[發明專利]一種基于雙柵極單電子晶體管的電子生物傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 201710239206.3
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107328838B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 沈昊宇;施毅;李欣幸;秦華
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/42
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一種雙柵極單電子晶體管生物傳感器，結構如下，包括SOI絕緣襯底（1）﹑襯底上為硅量子點層（2）﹑介質層（3）﹑源極（4）﹑漏極（5）﹑側柵極（6）﹑頂柵（7），頂柵包括功能薄膜的樣品容器（8）；絕緣襯底（1）上的頂層硅是經過處理減薄到80±20nm左右制備源極﹑漏極﹑側柵極﹑頂柵；所述的硅量子點溝道層是刻蝕方式在襯底上；硅量子點層上的所述的源極﹑漏極﹑側柵極通過微加工方法在頂層硅上刻蝕出丁字型且三個極均留有間隙；單電子晶體管上生長出一層Al₂O₃的高K介質層，所述的頂柵(7)是通過模板在高介質層上面制作一個頂柵。

技術領域

本發明涉及一種基于雙柵極單電子晶體管的應用于對溶液中化學和生物特征分子的電子生物傳感器。

背景技術

近年來，從疾病分析到新藥分子的發現，生命科學領域的化學和生物分子檢測和量化分析技術，起著越來越重要的作用。人們需要將生物物質敏感的化學和物質濃度信號轉變為電信號進行測量、標定、分析。而這是由類似于包括抗體﹑抗原﹑酶﹑微生物﹑細胞﹑組織等的生物識別元件與類似于壓電傳感器﹑光敏電阻管﹑場效應管等的理化參數轉換器結合起來，構成生物傳感器。在這些理化參數轉換器中，頂柵電勢變化敏感的場效應晶體管(Field Effect Transistor，FET)被視為其中帶電物質檢測的重要器件。但隨著研究和生產技術的提升，對于檢測的精度也越來越高，或者當所要檢測的目標物在稀釋狀態下或者受到一些環境因素的干擾時候，就需要有更高精度檢測器件來實現對目標物的檢測和量化分析。這種基于雙柵極單電子晶體管在未來的信息技術與生物技術的融合，食品藥品分析﹑環境保護﹑臨床診斷﹑生物智能芯片開發都有廣闊的發展前景。

發明內容

本發明目的在于，對目前的化學生物分子檢測的場效應晶體管方法，提供一種基于雙柵極單電子晶體管(SET)的電子生物傳感器。

本發明的技術方案是：一種雙柵極單電子晶體管生物傳感器，結構如下，包括SOI(絕緣襯底上的硅)絕緣襯底(1)上﹑絕緣襯底上為硅量子點溝道層(2)﹑介質層(3)﹑源極(4)﹑漏極(5)﹑側柵極(6)﹑頂柵(7)，頂柵包括功能薄膜和樣品容器(8)；絕緣襯底(1)上的頂層硅是經過處理減薄到80±20nm左右制備源極(4)﹑漏極(5)﹑側柵極(6)﹑頂柵(7)；所述的硅量子點溝道層(2)是刻蝕方式在襯底上，量子點的直徑大小在10nm以內；硅量子點溝道層(2)上的所述的源極(4)﹑漏極(5)﹑側柵極(6)通過微加工方法在頂層硅上刻蝕出丁字型且三個極均留有間隙；所述的介質層(3)通過原子沉積的的技術在源極(4)﹑漏極(5)﹑側柵極(6)構成的單電子晶體管上生長出一層Al₂O₃的高K介質層，厚度在10-40nm；所述的頂柵(7)是通過模板在高介質層上面制作一個頂柵。

雙柵極電子晶體管生物傳感器的制備方法，SOI是使用注氧隔離技術制備，SOI上部的頂層硅選取的是(100)的晶向；厚度約為400nm，SOI下部襯底為BOX(埋層氧化層)，埋層氧化層(BOX)厚度大約為380nm；然后在頂層硅使用P離子通過熱擴散的方法進行摻雜,初始頂層硅的厚度是200nm，P表面注入濃度是1.6E14cm^-2，52KEV，在1000℃氧化，時間控制在35分鐘，使用HF漂去氧化硅，剩余頂層硅大概70-80nm，濃度在3E19cm^-3，再進行紫外曝光，然后進行顯影，把光刻膠作為掩膜，使用RIE反應離子刻蝕的方法制備出硅量子點溝道層(2)，硅量子點溝道層(2)上以相同的RIE反應離子刻蝕得到包含源極、漏極、側柵極的整體臺面；完成之后再次進行UV曝光、顯影以及電子束熱蒸發Ni/Au和剝離金屬的標記圖形制備源極(4)﹑漏極(5)﹑側柵極(6)構成的單電子晶體管，金屬對準標記圖形是通過電子束曝光做成，考慮到能使用圖形互補，光刻膠覆蓋的區域就是單電子晶體管的圖形，在此基礎上再進行ICP刻蝕，刻蝕的深度控制在到達BOX(埋層氧化層)，再將SOI上的Ni/Au洗掉，在900±20攝氏度左右下，熱干氧化，使得源電極和漏電極之間的通道氧化成隧穿勢壘；最后進行曝光、顯影在源漏電極硅層面上開窗口，電子束蒸發金屬Ni/Au金屬電極；