【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，具体涉及一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器。
技术介绍
1、在当今生物传感技术发展过程中，场效应晶体管(fet)基生物传感器因其将化学信息高效转换为可读的电信号、具备微型化、制造过程简化、响应迅速及高度灵敏的特性而备受青睐。特别地，在生物医学领域对于敏感度和响应速度的日益增长的需求推动下，传统的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)与隧道场效应晶体管(tfet)生物传感器暴露出其固有的技术瓶颈。这些瓶颈主要包括：由于源极和漏极的高掺杂需求而引起的热预算增加，进而导致生物传感器制作过程的复杂化；以及由于源极与漏极与沟道间掺杂浓度差异而引发的载流子扩散，形成非理想的突变结构，从而降低器件性能。此外，tfet的低漏电流和mosfet的较低电流开关比限制了它们的操作速度和灵敏度。
2、申请号为202011516842.4的专利文件公开了一种“一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器及制备方法”方案，三个竖直堆叠的纳米片构成沟道，在靠近源端一侧刻蚀出纳米空腔。该结构克服了短沟道效应，但缺点是灵敏度较低。
3、申请号为202310296893.8的专利文件公开了一种“基于倒t形负电容隧穿场效应晶体管的生物传感器及制备方法”方案，沟道区采用倒t型结构，栅极介质层采用l型结构。该结构增大了传感器的开启电流，但缺点是灵敏度较低。
4、期刊《ieee transactions on nanobioscience》公开发表了一种“l-shaped highperf
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，通过采用哑铃状沟道，源极和漏极放置在沟道的左上和右下两个对角处，增大了源极和沟道的接触面积，即增大了肖特基接触的面积，增大了肖特基隧穿的发生概率；并且源极和沟道的接触面与漏极和沟道形成的沟道面呈一定角度，利于载流子的运动，因此总上来说，增大了漏极电流，而且在灵敏度方面也展现出了显著优势，为生物传感领域带来了新的技术突破和应用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，包括哑铃状沟道1，哑铃状沟道1中间凹陷处一侧设有源极2，另一侧设有漏极3，哑铃状沟道1外侧凸起处分别对称设有栅极介质层4，栅极介质,4靠近源极2的一侧设有生物分子探测腔6，栅极介质4和生物分子探测腔6外侧面设有栅极5。
4、所述沟道1为本征p型，采用宽带隙材料制成。
5、所述宽带隙材料包括4h-sic、sic或gan。
6、所述源极2和漏极3材料采用金属硅化物，包括ersi1.7、nisi。
7、所述栅极介质层5采用绝缘氧化物，包括hfo2、sio2材料。
8、所述栅极4采用金属材料，包括铪、铝。
9、所述栅极6、栅极介质层5和沟道1之间的耦合电容由以下公式计算得出：
10、
11、其中，k是绝缘体的介电常数，d是绝缘体的厚度，w是绝缘体的宽度，l是绝缘体的长度，当栅极下方生物分子探测腔内生物分子的介电常数改变时，耦合电容发生变化，且生物分子的介电常数越大、绝缘层的厚度越小，耦合电容越大，耦合越强，即生物传感器产生更大的电学特性变化。
12、相对于现有技术，本专利技术有益效果如下：
13、(1)本专利技术采用哑铃状沟道，源极和漏极放置在沟道的左上和右下两个对角处。相比于在源极和漏极在沟道两端的传统结构，本专利技术增大了源极和沟道的接触面积，即增大了肖特基接触的面积，增大了肖特基隧穿的发生概率。
14、(2)源极和沟道形成两个夹角为90度的肖特基接触面，相比于并列的两个肖特基接触面，夹角为90度的两个肖特基接触面发生肖特基隧穿的有效面积更大，多出一部分扇形形状的肖特基隧穿面积，因此增加了发生肖特基隧穿的概率。
15、(3)本专利技术生物传感器，源极和漏极由金属或金属硅化物形成，与沟道形成肖特基接触，工艺更加简单，避免了载流子扩散带来的不利影响，也降低了源极-漏极的串联电阻。
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1.一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，包括哑铃状沟道(1)，其特征在于，哑铃状沟道(1)中间凹陷处一侧设有源极(2)，另一侧设有漏极(3)，哑铃状沟道(1)外侧凸起处分别对称设有栅极介质层(4)，栅极介质(4)靠近源极(2)的一侧设有生物分子探测腔(6)，栅极介质(4)和生物分子探测腔(6)外侧面设有栅极(5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述沟道(1)为本征P型，采用宽带隙材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述宽带隙材料包括4H-SiC、SiC或GaN。
4.根据权利要求1所述的一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述源极(2)和漏极(3)材料采用金属硅化物，包括ErSi1.7、NiSi。
5.根据权利要求1所述的一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述栅极介质层(5)采用绝缘氧化物，包括HfO2、SiO2材料。
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1.一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，包括哑铃状沟道(1)，其特征在于，哑铃状沟道(1)中间凹陷处一侧设有源极(2)，另一侧设有漏极(3)，哑铃状沟道(1)外侧凸起处分别对称设有栅极介质层(4)，栅极介质(4)靠近源极(2)的一侧设有生物分子探测腔(6)，栅极介质(4)和生物分子探测腔(6)外侧面设有栅极(5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述沟道(1)为本征p型，采用宽带隙材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种具有哑铃状沟道的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述宽带隙材料包括4h-sic、sic或gan。
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾护军，赵淋娜，苏琪钰，曹伟涛，杨万里，韦星语，曹震，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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