[发明专利]基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备及其制造方法

权利要求书

1.一种基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备，其特征在于，该检测设备由场效应晶体管、硅光波导环形谐振器、储液槽三部分构成，三部分均在同一个绝缘层上硅衬底上制备而成；

所述场效应晶体管由绝缘层上硅膜、栅极介质、金属栅层和源/漏极组成，源极和漏极在栅极两侧对称设置，栅极、源极和漏极均引出接触电极；

所述绝缘层上硅膜刻蚀形成硅光波导环形谐振器，所述硅光波导环形谐振器由直波导和环形波导组成，所述直波导的一端作为光输入端口与储液槽相连，另一端作为光输出端口与场效应晶体管的沟道相连，所述直波导与场效应晶体管的沟道长度方向垂直，所述环形波导与直波导邻近；

所述绝缘层上硅膜表面覆盖透光绝缘层作为波导上包层，所述绝缘层上硅衬底的埋氧化层作为波导下包层；所述透光绝缘层上设置储液槽区域，除储液槽区域以及引出的电极外，设备表面其余部分均覆盖有不透光绝缘层；所述储液槽表面进行修饰，用于滴加待检测样品并固定样品中抗原。

2.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备，其特征在于，所述场效应晶体管的栅极介质材料选自氧化硅、氧化铝、氧化铪，厚度为10～30nm；所述金属栅极材料选自钨、金，厚度为30～50nm。

3.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备，其特征在于，所述场效应晶体管的源极和漏极为离子注入后的硅或是NiSi金属源漏；接触电极为镍或金，需要引出至设备表面。

4.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备，其特征在于，所述硅光波导环形谐振器与场效应晶体管的沟道共用绝缘层上硅膜；所述波导上包层的材料为二氧化硅聚合有机物，波导上包层的厚度应不小于波导厚度；所述不透光绝缘层的材料为光黑绝缘系列PET或遮光环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备，其特征在于，所述硅光波导环形谐振器的直波导为长条状结构，光输出端口通过梯形结构与场效应晶体管的沟道连通，环形波导为圆环形结构，直波导和环形波导均通过ICP刻蚀硅形成。

6.一种基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在绝缘层上硅膜上沉积栅极介质，在栅极介质上沉积金属栅层，通过光刻和刻蚀形成场效应晶体管的栅极结构；

(2)在栅极结构两侧的绝缘层上硅膜上制备源/漏极，形成场效应晶体管结构；

(3)在绝缘层上硅衬底表面场效应晶体管栅极相邻区域进行光刻，并刻蚀绝缘层上硅膜，形成硅光波导环形谐振器；

(4)在步骤(3)形成的器件表面沉积一层透光绝缘层作为波导上包层；

(5)在步骤(4)形成的器件表面沉积一层不透光绝缘层，用于隔绝外界光照的干扰；

(6)在储液槽区域和场效应晶体管栅极、源极、漏极区域进行光刻，并刻蚀不透光绝缘层；随后，在场效应晶体管栅极、源极、漏极区域进行光刻，并刻蚀透光绝缘层；

(7)光刻场效应晶体管栅极、源极、漏极电极，沉积接触电极；

(8)对储液槽表面进行修饰，使之可以用于固定待检测样品中抗原，完成免疫检测设备的制备。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在绝缘层上硅衬底表面场效应晶体管栅极相邻区域进行光刻，形状为矩形、圆环形和梯形的组合，矩形区域为直波导，梯形与矩形的窄边相接，用于连接直波导与场效应晶体管的沟道，圆环形为环形波导，与矩形长边邻近。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(8)中，对储液槽处的绝缘层进行表面修饰，使得抗原可以通过固定液在储液槽表面固定。

9.一种权利要求1-5中任一项所述基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备的检测方法，该方法包括：

光电免疫检测设备工作时，在表面施加一定波长的光照，对场效应晶体管进行电学测试；接着，在免疫传感区域的储液槽处滴加一定稀释浓度的一抗，在恒温下培养一段时间后进行清洗；再滴加一定稀释浓度的荧光标记的二抗，恒温下培养一段时间后进行清洗；保持光照条件不变，在同样的实验条件下对场效应晶体管进行电学测试；

通过比较相同实验条件下，是否滴加一抗/二抗时场效应晶体管的电学性能，来判断待检测样品中是否存在特定抗原。