[发明专利]包括生物敏感场效应晶体管的感测电路及操作方法

说明书

本发明的实施例提供了一种感测电路，包括：生物敏感场效应晶体管(BioFET)，该晶体管包括：衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述衬底具有源极区和漏极区，第一控制栅极，设置在所述衬底的所述第一侧上，以及第二控制栅极，设置在所述衬底的所述第二侧上，所述第二控制栅极包括在所述衬底的所述第二侧上设置的感测膜；以及存储单元，耦合至所述第一控制栅极并且配置为存储所述第一控制栅极的第一阈值电压和所述第二控制栅极的第二阈值电压之间的差值。本发明的实施例还提供了一种用于操作晶体管的方法。

分案申请

本申请是2016年11月23日提交的标题为“双栅极生物敏感场效应晶体管及阈值校准方法”、专利申请号为201611047224.3的中国专利的分案申请。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及包括生物敏感场效应晶体管的感测电路及晶体管的操作方法。

背景技术

生物传感器是用于感测和检测生物分子的器件且基于电子、电化学、光学和机械检测原理操作。包括晶体管的生物传感器是电学地感测生物实体或生物分子的电荷、光子和机械性能的传感器。传感器检测生物实体或生物分子的浓度或通过特定反应物和生物实体/生物分子之间的相互作用或反应来来检测。这样的生物传感器在信号转换中快捷且能够使用半导体工艺制造以及易于应用于集成电路和MEMS。

场效应晶体管(FET)包括源极、漏极和栅极，并且可以用作用于各种类型目标的传感器。创建生物敏感场效应晶体管或生物有机场效应晶体管(BioFET)以检测生物分子，包括例如H+、Ca2+、DNA、蛋白质和葡萄糖。包含目的分子(molecule of interest)的电解质用作Bio-FET栅极。

发明内容

本发明的实施例提供了一种生物敏感场效应晶体管(BioFET)，包括：衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述衬底具有源极区和漏极区；至少一个第一控制栅极，设置在所述衬底的所述第一侧上；以及至少一个第二控制栅极，设置在所述衬底的所述第二侧上，所述第二控制栅极包括在所述衬底的所述第二侧上设置的感测膜，其中，所述源极区和所述第二控制栅极之间偏置的电压小于所述第二控制栅极的阈值电压。

本发明的实施例还提供了一种双栅极场效应晶体管读出接口，包括：场效应晶体管，包括至少两个栅极端、漏极端和源极端；反馈放大器，所述反馈放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦合至所述漏极端，在参考电压下偏置所述第二输入端，以及所述输出端耦合至所述控制栅极端中的一个；以及恒定电流输入端，耦合至所述漏极端。

本发明的实施例还提供了一种用于传感阵列的阈值失配校准的方法，其中，所述传感器中的每一个都具有至少两个控制栅极，包括：通过采样环路产生第一信号；基于来自所述采样环路的所述第一信号评估并且存储每个传感器的失配；以及执行每个传感器的失配补偿，并且通过取消失配环路产生第二信号。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。

图1是根据本发明的一些实施例的示出了双栅极生物敏感场效应晶体管(Bio-FET)的示意性截面图；

图2A是根据本发明的一些实施例的示出了双栅极生物敏感场效应晶体管(Bio-FET)的示意性截面图；

图2B是根据本发明的一些实施例的示出了双栅极生物敏感场效应晶体管(Bio-FET)的简化电路布线的示意图；

图2C是根据本发明的一些实施例的示出了双栅极生物敏感场效应晶体管(Bio-FET)的简化电路布局的示意图；