[发明专利]基于虚拟内埋纳米线的分子传感器

权利要求书

1.一种用于感测气体或液体样本中的分子的系统，所述系统包括：

a)至少一个多栅场效应晶体管，其包括：

1)一块半导体，其具有在源极区与漏极区之间延伸的活性区域以及沿着不同侧上的所述活性区域延伸的左横向区域和右横向区域；

2)左横向栅电极和右横向栅电极，其分别在所述左横向区域和所述右横向区域中产生电场，从而当施加有适当的电压时在所述活性区域中产生导电通道，所述导电通道的位置取决于所述施加的电压；

3)邻近于所述分子所附着的所述活性区域的感测表面，在所述导电通道的所述位置附近的所述附着分子的局部浓度会影响所述导电通道的导电性；以及

b)控制器，其经适配以连续地向所述晶体管的所述横向栅电极施加不同电压并且将所述导电通道移动到多个不同位置，并且以在每个位置处测量所述导电通道的导电性。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述感测表面涂覆有特异性结合于所感测的所述分子上的配体。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述源极区和所述漏极区掺杂有符号相同的掺杂剂，并且所述左横向区域和所述右横向区域掺杂有与所述源极区和所述漏极区符号相反的掺杂剂。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述活性区域掺杂有与所述源极区和所述漏极区符号相同的掺杂剂。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述横向区域的掺杂剂的所述浓度延伸到所述活性区域中，从而在大于所述导电通道的宽度的标度长度上逐渐减小。

6.一种制造权利要求4的系统中的场效应晶体管的方法，其包括在某些条件下对所述晶体管进行热处理，使得所述掺杂剂中的一些从所述左横向区域和所述右横向区域扩散到所述活性区域中，从而在所述活性区域的最窄点处将所述活性区域的有效宽度减小至少30％，但是不会在任何点处将所述有效宽度减小到零。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述活性区域在所述左横向区域与所述右横向区域之间窄于1微米。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述场效应晶体管还包括背栅电极，所述背栅电极在远离所述感测表面的方向上定位并且至少通过绝缘层与所述活性区域分离，所述背栅电极的电压会影响所述导电通道与所述感测表面的平均距离以及距离范围中的一者或两者。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器经适配以根据在每个位置处测量到的所述导电性确定邻近于所述导电通道的每个所述位置的附着分子的浓度。

10.根据权利要求9所述的系统，对于栅电极电压的至少一个选择来说，所述系统具有所述导电通道的宽度以及所述导电通道与所述感测表面的距离，使得当所述感测表面所暴露的空气中的所述分子浓度仅为万分之一时可以确定所述附着分子的平衡浓度。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个场效应晶体管包括多个场效应晶体管，并且所述控制器经适配以改变每个晶体管中的所述导电通道的所述位置并且在多个不同位置处测量导电通道的导电性，以发现在每个晶体管的任何位置附近的附着分子的最大浓度并且发现所述晶体管上的附着气体分子的所述最大浓度的平均值。

12.根据权利要求1所述的系统，所述系统用作用于感测多个不同类型的分子的电子鼻，其中所述至少一个场效应晶体管包括具有感测表面的多个场效应晶体管，所述感测表面具有不同化学特性，使得所述场效应晶体管对于所述不同分子具有附着到其上的不同相对趋势，所述控制器经适配以改变所述导电通道的所述位置并且根据在每个晶体管的每个位置处测量到的导电性来确定所述导电通道的每个位置附近的附着分子的浓度，并且以发现通过将附着到每个场效应晶体管上的所述分子浓度的图案与每个类型的分子的附着分子浓度的预期图案相比较所呈现的分子类型。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述场效应晶体管还包括位于所述活性区域上方的电介质层，其中所述感测表面包括所述电介质层的表面。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述晶体管的所述感测表面包括所述活性区域的暴露表面。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述半导体包括硅，并且所述活性区域的所述暴露表面包括甲基封端硅。