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生物化学传感器是一种将生物或化学信息转换为可读电信号的换能装置。作为一种物质分子水平的微量分析手段，它对推动现代生物科学和医学工程发展起到了不可替代的作用。基于场效应晶体管的生物化学传感器是一种非常有前景的传感元件，它具有微型化、易集成、非标记、信号放大等优点，目前已在离子检测、蛋白质分析、DNA测试和细胞生理监控等方面表现出了良好的应用前景。近年来，基于电解质栅介质的双电层薄膜晶体管(TFT)由于其极强的离子/电子（空穴）耦合作用，在便携式电子器件.低功耗传感器以及电子仿生突触方面引起了广泛的关注。然而，目前大部分的研究主要集中在基于液态或胶体栅介质的双电层有机TFT，其存在载流子迁移率较低、稳定性较差和器件封装困难等问题。鉴于此，本文深入研究了以固态电解质为栅介质的氧化物双电层TFT，获得了较好的晶体管性能及稳定性，并将其应用于pH传感检测。同时首次提出了利用突触式尖峰模式实现超低功耗、超敏感的pH传感检测。本文的主要工作可以概括为以下几个方面: (1)氧化物双电层TFT的制备和电学性能分析。利用室温等离子体增强化学气相沉积法和溶液滴涂法分别制备纳米颗粒SiO2电解质薄膜和壳聚糖电解质薄膜，发现它们具有极高的质子电导率和巨大的双电层电容。基于这两种双层栅介质在玻璃衬底和柔性塑料衬底上分别制备了不同结构的氧化物沟道双电层TFT。结果表明该类器件在较低的工作电压(＜1.5 V)内具有良好的晶体管性能和电学稳定性。利用底栅调控时，可以实现电流开关比＞107，亚阈值斜率～80 mV/dec，载流子迁移率可达到～21 cm2V-1s-1。此外，利用电解质栅介质的三维质子传导特性，可以有效实现栅极对沟道载流子的侧向调控，侧向调控的器件开关比＞106，亚阈值斜率～125 mV/dec，载流子迁移率为～17 cm2V-1s-1。最后，在柔性塑料衬底上制备了共平面栅结构的氧化物双电层TFT，在多次机械弯曲后该器件仍然表现出较低的工作电压和良好的晶体管性能。 (2)底栅敏感氧化物双电层TFT的pH传感应用。将底栅结构的SiO2电解质栅介质氧化铟锡(ITO) TFT用于pH传感，实现了在超低工作电压下接近能斯特极限(Nemstlimit)的pH灵敏度(58.1 mV/pH)，且具有良好的稳定性和重复性。此外，将壳聚糖栅介质柔性氧化铟锌(IZO)TFT用于pH值传感时，阈值电压随pH值的漂移为41 mV/pH。通过底栅电压控制器件的工作区域时，可以对其电流灵敏度进行调控。结果表明，器件在亚阈值区域具有更高的pH值电流敏感度。 (3)利用双栅耦合作用增强pH灵敏度。以纳米颗粒SiO2电解质为栅介质，以插入待测液体的参比电极为敏感栅，以金属铝电极为控制栅，制备了双侧栅结构的IZO双电层TFT传感器。详细分析了双栅协同调控IZO沟道载流子的作用机理，并通过双栅协同耦合作用实现了对pH灵敏度的有效放大。在敏感栅偏压为-0.6 V时，得到了远超能斯特极限的pH灵敏度(168 mV/pH)。同时在柔性导电塑料衬底上制备了平面双栅结构IZO-TFT传感器，也获得了较高的pH灵敏度(105 mV/pH)，并得到了较好的弯曲性能。 (4)超低功耗突触尖峰pH传感测试。以纳米颗粒SiO2电解质为栅介质，制备了以脉冲电压刺激实现耦合作用的IZO突触晶体管。研究了侧向耦合IZO突触晶体管的瞬态电学特性。在单侧栅脉冲电压刺激下，响应电流表现出了稳定的衰减特征时间～20 ms。在双侧栅调控模式，发现响应电流衰减特征时间随敏感栅内溶液pH值的减小而明显增大。根据这一特点，采用同步脉冲的方式在柔性IZO突触晶体管上实现了尖峰pH传感。在相同电压条件下，尖峰pH传感的灵敏度明显高于静态测试值。通过敏感栅调控，可以实现较高的pH灵敏度和极低的测试能量损耗。在敏感栅偏压为-0.2 V时，器件在溶液pH值由10变至4时，相对电流变化值达到～63。同时，在溶液pH=10时实现了极低的测试能量损耗(0.6 pJ/event)。这种突触尖峰传感模式为超低功耗、快速检测、高灵敏度生物化学传感开辟了新的研究方向。