具有功能化栅电极和基电极的纳米柱场效应和结型晶体管制造技术

描述了用于分子感测的系统和方法。描述的分子传感器基于场效应晶体管或双极结型晶体管。这些晶体管具有带有与基电极或栅电极接触的功能化层的纳米柱。该功能化层能够结合分子，这会在传感器中引发电信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有功能化栅电极和基电极的纳米柱场效应和结型晶体管相关申请的交叉引用本申请要求于2012年7月25日提交的美国临时专利申请第61/675，637号的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。
本公开涉及用于分子感测应用的半导体结构。更具体而言，其涉及具有功能化栅电极和/或基电极的晶体管。附图的简要说明结合到本说明书中并且构成本说明书一部分的附图示出了本公开的一个或多个实施例，并且该一个或多个实施例连同示例性实施例的描述用于说明本公开的原理和实施。图1描绘了具有功能化栅极的场效应晶体管的示例性实施例的截面几何结构。图2描绘了具有被结合到功能化栅极的抗体的M0SFET的示例性实施例。图3描绘了具有被结合到功能化栅极上的抗体的抗原的M0SFET的示例性实施例。图4描绘了 jFET传感器的示例性实施例。图5描绘了 BJT传感器的示例性实施例。图6描绘了感测来自场效应晶体管传感器的信号的电路的示例性实施例。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，描述了一种用于感测分子的结构，该结构包括:半导体衬底；在半导体衬底中的源极区域，该源极区域包括第一掺杂半导体区域；在半导体衬底中的漏极区域，该漏极区域包括第二掺杂半导体区域；与源极区域接触的源电极；与漏极区域接触的漏电极；绝缘层，其至少部分地覆盖源电极，和/或漏电极，和/或源极区域，和/或漏极区域，和/或半导体衬底；氧化层，其覆盖在源极区域和漏极区域之间的衬底区域；与氧化层接触的纳米柱栅极区域；以及在纳米柱的顶部的功能化层。根据本公开的第二方面，描述了一种用于感测分子的结构，该结构包括:半导体衬底；在半导体衬底中的发射极区域，该发射极区域包括第一掺杂半导体区域；在半导体衬底中的基极区域，该基极区域包括第二掺杂半导体区域；在半导体衬底中的集电极区域，该集电极区域包括第三掺杂半导体区域；与发射极区域接触的发射极；与集电极区域接触的集电极；与基极区域接触的纳米柱；以及在纳米柱的顶部的功能化层。根据本公开的第三方面，描述了一种用于感测分子的结构，该结构包括:半导体衬底；在半导体衬底中的源极区域，该源极区域包括第一掺杂半导体区域；在半导体衬底中的漏极区域，该漏极区域包括第二掺杂半导体区域；与源极区域接触的源电极；与漏极区域接触的漏电极；绝缘层，其至少部分地覆盖源电极，和/或漏电极，和/或源极区域，和/或漏极区域，和/或半导体衬底；与源极区域和漏极区域之间的衬底区域接触的纳米柱栅极区域；以及在纳米柱的顶部的功能化层。【具体实施方式】本文描述的是在电子领域中针对特定靶点的检测的各种实施例。如本文所使用的术语“检测(detect) ”或“检测(detect1n) ”表示在有限空间部分中确定特定靶点的存在、出现或事实，包括但不限于，技术人员在阅读本公开后可辨别的样本、反应混合物或其他有限空间部分。检测可以是定量的或是定性的。当检测指的是、涉及或包括靶点或信号的数量或量的测量时，其为“定量的”(也称为量化)，其包括但不限于，被设计为确定靶点或信号的量或比例的任意分析。当检测指的是、涉及或包括根据与另一个靶点或信号的相对丰度来识别靶点或信号的性质或种类时，检测为“定性的”，而不是定量的。如本文所使用的术语“靶点”表示待检测的感兴趣分析物。术语“分析物”指的是待在样本中检测其存在或不存在的物质、化合物、一部分或成分。分析物包括但不限于分子和生物分子。如本文所使用的术语“生物分子”表示与生物环境相关联的物质、化合物或成分，包括但不限于糖、氨基酸、肽、蛋白质、寡核苷酸/核酸。在电子领域中，晶体管已经被用作电压-电流转换器以及电流-电流转换器。对于分子感测应用，已知的是当金属通过化学和/或生物试剂被功能化时，某些分子有效结合到这些金属。在一些情况下，分子甚至能够结合到金属而无需任何附加层。在本公开中，描述了一些方法和设备，其中通过利用化学和生物试剂功能化晶体管的终端触点，例如，M0SFET的栅极、基极和漏极，通过非电子手段驱动晶体管。能够功能化任意数目的触点，从仅一个触点到全部触点。通过功能化纳米柱晶体管的栅极/基极，能够感测感兴趣的生物和化学靶点。纳米级制造允许制造各种形状和尺寸的晶体管。例如，娃特性能够以尚的尚度:宽度的高宽比来蚀刻。具有范围从1:1到100:1的高宽比的纳米柱结构能够用于产生高的表面接触。高表面接触能够有利于分子感测应用。这些晶体管结构还能够成形为产生各种三维几何结构。一些几何结构在感测某些分子或在特定感测环境中可以更为有效。纳米柱晶体管能够通过本领域技术人员公知的标准半导体制造技术来制造。在一些实施例中，用于捕获靶点以检测的结合化合物可以是抗体。如本文所使用的术语“抗体”指的是一种蛋白质，其在抗原刺激之后由活化B细胞产生，并且能够特别结合到在生物系统中促进免疫反应的抗原。完整抗体通常由四个亚基构成，包括两个重链和两个轻链。术语抗体包括天然抗体和合成抗体，包括但不限于，单克隆抗体、多克隆抗体或其片段或其衍生物。如本文关于抗体所使用的术语“片段”表示保留了抗体的免疫活动特性的抗体的任意部分。如本文关于抗体所使用的术语“衍生物”表示一种分子，该分子在结构上与抗体相关并且通过改性可由抗体衍生，其引入了在抗体中不存在的特性的同时保留抗体的功能性质。因此，通过改性可能或可能不会与在原始抗体或其片段中不存在的附加功能相关联的氨基酸序列，衍生抗体或其任何片段(FaB或scFv)通常不同于原始抗体或其片段。技术人员能够识别提供衍生物且检测衍生物的能力以保留一个或多个功能性质的方法。示例性抗体包括IgA、IgD、IgGl、IgG2、IgG3、IgM等。示例性片段包括Fab Fv、Fab’ F(ab’)2scFV、单链抗体等。单克隆抗体是特别结合到另一个生物分子的单一特定空间和极性构成并且从而被定义为对其进行补充的抗体，其被称为“表位”。在一些形式中，单克隆抗体还能够具有相同结构。多克隆抗体指的是不同单克隆抗体的混合物。在一些形式中，多克隆抗体可以为单克隆抗体的混合物，其中至少两个单克隆抗体结合到不同的抗原表位。不同的抗原表位可以在相同的靶点上、不同的靶点上或其组合上。抗体可以由本领域公知的技术来制备，例如，宿主的免疫和血清的收集(多克隆)，或者通过制备连续杂交瘤细胞株且收集分泌蛋白(单克隆)。 如本文所使用的术语“结合化合物”或“捕获试剂”表示例如通过一个或多个分子结合部位的特定结合能够特别结合到靶点的分子。本文描述的结合化合物能够包括各种化学性质的分子，诸如多肽(抗体或受体)、多聚核苷酸(例如，DNA或RNA)和/或小分子(适配体)，以及技术人员在阅读本公开后可识别的能够进行特定结合的其他分子。在一些实施例中，抗体或抗体片段能够用于特别结合或捕获分子以用于检测。在一些实施例中，用于检测的靶点和/或结合化合物可以是蛋白质或多核苷酸。如本文所使用的术语“蛋白质”表示具有特定的二级和三级结构的多肽，其能够与另一种分析物相互作用，且特别是能够结合另一种分析物，并且特别是与其他生物分子相互作用，该其他生物分子包括其他蛋白质、DNA、RNA、脂类、代谢物、激素、趋化因子以及小分子。如本文所使用的术语“多肽”表示任意长度的氨基酸聚合物，包括全长的蛋白质和肽以及其类似物或片段。三个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测分子的结构，所述结构包括：半导体衬底；源极区域，其位于所述半导体衬底中，所述源极区域包括第一掺杂半导体区域；漏极区域，其位于所述半导体衬底中，所述漏极区域包括第二掺杂半导体区域；源电极，其与所述源极区域接触；漏电极，其与所述漏极区域接触；绝缘层，其至少部分地覆盖所述源电极，和/或所述漏电极，和/或所述源极区域，和/或所述漏极区域，和/或所述半导体衬底；氧化层，其覆盖在所述源极区域和所述漏极区域之间的衬底区域；纳米柱栅极区域，其接触所述氧化层；以及功能化层，其位于所述纳米柱的顶部上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿迪蒂亚·拉贾戈帕，杰峰·常，奥利佛·普拉特布格，斯蒂芬·彼得里，阿克塞尔·谢勒，查尔斯·L·奇尔哈特，
申请(专利权)人：加州理工学院，赛诺菲美国服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US