[發(fā)明專利]薄膜晶體管及制造方法與應(yīng)用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710368636.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107293581B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉旸;葉志;曹臻;金傳洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);杭州雷賽微科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/417
• 分類號(hào): H01L29/417;H01L21/336;H01L29/786
• 代理公司: 杭州裕陽(yáng)聯(lián)合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 姚宇吉

本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜晶體管及制造方法與應(yīng)用方法，其中薄膜晶體管包括帶懸空絕緣材料薄膜的基底、導(dǎo)電材料源區(qū)、導(dǎo)電材料漏區(qū)以及半導(dǎo)體材料溝道。本發(fā)明通過(guò)利用導(dǎo)電材料作為源區(qū)和漏區(qū)材料，省去了對(duì)源區(qū)和漏區(qū)的高精度摻雜。將薄膜晶體管放入生物分子、離子或納米顆粒的離子溶液中時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待檢測(cè)物質(zhì)的電學(xué)特性檢測(cè)。本發(fā)明的薄膜晶體管的穩(wěn)定性好、檢測(cè)精準(zhǔn)度高，制造工藝較為簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及集成晶體管的生物、化學(xué)傳感器技術(shù)，特別涉及一種基于薄膜晶體管及制造方法與應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

目前，大量的研究旨在于開(kāi)發(fā)適用于微生物、細(xì)胞器、酶、抗體、抗原、核酸、DNA等的生物檢測(cè)以及化學(xué)分析與環(huán)境監(jiān)測(cè)等傳感領(lǐng)域。其中的納米級(jí)傳感檢測(cè)技術(shù)主要包括溶液檢測(cè)和基底檢測(cè)這兩種檢測(cè)方式，通過(guò)局域表面電磁場(chǎng)增強(qiáng)、電流信號(hào)放大、化學(xué)增強(qiáng)等機(jī)制極大限度地增強(qiáng)原始檢測(cè)信號(hào)。常見(jiàn)的溶液檢測(cè)生物化學(xué)傳感器件結(jié)構(gòu)是基于離子敏感晶體管，即待測(cè)分子附著到晶體管柵極氧化物表面從而引起晶體管內(nèi)溝道電流的變化。該類型器件沒(méi)有單分子層面控制的機(jī)制，通常測(cè)量的是附著在表面的多個(gè)待測(cè)分子的平均效應(yīng)。

固態(tài)納米孔能實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)分子的過(guò)孔控制，與離子晶體管結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)有可能實(shí)現(xiàn)單分子層面的電荷傳感，因而成為重要研究前沿。哈佛大學(xué)的Lieber教授課題組、瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Radenovic教授課題組、賓夕法尼亞大學(xué)的Drndic教授課題組在各自研究中嘗試了在薄膜的一側(cè)制備硅納米線或石墨烯晶體管，然后在晶體管溝道內(nèi)部或一旁制備納米孔結(jié)構(gòu)形成器件。他們測(cè)試中觀察到由于阻塞納米孔引起的跨膜電壓分壓變化引起的晶體管電流信號(hào)，但并沒(méi)有檢測(cè)到電荷信號(hào)。這主要是因?yàn)樗麄兊钠骷Y(jié)構(gòu)在原理上會(huì)導(dǎo)致其電荷檢測(cè)的困難。如果穿孔在晶體管溝道旁邊，因?yàn)樯镫姾稍?～5個(gè)德拜長(zhǎng)度(德拜長(zhǎng)度在通常100mM離子溶液中為1nm左右)的距離內(nèi)就會(huì)被溶液中的離子屏蔽而以指數(shù)形式衰減，所以場(chǎng)效應(yīng)難以到達(dá)晶體管溝道中；如果穿孔在晶體管溝道中間，則會(huì)破壞孔周邊溝道的晶體結(jié)構(gòu)，極大降低該區(qū)域晶體管載流子遷移率；而絕大部分鏡像電荷產(chǎn)生在這個(gè)低遷移率區(qū)域，將無(wú)法反映到溝道電流信號(hào)中。

另一方面的研究致力于在納米孔內(nèi)制備垂直于襯底方向的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。例如，在申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為CN 104769424A的中國(guó)專利申請(qǐng)中披露了上述的器件。其公開(kāi)了一種刻蝕襯底薄膜得到的納米孔場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該方案可用于基因組測(cè)序、蛋白質(zhì)測(cè)序、生物分子測(cè)序和對(duì)于離子、分子、納米顆粒等的檢測(cè)。但是該方案所提出的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備工藝非常復(fù)雜，尤其是晶體管源區(qū)和漏區(qū)需要進(jìn)行高精度的摻雜，摻雜不均勻時(shí)將極大影響該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的檢測(cè)精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種薄膜晶體管及制造方法與應(yīng)用方法，可以應(yīng)用到生物化學(xué)傳感檢測(cè)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液內(nèi)單個(gè)離子、分子、納米顆粒以及其他生物分子鏈的檢測(cè)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的制造方法，包括：提供帶懸空絕緣材料薄膜的基底；以懸空絕緣材料薄膜作為第一絕緣層；在第一絕緣層的第一表面沉積導(dǎo)電材料薄膜以作為源區(qū)；在第一絕緣層的第二表面沉積導(dǎo)電材料薄膜以作為漏區(qū)；將在源區(qū)、第一絕緣層、以及漏區(qū)進(jìn)行穿透，以形成孔狀；沉積半導(dǎo)體材料薄膜以作為溝道，溝道連接源區(qū)與漏區(qū)，以形成第一納米級(jí)孔狀。

可選地，制造方法還包括在溝道表面沉積絕緣材料薄膜以作為第二絕緣層，以形成第二納米級(jí)孔狀。

可選地，源區(qū)和漏區(qū)的沉積厚度范圍都為1-200nm。

可選地，第一納米級(jí)孔狀或第二納米級(jí)孔狀的孔徑范圍為1-300nm。

可選地，利用半導(dǎo)體材料薄膜制備溝道，在利用半導(dǎo)體材料薄膜形成溝道的同時(shí)或形成溝道之后還包括以下步驟：對(duì)半導(dǎo)體材料薄膜進(jìn)行n型或p型摻雜處理。