TWI627404B - 重金屬感測器 - Google Patents
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Abstract
一種重金屬感測器，其包含依序生成於一基板上之一金屬閘極、一介電層、一通道層以及二電極，其中該金屬閘極之局部表面包含一感應區以及一元件區；該介電層、該通道層以及二該電極形成於該金屬閘極之該元件區上；以及兩個該電極則間隔形成於該通道層表面；本發明所提出之快速檢測溶液中的重金屬濃度之方法與元件，解決現有技術問題，達到透過簡單元件而可完成定性檢測重金屬濃度之技術效果。
Description
一種感測器，尤其是關於一種可快速感測液體中重金屬含量比例高低的感測器。
台灣的工業發展極為興盛，但是在發展工業的同時，也會產生出含有重金屬的工業廢水，例如印刷電路板製造工廠，在蝕刻、微蝕、電鍍銅的製程的當中，就會產生含有銅金屬離子的清潔廢水。這些工業所產生含有金屬離子的廢水，如果沒有做妥善的處理，就直接排放到河川或溝渠當中，就會汙染地球上的水源，水源一旦被汙染，大家就沒有乾淨的水源可以飲用，也會影響到地球上所生存的動物和植物，受重金屬汙染的水源，也會破壞自然界中的生態，而一些農作物，也會因為吸收含有重金屬汙染的水源，直接危害到人類的生存環境。因此，水中金屬離子檢測，是一件重要的議題。
目前檢測水中金屬離子的方法，大多採用石墨爐式原子光波吸收法，此方法需要將待測液體，進行乾燥、灰化、原子化溫度等步驟，最後藉由測量氣態原子在特定波長光線的吸光度，求出各元素的濃度。此方法需要耗費龐大的採樣時間和檢測工作時間，檢驗過程需要在實驗室裡面，利用專有設備進行檢測，得由專業人員耗費較長的時間進行實驗，不僅得耗費大量時間與檢測成本，而且也無法即時性的檢測金屬離子，往往含有金屬離子的自來水，已經被大家飲用一段時間之後，檢驗報告才出來，但這些含有金屬離子的水，例
如汞、鉛、鎘、銅離子等，都已經被喝進我們的身體裡面，對人體難免會造成健康上的危害。
為了提升大家在飲水上的安全，解決現有技術無法快速檢測水中重金屬含量的技術問題，本發明提供出一種重金屬感測器，其可即時性的檢測金屬離子的元件，其包含依序生成於一基板上之一金屬閘極、一介電層、一通道層以及二電極，其中：該金屬閘極之局部表面包含一感應區以及一元件區；該介電層、該通道層以及二該電極形成於該金屬閘極之該元件區上；兩個該電極則間隔形成於該通道層表面。
其中，該介質層之材質為氮化矽。
其中，該通道層為氧化鋅，鍍製製程係利用溶膠凝膠(sol-gel)形成氧化鋅。
其中，該感應區容置一待測重金屬水溶液。
其中，該電極之厚度約300nm。
其中，該金屬閘極之厚度為300nm。
其中，該介質層厚度為300nm。
藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：1.本發明所提之重金屬感測器，結構簡單、製造容易，具有大量製造的優勢與可能性，極具產業利用效果。2.本發明提出以氧化鋅薄膜電晶體，檢測水中是否含有金屬離子，只要將待測溶液滴在電晶體的感測區域，即可透過電訊號的改變判斷溶液中是否含有金屬離子，因此能快速且即時性的檢測。3.本發明之元件製程可使用的溶膠-凝膠法，相較於其他製程，有大面積及低溫製造的優點，在製造元件的成本上，就能大幅降低，符合低成本且一次性使用的拋棄式檢測元件。
10‧‧‧基板
20‧‧‧金屬閘極
20A‧‧‧感應區
30‧‧‧介電層
40‧‧‧通道層
50‧‧‧電極
圖1為本發明較佳實施例的示意圖。
圖2為本發明較佳實施例的步驟流程示意圖。
圖3為本發明較佳實施例之使用狀態示意圖。
圖4為本發明較佳實施例之使用狀態示意圖。
圖5為本發明較佳實施例之量測結果圖。
請參考圖1~2，其為本發明之重金屬感測器的較佳實施例，該感測器係一薄膜電晶體，其包含依序生成於一基板10上之一金屬閘極20、一介電層30、一通道層40，以及二電極50，其製造方法與步驟如下：
STEP1. 於該基板10上鍍製一金屬閘極20，其厚度不限定，較佳介於100nm~500nm，本實施例之該金屬閘極20之厚度為300nm。
STEP2. 於該金屬閘極20之局部表面包含一感應區20A以及一元件區，於該感應區形成一掀除層，該掀除層可以是光阻或者為可撕離之膠帶。
STEP3. 於該金屬閘極20表面形成一介質層30，本實施例之該介質層20係以物理/化學氣相沈積方式鍍製於該金屬閘極20層上，其為非導電，可為氮化物或氧化物，例如氮化矽(SixNy)等，本實施例之該介質層30為氮化矽(SixNy)，且厚度為300nm左右，其以電漿輔助化學氣象沈積鍍製於該金屬閘極層20之上。進一步地，於生成該介質層30後，可利用一表面處理製程，本實施例利用氧電漿處理該介質層30之表面。
STEP4. 鍍製一通道層40於該介質層30上，本實施例之該通道層40為氧化鋅，鍍製製程係利用溶膠凝膠(sol-gel)形成厚度約為15nm的氧化鋅於該氮化矽表面。
STEP5. 鍍製二電極50於該通道層40表面，該電極50係相間隔設置於該通道層40表面。本實施例之該電極50之厚度約300nm，係以物理氣相沈積方式形成於該通道層40表面。
STEP 6. 移除該掀除層，使該感應區之金屬閘極20裸露於大氣。
請參考圖3、4，量測時，將含有重金屬離子的水溶液滴於該感應區之金屬閘極20表面，並以一量測設備之第一電極、第二電極分別連接該電極50，並於該金屬閘極20之感應區滴上一重金屬水溶液，該量測設備之第三電極接觸該重金屬水溶液而間接與該金屬閘極20電性連接。
本實施例之該量測設備為網路分析儀，其透過該第一電極、第二電極、第三電極分別施加適當的電壓與電流，同時量測該第一電極、第二電極、第三電極所反饋的電訊號，製作成為如圖5所示的I-V圖。由圖5顯示，前述之層構造之各層厚度所量測之I-V圖示意。結果顯示可知，當該重金屬水溶液中的重金屬濃度越高則其一臨界起始閘極電壓(gate voltage)越低，如下表一所示。如此，使用者可以透過所量測的I-V圖，看出該重金屬水溶液之中的金屬離子濃度，達到快速篩選的技術功效。
藉由上述說明可知，本發明所提出之快速檢測溶液中的重金屬濃度之方法與元件，解決現有技術問題，達到透過簡單元件而可完成定性檢測重金屬濃度之技術效果。
1.本發明所提之重金屬感測器，結構簡單、製造容易，具有大量製造的優勢與可能性，極具產業利用效果。.
2.本發明提出以氧化鋅薄膜電晶體，檢測水中是否含有金屬離子，只要將待測溶液滴在電晶體的感測區域，即可透過電訊號的改變判斷溶液中是否含有金屬離子，因此能快速且即時性的檢測。
3.本發明之元件製程可使用的溶膠-凝膠法，相較於其他製程，有大面積及低溫製造的優點，在製造元件的成本上，就能大幅降低，符合低成本且一次性使用的拋棄式檢測元件。
Claims (7)
- 一種重金屬感測器，其包含依序生成於一基板上之一金屬閘極、一介電層、一通道層以及二電極，其中：該金屬閘極之局部表面包含一感應區以及一元件區；該介電層、該通道層以及二該電極形成於該金屬閘極之該元件區上；以及兩個該電極則間隔形成於該通道層表面。
- 如申請專利範圍第1項之重金屬感測器，該介質層之材質為氮化矽。
- 如申請專利範圍第1項之重金屬感測器，該通道層為氧化鋅，鍍製製程係利用溶膠凝膠(sol-gel)形成氧化鋅。
- 如申請專利範圍第1項之重金屬感測器，該感應區容置一待測重金屬水溶液。
- 如申請專利範圍第1或2或3或4項之重金屬感測器，該電極之厚度約300nm。
- 如申請專利範圍第1或2或3或4項之重金屬感測器，該金屬閘極之厚度為300nm。
- 如申請專利範圍第1或2或3或4項之重金屬感測器，該介質層厚度為300nm。
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| TW106106252A TWI627404B (zh) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | 重金屬感測器 |
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| TW106106252A TWI627404B (zh) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | 重金屬感測器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| TWI627404B true TWI627404B (zh) | 2018-06-21 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201124719A (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-16 | Nat Chip Implementation Ct Nat Applied Res Lab | Hydrogen ion sensitive field effect transistor and manufacturing method thereof |
| US20130001525A1 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Thin film transistor and press sensing device using the same |
| US20140234981A1 (en) * | 2011-09-30 | 2014-08-21 | Stc.Unm | Double gate ion sensitive field effect transistor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| TW201124719A (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-16 | Nat Chip Implementation Ct Nat Applied Res Lab | Hydrogen ion sensitive field effect transistor and manufacturing method thereof |
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| TW201831892A (zh) | 2018-09-01 |
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