[发明专利]阵列列积分器

说明书

相关申请

本申请要求以前提交的2010年6月30日提交的美国临时专利申请系列号61/360,493、2010年7月1日提交的美国临时申请系列号61/360,495、2010年7月3日提交的美国临时申请系列号61/361,403和2010年7月17日提交的美国临时申请系列号61/365,327的优先权权益。它们所有的公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

电子装置和组件已经在化学和生物学(更一般地，“生命科学”)中得到众多应用，特别是用于检测和测量不同的化学和生物反应，以及鉴别、检测和测量不同的化合物。一种这样的电子装置被称作离子敏感的场效应晶体管，在相关文献中经常表示为“ISFET”(或pHFET)。ISFET常规地主要在科学和研究团体中采用，用于便利溶液的氢离子浓度(通常表示为“pH”)的测量。

更具体地，ISFET是一种阻抗转化装置，其以类似于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的方式运行，且为选择性地测量溶液中的离子活性而特别构建(例如，溶液中的氢离子是“分析物”)。在“Thirty years of ISFETOLOGY：what happened in the past30years and what may happen in the next30years，”P.Bergveld，Sens.Actuators，88(2003)，第1-20页(“Bergveld”)中给出了ISFET的详细运行理论，所述出版物通过引用整体并入本文。

使用常规互补金属氧化物半导体(CMOS)方法来制造ISFET的细节，可以参见：Rothberg，等人，美国专利公开号2010/0301398，Rothberg，等人，美国专利公开号2010/0282617，和Rothberg等人，美国专利公开2009/0026082；这些专利公开统称为“Rothberg”，并且都通过引用整体并入本文。除了CMOS以外，可以使用两极的和CMOS(biCMOS)加工，诸如包括p-通道MOS FET阵列的方法，所述阵列具有在外围上的两极结构。可替换地，可以采用其它技术，其中敏感元件可以用三端装置来制作，其中感知的离子会导致信号的形成，所述信号控制3个线端之一；这样的技术还可以包括，例如，砷化镓(GaAs)和碳纳米管技术。

以CMOS为例，P-型ISFET制造是基于p-型硅衬底，其中n-型孔形成晶体管的“主体”。在n-型孔内形成高度掺杂的p-型(p+)源(S)和排出装置(D)区域。在n-型孔内还可以形成高度掺杂的n-型(n+)区域B，以提供与n-型孔的传导体(或“块”)连接。氧化物层可以安置在源、排出装置和主体接头区上面，穿过它们制作开口，以提供与这些区域的电连接(通过电导体)。在源和排出装置之间，在n-型孔区域上面的位置，可以在氧化物层上面形成多晶硅栅。因为它安置在多晶硅栅和晶体管主体(即，n-型孔)之间，所述氧化物层经常被称作“栅氧化物”。

类似于MOSFET，ISFET的运行是基于由金属氧化物半导体(MOS)电容造成的电荷浓度(和因而通道电导)的调节，所述电容由多晶硅栅、栅氧化物和在源和排出装置之间的孔(例如，n-型孔)区域组成。当在栅和源区域之间施加负电压时，通过剥夺该区域的电子，在该区域和栅氧化物的界面处建立通道。就n-孔而言，所述通道是p-通道。在n-孔的情况下，所述p-通道在源和排出装置之间延伸，且当栅-源负电势足以从源吸收孔进入通道时，传导电流穿过p-通道。通道开始传导电流时的栅-源电势称作晶体管的阈值电压V_TH(当V_GS具有大于阈值电压V_TH的绝对值时，晶体管传导)。源因此得名，因为它是流过通道的电荷载体(p-通道的孔)的源；类似地，排出装置是电荷载体离开通道的地方。

如Rothberg所述，可以制造具有浮动栅结构的ISFET，所述浮动栅结构如下形成：将多晶硅栅联接到多个金属层上，所述金属层安置在一个或多个额外的氧化物层内，所述氧化物层安置在栅氧化物的上面。浮动栅结构由此得名，因为它与其它的ISFET相关导体在电学上分离；也就是说，它夹在栅氧化物和钝化层之间，所述钝化层安置在浮动栅的金属层(例如，顶金属层)的上面。