[发明专利]全固态场效应晶体管及应用其的生物传感器和检测方法

说明书

一种全固态生物传感器，包括全固态场效应晶体管和待测目标物的特异性识别体，其中，所述全固态场效应晶体管包括：基底；栅极，设置于所述基底上；第一固态电介质层，覆盖于所述栅极上；敏感单元，设置于所述第一固态电介质层上，且与所述栅极相对设置；源极和漏极，设置于所述第一固态电介质层上，且分别与所述敏感单元的两端连接；第二固态电介质层，覆盖于所述敏感单元上；和金属浮栅层，设置于所述第二固态电介质层上，且与所述敏感单元相对设置。其中，所述特异性识别体固定连接至所述金属浮栅层上。本申请还提供一种全固态场效应晶体管及其应用，以及一种使用所述全固态生物传感器的检测方法。

技术领域

本发明涉及半导体电子器件，特别是涉及一种全固态场效应晶体管及其应用和全固态生物传感器及使用其的检测方法。

背景技术

传统的亲和型生物传感器通过使连接有特异性识别体的敏感单元的表面与含有待测目标物的水溶液直接接触来形成双电层界面电容，以使生物分子所带电荷向敏感单元施加电场效应，从而实现亲和检测。

然而，敏感单元通常由石墨烯、碳纳米管和硅纳米线等材料制成，在含有待测目标物的水溶液与敏感单元的表面进行接触时，水溶液中的杂质会在敏感单元的表面形成非特异性吸附，又由于敏感单元的表面的强疏水性，该非特异性吸附是不可逆的，使得生物传感器的性能会随时间持续恶化。此外，该非特异性吸附的随机性很高，使得生物传感器的性能恶化过程既不可控也不可预测，即使是同一批次制造的生物传感器在执行同样的测试时，各个生物传感器之间也存在离散程度很高的性能差异。基于上述原因，传统的亲和型生物传感器的一致性和可替代性都很差。

发明内容

基于此，有必要针对传统的亲和型生物传感器性能不一致、不稳定的问题，提供一种新型的全固态场效应晶体管、使用该场效应晶体管的全固态生物传感器和使用该生物传感器的检测方法。

一种全固态生物传感器，包括全固态场效应晶体管和待测目标物的特异性识别体，其中，所述全固态场效应晶体管包括：基底；栅极，设置于所述基底上；第一固态电介质层，覆盖于所述栅极上；敏感单元，设置于所述第一固态电介质层上，且与所述栅极相对设置；源极和漏极，设置于所述第一固态电介质层上，且分别与所述敏感单元的两端连接；第二固态电介质层，覆盖于所述敏感单元上；和金属浮栅层，设置于所述第二固态电介质层上，且与所述敏感单元相对设置；其中，所述特异性识别体固定连接至所述金属浮栅层上。

在其中一个实施例中，所述全固态生物传感器还包括连接体分子，所述连接体分子具有第一基团和第二基团，所述连接体分子通过所述第一基团与所述金属浮栅层固定连接并且通过所述第二基团与所述特异性识别体固定连接。

在其中一个实施例中，所述连接体分子为导电化合物。

在其中一个实施例中，所述导电化合物具有芳香环，所述第一基团和所述第二基团分别与所述芳香环直接连接。

在其中一个实施例中，所述第一基团是巯基。

在其中一个实施例中，所述第二基团是能够与所述特异性识别体的基团发生缩合反应的基团。

在其中一个实施例中，所述连接体分子包括氮-羟基琥珀酰亚胺酯对巯基苯甲酸和氮-羟基琥珀酰亚胺酯巯基联苯甲酸中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述敏感单元被所述第二固态电介质层完全封闭。

在其中一个实施例中，所述金属浮栅层包括由惰性金属材料构成的外层。

在其中一个实施例中，所述敏感单元是石墨烯层、碳纳米管层和硅纳米线层中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述基底是掺杂半导体基底，所述栅极通过对所述掺杂半导体基底进行局部互补掺杂形成。