申请/专利权人：福州大学

申请日：2023-01-09

公开（公告）日：2024-06-04

公开（公告）号：CN116254521B

主分类号：C23C16/455

分类号：C23C16/455;G01N27/414;C23C16/02;C23C16/40;C23C16/34;C23C16/56;C23C28/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.04#授权;2023.06.30#实质审查的生效;2023.06.13#公开

摘要：本发明提出一种基于多孔AAO制备垂直环绕沟道FET生物传感器的方法，能以多孔阳极氧化铝AAO模板来制备传感器，方法基于多孔AAO模板提供的长程有序、周期性的高深宽比、单通纳米孔，将刻蚀形成的双通AAO模板转移到表面有导电层的目标衬底上，利用原子层沉积技术制备垂直环绕沟道场效应晶体管CAA‑FET，所述CAA‑FET包括由外到内依次设有氧化物半导体沟道、高k介质层、导电层的纳米柱。利用纳米柱阵列的物理阻挡效应，原位“过滤”全血、尿液、汗液、唾液等复杂体液中的细胞、细菌、病毒等非特异性大尺寸物质，而尺寸小于纳米柱缝隙的小分子可以进入纳米柱侧壁及底部与生物探针结合，提升检测特异性，并实现纯化生物样本和检测目标生物分子于一体的集成式生物传感器。

主权项：1.一种基于多孔AAO制备垂直环绕沟道FET生物传感器的方法，能以多孔阳极氧化铝AAO模板来制备传感器，其特征在于：所述方法基于多孔AAO模板提供长程有序、周期性的高深宽比纳米孔，利用原子层沉积技术进行三维共形薄膜沉积，并精确控制膜厚，依次沉积导电层、高k介质和氧化物半导体沟道材料，制备出密度可调、深宽比可调的竖向纳米柱阵列，在此基础上制备垂直环绕沟道场效应晶体管，所述垂直环绕沟道场效应晶体管包括由外到内依次设有的氧化物半导体沟道、高k介质层、导电层的纳米柱；所述竖向纳米柱阵列由基于转移工艺制备的双通AAO模板制备的垂直纳米柱组成；AAO模板的纳米孔密度决定垂直纳米柱阵列的密度，纳米孔的孔径和高度决定垂直纳米柱的深宽比；纳米孔的密度、孔径和高度通过AAO合成条件、转移工艺及原子层沉积工艺进行调控；所述双通AAO模板由单通AAO模板通过刻蚀、转移等工艺制备而成；双通AAO的纳米孔高度由转移工艺中的刻蚀液成分、刻蚀时间、温度决定；所述刻蚀液为NaOH溶液，刻蚀时间为20~30分钟，刻蚀温度为20~26℃，所得到的双通AAO的纳米孔高度为500~4500nm；所述方法基于双通AAO模板，采用原子层沉积技术在双通AAO模板的纳米孔内沉积厚度为30~80nm的导电层；所述导电层为TiN、TaN、金属性ITO中的一种；沉积完导电层后，采用ICP或IBE干法刻蚀去除表面的导电层直至AAO模板漏出；然后以浓度范围5wt.%NaOH溶液湿法刻蚀掉部分或全部通孔AAO模板，得到导电的竖向纳米柱阵列；所述方法在导电的垂直纳米柱阵列上，采用原子层沉积工艺沉积厚度为5~30nm的高k介质层；所述高k介质层为Al2O3、HfO2、ZrO2、La2O3、HfAlOx、HfSiOx、HfLaOx、HfZrOx、HfSiON高k介质中的一种或多种；所述方法在沉积有高k介质的垂直纳米柱上，采用原子层沉积技术沉积厚度为3~10nm的氧化物半导体沟道层；所述氧化物半导体沟道层采用氧化锌ZnO、氧化铟In2O3、氧化锡SnO2、氧化镓Ga2O3、氧化钛TiO2、氧化铟镓锌IGZO、氧化铟锡ITO、氧化铟锌IZO氧化物半导体材料中的一种或多种；最终得到由外到内设有氧化物半导体、高k介质、导电层的竖向纳米柱阵列；将刻蚀后得到的双通AAO模板转移到表面有导电层的硅衬底上后，进行了3次原子层沉积，分别为导电层、氧化物半导体层、高k介质层，其中导电层作栅极、高k介质作栅绝缘层、氧化物半导体作沟道；得到由外到内设有氧化物半导体、高k介质、导电层的垂直纳米柱阵列后，采用光刻、电子束蒸发、lift-off等工艺在阵列两侧制备源极和漏级接触，形成垂直环绕沟道场效应晶体管的基本结构；所述垂直纳米柱上氧化物半导体沟道层的侧壁及底部表面修饰生物探针，用以特异性捕获靶标生物分子；三维纳米柱阵列可增大有效传感面积，提升探针捕获靶标分子的几率和效率，从而提升检测灵敏度。

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