一种HEMT 生物传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种全新的AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)生物传感器，与常规的GaN HEMT微波射频器件不同。该GaN器件采用生物分子膜做为器件栅极，在器件工作时,引入待测抗原会引起生物分子膜表面电压的变化,从而引起势阱中2DEG浓度的改变,而2DEG浓度的改变会导致晶体管的源极(source)和漏极(drain)之间电流的变化,因此可通过器件电流(IDSS)的变化来检测引入待测抗原(例如前列腺特异性抗原PSA)的变化。本实用新型专利技术提出的GaN生物传感器具有灵敏度高,与射频微波器件易于集成等优点,具备良好的应用前景，可进一步推动下一代微系统级生光电的集成，大大拓宽医疗电子芯片领域的应用，具有明显的创新性和研究价值。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT生物传感器
本技术涉及一种AlN/GaN高电子迁移率晶体管生物传感器，属于半导体

技术介绍
GaN基III-V半导体材料具有宽的直接带隙,优异的物理、化学稳定性,高饱和电子漂移速度,高击穿场强和高热导率等优越性能,特别是AlN/GaN低维异质结构界面导带很大的能带偏移和AlGaN层极强的压电和自发极化效应,可以提供比AlGaAs/GaAs异质结构高出近一个数量级的二维电子气(2DEG)密度,加上GaN基材料高的击穿电场,使得GaN基器件的功率密度理论上比GaAs基器件高10倍以上,因此,GaN基宽禁带半导体,特别是AlN/GaN异质结构材料被认为是发展高温、高频、高功率、抗辐射的第三代微电子器件的最优选材料体系。基于AlN/GaN异质结构材料的优异性能,研究人员进行了AlN/GaN异质结构材料在不同领域的应用研究,例如生物传感领域AlN/GaNHEMT基器件也有广泛应用前景。与传统的硅基生物器件相比较,GaN基生物传感器件的化学性能更稳定,同时具备无毒性、可降低吸附细胞退化等优点,目前在医疗电子领域已经开始了大量的研究工作。然而在之前大多数人相关的研究中,GaNHEMT器件传感区域会沉积一层Au膜,用作固定生物分子膜及待检测分子的识别元件,Au膜的存在会增加待检测分子调控2DEG的距离,从而会对传感器的性能产生影响，影响GaN传感器器件的灵敏度。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种方法，能够高效、低成本、较安全地制备半导体集成电路器件的金属横截面样品，进而完成其工艺确认、质量检测和失效分析等工作。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种HEMT生物传感器，其特征在于：由下至上包括衬底、成核层、缓冲层、空间隔离层、沟道层、势垒层和盖帽层；所述势垒层和沟道层之间形成二维电子气；所述盖帽层的源极区域和漏极区域开设有沟槽，所述沟槽从盖帽层表面深入到势垒层内部，所述沟槽内生长有源电极和漏电极；所述盖帽层表面设置有栅电极。优选地，所述栅电极采用生物分子膜电极，其下层为分子膜，紧贴盖帽层上表面；上层为Y抗体，宽度与分子膜宽度一致。优选地，所述成核层为不掺杂成核层，厚度为400～800nm，采用SiN/AlN结构，用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。优选地，所述缓冲层掺杂GaN缓冲层，厚度为1～2nm，主要采用Mg掺杂，可用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力。优选地，所述空间隔离层为GaN缓冲层结构中插入的一层束缚层，主要用来对缓冲层的应力进行调节，避免晶格弛豫。优选地，所述势垒层为AlN势垒层，厚度为1.5nm，用于和栅金属形成肖特基接触。区别于现有技术，本技术的有益效果是：1、采用生物分子膜做为器件栅极，生物分子膜门电极AlN/GaNHEMT器件的性能较金属门电极AlN/GaNHEMT器件的性能有较大的提高。2、具有灵敏度高,与射频微波器件易于集成等优点,具备良好的应用前景。3、解决了微米量级如金属门电极GaNHEMT生物传感器封装存在的问题.显示了毫米量级AlN/GaNHEMT生物传感器的良好应用前景。附图说明图1是本技术HEMT生物传感器的结构示意图。具体实施方式下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参见图1提供的一种HEMT生物传感器，其特征在于：由下至上包括衬底1、成核层2、缓冲层3、空间隔离层4、沟道层5、势垒层6和盖帽层7；所述势垒层6和沟道层7之间形成二维电子气61；所述盖帽层7的源极区域和漏极区域开设有沟槽，所述沟槽从盖帽层表面深入到势垒层内部，所述沟槽内生长有源电极10和漏电极11；所述盖帽层表面设置有栅电极12，其中，所述栅电极12采用生物分子膜电极，其下层为分子膜122，紧贴盖帽层7上表面；上层为Y抗体121，宽度与分子膜宽度一致，所述衬底主要为(111)晶面的Si衬底，包含但不限于Si、SiC、GaN、蓝宝石、Diamond，主要作用为支撑材料。所述SiN/AlN成核层，Si衬底到GaN缓冲层之间的成核层,主要采用SiN/AlN结构，不掺杂，厚度400～800nm，用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。所述GaN缓冲(buffer)层，Si衬底到GaN沟道之间的缓冲层,主要采用采用Mg掺杂，厚度1um～2um，可用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力。具体GaN传感器器件工作原理如下：在AlN/GaNHEMT结构中,由于自发极化和压电极化效应,AlN/GaNHEMT器件的界面处会形成一个二维电子气(2DEG)的表面通道,势阱中的2DEG受控于栅极电压(VGS),AlN/GaNHEMT的栅极采用生物分子膜代替,在器件工作时,引入待测抗原会引起生物分子膜表面电压的变化,从而引起势阱中2DEG浓度的改变,而2DEG浓度的改变会导致晶体管的源极和漏极之间电流的变化,因此可通过电流的变化来检测引入待测抗原：从上式可以看出,AlN/GaNHEMT结构做传感器时,在传感器的结构尺寸L和W,修饰的生物分子膜厚度以及Vds确定的情况下,器件的电流信号Ids与主要与外部调控电压Vg成线性关系。过数值分析的方法分析器件传感区域长度与宽度比值及待测物调控二维电子气(2DEG)距离与感测信号之间的关系,给出结构尺为毫米量级的AlN/GaNHEMT生物传感器的设计依据,该器件作为生物传感器是可行的。通过上述方式，本技术通过在传感区域表面修饰生物分子膜直接固定待测分子识别元件,降低待测目标分子调控2DEG的距离，通过器件电流(IDSS)的变化来检测引入待测抗原(例如前列腺特异性抗原(PSA))的变化，有效的提高了GaNHEMT传感器器件的灵敏度。以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HEMT生物传感器，其特征在于：由下至上包括衬底、成核层、缓冲层、空间隔离层、沟道层、势垒层和盖帽层；所述势垒层和沟道层之间形成二维电子气；所述盖帽层的源极区域和漏极区域开设有沟槽，所述沟槽从盖帽层表面深入到势垒层内部，所述沟槽内生长有源电极和漏电极；所述盖帽层表面设置有栅电极。

【技术特征摘要】
1.一种HEMT生物传感器，其特征在于：由下至上包括衬底、成核层、缓冲层、空间隔离层、沟道层、势垒层和盖帽层；所述势垒层和沟道层之间形成二维电子气；所述盖帽层的源极区域和漏极区域开设有沟槽，所述沟槽从盖帽层表面深入到势垒层内部，所述沟槽内生长有源电极和漏电极；所述盖帽层表面设置有栅电极。2.根据权利要求1所述的HEMT生物传感器，其特征在于：所述栅电极采用生物传感器，其下层为分子膜，紧贴盖帽层上表面；上层为Y抗体，宽度与分子膜宽度一致。3.根据权利要求1所述的HEMT生物传感器，其特征在于：所述成核层为不掺杂成核层，厚度为400～800nm，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎明，
申请(专利权)人：成都海威华芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51