[发明专利]一种基于MOS管的双栅极调控超高灵敏度生物传感器

摘要

本发明公开了一种基于MOS管的双栅极调控超高灵敏度生物传感器，可适用于一系列早期肿瘤的检测。该传感器使用SOI片加工制备，通过离子注入技术实现了独特的双栅极控制结构。传感器由紫外光刻联合NLD刻蚀法制备而成，实现了肿瘤标志物的微量、即时、免标记检测。与常见的检测电流或电导的传感器相比，该传感器检测抗原抗体结合过程中沟道中电容的变化。本发明中涉及到的检测方法更加稳定、抗干扰性强，能满足在检测范围和敏感度方面的需求，尤在检测灵敏度方面表现极其突出，最低可以检测浓度在1fg/ml～1ng/ml范围内的样本。

主权项

1.一种基于MOS管的生物传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(一)检测系统的制备，包含以下工序：A、表层硅减薄：清洗硅片，在氧化炉中通过干氧—湿氧—干氧900‑1100℃高温氧化1‑10个小时；再用BOE漂洗去掉SiO₂层，将表层硅减至10‑100nm，得到硅层(10)；B、硅纳米线(5)的制备：通过紫外步进式光刻机曝光显影得到纳米线图形，用磁控溅射在图形区域镀上一层10‑1000nm的铬作为掩膜，使用NLD刻蚀法整体刻蚀，去除非图形区域的Si和SiO₂，暴露出衬底(8)；C、离子注入：全层离子注入，使暴露的衬底(8)导通，为后面引出表面栅极(2)做准备；其中注入离子为氮、磷或砷As，注入剂量1e14‑1e20/cm²，注入能量为10keV‑1MeV，得到离子注入层(7)；D、硅纳米线(5)上氧化层(9)的构建：通过MA6紫外光刻机及PECVD在硅纳米线(5)部分区域生长1‑100nm厚的SiO₂，此处为后面引出顶层栅极(3)做准备；E、源极(1)、漏极(4)、表面栅极(2)、顶层栅极(3)图形的制备：在SOI硅片表面均匀涂覆一层光刻胶，利用紫外光刻套刻方法在特定位置制备源极(1)、漏极(4)、表面栅极(2)、顶层栅极(3)的图形，利用薄膜沉积技术在衬底(8)表面沉积Ti/Au/Ti三层金属，即为金属层(6)，厚度选自1‑10nm/10‑200nm/1‑10nm，最后剥离即可得到电极图形；F、欧姆接触的制备：利用快速退火炉，在氮气保护下，迅速升温至350‑500度维持1‑100秒降温，构建电极与硅纳米线(5)之间的欧姆接触；G、钝化层(11)的制备：在衬底(8)的SOI硅片表面均匀涂覆一层电子束光刻胶，利用紫外光刻方法制备钝化层，利用薄膜沉积技术在衬底(8)表面沉积SiO₂/SiN_x双层薄膜，厚度选自10‑1000nm/10‑500nm，结合剥离技术获得钝化层(11)；(二)微流道的制备，包含以下工序：A、依次使用丙酮、异丙醇以及超纯水对硅片进行超声清洗各5‑15分钟，利用匀胶台在表面涂覆一层光刻胶，涂覆厚度为2‑10μm，利用紫外光刻获得微流道光刻胶图案；利用深硅刻蚀对硅片进行刻蚀，刻蚀深度100‑150μm；B、对硅片进行氟硅烷处理，使表面呈现超疏水性质以便于后续微流道材料的剥离；将聚二甲基硅氧烷PDMS或SU‑8胶涂覆到硅片表面并固化处理；固化后将PDMS去硅片表面剥离下来；C、利用打孔器在PDMS或SU‑8胶表面打孔，获得微流道进口与出口，二者之间的区域则为微流道系统中的通路；(三)检测系统与微流道系统的键合，包含以下工序：利用氧等离子体系统对微流道系统以及检测系统的衬底(8)进行表面处理，获得超亲水的表面，然后将二者对准键合即可完成生物传感器的制备。