[发明专利]基于虚拟内埋纳米线的分子传感器

说明书

相关申请案

本申请案根据35 U.S.C.§119(e)主张2012年2月28日提交的第61/604,041号美国临时专利申请案的权益，该申请案的内容以引用方式并入本文中，如同全文再现一般。

技术领域

在本发明的一些实施例中，本发明涉及一种半导体化学传感器，且更确切地说，但非排他地，涉及一种基于场效应晶体管的气体传感器。

背景技术

可商购的气体传感器包含红外传感器、有毒气体传感器和催化燃烧式传感器，所有这些传感器都由城市技术有限公司(City Technology,Ltd.)出售；以及由美国费加罗股份有限公司(FIS,Inc.)出售的金属氧化物气体检测器。由城市技术出售的传感器(例如)在www.citytech.com有所描述，并且由费加罗出售的传感器(例如)在www.figarosensor.com有所描述。制造成本可以较便宜且/或具有较大灵敏度和/或较大专一性的气体传感器将是非常有用的。

基于各种材料的纳米线(例如，硅、氧化锌、氧化锡以及其他材料)的气体传感器可以呈现格外高的分辨率和灵敏度。然而，基于此类纳米线的商业气体传感器的制造目前并不可行，因为这些结构利用(例如)VLS方法的制造无法适应高容量制造(HVM)。或者，纳米线的高容量CMOS制造可以在将来实现，但同时成本大幅度增加，甚至增加若干个数量级。

额外背景技术包含：莫斯利(Moseley)的美国专利6,173,602，“过渡金属氧化物气体传感器”；希思(Heath)的WO 2005/004204，“用于将分子和生物分子结构附接到半导体微结构和纳米结构上的电化学方法以及所得结构”；阿莫里(Amori)的WO 2008/030395，“用于定量确定目标分子的设备和方法”；海克(Haick)的WO 2009/013754，“化学灵敏的场效应晶体管以及其在电子噪音装置中的使用”；佩内(Penner)的美国专利7628959，“氢气传感器”；阙(Chueh)的美国专利7631540，“具有氧化锌或铟/锌混合氧化物的气体传感器以及检测氮氧化物气体的方法”；周(Zhou)的美国专利7662652，“使用半导电金属氧化物纳米线的化学传感器”；海克(Haick)的US 2010/0198521，“化学灵敏的场效应晶体管以及其在电子噪音装置中的使用”；刘(Liu)的美国专利7,963,148，“由利用氧化锌纳米线制成的场效应晶体管组成的气体传感器”；周等人(Zhou et al)的“如化学传感器的硅纳米线”，《化学物理学报》第369期第220页(2003年)；艾略特等人(Eliol et al)的“使用自顶向下制造的集成纳米硅传感器”，《应用物理学报》第83期第4613页(2003年)；西索夫等人(Sysoev et al)的“对于纳米级‘电子鼻’：利用单个金属氧化物纳米线和内消旋线对氢气与一氧化碳的鉴别”，《纳米快报》6(8)：1584-8(2006年)；麦卡尔平等人(McAlpine et al)的“塑料衬底上用于超灵敏柔性化学传感器的高度有序的纳米线阵列”，《自然材料》6(5)第379至384页(2007年)；西索夫等人(Sysoev et al)的“基于渗滤的二氧化锡纳米线传感元件的梯度微阵列电子鼻”，《纳米快报》第7卷第10号，第3182至3188页；麦卡尔平等人(McAlpine et al)的“用于小分子的选择性感测的肽纳米线混合材料”(2008年)；恩格尔等人(Engel et al)的“通过硅纳米线阵列对爆炸物进行超灵敏检测”，《德国应用化学》第49期第6830至6835页(2010年)；默佳瑞迪等人(Mojarradi et al)的美国专利8,010,591“四栅晶体管模拟乘法器电路”；以及海克等人(Haick et al)的“非氧化甲基封端硅纳米线(Non-Oxidized Methyl-Terminated Silicon Nanowires)的电特性和化学稳定性”，《美国化学学会杂志》第128期，第8990至8991页(2006年)。

发明内容

本发明的一些实施例的一个方面涉及一种具有导电通道的多栅场效应晶体管(multi-gate field effect transistor)(FET)，所述导电通道的作用像虚拟内埋纳米线(virtual buried nanowire)，所述导电通道的导电性对附着到FET表面上的气体或液体样本中的分子的局部浓度灵敏，并且所述导电通道的横向位置可受栅极控制，从而使FET能够充当具有改进灵敏度的分子传感器。