[發明專利]具有納米線CHEMFET傳感器的集成電路、感測設備、測量方法及制造方法

在審

• 申請號: 201380053891.0
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN104781658A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: J·H·克魯特維杰克;M·梅舍;M·E·阿拉康-里維羅;N·M·A·德懷爾德
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張寧

技術領域

本發明涉及一種集成電路，包括半導體襯底；在所述襯底之上的絕緣層；在所述絕緣層上的分析物第一晶體管，所述第一晶體管包括在源極區域與漏極區域之間暴露的溝道區域；以及導電耦合至半導體襯底的電壓波形發生器，用于在信號獲取周期期間向第一晶體管提供偏置電壓。

本發明進一步涉及包括這類IC的感測設備。

本發明還進一步涉及使用這類IC在介質中測量感興趣的分析物的方法。

背景技術

半導體不斷前進的微型化技術使嵌入在諸如集成電路(IC)之類的半導體器件中的功能的顯著多樣化成為可能，其在一些情況下引起了單個器件上的接近整體性(near?holistic)的解決方案的提供。例如，半導體器件微型化引起一個或多個傳感器至單個半導體器件的集成，并且，在例如汽車應用、醫療應用、工業煙道檢測等廣泛的不同技術領域中可以觀察到這類器件的部署。

在諸如IC之類的電子設備上提供感測功能的主要挑戰之一是確保可以經濟可行的方式生產半導體器件。例如，當亞微米級尺度的感測元件(例如納米元件，諸如基于納米線的晶體管)被集成在半導體器件中時，這是一個特別的挑戰，這是因為使用與整體半導體器件的制造工藝兼容的工藝步驟來制造這類納米元件完全不簡單。因此，這類專用元件的集成可能導致半導體器件制造工藝復雜性的顯著增大，由此顯著地增加了這類器件的成本。

在這方面的一個特別的問題是當感測介質是流體(例如液體或氣體)時，傳感器的布置通常要求參考傳感器或參考電極的存在以補償傳感器的漂移，即，傳感器對感興趣的分析物隨時間變化的響應，例如，傳感器的漂移可以由傳感器表面上污染物的逐漸累加而引起。這類累加例如在當第一晶體管由恒定電壓偏置時發生，由此引起介質和暴露的溝道區域之間的電位差，該電位差可以在傳感器表面上引起帶電粒子的累積，該累積繼而可以引起第一晶體管的閾值電壓V_th的偏移。

US?2004/0136866中公開了這類布置的一個示例，其中，參考電極被置于與待分析流體接觸，以控制相對于半導體納米線感測元件的溶液的電位。

然而，參考傳感器或參考電極的引入可以進一步將傳感器布置的設計復雜化，因此，可能進一步提高電子器件的成本。此外，參考電極的表面本身可能也容易被污染，這類情況下，傳感器的讀數(readings)可能變得不可靠。

EP2?362?219?A1公開了一種使用傳感器執行測量的方法，該傳感器具有感測表面和至少一個依附在感測表面的捕獲分子，用于形成與感興趣的分析物的結合配對，結合配對具有靈活的空間定向，該方法包括使用捕獲分子來捕獲感興趣的分析物，由此在初始空間定向中形成結合配對；將第一電磁力施加至感測表面以改變結合配對的空間定向；以及使用具有改變后的空間定向的結合配對來執行傳感器測量。因此，產生傳感器輸出信號，該信號被結合配對中的EMF引起的均勻改變所調制，使得來自污染物的信號貢獻被有效地濾除，該信號貢獻通常不展現EMF引起的調制。

發明內容

本發明旨在提供根據開始段落的其中不需要單獨參考電極的IC。

本發明進一步尋求提供包括這類IC的感測設備。

本發明還進一尋求在提供使用這類IC以測量感興趣的分析物的方法。

本發明由獨立權利要求所限定。從屬權利要求限定有利的實施例。

根據本發明的一個方面，提供了一種在本發明中限定的集成電路。第一晶體管對感測感興趣的分析物是特別有用的。第一晶體管可以是分析物感測晶體管。

本發明基于一種實現，該實現通過提供具有對特定感興趣的分析物具有親合性的第一晶體管的IC，例如，由于使用例如官能層將晶體管的溝道區域適當地官能化，因此，通過應用周期性地吸引及排斥這類污染物(例如離子)的偏置電壓波形可以很大程度地避免污染物對感測信號的負面影響，而無需從在應用偏置電壓波形期間獲取的感測信號中提取被調制的分量。相反，出乎意料地發現，通過周期性地增大被施加至第一晶體管的背側柵極的波形的至少一個部分(例如正的部分和/或負的部分)的幅值，可以使用第一晶體管例如根據其傾斜(inclination)和/或根據它的V_th從所獲取的信號導出分析物貢獻來執行精確的分析物測量。在恒定的背偏置電壓的提供上使用這類電壓波形的額外優點是晶體管的漏極-源極電流對被施加至晶體管的偏置電壓變得不靈敏。