[发明专利]一种基于隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感技术领域，特别是涉及一种基于隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法。

背景技术

生物传感器是用在生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分子方法。在未来经济发展中，生物传感技术必将是介于信心和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分子（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。

具体地，生物传感器（Biosensor）是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。

1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器：葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，边制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可以制得检测其对应物的其他传感器。现已研制和开发第三代传感器，将生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器。

目前，传统的平面场效应晶体管（FET）的亚阈值斜率比较平稳，导致器件对沟道表面电荷的变化感应不灵敏，影响生物传感器的工作性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法，用于解决现有技术中场效应晶体管对沟道表面电荷的变化感应不灵敏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，所述生物传感器的制备方法至少包括步骤：

步骤一、制备一隧穿场效应晶体管作为转换器；

步骤二、采用表面修饰剂对所述隧穿场效应晶体管中的沟道表面进行活化修饰。

优选地，所述步骤一中制备隧穿场效应管的具体步骤包括：

1）提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧层和底层硅；

2）在所述顶层硅表面形成栅介质层；

3）采用离子注入工艺对所述栅介质层两侧的顶层硅进行离子注入，形成源极和漏极，所述栅介质层下未进行离子注入的顶层硅定义为沟道；

4）在所述底层硅的背面形成背栅。

优选地，采用化学气相沉积工艺在所述沟道表面形成栅介质层。

优选地，所述源极为P型重掺杂半导体，所述漏极为N型重掺杂半导体。

优选地，所述源极为N型重掺杂半导体，所述漏极为P型重掺杂半导体。

优选地，所述埋氧层为SiO₂；所述栅介质层HfO₂或者SiO₂。

优选地，所述背栅为金属栅极。

优选地，所述步骤二中采用3-氨丙基三乙氧基硅烷作为表面修饰剂对所述沟道表面进行活化修饰。

本发明还提供一种基于隧穿场效应晶体管的生物传感器，所述生物传感器至少包括：

转换器，为隧穿场效应晶体管；

表面修饰剂，覆盖于所述隧穿场效应中的沟道表面。

优选地，所述隧穿场效应晶体管至少包括：

SOI衬底，包括顶层硅、埋氧层和底层硅；

源极和漏极，离子注入于所述顶层硅两侧；

沟道，位于所述源极和漏极之间；

栅介质层，形成于所述沟道表面；

背栅，形成于所述底层硅的背面。

优选地，所述表面修饰剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。

如上所述，本发明的基于隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法，包括步骤：首先，制备一隧穿场效应晶体管作为转换器；然后采用表面修饰剂对所述隧穿场效应晶体管中的沟道表面进行活化修饰；制备隧穿场效应管的具体步骤包括：提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧层和底层硅；在所述顶层硅表面形成栅介质层；采用离子注入工艺对所述栅介质层两侧的顶层硅进行离子注入，形成源极和漏极，所述栅介质层下未进行离子注入的顶层硅定义为沟道；在所述底层硅的背面形成背栅。本发明的隧穿场效应管具有更加陡峭的亚阈值斜率，对沟道表面电荷的变化相应更加灵敏，从而使生物传感器可以对生物分子进行高灵敏的检测。

附图说明

图1为本发明的基于隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法提供的SOI衬底结构示意图。