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ISFET的pH传感器设计开题报告

时间:2019-09-27 19:47来源:毕业论文
一、课题综述及研究意义综述:pH值传感器在医疗诊断、环境污染监测等各个方面用途非常广泛,在当前集成电路技术和生命科学交叉融合的发展下。pH值传感器的研制趋向于微型化、集

一、课题综述研究意义综述:pH值传感器在医疗诊断、环境污染监测等各个方面用途非常广泛,在当前集成电路技术和生命科学交叉融合的发展下。pH值传感器的研制趋向于微型化、集成化及智能化,将pH值传感器的探测单元与信号处理电路集成于同一芯片上具有体积小,低功耗和便于与其他传感器兼容集成化。39652
 pH值传感器由最初的离子敏感电极发展到与微电子技术相结合后采用的离子敏场效应晶体管(ISFET)结构,它的敏感机理都是由于电化学表面反应在电解质和敏感膜界面处形成与PH值呈线性变化的见面电势效应,ISFET是采用对H+ 敏感的膜代替MOS管的多晶硅栅极,界面电势可以对ISFET沟道电导起调制作用,进而影响ISFET的阈值电压,阈值电压变化与pH值成线性关系。
意义:ISFET可以用来测量离子选择性电极(ISE)所不能测量的生物体中存在的微量离子或者微小区域,所以ISFET在许多领域都有应用价值,比如生物医学、化学工程、环境保护、食品检测、土壤水文以及家庭生活等,尤其是在生物医学领域,它不仅应用广泛,而且还具有很强的生命力。 在医学方面的意义是可以以对生物体体液(包括血液、汗液、尿液等)中无机离子的检测,生理学与临床医学的主要检测对象是人或者动物的体液,体液中某些无机离子的微量变化都可能与身体里某个器官的病变有关。论文网
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二、课题拟采取的研究方法和技术路线
本设计针对以往pH值检测方法的缺点,参考各类化学传感器的优点,提出了一种比较新的测量方法,既是离子敏场效应晶体管(ISFET)化学传感器法。这个测量方法和一般方法相比,具有操作起来比较简单、监测速率很快、准确度很高等特点。本论文先从ISFET器件的基本结构着手,再从化学的角度分析ISFET的工作原理,从而推出氢离子的活度和界面电势的关系表达式,从其中得到了pH- ISFET化学传感器的线性响应范围和灵敏度的影响因素。在针对ISFET特性分析上,先通过ISFET和MOSFET 之间的比较,得到它们之间很相似,再根据MOSFET的电压电流特性,从而推导出了ISFET的电流电压等特性方程,并利用通用电路模拟程序(SPICE)在其内部MOSFET模型的基础上对pH-ISFET器件和含ISFET器件的电路进行模拟,从而建立描述ISFET电学特性的SPICE模型,并利用软件对其进行仿真验证,从仿真的结果中可以得到ISFET电学特性的SPICE模型能够很好的反映ISFET的电流、电压等特性。在对pH传感器测量的常用几种方法进行比较之后,可以知道电流法比较好,所以最终还是选择电流法设计pH-ISFET传感器,并设计了信号调理电路。
三、主要参考文献
[1]赵岩.ISFET生物传感器电流模式读出电路的研究[D].湖南大学硕士学位论文,2009.
[2] 李向阳.电化学修饰铱和碳纤维制备超微pH传感器的研究[D].西安理工大学硕士学位论文,2007.
[3]王刚,万其进,叶永康.pH化学传感器的进展[J].分析科学学报,1999,03:71-76.
[4]孟瑜.基于倏逝波吸收的光纤pH传感器[D].吉林大学硕士学位论文,2009.
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[6]马娟.纳米粒子薄膜生长机制及光纤SERS-pH传感器的研究[D].湖南大学硕士学位论文,2010.
[7]薛丽娜.二氧化硅荧光纳米pH传感器的研制及其在生物学中的应用[D].吉林大学硕士学位论文,2011.
[8]杨振.pH-ISFET生物传感器集成化设计的研究[D].湖南大学硕士学位论文,2005.
[9]薛丽娜,王娟娟,费强,冯国栋,郑健,郇延富.光纤pH传感器用荧光探针分子研究近况[J].分析仪器,2010,05:11-17.
[10]金妍,陈淼,金庆辉,赵建龙.酸性环境中基于Ta_2O_5的场效应管pH传感器的研究[J].传感器与微系统,2014,01:26-30+34. ISFET的pH传感器设计开题报告:http://www.lwfree.cn/kaiti/20190927/40031.html
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