[发明专利]感测电解质中的生物分子和带电离子

说明书

技术领域

本公开一般地涉及感测电解质溶液中的生物分子和带电离子的领域。

背景技术

包括源极、漏极和栅极的场效应晶体管(FET)可以通过使用包含生物分子的电解质作为FET的栅极，用作对于不同类型的生物分子的传感器，所述生物分子包括但不局限于诸如H+或Ca++的带电离子、蛋白质、葡萄糖或病毒（更多信息见P.Bergveld，Sensors and Actuators B 88（2003）1-20）。在操作中，通过将电极浸入电解质、并将电极与电压源连接，向FET栅极电解质施加电压。电极的存在可能造成传感器具有相对难处理的设置，并可能制约传感器的小型化和自动化。可包括涂敷有氯化银涂层的银线的电极还可能随时间的经过而导致传感器的可靠性问题，这是由于伴随长期使用而可能出现的电极材料的化学变化而引起的。

不需要将电极浸入电解质中的基于FET的传感器可包括背栅极硅纳米线FET结构（更多信息见E.Stern et al,Nature,Vol.445,page 519（2007））。背栅极FET使用一层隐埋（buried）氧化物作为栅极电介质。隐埋氧化物可以相对厚，使得次阈值斜率相对大（大于300mV/十年（decade））且阈值电压高，结果，传感器的灵敏度可能劣化且感测电压高。为了改善灵敏度，可以使得硅纳米线的直径越来越细；然而，相对细的硅纳米线可能导致出现传感器制造的问题。为了降低感测电压，可以使得隐埋氧化物的厚度更薄，并且可以降低隐埋氧化物层中的固定电荷密度。相比常规的FET的制造工艺，细的硅纳米线和固定电荷密度降低的薄隐埋氧化物层的制造过程可能相对复杂且开销大。

发明内容

在一方面，用于生物分子或带电离子的传感器包括：衬底；位于衬底内的第一节点、第二节点和第三节点；位于衬底、第一节点、第二节点和第三节点之上的栅极电介质；第一场效应晶体管（FET），所述第一FET包含位于栅极电介质上的控制栅极、以及第一节点和第二节点；还有第二FET，第二FET包含位于栅极电介质上的感测表面、以及第二节点和第三节点，其中所述感测表面被配置为特别地结合要检测的生物分子或带电离子。

在一个方面，一种用于操作用于生物分子或带电离子的传感器的方法，所述传感器包括第一场效应晶体管（FET）和第二FET，其中第一FET和第二FET包括共享节点，所述方法包括：在传感器的感测表面上放置包含生物分子或带电离子的电解质，所述电解质包括第二FET的栅极；对第一FET的栅极施加反转电压；形成到第一FET的非共享节点的第一电连接；形成到第二FET的非共享节点的第二电连接；确定第一FET的非共享节点与第二FET的非共享节点之间流动的漏极电流的变化；以及，基于已确定的漏极电流的变化，确定电解质中包含的生物分子或带电离子的数量。

附加的特征是通过当前的示例性实施例的技术实现的。这里详细说明其他实施例，其被视为所要求保护的一部分。为了更好地理解示例性实施例的特征，参考说明书和附图。

附图说明

现在参考附图，在附图中，相似的元素在若干附图中的编号类似：

图1图示了双FET传感器的实施例；

图2图示了双FET传感器的实施例；

图3图示了双FET传感器的实施例；

图4图示了操作双FET传感器的方法的实施例。

具体实施方式

提供了用于生物分子和带电离子的双FET传感器的系统和方法的实施例，下面详细讨论示例性实施例。基于FET的传感器结构可以包括两个串联连接的n型或p型金属氧化物场效应晶体管（MOSFET，或FET），其中第一FET是控制FET，并且第二FET是用电解质作为栅极的感测FET。控制FET和感测FET可以共享节点。感测FET的栅极电介质表面可以被功能化（functionalized），使得栅极电介质的表面特别地结合用所述双FET传感器检测的类型的生物分子。电解质中的生物分子与感测FET的功能化的栅极电介质表面结合，引起传感器的漏极电流的变化。电解质中出现的生物分子的数量可以基于漏极电流的变化而确定。双FET传感器的使用使得不需要将电极浸入电解质。