[发明专利]基于纳米线平台的宽动态范围流体传感器

说明书

一种用于检测流体样本中的物质的浓度的器件(100)，该器件包括：衬底(102)；布置在衬底(102)上的绝缘层(104)；布置在绝缘层(104)上的多根单独电可访问的半导体纳米线(106、108、110)，多根纳米线中的每一根纳米线由绝缘材料(202、204、206)覆盖并且被布置用于通过纳米线的电特性来感测物质；以及用于提供与多根纳米线中的每根纳米线接触的流体样本的样本隔间(118)；其中对于多根纳米线(106、108、110)中的每根纳米线，选择截面尺寸、绝缘体厚度和绝缘材料类型中的至少一项使得纳米线中的每根纳米线具有不同的检测范围，并且使得器件的动态范围比单独纳米线中的每根纳米线的动态范围更高。

技术领域

本发明涉及用于检测流体中的物质浓度的器件。具体地，本发明涉及基于纳米线的器件。

背景技术

用于生物物质检测的基于诸如例如具有适当功能化表面的硅纳米线FET和碳纳米管之类的纳米尺度场效应晶体管的传感器对微小(低至飞摩尔)浓度的诸如蛋白质和DNA之类的生物分子的非常灵敏检测具有巨大潜力。另外，当通过与活性物质接触的表面的功能化应用合适的界面层时，这些器件对感测气体来说也可能惹人关注。

在其中使用纳米尺度场效应晶体管的所有应用中，存在同时感测多个目标分子的强烈期望。在液体或者气体环境中，参考晶体管的使用具有关键性和决定性重要性，以便补偿时间相关的漂移。

对于气体传感器的很多应用，诸如室内空气质量(IAQ)管理、HVAC、哮喘、心血管诊断和温室控制，需要高灵敏度与宽动态范围相结合。质谱分析法是用于气体检测的标准方法。这一技术是灵敏的、选择性的并且具有宽动态范围，但也是昂贵的和庞大的。备选地，光学检测，更具体地红外(IR)吸收光谱学，正被用作气体传感器。这一技术是灵敏的和选择性的，但是一个模块仅可以检测一种类型的分子并且测量设备是昂贵的和庞大的。电化学检测也可以被使用但是未提供合适的灵敏度或者选择性。

US2010/0243990公开了用于检测生物分子的基于纳米线的传感器器件。器件基于硅纳米线场效应晶体管，其中纳米线可以是n型或者p型杂质掺杂的。纳米线的表面由特定耦合到它们定为目标的对应物的分子来功能化。目标分子上的电荷像栅极电极那样影响纳米线沟道的导电性。

发明内容

发明人已经认识到对于检测器件的实际应用，需要高动态范围，通常与低检测极限结合。已知的检测器器件的问题是，高灵敏度传感器伴随着低动态范围。

本发明的目的是提供基于纳米线的传感器，其有能力提供改善的动态范围，优选地与高灵敏度相结合。

该目的利用如由独立权利要求所限定的发明来实现。从属权利要求提供有利的实施例。

根据本发明，提供了一种用于检测流体样本中的物质的浓度的器件。

流体可以指气体和液体二者，并且器件因此适合用于液体和气体二者中的物质的检测。物质可以溶解或者悬浮在样本中。物质可以包括离子、分子、分子配合物、粒子。具体地，它们可以是可以在流体中以预先未知的低浓度或者高浓度存在的物质。物质可以是对生命有毒的，从而需要充分的浓度测定并且还需要连续的测定，从而防止在检测之前的大量预处理(稀释)。

纳米线是电可访问的，意指可能形成至每根纳米线的每个端部的电接触，以便执行相应纳米线关于纳米线特性的电表征，当具有物质的流体被带到纳米线附近时，纳米线特性对物质的存在敏感。多根纳米线中的纳米线是单独可访问的。为此，优选地，纳米线被并联电连接在多个电接触点之间。因此，在每根纳米线的一个端部可以被电连接到同一个连接点的同时，那么每个另一端部必须单独地接触。如果纳米线是一个或者多个晶体管的部分，则纳米线的顺序访问可以使用单独的门结构来实现。备选地，每根纳米线是完全单独电可访问的，使得它们的端部形成用于每根纳米线的分离接触点，不管是否在晶体管中。