[發明專利]用于堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構及制備方法

無效

• 申請號: 201410236223.8
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103995035A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 易紅;李鐵;袁志山;倪中華;陳云飛;劉磊;沙菁;章寅;馬建
• 申請（專利權）人: 東南大學;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414;H01L29/772;H01L21/335
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.用于堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于，該結構包括從下至上依次設置的掩膜襯底(1)、半導體層(2)、氧化硅絕緣層(3)、電極層(4)和絕緣層(5)，所述掩膜襯底(1)中部設置有釋放窗口(11)，所述半導體層(2)中設置有位于釋放窗口(11)上方并與之連通的刻蝕槽(21)，刻蝕槽(21)中分部一排半導體層納米盲孔(22)，所述氧化硅絕緣層(3)上設有門電極窗口(31)，氧化硅絕緣層(3)中設置有位于半導體層納米盲孔(22)上方并與之連通的氧化硅納米盲孔(32)和位于所述氧化硅納米盲孔(32)中央上方的氧化硅納米孔(33)；所述電極層(4)包括金屬門電極(41)、石墨烯微米帶(42)、金屬漏電極(43)、金屬源電極(44)和石墨烯納米孔(45)；石墨烯微米帶(42)位于氧化硅納米孔(33)上方，且石墨烯微米帶(42)連接設置在其兩端的金屬漏電極(43)和金屬源電極(44)，石墨烯納米孔(45)位于氧化硅納米孔(33)上方并與氧化硅納米孔(33)連通，實現石墨烯納米孔(45)、氧化硅納米孔(35)、氧化硅納米盲孔(32)和半導體層納米盲孔(22)的連通；所述絕緣層(5)位于所述電極層(4)上方，并設置有所述門電極外接窗口(51)、漏電極窗口(52)和源電極窗口(53)且位于所述金屬門電極(41)、金屬漏電極(43)和金屬漏電極(44)上方；在所述石墨烯納米孔(45)上方設置有所述絕緣層納米孔(54)，實現與所述石墨烯納米孔(45)相通。

2.根據權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于，所述石墨烯微米帶(42)為單層石墨烯，從下至上依次連接的氧化硅絕緣層(3)、電極層(4)和絕緣層(5)形成夾心結構。

3.根據權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于，所述的氧化硅納米孔(33)、石墨烯納米孔(45)和絕緣層納米孔(54)組成的一個連通的納米孔。

4.根據權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于：所述掩膜襯底(1)的材料為氧化硅或氮化硅，所述半導體層(2)的材質為硅、鍺或鍺硅。

5.根據權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于：所述石墨烯微米帶(42)的數量大于或等于2，且石墨烯微米帶的數量與半導體層納米盲孔(22)、氧化硅納米盲孔(32)、氧化硅納米孔(33)、石墨烯納米孔(45)以及絕緣層納米孔(54)數量相等。

6.根據權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于：所述金屬門電極(41)位于門電極窗口(31)內。

7.根據權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管結構，其特征在于：所述絕緣層(5)的材料為氧化鋁或者氧化鈦。

8.一種制備如權利要求1所述的堿基序列檢測的多柵極石墨烯場效應管的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)在半導體層(2)的下側制作出掩膜襯底(1)，半導體層(2)的上側制作出氧化硅絕緣層(3)；

2)在所述掩膜襯底(1)的中央刻蝕制作釋放窗口(11)；

3)利用所述釋放窗口(11)在所述半導體層(2.)上刻蝕出刻蝕槽(21)；

4)在所述氧化硅絕緣層(3)上刻蝕門電極窗口(31)

5)在所述門電極窗口(31)內制作金屬門電極(41)

6)將單層石墨烯轉移到氧化硅絕緣層(3)的上表面，并通過圖形化處理，得到形狀規則的石墨烯微米帶(42)，所述石墨烯微米帶(42)位于刻蝕槽(21)正上方中央；

7)在所述石墨烯微米帶(42)兩端分別制作一個金屬漏電極(43)和金屬源電極(44)，所述的金屬漏電極(43)和金屬源電極(44)通過石墨烯微米帶(42)實現電相連；

8)制作覆蓋所述氧化硅絕緣層(3)、金屬門電極(41)、石墨烯微米帶(42)、金屬漏電極(43)和金屬源電極(44)上表面的絕緣層(5)，刻蝕絕緣層(5)上位于金屬門電極(41)、金屬漏電極(43)、金屬源電極(44)上方的部位，得到用于與外界電相連的門電極外接窗口(51)、漏電極窗口(52)和源電極窗口(53)；

9)在所述刻蝕槽(21)上方剩余的半導體層(2)上制作出所述半導體層納米盲孔(22)，并在所述半導體層納米盲孔(22)中央制作所述氧化硅納米盲孔(32)。

10)在所述氧化硅納米盲孔(32)上方制作出氧化硅納米孔(33)、石墨烯納米孔(45)和絕緣層納米孔(54)組成一個連通的納米孔；金屬門電極(41)、石墨烯微米帶(42)、金屬漏電極(43)、金屬源電極(44)和石墨烯納米孔(45)構成了電極層(4)。