[发明专利]一种基于锗纳米线场效应晶体管的生物传感器、方法及应用

权利要求书

1.一种基于锗纳米线场效应晶体管的生物传感器，其特征在于以具有锗纳米线沟道的锗纳米线场效应晶体管作为换能器，采用表面修饰剂对锗纳米线沟道进行功能化修饰以生成不同用途的生物传感器。

2.按权利要求1所述的传感器，其特征在于：

①锗纳米线是利用离子束刻蚀工艺在SGOI结构中的SiGe层上刻蚀出的SiGe纳米线陈列，SiGe纳米线陈列中的Si成份完全转换成SiO₂保护层，形成Ge纳米线处于SiO₂包裹中的核壳结构；

②锗纳米线两端沉积金属而得到源极和漏极，并在电极上沉积绝缘层；

③SGOI的底层硅的背面沉积金属形成背栅极。

3.按权利要求2所述的传感器，其特征在于

①SiGe层的厚度为80～120nm,SiGe层中锗组分的质量百分含量为12～40％；

②锗纳米线两端沉积的金属为Ni/Au或Ti/Au，厚度为1～100nm；

③沉积的绝缘层为Si₃N₄，厚度为20～100nm；

④所述的锗纳米线场效应晶体管为背栅结构，锗纳米线作为沟道材料。

4.按权利要求1所述的传感器，其特征在于表面修饰剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷和/或戊二醛，使表面形成氨基和/或醛基基团。

5.制备如权利要求1、2或4所述的传感器的方法，其特征在于包括以下两大步：

步骤1、制备具有锗纳米线沟道的锗纳米线场效应晶体管作为换能器；

步骤2、采用表面修饰剂对锗纳米线沟道表面进行功能化修饰；

所述步骤1中制备锗纳米线场效应晶体管的具体步骤包括：

1-1)提供一SGOI衬底，所述SGOI衬底具体包括底层硅、埋氧层和SiGe合晶层；

1-2)利用离子束刻蚀工艺在SGOI结构中的SiGe层上刻蚀出预设尺寸的待处理SiGe纳米线阵列；

1-3)对所述步骤1-2)的结构进行锗浓缩，并控制锗浓缩的工艺条件以得到表面被SiO₂包裹的预定尺寸的锗纳米线阵列；

1-4)在制备的锗纳米线阵列两端沉积金属制备出源、漏极；

1-5)在所述的底层硅的背面沉积金属形成背栅极；

1-6)为满足后续生物传感器的需求，在制备的源、漏电极处沉积绝缘层，以杜绝后续生化检测中金属电极与溶液直接接触的可能性；

步骤2具体包括：

2-1)对制备的锗纳米线场效应晶体管进行表面清洗，除去表面残留的有机/无机污染物，同时使表面活化；

2-2)配制表面修饰剂溶液，将锗纳米线场效应晶体管浸泡到表面修饰剂溶液中，使纳米线表面形成功能化基团；

其中，①所述步骤1-1)中埋氧层可为SiO₂或Al₂O₃；

②所述步骤1-3)中的锗浓缩工艺具体为：将步骤1-2)的结构放到800～1050℃的反应炉中，在所选高温条件下中浓缩时间为30min～2h，浓缩结束后将自然冷却至室温；浓缩的标准为要求SiGe纳米线阵列中的Si成分完全转换成SiO₂保护层，而Ge成分则处于SiO₂的包裹中；

③SGOI中的埋氧层充当栅极绝缘层而SGOI中的底层硅沉积金属制备栅极；

④所述步骤2-1)中，表面清洗的方法采用等离子清洗机清洗，清洗时间为30s～3min；

⑤所述步骤2-2)中，所选的表面修饰剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或戊二醛，表面形成的活性基团为甲基、氨基、羧基或醛基；配制的溶剂为无水乙醇或异丙醇等有机溶剂，表面修饰剂溶液的浓度体积比为0.1～10％，修饰剂溶液的反应时间为2～24h。

6.使用按权利要求1或4所述的传感器，其特征在于依不同表面修饰剂对锗纳米线沟道表面进行功能化修饰有以下不同的应用：

①PH检测；

②免疫检测；

③核酸杂交检测。