[發明專利]具有功能化柵電極和基電極的納米柱場效應和結型晶體管

在審

• 申請號: 201380039616.3
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN105408740A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 阿迪蒂亞·拉賈戈帕;杰峰·常;奧利佛·普拉特布格;斯蒂芬·彼得里;阿克塞爾·謝勒;查爾斯·L·奇爾哈特
• 申請（專利權）人: 加州理工學院;賽諾菲美國服務公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414;G01N33/50;B82B3/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年7月25日提交的美國臨時專利申請第61/675,637號的優先權，其公開內容通過引用全部并入本文。

技術領域

本公開涉及用于分子感測應用的半導體結構。更具體而言，其涉及具有功能化柵電極和/或基電極的晶體管。

附圖的簡要說明

結合到本說明書中并且構成本說明書一部分的附圖示出了本公開的一個或多個實施例，并且該一個或多個實施例連同示例性實施例的描述用于說明本公開的原理和實施。

圖1描繪了具有功能化柵極的場效應晶體管的示例性實施例的截面幾何結構。

圖2描繪了具有被結合到功能化柵極的抗體的MOSFET的示例性實施例。

圖3描繪了具有被結合到功能化柵極上的抗體的抗原的MOSFET的示例性實施例。

圖4描繪了jFET傳感器的示例性實施例。

圖5描繪了BJT傳感器的示例性實施例。

圖6描繪了感測來自場效應晶體管傳感器的信號的電路的示例性實施例。

發明內容

根據本公開的第一方面，描述了一種用于感測分子的結構，該結構包括：半導體襯底；在半導體襯底中的源極區域，該源極區域包括第一摻雜半導體區域；在半導體襯底中的漏極區域，該漏極區域包括第二摻雜半導體區域；與源極區域接觸的源電極；與漏極區域接觸的漏電極；絕緣層，其至少部分地覆蓋源電極，和/或漏電極，和/或源極區域，和/或漏極區域，和/或半導體襯底；氧化層，其覆蓋在源極區域和漏極區域之間的襯底區域；與氧化層接觸的納米柱柵極區域；以及在納米柱的頂部的功能化層。

根據本公開的第二方面，描述了一種用于感測分子的結構，該結構包括：半導體襯底；在半導體襯底中的發射極區域，該發射極區域包括第一摻雜半導體區域；在半導體襯底中的基極區域，該基極區域包括第二摻雜半導體區域；在半導體襯底中的集電極區域，該集電極區域包括第三摻雜半導體區域；與發射極區域接觸的發射極；與集電極區域接觸的集電極；與基極區域接觸的納米柱；以及在納米柱的頂部的功能化層。

根據本公開的第三方面，描述了一種用于感測分子的結構，該結構包括：半導體襯底；在半導體襯底中的源極區域，該源極區域包括第一摻雜半導體區域；在半導體襯底中的漏極區域，該漏極區域包括第二摻雜半導體區域；與源極區域接觸的源電極；與漏極區域接觸的漏電極；絕緣層，其至少部分地覆蓋源電極，和/或漏電極，和/或源極區域，和/或漏極區域，和/或半導體襯底；與源極區域和漏極區域之間的襯底區域接觸的納米柱柵極區域；以及在納米柱的頂部的功能化層。

具體實施方式

本文描述的是在電子領域中針對特定靶點的檢測的各種實施例。

如本文所使用的術語“檢測(detect)”或“檢測(detection)”表示在有限空間部分中確定特定靶點的存在、出現或事實，包括但不限于，技術人員在閱讀本公開后可辨別的樣本、反應混合物或其他有限空間部分。檢測可以是定量的或是定性的。當檢測指的是、涉及或包括靶點或信號的數量或量的測量時，其為“定量的”(也稱為量化)，其包括但不限于，被設計為確定靶點或信號的量或比例的任意分析。當檢測指的是、涉及或包括根據與另一個靶點或信號的相對豐度來識別靶點或信號的性質或種類時，檢測為“定性的”，而不是定量的。

如本文所使用的術語“靶點”表示待檢測的感興趣分析物。術語“分析物”指的是待在樣本中檢測其存在或不存在的物質、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。如本文所使用的術語“生物分子”表示與生物環境相關聯的物質、化合物或成分，包括但不限于糖、氨基酸、肽、蛋白質、寡核苷酸/核酸。

在電子領域中，晶體管已經被用作電壓-電流轉換器以及電流-電流轉換器。對于分子感測應用，已知的是當金屬通過化學和/或生物試劑被功能化時，某些分子有效結合到這些金屬。在一些情況下，分子甚至能夠結合到金屬而無需任何附加層。在本公開中，描述了一些方法和設備，其中通過利用化學和生物試劑功能化晶體管的終端觸點，例如，MOSFET的柵極、基極和漏極，通過非電子手段驅動晶體管。能夠功能化任意數目的觸點，從僅一個觸點到全部觸點。通過功能化納米柱晶體管的柵極/基極，能夠感測感興趣的生物和化學靶點。