[发明专利]具有改进的灵敏度和特异性的鳍型FET生物传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月29日提交的美国临时申请的61/387,903的U.S.C.§119(e)下的优先权利益。

技术领域

本发明一般涉及基于离子灵敏的场效应晶体管(ISFET)的电子传感器。更具体地说，涉及具有纳米级宽度沟道作为感测元件的鳍型FET晶体管。

背景技术

酶联免疫吸附测定(ELISA)是用于医学诊断的通常使用的测试，并测试诸如农药以及水和食物污染物的分子污染物的存在。ELISA测试是非常灵敏的(~微微克每毫升)，但要由技术精湛的技术人员花数小时运行。此外，ELISA测试需要几个顺序化学反应，它们是时间灵敏并且处理灵敏的。需要昂贵的光学设备来读取结果。

电子传感器诸如例如生物化学和离子灵敏的场效应晶体管(生物FET和ISFET)克服了光学传感器的关键限制。它们是低成本的，一步测试在几分钟内就给出了结果，并且不需要训练有素的技术人员运行该测试或昂贵的光学设备来读取该测试。

FET是带电荷分析物的基于电学的感测的自然候选，由于源自于生物分子与沟道表面的结合的沟道电导对栅极电压和表面电荷的依赖性。ISFET已经开发了超过30年了，并且是用于实时测量液体PH值以及牛奶、啤酒、酸奶等在线质量监测的可靠电子生物化学传感器。

近来，已经开发了具有纳米宽度沟道的鳍型FET，它们为气体检测提供了下到十亿分之几(ppb)的检测极限，并为溶液中的检测提供了毫微微摩尔(fM)或毫微微克/毫升，这可比得上最先进的光学传感器。高灵敏度归因于鳍型FET沟道的纳米宽度(100nm或更小)，它们可比得上生物分子的装置德拜长度和大小。在纳米宽度鳍型FET中，整个沟道可由结合到栅极电介质的生物分子上的电荷充分调制，其大大增加了灵敏度。

如上面所描述的，纳米宽度鳍型FET在变成用于满足未来生物感测应用的真正低成本、超便携并且高度灵敏的传感器平台方面显示出了极大潜力。然而，对于这种类型传感器实际上有用，仍存在重要的挑战。当使用生理学样本诸如例如全血、血清、唾液等时，挑战例如可能是差的稳定性、差的可再现性以差的可靠性。装置本身及其生物无机表面的差的可靠性意味着，目前不能可再现并且统一地制作鳍型FET生物传感器。

发明内容

下面呈现简化概述，以便提供本发明一个或多个方面的基本理解。这个概述不是本发明的广泛概观，并且不打算标识本发明的关键或决定性要素，也不阐明其范围。相反，概述的首要目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，作为后面呈现的更详细描述的前序。

本发明的实施例针对鳍型FET生物传感器，其包括：在绝缘体上硅(SOI)基底上的半导体层；晶体管源极；晶体管漏极；在所述半导体层中形成的一个或多个鳍型FET纳米沟道，其中所述纳米沟道连接所述晶体管源极和所述晶体管漏极；栅极电介质，其覆盖所述一个或多个纳米沟道的一部分；样本沟道；以及传感器区，其还包括传感器分子，其中所述传感器分子耦合到所述栅极电介质，并且另外其中所述传感器区位于所述样本沟道内。

本发明的另一实施例针对操作鳍型FET生物传感器的方法，其包括如下步骤：将具有目标分子的样本流动通过所述鳍型FET生物传感器的样本沟道；测量所述鳍型FET生物传感器晶体管的样本电信号；以及将所述样本电信号与所述目标分子的样本浓度相关。

本发明的另一实施例针对鳍型FET阵列，其包括：多个鳍型FET生物传感器晶体管装置，其具有多个传感器区，其中所述多个传感器区位于同一样本沟道内。

本发明的其它实施例针对操作鳍型FET生物传感器的方法和操作鳍型FET生物传感器阵列的方法。

附图说明

图1A和1B表示鳍型FET生物传感器的视图；

图2A是根据本发明实施例的鳍型FET增强模式生物传感器；

图2B是增强模式鳍型FET生物传感器的IV曲线；

图3A是根据本发明实施例的鳍型FET耗尽模式生物传感器；

图3B是耗尽模式鳍型FET生物传感器的IV曲线；

图4A是根据本发明实施例的鳍型FET增强模式肖特基势垒生物传感器；

图4B是增强模式肖特基势垒鳍型FET生物传感器的IV曲线；

图5A至5C是根据本发明实施例形成鳍型FET生物传感器的步骤；

图6A至6B是根据本发明实施例形成的鳍型FET生物传感器的图示；