[发明专利]具有功能化栅电极和基电极的纳米柱场效应和结型晶体管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年7月25日提交的美国临时专利申请第61/675,637号的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开涉及用于分子感测应用的半导体结构。更具体而言，其涉及具有功能化栅电极和/或基电极的晶体管。

附图的简要说明

结合到本说明书中并且构成本说明书一部分的附图示出了本公开的一个或多个实施例，并且该一个或多个实施例连同示例性实施例的描述用于说明本公开的原理和实施。

图1描绘了具有功能化栅极的场效应晶体管的示例性实施例的截面几何结构。

图2描绘了具有被结合到功能化栅极的抗体的MOSFET的示例性实施例。

图3描绘了具有被结合到功能化栅极上的抗体的抗原的MOSFET的示例性实施例。

图4描绘了jFET传感器的示例性实施例。

图5描绘了BJT传感器的示例性实施例。

图6描绘了感测来自场效应晶体管传感器的信号的电路的示例性实施例。

发明内容

根据本公开的第一方面，描述了一种用于感测分子的结构，该结构包括：半导体衬底；在半导体衬底中的源极区域，该源极区域包括第一掺杂半导体区域；在半导体衬底中的漏极区域，该漏极区域包括第二掺杂半导体区域；与源极区域接触的源电极；与漏极区域接触的漏电极；绝缘层，其至少部分地覆盖源电极，和/或漏电极，和/或源极区域，和/或漏极区域，和/或半导体衬底；氧化层，其覆盖在源极区域和漏极区域之间的衬底区域；与氧化层接触的纳米柱栅极区域；以及在纳米柱的顶部的功能化层。

根据本公开的第二方面，描述了一种用于感测分子的结构，该结构包括：半导体衬底；在半导体衬底中的发射极区域，该发射极区域包括第一掺杂半导体区域；在半导体衬底中的基极区域，该基极区域包括第二掺杂半导体区域；在半导体衬底中的集电极区域，该集电极区域包括第三掺杂半导体区域；与发射极区域接触的发射极；与集电极区域接触的集电极；与基极区域接触的纳米柱；以及在纳米柱的顶部的功能化层。

根据本公开的第三方面，描述了一种用于感测分子的结构，该结构包括：半导体衬底；在半导体衬底中的源极区域，该源极区域包括第一掺杂半导体区域；在半导体衬底中的漏极区域，该漏极区域包括第二掺杂半导体区域；与源极区域接触的源电极；与漏极区域接触的漏电极；绝缘层，其至少部分地覆盖源电极，和/或漏电极，和/或源极区域，和/或漏极区域，和/或半导体衬底；与源极区域和漏极区域之间的衬底区域接触的纳米柱栅极区域；以及在纳米柱的顶部的功能化层。

具体实施方式

本文描述的是在电子领域中针对特定靶点的检测的各种实施例。

如本文所使用的术语“检测(detect)”或“检测(detection)”表示在有限空间部分中确定特定靶点的存在、出现或事实，包括但不限于，技术人员在阅读本公开后可辨别的样本、反应混合物或其他有限空间部分。检测可以是定量的或是定性的。当检测指的是、涉及或包括靶点或信号的数量或量的测量时，其为“定量的”(也称为量化)，其包括但不限于，被设计为确定靶点或信号的量或比例的任意分析。当检测指的是、涉及或包括根据与另一个靶点或信号的相对丰度来识别靶点或信号的性质或种类时，检测为“定性的”，而不是定量的。

如本文所使用的术语“靶点”表示待检测的感兴趣分析物。术语“分析物”指的是待在样本中检测其存在或不存在的物质、化合物、一部分或成分。分析物包括但不限于分子和生物分子。如本文所使用的术语“生物分子”表示与生物环境相关联的物质、化合物或成分，包括但不限于糖、氨基酸、肽、蛋白质、寡核苷酸/核酸。

在电子领域中，晶体管已经被用作电压-电流转换器以及电流-电流转换器。对于分子感测应用，已知的是当金属通过化学和/或生物试剂被功能化时，某些分子有效结合到这些金属。在一些情况下，分子甚至能够结合到金属而无需任何附加层。在本公开中，描述了一些方法和设备，其中通过利用化学和生物试剂功能化晶体管的终端触点，例如，MOSFET的栅极、基极和漏极，通过非电子手段驱动晶体管。能够功能化任意数目的触点，从仅一个触点到全部触点。通过功能化纳米柱晶体管的栅极/基极，能够感测感兴趣的生物和化学靶点。