本发明专利技术提供一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器、制备方法及应用，该碳纳米管场效应晶体管生物传感器包括：衬底；二氧化硅介质层；源极电极和漏极电极；CNT沟道层；Y2O3波浪状介电层；金纳米颗粒构成的连接层；溶液栅极和施加栅极电压的银丝以及钝化层，生物传感器在测量目标生物分子时，仅波浪状传感界面和施加栅极电压的银丝暴露在液体环境中；溶液栅极与述源极电极、漏极电极及CNT沟道层均不接触。本发明专利技术的碳基生物传感器，基于电化学方法将平整的Y2O3介电层腐蚀成波浪状，在保持晶体管原有电学性能不变的情况下，增加了介电层的比表面积和传感器的电双层电容，从而能够固定更多的探针分子，提高生物传感器的灵敏度和检测范围。传感器的灵敏度和检测范围。传感器的灵敏度和检测范围。
【技术实现步骤摘要】
波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器、制备方法及应用
[0001]本专利技术涉及生物传感器
，尤其是基于碳纳米管晶体管型生物传感器，具体而言涉及一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器及其制备方法。
技术介绍
[0002]肺癌仍然是癌症死亡的主要原因。早期诊断和治疗被认为是降低肺癌发病率和死亡率的关键，I期肺癌患者的5年生存率可以达到90％。然而，早期癌症组织很难被发现，传统的临床检测方法，包括胸透后的支气管镜检查，痰液分析后的细胞学检查，以及低剂量计算机断层扫描(LDCT)都不能满足准确的检测要求。近来，许多临床病例证实，肺癌患者血清中存在一些蛋白质(如CEA)或细胞因子，甚至在早期阶段，称为血清肿瘤生物标志物，其丰度与肺癌的发展状况有关，其类型与不同组织学亚型有关。在这方面，血清肿瘤生物标志物的精确测量将为肺癌的无痛和无创诊断提供一个新的途径。尽管如此，在复杂的血清环境中准确识别微量标志物一直是个难题。
[0003]基于低维半导体材料的场效应晶体管(FET)生物传感器是新兴的检测技术，具有高灵敏度、快速响应、无标签和规模集成等固有优势。通过带电的生物分子和半导体通道之间的静电耦合，目标生物分子的浓度信息可以被高度敏感地检测并以可读的电信号传输。在各种纳米材料中，半导体碳纳米管薄膜具有超高的迁移率、与生物分子的尺寸相容性和良好的生物相容性等优点，这使得它成为高性能FET生物传感器的良好候选者，并引起广泛关注。
[0004]然而，高灵敏度总是伴随着较差的抗干扰能力，小尺寸意味着探针结合点的缺乏，导致CNT
‑
FET生物传感器的实际性能远低于理论值。现有技术提出了一种浮动栅CNT
‑
FET平台，它利用沉积在CNT上的Y2O3高k层来避免复杂的测试环境与CNT通道的直接接触，从而有效抑制了干扰信号。但引入的高k介电层不可避免地降低了CNT
‑
FET的栅极效率，导致灵敏度的损失。同时，微米级器件的传感界面上的结合点数量有限的问题仍未解决。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于提供一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，通过波浪状的传感界面，增加栅极比表面积使固定的探针更多，以提高晶体管型生物传感器的灵敏度。该碳纳米管场效应晶体管生物传感器尤其可用于早期肺癌筛查技术中血清标志物检测。
[0006]在另一方面的实施例中，本专利技术提供一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，超灵敏检测肺癌血清标志物癌胚抗原，检测极限达到阿克量级。
[0007]根据本专利技术目的的第一方面，提出一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，包括：
[0008]衬底，限定了第一表面和相对的第二表面，以第一表面作为后续制备的生长表面；
[0009]二氧化硅介质层，位于衬底的第一表面；
[0010]源极电极和漏极电极，位于衬底的第一表面，源极电极与漏极电极相对地设置并隔开排布；
[0011]位于二氧化硅介质层上表面的CNT沟道层，所述CNT沟道层位于源极电极与漏极电极之间的位置；
[0012]波浪状介电层，位于CNT沟道层的上表面，远离衬底一侧；
[0013]连接层，位于CNT沟道层上表面远离硅基衬底一侧；以及
[0014]溶液栅极和施加栅极电压的银丝，位于波浪状介电层和连接层上表面远离衬底一侧；
[0015]钝化层，使得在所述生物传感器在测量目标生物分子时，仅波浪状传感界面和施加栅极电压的银丝暴露在液体环境中；
[0016]其中，所述溶液栅极与所述源极电极、漏极电极及CNT沟道层均不接触。
[0017]在优选的实施例中，波浪状介电层选用为Y2O3。
[0018]作为可选的示例，所述源极电极与漏极电极采用的金属为Ti/Pd/Au三种金属，是具有一定厚度的条状电极。
[0019]作为可选的示例，所述源极电极与漏极电极的厚度相同，并且控制在60
‑
80nm。
[0020]作为可选的示例，所述波浪状介电层为Y2O3，其厚度要超过6nm，电化学处理的溶液为高离子浓度的缓冲液。
[0021]作为可选的示例，所述连接层为金纳米颗粒，其理论厚度为0.3nm(对应于单颗的直径约为0.3nm)，相邻的金纳米颗粒互不接触。
[0022]作为可选的示例，所述溶液栅极为0.01
×
PBS，体积为10μL。
[0023]作为可选的示例，所述施加栅极电压的银丝，其直径为0.4mm。
[0024]作为可选的示例，所述源极电极与漏极电极的长度在50μm以上，宽度在5μm以上，源漏之间的距离为20μm。
[0025]作为可选的示例，所述金属引线为与源漏电极同样的金属材料，长度在1000μm以上。
[0026]作为可选的示例，所述输出电极(pad)与源漏电极同样的金属材料，其边长为300μm。
[0027]作为可选的示例，所述源极电极与漏极电极均配置有独立的引线，用于信号引出；所述引线均被封装绝缘处理。
[0028]根据本专利技术目的的第二方面，提出一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0029]步骤1、在衬底上沉积一层二氧化硅介质层；
[0030]步骤2、以二氧化硅介质层作为CNT的生长表面，沉积CNT薄膜；
[0031]步骤3、通过匀胶机对沉积有CNT薄膜的Si/SiO2结构表面进行匀胶，利用光刻工艺曝光相应图形，使用电子束蒸发镀膜仪制备源漏电极以及金属引线；
[0032]步骤4、使用激光直写光刻机利用匀胶光刻显影工艺曝光出相应图形，利用反应离子刻蚀机对CNT薄膜进行刻蚀，获得连接源漏电极CNT沟道层；
[0033]步骤5、再次进行匀胶、曝光，利用电子束蒸镀在CNT沟道层上表面制备3nm的金属
钇，通过270度热板在空气中对器件进行氧化形成氧化钇，然后在平整的氧化钇上表面滴加高浓度的离子缓冲液并施加一定的电压，源极接地，使栅源之间形成一定的电压差，通过电化学方法使得氧化钇在缓冲液和加压的作用下形成波浪状的表面；
[0034]步骤6，再一次进行匀胶、光刻、显影处理，在制备好的波浪状介质层表面用电子束蒸发镀膜仪蒸镀上金纳米颗粒；
[0035]步骤7，最后再次进行光刻显影步骤对源极电极、漏极电极以及金属引线进行封装，使得在所述生物传感器在测量目标生物分子时，仅波浪状传感界面和施加栅极电压的银丝暴露在液体环境中，其中所述波浪状传感界面由波浪状介电层作为基础并修饰金纳米颗粒构成，相邻的两颗金纳米颗粒之间不接触。
[0036]作为可选的实施方式，波浪状介电层为氧化钇，其厚度为6nm左右、化学刻蚀的溶液为高离子浓度的PBS缓冲液，施加电压为
‑
1.5V。
[0037]由此，结合上述技术方案的波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其利用碳纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其特征在于，包括：衬底(10)，限定了第一表面和相对的第二表面，以第一表面作为后续制备的生长表面；二氧化硅介质层(20)，位于衬底的第一表面；漏极电极(31)与源极电极(32)，位于二氧化硅介质层(20)的上表面，源极电极(32)与漏极电极(31)相对地设置并隔开排布；位于二氧化硅介质层(20)上表面的CNT沟道层(40)，所述CNT沟道层(40)位于源极电极(32)与漏极电极(31)之间的位置；波浪状介电层(50)，位于CNT沟道层(40)的上表面，远离衬底一侧；连接层(60)，位于波浪状介电层(50)的上表面、远离衬底一侧；以及溶液栅极和施加栅极电压的银丝，位于波浪状介电层(50)和连接层(60)上表面远离衬底的一侧；钝化层(33)，使得在所述生物传感器在测量目标生物分子时，仅波浪状传感界面和施加栅极电压的银丝暴露在液体环境中；所述波浪状传感界面由波浪状介电层(50)作为基础并修饰连接层(60)构成；其中，所述溶液栅极与所述源极电极(32)、漏极电极(31)及CNT沟道层(40)均不接触。2.根据权利要求1所述的波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述源极电极(32)与漏极电极(31)均为一定厚度的条状金属电极，其厚度为60
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80nm。3.根据权利要求1所述的波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述CNT沟道层(40)采用网络状碳纳米管，网络状的碳纳米管随机平铺在二氧化硅介质层(20)的上表面，其单根碳管直径控制在1
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3nm。4.根据权利要求1所述的波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述波浪状介电层(50)采用氧化钇，其厚度控制在6
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15nm。5.根据权利要求1所述的波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述连接层(60)采用金纳米颗粒，其直径控制在0.3nm，均匀分布在CNT沟道上表面，且相邻两颗金纳米颗粒不接触。6.根据权利要求1所述的波浪状传感界面的碳纳米管场效应晶体管生物传感器，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘逸为，李璐瑶，刘晓峰，张志勇，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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