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光寻址电位传感器新结构的研究

戴春祥

   光寻址电位传感器(Light-Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)由于具有灵敏度高、电位稳定性好、响应快、制作简单、“光可寻址”等多种优点,所以一经提出就很快引起了各国研究人员的广泛研究。 本文首先将从LAPS理论方面的研究、LAPS器件结构的研究、LAPS的集成化发展、阵列化LAPS的研究、LAPS测试方法的研究等方面阐述LAPS的研究现状,对LAPS的发展有一个总体的认识。 接着本文将主要从敏感膜/电解质溶液的固-液界面电势理论、半导体的光学特性、半导体的表面电场效应等方面较为详细地介绍LAPS的工作原理,同时本文还将对EIS型LAPS的等效电路模型进行总结分析,并将着重分析光电流的组成。 在器件设计中,本文将提出一种新结构阵列化LAPS芯片。由于阵列化LAPS一般采用LED阵列作为激励光源,而LED的发散角较大,所以在实际应用中难以避免有部分光线会照射在各敏感区域之间的非敏感区域上。此处产生的信号将作为一种噪声被引入,减小这种噪声的影响是阵列化LAPS设计和应用中必须考虑的问题。现有文献中,主要是通过在非敏感区域覆盖诸如聚酰亚胺、光刻胶等某种介质层或生长厚氧化层来解决此问题,但是它们都存在着一定的局限性。本文提出的新结构阵列化LAPS芯片,在制造过程中对芯片的非敏感区域进行重掺杂,同时在其表面生长厚氧化层,用双重措施抑制非敏感区域引入的噪声。实验中用直径只有几十微米的激光束分别正面照射芯片的敏感区域和非敏感区域,然后比较两者特性曲线斜率最大值点对应的光电流。结果显示非敏感区域的光电流大小不到敏感区域的-20dB,体现出了较好的噪声抑制性能。 此外本文还将对LAPS的一些特性进行研究,包括电极位置变化、光源强度变化、氧化层厚度变化、光源调制频率变化等对测量结果的影响。通过分析上述各种因素对LAPS测量结果的影响,给出了优化LAPS设计的一些建议。……   
[关键词]:光寻址电位传感器;阵列化LAPS;特性曲线;敏感膜/电解质溶液界面;等效电路模型;工艺流程;归一化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2008年
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