一种生物检测传感器、生物检测芯片和使用方法与流程

本发明涉及生物检测，特别是涉及一种生物检测传感器、生物检测芯片和使用方法。

背景技术：

1、场效应晶体管(fet)型生物传感器具有高灵敏度、快速响应和无需标记检测等显著优势，在医疗即时检测(poct)领域显示出巨大潜力。基于薄膜半导体材料的晶体管，更是具有工艺兼容性好、栅控特性优良等优势，因此在生物传感器应用上被寄予厚望。当晶体管亚阈值区用于传感检测时，其亚阈值摆幅ss越小传感信号越容易检出，常见的晶体管亚阈值大概在200-300mv/dec，即最小需要200mv的电压变化电流才可以变化1个数量级，而电极修饰前后引起的电压变化往往为几十mv左右，达不到200mv检测门槛，不利于特征信号的检出；同时，目前在进行poct检测时需要首先明确修饰生物分子的电荷极性，然后针对电荷极性针对性的选择p型或者n型晶体管器件，导致检测步骤复杂且限制了晶体管器件类型选择。

2、如何提高生物检测的信号检出率并简化检测步骤、提高检测精度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题至少之一，本发明第一个实施例提供一种基于隧穿场效应晶体管的生物检测传感器，包括隧穿场效应晶体管、碳纳米管场效应晶体管和检测电极，其中

2、所述隧穿场效应晶体管设置有修饰抗体，用于基于待检测样本与所述修饰抗体发生特异性结合反应时产生的电荷引起带带隧穿并生成隧穿电流；

3、所述碳纳米晶体管，用于放大所述隧穿电流；

4、所述检测电极，用于根据放大的隧穿电流形成对应的检测电压。

5、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，所述生物检测传感器还包括第一电容和第二电容，

6、所述隧穿场效应晶体管包括第一栅极、第一源极和第一漏极，所述碳纳米晶体管包括第二栅极、第二源极和第二漏极，所述第一电容包括第一端和第二端，所述第二电容包括第三端和第四端；

7、所述第一栅极上设置有所述修饰抗体，所述第一源极、第二源极和第二端连接于第一节点，所述第一节点接入第一电源信号，所述第一漏极、第一端和第二栅极连接于第二节点；

8、所述第二漏极、第三端和检测电极连接与第三节点；

9、所述第四端接入第二电源信号。

10、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，所述生物检测传感器包括衬底，设置在所述衬底上的第一有源层，覆盖所述第一有源层的栅绝缘层，设置在所述栅绝缘层上的栅极层，覆盖所述栅极层和露出的栅绝缘层的层间绝缘层，设置在所述层间绝缘层上的第一电极层和第二有源层，覆盖所述第一电极层和第二有源层的钝化层，设置在所述钝化层上的第二电极层，其中

11、所述第一有源层包括所述隧穿场效应晶体管的第一有源结构，所述第一有源结构包括沿第一方向依次设置的第一有源部、第一沟道和第二有源部，所述第一有源部包括第一掺杂类型，所述第二有源部包括第二掺杂类型，所述第一掺杂类型不同于所述第二掺杂类型；

12、所述栅极层包括同层设置的所述隧穿场效应晶体管的第一栅极和所述碳纳米管场效应晶体管的第二栅极；

13、所述第一电极层包括同层设置的所述隧穿场效应晶体管的第一源极、第一漏极和所述碳纳米管场效应晶体管的第二源极、第二漏极，所述第一源极在所述衬底上的正投影与所述第一漏极在所述衬底上的正投影不交叠，所述第二源极在所述衬底上的正投影与所述第二漏极在所述衬底上的正投影不交叠，所述第一源极通过贯通所述层间绝缘层和栅绝缘层的过孔与所述第一有源部连接，所述第一漏极通过贯通所述层间绝缘层和栅绝缘层的过孔与所述第二有源部连接；

14、所述第二有源层包括所述碳纳米管场效应晶体管的第二有源结构，所述第二有源结构的一端连接所述第二源极、且另一端连接所述第二漏极，所述第二有源结构在所述衬底上的正投影与所述第二源极在所述衬底上的正投影部分交叠，所述所述第二有源结构在所述衬底上的正投影与所述第二漏极在所述衬底上的正投影部分交叠；

15、所述第二电极层包括第一电极部和第二电极部，所述第一电极部为所述第一电容的第一极板，所述第二电极部复用为所述第二电容的第一极板和所述生物检测传感器的检测电极，所述隧穿场效应晶体管的第一漏极复用为所述第一电容的第二极板，所述第一极板在所述衬底上的正投影与所述第一漏极在所述衬底上的正投影至少部分交叠，所述碳纳米管场效应晶体管的第二漏极复用为所述第二电容的第二极板，所述第二极板在所述衬底上的正投影与所述第二漏极在所述衬底上的正投影至少部分交叠。

16、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，

17、所述第一沟道在所述衬底的正投影落入所述第一栅极在所述衬底的正投影中；

18、所述第二栅极在所述衬底的正投影落入所述第二有源结构在所述衬底的正投影中。

19、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，

20、所述第一栅极在所述衬底的正投影与所述第一有源部在所述衬底的正投影部分重叠；

21、所述第一栅极在所述衬底的正投影与所述第二有源部在所述衬底的正投影部分重叠。

22、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，所述生物检测传感器还包括复位晶体管，所述复位晶体管包括第三栅极、第三源极和第三漏极，

23、所述第三栅极接入复位信号，所述第三源极连接至第三节点，所述第三漏极接入所述第二电源信号。

24、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，

25、所述第一有源层还包括所述复位晶体管的第三有源结构，所述第三有源结构包括沿第一方向依次设置的第三有源部、第二沟道和第四有源部，所述第三有源部和第四有源部包括相同的掺杂类型；

26、所述栅极层还包括第三栅极，所述第二沟道在所述衬底上的正投影与所述第三栅极在所述衬底上的正投影至少部分交叠；

27、所述第一电极层还包括所述复位晶体管的第三源极和第三漏极，所述第三源极在所述衬底上的正投影与所述第三漏极在所述衬底上的正投影不交叠，所述第三源极通过贯通所述层间绝缘层和栅绝缘层的过孔与所述第三有源部连接，所述第三漏极通过贯通所述层间绝缘层和栅绝缘层的过孔与所述第四有源部连接。

28、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测传感器中，所述第二沟道的宽长比大于等于20。

29、本发明第二个实施例提供一种生物检测芯片，包括至少一个第一个实施例所述的生物检测传感器。

30、例如，在本技术一些实施例提供的生物检测芯片中，包括m行n列的m*n个生物检测传感器，连接每行生物检测传感器的隧穿场效应晶体管的扫描信号线、复位信号线和第二电源信号线，以及连接每列生物检测传感器的第一电源信号线，m≥1且n≥1；

31、每个生物检测传感器响应于连接的扫描信号线和第一电源信号线的信号选通。

32、本发明第三个实施例提供一种使用第一个实施例所述的生物检测传感器的使用方法，包括：

33、将待检测样本与设置在生物检测传感器的隧穿场效应晶体管上的修饰抗体发生特异性结合反应，所述隧穿场效应晶体管发生带带隧穿并生成隧穿电流；

34、所述生物检测传感器的碳纳米晶体管放大所述隧穿电流；

35、所述生物检测传感器的检测电极根据放大的隧穿电流形成对应的检测电压。

36、本发明的有益效果如下：

37、本发明针对目前现有的问题，制定一种生物检测传感器、生物检测芯片和使用方法，通过在亚阈值摆幅较低的隧穿场效应晶体管的栅极上设置修饰抗体，利用待检测样本与修饰抗体发生特异性结合反应时产生的电荷引起带带隧穿并生成隧穿电流，同时使用碳纳米管场效应晶体管的双极性特性对隧穿场效应晶体管生成的隧穿电流进行放大，在提高生物检测传感器的检测精度的同时，还能够满足对正性电荷和负性电荷的检测，能够弥补现有技术中存在的问题，从而提高生物检测的信号检出率并简化检测步骤、有效拓展生物检测传感器的使用范围。