场效应晶体管、包含所述晶体管的装置及其形成和使用方法 |
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| 申请号 | CN201380030209.6 | 申请日 | 2013-04-09 | 公开(公告)号 | CN104769424B | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 巴拉什·塔库拉帕里; INANOBIO有限公司; | 发明人 | 巴拉什·塔库拉帕里; J·阿比纳弗; | ||||
| 摘要 | 本公开内容提供一种改进的 场效应晶体管 和装置，所述场效应晶体管和装置能够用于感测和表征不同材料。所述场效应晶体管和/或装置包括能够用于多种应用的晶体管，所述应用包括基因组测序、 蛋白质 测序、 生物 分子测序和对于离子、分子、化学品、生物分子、金属 原子 、 聚合物 、纳米颗粒等的检测。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种形成传感器装置的方法，所示方法包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 场效应晶体管、包含所述晶体管的装置及其形成和使用方法[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2012年4月9日提交的名为“FIELD EFFECT NANOPORE DEVICE AND CHEMICAL-STOP NANOPORE ETCHING FOR GENOME SEQUENCING,PROTEIN SEQUENCING AND OTHER APPLICATIONS(用于基因组测序、蛋白质测序和其它应用的场效应纳米孔装置和化 学终止纳米孔蚀刻)”的美国临时专利申请序列号No.61/621,966的权益，以及2013年3月15日提交的名为“FIELD EFFECT NANOPORE TRANSISTOR DEVICE METHODS OF FORMING AND USING THE SAME(场效应纳米孔晶体管装置及其形成与使用方法)”的美国临时专利申请序 列号No.61/802,235的权益，上述文献的公开内容均以不与本公开内容冲突的方式通过引 用纳入本文。 [0003] 政府许可权利 [0004] 本申请经政府支持在NIH授予的基金号5R21HG006314下做出。美国政府享有本发明的某些权利。 技术领域背景技术[0006] 可采用不同传感器来检测和表征材料，例如生物学、化学和/或放射性材料。例如，已开发纳米孔或纳米通道传感器来检测并表征生物学材料。近年来，人们对用于检测和表征生物学材料的基于纳米孔的测序方法很有兴趣，因为此类技术相较于其它技术平台具有 两个不同的优势，包括：(i)点转导能力和(ii)高速纳米孔移位。基于纳米孔测序生物学材料的方法如下：离子电流封锁(ion current blockade)技术和更近期的横向电子传递 (transverse electron transport)技术。尽管这些技术对于递送能够以低成本和合理短 期读出三十亿个碱基对的溶液而言具有前景，但其障碍在于一些基本限制。 [0007] 离子电流封锁技术受限于当检测穿过纳米孔的离子流时的水性溶液中相对低的离子活动性。近期研究显示，在穿过纳米孔装置施加并检测输入步骤的104微秒的时程中出现电流反应，可能限制测序速率低于1000个碱基/秒。另一方面，横向电子传递法因量子点机械噪音而受限于测序速度。在离子电流封锁和横向电子传递技术中，这些限制导致无法 开发纳米孔中高速DNA移位的最显著优势。因此，研究者已采取方法使DNA从其在固态纳米 孔中数百万个碱基/秒和石墨烯纳米孔中至多1亿个碱基/秒的自然高速移位减慢。 [0008] 一般而言，全基因组测序需要低成本高质量溶液。所述低成本的技术将导致真正的个性化诊断和个性化治疗。不同的技术的目标在于提供采用不同技术方法的所述溶液。 然而，所述系统通常是昂贵的，因而是众多患者所不能负担的。因此，需要具有相对较低的总成本、装置、仪表装置、试剂的积累、耗时和其它资源的装置和方法，即，能够监测一段时间内肿瘤突变并且有利于在甚至穷困国家进行基因组测序的台式测序仪。 发明内容[0009] 本发明提供一种改进的场效应晶体管和装置，所述场效应晶体管和装置能够用于感测和表征不同材料。所述场效应晶体管和/或装置包括能够用于多种应用的晶体管，所述应用包括基因组测序、蛋白质测序、生物分子测序和对于离子、分子、化学品、生物分子、金属原子、聚合物、纳米颗粒等的检测。例如，所述方法可用于检测未经修饰的蛋白质、DNA和其它生物分子，或已用化学标签和金属原子标签、纳米颗粒标签、杂交标志物等修饰的蛋白质、DNA、生物分子。 [0010] 如下文更详细地描述，本发明不同实施方式的示例性装置利用一个或多个场效应晶体管传导机理和电场聚焦(例如，以双特征(bi-feature)，例如，圆锥形或锥形的亚- 1000nm～亚-10nm纳米孔)。本文所述的场效应晶体管和装置可以积聚、贫化、部分贫化、完全贫化、反型或体反型(volume inversion)模式操作。 [0011] 根据本公开内容的不同实施方式，装置包括基质、在所述基质的部分内形成的蚀刻区、在所述蚀刻区附近形成的绝缘区、覆盖所述绝缘区和所述基质的第一表面的源区 (source region)，以及覆盖所述绝缘区和所述基质的第二表面所形成的漏区(drain region)。根据这些实施方式的不同示例性方面，所述装置能够感测并区分生物物质、化学物质和/或放射性物质。所述基质可包括导电材料，例如金属，半导电材料和/或绝缘材料。 所述装置可在所述绝缘区的近端包括额外的半导电、金属或绝缘层。根据其它方面，所述基质选自下组：硅、绝缘体上的硅、蓝宝石上的硅、金刚砂上的硅、钻石上的硅、氮化镓(GaN)、绝缘体上的GaN、砷化镓(GaAs)、绝缘体上的GaAs、锗或绝缘体上的锗。根据其它方面，所述蚀刻区包括选自下组的形状：圆锥形、锥形、球形或具有圆形、矩形、多边形或缝隙的形状的截面。根据本公开内容的其它方面，所述装置还包括覆盖所述源区和/或所述漏区的部分的电介质层。根据其它方面，所述装置包括薄膜材料被覆(例如有机、无机或生物材料)，以便于检测一种或多种化学材料、生物学材料和/或放射性材料。所述薄膜覆层可被覆所述装置表面(例如蚀刻区内的表面)的部分。所述装置可包括穿过所述蚀刻区的直径为约1nm～约 1000nm的纳米孔。 [0012] 根据本公开内容的其它实施方式，装置包括绝缘基质、在所述绝缘基质的部分中形成的蚀刻区、由一种或多种半导体、导体或拓扑绝缘材料形成的覆盖绝缘层的层、覆盖所述层和所述基质的第一表面所形成的源区，以及覆盖所述层和所述基质的第二表面所形成 的漏区。根据这些实施方式的装置的不同的层可用上述用于对应装置层的相同材料形成。 根据其它方面，所述装置包括薄膜材料被覆(例如有机、无机或生物材料)，以便于检测一种或多种化学材料、生物学材料和/或放射性材料。所述薄膜覆层可被覆所述装置表面(例如 蚀刻区内的表面)的部分。所述装置可包括穿过所述蚀刻区的直径为约1nm～约1000nm的纳 米孔。 [0013] 根据本公开内容的其它实施方式，形成装置的方法包括如下步骤：提供基质(例如，半导体、导体或绝缘体)，蚀刻所述基质的部分以形成蚀刻区，在所述蚀刻区附近形成绝缘区，形成覆盖所述绝缘区和所述基质的第一表面的源区，以及形成覆盖所述绝缘区和所 述基质的第二表面的漏区。根据这些实施方式的示例性方面，提供基质的步骤包括提供包 含半导体材料(如硅、绝缘体上的硅、蓝宝石上的硅、金刚砂上的硅、钻石上的硅、氮化镓(GaN)、绝缘体上的GaN、砷化镓(GaAs)、绝缘体上的GaAs、锗或绝缘体上的锗)的基质。根据其它方面，形成绝缘区的步骤包括选自下组的一种或多种技术，植入(例如，氧植入)、热敏氧化、化学气相沉积、旋涂、蒸汽涂覆、喷涂，以及浸渍涂覆。根据其它方面，蚀刻步骤包括沿基质的结晶平面蚀刻。所述蚀刻可以是自限制的。所述方法还可包括退火步骤，以获得所需的层和/或装置性质。根据这些实施方式的其它方面，所述方法还包括如下步骤：形成所述蚀刻区内的第一表面和/或第二表面上的掩模，其可采用自对准技术完成。所述方法还可包括形成通过所述基质的纳米孔(例如，直径是约1nm～1000nm)的步骤。根据这些实施方式的不同方面，所述纳米孔可以采用如下一种或多种方式形成：离子研磨、电子束研磨、激光技术；化学终止湿蚀刻以及湿蚀刻。根据这些实施方式的其它方面，所述方法还可包括如下步骤：使半导体层、金属层和/或第二绝缘层沉淀覆盖所述绝缘层。所述方法还可包括形成至少一个生物纳米孔和/或化学纳米孔，其可以接近固态纳米孔。 [0014] 根据本公开内容的其它实施方式，形成装置的方法包括如下步骤：提供基质(例如半导体、导体或绝缘体)，蚀刻所述基质的部分以形成蚀刻区，以及形成选自下组的层：所述蚀刻区附近的半导体层、金属层和第二绝缘层。根据这些实施方式的不同方面，所述方法还包括形成覆盖所述基质的第一表面的源区和/或形成覆盖所述基质的第二表面的漏区。根 据其它方面，所述蚀刻沿所述基质的结晶平面进行。所述蚀刻方法可以是自限制的。根据其它方面，所述方法包括退火步骤。所述方法还可包括如下步骤：形成选自下组的层：所述蚀刻区附近的半导体层、金属层和第二绝缘层。所述方法还可包括形成掩模的步骤，其可以是自对准方法。根据其它方面，所述方法包括形成通过所述基质的至少一个纳米孔。所述纳米孔可采用如下一种或多种方式形成，例如，离子研磨、电子束研磨、激光、化学终止湿蚀刻，以及湿蚀刻。根据其它方面，所述方法包括形成覆盖纳米孔的至少一个脂质双层。所述方法还可包括形成至少一个生物纳米孔和/或化学纳米孔，其可以接近固态纳米孔。 [0015] 根据本公开内容的其它示例性实施方式，感测材料(例如化学材料、生物学材料或放射性材料(例如离子、原子或分子))的方法包括如下步骤：提供如本文所述的装置，提供待感测的材料，使所述材料通过所述装置的纳米孔；以及检测所述材料通过所述纳米孔时 所述装置的电学特性变化。所述材料可以是有机材料、纳米颗粒、离子物质、分子物质，例如选自下组的材料：DNA分子、蛋白质分子、肽分子、多肽分子、RNA分子、合成的寡核苷酸分子以及合成的肽或多肽分子。待感测的材料可用选自下组的至少一种标签修饰：金属物质、金属有机物质、化学修饰物、生物分子标签、互补杂交链分子、肽、多肽、寡核苷酸、锌指、纳米颗粒、量子点、有机染料、珠、纳米线、纳米管。 [0017] 将结合附图对本发明的示例性实施方式进行描述。 [0018] 图1说明根据本公开内容的示例性实施方式的场效应晶体管装置。 [0019] 图2说明根据本公开内容的示例性实施方式的另一种示例性场效应晶体管装置。 [0020] 图3说明根据本公开内容的示例性实施方式形成场效应晶体管装置的步骤。 [0021] 图4说明根据本公开内容的示例性实施方式形成场效应晶体管装置的步骤。 [0022] 图5说明根据本公开内容的示例性实施方式形成场效应晶体管装置的步骤。 [0023] 图6说明根据本公开内容的不同示例性实施方式形成的纳米孔。 [0024] 图7说明响应浮动栅(纳米孔)电势的0.01v变化的一个纳安培反型电流的模拟。 [0025] 图8说明根据本公开内容的其它示例性实施方式检测材料的方法。 [0026] 图9说明根据本公开内容的示例性实施方式的另一种示例性场效应晶体管装置。 [0027] 图10说明根据本公开示例性实施方式的另一种示例性纳米孔。 [0028] 应理解，这些图不必按比例绘制。例如，附图中某些要素的尺寸可以相对其它要素放大，有助于更好地理解所显示的本发明的这些实施方式。 [0029] 本发明最佳实施方式的详细描述 [0030] 下面提供的本公开内容的示例性实施方式的描述只是示例性的，且只用于举例说明；下面的描述无意于限制本文公开的发明的范围。此外，对多个具有所称特征的实施方式的引述并不是为了排除其它具有另外的特征的实施方式，或者结合了所称特征的不同组合 的实施方式。 [0031] 装置结构 [0032] 图1说明根据本公开内容的不同示例性实施方式的装置100。装置100包括基质102、在所述基质102的部分中形成的蚀刻区118、在蚀刻区118附近形成的绝缘区104、覆盖绝缘区104和基质102的第一表面120的源区112，以及覆盖绝缘区104和基质102的第二表面 122形成的漏区110。如图所示，源区112和漏区110可采用层106形成。装置100还可包括电介质层108。装置100的宽度可以是1埃～约10毫米或更宽。 [0033] 如本文中所用，覆盖不限于指一层必需以直接邻接另一层的方式覆盖另一层。在基质或层或覆盖所述基质或层的另一个层之间可介入多个层。例如，在上述装置中，层104覆盖基质102，层106覆盖层104和基质102，且层108覆盖层106、层104和基质102。此外，如本文所述，第一表面和第二表面并非在某一结构或装置的同一侧(例如，顶部或底部)，并且在说明的示例中是处于基质/装置的相反侧——顶部和底部。 [0034] 基质102可由不同材料形成。例如，基质102可包括包埋的半导体材料或金属层。基质102材料的示例可包括但不限于：半导体和金属，包括硅、锗、石墨烯、钻石、锡或化合物半导体如金刚砂、硅锗、钻石、石墨，二元材料例如锑化铝(AlSb)、砷化铝(AlAs)、氮化铝(AlN)、磷化铝(AlP)、氮化硼(BN)、磷化硼(BP)、砷化硼(BAs)、锑化镓(GaSb)、砷化镓 (GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、氮化铟(InN)、磷化铟(InP)、硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、氯化亚铜(CuCl)、硒化铅(PbSe)、硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)、硫化锡(SnS)、碲化锡(SnTe)、碲化铋(Bi2Te3)、磷化镉(Cd3P2)、砷化镉(Cd3As2)、锑化镉 (Cd3Sb2)、磷化锌(Zn3P2)、砷化锌(Zn3As2)、锑化锌(Zn3Sb2)、其它二元金属例如例如碘化铅(II)(PbI2)、二硫化钼(MoS2)、硒化镓(GaSe)、硫化锡(SnS)、硫化铋(Bi2S3)、硅化铂 (PtSi)、碘化铋(III)(BiI3)、碘化汞(II)(HgI2)、溴化铊(I)(TlBr)，半导体氧化物例如氧化锌、二氧化钛(TiO2)、氧化亚铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)、二氧化铀(UO2)、三氧化铀(UO3)， 材料或三元材料例如铝砷化镓(AlGaAs、AlxGa1-xAs)、铟镓砷(InGaAs、 InxGa1-xAs)、铝砷化铟(AlInAs)、铝锑化铟(AlInSb)、镓氮化砷(GaAsN)、砷化镓磷 (GaAsP)、铝氮化镓(AlGaN)、铝磷化镓(AlGaP)、铟氮化镓(InGaN)、铟锑化砷(InAsSb)、铟锑化镓(InGaSb)、镉碲化锌(CdZnTe、CZT)、碲镉汞(HgCdTe)、碲锌汞(HgZnTe)、汞硒化锌 (HgZnSe)、铅锡碲(PbSnTe)、碲化铊锡(Tl2SnTe5)、碲化铊锗(Tl2GeTe5)，以及四元物如磷化铝铟镓(AlGaInP、InAlGaP、InGaAlP、AlInGaP)、磷化铝砷镓(AlGaAsP)、磷化砷镓铟 (InGaAsP)、磷化铝砷铟(AlInAsP)、氮化铝砷镓(AlGaAsN)、氮化铟砷镓(InGaAsN)、氮化铟砷铝(InAlAsN)、硒化铜铟镓(CIGS)，或五元材料例如锑化铟氮镓砷(GaInNAsSb)、Mg、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、TaTi、Ru、HfN、TiN等。基质102可包括如下文更详细描述的无机或有机半导体材料，所述半导体材料与层106连接。根据本公开内容示例性实施方式，基质102用作调节层106中通道传导性的栅极。根据这些实施方式，基质102可包括，例如，元素或化合物半导体、金属、金属合金、金属-半导体合金、半金属，或适用作金属-氧化物-半导体场效应晶体管 (MOSFET)栅极的任何其它有机或无机材料。该层可以具有任何合适的厚度。在柔性装置中，该层包括柔性基质，例如，有机材料如并五苯(pentacene)。 [0035] 绝缘区104可由任何合适的绝缘材料形成。根据本公开内容的不同示例性实施方式的示例性方面，区104是适于在层106的通道区中建立绝缘、贫化或积聚的栅极绝缘体或 栅极介电层。 [0036] 层106中的反型、贫化或积聚可利用衬底偏置(substrate bias)或溶液偏置(solution bias)来建立，或者层106的部分可被反型、贫化或积聚而无需施加额外偏置。绝缘区104可由任何合适的有机或无机绝缘材料制成。示例包括但不限于：二氧化硅、氮化硅、二氧化铪、氧化铝、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、氧化钙、氧化钽、氧化镧、氧化钛、氧化钇、氮化钛等。举例而言，区104由利用氧植入或SIMOX法获得的隐埋氧化物层形成。该层的厚度可以是，例如，约1nm～100μm或至多1mm或更厚。 [0037] 在所示示例中，源区112和漏区110可用层106形成，其可形成半导体通道薄膜。举例而言，层106包括结晶硅膜。层106可包括，例如，结晶或无定形无机半导体材料，例如在常规MOS技术中所用的那些。示例性的材料包括但不限于，元素半导体，如硅、锗、石墨烯、钻石、锡，或化合物半导体如金刚砂、硅锗、钻石、石墨，二元材料例如锑化铝(AlSb)、砷化铝(AlAs)、氮化铝(AlN)、磷化铝(AlP)、氮化硼(BN)、磷化硼(BP)、砷化硼(BAs)、锑化镓 (GaSb)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、氮化铟(InN)、磷化铟(InP)、硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、氯化亚铜(CuCl)、硒化铅(PbSe)、硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)、硫化锡(SnS)、碲化锡(SnTe)、碲化铋(Bi2Te3)、磷化镉(Cd3P2)、砷化镉 (Cd3As2)、锑化镉(Cd3Sb2)、磷化锌(Zn3P2)、砷化锌(Zn3As2)、锑化锌(Zn3Sb2)，其它二元金属例如例如碘化铅(II)(PbI2)、二硫化钼(MoS2)、硒化镓(GaSe)、硫化锡(SnS)、硫化铋(Bi2S3)、硅化铂(PtSi)、碘化铋(III)(BiI3)、碘化汞(II)(HgI2)、溴化铊(I)(TlBr)，半导体氧化物例如氧化锌、二氧化钛(TiO2)、氧化亚铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)、二氧化铀(UO2)、三氧化铀(UO3)， 材料或三元材料例如铝砷化镓(AlGaAs、AlxGa1-xAs)、铟镓 砷(InGaAs、InxGa1-xAs)、铝砷化铟(AlInAs)、铝锑化铟(AlInSb)、镓氮化砷(GaAsN)、砷化镓磷(GaAsP)、铝氮化镓(AlGaN)、铝磷化镓(AlGaP)、铟氮化镓(InGaN)、铟锑化砷(InAsSb)、铟锑化镓(InGaSb)、镉碲化锌(CdZnTe、CZT)、碲镉汞(HgCdTe)、碲锌汞(HgZnTe)、汞硒化锌(HgZnSe)、铅锡碲(PbSnTe)、碲化铊锡(Tl2SnTe5)、碲化铊锗(Tl2GeTe5)，以及四元物如磷化铝铟镓(AlGaInP、InAlGaP、InGaAlP、AlInGaP)、磷化铝砷镓(AlGaAsP)、磷化砷镓铟 (InGaAsP)、磷化铝砷铟(AlInAsP)、氮化铝砷镓(AlGaAsN)、氮化铟砷镓(InGaAsN)、氮化铟砷铝(InAlAsN)、硒化铜铟镓(CIGS)，或五元材料例如锑化铟氮镓砷(GaInNAsSb)等。 [0038] 层106还可由有机半导体材料制成。此类材料的示例包括但不限于，聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、红荧烯(Rubrene)、酞菁、聚(3-己基噻吩)、聚(3-烷基噻吩)、α–ω-六噻吩、并五苯、α–ω-二-己基-六噻吩、α–ω-己二基-六噻吩、聚(3-己基噻吩)、二(二噻吩并噻吩、α–ω-己二基-四噻吩、己二基-双噻吩蒽、n-十五氟代庚基甲基萘-1,4,5,8-苝二酰亚胺、α–ω-己二基-五噻吩、N,N’-二辛基-3,4,9,10-二萘嵌苯四甲酸二酐、CuPc、亚甲基富勒烯、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲基酯(PCBM)、C60、3’,4’-二丁基-5–5二(二氰基亚甲基)-5,5’-二氢-2,2’:5’,2”三联噻吩(DCMT)、PTCDI-C5、P3HT、聚(3,3”-二烷基-三联噻吩)、C60-稠合N-甲基吡咯烷-间-C12苯基(C60MC12)、噻吩并[2,3-b]噻吩、PVT、QM3T、DFH-nT、DFHCO-4TCO、本发明、FTTTTF、PPy、DPI-CN、NTCDI、F8T2-聚[9,9’二辛基芴-共-并噻吩]、MDMO-PPV-聚[2-甲氧基-5-(3,7-二甲基辛基氧基)]-1,4-亚苯基次亚乙烯基、P3HT-区域规则的聚[3-己基 噻吩]；PTAA、聚三芳胺、PVT-聚-[2,5-亚噻吩基次亚乙烯基]、DH-5T-α,ω-己二基五噻吩、DH-6T-α,ω-己二基六噻吩、酞菁、α-6T-α-六噻吩、NDI、萘二酰亚胺、F16CuPc-全氟铜酞菁、二萘嵌苯、PTCDA-3,4,9,10-二萘嵌苯-四羧酸二酐及其衍生物、PDI-N,N’-二甲基3,4,9, 10-二萘嵌苯四羧酸二酰亚胺等。 [0039] 层106可包含拓扑绝缘材料，例如锑化铋、纯锑、硒化铋、碲化铋、碲化锑或本发明领域技术人员已知的其它拓扑绝缘材料。 [0040] 反型通道114可在层106-层104界面通过控制向基质102或偏置溶液(biasing the solution)或两者所施加的电压偏置来形成。也有如下可能，所述反型通道在层106中形成，且不向基质102施加额外偏置，取决于如下因素：层106中的掺杂度、层106的厚度、其它此类变量，例如，固定的氧化物电荷密度和其边界处的界面捕获状态密度。层106的厚度可以是，例如，约1nm～50μm，取决于材料(例如，半导体材料)及其掺杂密度。当偏置基质102以获得层106中的反型通道时，在一个示例情况中，层106的厚度(t)应该在层106-层104界面处的 反型通道形成之前使层106的整个厚度完全贫化。另一个示例中，层106制得非常薄，从而其以体反型模式操作。另一个示例性层106以部分贫化模式操作。而在另一个示例性情况中，层106以贫化模式操作。在另一个示例性情况中，层106以积聚模式操作。 [0041] 层106可包括固有的或p型或n型掺杂材料；对应地，装置100可分别是n通道装置或p通道装置。在示例性情况中，采用层的Δ掺杂度或植入掺杂。采用已知掺杂技术，源区112和漏区110在半导体层106的一侧形成。 [0042] 一个示例性的层106包括1 E15掺杂的p型硅层(厚度为约10nm～约1000nm)。在该情况下，反型层在硅薄膜中于硅(基质102)-隐埋氧化物(层104)界面处通过偏置基质102形 成。或者，可在该界面形成积聚层。或者，可在层106中形成体反型、积聚，该层可制成厚度小于100 nm。在另一个示例性情况中，反型或积聚可在层106的顶表面、在层106-层108界面处(若存在)形成。在该p型Si通道中，示例性的源区和漏区112、110是1E 19掺磷的N++区。 [0043] 层108可包括任何合适的电介质材料。层108的厚度可以是约2埃～100nm。适于层108的示例性材料包括以栅极介电材料起作用的无机电介质材料。示例包括但不限于， SiO2、Si3N4、SiNx、Al2O3、AlOx La2O3、Y2O3、ZrO2、Ta2O5、HfO2、HfSiO4、HfOx、TiO2、TiOx、a-LaAlO3、SrTiO3、Ta2O5、ZrSiO4、BaO、CaO、MgO、SrO、BaTiO3、Sc2O3、Pr2O3、Gd2O3、Lu2O3、TiN、CeO2、BZT、BST或这些的堆聚或混合组合物以及此类其它栅极介电材料。 [0044] 或者，层108可包括有机单层或其它栅极介电材料。示例包括但不限于，PVP-聚(4-乙烯基酚)、PS-聚苯乙烯、PMMA-聚甲基-甲基丙烯酸酯、PVA-聚乙烯醇、PVC-聚氯乙烯、PVDF-聚氟乙烯、PαMS-聚[α-甲基苯乙烯]、CYEPL-氰基-乙基普鲁兰、BCB-二乙烯基四甲基二硅氧烷-二(苯并环丁烯)、CPVP-Cn、CPS-Cn、PVP-CL、PVP-CP、聚降冰片烯(polynorb)、GR、纳米TiO2、OTS、Pho–OTS、各种自组装单层或多层或这些的堆聚或混合组合物以及此类其它栅极介电材料。 [0045] 层108还可由拓扑绝缘材料制成，例如锑化铋、纯锑、硒化铋、碲化铋、碲化锑或本发明领域技术人员已知的其它拓扑绝缘材料。 [0046] 现参见图2，说明了装置200，装置200类似于装置100，不同之处在于装置200包括覆盖基质102的额外的层202以及层104-108。 [0047] 层202可包含使装置200具有额外功能的材料。层202可以是，例如，厚度为2埃～100nm的薄膜。尽管以单层形式说明，层202可以是不同材料的不同薄膜层的组合。层202可包括，例如，有机分子或生物分子的单层或多层；半导体材料、金属、半金属、绝缘体、介电材料、磁性材料等能用于使所述装置具有额外功能的材料的薄层。 [0048] 或者，层202可包含多层，其中第一层是上述一种或多种材料的薄层，而第二层由生物纳米或微米孔分子(例如蛋白质纳米孔、α溶血素、β桶或DNA碱基纳米孔或其它基于生物或有机分子的纳米孔或微孔)制成。层202的一个示例性情况是，当生物纳米孔分子直接 置于层106或层108的顶部时的情况。层202可包括覆盖纳米孔或化学纳米孔材料的至少一 个脂质双层。当装置不包含化学或生物纳米孔材料时，所述装置被称为固态装置，而当所述装置包含化学或生物材料时，所述装置被称为化学纳米孔装置或生物纳米孔装置。 [0049] 层108和层202可以采用任何薄膜制造技术来沉积，例如，反应溅射法、化学气相沉积、物理气相沉积、取向生长、原子层沉积(ALD)、分子束外延、e束热敏沉积、其它类型的热敏沉积，或用于薄层的任何其它沉积技术或单一分子单层或多层的化学沉积方法。 [0050] 图1和2说明示例性装置100和200。其它示例性装置与装置100和200类似，不同之处在于此类装置不包含层108。而另一种替代性装置900于图9中说明。装置900类似于装置 100和200，不同之处在于装置900包含绝缘基质902(其可包含于层104相连的上述任何材 料)，并且层904-908覆盖基质902。层904-908可分别对应于层106-202。 [0051] 如上所示，根据本发明不同实施方式的装置可采用供于不同装置层的不同材料形成。下文的非限制性示例说明形成并使用本公开内容的不同实施方式中的装置的示例性装 置和方法。这些示例仅用于说明，并不意在将本发明限制至所述示例。本发明的装置可包含下文所列的化合物和材料，以及本文提到的额外和/或示例性材料。 [0052] SOI装置结构： [0053] 根据本公开内容的示例性实施方式，装置在硅或绝缘体上的硅(SOI)片上制成。根据各种实施方式的替代性的装置可在任何半导体或绝缘体上的半导体材料(例如GaAS或绝 缘体上的GaAs，或GaN或绝缘体上的GaN，或如上所述的其它材料)上制成。 [0054] 参考图1和2，根据这些示例性实施方式的装置，例如装置100或200，包含半导体通道124，该通道从源区112连续至漏区110并且向下越来越窄通过中央的基质102进入双特征点纳米孔。在该情况中，作为背栅/掩埋栅起作用的硅栅极(基质102中)通过绝缘区104与半导体纳米孔通道124分开，其在该示例中是栅极氧化层。在该示例中是n+掺杂的源区112和 漏区110可通过焊接区(例如，金)(未在示意图中显示)来连接至外部设备。当向所述纳米孔晶体管的硅背栅施加偏置栅极时，所述栅氧化层-硅通道界面首先进入贫化，随后是薄膜硅的完全贫化，然后在氧化物-硅界面处进入反型。反型通道114形成的厚度是约20nm并且沿 着氧化物-硅界面，从源区的环形盘通过双特征点纳米孔到漏区的环形盘延续。或者，可在栅氧化层-硅通道界面形成积聚通道。或者，可在层106的顶表面形成反型或积聚通道。检测穿过源区漏区接触位置的漏区电流，并且可以千赫至兆赫至千兆赫转换的高频率操作该装 置(速度通常与栅氧化层厚度成反比)。因此，采用这些设计可获得每秒多达且高于100,000次事件的个体分子移位事件的检测。 [0055] 电场聚焦和耦合放大： [0056] 在纳米孔点位置发生电场聚焦，这归因于所述纳米孔中心周围旋绕的特征曲率。经理论和实践验证，静电场直接随物体的表面曲率而变化，并且沿等电位线的静电场极值 对应于曲率极值。而在特定的3D特征情况(例如，圆锥或锥形)中，奇点(singularity)不仅考虑场强度极值这一几何场强度特点，还考虑表面电荷、电势、态密度和在该特征点几何学处出现的表面态相互作用极值这些几何场强度特点。在示例性MOSFET装置中，电场聚焦甚 至更极端，这归因于环绕纳米孔中心的纳米级表面。然后，将在该点纳米孔位置的这些放大场、态以及相互作用耦合至指数变换FET装置结构。以高于千赫/兆赫频率通过源-漏反型通道电流读取由这些双放大事件导致的反应。尽管下述模拟说明了完美的双圆锥纳米孔，这 仅为示例性情况，而所述装置可具有单特征纳米孔或不完美的双特征(例如，圆锥或锥形) 纳米孔。 [0057] 装置性能特点和模拟 [0058] 在示例性的装置中，纳米孔电势偶联的频率通常与薄介电膜(高容量)和完全贫化硅膜厚度(设计可变)相关。1/f噪音在这些高频下不是问题。为了验证响应纳米孔电势变化的装置，我们采用ATLAS(硅谷科技公司(Silvaco))软件进行了初步的2D模拟。采用Atlas中可用的工具将8nm FET纳米孔装置定义至标尺。通过变换施加至FGate(纳米孔中心处的浮 动栅)的电势来对DNA移位建模，并模拟FET装置反应。图7显示响应浮动栅(纳米孔)电势的 0.01V变化的1纳安培反型电流。SIMOX(通过植入氧来分开基质102和层106)MOSFET显示良 好亚阈值特性，甚至在离子缓冲溶液中也是如此，其电流在皮安培范围内。因此，纳安培反型反应导致噪音比高达100。归因于DNA碱基移位，结合本文所述其它化学或生物学方法的 亚毫伏特(至微伏特)电势变化(模拟DC偏置上的AC信号)，将首先通过在双特征纳米孔处的 场聚焦来放大，其然后指数耦合至反型(或积聚通道)通道–产生数十个皮安培至数个纳安 培范围的反型电流变化，其可容易地用高信号相对噪音比来读取，使对DNA进行电势快速测序成为可能。此外，响应高质量测序的装置冗余通过基于互补CMOS技术的冗余组合检测阵 列来获得。 [0059] 示例性制造方法 [0060] 用于受控纳米孔直径(10nm～1nm)的化学终止纳米孔蚀刻 [0061] 已显示采用KOH和KCl和电反馈的化学蚀刻制造硅中的纳米孔产生具有受控直径的纳米孔。图3说明一种用于精确控制纳米孔直径(例如，用于形成蚀刻区118)的经改善的 纳米孔制造方法。蚀刻的区域可在所述基质层的一侧或两侧上形成。在所示示例中，硅基质 302用例如其中具有开口306的氮化硅掩模304(例如，约200nm)遮蔽。然后使所遮蔽的基质 暴露至第一蚀刻溶液以形成蚀刻区308。然后使该结构暴露至第二蚀刻溶液以形成第二蚀 刻区310。 [0062] 图3所示的制造方法基于化学终止蚀刻。该技术一般产生锥形孔洞或圆锥形孔洞；示例性的锥形孔洞示于图6，其显示穿过基质的蚀刻特征308(或其部分)。基本概念是一旦 出现纳米孔穿透性蚀刻，即通过在硅膜另一端采用酸性缓冲溶液(或弱酸性溶液)来在纳米 孔位置处停止对硅纳米孔的碱蚀刻。当碱蚀刻剂(例如，氢氧化四甲铵(TMAH)或KOH)蚀刻穿过所述薄硅膜，形成亚-10nm的纳米孔时，来自碱的OH-基团立即接触来自另一侧的酸性缓 + - 冲溶液的H 基团，形成水分子和盐。在纳米孔界面处OH基团的消耗导致对纳米孔的任何进 一步蚀刻立即停止。采用反馈电感应回路312检测因碱-酸中和所致的穿过纳米孔的传导， 以使对纳米孔的任何进一步蚀刻停止。该两步蚀刻停止法：化学蚀刻停止与电反馈蚀刻停 止的结合预计能实现高得多的对纳米孔制造的控制。该化学终止蚀刻法能用于快速、准确 地制造多种不同种类基质材料的受控纳米孔。在纳米孔处的中和反应是产热过程。因此，采用弱酸性缓冲溶液(pH约为2～6)，其中酸性缓冲液pH值，其缓冲能力和TMAH浓度可以是工 艺变量。 [0063] 基于容量和阻抗检测剩余硅厚度 [0064] 采用CV检测以及阻抗/容量检测，可用于监测蚀刻中的硅膜的剩余厚度。随着硅厚度因蚀刻而越来越小，预计纳米孔位置处的硅容量会变化(增加)，这可被测量和关联。 [0065] 用于纳米孔制造的其它方法： [0066] 可使基质的背侧被覆金属或半传导性导体层薄膜，并且可随时间监测蚀刻侧溶液与该背侧导体膜之间的传导性(或容量)。当基质上形成纳米孔时，蚀刻液体流入与背侧金 属或传导性膜接触，这造成传导性或容量或阻抗的较大变化。通过以高频电压偏置检测传 导性(或容量或阻抗)，并在传导性变化时停止蚀刻反应，可形成非常精确的纳米孔(例如，具有确定的特征，例如开口尺寸)。 [0067] 用于纳米孔制造的替代性方法： [0068] 或者，可采用某些方法和仪器，例如电子束研磨、FIB(聚焦离子束)、离子束雕刻或其它合适的技术，来制造纳米孔。 [0069] 此外，纳米孔(或微米孔)一旦形成，还可使其变窄或收缩(即，其在开口处的直径减小)，这通过生长其它层(例如热敏二氧化硅)来实现。或者，可采用电子束技术或基于离子束/激光或其它基于局部热敏升温的方法来使纳米孔缩小/变窄。 [0070] 制造纳米孔(固态和生物学纳米孔)的方法，均列于如下公开文献中，其通过以不与本公开内容相冲突的方式引用其全文内容纳入本文。 [0071] Nanopore sensors for nucleic acid analysis(用于核酸分析的纳米孔传感器),Bala Murali Venkatesan和Rashid Bashir [0072] Nature Nanotechnology,6,615–624(2011),doi:10.1038/nnano.2011.129. [0073] Disease Detection and Management via Single Nanopore-Based Sensors(通过基于单一纳米孔的传感器的疾病检测和管理) [0074] Reiner,Joseph E.；Balijepalli,Arvind；Robertson,Joseph W.F.等. [0075] CHEMICAL REVIEWS卷号:112期号:12页码:6431-6451DOI:10.1021/cr300381m DEC 2012. [0076] Single molecule sensing with solid-state nanopores:novel materials,methods,and applications(用固态纳米孔感测单分子：新材料、方法和应用) [0077] Miles,BN(Miles,Benjamin N.)[1]；Ivanov,AP(Ivanov,Aleksandar P.)[1]等. [0078] CHEMICAL SOCIETY REVIEWS卷号:42期号:1页码:15-28DOI:10.1039/c2cs35286a 2013. [0079] Electron-beam-induced deformations of SiO2 nanostructures(电子束诱导的SiO2纳米结构形变) [0080] Storm,AJ(Storm,AJ)；Chen,JH(Chen,JH)；Ling,XS(Ling,XS)；Zandbergen,HW(Zandbergen,HW)；Dekker,C(Dekker,C) [0081] JOURNAL OF APPLIED PHYSICS卷号:98期号:DOI:10.1063/1.1947391 JUL 12005. [0082] 自对准纳米孔制造 [0083] 图4说明用于纳米孔装置制造的一个示例性结构，其包括在单或双纳米孔(例如，圆锥形、锥形等)构成的底侧上的“自对准掩模构成”。双蚀刻特征结构具有两个目的：(1)形成供于高敏感FET信号转导的纳米孔点位置，和(2)双结构上的自对准掩模是在两侧上制造 自对准植入障碍掩模供于氧离子植入以供隐埋氧化物构成所需要的。自对准掩模的制造通 过例如利用紫外线透射通过例如亚-500nm硅膜来完成。除紫外线透射以外，还可采用红外 线光刻、x射线光刻和e束图形化技术。或者，可首先形成亚-100nm纳米孔(或亚微米孔)，然后可通过采用透射出纳米孔至另一侧上被覆的抗蚀图的紫外光(或e束或X射线光)来形成 自对准掩模。如此形成的纳米孔可以通过例如沉降薄膜、生长热敏膜或采用e束/热敏诱导 的形变来缩小/变窄。 [0084] 为形成双纳米孔，采用具有开口406的掩模(例如，SiN)404将蚀刻特征(例如，圆锥形、倒置锥形等)408(约1.5μm)蚀刻进入有图案的SOI基质402(约2μm)。这之后，将正性紫外光致抗蚀剂410喷在片的背侧上(氮化物薄膜顶部上)。因为紫外线投射通过薄硅膜或利用紫外线投射通过纳米孔，背侧抗蚀剂由前侧的紫外线入射暴露，以产生自对准的抗蚀窗 412，与顶部蚀刻区408相对称。或者，通过在蚀刻的区域(如掩模)中采用纳米颗粒或珠来产生自对准掩模。或者，采用聚焦的离子束或散射沉积或e束沉降或可用的其它技术来使掩模图形化。在两侧上形成的自对准掩模用作供于SIMOX氧植入的掩模。通过植入隐埋氧化物构成之后，采用氮化物膜404作为碱蚀刻掩模，如图4中所示，采用化学终止纳米孔制造技术来实现自对准单或双纳米孔414。 [0085] 绝缘体上的硅(SOI，1～1000μm薄膜)上的双特征纳米孔 [0086] 当采用SOI基质作为装置制造的基本材料时，基质硅的背侧可沿埋入的氧(BOX)层蚀刻开，并且在SOI薄膜上获得装置纳米孔，该薄膜约为1～2000微米厚。在一个示例性情况中，初始SOI膜的厚度为2微米～1000微米。 [0087] 自对准氧植入掩模的制造 [0088] 或者，可通过先使氧植入掩模层例如氮化物、铬薄膜沉积，然后进行光致抗蚀剂旋转来制造自对准氧植入掩模。光致抗蚀剂，因为是粘性液体，将填充所述特征(例如，圆锥形或倒置锥形结构)。在软烘(soft-baking)所述光致抗蚀剂之后，将所述片处理至氧等离子体，其中顶部大多数光致抗蚀剂被完全蚀刻掉，仅留存凹陷区域中的光致抗蚀剂。用带图案的抗蚀剂作为掩模蚀刻铬薄膜。然后，该铬层用作蚀刻掩模，供于反应性离子蚀刻过程中的氮化物蚀刻。 [0089] 供于隐埋氧化物的氧植入和退火 [0090] 参照图5，单或双结构502一旦形成，即形成供于氧植入的氮化物掩模504、506。氧植入层508将硅通道510与用于偏置所述通道进入反型、积聚或贫化的硅埋入栅极512分开，这是装置指数耦合所需的。在氧植入和后续退火步骤之后，为了产生隐埋氧化物双层，使所述片对光图形化做好准备。图10说明根据该技术的穿过基质形成的蚀刻特征或结构308，包括埋入的或基质硅层602、隐埋氧化物层604和顶部半导体层606。 [0092] Fabrication of[110]-aligned Si quantum wires embedded in SiO2 by low-energy oxygen implantation(通过低能量氧植入的包埋在SiO2中的[110]对准的Si量子 线的制造) [0093] Yukari Ishikawa a,N.Shibata S.Fukatsu [0094] Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B(《物理研究中的核仪器和方法B》)147(1999)304±309 [0095] 光图形化和装置定义 [0096] 不同的孔和层一旦形成，采用光图形化来分离和/或提供通向所述三层各自的通道－埋入的硅栅极512，其以夹心式埋在氧化物层508之间；埋入的氧化物层508作为FET装 置的栅氧化层；然后采用传统的光刻法(双侧)使硅通道图形化以在氮化物掩模层中打开窗 口，然后掺入n+以在结构518的任一侧形成源区514和漏区516。然后可对源区514、漏区516和埋入的栅极区508形成金属接触–以获得功能性的MOSFET装置。 [0097] FDEC纳米孔活性装置表面的ALD共形介质覆层 [0098] 为了实现对顶部硅-氧化物界面处的表面状态的高度控制，原先的氧化物用以共形方式采用原子层沉积被覆的选择介电材料替代。 [0099] 对1 MHz操作装置的表征和检测，方法改进 [0100] 采用标准n-MOS表征和处理优化步骤来提高装置性能特征。 [0101] 纳米孔制造的其它方法： [0102] 采用MBE、CVD或其它技术可如下进行装置顶部半导体膜的形成： [0103] 步骤1：制造硅或任何半导体材料或任何导体材料中的纳米孔。 [0104] 步骤2：用氧化物或氮化物或前文定义的其它CMOS相关的介电材料沉积或生长或被覆上述纳米孔装置。 [0105] 步骤3：在上述结构的顶部上沉积或生长或被覆其它结晶或多晶或无定形半导体材料膜或金属材料膜或绝缘体材料膜。 [0106] 步骤4：采用该结构作为FET结构，必要时通过形成源漏区，其可用于感测生物分子(例如蛋白质或DNA)通过如本申请其它部分中或本文提及的其它文献中所述的纳米孔的移位。 [0107] 本文所述的方法还可包括形成覆盖纳米孔的至少一个脂质双层，和/或向所述结构添加生物学和/或化学物质以形成生物学和/或化学纳米孔。 [0108] 装置使用方法 [0109] 本文所述的装置可用于检测和表征多种材料，包括有机分子、离子物质、纳米颗粒、分子物质、选自下组的材料：DNA分子、蛋白质分子、肽分子、RNA分子、合成的寡核苷酸分子以及合成的肽或多肽分子，或这些材料的组合，以及用选自下组的至少一种标签修饰的 任何这些材料：金属物质、金属有机物质、化学修饰剂、生物分子标签、互补杂交链分子、肽、多肽、寡核苷酸、锌指、纳米颗粒、量子点、有机染料、珠、纳米线和纳米管。 [0110] 图8说明装置800，包括基质802、蚀刻区804、绝缘区806、覆盖绝缘区806且覆盖基质802的第一表面形成的源区808，以及覆盖绝缘区806且覆盖所述基质的第一表面形成的漏区810。在装置800的操作过程中，检测和/或表征通过装置800的纳米孔814的材料812。 [0111] 测序方法： [0112] 对未修饰ssDNA的测序： [0113] 如前述部分讨论，本文所述的装置可以不同操作模式(即，电势偶联模式和带电偶联模式)作为传感器操作。文献中已报道了毫伏特级的纳米孔电容器电极上的基础电荷诱 导电势，经响应纳米孔电容器中外部施加的场来计算，其在量级分部和空间分布中的基础 之间变化。数百微伏特至毫伏特级上的电势变化应可通过如本文所述以电势耦合模式(装 置具有非常少的缺陷态)操作来检测。以微秒/碱基的高速通过数nm直径的纳米孔缩窄的 DNA核苷酸移位，参见100K～1MHz频率和数百微伏特振幅的AC信号。此类电势变化将在纳米孔边缘处放大，并进一步通过所述装置与反型通道耦合。与反型或积聚通道耦合的装置在 完全贫化的膜中可以是指数的。用内部放大因子(归因于纳米孔-弯曲场和装置耦合的联合 放大)以10MHz频率或更高频率操作的FET装置预计能够检测以兆碱基/秒速度通过的未修 饰的DNA核苷酸。 [0114] 通过纳米孔装置的移位过程中的上述电势变化与电荷变化相关联，更特定地与个体碱基之间的偶极变化相关联。此类电荷，偶极变化可由电荷耦合模式的本公开内容所述 的装置读取。我们已证明在胺连接气相检测中，采用平面装置电荷、偶极耦合的灵敏度高达数部分/万亿。采用本公开内容所述的装置，待放大的一个预期电荷耦合具有碱基读出的更高灵敏度。但是电荷耦合模式的读出速度收到界面俘获状态耦合速度(毫秒时间量级)的限 制。因此，装置电荷耦合比装置电势耦合慢几个数量级。 [0115] 本方法可用于修饰的DNA核苷酸和未修饰的DNA。 [0116] 通过杂交的测序： [0117] 根据本公开内容的不同实施方式，方法采用与7聚体探针链杂交的ssDNA。作为一个示例，所述7聚体探针链将由4聚体组合碱基序列和所有组合中常见的3聚体通用碱基联 合组成。采用该方法，带有不连续探针杂交区的长DNA链的移位以兆碱基/秒的速度通过纳 4 米孔，可以相较于未修饰DNA链而言高得多的灵敏度被检测。然后，这将需要总共4 (256)个分开的探针杂交的移位试验来对全基因组测序。 [0118] 对化学修饰的ssDNA的测序： [0119] 采用本公开内容装置来研究最优化的电势和电荷转导的另一种方法是采用碱基选择方式的DNA链化学修饰。化学修饰可采用带电物质或批量部分，例如碱基选择DNA、有机分子、肽、蛋白质分子或金属或金属有机部分。所述对单链DNA的碱基特异性修饰使利用移位通过本公开内容装置来进行测序成为可能。碱基的化学修饰的示例有：RecA-被覆的双链DNA移位通过固态纳米孔；对胸腺嘧啶的胸腺嘧啶-锇氧化的化学修饰；检测甲基化胞嘧啶 作为胞嘧啶测序的一种方法；或胞嘧啶可经化学标记并通过磺化随后脱氨来测序；可采用 对鸟嘌呤的鸟嘌呤-亚甲基-蓝敏化的光氧化的化学修饰来选择性测序DNA链中出现的鸟嘌 呤。 [0120] 采用RCDA的高保真DNA测序： [0121] 可设计、制造并造作本公开内容示例性实施方式所述的装置作为n通道装置或作为p通道装置，该装置在例如氧化物-硅通道界面处形成孔洞反型层。因为这些装置的制造 可基于CMOS VLSI技术，因此能够制造并排的n通道和p通道装置，在其之间间隔有数百微 米。 [0122] 同时具有n通道和p通道装置纳米孔的目的在于，其分别对点纳米孔位置处的电势变化和电荷变化的响应可以是相反方向。施加至n通道装置传感器的敏感表面的电势的小 幅增加导致反型电流的增加(阈值电压减小)。类似的电势增加导致p通道FDEC FET传感器 中的减小。因高速通过纳米孔的分子传输事件而随时间变化的电势，或相当地，小幅(μV～nV)振动A.C信号产生穿过源区和漏区测量的放大振动信号，伴随来自FDEC装置n通道和p通 道的相反的响应(即，180相移)。 [0123] 此外，预计当半导体通道偏置进入积聚时，会出现沿类似线放大的感测。可通过简单地偏置Id-Vg曲线任一端处的栅极来以FDEC反型耦合模式或以放大积聚耦合模式操作n通道FET纳米孔。或者，反型或积聚可在半导体膜顶表面与溶液的界面处形成，而该情况中的传导性可通过改变溶液偏置来调节。 [0124] 可将各装置与补充的p通道和积聚偏置的装置(伴随数种其它可能的变化)平行制造。可采用整合的微流体，利用这些不同FET纳米孔装置的各个转导机制，对各DNA片段同时测序。这将为获得超高保真DNA测序提供稳固冗余。所述阵列被称为冗余组合检测阵列 (RCDA)。 |
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