具有功能化柵電極和基電極的納米柱場(chǎng)效應(yīng)和結(jié)型晶體管的制作方法
【專利說(shuō)明】具有功能化柵電極和基電極的納米柱場(chǎng)效應(yīng)和結(jié)型晶體管
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年7月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/675，637號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用全部并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)涉及用于分子感測(cè)應(yīng)用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。更具體而言，其涉及具有功能化柵電極和/或基電極的晶體管。
[0004]附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0005]結(jié)合到本說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且該一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例連同示例性實(shí)施例的描述用于說(shuō)明本公開(kāi)的原理和實(shí)施。
[0006]圖1描繪了具有功能化柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示例性實(shí)施例的截面幾何結(jié)構(gòu)。
[0007]圖2描繪了具有被結(jié)合到功能化柵極的抗體的M0SFET的示例性實(shí)施例。
[0008]圖3描繪了具有被結(jié)合到功能化柵極上的抗體的抗原的M0SFET的示例性實(shí)施例。
[0009]圖4描繪了 jFET傳感器的示例性實(shí)施例。
[0010]圖5描繪了 BJT傳感器的示例性實(shí)施例。
[0011]圖6描繪了感測(cè)來(lái)自場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器的信號(hào)的電路的示例性實(shí)施例。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，描述了一種用于感測(cè)分子的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底中的源極區(qū)域，該源極區(qū)域包括第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體襯底中的漏極區(qū)域，該漏極區(qū)域包括第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；與源極區(qū)域接觸的源電極；與漏極區(qū)域接觸的漏電極；絕緣層，其至少部分地覆蓋源電極，和/或漏電極，和/或源極區(qū)域，和/或漏極區(qū)域，和/或半導(dǎo)體襯底；氧化層，其覆蓋在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的襯底區(qū)域；與氧化層接觸的納米柱柵極區(qū)域；以及在納米柱的頂部的功能化層。
[0013]根據(jù)本公開(kāi)的第二方面，描述了一種用于感測(cè)分子的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底中的發(fā)射極區(qū)域，該發(fā)射極區(qū)域包括第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體襯底中的基極區(qū)域，該基極區(qū)域包括第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體襯底中的集電極區(qū)域，該集電極區(qū)域包括第三摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；與發(fā)射極區(qū)域接觸的發(fā)射極；與集電極區(qū)域接觸的集電極；與基極區(qū)域接觸的納米柱；以及在納米柱的頂部的功能化層。
[0014]根據(jù)本公開(kāi)的第三方面，描述了一種用于感測(cè)分子的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底中的源極區(qū)域，該源極區(qū)域包括第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體襯底中的漏極區(qū)域，該漏極區(qū)域包括第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域；與源極區(qū)域接觸的源電極；與漏極區(qū)域接觸的漏電極；絕緣層，其至少部分地覆蓋源電極，和/或漏電極，和/或源極區(qū)域，和/或漏極區(qū)域，和/或半導(dǎo)體襯底；與源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的襯底區(qū)域接觸的納米柱柵極區(qū)域；以及在納米柱的頂部的功能化層。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本文描述的是在電子領(lǐng)域中針對(duì)特定靶點(diǎn)的檢測(cè)的各種實(shí)施例。
[0016]如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“檢測(cè)(detect) ”或“檢測(cè)(detect1n) ”表示在有限空間部分中確定特定靶點(diǎn)的存在、出現(xiàn)或事實(shí)，包括但不限于，技術(shù)人員在閱讀本公開(kāi)后可辨別的樣本、反應(yīng)混合物或其他有限空間部分。檢測(cè)可以是定量的或是定性的。當(dāng)檢測(cè)指的是、涉及或包括靶點(diǎn)或信號(hào)的數(shù)量或量的測(cè)量時(shí)，其為“定量的”(也稱為量化)，其包括但不限于，被設(shè)計(jì)為確定靶點(diǎn)或信號(hào)的量或比例的任意分析。當(dāng)檢測(cè)指的是、涉及或包括根據(jù)與另一個(gè)靶點(diǎn)或信號(hào)的相對(duì)豐度來(lái)識(shí)別靶點(diǎn)或信號(hào)的性質(zhì)或種類時(shí)，檢測(cè)為“定性的”，而不是定量的。
[0017]如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“靶點(diǎn)”表示待檢測(cè)的感興趣分析物。術(shù)語(yǔ)“分析物”指的是待在樣本中檢測(cè)其存在或不存在的物質(zhì)、化合物、一部分或成分。分析物包括但不限于分子和生物分子。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“生物分子”表示與生物環(huán)境相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)、化合物或成分，包括但不限于糖、氨基酸、肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸/核酸。
[0018]在電子領(lǐng)域中，晶體管已經(jīng)被用作電壓-電流轉(zhuǎn)換器以及電流-電流轉(zhuǎn)換器。對(duì)于分子感測(cè)應(yīng)用，已知的是當(dāng)金屬通過(guò)化學(xué)和/或生物試劑被功能化時(shí)，某些分子有效結(jié)合到這些金屬。在一些情況下，分子甚至能夠結(jié)合到金屬而無(wú)需任何附加層。在本公開(kāi)中，描述了一些方法和設(shè)備，其中通過(guò)利用化學(xué)和生物試劑功能化晶體管的終端觸點(diǎn)，例如，M0SFET的柵極、基極和漏極，通過(guò)非電子手段驅(qū)動(dòng)晶體管。能夠功能化任意數(shù)目的觸點(diǎn)，從僅一個(gè)觸點(diǎn)到全部觸點(diǎn)。通過(guò)功能化納米柱晶體管的柵極/基極，能夠感測(cè)感興趣的生物和化學(xué)靶點(diǎn)。
[0019]納米級(jí)制造允許制造各種形狀和尺寸的晶體管。例如，娃特性能夠以尚的尚度:寬度的高寬比來(lái)蝕刻。具有范圍從1:1到100:1的高寬比的納米柱結(jié)構(gòu)能夠用于產(chǎn)生高的表面接觸。高表面接觸能夠有利于分子感測(cè)應(yīng)用。這些晶體管結(jié)構(gòu)還能夠成形為產(chǎn)生各種三維幾何結(jié)構(gòu)。一些幾何結(jié)構(gòu)在感測(cè)某些分子或在特定感測(cè)環(huán)境中可以更為有效。納米柱晶體管能夠通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)制造。
[0020]在一些實(shí)施例中，用于捕獲靶點(diǎn)以檢測(cè)的結(jié)合化合物可以是抗體。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“抗體”指的是一種蛋白質(zhì)，其在抗原刺激之后由活化B細(xì)胞產(chǎn)生，并且能夠特別結(jié)合到在生物系統(tǒng)中促進(jìn)免疫反應(yīng)的抗原。完整抗體通常由四個(gè)亞基構(gòu)成，包括兩個(gè)重鏈和兩個(gè)輕鏈。術(shù)語(yǔ)抗體包括天然抗體和合成抗體，包括但不限于，單克隆抗體、多克隆抗體或其片段或其衍生物。如本文關(guān)于抗體所使用的術(shù)語(yǔ)“片段”表示保留了抗體的免疫活動(dòng)特性的抗體的任意部分。如本文關(guān)于抗體所使用的術(shù)語(yǔ)“衍生物”表示一種分子，該分子在結(jié)構(gòu)上與抗體相關(guān)并且通過(guò)改性可由抗體衍生，其引入了在抗體中不存在的特性的同時(shí)保留抗體的功能性質(zhì)。因此，通過(guò)改性可能或可能不會(huì)與在原始抗體或其片段中不存在的附加功能相關(guān)聯(lián)的氨基酸序列，衍生抗體或其任何片段(FaB或scFv)通常不同于原始抗體或其片段。技術(shù)人員能夠識(shí)別提供衍生物且檢測(cè)衍生物的能力以保留一個(gè)或多個(gè)功能性質(zhì)的方法。示例性抗體包括IgA、IgD、IgGl、IgG2、IgG3、IgM等。示例性片段包括Fab Fv、Fab’ F(ab’)2scFV、單鏈抗體等。單克隆抗體是特別結(jié)合到另一個(gè)生物分子的單一特定空間和極性構(gòu)成并且從而被定義為對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充的抗體，其被稱為“表位”。在一些形式中，單克隆抗體還能夠具有相同結(jié)構(gòu)。多克隆抗體指的是不同單克隆抗體的混合物。在一些形式中，多克隆抗體可以為單克隆抗體的混合物，其中至少兩個(gè)單克隆抗體結(jié)合到不同的抗原表位。不同的抗原表位可以在相同的靶點(diǎn)上、不同的靶點(diǎn)上或其組合上?？贵w可以由本領(lǐng)域公知的技術(shù)來(lái)制備，例如，宿主的免疫和血清的收集(多克隆)，或者通過(guò)制備連續(xù)雜交瘤細(xì)胞株且收集分泌蛋白(單克隆)。
[0021 ] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“結(jié)合化合物”或“捕獲試劑”表示例如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)分子結(jié)合部位的特定結(jié)合能夠特別結(jié)合到靶點(diǎn)的分子。本文描述的結(jié)合化合物能夠包括各種化學(xué)性質(zhì)的分子，諸如多肽(抗體或受體)、多聚核苷酸(例如，DNA或RNA)和/或小分子(適配體)，以及技術(shù)人員在閱讀本公開(kāi)后可識(shí)別的能夠進(jìn)行特定結(jié)合的其他分子。在一些實(shí)施例中，抗體或抗體片段能夠用于特別結(jié)合或捕獲分子以用于檢測(cè)。
[0022]在一些實(shí)施例中，用于檢測(cè)的靶點(diǎn)和/或結(jié)合化合物可以是蛋白質(zhì)或多核苷酸。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“蛋白質(zhì)”表示具有特定的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽，其能夠與另一種分析物相互作用，且特別是能夠結(jié)合另一種分析物，并且特別是與其他生物分子相互作用，該其他生物分子包括其他蛋白質(zhì)、DNA、RNA、脂類、代謝物、激素、趨化因子以及小分子。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“多肽”表示任意長(zhǎng)度的氨基酸聚合物，包括全長(zhǎng)的蛋白質(zhì)和肽以及其類似物或片段。三個(gè)或更多個(gè)氨基酸的多肽還被稱為蛋白質(zhì)低聚物、肽或低聚肽。特別地，術(shù)語(yǔ)“肽”和“低聚肽”通常表示具有小于50個(gè)氨基酸單體的多肽。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“氨基酸”、“