CMOS細胞膜電位和pH值傳感芯片的設(shè)計與研究.pdf

1、本文基于2層多晶硅2層金屬N阱0.6μm CMOS工藝設(shè)計了細胞膜電位、pH值參量數(shù)?；旌霞蓚鞲行酒?本論文的主要內(nèi)容和貢獻可歸納為以下幾點： 1.基于標準CMOS工藝設(shè)計了陣列式可用于細胞膜電位傳感的芯片。該芯片上集成了8×8單元有源傳感陣列、基準電壓源、模擬多路選擇器、輸出緩沖器和數(shù)字控制電路。群電極陣列布局提高了電極密度和電路并行處理能力。有源傳感單元兼容微電極體外傳感和場效應(yīng)管原位放大優(yōu)點，能夠線性放大幅值范

2、圍100μV～20mV的微小信號。 2.基于標準CMOS工藝設(shè)計了多層浮柵晶體管(MFGFET)pH值傳感單元，以鈍化層Si3N4作為氫離子敏感膜。基于Site-Binding模型和Gouy-Chapman-Stem理論，建立了固液界面電勢非線性方程，用MATLAB進行了數(shù)值計算和分析?；趥鹘y(tǒng)裸柵場效應(yīng)管閾值電壓敏感模型，建立了MFGFET結(jié)構(gòu)的閾值電壓模型。建立了pH值傳感單元宏模型，可作為集成電路的一個器件，對集成芯片進行

3、整體仿真分析。 3.pH值傳感單元選用可消除襯偏效應(yīng)的PMOS管，pH值傳感器片上控制MFGFET源漏電壓和源漏電流恒定，源電壓隨溶液pH值線性輸出范圍達到4.6V，極大的滿足不同pH值溶液測試要求。波長396nm紫外燈管照射可消除浮柵上電荷，改善器件遲滯特性，增大閾值電壓并有效調(diào)整溶液柵電壓線性工作區(qū)范圍。采用離子敏MFGFET和參考MFGFET差分拓撲結(jié)構(gòu)，可減少測量電路的固定模式噪聲，并改善溫度特性。器件溶液實測pH值在l