感测电解质中的生物分子和带电离子制造技术

一种用于生物分子或带电离子的传感器包括：衬底；位于衬底内的第一节点、第二节点和第三节点；位于衬底、第一节点、第二节点和第三节点之上的栅极电介质；第一场效应晶体管（FET），所述第一FET包含位于栅极电介质上的控制栅极、以及第一节点和第二节点；以及第二FET，第二FET包含位于栅极电介质上的感测表面、以及第二节点和第三节点，其中所述感测表面被配置为特别地结合要检测的生物分子或带电离子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般地涉及感测电解质溶液中的生物分子和带电离子的领域。
技术介绍
包括源极、漏极和栅极的场效应晶体管(FET)可以通过使用包含生物分子的电解质作为FET的栅极，用作对于不同类型的生物分子的传感器，所述生物分子包括但不局限于诸如H+或Ca++的带电离子、蛋白质、葡萄糖或病毒(更多信息见P. Bergveld, Sensorsand Actuators B 88 (2003)1-20)。在操作中，通过将电极浸入电解质、并将电极与电压源连接，向FET栅极电解质施加电压。电极的存在可能造成传感器具有相对难处理的设置，并可能制约传感器的小型化和自动化。可包括涂敷有氯化银涂层的银线的电极还可能随时间的经过而导致传感器的可靠性问题，这是由于伴随长期使用而可能出现的电极材料的化学变化而引起的。 不需要将电极浸入电解质中的基于FET的传感器可包括背栅极硅纳米线FET结构(更多信息见 E. Stern et al, Nature, Vol. 445, page 519(2007))。背栅极 FET 使用一层隐埋(buried)氧化物作为栅极电介质。隐埋氧化物可以相对厚，使得次阈值斜率相对大(大于300mV/十年(decade))且阈值电压高，结果，传感器的灵敏度可能劣化且感测电压高。为了改善灵敏度，可以使得硅纳米线的直径越来越细；然而，相对细的硅纳米线可能导致出现传感器制造的问题。为了降低感测电压，可以使得隐埋氧化物的厚度更薄，并且可以降低隐埋氧化物层中的固定电荷密度。相比常规的FET的制造工艺，细的硅纳米线和固定电荷密度降低的薄隐埋氧化物层的制造过程可能相对复杂且开销大。
技术实现思路
在一方面，用于生物分子或带电离子的传感器包括衬底；位于衬底内的第一节点、第二节点和第三节点；位于衬底、第一节点、第二节点和第三节点之上的栅极电介质；第一场效应晶体管(FET)，所述第一 FET包含位于栅极电介质上的控制栅极、以及第一节点和第二节点；还有第二 FET，第二 FET包含位于栅极电介质上的感测表面、以及第二节点和第三节点，其中所述感测表面被配置为特别地结合要检测的生物分子或带电离子。在一个方面，一种用于操作用于生物分子或带电离子的传感器的方法，所述传感器包括第一场效应晶体管(FET)和第二 FET，其中第一 FET和第二 FET包括共享节点，所述方法包括在传感器的感测表面上放置包含生物分子或带电离子的电解质，所述电解质包括第二 FET的栅极；对第一 FET的栅极施加反转电压；形成到第一 FET的非共享节点的第一电连接；形成到第二 FET的非共享节点的第二电连接；确定第一 FET的非共享节点与第二 FET的非共享节点之间流动的漏极电流的变化；以及，基于已确定的漏极电流的变化，确定电解质中包含的生物分子或带电离子的数量。附加的特征是通过当前的示例性实施例的技术实现的。这里详细说明其他实施例，其被视为所要求保护的一部分。为了更好地理解示例性实施例的特征，参考说明书和附图。附图说明现在参考附图，在附图中，相似的元素在若干附图中的编号类似图I图示了双FET传感器的实施例；图2图示了双FET传感器的实施例； 图3图示了双FET传感器的实施例；图4图示了操作双FET传感器的方法的实施例。具体实施例方式提供了用于生物分子和带电离子的双FET传感器的系统和方法的实施例，下面详细讨论示例性实施例。基于FET的传感器结构可以包括两个串联连接的η型或P型金属氧化物场效应晶体管(M0SFET，或FET)，其中第一 FET是控制FET，并且第二 FET是用电解质作为栅极的感测FET。控制FET和感测FET可以共享节点。感测FET的栅极电介质表面可以被功能化(functionalized),使得栅极电介质的表面特别地结合用所述双FET传感器检测的类型的生物分子。电解质中的生物分子与感测FET的功能化的栅极电介质表面结合，弓丨起传感器的漏极电流的变化。电解质中出现的生物分子的数量可以基于漏极电流的变化而确定。双FET传感器的使用使得不需要将电极浸入电解质。图I图示了包括控制FET和感测FET的双FET传感器100的实施例。感测FET包括共享节点102和传感器节点101，其充当感测FET的源极/漏极；以及包含电解质108的栅极。栅极电介质105的与电解质108接触的表面被功能化形成感测表面106。控制FET包括共享节点102和控制节点103，其充当控制FET的源极/漏极；以及控制栅极107。双FET传感器100被构造在衬底104上；传感器节点101、共享节点102和控制节点103形成于衬底104内。绝缘材料109可以位于衬底104之上。栅极电介质105位于衬底104、传感器节点101、共享节点102和控制节点103之上。在操作中，形成到传感器节点101、控制节点103和控制栅极107的电连接，所述电连接可以包括金属线(未示出)，并且，漏极电流(Id)流经传感器节点101和控制节点103之间的双FET传感器100。图2图示了双FET传感器200的替代实施例。双FET传感器200也包括控制FET和感测FET。感测FET包括共享节点202和传感器节点201，这些节点充当感测FET的源极/漏极；以及感测栅极电介质205A上的包括电解质208的栅极。栅极电介质205A的与电解质208接触的表面被功能化形成感测表面206。控制FET包括共享节点202和控制节点203，这些节点充当控制FET的源极/漏极；以及控制栅极电介质205B上的控制栅极207。双FET传感器200被构造在衬底204上；传感器节点201、共享节点202和控制节点203形成于衬底204内。绝缘材料209可以位于衬底204之上。在操作中，形成到传感器节点201、控制节点203和控制栅极207的电连接，所述电连接可以包括金属线(未示出)，并且漏极电流(Id)流经传感器节点201和控制节点203之间的双FET传感器200。图3图示了双FET传感器200的替代实施例。双FET传感器300也包括控制FET和感测FET。感测FET包括感测共享节点302A和传感器节点301，这些节点充当感测FET的源极/漏极；以及栅极电介质305上的包括电解质308的栅极。栅极电介质305的与电解质308接触的表面被功能化形成感测表面306。控制FET包括控制共享节点302B和控制节点303，这些节点充当控制FET的源极/漏极；以及栅极电介质305上的控制栅极307。感测共享节点302A连接到控制共享节点302B。双FET传感器300被构造在衬底304上；传感器节点301、共享节点302A-B和控制节点303形成于衬底304内。绝缘材料309可以位于衬底304之上。在操作中，形成到传感器节点301、控制节点303和控制栅极307的电连接，所述电连接可以包括金属线(未示出)，并且漏极电流(Id)流经传感器节点301和控制节点303之间的双FET传感器300。在一些实施例中，控制栅极(107、207和307)可以包括多晶硅或金属。在一些实施例中，传感器节点(101、201、301)、共享节点(102、202、302么-8)以及控制节点(103、203、 303 )各自具有相同的掺杂型(η+型或ρ+型)。在一些实施例中，衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：S扎法，TH宁，DR多尔曼，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：