使用大规模FET阵列测量分析物的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置，其中包含串联连接至第二效应晶体管(FET)的第一FET，以及串联连接至所述第一FET和第二FET的第三FET。所述半导体装置另外包括耦合到所述第一FET和第二FET的偏置电路以及耦合到所述第二FET之端子的输出导体，其中所述输出导体获得来自第二FET的输出信号，后者与第一FET无关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用大规模FET阵列测量分析物的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求提交于2014年12月18日之62/093,851号美国临时申请的优先权，该申请的全部内容完整并入本文作为参考。专利
本公开内容总体涉及用于化学分析的半导体装置和/或传感器，以及制造此类半导体装置和/或传感器的方法。背景化学和/或生物过程检测当中已用到多种类型的传感器。其中一类是化学敏感的场效应晶体管(chemFET)。chemFET包括由沟道区分隔的一个栅极、一个源极、一个漏极，以及耦合到沟道区的敏感区，例如栅极上适于与流体接触的表面。chemFET的操作基于由变化所引起的沟道电导的调制，如在敏感区可能由于流体中发生化学和/或生物反应而产生的电压变化。可对沟道电导调制进行感测，以检测和/或确定引起敏感区变化的化学和/或生物反应的特征。测量沟道电导的一种方法是对源极和漏极施加适当的偏置电压，并测量流经chemFET的所得电流。测量沟道电导的方法可包括驱动通过chemFET的已知电流，并测量源极或漏极处的所得电压。离子敏感场效应晶体管(ISFET)是一种在敏感区包含离子敏感层的chemFET。在含有分析物的流体中，离子的存在会改变离子敏感层和分析物流体之间界面处的表面电位，这可能是由于流体（即分析物溶液）中存在的离子引起表面电荷基团质子化或去质子化所致。ISFET敏感区表面电位的变化会影响装置的栅极电压，从而影响沟道电导，而沟道电导的变化可以测量以指示溶液中离子的存在和/或浓度。ISFET阵列可用于根据反应期间存在、生成或使用之离子检测结果，监测化学和/或生物反应，如DNA测序反应。（实例请参阅Rothberg等人提交的7,948,015号美国专利，该专利的全部内容完整并入本文作为参考。）更一般地说，可使用大型chemFET或其他类型的传感器和检测器阵列，以检测及测量各类过程中多种分析物的静态和/或动态量或浓度。例如，该过程可以是化学和/或生物反应、细胞或组织培养，或者监测神经活性、核酸测序等。专利技术概要在一个示例性实施例中，公开了一种半导体装置。该半导体装置包括串联连接至第二场效应晶体管(FET)的第一FET、串联连接至第一FET和第二FET的第三FET、耦合到第一FET和第二FET的偏置电路，以及耦合到第二FET之导电端子的输出导体，其中该输出导体获得来自第二FET的输出信号，该输出信号与第一FET无关。在一些实施例中，第三FET将第一FET和第二FET并行耦合到输出导体以对选择信号作出响应。在一些实施例中，来自第二FET的输出信号与第一FET端子上的电压无关。在一些实施例中，第二FET包含源极跟随器。在一些实施例中，输出导体为列总线。在一些实施例中，偏置电路包含至少一个电压源和至少一个电流宿。在一些实施例中，偏置电路施加电压源至第一FET并施加电流宿至第二FET。在一些实施例中，偏置电路并行施加电压源至第一FET的漏极并施加电流宿至第二FET的源极。在一些实施例中，输出信号取决于第二FET的沟道电导。在一些实施例中，第一FET在漏致势垒降低约束下操作，从而在获得来自第二FET的输出信号时，对其栅极上的电位相对不敏感。在一些实施例中，第一FET在穿通模式约束下操作，从而在获得来自第二FET的输出信号时，对其栅极上的电位相对不敏感。在一些实施例中，第三FET被用作开关，偏置于三极管区和饱和区的至少一者中，且第一FET在高电位下被偏置以诱发第一FET中的漏致势垒降低。在一些实施例中，输出导体耦合到第一FET的端子，并且输出导体获得具有来自第一FET之量值的第二输出信号，该量值与第二FET栅极电压的变化无关。在一些实施例中，在获得来自第一FET的第二输出信号时，第二FET在漏致势垒降低和穿通模式约束中的至少一者下操作。在一些实施例中，第三FET被用作开关，偏置于三极管区和饱和区的至少一者中，且第二FET在高固定电位下被偏置以诱发第一FET中的漏致势垒降低。在一些实施例中，第二FET为化学敏感的场效应晶体管(chemFET)。在一些实施例中，chemFET为离子敏感场效应晶体管(ISFET)。在一些实施例中，输出信号基于水解事件。在一些实施例中，输出信号与由第二FET检测到的核苷酸掺入事件相关。在一些实施例中，输出信号与经由第二FET的离子检测相关。在另一个示例性实施例中，公开了一种化学传感器。所述化学传感器包括：耦合到第一电极的第一场效应晶体管(FET)、耦合到第二电极的第二FET、耦合到第一FET和第二FET以并行耦合第一FET和第二FET到读出电路从而对选择信号作出响应的开关，以及经由开关耦合到第一FET的端子以获得来自第一FET的第一信号与经由开关耦合到第二FET的端子以获得来自第二FET的第二信号的读出电路，其中来自一个FET的信号与其他FET无关。在一些实施例中，开关串联连接至第一FET和第二FET。在一些实施例中，开关设置在第一FET和第二FET之间。在一些实施例中，第一FET与第二FET串联。在一些实施例中，在获得来自第二FET的信号时，第一FET在漏致势垒降低和穿通模式约束中的至少一者下操作。在一些实施例中，在获得来自第一FET的信号时，第二FET在漏致势垒降低和穿通模式约束中的至少一者下操作。在一些实施例中，第一FET检测邻近第一电极之第一反应位点处的第一反应，并且第二FET检测邻近第二电极之第二反应位点处的第二反应。在一些实施例中，电流源可经由开关耦合到第一PET和第二FET以向第一PET和第二FET提供恒定的漏极电流。在一些实施例中，读出电路包括输出导体。在一些实施例中，输出导体为列总线。在一些实施例中，对应于第一FET端子的第一输出节点和对应于第二FET端子的第二输出节点并行耦合到列总线以对选择信号作出响应。在一些实施例中，第一反应位点被布置为邻近第一电极并且第二反应位点被布置为邻近第二电极。在一些实施例中，第一FET经由第一浮动栅极耦合到第一电极。在一些实施例中，第二FET经由第二浮动栅极耦合到第二电极。在一些实施例中，第一浮动栅极和第二浮动栅极各自包括彼此电耦合并且由电介质层分离的多个导体。在一些实施例中，第一电极对离子敏感。在一些实施例中，第二电极对离子敏感。在一些实施例中，第二电极所敏感的离子不同于第一电极所敏感的离子。在一些实施例中，第一FET包含源极跟随器。在一些实施例中，第二FET包含源极跟随器。在一些实施例中，来自第一FET的第一信号与第二FET之端子上的电压无关。在一些实施例中，来自第二FET的第二信号与第一FET之端子上的电压无关。在一些实施例中，第一信号与发生在第一反应位点内并且邻近第一电极的反应相关。在一些实施例中，第二信号与发生在第二反应位点内并且邻近第二电极的反应相关。在一些实施例中，第一信号与经由第一FET的离子检测相关。在一些实施例中，第二信号与经由第二FET的离子检测相关。在一些实施例中，第一信号基于水解事件。在一些实施例中，第二信号基于第二水解事件。在一些实施例中，第一信号与由第一FET检测到的核苷酸掺入事件相关。在一些实施例中，第二信号与由第二FET检测到的核苷酸掺入事件相关。在另一个示例性实施例中，公开了一种换能器。该换能器包括：用于接收相应的第一和第二化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包含：一个串联连接至第二场效应晶体管 (FET) 的第一 FET；一个串联连接至第一 FET 和第二 FET 的第三 FET；耦合到所述第一 FET 和所述第二 FET 的偏置电路；以及耦合到所述第二 FET 之端子的一个输出导体，其中所述输出导体获得来自所述第二 FET 的输出信号，后者与所述第一 FET 无关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.18 US 62/0938511.一种半导体装置，包含：一个串联连接至第二场效应晶体管(FET)的第一FET；一个串联连接至第一FET和第二FET的第三FET；耦合到所述第一FET和所述第二FET的偏置电路；以及耦合到所述第二FET之端子的一个输出导体，其中所述输出导体获得来自所述第二FET的输出信号，后者与所述第一FET无关。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三FET并行耦合所述第一FET和第二FET到所述输出导体以响应所选择的信号。3.根据权利要求1所述的装置，其中来自所述第二FET的输出信号与所述第一FET之端子上的电压无关。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二FET包含一个源极跟随器。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述偏置电路包含至少一个电压源和至少一个电流宿。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述偏置电路施加电压源于所述第一FET，并施加电流宿于所述第二FET。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述输出信号取决于所述第二FET的阈值电压。8.根据权利要求1所述的装置，其中在获得来自所述第二FET之输出信号时，所述第一FET在漏致势垒降低约束下操作。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：KG菲夫，
申请(专利权)人：生命科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US