摘要：基于标准0.6μm CMOS工艺设计实现了单片集成可用于细胞外微环境溶液pH值和温度同时检测的混合信号生物传感芯片。利用多层浮栅结构场效应管作为pH值传感单元,在恒流恒压电路控制下得到与pH值成反比的电压输出。pH敏感器件与参比器件的差模输出方式有效减小了电路和溶液的噪声。pH值在1～13范围内,传感器平均灵敏度为35.5mV/pH,线性度优于3.2%。芯片上还集成了与绝对温度成正比的温度传感器,可实时检测生物微环境溶液的温度变化,在25～100℃范围内,输出线性度优于1.7%,平均灵敏度为8.8mV/℃。此外,构建了传感芯片的原型应用电路,对传感器的输出电压进行软件修正后以温度和pH值形式进行显示,以实现两个参数的实时监测。在25～70℃温度范围内,温度测量偏差在-0.6～＋1.1℃以内,pH值的测量偏差≤±0.3pH。该芯片具有一定的可重用性,既可用来研究温度变化对细胞微环境溶液pH值的影响,又可作为IP核兼容集成于相同工艺的其他传感器电路中。

关键词：生物传感芯片 ph传感器 温度传感器 监测系统 

单位：浙江大学微电子与光电子研究所 杭州310027