一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法，所述方法包括步骤：步骤一、制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器；步骤二、采用表面修饰剂对所述硅纳米线沟道表面进行活化修饰。所述步骤一中制备硅纳米线隧穿场效应管的具体步骤包括：提供包括顶层硅、埋氧层和底层硅的SOI衬底；刻蚀所述顶层硅形成硅纳米线沟道，在所述沟道表面沉积栅介质层；采用离子注入工艺对所述顶层硅进行离子注入，在所述沟道两端形成源极和漏极；在所述底层硅的背面形成背栅。本发明专利技术的基于硅纳米线的隧穿场效应管具有更加陡峭的亚阈值斜率，对沟道表面电荷的变化相应更加灵敏，从而使生物传感器可以对生物分子进行高灵敏的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法
本专利技术涉及生物传感
，特别是涉及一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法。
技术介绍
生物传感器是用在生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分子方法。在未来经济发展中，生物传感技术必将是介于信心和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分子（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。具体地，生物传感器（Biosensor）是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器：葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，边制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可以制得检测其对应物的其他传感器。现已研制和开发第三代传感器，将生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器。目前，传统的普通MOS场效应晶体管（MOSFET）的亚阈值斜率比较平稳，导致器件对沟道表面电荷的变化感应不灵敏，影响生物传感器的工作性能。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法，用于解决现有技术中普通MOS场效应晶体管对沟道表面电荷的变化感应不灵敏的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述生物传感器的制备方法至少包括步骤：步骤一、制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器；步骤二、采用表面修饰剂对所述硅纳米线沟道表面进行活化修饰。优选地，所述步骤一中制备硅纳米线隧穿场效应管的具体步骤包括：1）提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧层和底层硅；2）刻蚀所述顶层硅形成硅纳米线沟道，并在所述沟道表面沉积栅介质层，；3）采用离子注入工艺对所述顶层硅进行离子注入，在所述沟道两端形成源极和漏极；4）在所述底层硅的背面形成背栅。优选地，采用化学气相沉积工艺在所述沟道表面形成栅介质层。优选地，所述源极为P型重掺杂半导体，所述漏极为N型重掺杂半导体。优选地，所述源极为N型重掺杂半导体，所述漏极为P型重掺杂半导体。优选地，所述埋氧层为SiO2；所述栅介质层HfO2或者SiO2。优选地，所述纳米线沟道的宽度范围为10～300nm。优选地，所述步骤二中采用3-氨丙基三乙氧基硅烷作为表面修饰剂对所述沟道表面进行活化修饰。本专利技术还提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器，所述生物传感器至少包括：转换器，为具有纳米线沟道的隧穿场效应晶体管；表面修饰剂，覆盖于所述沟道表面。优选地，所述硅纳米线隧穿场效应晶体管至少包括：底层硅；埋氧层，结合于所述底层硅表面；纳米线沟道，形成于所述埋氧层上；源极和漏极，形成于所述埋氧层上且处于所述纳米线沟道的两端；栅介质层，形成于所述纳米线沟道表面；背栅，形成于所述底层硅的背面。优选地，所述纳米线沟道的宽度范围为10～300nm。优选地，所述表面修饰剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。如上所述，本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及其制备方法，包括步骤：步骤一、制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器；步骤二、采用表面修饰剂对所述硅纳米线沟道表面进行活化修饰。所述步骤一中制备硅纳米线隧穿场效应管的具体步骤包括：提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧层和底层硅；刻蚀所述顶层硅形成硅纳米线沟道，并在所述沟道表面沉积栅介质层；采用离子注入工艺对所述顶层硅进行离子注入，在所述沟道两端形成源极和漏极；在所述底层硅的背面形成背栅。本专利技术的基于硅纳米线的隧穿场效应管具有更加陡峭的亚阈值斜率，对沟道表面电荷的变化相应更加灵敏，从而使生物传感器可以对生物分子进行高灵敏的检测。附图说明图1为本专利技术基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法中提供的SOI衬底结构示意图。图2为本专利技术基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法中制备成的纳米线沟道结构示意图。图3为本专利技术基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法中形成栅介质层的结构示意图。图4为本专利技术基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法中形成漏极和源极的结构示意图。图5为本专利技术基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法中形成背栅的结构示意图。元件标号说明1SOI衬底11顶层硅12埋氧层13底层硅2漏极3源极4沟道5栅介质层6背栅具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本专利技术提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，所述生物传感器的制备方法至少包括以下步骤：步骤一、制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器；步骤二、采用表面修饰剂对所述硅纳米线沟道表面进行活化修饰。以下结合具体附图对本专利技术提供的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法进行详细描述。首先执行步骤一，制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器；具体制备所述硅纳米线隧穿场效应晶体管的过程为：1）提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧层和底层硅。请参阅图1，提供的SOI衬底1中，自下而上依次为底层硅13、埋氧层12和顶层硅11。所述埋氧层12包括但不限于为二氧化硅。作为本专利技术实施例的一个优选方案，所述顶层硅11的厚度可选20～30nm，所述埋氧层12厚度为50nm～100nm，所述底层硅13的厚度为60nm～150nm。本实施例中，所述顶层硅11的厚度暂选为30nm，所述埋氧层12的厚度暂选为100纳米，所述底层硅13的厚度暂选为150nm，但并不限于此，在其它实施例亦可为其它厚度，例如顶层硅11的厚度可取20nm、22nm、25nm或28nm等，埋氧层12的厚度可取50nm、70nm、80nm、或90nm等，所述底层硅13的厚度可取60nm、80nm、100nm、120nm或140nm等。2）刻蚀所述顶层硅形成硅纳米线沟道，并在所述沟道表面沉积栅介质层。在刻蚀前对所述SOI衬底进行清洗，可以通过丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗10分钟，再进行烘干。具体地，采用电子束光刻和干法刻蚀工艺刻蚀所述顶层硅形成硅纳米线，如图2所示。所述电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述生物传感器的制备方法至少包括步骤：步骤一、制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器；步骤二、采用表面修饰剂对所述硅纳米线沟道表面进行活化修饰。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述生物传感器的制备方法至少包括步骤：步骤一、制备具有硅纳米线沟道的隧穿场效应晶体管作为转换器，包括：1)提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧层和底层硅；2)刻蚀所述顶层硅形成硅纳米线沟道，并采用化学气相沉积工艺在所述沟道表面沉积栅介质层，表面修饰剂穿透所述栅介质层覆盖于所述沟道表面，所述栅介质层为HfO2；3)采用离子注入工艺对所述顶层硅进行离子注入，在所述沟道两端形成源极和漏极，所述漏极和源极的掺杂类型不同；4)所述底层硅的背面形成背栅；步骤二、采用表面修饰剂对所述硅纳米线沟道表面进行活化修饰。2.根据权利要求1所述的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于：所述源极为P型重掺杂半导体，所述漏极为N型重掺杂半导体。3.根据权利要求1所述的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于：所述源极为N型重掺杂半导体，所述漏极为P型重掺杂半导体。4.根据权利要求1所述的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于：所述埋氧层为S...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞文杰，刘畅，赵清太，王曦，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：