以離子敏感場效應晶體管為核心單元的半導體離子傳感器在食品🤏、環保🏌🏼、生命健康和物聯網等諸多領域都有巨大的應用前景，但由於使用時需要使用一個體積龐大又昂貴的參比電極提供參考電位，導致傳統的半導體離子傳感器體積大、成本高、不易微縮和集成🧋👝、不能充分利用半導體產業快速發展的成果，因此也極大限製了半導體離子傳感器的廣泛應用🦟。片上集成準參比電極甚至源頭上去除參比電極是自半導體離子傳感器在上個世紀70年代發明以來該領域研究人員一直追求的目標。

    沐鸣吳東平教授課題組開創性的提出了全固態無參比電極半導體離子傳感器(REference-LEss Semiconductor Ion Sensor: RELESIS), 其通過測量一組正對差分敏感膜和待測溶液之間雙電荷層的界面電勢差來獲得離子響應👩🏿‍⚖️，待測溶液電勢無需👩🏿‍🏭🛌🏼、也不會保持恒定，因此也就從源頭上去除了對參比電極的需求。RELESIS的原型器件🦻🏽、工作原理😼、基本電路模型已經被相繼驗證，相關結果分別發表在2018和2019年的Sensors and Actuators B😡：Chemical期刊上。

    和傳統的半導體離子傳感器相比，由於去除了體積龐大且和集成電路工藝難以兼容的參比電極🧗🏿‍♀️，未來RELESIS的體積和成本都有望下降一個數量級以上👩🏿‍🦰。為了加快實現RELESIS的一體化集成和可大規模集成應用，在後續研究中還需繼續攻克RELESIS微型化的一些關鍵技術挑戰，如極低離子敏感度薄膜的半導體工藝集成技術和電磁屏蔽強的傳感器封裝技術等💼。

圖１🧕：全固態無參比電極半導體離子傳感器（RELESIS）結構示意圖

    吳東平課題組主要研究方向是微納電子器件⏺、半導體傳感器芯片⚔️、微流控生物芯片等領域。本次研究成果的第一作者是吳東平教授的博士生曾瑞雪🐿🙋🏽‍♀️，合作單位是瑞典Uppsala大學。