本文描述了几种用于检测和测量化学反应和化合物的晶体管电路。在有些实施方案中，这样的晶体管电路包括可以用于检测和测量核酸测序反应的离子敏感的场效应晶体管(ISFET)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测和测量化学反应和化合物的晶体管电路相关申请本申请要求以前提交的2010年6月30日提交的美国临时专利申请系列号61/360，493、2010年7月I日提交的美国临时申请系列号61/360，495、2010年7月3日提交的美国临时申请系列号61/361，403和2010年7月17日提交的美国临时申请系列号61/365, 327的优先权权益。它们所有的公开内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
电子装置和组件已经在化学和生物学(更一般地，“生命科学”)中得到众多应用，特别是用于检测和测量不同的化学和生物反应，以及鉴别、检测和测量不同的化合物。一种这样的电子装置被称作离子敏感的场效应晶体管，在相关文献中经常表示为“ISFET”(或pHFET)。ISFET常规地主要在科学和研究团体中采用，用于便利溶液的氢离子浓度(通常表示为“pH”)的测量。更具体地，ISFET是一种阻抗转化装置，其以类似于MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的方式运行，且为选择性地测量溶液中的离子活性而特别构建(例如，溶液中的氢离子是“分析物”)。在 “Thirty years of ISFET0L0GY:what happened in thepast30years and what may happen in the next30years，nP.Bergveld，Sens.Actuators，88(2003)，第1-20页(“Bergveld”)中给出了 ISFET的详细运行理论，所述出版物通过引用整体并入本文。使用常规CMOS(互补金属氧化物半导体)方法来制造ISFET的细节，可以参见:Rothberg,等人，美国专利公开号2010/0301398, Rothberg,等人，美国专利公开号2010/0282617，和Rothberg等人，美国专利公开2009/0026082 ;这些专利公开统称为“Rothberg”，并且都通过引用整体并入本文。除了 CMOS以外，然而还可以使用biCMOS (例如两极的和CMOS)加工，诸如包括PMOS FET阵列的方法，所述阵列具有在外围上的两极结构。可替换地，可以采用其它技术，其中敏感元件可以用三端装置来制作，其中感知的离子会导致信号的形成，所述信号控制3个线端之一；这样的技术还可以包括，例如，GaAs和碳纳米管技术。以CMOS为例，P-型ISFET制造是基于P-型硅衬底，其中形成晶体管的“主体”的N-型孔被形成。在N-型孔内形成高度掺杂的P-型(P+)区域S和D (构成ISFET的源和排出装置)。在N-型孔内还可以形成高度掺杂的N-型(N+)区域B，以提供与N-型孔的传导体(或“块”)连接。氧化物层可以安置在源、排出装置和主体接头区上面，穿过它们制作开口，以提供与这些区域的电连接(通过电导体)。在源和排出装置之间，在N-型孔区域上面的位置，可以在氧化物层上面形成多晶硅栅。因为它安置在多晶硅栅和晶体管主体(即，N-型孔)之间，所述氧化物层经常被称作“栅氧化物”。类似于M0SFET，ISFET的运行是基于由MOS (金属氧化物半导体)电容造成的电荷浓度(和因而通道电导)的调节，所述电容由多晶硅栅、栅氧化物和在源和排出装置之间的孔(例如，N-型孔)区域组成。当在栅和源区域之间施加负电压时，通过剥夺该区域的电子，在该区域和栅氧化物的界面处建立通道。就N-孔而言，所述通道是P-通道(反之亦然)。在N-孔的情况下，所述P-通道在源和排出装置之间延伸，且当栅-源负电势足以从源吸收孔进入通道时，传导电流穿过P-通道。通道开始传导电流时的栅-源电势称作晶体管的阈值电压VTH(当Vffi具有大于阈值电压Vth的绝对值时，晶体管传导)。源因此得名，因为它是流过通道的电荷载体(P-通道的孔)的源；类似地，排出装置是电荷载体离开通道的地方。如Rothberg所述，可以制造具有浮动栅结构的ISFET，所述浮动栅结构如下形成:将多晶硅栅联接到多个金属层上，所述金属层安置在一个或多个额外的氧化物层内，所述氧化物层安置在栅氧化物的上面。浮动栅结构由此得名，因为它与其它的ISFET相关导体在电学上分离；也就是说，它夹在栅氧化物和钝化层之间，所述钝化层安置在浮动栅的金属层(例如，顶金属层)的上面。如Rothberg进一步所述，ISFET钝化层构成离子敏感的膜,其产生装置的离子灵敏度。与钝化层(尤其可以位于浮动栅结构上面的敏感区域)相接触的分析物溶液(即，含有目标分析物(包括离子)的溶液，或被测试目标分析物存在的溶液)中的分析物(诸如离子)的存在，会改变ISFET的电特征，从而调节流过ISFET的源和排出装置之间的通道的电流。钝化层可以包含多种不同材料中的任一种，以促进对特定离子的灵敏度；例如，包含氮化硅或氮氧化硅以及金属氧化物(诸如硅、铝或钽的氧化物)的钝化层通常会提供对分析物溶液中氢离子浓度(PH)的灵敏度，而包含聚氯乙烯(含有缬氨霉素)的钝化层会提供对分析物溶液中钾离子浓度的灵敏度。适用于钝化层且对其它离子(诸如钠、银、铁、溴、碘、钙和硝酸盐)敏感的物质是已知的，且钝化层可以包含多种材料(例如，金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物)。关于在分析物溶液/钝化层界面处的化学反应，用于ISFET的钝化层的特定材料的表面可以包括这样的化学基团:其可以为分析物溶液捐献质子，或接受来自分析物溶液的质子，在任意给定的时间在分析物溶液界面处的钝化层的表面上剩下带负电荷的、带正电荷的和中性的位点。关于离子灵敏度，通常称作“表面电势”的电势差出现在钝化层和分析物溶液的固/液界面处，随敏感区域中的离子浓度而变化，这是由于化学反应(例如，通常包含在敏感区域附近的分析物溶液中的离子对氧化物表面基团的解离)。该表面电势又影响ISFET的阈值电压；因而，ISFET的阈值电压随着在敏感区域附近的分析物溶液中的离子浓度的变化而变化。如Rothberg所述，由于ISFET的阈值电压Vth对离子浓度敏感，源电压Vs提供与在ISFET的敏感区域附近的分析物溶液中的离子浓度直接有关的信号。化学敏感的FET ( “chemFET”)的阵列或更具体地ISFET，可以用于监测反应一包括例如核酸(例如，DNA)测序反应，这基于监测在反应过程中存在的、产生的或使用的分析物。更通常地，包括chemFET的大阵列在内的阵列可以用于检测和测量在众多化学和/或生物学过程(例如，生物学或化学反应、细胞或组织培养或监测、神经活性、核酸测序等)中的多种分析物(例如，氢离子、其它离子、非离子型分子或化合物等)的静态和/或动态量或浓度，其中基于这样的分析物测量可以得到有价值的信息。这样的chemFET阵列可以用于检测分析物的方法中和/或通过在chemFET表面处的电荷的变化而监测生物学或化学过程的方法中。ChemFET (或ISFET)阵列的这种用途包括:检测溶液中的分析物，和/或检测在chemFET表面(例如ISFET钝化层)上结合的电荷的变化。关于ISFET阵列制造的研究记载在下述出版物中:“A large transistor-basedsensor array chip for direct extracellular imaging,J.Milgrew,M.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：KG法伊夫，
申请(专利权)人：生命科技公司，
类型：
国别省市：
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