[发明专利]外延片及其制造方法以及电化学传感器

说明书

本申请提供了一种外延片及其制造方法以及电化学传感器，其中外延片包括：衬底；InGaN层片，形成于所述衬底的一侧表面，其In含量在20％和60％之间，以确保从带负电的表面态到带正电的表面态的转变发生在组成范围内；InN层片，形成于所述InGaN层片的背朝所述衬底的一侧表面上，以用作所述InGaN层片的表面电荷的稳定层。In含量在20％和60％之间的InGaN层片允许产生独立于待测溶液浓度的电化学响应；另外，高密度本征带正电表面态的InN层片进一步提高了本实施例参比电极的电化学稳定性，InGaN层片和InN层片的结合进一步使得应用本申请外延片的参比电极能够具有稳定电化学响应。

技术领域

本申请涉及电化学传感器领域，特别是涉及外延片及其制造方法以及电化学传感器。

背景技术

电化学传感器在医疗诊断、环境监测、食品分析、工业过程控制和生物防御方面具有广泛的应用领域。电化学传感器的感测电极或换能器将化学信号(例如：(生物)化学反应或电极表面处的离子附着)转换成电信号。然后放大该电信号并在相应检测仪器上读出以确定待分析的分析物的浓度。

电极表面通常由顶部的层功能化，以使传感器对某种(生物)化学反应或特定离子具有选择性。在生物传感器的情况下，通常将酶附着到电极表面(例如用于氧化/检测葡萄糖的葡萄糖氧化酶用于医学诊断)。在离子传感器的情况下，使用离子选择性膜对目标离子进行选择性渗透，以专门检测目标离子的化学反应。

到目前为止，现有的电化学传感器的参比电极通常是包含液体的Ag/AgCl参比电极或是简单的但是不稳定的固体电极，目前还没有令人满意的解决方案来实现完整的全固态安培或电位参比电极的电化学传感器。

发明内容

本申请的目的包括，提供一种高性能的用于参比电极的外延片，该外延片能够在溶液中保持恒定电位，而与溶液/分析物浓度无关，从而确保工作电极和参比电极之间电压的准确检测。

本申请的目的还包括提供了一种基于InGaN的半导体异质结构的参比电极，从而替代了传统的液体填充的Ag/AgCl电极，实现了全固态结构的参比电极。

另外本申请还提供一种用于电化学传感器的参比电极的外延片的制造方法。

一方面，本申请提供了一种用于电化学传感器的参比电极的外延片，包括：衬底；InGaN层片，形成于衬底的一侧表面，其In含量在20％和60％之间，以确保从带负电的表面态到带正电的表面态的转变发生在组成范围内；InN层片，形成于InGaN层片的背朝衬底的一侧表面上，以用作InGaN层片的表面电荷的稳定层。

可选地，InN层片的InN沉积量为0.5至1.5个单层，以确保表面覆盖率。

可选地，InGaN层片为具有单一In含量的均匀层片或不同In含量的异质结构层片。

可选地，InGaN层片由In_0.40Ga_0.60N组成。

可选地，InGaN层片的厚度在100nm至500nm之间。

可选地，衬底的材料为蓝宝石、Si、SiC和GaN其中之一。

另一方面，本申请还提供了一种电化学传感器，其特征在于包括：工作电极和参比电极，参比电极由上述外延片制成；电压检测装置，分别电连接工作电极和参比电极，用于检测工作电极和参比电极之间的电压值；以及计算装置，与电压检测装置电连接，以接收电压检测装置产生的电压值检测信号，配置成根据电压值计算并确定待测物质的浓度。

又一方面，本申请还提供了一种外延片的制备方法，其特征在于包括：提供衬底；在衬底的一侧表面生长InGaN层片；以及在InGaN层片的背离衬底的表面上生长InN层片。

可选地，生长InGaN层片和InN层片的方式选自以下方式的其中一种：分子束外延、金属有机气相外延和化学气相沉积。