生物電晶體（BioFET）積體電路晶片理論、應用與實作

本課程為半導體、生醫工程、材料科學及生物環境領域的跨域課程，技術核心涵蓋 BioFET（生物場效電晶體）原理、晶圓製程、讀出電路設計、表面化學、生物功能化與生物量測技術。 課程不僅著重原理與實驗實作，更強調 BioFET 技術在生醫檢測、環境監測、農業應用與日常生活中的廣泛應用潛力——例如快速疾病檢測、食品安全、環境毒物偵測、以及可攜式智慧感測裝置等。 課程將提供 晶片、讀出電路、資料分析軟體、流道/機構材料等資源，並指導學生從零開始規劃實際產品原型。預期學生修課後能完成一套由 IC 晶片 / 表面生物製程 / 感測模組 / 產品應用 所組成的完整 BioFET 實作品。適合大學高年級學生、研究生、及產業技術人員選修。 完成本課程後，學生將能： 1. 了解 BioFET 的工作原理，包含 MOSFET/ISFET/EGFET/BioFET 的感測機制與液相操作特性。 2. 熟悉 CMOS 相容製程與 BioFET 封裝/後製程，表面處理及微流道整合。 3. 理解 BioFET IC 在生醫、環境、農業與生活領域的應用潛力，並能分析其技術優勢（靈敏度、快速、低成本、微型化）。 4. 規劃一項實際 BioFET 產品或應用原型（實作），可包含 o 疾病檢測套件（例：人類 CoV-19、動物 ASFV） o 環境/食品監測工具 o 資料分析軟體 GUI o 機構件與流道設計等。 5. 進行生物分子固定化（DNA/抗體/aptamer）與晶片訊號量測（實作），包含 表面活化、生物分子辨識反應與量測流程。 6. 使用專用 IC 讀出電路量測生物訊號（實作），並了解雜訊處理與訊號分析方法。 7. 完成一套整合 IC 晶片 → 生物製程 → 感測 → 應用的 BioFET 實作品，並撰寫其產品定位、潛在市場與應用報告。

建議修課學生具備以下部分基礎能力（無強制要求，但具備者學習更順利）： 1. 基礎電子學：MOSFET 特性、I–V 曲線、放大器概念。 2. 基本電路量測能力：使用 source meter、oscilloscope 或電性量測儀器。 3. 化學與生物基礎概念：酸鹼、表面化學、分子辨識、抗體/DNA/蛋白質。 4. 程式能力（建議）：Python、MATLAB 或 LabVIEW 任一項，用於資料分析或 GUI 建置。 5. 具團隊協作與專案管理能力（本課程含期末產品原型製作）。 若學生缺乏其中任一能力，課程也會在需用到時提供必要的基礎補充。

無備註

教學方法 本課程採跨領域整合方式，包含： 1. 講授（Lecture）：提供 BioFET、CMOS 製程、生物化學與 IC 讀出的理論基礎。 2. 實作實驗（Hands-on Lab）： o 晶片量測 o 表面化學 / 生物固定化 o 微流道或機構設計 o Reader 操作 + GUI 開發 教學資源與配合事項 1. 助教 • 協助晶片操作、安全規範、儀器使用 • 協助生物實驗指導（表面化學、固定化流程） • 指導組別專題進度 2. 邀請業界/專業講師 3. 儀器與場地 • BioFET 晶片 • IC readout / reader (讀取機，可借出使用) • Probe station 或簡易量測夾具 • 微流道製作設備 • 生物安全實驗空間

評量項目　║　內容　║　比例 出席與課堂參與　║　包含討論、課堂練習、量測參與　║　10% 作業（理論 + 實作）　║　每單元小作業，如 I–V 量測、表面化學流程紀錄、簡易 GUI　║　20% 期中小專案（小組）　║　基本 BioFET pH/ion 感測之量測報告　║　20% 期末專題（完整原型）　║　從晶片 → 生物製程 → 感測 → 應用與 Demo　║　40% 口頭報告與書面報告　║　包含 Demo Day　║　10% 每組需完成「可展示的原型」，包含： • 生物固定化流程 • 感測資料(感測範式：目標物種類、含量、探針設計、檢測程序等等) • IC reader 或 GUI 整合 • 一個明確應用：人類/動物/環境感測皆可 • Demo Day 展示與技術報告

• Unit 2： 製程、封裝、生物表面化學與量測基礎 （Week 5–9）

  本單元介紹 CMOS 相容製程與 BioFET 特有的後製程，包括切割、封裝與微流道整合。進一步探討表面化學與生物固定化原理，如 APTES、交聯劑、DNA/抗體/aptamer 結合策略，並進行晶片清洗、改質與功能化的操作。搭配量測基礎訓練，奠定後續生物偵測與產品開發的實作基礎。

  講授：

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  示範：

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  實作：

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• Unit 3： 生物量測 × IC 讀出 × 應用整合 （Week 10–14）

  本單元聚焦於 BioFET 的生物量測流程、IC 讀出電路、資料解析與應用整合。學生將操作 reader、進行即時生物訊號量測、建立 GUI 或資料分析流程，並依組別主題進行流道、機構或演算法設計。此階段將把晶片、化學製程、量測與應用串接成完整感測系統原型。

  講授：

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  示範：

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  實作：

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• Unit 4： 產品化與最終成果（Week 15–16）

  本單元引導學生完成 BioFET 產品原型的整合與展示，內容包含系統組裝、功能驗證、應用情境設計、結果分析與市場定位。期末 Demo Day 中，各組需展示 BioFET 原型、技術報告與應用示範，呈現從晶片 → 製程 → 感測 → 應用的完整產品化流程。

  講授：

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  示範：

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  實作：

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  其他：

  成果展示

• Unit 1： BioFET 原理與應用 （Week 1–4）

  本單元建立 BioFET 的核心概念，包括 MOSFET/ISFET/EGFET/BioFET 的工作原理、液相界面電位與 Debye screening、感測機制與雜訊來源。同時介紹 BioFET 技術在生醫檢測、環境監測、農業檢測與日常生活中的應用場景。透過基礎 I–V 量測與 pH/離子感測示範，學生將掌握 BioFET 的基本操作與量測特性。

  講授：

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  示範：

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ISFET/BioFET 經典論文 CMOS biosensor reviews Surface chemistry 標準教科書 IC readout & analog circuit 參考書

地點

賢齊館#523

時間

週五下午2-4

聯絡方式

ysyang@nycu.edu.tw