[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

权利要求书

1.一种双栅极单电子晶体管生物传感器，其特征在于，所述生物传感器结构如下，包括绝缘衬底上的硅SOI绝缘衬底（1），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制备源极（4）﹑漏极（5）﹑侧栅极（6）﹑顶栅（7）；绝缘衬底上的硅SOI上部的顶层硅选取的是（100）的晶向；厚度为400nm，绝缘衬底上的硅SOI下部衬底为埋层氧化层BOX，埋层氧化层BOX厚度为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70nm，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；完成之后再次进行紫外曝光、显影以及电子束热蒸发形成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；所述的硅量子点沟道层（2）是刻蚀在衬底上，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ALD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。

2.一种根据权利要求1所述的双栅极单电子晶体管生物传感器的制备方法，其特征在于，绝缘衬底上的硅SOI是使用注氧隔离技术制备，绝缘衬底上的硅SOI上部的顶层硅选取的是（100）的晶向；厚度为400nm，绝缘衬底上的硅SOI下部衬底为埋层氧化层BOX，埋层氧化层BOX厚度为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70nm，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；完成之后再次进行紫外曝光、显影以及电子束热蒸发形成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埋层氧化层BOX，再将绝缘衬底上的硅SOI上的Ni/Au洗掉，在900±20摄氏度下热干氧化，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，电子束蒸发形成Ni/Au金属电极；

再使用原子束沉积技术ALD，在单电子晶体管SET上覆盖一层40nm Al₂O₃的高K介质层；在高K介质层上，进行曝光﹑显影，使用PECVD技术生长氧化硅，剥离；使用PECVD技术淀积氮化硅，采用lift-off技术获得测量窗口和样品容器结构；在窗口上附着相应的功能薄膜，从而得到顶栅的功能薄膜以及样品容器；lift-off指涂胶后曝光显影，使其产生一个稍微内倾的光刻胶剖面。