[发明专利]测定生物分子特征的半导体装置

说明书

本发明实施例涉及一种测定生物分子特征的半导体装置。一种半导体装置包含电路层及纳米孔层。所述纳米孔层形成于所述电路层上且形成有穿过其的孔。所述电路层包含电路单元，所述电路单元经配置以驱动生物分子穿过所述孔且检测与所述纳米孔层的电阻相关联的电流，借此可使用由所述电路单元检测到的所述电流来测定所述生物分子的特征。

技术领域

本揭露实施例中所描述的技术一般来说涉及微机电系统(MEMS)的微流体施加。

背景技术

纳米孔定序为用于测定生物分子(例如，核糖核酸(RNA)、脱氧核糖核酸(DNA)链、毒素等)的一或多个特征的技术。生物分子定序装置能够识别例如核苷酸碱基序列/呈现的特征以便表征DNA链。在纳米孔定序中，DNA链(举例来说)悬浮在溶液中且经驱动穿过纳米孔装置中的孔。当DNA链通过孔时，纳米孔装置的电特征(例如，电阻、所感测电流或所感测电压)随着DNA链的不同核苷酸碱基(即，腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)及胸腺嘧啶(T))通过孔而以确定性方式变化。研究展示，DNA序列的变化与疾病范围(例如癌症、心血管疾病及免疫系统疾病)相关联。因此，重要的是，在纳米孔定序期间准确地测量纳米孔装置的特征以便准确地表征DNA链。

发明内容

本发明的实施例涉及一种包括至少一个半导体装置的生物分子感测装置，每一半导体装置包含：半导体电路层；及纳米孔层，其放置于所述电路层上面且通过半导体装置绕线耦合到所述电路层内的电路单元，所述纳米孔层具有穿过其的纳米孔，其中所述电路单元经配置以驱动生物分子穿过所述孔且所述电路单元经配置以检测与所述纳米孔层的电阻或电容相关联的电流，借此可使用由所述电路单元检测到的所述电流来测定所述生物分子的特征。

本发明的实施例涉及一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：形成电路层；在电路层上面放置未成形纳米孔层；将所述纳米孔层电耦合到所述电路层；及使用所述电路层将成形电压施加到所述纳米孔层，借此使所述纳米孔层成形。

本发明的实施例涉及一种方法，其包括：用化学溶液填充经形成穿过半导体集成电路层的室；及使得所述电路层的电路能够将生物分子从所述室驱动穿过放置于所述电路层上的纳米孔层中的孔。

附图说明

当借助附图阅读时，从以下详细说明最佳地理解本揭露实施例的方面。应注意，根据工业中的标准实践，各种构件未按比例绘制。实际上，为论述清晰起见，可任意地增加或减小各种构件的尺寸。

图1A是根据一些实施例的具有生物分子传感器阵列的示范性微流体装置的示意性图解说明。

图1B是根据一些实施例的基于半导体的生物分子传感器装置的横截面视图，其图解说明与集成电路集成在一起的纳米孔装置的各个方面。

图1C是根据一些实施例的示范性基于半导体的生物分子传感器装置的示意性俯视图图解说明。

图1D图解说明根据一些实施例的与基于半导体的生物分子传感器装置集成在一起的集成电路的方面。

图2A是图解说明根据一些实施例的连接到电极层的示范性第一电路的功能框图。

图2B图解说明根据一些实施例的对纳米孔的脉冲形成的电流响应。

图3A是图解说明根据一些实施例的示范性驱动模块的功能框图。

图3B是图解说明根据一些实施例的示范性电流/电压转换器的功能框图。

图3C是图解说明根据一些实施例的示范性孔形成模块的功能框图。

图4是图解说明根据一些实施例的连接到电极层的示范性第二电路的功能框图。

图5是图解说明根据一些实施例的示范性感测模块的功能框图。