CN111051871B - 场效应传感器 - Google Patents

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Abstract

公开了具有使用单个活性部分被官能化的导电沟道的单分子场效应传感器的装置和方法。纳米结构的区域(例如，诸如硅纳米线或碳纳米管)提供导电沟道。对于活性部分被链接到纳米结构的位置附近的纳米结构的一部分，纳米结构的陷阱态密度被修改。在一个示例中，半导体器件包括：源极；漏极；沟道，其包括纳米结构，该纳米结构具有陷阱态密度增加的修改部分，该修改部分还使用活性部分被官能化。栅极端子与纳米结构电连通。在将变化的电信号施加到与纳米结构沟道接触的离子溶液时，从半导体器件观察到的电流改变可以用于标识分析物的成分。

Description

场效应传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月1日提交的美国临时专利申请第62/539,813号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
场效应晶体管可以用作单分子电荷传感器以标识分子。这种传感器可以在生物学相关的盐条件下操作。这种盐溶液的德拜(Debye)屏蔽长度的范围为约0.3nm至约10nm，这将感测区限制在沟道表面之外几纳米，并且经常将信号水平降低到可检测性的极限。解决这个难题的方法是在两种不同的缓冲液(分别为高盐和低盐)中执行生物反应和测量。然而，这种方法通常不适用于不可能进行缓冲液交换的单分子传感器。
发明内容
在第一方面中，一种半导体器件包括：源极；漏极；沟道，包括纳米结构，该纳米结构包括陷阱态密度增加的修改部分，该修改部分使用活性部分被官能化；以及栅极端子，与纳米结构电连通。
在一个示例中，纳米结构包括以下中的至少一项：纳米线、纳米管以及纳米带。
在另一示例中，纳米结构包括以下中的至少一项：硅纳米线、碳纳米管、聚合物纳米线、石墨烯纳米带以及MoS2纳米带。
在又一示例中，纳米结构包括以下中的至少一项：石墨烯、硅烯以及磷烯。
在一个示例中，修改部分通过离子注入、高能束辐照、等离子体暴露或其组合而被形成。
在一个示例中，活性部分包括酶或适体，该酶或适体链接到纳米结构的修改部分；并且酶或适体与纳米结构的修改部分的链接破坏了纳米结构的原子键，以增加纳米结构的修改部分的陷阱态密度。在该示例的一些实例中，链接的酶或适体被共价键合到纳米结构的修改部分。
在一个示例中，活性部分是以下中的一项的单个分子：单个酶、单个抗体以及单个适体。
在一个示例中，增加的陷阱态密度的范围为约1×10-12个陷阱/cm2至约1×10-14个陷阱/cm2。
应当理解，该第一方面的任何特征可以以任何期望的方式和/或配置被组合在一起。
在第二方面中，一种装置包括：权利要求1的半导体器件；以及容器，该容器至少部分地围合纳米结构，该容器用以接收分析物溶液，该分析物溶液提供栅极端子与纳米结构之间的电连通。
在第三方面中，一种装置包括：权利要求1的半导体器件，其中半导体器件还包括被耦合到调制信号输入的体端子；并且栅极端子被耦合到固定电压。
在第四方面中，一种装置包括电流传感器或环形振荡器，该电流传感器或环形振荡器包括权利要求1的半导体器件。
应当理解，半导体器件的特征的任何组合可以与第二方面、第三方面或第四方面中的任何方面一起使用。而且，应当理解，第二方面、第三方面或第四方面的装置中的任何装置的任何特征可以一起使用，和/或来自这些装置中的任何装置的任何特征可以与本文中所公开的示例中的任何示例组合。
在第五方面中，一种制造方法包括：在衬底之上沉积纳米结构，该纳米结构在衬底内或衬底之上具有至少一个源极区和至少一个漏极区，以在源极区与漏极区之间形成导电沟道，对于纳米结构的一部分而非纳米结构的全部，该纳米结构具有增加的陷阱态密度；以及将活性部分链接到纳米结构部分。
该方法的一个示例还包括：通过将活性部分共价链接到纳米结构部分来生成增加的陷阱态密度。
该方法的另一示例还包括：通过将离子注入到纳米结构部分来生成增加的陷阱态密度。
该方法的又一示例还包括：通过对纳米结构部分执行局部掺杂来生成增加的陷阱态密度。
该方法的再一示例还包括：当在衬底之上沉积纳米结构时，通过调节在化学气相沉积过程中源极材料的成分来增加纳米结构部分的陷阱态密度。
在一个示例中，纳米结构包括以下中的至少一项：纳米线、纳米管以及纳米带。
在另一示例中，纳米结构包括以下中的至少一项：硅纳米线、碳纳米管、聚合物纳米线、石墨烯纳米带以及MoS2纳米带。
在又一示例中，纳米结构包括以下中的至少一项：石墨烯、硅烯以及磷烯。
该方法的一个示例还包括：选择：期望的ΔCox参数、或者期望的漏极电流对栅极电压的响应、或者期望的ΔCox参数和期望的漏极电流对栅极电压的响应；为纳米结构部分选择期望的陷阱态密度；以及根据所选择的期望的陷阱态密度来增加陷阱态密度。
该方法的一个示例还包括：根据所选择的期望的陷阱态密度来选择用于纳米结构部分的材料和剂量中的至少一项。
应当理解，第五方面的任何特征可以以任何期望的方式组合在一起。而且，应当理解，第一方面和/或第二方面和/或第三方面和/或第四方面和/或第五方面的特征的任何组合一起使用，和/或来自这些方面中的任何方面的任何特征可以与本文中所公开的示例中的任何示例组合。
在第六方面中，一种使用半导体器件的方法包括：将酶链接到感测区附近的场效应晶体管的沟道，该场效应晶体管具有源极端子、漏极端子以及纳米结构，该纳米结构在源极端子与漏极端子之间形成沟道，感测区包括纳米结构上具有相对较高的陷阱态密度的区域；在感测区附近提供离子溶液；将信号施加到场效应晶体管的端子；以及响应于所施加的信号，检测通过场效应晶体管的电流流动的改变。
在一个示例中，信号以超过溶液的等离子体频率的频率被调制。
在一个示例中，溶液的盐度范围为约1毫摩尔(mM)至约500毫摩尔(mM)。
在一个示例中，信号被提供给场效应晶体管的栅极端子或体端子。
在一个示例中，检测电流流动的改变包括：检测场效应晶体管的输出信号相对于被施加到端子的信号的相位改变。
该方法的一个示例还包括：基于检测到的改变来对脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)分子中的一系列核苷酸进行测序。
应当理解，第六方面的任何特征可以以任何期望的方式组合在一起。而且，应当理解，第一方面和/或第二方面和/或第三方面和/或第四方面和/或第五方面和/或第六方面的特征的任何组合可以一起使用，和/或来自这些方面中的任何方面的任何特征可以与本文中所公开的示例中的任何示例组合。
更进一步地，应当理解，各方面中的任何方面的任何特征可以以任何期望的方式组合在一起，和/或可以与本文中所公开的示例中的任何示例组合。
附图说明
图1A和图1B是如可以在本文中所公开的技术的某些示例中使用的通用示例场效应传感器的示意性表示。
图2示出了响应于其表面上的生物反应而流经通用示例场效应传感器的电流的改变。
图3是20nm FET中的随机电报噪声的示例。
图4是具有中性水平E0的受主陷阱、施主陷阱和混合陷阱中的能量水平的示意性描述。
图5示出了如本文中所公开的技术的某些示例中可以观察到的、作为局部陷阱态密度的函数的20nm的硅(Si)纳米线晶体管的模拟响应。
图6是如本文中所公开的技术的某些示例中可以观察到的ΔCox调制和IDVG斜率降低的竞争效应的图示。
图7是图示了根据本文中所公开的技术的示例的仿真几何结构的示例的原始颜色图的黑白表示。
图8示出了根据本文中所公开的技术的示例的生物传感器的计算响应。
图9是根据本文中所公开的技术的示例的绘制作为陷阱密度的函数的计算SNR的图表。
图10示出了如可以在本文中所公开的技术的某些示例中执行的感测部分与纳米线表面的共价附接。
图11是如可以在本文中所公开的技术的某些示例中执行的控制陷阱态的密度和位置的图示。
图12是图示了在本文中所公开的技术的某些示例中陷阱态的密度和位置可以经由局部掺杂而被控制的图。
图13是示出了在一个示例中的在Si中针对各种杂质所测量的电离能的图表。
图14是示出示例碳纳米管传感器的响应的图表。
图15示出了在本文中所公开的技术的某些示例中用于进行高频检测的测量电路。
图16是可以用于本文中所公开的技术的某些示例的环形振荡器生物传感器。
图17是根据本文中所公开的技术的某些示例的用于环形振荡器的反相器的示意图。
图18图示了根据本文中所公开的技术的某些示例的用于生物驱动的压控振荡器的电路。
图19图示了如可以在本文中所公开的技术的某些示例中使用的用于感测压控振荡器和锁相环的电路。
图20包括若干图表，例如，在图17至图19的电路中的各个点处测量的信号。
图21示出了如可以在本文中所公开的技术的某些示例中使用的三级环形振荡器的输出。
图22是图示了可以用于使用FET传感器来分析分析物溶液的示例系统的框图。
图23是概述如可以在本文中所公开的技术的某些示例中执行的示例制造方法的流程图。
图24是概述如可以根据本文中所公开的技术执行的使用半导体器件的示例的流程图。
具体实施方式
I.概述
本文中公开了用于设计、制造和使用具有纳米结构沟道(例如，使用纳米线、纳米管、纳米带或者临界尺寸小于约100nm的其他几何形状实现的沟道)的半导体器件的方法、装置以及系统的代表性示例，其包括其中纳米结构沟道具有修改部分的半导体器件，该修改部分在活性部分被链接到纳米结构的位置中或该位置附近具有经调节的陷阱态密度。方法、装置和系统通常涉及基于生物传感器的检测，其包括例如可以用于核酸测序的生物传感器。
如本文中所使用的，“纳米线”是具有实心筒形形状的结构，其宽度小于约100nm并且长度可以显著长于该宽度。电传导贯穿纳米线的整个体积发生。如本文中所使用的，“纳米管”是具有中空筒形形状的结构，其宽度小于约100nm并且长度可以显著长于该宽度。在一些示例中，纳米管是包裹成筒形形状的单个石墨烯片或单个石墨烯带。筒体的中部空心，并且在整个筒体的管状侧壁中发生电传导。如本文中所使用的，“纳米带”是具有平坦形状的结构，其宽度小于约100nm并且长度可以类似于宽度或显著长于宽度。纳米带的厚度与制造该纳米带的材料相对应。单层石墨烯纳米带的厚度范围为约0.3nm至约0.4nm。电传导发生在纳米带的整个体积中。除非另有说明，否则本文中所使用的“半导体”包括诸如硅(Si)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)之类的材料，以及包括当以纳米结构排列时表现为半导体的材料，例如，碳纳米管、氮化硼纳米管、或者其他半导体纳米结构。
本文中所公开的方法、装置和系统不应被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开单独地并且以彼此的各种组合和子组合的方式涉及各种公开的示例的所有新颖的和非显而易见的特征和方面。所公开的方法、装置和系统不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的示例也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。
尽管为了方便呈现，以特定顺序次序描述了本文中所公开的方法中的一些方法的操作，但是应当理解，这种描述方式涵盖重新布置，除非下文所阐述的特定语言需要特定排序。例如，顺序描述的操作在一些情况下可以重新排列或同时执行。而且，为了简单起见，附图可能未示出可以结合其他事物和方法来使用系统、方法和装置的各种方式。附加地，该描述有时使用诸如“产生”、“生成”、“选择”、“接收”、“链接”和“提供”之类的术语来描述本文中所公开的方法。这些术语是对执行的实际操作的高级描述。与这些术语相对应的实际操作可以依据特定实现方式而变化，并且可以由受益于本公开的本领域普通技术人员容易地辨别。
如在本申请和权利要求中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数形式。附加地，术语“包含(includes)”意指“包括(comprises)”。而且，除非上下文另外指出，否则术语“耦合”意指机械、电气或电磁连接或链接，并且包括直接连接或直接链接以及通过不影响所描述系统的预期操作的一个或多个中间元件的间接连接或间接链接。
应当理解，本文中所提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何值或子范围，如同这些值或子范围被明确记载一样。例如，从约10KHz到约100KHz的范围应当被解释为不仅包括从约10KHz到约100KHz的明确记载的极限，而且还包括诸如约78KHz、约94.5KHz等之类的单独的值，以及诸如约25KHz至约85KHz、约15KHz至约80KHz等之类的子范围。
在整个说明书中使用的术语“基本上”和“约”用于描述和解释小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％、诸如小于或等于±2％、诸如小于或等于±1％、诸如小于或等于±0.5％、诸如小于或等于±0.2％、诸如小于或等于±0.1％、或诸如小于或等于±0.05％。
附加地，可以使用某些术语，诸如“上(up)”、“下(down)”、“上部(upper)”、“下部(lower)”等。这些术语在适用时用于在处理相对关系时提供一些清晰描述。然而，这些术语并不旨在暗示绝对关系、位置和/或取向。
已经出于更好地理解的目的提供了本文中参考本公开的装置或方法给出的操作理论、科学原理或其他理论描述。所附权利要求中的装置和方法不限于以这种操作理论所描述的方式起作用的那些装置和方法。
可以使用存储在一个或多个计算机可读介质(例如，计算机可读介质，诸如一个或多个光学介质盘、易失性存储器组件(诸如DRAM或SRAM)、或非易失性存储器组件(诸如闪存或硬盘驱动器))并且在计算机(例如，任何市售计算机，包括智能电话或者包括计算硬件的其他移动设备)上执行的计算机可执行指令来实现本文中所公开的计算机实现的方法中的任何计算机实现的方法。用于实现本文中所公开的技术的计算机可执行指令中的任何计算机可执行指令以及在这种实现期间创建和使用的任何数据都可以存储在一个或多个计算机可读介质(例如，计算机可读存储介质)上。该计算机可执行指令可以是例如专用软件应用、或者经由网络浏览器或其他软件应用(诸如远程计算应用)访问或下载的软件应用的一部分。这种软件可以使用一个或多个网络计算机例如在单个本地计算机(例如，具有在任何合适的商用计算机上执行的通用和/或专用处理器)上或者在网络环境中(例如，经由因特网、广域网、局域网、客户端-服务器网络(诸如云计算网络)、或其他此类网络)执行。
为了清楚起见，仅对基于软件的实现方式的某些选择方面进行描述。省略了本领域公知的其他细节。例如，应当理解，本文中所公开的技术的计算机相关方面不限于任何特定计算机语言或程序。例如，本文中所公开的技术可以通过用C、C++、Java或任何其他合适的编程语言编写的软件来实现。同样，本文中所公开的技术不限于任何特定计算机或硬件类型。合适的计算机和硬件的某些细节是众所周知的，并且不需要在本公开中进行详细阐述。
更进一步地，基于软件的示例(包括例如用于使计算机协助执行本文中所公开的方法中的任何方法的计算机可执行指令)中的任一基于软件的示例都可以通过合适的通信手段来上传、下载或远程访问。这种合适的通信手段包括例如互联网、万维网、内联网、软件应用、电缆(包括光缆)、磁性通信、电磁通信(包括RF、微波和红外通信)、电子通信、或其他这种通信手段。
II.引言
如本文中所提供的场效应晶体管或FET包括源极、漏极以及导电沟道，该导电通道可以使用单个活性部分被官能化。例如，酶、抗体、适体或者能够链接到导电沟道的其他分子可以用作单个活性部分。活性部分与适当的生物衬底的相互作用导致局部电场的改变或局部电荷的生成，其改变了流经沟道的电流，从而允许标识生物反应。
FET可以是单分子场效应生物传感器。FET生物传感器可以在生物学相关的盐条件下操作，例如，在约1mM至约100mM的范围内。这种盐溶液的德拜屏蔽长度的范围为约0.3nm至约10nm，其将感测区限制在沟道表面之外几nm处，并且通常将信号水平降低到可检测性的极限。
在测量期间使用较低的盐浓度会增加德拜长度，并且增强信号。然而，在一些实例中，降低盐浓度通常不适合无法进行缓冲液交换的实时传感器。
在本文中所公开的技术的一些示例中，通过在晶体管的沟道中(具体地，在感测区之内或附近)并入陷阱态来提高bioFET的灵敏度。换句话说，对于在活性部分被链接到纳米结构的位置附近(在小于德拜屏蔽长度的距离内)的纳米结构的一部分，纳米结构的陷阱态密度被修改。对于每个德拜长度LD的距离改变，溶液中电荷的电势减小1/e。增加的陷阱态可以增强在生物学相关条件下从bioFET观察到的信号输出，并且提高传感器设备的检测极限(LOD)。
III.基于半导体器件的示例场效应传感器
图1A和图1B分别是如可以根据本文中所公开的技术制造和使用的半导体器件的侧视图和俯视图100和105。示图100和示图105示出了各种特征的相对位置，但是未按比例绘制。半导体器件包括源极110、漏极120、以及栅极(例如，栅极端子)130。源极110和漏极120经由使用纳米结构140实现的导电沟道而被耦合。如此，纳米结构140可以提供导电沟道。纳米结构140可以包括半导体纳米线(诸如硅纳米线)、半导体纳米管(诸如具有半导体特性的碳纳米管或聚合物纳米管)、半导体纳米带(诸如石墨烯或MoS2纳米带)、或另一半导体纳米结构、或上述各项中的两项或更多项的组合。相对于纳米结构140的其他(例如，未修改)部分，对纳米结构140的一部分150(而非全部)进行修改，以具有增加的陷阱态密度。进一步地，修改部分150可以使用活性部分(诸如感测部分160)被官能化。一个或多个感测部分160经由链接剂(linker)165而被链接到纳米结构140。链接剂165可以是感测部分160的一部分或者经由适当的生化反应而与感测部分160接合。例如，系链165可以用于将一个部分160链接到纳米结构140的修改部分150。在一些示例中，一个或多个感测部分160链接到纳米结构140的一个或多个修改区域(例如，(多个)部分150)。
在一些示例中，半导体器件是装置的一部分，该装置还包括容器170，该容器170至少部分地围合纳米结构140，该容器170接收分析物溶液，该分析物溶液提供栅极端子与纳米结构140之间的电连通。容器170可以是开放或密闭的器皿，其围合分析物溶液175，以使溶液与纳米结构140接触。随着分析物溶液175的化学物质179(例如，核苷酸)与感测部分160接触，在纳米结构140的导电沟道中感应出电荷或电场的改变。因此，可以通过观察来自包括源极110、漏极120和栅极130的FET晶体管的电荷或电场的改变来推导关于分析物的物质179的信息。如下文将进一步所讨论的，因为纳米结构140的修改部分150具有不同的陷阱态密度，所以这可以有利地用于增加当物质179与感测部分160相互作用时生成的信号的信噪比。
如图1A和图1B所示，源极110、漏极120和/或纳米结构140设置在包括例如二氧化硅的绝缘层180之上。绝缘层180又设置在衬底(例如，硅衬底190)之上。硅衬底190可以包括体端子195，该体端子用于向衬底190施加电势，这又可以用于调节半导体器件的性能特点。在一个示例中，体端子195被耦合到调制信号输入，并且栅极端子130被耦合到固定电压(例如，电源或接地)。在另一示例中，栅极端子130被耦合到调制信号输入，并且体端子195被耦合到固定电压(例如，电源或接地)。在一些实现方式中，源极110、漏极120和沟道可以被制造在体半导体衬底中，并且经由台面或浅沟槽隔离件而与电路的其余部分隔离。
进一步地，如一些示例中所示，绝缘材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))可以包围源极110和漏极120的端子、以及纳米结构140的一部分。绝缘外壳197和198提供源极110和漏极120的电绝缘、以及耐化学性。在一些示例中，绝缘外壳197和198理想地对分析物溶液175化学惰性。
在一些示例中，纳米结构140的修改部分150通过使用活性部分165被官能化的部分来生成，这又由于纳米结构的晶格的破坏而增加了纳米结构140的该部分中的陷阱态密度。在一些示例中，纳米结构140的修改部分150通过离子注入、高能束辐照、等离子体暴露或其组合形成。在一些示例中，纳米结构140的修改部分150通过离子注入形成。在一些示例中，纳米结构140的修改部分150通过扩散形成。在一些示例中，纳米结构140的修改部分150通过等离子体处理形成。在一些示例中，纳米结构140的修改部分150通过高能束(例如，电子或氦(He)离子束)辐射形成。在一些示例中，修改部分150通过将酶或适体链接到修改部分150而形成，其破坏了纳米结构140的原子键。在一些示例中，所链接的酶或适体被共价键合到纳米结构140的修改部分150。在一些示例中，活性部分165是以下中的一项的单个物质：单个酶、单个抗体以及单个适体。在其他示例中，活性部分165包括酶、抗体和/或适体的两个或更多个分子。在一些示例中，活性部分165是抗体、适体或聚合酶的一部分。在一些示例中，增加的陷阱态密度的范围期望如下：约1×1012个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2(诸如以下中的任一项：约1×1012个陷阱/cm2至约1×1013个陷阱/cm2、约1×1013个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2、约5×1012个陷阱/cm2至约5×1013个陷阱/cm2、约1×1012个陷阱/cm2至约5×1012个陷阱/cm2、约5×1012个陷阱/cm2至约1×1013陷阱/cm2、约1×1013个陷阱/cm2至约5×1013个陷阱/cm2、约5×1013个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2、约2×1013个陷阱/cm2至约6×1013个陷阱/cm2、约3×1013个陷阱/cm2至约7×1013个陷阱/cm2、约4×1013个陷阱/cm2至约8×1013个陷阱/cm2、约5×1013个陷阱/cm2至约9×1013个陷阱/cm2、约1×1013个陷阱/cm2至约2×1013个陷阱/cm2、约2×1013个陷阱/cm2至约3×1013个陷阱/cm2、约3×1013个陷阱/cm2至约4×1013个陷阱/cm2、约4×1013个陷阱/cm2至约5×1013个陷阱/cm2、约5×1013个陷阱/cm2至约6×1013个陷阱/cm2、约6×1013个陷阱/cm2至约7×1013个陷阱/cm2、约7×1013个陷阱/cm2至约8×1013个陷阱/cm2、约8×1013个陷阱/cm2至约9×1013个陷阱/cm2、以及约9×1013个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2)。在一些示例中，增加的陷阱态密度的范围期望如下：约1×1012个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2(诸如以下中的任一项：约1×1012个陷阱/cm2至约1×1013个陷阱/cm2、约1×1013个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2、约5×1012个陷阱/cm2至约5×1013个陷阱/cm2、约1×1012个陷阱/cm2至约5×1012个陷阱/cm2、约5×1012个陷阱/cm2至约1×1013个陷阱/cm2、约1×1013个陷阱/cm2至约5×1013个陷阱/cm2、约5×1013个陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2、约2×1013个陷阱/cm2至约6×1013个陷阱/cm2、约3×1013个陷阱/cm2至约7×1013个陷阱/cm2、约4×1013个陷阱/cm2至约8×1013个陷阱/cm2、约5×1013个陷阱/cm2至约9×1013个陷阱/cm2、约1×1013个陷阱/cm2至约2×1013个陷阱/cm2、约2×1013个陷阱/cm2至约3×1013个陷阱/cm2、约3×1013个陷阱/cm2至约4×1013个陷阱/cm2、约4×1013个陷阱/cm2至约5×1013个陷阱/cm2、约5×1013个陷阱/cm2至约6×1013个陷阱/cm2、约6×1013个陷阱/cm2至约7×1013个陷阱/cm2、约7×1013个陷阱/cm2至约8×1013个陷阱/cm2、约8×1013个陷阱/cm2至约9×1013个陷阱/cm2、以及约9×1013陷阱/cm2至约1×1014个陷阱/cm2)。在一些示例中，增加的陷阱态密度的范围期望如下：约3×1013个陷阱/cm2至约4×1013个陷阱/cm2(诸如约3×1013个陷阱/cm2至约4×1013个陷阱/cm2)。
当半导体器件操作时，跨源极110和漏极120施加电压差。例如，源极110可以保持接地，并且例如从电源或从另一晶体管向漏极120施加较高的电势，该另一晶体管又耦合到电源。当施加到栅极130的电压超过半导体器件的阈值电压时，半导体器件将进入导通(on)状态(例如，线性操作状态或饱和操作状态)。通常在栅极130与源极110之间测量阈值电压。在一些示例中，时变电信号(例如，电压变化信号)被施加到栅极130，其又使得半导体器件的源极110与漏极120之间的电流流动相应地变化。在一些示例中，时变电信号(例如，电压变化信号)被施加到源极110或漏极120，其又使得半导体器件的源极110与漏极120之间的电流流动相应地变化。在诸如分子179之类的分子与感测部分160相互作用时，引起半导体器件的阈值电压的较小改变。因此，通过观察和测量阈值电压的改变，例如，通过观察流过器件的电流的改变或漏极120处的电压的改变，可以推导出关于相互作用的分子179和分析物溶液175的信息。在栅极130接收时变电信号的示例中，体端子195可以保持在恒定电势，例如，地电势。在其他示例中，栅极130保持在恒定电势，并且通过观察流过器件的电流的改变或漏极120处的电压的改变来施加时变电信号以改变体端子195处的电压。
虽然图1A和图1B的示例示出了纳米结构140相对于衬底190的水平取向，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言，容易显而易见的是，纳米结构140相对于衬底190的相对位置的其他取向(例如，竖直取向)也可以与本文中所公开的技术一起使用。在竖直取向的纳米结构中，当纳米结构140沉积在衬底190之上时，可以在化学气相沉积过程中通过与上文所描述的方式类似的方式(例如，通过将离子注入到纳米结构140的一部分，通过对纳米结构部分执行局部掺杂，或通过调节源极材料的成分)来调节陷阱态密度。
可以依据栅氧化物的性质来选择合适的链接剂分子165。对于SiO2，可以使用硅烷或其他合适的生化共轭分子。对于金属氧化物栅极材料(诸如HfO2和AlO3)，可以使用膦酸酯、异羟肟酸酯、肼及其组合、或其他合适的生化共轭分子。对于碳基材料，可以使用芘、蒽、羧酸盐(及其组合)或其他合适的生化共轭分子。所选择的掺杂剂的物质取决于期望的陷阱态是施主、受主还是中性。可以从下文关于图13讨论的图表1300中选择适当的掺杂剂物质。例如，碳(C)注入可以产生传导边缘状态，而铟(In)注入可以产生价边缘状态。
IV.具有修改陷阱态密度的示例半导体器件
在传统FET中，当FET的一个或多个尺寸(例如，长度、有效宽度或沟道长度)大于约100nm时，陷阱态的(不可避免的)存在以1/f噪声表示。然而，当FET的尺寸减小到约50nm以下时，噪声频谱发生巨大改变，并且本身表现为称为电报噪声(RTN)的双稳态电流水平。
图2示出了图表200，图表200示出了被官能化的FET中的电流流动的改变的示例。
图3示出了20nm FET中呈现RTN的电流流动的图表300。如所图示的，该信号是双稳态的，并且在两个离散电平之间随机振荡。
RTN起源于俘获和释放FET的沟道内的单个电荷载流子。图4图示了如可以在本文中所描述的技术中使用的半导体材料中的电荷载流子(charge carries)所占据的能量水平。陷阱通常被分类为受主陷阱400或施主陷阱410。陷阱态所涉及的能量大于半导体材料的热能以使其电离，并且因此倾向于不向半导体材料贡献自由载流子。因此，材料中的陷阱态趋向于约束电荷流动。在两种类型的陷阱的存在下，用于描述半导体的能带结构的方便表示法是中性水平E0的概念。E0之上或之下的所有状态分别被视为受主状态或施主状态。如图表420所示，当费米水平EF高于或低于E0时，陷阱的净电荷分别为负或正。
当例如从将电荷沉积在传感器的表面附近的生化反应向半导体的表面施加电压时，界面陷阱(以及因此中性水平E0)随着传导和价带边缘而上下移动，而费米水平EF保持固定。这会导致EF和E0之间的偏移量发生相对改变，从而导致氧化物/半导体界面上的固定电荷的改变ΔCox，其又使晶体管的阈值电压移位，如等式1所描述的：
Figure BDA0002346952820000151
该VT移位超过由生化反应引起的移位。因此，仅基于等式1，可以期望具有陷阱态的传感器呈现更好的灵敏度。然而，如图5中所图示的图表500所示，还已知陷阱态通过降低IDVG传递曲线上的斜率来减小晶体管响应。x轴与栅极到源极电压(VG)相对应，而y轴与FET漏极电流(ID)相对应。为了增加局部陷阱态密度，漏极电流如图所示降低(0.0陷阱态密度(附图标记510)；1×1013(520)；5×1013(530)；以及1×1014(540))。
因为传感器响应与
Figure BDA0002346952820000161
成正比、并且如图6的图表600所示，陷阱态降低IDVG曲线的斜率，所以对传感器灵敏度存在两个相互竞争的影响——即，由于附加ΔCox调制而导致的提高以及由于IDVG曲线的斜率减小而导致的降低——从而在一定的陷阱密度下得到总体最大值。x轴与陷阱密度相对应，而y轴与感测区域中的FET电荷灵敏度相对应。示出了针对增加ΔCox的FET的灵敏度(610)以及针对对应的降低漏极电流ID的FET的灵敏度(620)。还示出了基于这两个因素的组合灵敏度(630)，该组合灵敏度呈现最大值(640)。
如对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言显而易见的是，因为远离生化反应的位置的超过几个德拜长度的陷阱态会导致IDVG降低，但不会导致ΔCox的调制，所以将陷阱定位在感测到的生化反应附近增加了预期灵敏度提高。
可以通过详细模拟来确认传感器在陷阱态存在下的预期行为。在图7的图700中示出了可以在本文中所公开的技术的一些示例中实现的半导体器件的示例模拟几何形状。如所示出的，具有高掺杂源极/漏极区域(分别为720，725)和2nm厚栅极氧化物的20nm宽100nm长的硅纳米线(710)被浸入10mM盐溶液(730)中。通过计算在有和没有外部电荷+2e(740)(其中e是电子的基本电荷)被放置在距栅极氧化物的表面1nm处的情况下IDVG曲线中的差ΔI，来估计传感器响应。信噪比(SNR)计算为ΔI/δI，其中δI是预期纳米线噪声，其从Johnson、散粒和1/f噪声分量近似出。从Hooge模型S2(f)＝α/Nf计算出1/f噪声，其中α是Hooge常数(2.1×10-3)，N是沟道中的载流子数，并且f是频率。在该示例模拟中，假定100KHz的测量带宽。在所示的位于外部电荷740与纳米线710之间的感测区域750中，陷阱态密度增加到1012/cm2和1014/cm2之间的变化量。
图8是针对图7中描绘的传感器来绘制作为VG(810)的函数的ΔI的图表800，其中陷阱密度为Nt＝1012/cm2。还绘制了作为VG的函数的所计算的SNR(ΔI/δI)(820)。在～0.4V的VG处观察到最大跨导点
Figure BDA0002346952820000171
附近的强峰825。
图9是具有针对Nt＝0-1014/cm2的中间间隙状态执行的一系列这种计算的峰值SNR作为Nt的函数的绘图910的图表900。如基于先前讨论所预期的，观察到峰值响应，其中相对于无陷阱情况，SNR几乎提高了3倍。
应当注意，SNR提高的幅度和最大SNR的比陷阱密度取决于许多因素，即晶体管设计的细节、电解质的盐度、陷阱态相对于外部电荷的位置和沟道/栅极氧化物界面、陷阱态相对于半导体的传导和价带的位置、以及其他相关因素。虽然峰值SNR增益可能会变化、并且可能针对影响FET性能的因素(例如，源极掺杂，沟道掺杂，重叠距离，栅极氧化物厚度，源极、漏极和重叠区域的深度等)进行经验性调节，但是响应的大致形状不会变换。换句话说，在感测区中故意引入适当靶向的陷阱态通常会改善传感器的响应。
图10是描绘了将感测部分共价附接到纳米线的表面的示图1000。共价键的产生破坏了附接位点(attachment site)1010附近的原子键并且产生了局部陷阱态。所用链接剂分子基于FET传感器的表面的性质而被选择。可以使用的链接剂分子的合适示例包括但不限于：用于SiO2的硅烷；用于诸如HfO2之类的金属氧化物的膦酸酯、氢酰胺和肼；用于碳基表面或任何其他数目的大量合适的生物共轭反应的芘、蒽和羧酸盐。
图11是图示了可以通过预先存在的半导体制造技术或使用带电束辐照(例如，电子束、离子束、等离子体辐照、或非掺杂物质的离子注入)而自上而下地控制陷阱态的密度和位置的示图1100。
图12是图示了还可以经由局部掺杂来控制陷阱态的密度和位置的示图1200。对于水平纳米线，经由注入或扩散掺杂来实现掺杂。对于竖直纳米线，还可以在生长期间控制掺杂。
如图13的图表1300所示，可以根据针对Si中各种杂质的测量的电离能量并且根据由选择的FET制造技术所施加的其他优化约束，来选择注入物质和剂量以产生期望类型的陷阱。
V.用于克服德拜屏蔽的施加信号的示例使用
在一个示例中，从物理学的角度来看，诸如Na+Cl-或K+Cl-之类的离子溶液不能与任何正离子和负离子的集合区分开，并且可以最一般地描述为等离子体。所有等离子体均具有称为“等离子体频率”(PF)的特征频率，在该特征频率以上，它们对所施加的电信号透明。等离子体频率与m-1/2成比例，其中m是带电物质的质量。在等离子频率以上，电场改变太快，带电物质的惯性不允许它们随电场移动并且从中吸收能量。
金属是用于生成等离子体的靶的常见示例。金属对可见辐照完全不透明，但可以对x射线透明。气体等离子体(例如，Ar+/e-)在几百kHz时都是不透明的，但在MHz范围内变为透明。同样，可以预期其中电荷载流子的质量与N、Ar类似的离子盐溶液在MHz范围内变为透明。
从感测的角度来看，离子溶液从不透明过渡到透明具有重要意义。在等离子体频率以下，溶液中的电场衰减为exp(-x/LD)/x，其中LD是等离子体的德拜长度。在等离子体频率以上，溶液中的电场延迟为1/x，衰减率要弱得多。低于等离子体频率的衰减率与高于等离子体频率的衰减率的比率为exp(-x/LD)。
返回图1，与纳米结构接触的分析物溶液175通常可以描述为等离子体。这种等离子体具有称为等离子体频率的特征频率，在该特征频率以上，它们对溶液中的分析物变得透明。通过将高于等离子体频率的电信号施加到栅极130，溶液中带电物质的惯性阻止它们随电场移动，因此停止吸收能量，从而变得透明。
对于在约10mM至约100mM范围内的生物溶液，LD在约0.3nm至约3nm范围内。这可能对以场效应原理操作的生物传感器产生影响，因为在许多示例中，生物传感器对在传感器的表面1nm至3nm内生成的场做出响应。即使这样，在到达传感器表面之前，场也被减弱到限制或否定传感器对对应场效应的检测的程度。例如，被浸入在50mM溶液中的距传感器2nm的电荷的电场在等离子频率以下减弱的强度将比在等离子频率以上减弱的强度高约7倍(e-2)。因此，通过在等离子频率之上操作来提高SNR的潜力是显著的。
VI.用于施加和测量FET信号的第一示例电路
图14是绘制了在其表面上不存在(1410)和存在(1420)链霉亲和素/生物素结合的情况下浸入在100mM NaCl中的示例场效应传感器(碳纳米管)的电流ID的图表1400。该图表示出了作为测量频率的函数的生物素-链霉亲和素在其表面上的结合。NaCl浓度为100mM，并且德拜长度为～0.3nm。如所示出的，由于进行了强大的筛选(～0.3nm的LD)，所以传感器无法检测2MHz以下生物素的存在。相比之下，在高于NaCl溶液的预期等离子体频率的10MHz以上观察到明显的差分响应。
在本文中所公开的技术的一些示例中，如图15中的示图1500所示，具有幅度调制的输入信号的混合电流测量电路1510可以用来测量ID。然而，对于较大的传感器阵列(例如，具有数百或数千或更多个传感器的阵列)，使用这种电路会变得麻烦，并且对于由数百万个传感器组成的阵列，在当前处理技术中，使用这种电路可能不可行。
另外，使用这种混合电流测量电路的检测方案可能存在至少两个问题。首先，在控制信号的相移的同时，在每个传感器的基础上，馈送高频RF信号。这种问题与现代微处理器中的时钟分配的问题相似。虽然可以通过使用适当的电路和设计技术来解决电路问题，但是芯片上的不动产成本却无法用于感测。第二个问题是使用逐像素锁相放大。锁相放大器是复杂电路，其在实现时产生集成电路面积方面的巨大开销。
VII.本文中所公开的用于施加和测量FET信号的第二示例电路
在本文中所公开的技术的某些示例中，具有锁相环(PLL)配置中的压控振荡器(VCO)的电路用于按传感器生成和检测高频信号。
图16中示出了示例传感器的示意图示1600。奇数个反相器(图示的附图中为三个：1610，1611和1612)形成以固定频率谐振的环形振荡器1620。生物反应以广义方式被示为附接到振荡器反相器中的晶体管中的一个晶体管的栅极的酶1630，从而向环形振荡器中FET的一个或多个栅极提供可变负载，该可变负载使其谐振频率移位。在其他示例中，多于一个的酶可以附接到单个晶体管栅极。环形振荡器(RO)的振荡频率取决于用于制造反相器的技术以及振荡器中反相器的数目。对于当前的互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术，3级振荡器的谐振频率可以高达几GHz。在一些示例中，环形振荡器的多于一个反相器级使用不同的部分被官能化，这些不同的部分在存在生物反应的情况下会对振荡频率产生明显的影响——例如，一个级可以通过增加振荡器的振荡频率来做出响应，并且另一个级可以通过降低振荡频率来响应。在多路复用感测的某些示例中，这种实现方式可能特别理想。
图17的示意图1700中示出了用于反相器级中的每个反相器级的合适电路的示例。如图17所示，连接了分别称为上拉(PU)晶体管和下拉(PD)晶体管的两个晶体管，即一个PMOS 1710和一个NMOS 1720。当IN端口处的信号为高时，PU晶体管断开而PD晶体管导通，从而导致OUT端口上的低电势。相反，当IN信号为低时，PD晶体管断开而PU晶体管导通，从而导致OUT端口上的高电势。因此，该电路使输入信号的极性反相，因此命名为“反相器”。
在本文中所公开的技术的一些示例中，酶(例如，聚合酶)将被附接到RO的反相器级中的一个反相器级的PU晶体管或PD晶体管的栅极。由酶在其野生型衬底(例如，脱氧核苷酸(dNTPs))或修改衬底(例如，电荷标签dNTP，作为非限制性实例)上作用的酶生成的电场会以时间相关方式来更改特定反相器级的性能，从而改变环形振荡器1620的谐振频率。在一些示例中，与酶附接的FET可以使其局部陷阱态密度在酶链接到纳米结构沟道的位置附近或该位置处增加。在图17的反相器中，可以添加附加部件1730以对链接到局部陷阱态密度增加的区域附近的或该区域处的晶体管沟道的酶进行建模。因此，在该示例中，环形振荡器1620因此表现为生物驱动的压控振荡器(b-VCO)。在一些示例中，只有链接到酶的FET才具有纳米结构沟道，并且其他FET是具有金属栅极或多晶硅栅极的PMOS或NMOS晶体管。在一些示例中，环形振荡器1620中的所有FET都具有纳米结构沟道(例如，纳米管沟道或纳米线沟道)。在一些示例中，只有链接到酶的FET与分析物溶液接触，而在其他示例中，一个或多个或所有FET与分析物溶液接触。
一种检测b-VCO谐振频率的微小改变的高效方式是通过锁相环(PLL)。在一些示例中，PLL包括两个VCO：一个b-VCO，其频率由所感测的生物反应控制；以及一个振荡器，其通过调节外部供应的电压来跟踪b-VCO频率的改变，以维持自身振荡与b-VCO的振荡之间的相位差恒定。如本文中所使用的，该第二VCO被称为感测VCO或s-VCO。
如图18的示意图1800所示，这种类型的电路的操作可以通过SPICE模拟来确认。b-VCO可以模拟为环形振荡器1810，在该环形振荡器1810中，外部源1820在反相器级1830中的一个反相器级的输入上供应的小的扰动，如图18所示。
来自电压源1820的小电压Vsignal与来自主RO环路的正常信号并行施加到第二反相器级1830的输入。来自b-VCO的信号分接在SENSE点，并且馈送到s-VCO以用于相位跟踪。
如图19的示意图1900所示，模拟PLL的其余部分。标记为PD的电压加法器将b-VCO和s-VCO的输出相加。包括电阻器R1和电容器C1的低通滤波器将高频信号转换为DC电压，该DC电压与b-VCO和s-VCO振荡之间的相位差成比例。标记为FG的放大器放大该DC信号并且将其反馈回到s-VCO，从而提供反馈环路，在该反馈环路中，s-VCO频率会进行调节，以维持与来自b-VCO的信号的零度偏移量。施密特触发器A1监测放大器FG的输出，该施密特触发器A1在设定电压处触发，从而当来自FG的电压高于某个电平时产生逻辑一(1)，否则产生逻辑零(0)。应当指出，放大器FG和施密特触发器被添加到用于模拟仪器的模拟电路中，并且不一定要在实际实现方式中使用。还应当指出，如对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言，应当容易理解，本文中所描述的PLL电路实现方式是说明性示例，并且可以使用其他电路实现方式。
图20包括多个图表(2000，2010，2020和2030)，其示出了在图19的示意图1900中所图示的电路中的各个点处观察到的电压信号。输入信号2000的SNR为0.3，并且不能使用单电平触发器调用。输出信号2010的SNR大于10，并且可以使用单电平触发器容易地调用。触发器输出高于28mV的逻辑1和低于该电平的逻辑0。图表2020中也示出了在FG放大器的输出处观察到的中间信号。同样如图20的图表2030所示，来自酶的理想化响应被建模为PD电压加法器输出的模拟电压改变，该PD电压加法器用于对与感测酶的相互作用进行建模。
应当指出，在该模拟中使用的3级环形振荡器的振荡频率约为6GHz，如图21的图表2100所示。这远高于所使用的离子NaCl溶液的等离子体频率，该频率约为2MHz(参见图14)。因此，演示了针对图1A至图1B的传感器的提高的灵敏度。示例环形振荡器的频率也远高于预期信号的带宽(约100kHz-1MHz)，其被如此配置以便使PLL能够做出响应。
总之，具有b-VCO的PLL可以用于感测噪声生物信号，特别是在生物上相关的盐浓度下的噪声生物信号。在一些示例中，使用在本文中所公开的环形振荡器配置中使用的bio-FET的陷阱态密度。电路可以有利地展现出集成电路面积的较低使用，并且可以在成熟的制造节点中实现。对于图16至图20的示例，两个VCO总共使用6个晶体管，另外还有6至10个晶体管用于相位检测器。电路的输出信号以范围为约10KHz至约100KHz的频率变化，远低于用于实现锁相方法的MHz+速率。因此，该方法允许将高频检测方案按比例放大到单个集成电路管芯中的数以千计和可能的数以百万计的传感器。
VIII.使用本文中所公开的场效应传感器的示例系统实现方式
图22是图示了如可以在本文中所公开的技术的某些示例中使用的系统的框图2200，该系统可以用于使用由于陷阱态密度的局部改变而具有增强的灵敏度的FET传感器来分析分析物溶液。如所示出的，根据本文中所讨论的技术，半导体器件的阵列2210具有导电沟道，该导电沟道具有被修改的陷阱态密度。在一些示例中，阵列2210的半导体器件或器件组中的每个半导体器件或器件组具有接收分析物溶液的相应容器。这种实现方式对于同一芯片上的多路复用测量可能有用。在其他示例中，容器可以接收分析物溶液并且被配置为与两个或更多个半导体器件的导电沟道接触。如本文中所描述的，去往和来自半导体器件的端子的导线被耦合到仪器电路2220。例如，包括本文中所公开的环形振荡器实现方式的相位检测电路可以耦合到阵列的每个相应的半导体器件。在一些示例中，仪器电路在与阵列相同的衬底上实现。在其他示例中，全部或部分半导体电路在耦合到支撑阵列的衬底的单独集成电路上实现。例如，仪器电路可以经由印刷电路板上的导电迹线、多芯片模块内的导电迹线或多管芯封装中的导电迹线而被连接到阵列。
接口电路2230向仪器电路2220发送模拟信号并且从仪器电路2220接收模拟信号，以便控制操作并且感测在阵列的半导体器件中感应的电改变。在一些示例中，仪器电路包括环形振荡器，其耦合到实现bioFET传感器的半导体器件中的每个半导体器件。在其他示例中，仪器电路2220从两个或更多个bioFET传感器接收输出信号。该接口继而可以将模拟信号转换为合适的数字编码，以供由定序器(sequencer)计算机2240内的一个或多个处理器2245使用。定序器2240也可以包括存储器2250、非易失性存储装置2255、以及I/O部分2260。
IX.半导体器件的示例制造方法
图23是概述如可以在本文中所公开的技术的某些示例中执行的示例制造方法的流程图2300。例如，可以使用所示的方法来制造诸如上文所描述的半导体器件之类的半导体器件。
在过程框2310处，在衬底之上沉积纳米结构，该纳米结构在衬底内或衬底之上具有至少一个源极区和至少一个漏极区，以在源极区与漏极区之间形成电传导通道。对于纳米结构的一部分而非纳米结构的全部，纳米结构具有经调节的陷阱态密度。例如，可以根据选择的陷阱态密度来增加或减小陷阱态密度。在一些示例中，通过将活性部分共价链接到纳米结构的一部分，在纳米结构中引起陷阱态密度增加。因此，活性部分的链接产生了与该部分位置自对准的陷阱态。在一些示例中，通过将离子注入到纳米结构部分中来增加陷阱态密度。在一些示例中，执行局部掺杂以增加纳米结构部分的陷阱态密度。在一些示例中，当在衬底之上沉积纳米结构时，通过在化学气相沉积过程中调节源极材料的成分来增加陷阱态密度。在一些示例中，纳米结构包括一个或多个硅纳米线、石墨烯纳米带、MoS2纳米带、和/或碳纳米管。
在该方法的一些示例中，选择半导体器件的一个或多个参数。例如，选择期望的ΔCox参数、期望的漏极电流对栅极电压的响应、或者上述两个参数。选择与用于纳米结构部分的(多个)修改参数相对应的期望的陷阱态密度。可以根据选择的陷阱态密度来增加陷阱态密度。在一些示例中，根据期望的陷阱态密度来选择材料和/或剂量。
在过程框2320处，单个分子的活性部分被链接到纳米结构部分。例如，活性部分可以被共价链接到纳米结构。在一些示例中，多于一个分子被链接到纳米结构部分。
X.半导体器件的示例使用方法
图24是概述了使用如可以根据本文中所公开的技术执行的半导体器件的示例的流程图2400。例如，如上文所讨论的半导体器件可以用于实现所图示的方法。
在过程框2410处，酶被链接到感测区附近的场效应晶体管的沟道。场效应晶体管具有源极端子、漏极端子、以及用于在源极端子与漏极端子之间提供导电沟道的纳米结构。感测区包括纳米结构上的陷阱态密度相对较高的区域。
在过程框2420处，在感测区附近提供离子溶液。例如，离子溶液可以包括具有选定盐度的盐溶液、以及在溶液中一种或多种分析物的部分。在一些示例中，溶液的盐度的范围为约1mM至约500mM。容器可以用来促使离子溶液与纳米结构接触，包括纳米结构的感测区。
在过程框2430处，向场效应晶体管的端子施加信号。例如，向半导体器件的栅极端子或体端子施加时变信号。在一些示例中，以至少超过所提供的离子溶液的等离子体频率的频率对信号进行调制。对于一个示例，以超过大约1MHz的频率对所施加的信号进行调制。对于另一示例，该频率实质上可以超过10MHz。该信号可以施加到场效应晶体管的栅极端子或体端子。例如，向体端子场效应晶体管提供信号，并且保持栅极端子处于固定电压。在一些示例中，时变信号由生物反应本身生成，该生物反应发生在感测区附近。如此，在本文中所公开的示例中，变化信号的源可以是外部施加的电势，也可以是由生物反应本身产生的可变电荷或电场。
在过程框2440处，响应于所施加的信号而通过场效应晶体管的电流流动的改变被检测。电流流动的改变由器件的电导率改变引起，当分子和分析物与感测区的链接部分相互作用时，会观察到这种改变。可以使用例如环形振荡器来检测这些改变，其中环形振荡器的至少一个反相器包括具有感测区的场效应晶体管。在其他示例中，提供了不同的电路以检测场效应晶体管的输出信号相对于施加到晶体管端子的信号的相位改变。在一些示例中，该方法还包括：基于检测到的改变来对脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)分子中的一系列核苷酸进行测序。在其他示例中，该方法还包括：基于检测到的改变来检测核苷酸。
该方法的一些示例还可以包括：提供环形振荡器电路，该环形振荡器电路具有该环形振荡器的至少一个反相器，该至少一个反相器包括具有如本文中所公开的修改的感测区的场效应晶体管。
在本文中所公开的技术的一些示例中，一个或多个计算机可读存储设备或存储器存储计算机可读指令，该计算机可读指令当由计算机执行时，使得计算机执行本文中所公开的方法中的至少任何一种方法。在一些示例中，系统被配置为执行本文中所公开的方法中的任何一种方法的至少一部分。在一些示例中，系统耦合到存储计算机可读指令的计算机可读存储设备或存储器，该计算机可读指令当被执行时，使得系统执行本文中所公开的方法中的至少任何一种方法。
应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念并不相互矛盾)被认为是本文中所公开的发明主题的一部分。具体地，出现在本公开的结尾处的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文中所公开的发明主题的一部分。还应当领会，本文中明确采用的也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应当被赋予与本文中所公开的具体概念最一致的含义。
在整个说明书中对“一个示例”、“另一示例”、“一示例”等的引用意指结合示例描述的具体元件(例如，特征、结构和/或特点)包括在本文中所描述的至少一个示例中，并且在其他示例中可能存在也可能不存在。另外，应当理解，除非上下文另外明确指出，否则在各种示例中，可以以任何适当的方式来组合用于任何示例的所述元件。
虽然已经详细描述了几个示例，但是应当理解，可以修改所公开的示例。因此，前述描述应当被认为是非限制性的。

Claims (27)

1.一种场效应传感器，包括：
源极；
漏极；
沟道，包括纳米结构，所述纳米结构包括未修改部分和包括由掺杂物质局部掺杂的修改部分，所述修改部分相对于所述未修改部分具有增加的陷阱态密度，并且所述修改部分使用活性部分被官能化；以及
栅极端子，与所述纳米结构电连通。
2.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中所述纳米结构包括以下中的至少一项：纳米线、纳米管以及纳米带。
3.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中所述纳米结构包括以下中的至少一项：硅纳米线、碳纳米管、聚合物纳米线、石墨烯纳米带以及MoS2纳米带。
4.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中所述纳米结构包括以下中的至少一项：石墨烯、硅烯以及磷烯。
5.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中所述活性部分通过离子注入、扩散掺杂、高能束辐照、等离子体曝光或其组合形成。
6.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中：
所述活性部分包括酶或适体，所述酶或所述适体被链接到所述纳米结构的所述修改部分。
7.根据权利要求6所述的场效应传感器，其中所链接的所述酶或所述适体被共价键合到所述纳米结构的所述修改部分。
8.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中所述活性部分是以下中的一项的单个分子：单个酶、单个抗体以及单个适体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的场效应传感器，其中对于在小于所述活性部分被链接到所述纳米结构的位置的德拜屏蔽长度的距离内的所述纳米结构的一部分，所述纳米结构的所述陷阱态密度被修改。
10.根据权利要求1所述的场效应传感器，其中增加的所述陷阱态密度的范围为1×1012个陷阱/cm2至1×1014个陷阱/cm2。
11.一种半导体装置，包括：
根据权利要求1所述的场效应传感器；以及
容器，至少部分地围合所述纳米结构，所述容器用以接收分析物溶液，所述分析物溶液提供所述栅极端子与所述纳米结构之间的所述电连通。
12.一种半导体装置，包括根据权利要求1所述的场效应传感器，其中：
所述场效应传感器还包括体端子，所述体端子被耦合到调制信号输入；以及
所述栅极端子被耦合到固定电压。
13.一种半导体装置，包括电流传感器或环形振荡器，所述电流传感器或所述环形振荡器包括根据权利要求1所述的场效应传感器。
14.一种制造场效应传感器的方法，所述方法包括：
在衬底之上沉积纳米结构，所述衬底在所述衬底内或所述衬底之上具有至少一个源极区和至少一个漏极区，以在所述源极区与所述漏极区之间形成导电沟道，所述纳米结构包括未修改部分和包括由掺杂物质局部掺杂的修改部分，所述修改部分相对于所述未修改部分具有增加的陷阱态密度；
将活性部分链接到所述修改部分；以及
提供与所述纳米结构电连通的栅极端子。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：通过将离子注入到纳米结构部分来生成具有增加的所述陷阱态密度的所述修改部分。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：通过对纳米结构部分执行局部掺杂来生成具有增加的所述陷阱态密度的所述修改部分。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：当在所述衬底之上沉积所述纳米结构时，通过调节在化学气相沉积过程中源极材料的成分来生成具有增加的所述陷阱态密度的所述修改部分。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述纳米结构包括以下中的至少一项：纳米线、纳米管以及纳米带。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述纳米结构包括以下中的至少一项：硅纳米线、碳纳米管、聚合物纳米线、石墨烯纳米带以及MoS2纳米带。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述纳米结构包括以下中的至少一项：石墨烯、硅烯以及磷烯。
21.根据权利要求14所述的方法，还包括：
选择：期望的ΔCox参数、或者期望的漏极电流对栅极电压的响应、或者所述期望的ΔCox参数和所述期望的漏极电流对栅极电压的响应；
为所述修改部分选择期望的陷阱态密度；以及
根据所选择的所述期望的陷阱态密度来增加所述陷阱态密度。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：根据所选择的所述期望的陷阱态密度来选择用于所述修改部分的材料和剂量中的至少一项。
23.一种使用根据权利要求1所述的场效应传感器的方法，包括：
在所述沟道附近提供离子溶液；
在所述栅极端子被耦合到固定电压的同时，将信号施加到所述栅极端子，或者施加到体端子，所述体端子被耦合到调制信号输入；以及
响应于所施加的所述信号而检测通过所述沟道的电流流动的改变。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述信号以超过所述溶液的等离子体频率的频率被调制。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述溶液的盐度范围为1毫摩尔(mM)至500毫摩尔(mM)。
26.根据权利要求23所述的方法，其中电流流动的改变的所述检测包括：检测输出信号相对于施加到所述栅极端子或所述体端子的所述信号的相位改变。
27.根据权利要求23所述的方法，还包括：基于检测到的所述改变来对脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)分子中的一系列核苷酸进行测序。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10851131B2 (en) 2018-02-16 2020-12-01 Illumina, Inc. Charge-tagged nucleotides and methods of use thereof
EP3772640B1 (en) * 2019-08-09 2022-06-22 Sciosense B.V. Electric circuitry for strain measurement
TWI731444B (zh) * 2019-10-21 2021-06-21 財團法人國家實驗研究院 癌胚胎抗原之檢測方法
RU2749698C1 (ru) * 2020-11-17 2021-06-16 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Биомолекулярный сенсор с микроэлектронным генератором электромагнитной волны
CN113960128B (zh) * 2020-12-15 2022-08-23 有研工程技术研究院有限公司 基于钾离子适配体修饰的硅纳米线场效应管生物传感器
US20220236215A1 (en) * 2021-01-25 2022-07-28 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Plasmonic organic electrochemical transistor
CN114199969B (zh) * 2021-12-03 2023-04-28 清华大学 一种基于核酸适配体的纳米电极生物传感器及其应用
TWI832146B (zh) * 2022-01-21 2024-02-11 明志科技大學 具雙閘極之溶液式閘極石墨烯電晶體

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014042418A1 (ko) * 2012-09-12 2014-03-20 주식회사 아이엠헬스케어 오믹 접합을 이용하는 ｆｅｔ 기반 바이오 센서
WO2017098518A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Method and system for sensing

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6567292B1 (en) * 2002-06-28 2003-05-20 Progressant Technologies, Inc. Negative differential resistance (NDR) element and memory with reduced soft error rate
WO2004034025A2 (en) 2002-10-10 2004-04-22 Nanosys, Inc. Nano-chem-fet based biosensors
DE10325150A1 (de) * 2003-05-31 2004-12-30 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Parametrierte Halbleiterverbundstruktur mit integrierten Dotierungskanälen, Verfahren zur Herstellung und Anwendung davon
US7018880B2 (en) * 2003-12-22 2006-03-28 Texas Instruments Incorporated Method for manufacturing a MOS transistor having reduced 1/f noise
US20060102931A1 (en) * 2004-11-17 2006-05-18 Thomas Edward Kopley Field effect transistor having a carrier exclusion layer
US7923240B2 (en) * 2006-03-31 2011-04-12 Intel Corporation Photo-activated field effect transistor for bioanalyte detection
US20100027355A1 (en) * 2007-07-31 2010-02-04 Dao Thuy B Planar double gate transistor storage cell
KR101026468B1 (ko) 2008-09-10 2011-04-01 한국전자통신연구원 생분자 검출 장치 및 검출 방법
EP2366994A1 (en) 2010-03-18 2011-09-21 Wolfgang Knoll Biosensor on thin-film transistors
IL206241A0 (en) * 2010-06-08 2010-12-30 Fernando Patolsky Modified nanowires for use in detecting nitro - containing chemicals
US20140326600A1 (en) 2011-09-12 2014-11-06 Nanoselect, Inc. Carbon nanostructure electrochemical sensor and method
US9957472B2 (en) * 2011-09-22 2018-05-01 Georgia Tech Research Corporation Deterministic high-density single-cell trap array
KR101968990B1 (ko) * 2012-02-28 2019-04-15 라모트 앳 텔-아비브 유니버시티 리미티드 가상 매립된 나노와이어에 기초한 분자 센서
KR102220842B1 (ko) * 2012-03-31 2021-03-02 롱지튜드 플래쉬 메모리 솔루션즈 리미티드 복수의 산질화물 층들을 구비한 산화물-질화물-산화물 스택
WO2013158280A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule nucleic-acid assay platforms
EA020321B1 (ru) * 2012-06-05 2014-10-30 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Научно-Производственный Комплекс "Технологический Центр" Миэт" Чувствительный элемент датчика
TWI782259B (zh) * 2012-10-24 2022-11-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
WO2015059704A1 (en) 2013-10-22 2015-04-30 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Method and system for sensing
US10054563B2 (en) * 2015-03-31 2018-08-21 Rge Smart Pte. Ltd. Optoelectronic pixel sensor
US20180088079A1 (en) 2015-04-03 2018-03-29 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale wires with external layers for sensors and other applications
US20170059513A1 (en) 2015-08-31 2017-03-02 International Business Machines Corporation Hybrid ion-sensitive field-effect transistor
CN106129113B (zh) * 2016-07-11 2019-06-14 中国科学院微电子研究所 一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管
CN106971944A (zh) * 2017-05-22 2017-07-21 深圳市华星光电技术有限公司 金属氧化物薄膜晶体管的制备方法及其结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014042418A1 (ko) * 2012-09-12 2014-03-20 주식회사 아이엠헬스케어 오믹 접합을 이용하는 ｆｅｔ 기반 바이오 센서
WO2017098518A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Method and system for sensing

Also Published As

Publication number Publication date
EP3646018B1 (en) 2023-08-09
CN111051871A (zh) 2020-04-21
US20190041354A1 (en) 2019-02-07
AU2018310436A1 (en) 2020-01-16
EP3646018A1 (en) 2020-05-06
IL271295A (en) 2020-01-30
IL271295B (en) 2021-09-30
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JP2020528542A (ja) 2020-09-24
WO2019027604A1 (en) 2019-02-07
AU2021203805A1 (en) 2021-07-08
PH12019502908A1 (en) 2020-09-14
KR20200017425A (ko) 2020-02-18
TWI709241B (zh) 2020-11-01
JP6833079B2 (ja) 2021-02-24
ZA201908275B (en) 2021-04-28
TW201911577A (zh) 2019-03-16
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