酸 83
2.8.7 氯離子檢測(cè) 84
2.8.8 壓力傳感器 87
2.8.9 創(chuàng)傷性腦損傷 88
2.9 內(nèi)分泌干擾素暴露水平測(cè)量 90
2.10 無(wú)線傳感器 92
2.11 總結(jié)和結(jié)論 94
致謝 96
參考文獻(xiàn) 96
第3章 氫氣傳感器技術(shù)的進(jìn)展及其在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 108
3.1 引言 108
3.2 基于肖特基二極管的AlGaN/GaN HEMT氫氣傳感器 109
3.2.1 基于肖特基二極管的氫氣傳感器 109
3.2.2 TiB2歐姆接觸 115
3.2.3 濕度對(duì)氫氣傳感器的影響 115
3.2.4 差分傳感器 117
3.3 GaN肖特基二極管傳感器 120
3.3.1 N極和Ga極的比較 120
3.3.2 W/Pt接觸GaN肖特基二極管 124
3.4 納米結(jié)構(gòu)寬帶隙材料 125
3.4.1 基于ZnO納米棒的氫氣傳感器 126
3.4.2 GaN納米線 130
3.4.3 InN納米帶 131
3.4.4 單根ZnO納米線 132
3.5 SiC肖特基二極管氫氣傳感器 134
3.6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā) 135
3.6.1 傳感器模塊 135
3.6.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 137
3.7 總結(jié) 139
致謝 140
參考文獻(xiàn) 140
第4章 氮化銦基化學(xué)傳感器 148
4.1 引言 148
4.2 InN的表面特性 149
4.2.1 電子特性 149
4.2.2 化學(xué)敏感的特性 150
4.3 InN基化學(xué)傳感器的開(kāi)發(fā) 150
4.3.1 離子選擇電極 150
4.3.2 離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管 153
4.4 總結(jié) 163
致謝 163
參考文獻(xiàn) 163
第5章 氧化鋅薄膜及納米線傳感器的應(yīng)用 166
5.1 引言 166
5.2 ZnO的基本特性 166
5.3 ZnO摻雜 168
5.4 離子注入 171
5.5 ZnO的刻蝕 172
5.6 歐 姆 接 觸 174
5.7 肖特基接觸 177
5.8 氫在ZnO中的性質(zhì) 181
5.8.1 質(zhì)子注入 181
5.8.2 氫等離子體接觸 185
5.9 ZnO中的鐵磁性 188
5.9.1 半導(dǎo)體中的鐵磁性 189
5.9.2 ZnO的自旋極化 191
5.9.3 納米棒 196
5.9.4 Mn和Cu共注入體型ZnO的特性 198
5.10 氧化鋅薄膜氣體傳感器 200
5.10.1 乙烯傳感技術(shù) 200
5.10.2 CO傳感技術(shù) 202
5.11 ZnO納米棒的傳輸 205
5.12 ZnO納米線肖特基二極管 208
5.13 ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管 210
5.14 紫外納米線光電探測(cè)器 213
5.15 氣體和化學(xué)傳感器 215
5.15.1 ZnO納米線的氫氣傳感 216
5.15.2 臭氧傳感 220
5.15.3 pH響應(yīng) 221
5.16 生物傳感 225
5.16.1 ZnO的表面修飾 225
5.16.2 利用蛋白質(zhì)固定化技術(shù)進(jìn)行單個(gè)病毒的超靈敏檢測(cè) 226
5.16.3 核酸在納米線上的固定化用于基因和mRNA的生物傳感器 227
5.16.4 直接固定化適配體用于蛋白質(zhì)和藥物分子的超靈敏檢測(cè) 227
5.16.5 不同摻雜和表面化學(xué)末端的ZnO納米線 228
5.16.6 生物傳感器的三維自洽模擬器 229
5.17 總結(jié) 230
致謝 232
參考文獻(xiàn) 232
第6章 基于生物親和傳感器的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管 241
6.1 引言 241
6.2 BioFET器件的工作模式 243
6.2.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的操作 244
6.2.2 氧化物表面與電解質(zhì) 247
6.2.3 氧化物表面的分子 250
6.2.4 膜模型和泊松-玻爾茲曼分析 252
6.2.5 小信號(hào)分析和靈敏度 254
6.2.6 BioFET的大信號(hào)模型 259
6.2.7 一維模型的局限性 259
6.2.8 不同測(cè)量的比較 261
6.2.9 BioFET的三維模擬 262
6.3 BioFET的阻抗測(cè)量 263
6.3.1 ISFET、REFET和第一代生物膜的阻抗 264
6.3.2 膜傳感器 268
6.3.3 DNA雜交檢測(cè) 270
6.4 MOS納米線BioFET 272
6.4.1 基于硅納米線的生物親和傳感技術(shù) 272
6.4.2 基于VLS方法生長(zhǎng)的硅納米線 275
6.4.3 平面MOS納米線——無(wú)柵極 276
6.4.4 背柵平面?zhèn)鞲衅?278
6.4.5 消除氧化層 280
6.4.6 替代納米線制造方法 281
6.4.7 納米線電氣模型 282
6.4.8 擴(kuò)散導(dǎo)致的緩慢響應(yīng) 288
6.4.9 總結(jié) 289
參考文獻(xiàn) 290
第7章 基于MEMS的光學(xué)化學(xué)傳感器 297
7.1 引言 297
7.1.1 MEMS概述 297
7.1.2 MEMS制造 298
7.1.3 程序概要 300
7.2 光學(xué)傳感原理 300
7.3 MEMS基傅里葉變換光譜用于化學(xué)傳感 302
7.3.1 分子中的量子態(tài) 302
7.3.2 光學(xué)光譜法 303
7.3.3 傅里葉變換光譜法 304
7.3.4 傅里葉變換紅外光譜法 304
7.3.5 MEMS FTIR 305
7.3.6 總結(jié) 320
7.4 干涉式MEMS化學(xué)和生化傳感器 321
7.4.1 引言 321
7.4.2 集成光學(xué)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x傳感器 322
7.4.3 復(fù)合波導(dǎo)偏振干涉儀傳感器 325
7.4.4 集成光學(xué)楊氏干涉儀傳感器 327
7.4.5 集成光學(xué)法布里-珀羅干涉儀傳感器 333
7.4.6 總結(jié) 334
參考文獻(xiàn) 334
后記 338