本书是一本全面深入探讨半导体传感器在气体、化学和生物医学领域应用的书籍。它从基本原理和不同类型传感器的工作机制讲起，覆盖了金属氧化物半导体传感器和场效应晶体管传感器等类型，并详细讨论了这些传感器在氧气、一氧化碳、甲烷检测，环境监测，食品安全，以及医疗诊断和生物分子检测中的应用。书中还介绍了传感器技术的最新进展，如小型化、集成化和智能化，并提供了丰富的实际应用案例，旨在为学者、研究人员和工程师在理论知识与实践应用之间搭建桥梁。

更多科学出版社服务，请扫码获取。

2006.09-2010.06 长春工业大学 高分子材料科学与工程 本科生/学士 2011.09-2014.06 长春工业大学 高分子化学与物理 研究生/硕士 2014.09-2017.06 吉林大学 微电子学与固体电子学 研究生/博士2017.07-2019.07 西安电子科技大学 博士后 2019.07-2020.07 西安电子科技大学 讲师 2020.01-2021.12 德国于利希研究所 访问学者 2020.07-至今 西安电子科技大学 副教授微电子学与固体电子学/气体传感器担任学术杂志《Chemosensor》特刊“Functionalized Material-Based Gas Sensing”编辑

目录
作者
贡献者名单
前言
第1章 用于直接监测神经细胞对抑制剂反应的AlGaN/GaN传感器 1
1.1 引言 1
1.2 AlGaN场效应传感器 3
1.3 AlGaN/GaN传感器的制备与表征 7
1.3.1 异质结构的生长 7
1.3.2 传感器工艺 8
1.3.3 AlGaN/GaN异质结构的电学特性分析 10
1.3.4 器件加工技术对表面和传感器性能的影响 11
1.3.5 传感器的生物相容性 12
1.4 测量条件 14
1.4.1 缓冲溶液 14
1.4.2 表征设置 14
1.4.3 噪声和漂移 15
1.4.4 基于细胞的传感器——CPFET 16
1.4.5 NG 108-15神经细胞系 18
1.4.6 神经递质——乙酰胆碱 18
1.4.7 神经抑制剂 20
1.4.8 细胞培养基 20
1.5 与AlGaN/GaN ISFET的细胞耦合 22
1.5.1 传感器预处理 22
1.5.2 传感器对有/无细胞的细胞培养基中pH变化的响应 24
1.5.3 AlGaN/GaN ISFET对离子的敏感性 25
1.5.4 AlGaN/GaN ISFET对抑制剂的敏感性 26
1.6 细胞外信号的记录 28
1.6.1 对SCZ缓冲液中单一抑制剂的响应 28
1.6.2 对DMEM中单一抑制剂的响应 31
1.6.3 传感器对不同神经毒素的响应 33
1.7 传感器信号模拟 35
1.7.1 利用位点结合模型对异质结构进行自洽模拟 35
1.7.2 裂隙中离子通量的估计 38
1.8 总结 40
致谢 41
参考文献 41
第2章 宽禁带半导体生物和气体传感器的最新进展 47
2.1 引言 47
2.2 气体传感 49
2.2.1 氧气传感 49
2.2.2 CO2传感 51
2.2.3 C2H4传感 53
2.3 传感器功能化 55
2.4 pH测量 58
2.5 呼出气体冷凝物 61
2.6 重金属检测 62
2.7 生物毒素传感器 67
2.8 生物医学应用 70
2.8.1 呼出气体冷凝物中的pH传感器 70
2.8.2 葡萄糖传感 74
2.8.3 前列腺癌检测 77
2.8.4 肾损伤分子检测 79
2.8.5 乳腺癌 80
2.8.6 乳酸 83
2.8.7 氯离子检测 84
2.8.8 压力传感器 87
2.8.9 创伤性脑损伤 88
2.9 内分泌干扰素暴露水平测量 90
2.10 无线传感器 92
2.11 总结和结论 94
致谢 96
参考文献 96
第3章 氢气传感器技术的进展及其在无线传感器网络中的应用 108
3.1 引言 108
3.2 基于肖特基二极管的AlGaN/GaN HEMT氢气传感器 109
3.2.1 基于肖特基二极管的氢气传感器 109
3.2.2 TiB2欧姆接触 115
3.2.3 湿度对氢气传感器的影响 115
3.2.4 差分传感器 117
3.3 GaN肖特基二极管传感器 120
3.3.1 N极和Ga极的比较 120
3.3.2 W/Pt接触GaN肖特基二极管 124
3.4 纳米结构宽带隙材料 125
3.4.1 基于ZnO纳米棒的氢气传感器 126
3.4.2 GaN纳米线 130
3.4.3 InN纳米带 131
3.4.4 单根ZnO纳米线 132
3.5 SiC肖特基二极管氢气传感器 134
3.6 无线传感器网络的开发 135
3.6.1 传感器模块 135
3.6.2 现场测试 137
3.7 总结 139
致谢 140
参考文献 140
第4章 氮化铟基化学传感器 148
4.1 引言 148
4.2 InN的表面特性 149
4.2.1 电子特性 149
4.2.2 化学敏感的特性 150
4.3 InN基化学传感器的开发 150
4.3.1 离子选择电极 150
4.3.2 离子敏感场效应晶体管 153
4.4 总结 163
致谢 163
参考文献 163
第5章 氧化锌薄膜及纳米线传感器的应用 166
5.1 引言 166
5.2 ZnO的基本特性 166
5.3 ZnO掺杂 168
5.4 离子注入 171
5.5 ZnO的刻蚀 172
5.6 欧 姆 接 触 174
5.7 肖特基接触 177
5.8 氢在ZnO中的性质 181
5.8.1 质子注入 181
5.8.2 氢等离子体接触 185
5.9 ZnO中的铁磁性 188
5.9.1 半导体中的铁磁性 189
5.9.2 ZnO的自旋极化 191
5.9.3 纳米棒 196
5.9.4 Mn和Cu共注入体型ZnO的特性 198
5.10 氧化锌薄膜气体传感器 200
5.10.1 乙烯传感技术 200
5.10.2 CO传感技术 202
5.11 ZnO纳米棒的传输 205
5.12 ZnO纳米线肖特基二极管 208
5.13 ZnO纳米线场效应晶体管 210
5.14 紫外纳米线光电探测器 213
5.15 气体和化学传感器 215
5.15.1 ZnO纳米线的氢气传感 216
5.15.2 臭氧传感 220
5.15.3 pH响应 221
5.16 生物传感 225
5.16.1 ZnO的表面修饰 225
5.16.2 利用蛋白质固定化技术进行单个病毒的超灵敏检测 226
5.16.3 核酸在纳米线上的固定化用于基因和mRNA的生物传感器 227
5.16.4 直接固定化适配体用于蛋白质和药物分子的超灵敏检测 227
5.16.5 不同掺杂和表面化学末端的ZnO纳米线 228
5.16.6 生物传感器的三维自洽模拟器 229
5.17 总结 230
致谢 232
参考文献 232
第6章 基于生物亲和传感器的MOS场效应晶体管 241
6.1 引言 241
6.2 BioFET器件的工作模式 243
6.2.1 场效应晶体管的操作 244
6.2.2 氧化物表面与电解质 247
6.2.3 氧化物表面的分子 250
6.2.4 膜模型和泊松-玻尔兹曼分析 252
6.2.5 小信号分析和灵敏度 254
6.2.6 BioFET的大信号模型 259
6.2.7 一维模型的局限性 259
6.2.8 不同测量的比较 261
6.2.9 BioFET的三维模拟 262
6.3 BioFET的阻抗测量 263
6.3.1 ISFET、REFET和第一代生物膜的阻抗 264
6.3.2 膜传感器 268
6.3.3 DNA杂交检测 270
6.4 MOS纳米线BioFET 272
6.4.1 基于硅纳米线的生物亲和传感技术 272
6.4.2 基于VLS方法生长的硅纳米线 275
6.4.3 平面MOS纳米线——无栅极 276
6.4.4 背栅平面传感器 278
6.4.5 消除氧化层 280
6.4.6 替代纳米线制造方法 281
6.4.7 纳米线电气模型 282
6.4.8 扩散导致的缓慢响应 288
6.4.9 总结 289
参考文献 290
第7章 基于MEMS的光学化学传感器 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 光学传感原理 300
7.3 MEMS基傅里叶变换光谱用于化学传感 302
7.3.1 分子中的量子态 302
7.3.2 光学光谱法 303
7.3.3 傅里叶变换光谱法 304
7.3.4 傅里叶变换红外光谱法 304
7.3.5 MEMS FTIR 305
7.3.6 总结 320
7.4 干涉式MEMS化学和生化传感器 321
7.4.1 引言 321
7.4.2 集成光学马赫-曾德尔干涉仪传感器 322
7.4.3 复合波导偏振干涉仪传感器 325
7.4.4 集成光学杨氏干涉仪传感器 327
7.4.5 集成光学法布里-珀罗干涉仪传感器 333
7.4.6 总结 334
参考文献 334
后记 338