[发明专利]一种基于双栅极单电子晶体管的电子生物传感器及制备方法

说明书

一种双栅极单电子晶体管生物传感器，结构如下，包括SOI绝缘衬底（1）﹑衬底上为硅量子点层（2）﹑介质层（3）﹑源极（4）﹑漏极（5）﹑侧栅极（6）﹑顶栅（7），顶栅包括功能薄膜的样品容器（8）；绝缘衬底（1）上的顶层硅是经过处理减薄到80±20nm左右制备源极﹑漏极﹑侧栅极﹑顶栅；所述的硅量子点沟道层是刻蚀方式在衬底上；硅量子点层上的所述的源极﹑漏极﹑侧栅极通过微加工方法在顶层硅上刻蚀出丁字型且三个极均留有间隙；单电子晶体管上生长出一层Al₂O₃的高K介质层，所述的顶栅(7)是通过模板在高介质层上面制作一个顶栅。

技术领域

本发明涉及一种基于双栅极单电子晶体管的应用于对溶液中化学和生物特征分子的电子生物传感器。

背景技术

近年来，从疾病分析到新药分子的发现，生命科学领域的化学和生物分子检测和量化分析技术，起着越来越重要的作用。人们需要将生物物质敏感的化学和物质浓度信号转变为电信号进行测量、标定、分析。而这是由类似于包括抗体﹑抗原﹑酶﹑微生物﹑细胞﹑组织等的生物识别元件与类似于压电传感器﹑光敏电阻管﹑场效应管等的理化参数转换器结合起来，构成生物传感器。在这些理化参数转换器中，顶栅电势变化敏感的场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)被视为其中带电物质检测的重要器件。但随着研究和生产技术的提升，对于检测的精度也越来越高，或者当所要检测的目标物在稀释状态下或者受到一些环境因素的干扰时候，就需要有更高精度检测器件来实现对目标物的检测和量化分析。这种基于双栅极单电子晶体管在未来的信息技术与生物技术的融合，食品药品分析﹑环境保护﹑临床诊断﹑生物智能芯片开发都有广阔的发展前景。

发明内容

本发明目的在于，对目前的化学生物分子检测的场效应晶体管方法，提供一种基于双栅极单电子晶体管(SET)的电子生物传感器。

本发明的技术方案是：一种双栅极单电子晶体管生物传感器，结构如下，包括SOI(绝缘衬底上的硅)绝缘衬底(1)上﹑绝缘衬底上为硅量子点沟道层(2)﹑介质层(3)﹑源极(4)﹑漏极(5)﹑侧栅极(6)﹑顶栅(7)，顶栅包括功能薄膜和样品容器(8)；绝缘衬底(1)上的顶层硅是经过处理减薄到80±20nm左右制备源极(4)﹑漏极(5)﹑侧栅极(6)﹑顶栅(7)；所述的硅量子点沟道层(2)是刻蚀方式在衬底上，量子点的直径大小在10nm以内；硅量子点沟道层(2)上的所述的源极(4)﹑漏极(5)﹑侧栅极(6)通过微加工方法在顶层硅上刻蚀出丁字型且三个极均留有间隙；所述的介质层(3)通过原子沉积的的技术在源极(4)﹑漏极(5)﹑侧栅极(6)构成的单电子晶体管上生长出一层Al₂O₃的高K介质层，厚度在10-40nm；所述的顶栅(7)是通过模板在高介质层上面制作一个顶栅。

双栅极电子晶体管生物传感器的制备方法，SOI是使用注氧隔离技术制备，SOI上部的顶层硅选取的是(100)的晶向；厚度约为400nm，SOI下部衬底为BOX(埋层氧化层)，埋层氧化层(BOX)厚度大约为380nm；然后在顶层硅使用P离子通过热扩散的方法进行掺杂,初始顶层硅的厚度是200nm，P表面注入浓度是1.6E14cm^-2，52KEV，在1000℃氧化，时间控制在35分钟，使用HF漂去氧化硅，剩余顶层硅大概70-80nm，浓度在3E19cm^-3，再进行紫外曝光，然后进行显影，把光刻胶作为掩膜，使用RIE反应离子刻蚀的方法制备出硅量子点沟道层(2)，硅量子点沟道层(2)上以相同的RIE反应离子刻蚀得到包含源极、漏极、侧栅极的整体台面；完成之后再次进行UV曝光、显影以及电子束热蒸发Ni/Au和剥离金属的标记图形制备源极(4)﹑漏极(5)﹑侧栅极(6)构成的单电子晶体管，金属对准标记图形是通过电子束曝光做成，考虑到能使用图形互补，光刻胶覆盖的区域就是单电子晶体管的图形，在此基础上再进行ICP刻蚀，刻蚀的深度控制在到达BOX(埋层氧化层)，再将SOI上的Ni/Au洗掉，在900±20摄氏度左右下，热干氧化，使得源电极和漏电极之间的通道氧化成隧穿势垒；最后进行曝光、显影在源漏电极硅层面上开窗口，电子束蒸发金属Ni/Au金属电极；