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自从离子敏感场效应晶体管(Ion-Sensitive Field-Effect Transistor,ISFET)被Piet Bergveld于20世纪70年代发明以来,它受到了国内外学者的广泛关注,并应用到诸多检测领域。ISFET是在硅FET的基础上发展而来的,可用于测量溶液中的离子浓度,后来被广泛应用到生物/化学传感检测中。采用ISFET制备而成的生物/化学传感器具有体积小、易于集成、对检测环境要求低,且易于维护与使用等优势,可应用于食品安全、环境监控、医疗诊断、化学分析、土壤检测等多个领域。尽管硅FET的器件性能好、集成密度大,但OFET(Organic FieldEffect Transistor)在传感器应用方面具有很多优势,如:可通过溶液法/印刷工艺低温加工,便于在各种柔性衬底(塑料、纸张和织物等)上制备,成本低,且易于和各种敏感层材料集成等。近几年来,OFET在降低工作电压和提高稳定性方面的研究有很大进展,为离子敏感OFET(Ion-Sensitive OFET,ISOFET)与低电压硅基芯片的集成打下了基础。虽然现阶段针对单一ISOFET材料和性能的优化被广泛报道,但对于发展离子敏感系统,在系统灵敏度分析、集成工艺、系统校准方法等方面还缺乏研究,限制了ISOFET的实际应用。面向这些问题,本论文开展了以下几个方面的研究工作,以实现ISOFET在塑料衬底上的集成(包含OFET、工作和参比电极),以及其与低电压硅基芯片的混合集成,并建立该系统的灵敏度分析模型以及校准方法。1)建立了ISFET传感系统灵敏度的分析模型,并通过所制备的不同亚阈值摆幅的OFET器件以及商业化的硅基FET的电学表征,对分析模型进行了验证,证明了该模型的准确性和普适性。该分析模型和实验结果证明了降低FET器件的亚阈值摆幅有助于提高整个ISFET传感系统的检测灵敏度,为设计与实现高灵敏度ISFET传感系统提供了理论基础。2)发展了一种用于ISFET系统集成的全固态参比电极的制备工艺。采用无毒、低成本的聚合物在Ag/AgCl表面形成了纳米级多孔结构,从而提高了参比电极的稳定性。以此构建的基于ISFET的pH传感系统展现了良好的稳定性和重复性。该全固态参比电极为ISOFET柔性传感系统集成提供了技术基础。3)设计了用于ISFET检测的便携式传感信号读写控制系统和校准方法。该校准方法能够有效地减小由系统中各组成器件的性能差异带来的测量偏差。通过pH检测实验验证了该系统和校准方法可以满足实际应用的需求,为实现可靠的ISOFET传感检测系统提供了软/硬件基础。4)实现了ISOFET(包含低电压OFET、固态工作和参比电极)在塑料衬底上的集成,以及其与硅基芯片混合集成的传感系统;并结合校准方法,实现了对溶液pH值的可靠和准确的检测。该技术为构建ISOFET传感系统提供了集成的技术基础。本论文的研究为设计与实现高灵敏度、可靠的ISOFET传感检测系统,以应用于生物/化学检测,建立了理论与技术基础。