提供了与用于分析物检测和测量的大规模ＦＥＴ阵列有关的方法和装置。基于改进的ＦＥＴ像素和阵列设计，使用常规ＣＭＯＳ加工技术，可以制造ｃｈｅｍＦＥＴ（例如，ＩＳＦＥＴ）阵列，其会增加测量灵敏度和准确度，并同时促进明显小的像素尺寸和密集的阵列。改进的阵列控制技术会提供从大和密集阵列快速获取数据。这样的阵列可以用于检测在多种化学和／或生物过程中的不同分析物类型的存在和／或浓度变化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容一般地涉及与检测和测量一种或多种分析物有关的专利技术方法和装置。
技术介绍
电子装置和组件已经在化学和生物学(更一般地，“生命科学”)中得到众多应用， 特别是用于检测和测量不同的化学和生物反应，以及鉴别、检测和测量不同的化合物。一种这样的电子装置被称作离子敏感的场效应晶体管，在相关文献中经常表示为ISFET(或 pHFET)。ISFET常规地主要在科学和研究团体中采用，用于便利溶液的氢离子浓度(通常表示为“pH”)的测量。更具体地，ISFET是一种阻抗转化装置，其以类似于MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的方式运行，且为选择性地测量溶液中的离子活性而特别构建(例如，溶液中的氢离子是“分析物”)。在“Thirty years of ISFET0L0GY :what happened in the past 30 years and what may happen in the next 30 years, " P. Bergveld, Sens. Actuators, 88 0003)，第1-20页(所述出版物通过引用并入本文，在下文中称作“Bergveld”)中，给出了 ISFET的详细运行理论。附图说明图1解释了使用常规CMOS (互补金属氧化物半导体)方法制造的ρ-型(ρ-通道) ISFET 50的横截面。但是，也可以使用biCM0S(即，两极的和CMOS)加工，诸如包括PMOS FET阵列的方法，所述阵列具有在外围上的两极结构。以CMOS为例，P-型ISFET制造基于 P-型硅基质52，其中形成η-型孔54，它构成晶体管“主体”。在η-型孔M内形成高度掺杂的P-型(P+)区域S和D，它们构成ISFET的源56和排出装置58。在η_型孔内还形成高度掺杂的η-型(η+)区域B，以提供与η-型孔的传导体(或“块”)连接62。氧化物层 65安置在源、排出装置和主体连接区域上面，穿过它们制作开口，以提供与这些区域的电连接(通过电导体)；例如，金属接触体66用作提供与排出装置58的电连接的导体，且金属接触体68用作提供与源56和η-型孔M的普通连接(通过高传导的体连接62)的导体。 在源56和排出装置58之间，在η-型孔M的区域60上面的位置，在氧化物层上面形成多晶硅栅64。因为它安置在多晶硅栅64和晶体管主体(S卩，η-型孔)之间，氧化物层65经常被称作“栅氧化物”。类似于M0SFET，ISFET的运行基于由MOS (金属氧化物半导体)电容造成的电荷浓度的调节，所述MOS电容由多晶硅栅64、栅氧化物65和在源和排出装置之间的η-型孔M 的区域60组成。当施加通过栅和源区域的负电压(Ves<0伏特)时，通过剥夺该区域的电子，在区域60和栅氧化物65的界面处建立“P-通道” 63。该ρ-通道63在源和排出装置之间延伸，且当栅-源负电势Ves足以从源吸收孔进入通道时，传导电流穿过ρ-通道。通道63开始传导电流时的栅-源电势称作晶体管的阈值电压VTH(当Ves具有大于阈值电压Vth 的绝对值时，晶体管传导)。源因此得名，因为它是流过通道63的电荷载体(ρ-通道的孔) 的源；类似地，排出装置是电荷载体离开通道63的地方。在图1的ISFET 50中，通过主体连接62，η-型孔晶体管主体)被施加与源 56相同电势的偏压(S卩，Vsb = 0伏特)，这从连接到源56和主体连接62上的金属接触体 68可以看出。该连接阻止ρ+源区域和η-型孔的正向偏压，并从而便利地将电荷载体限制于可以在其中形成通道63的区域60的范围。源56和主体/n-型孔M之间的任意电势差 (非零源-至-主体电压Vsb)会根据非线性关系影响ISFET的阈值电压Vth，且通常称作“主体效应”，这在许多应用中是不希望的。也如图1所示，ISFET 50的多晶硅栅64偶联到多个金属层上，所述金属层安置在一个或多个额外的氧化物层75内，所述氧化物层安置在栅氧化物65的上面，以形成“浮动栅”结构70。浮动栅结构由此得名，这是因为它与其它的ISFET相关导体在电学上分离；也就是说，它夹在栅氧化物65和钝化层72之间。在ISFET 50中，钝化层72构成离子-敏感的膜，其产生装置的离子灵敏度；即，与钝化层72 (尤其在浮动栅结构70上面的敏感区域 78)相接触的分析物(诸如离子)在“分析物溶液” 74(即，含有目标分析物(包括离子) 或被测试目标分析物的存在的溶液)中的存在，会改变ISFET的电特征，从而调节流过源56 和排出装置58之间的ρ-通道63的电流。钝化层72可以包含多种不同材料中的任一种， 以促进对特定离子的灵敏度；例如，包含氮化硅或氮氧化硅以及金属氧化物(诸如硅、铝或钽氧化物)的钝化层通常会提供对分析物溶液74中氢离子浓度(pH)的灵敏度，而包含聚氯乙烯的钝化层(含有缬氨霉素)会提供对分析物溶液74中钾离子浓度的灵敏度。适用于钝化层且对其它离子(诸如钠、银、铁、溴、碘、钙和硝酸盐)敏感的物质是已知的。关于离子灵敏度，通常称作“表面电势”的电势差出现在钝化层72和分析物溶液 74的固/液界面处，随敏感区域78中的离子浓度而变化，这是由于化学反应(例如，通常包含在敏感区域78附近的分析物溶液74中的离子对氧化物表面基团的解离)。该表面电势又影响ISFET的阈值电压Vth ；因而，ISFET的阈值电压Vth随着在敏感区域78附近的分析物溶液74中的离子浓度的变化而变化。图2解释了图1所示的P-通道ISFET 50的电路简图。再次参照图1，在分析物溶液74中的参比电极76(常规Ag/AgCl电极)测定分析物溶液74主体的自身的电势，且类似于常规MOSFET的栅末端(gate terminal)，如图2所示。在ISFET的线性的或不饱和的运行区域，排出电流Id给出为权利要求1.一种装置，其包含多种非天然存在的生物或化学试剂，所述试剂结合到化学敏感的场效应晶体管 (chemFET)阵列上，所述阵列包含 IO4 个 chemFETUO5 个 chemFETUO6 个 chemFET 或 IO7 个 chemFETo2.一种装置，其包含多种非天然存在的生物或化学试剂，所述试剂结合到化学敏感的场效应晶体管 (chemFET)阵列上，其中所述chemFET阵列中的每个chemFET传感器偶联至反应室。3.一种装置，其包含多种非天然存在的生物或化学试剂，所述试剂结合到化学敏感的场效应晶体管 (chemFET)阵列上，所述阵列具有1-10 μ m、9 μ m、5 μ m或2. 6 μ m的间距。4.一种装置，其包含多种非天然存在的生物或化学试剂，所述试剂结合到化学敏感的场效应晶体管 (chemFET)阵列上，所述阵列占据约2ImmX 21mm或更小、约9mmX 9mm、或者约7mmX 7mm的面积。5.一种装置，其包含多种非天然存在的生物或化学试剂，所述试剂结合到包含像素的化学敏感的场效应晶体管(chemFET)阵列上，其中每个像素占据100 μ m2或更小、9 μ m2或更小、或者8 μ m2或更小的面积。6.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述非天然存在的生物或化学试剂是适配体。7.一种装置，其包含多个核酸，所述核酸非随机地结合到本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种装置，其包含：多种非天然存在的生物或化学试剂，所述试剂结合到化学敏感的场效应晶体管（ｃｈｅｍＦＥＴ）阵列上，所述阵列包含１０４个ｃｈｅｍＦＥＴ、１０５个ｃｈｅｍＦＥＴ、１０６个ｃｈｅｍＦＥＴ或１０７个ｃｈｅｍＦＥＴ。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·M·罗思伯格，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：US
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