[发明专利]生物场效晶体管装置、微流体系统及其使用方法

说明书

本公开提供一种用于生物感测的生物场效晶体管装置、微流体系统以及使用生物场效晶体管装置的方法。微流体系统包括：半导体衬底，具有第一表面以及相对平行第二表面；第一生物场效晶体管(bioFET)传感器；以及第二bioFET传感器。界面层设置于第一开口以及第二开口中的至少每一个中。系统包括具有差分放大器的读出电路，差分放大器设计成测量与第一bioFET传感器以及第二bioFET传感器相关联的信号之间的差值。系统还包括微流体网络，微流体网络设计成将流体传递到设置于第一开口以及第二开口中的每一个中的界面层。

技术领域

本公开是涉及一种用于生物感测的生物场效晶体管装置、微流体系统以及使用生物场效晶体管装置的方法。

背景技术

生物传感器是用于感测及检测生物分子的装置并且基于电子、电化学、光学和/或机械检测原理来操作。包括晶体管的生物传感器是电感测生物实体或生物分子的电荷、光子和/或机械性质的传感器。检测可通过检测生物实体或生物分子自身或通过指定反应物与生物实体/生物分子之间的相互作用和反应来执行。这类生物传感器可使用半导体工艺制造且可易于应用到集成电路(integrated circuit，IC)和微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)。

发明内容

本公开的生物场效晶体管装置包括半导体衬底、第一生物场效晶体管传感器、第二生物场效晶体管传感器、隔离层以及读出电路。半导体衬底具有第一表面以及相对平行第二表面。第一生物场效晶体管传感器在半导体衬底上。第一生物场效晶体管传感器包括第一栅极以及第一沟道区。第一栅极形成于半导体衬底的第一表面上。第一沟道区形成于第一栅极下方的半导体衬底内以及将第一源极/漏极区插入于半导体衬底中。第一沟道区包括半导体衬底的第二表面的一部分。第二生物场效晶体管传感器在半导体衬底上。第二生物场效晶体管传感器包括第二栅极以及第二沟道区。第二栅极形成于半导体衬底的第一表面上。第一栅极以及第二栅极是相同材料。第二沟道区形成于第二栅极下方的半导体衬底内以及将第二源极/漏极区插入于半导体衬底中。第二沟道区包括半导体衬底的第二表面的一部分。隔离层在半导体衬底的第二表面上以及具有第一开口以及第二开口。第一开口暴露包括第一沟道区的半导体衬底的第二表面的一部分。第二开口暴露包括第二沟道区的半导体衬底的第二表面的一部分。界面层分别地设置在在第一开口以及第二开口中的第一沟道区以及第二沟道区中的每一个上。读出电路包括差分放大器。差分放大器配置成测量与第一生物场效晶体管传感器以及第二生物场效晶体管传感器相关联的信号之间的差值。

本公开的微流体系统包括半导体衬底、第一生物场效晶体管传感器、第二生物场效晶体管传感器、隔离层、界面层、读出电路以及微流体网络。半导体衬底具有第一表面以及相对平行第二表面。第一生物场效晶体管传感器具有半导体衬底的第一表面上的第一栅极。以及第二生物场效晶体管传感器，具有半导体衬底的第一表面上的第二栅极。隔离层，设置在半导体衬底的第二表面上以及具有在第一生物场效晶体管传感器上方的第一开口以及在第二生物场效晶体管传感器上方的第二开口。界面层设置于第一开口以及第二开口中的至少每一个中。读出电路包括差分放大器。差分放大器配置成测量与第一生物场效晶体管传感器以及第二生物场效晶体管传感器相关联的信号之间的差值。微流体网络配置成将流体传递到设置于第一开口以及第二开口中的每一个中的界面层。微流体网络包括。第一入口沟道、第二入口沟道以及出口沟道。第一入口沟道以及第二入口沟道分别地在第一生物场效晶体管传感器以及第二生物场效晶体管传感器的上游。出口沟道在第一生物场效晶体管传感器以及第二生物场效晶体管传感器的下游。