網絡式矽奈米線場效電晶體之元件電性量測

以光學顯微鏡觀察完成製程步驟的 MPC SiNW-FET，影像顯示藉由接觸轉 印的方式將矽奈米線轉至晶片表面的數量眾多 (圖 3-24)。

以其中任一組源-汲極電極為例 (圖 3-25)，約有數百條的矽奈米線橫跨在其 間，若將其於液相中 (0.01 × PBS 的緩衝溶液) 量測 Isd-Vg的曲線圖，可藉由Isd-Vg

曲線中線性區域的斜率，可換算得其跨導值約為60 μS (圖 3-26)。

圖 3-24 以光學顯微鏡分別在 (a) 暗場 (dark field) 下 (b) 明場 (bright field) 下，觀察MPC SiNW-FET 的內層電極。

圖 3-25 以光學顯微鏡分別在 (a) 明場下 (b) 暗場下，觀察 MPC SiNW-FET 中 任一組源-汲極電極。

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圖 3-26 Isd-Vg曲線。Isd-Vg的量測是在0.01 × PBS 緩衝溶液環境下，固定 Vsd為 10 mV，從 Vg相對Ag/AgCl 參考電極為 0.3 V 掃描至-0.2V，掃描速率為 1 mV/s。

圖 3-27 是在固定 Vsd下，以每次改變Vg值-0.01 V 來量測 Vg變化對電流的 影響，結果顯示，MPC SiNW-FET 對於 Vg的變化可反應出明顯的電流變化，其 雜訊比可高達20 以上，相對地，以 single SiNW-FET 量測 Vg變化對電流的影響，

其所得雜訊比較小。

MPC SiNW-FET 相較於 single SiNW-FET，擁有了更大的跨導值且其訊雜比 佳 (表 3-1)，提升了 SiNW-FET 的偵測靈敏度並可降低偵測極限，以避免在脂雙 層膜形成於SiNW-FET 的表面後，因遮蔽了矽奈米線的表面，造成電訊號強度的 下降，導致後續生物分子偵測實驗的偵測極限受限。

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圖 3-27 分別以 MPC SiNW-FET (紅色) 和 single SiNW-FET (藍色) 在固定 Vsd

下，以參考電極給予不同的Vg，量測Vg變化對電流的影響。(Vg = 0 V ~ -0.1 V，

ΔVg = -0.01 V)

表 3-1 MPC SiNW-FET 與 single SiNW-FET 之跨導與雜訊比得比較。

-MPC SiNW-FET -single SiNW-FET

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3.2.4 電訊號偵測結果

依據前小節螢光與原子力顯微影像的實驗結果，本節實驗採用濃度 0.01 mg/mL 的 DOPC 微胞溶液，並以微胞融合的方式，將脂雙層膜製作於晶片的表 面上。

由於矽奈米線表面受到物質的覆蓋，使外在電場對奈米線造成的影響受到遮 蔽，因此對應的電流變化相對較小，導致I-Vg曲線的變化微幅下降 (圖 3-28)。

圖 3-28 比較未經修飾及表面鋪成有單層脂雙層膜之 MPC SiNW-FET 的 I-Vg曲 線變化。MPC SiNW-FET 的表面在經過單層脂雙層膜的鋪成後 (紅色)，相較未 經修飾之MPC SiNW-FET (黑色) 其 I-Vg曲線的變化略小。

此外，我們亦藉由不同酸鹼度的緩衝溶液 (0.1 × PBS) 量測 pH 變化 (pH 5.5~8.5, ΔpH = 1) 對未經修飾與表面鋪有脂雙層膜之 SiNW-FET 的影響 (圖 3-29)。 在第 3.1.3 節中，我們曾說明未經修飾之 SiNW-FET 因表面具有矽醇基，

使得電導對於溶液pH 值的變化呈現「非線性」的關係，而在 SiNW-FET 的表面 鋪上單層脂雙層膜之後，溶液 pH 值的變化對電導變化量的影響程度略微減小。

這是由於脂雙層膜覆蓋於矽奈米線的表面，產生了遮蔽效應，使得暴露於溶液中 的矽醇基減少，遮蔽了 pH 變化對 SiNW-FET 表面矽醇基的影響，使得因高 pH

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溶液環境，誘發-SiOH 去質子化形成-SiO^-的情形降低，電導隨pH 改變之現象趨 於減緩。

圖 3-29 比較未經修飾及表面鋪成有單層脂雙層膜之 MPC SiNW-FET 當溶液 pH 變化時，電訊號所受之影響。MPC SiNW-FET 的表面在經過單層脂雙層膜的鋪 成後 (紅色)，相較未經修飾之 MPC SiNW-FET (黑色) 其電訊號的變化略小。

依據I-Vg曲線變化與不同pH 值溶液對電導變化的實驗結果，間接證明我們 已可成功地將脂雙層膜鋪成在SiNW-FET 的表面，並可順利進行長時間的流體實 驗，故我們可藉由此仿細胞膜的生物感測元件進行相關領域的研究，作為全新的 實驗平台。

81 相的方式修飾APTMS 分子於矽奈米線上，並依據表面修飾有胺基之 SiNW-FET，

對不同pH 溶液其電導呈線性關係之實驗，確保了已修飾 APTMS 之矽奈米線，

在經過一連串製程的嚴峻步驟後依然存在並不受破壞，且SSM SiNW-FET 保有 歐姆接觸和高跨導等優異的電學性質。此外，利用biotin/avidin 生物系統對 SSM SiNW-FET 和 AAM SiNW-FET 作比較的實驗中，我們得到以 SSM SiNW-FET 作 為偵測系統，僅需樣品耗量1 μL 即可達相對電阻變化量 90 %以上，且約 15 s 即