[发明专利]一种半导体电阻型硝酸盐检测器

说明书

本发明涉及一种半导体电阻型硝酸盐检测器，包括基片、设于基片上的氧化层、并列设于氧化层上的一对电极，以及桥连于一对电极之间的半导体导电沟道，所述的半导体导电沟道表面修饰有硝酸根检测基团层。与现有技术相比，本发明通过苄基三乙基氯化铵中季铵基团与硝酸根离子之间的高亲和力，实现对硝酸根离子的捕获，通过电子效应引起还原氧化石墨烯半导体沟道表面载流子浓度变化，并产生电流信号的变化，进而通过电流信号实现对硝酸根离子的检测，并具有敏感度高、检测限低、检测速度快等优点。

技术领域

本发明属于化学传感器技术领域，涉及一种半导体电阻型硝酸盐检测器，尤其涉及一种基于还原氧化石墨烯的半导体电阻型硝酸盐检测器。

背景技术

硝酸盐作为自然水体中溶解氮的主要存在形式，是造成水体富营养化的主要水体污染物之一。水体富营养化作为常见的重大水体污染事件，亟需相关环境监测手段对其进行有效的预警预测，这就对包括硝酸盐在内的营养盐类物质的原位和实时检测提出了更高的技术要求。而常规的硝酸盐检测方法依赖大型精密仪器，具有成本高昂、仪器便携性差、操作复杂、数据分析过程消耗大量时间等缺点，此外大多还需要添加化学试剂，容易造成二次污染，因此不适于对水体中的硝酸根进行实时、原位监测。

近年来纳米材料领域的快速发展使半导体电阻式传感器得到更广泛而深入的研究，由于基于场效应晶体管的器件优势和纳米半导体材料的性能优势，使得此类传感器在快速检测方面有极大的实际应用潜力，同时基于光刻技术的场效应晶体管器件，具有微型化和原位易集成的结构优势。该类传感器基于被测物与半导体沟道材料表面直接/间接结合以及产生物理/化学相互作用引起半导体沟道的电导变化，从而定量被测物浓度，具有高灵敏度、低检测限和快速响应的性能优势。本传感器在结构和性能上优势有潜力解决现阶段水体原位和在线监测系统和网络的构建过程中缺乏合适的可以进行原位、快速水质检测的器件的研究瓶颈。

发明内容

本发明的目的就是提供一种半导体电阻型硝酸盐检测器，用于解决现有硝酸盐检测装置成本高、操作复杂、耗时长的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种半导体电阻型硝酸盐检测器，包括基片、设于基片上的氧化层、并列设于氧化层上的一对电极，以及桥连于电极对之间的半导体导电沟道，所述的半导体导电沟道表面修饰有硝酸根检测基团层。

进一步地，所述的半导体导电沟道包括还原氧化石墨烯导电沟道，具体包括单层或少层还原氧化石墨烯。

进一步地，所述的还原氧化石墨烯导电沟道依次通过沉积及真空热还原过程制备得到，并在制备的同时能稳定沉积在电极对之间并和电极对形成欧姆接触，以便于进行后续的信号检测分析。

进一步地，所述的沉积过程具体为：将0.1-1.0μg/mL的氧化石墨烯分散液转移至一对电极之间并干燥。

进一步地，所述的真空热还原过程具体为：在惰性气体氛围中，于350-500℃下热处理0.5-2h。

进一步地，所述的硝酸根检测基团层的制备方法包括：将苄基三乙基氯化铵(BTEAC)溶液涂覆于半导体导电沟道表面，并孵化10-18h。

作为优选的技术方案，所述的苄基三乙基氯化铵溶液为饱和水溶液。

进一步地，所述的基片包括高掺杂硅片。

进一步地，所述的氧化层厚度为0.2-0.5μm。

进一步地，所述的电极宽度为1.5-3μm，厚度为0.03-0.10μm，间距为1-2μm。

作为优选的技术方案，所述的氧化层厚度为0.3μm，所述的电极宽度为2μm，厚度为0.05μm，间距为1.5μm。

进一步地，所述的电极包括通过光刻技术得到的金电极。