硅纳米线生物传感器读出电路研究

发布时间：2021-11-20 15:21

　　现阶段,基于硅加工工艺制作的传感器在生物及医学领域的应用越来越广泛。由于传统检测手段的繁琐性、耗时性以及需要特殊标记,生物体内各物质检测小到离子分子检测（如pH、蛋白质、DNA、RNA）,大到细胞的检测越来越多地被传感器所代替。在所有的生物传感器中,硅纳米线生物传感器以其实时、高效以及无需要标记物质等优点成为目前研究与发展的热点。硅纳米线的特征尺寸在纳米级别,其特征尺寸与生物体内的各生物物质接近,为生物物质的检测尤其是低浓度的检测提供了可能;并且由于硅纳米的比表面积较大,其能够吸附的有效检测单元会相对较多,进一步地提高了纳米线的最低检测极限。但是由于纳米线的特征尺寸较小,所以导致其工作点电信号以及检测电信号变化都非常小,片外检测易受噪声以及环境波动的影响,所以纳米线传感器与外围读出电路集成实现片上检测与信号处理会成为未来硅纳米线传感器系统发展的一个趋势。本课题采用了CSMC 0.18μm工艺,设计了一种基于硅纳米线生物传感器的读出电路。读出电路具体模块包括前置放大,模数转换器两个部分组成。其中前置放大结构包括信号采集部分以及放大结构,信号采集部分设计了基于恒流源采样阈值电压变化的CAS... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

硅纳米线结构示意图

第1章引言3图1.3硅纳米线传感器工作原理示意图硅纳米线的一个主要优势是其比表面积比较大，这使得纳米线检测时可以做到较高的检测分辨率，这里的分辨率指的是极微量的物质所能引起纳米线的电学特性的改变。如图1.4所示，对于大直径的线条，微量的带量物质作用于沟道时，其所能影响的载流子数量相对于总的载流子数量来说比例相对要小，变化率低；而对于小直径的纳米线，微量的带电物质能够影响的载流子的数量相对于总的载流子数量比例较大。这定性地说明了纳米线传感器设备的分辨率随比表面积的增大而增大[4]。图1.4纳米线直径对纳米线分辨率的影响1.2.3电阻型纳米线工作原理在栅源及漏源电压比较小且器件的沟道长度比较长时，量子效应及表面电荷对纳米线的非线性影响可以忽略不计，对于圆柱型的纳米线电阻型传感器，其电导如式(1-1)所示[7][8]，

第1章引言3图1.3硅纳米线传感器工作原理示意图硅纳米线的一个主要优势是其比表面积比较大，这使得纳米线检测时可以做到较高的检测分辨率，这里的分辨率指的是极微量的物质所能引起纳米线的电学特性的改变。如图1.4所示，对于大直径的线条，微量的带量物质作用于沟道时，其所能影响的载流子数量相对于总的载流子数量来说比例相对要小，变化率低；而对于小直径的纳米线，微量的带电物质能够影响的载流子的数量相对于总的载流子数量比例较大。这定性地说明了纳米线传感器设备的分辨率随比表面积的增大而增大[4]。图1.4纳米线直径对纳米线分辨率的影响1.2.3电阻型纳米线工作原理在栅源及漏源电压比较小且器件的沟道长度比较长时，量子效应及表面电荷对纳米线的非线性影响可以忽略不计，对于圆柱型的纳米线电阻型传感器，其电导如式(1-1)所示[7][8]，


本文编号：3507605