亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：Isfet器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于根据样品的离子浓度来切换电输出的器件和方法。
背景技术：
通常ISFET构造来用于利用其周围的模拟预处理电路进行的连续时间(模拟)测量。一般模拟至数字转换是处理步骤中的一个。这是需要值连续的情况。然而，存在寻求是/否判定的很多应用。例如，在DNA杂交和SNP插入检测中，利用是/否回答来检测一个过程是否发生就足够了(5) (6)。其他应用仅要求溶液中的两种化学物质的浓度比较。例如，肌氨酸酐的浓度是否大于尿素的浓度，反之亦然(7)。
离子敏感场效应晶体管(ISFET)由其栅极暴露于电解质中的离子电荷的场效应晶体管(FET)构成。参考电极浸入电解质溶液，电解质溶液与晶体管的栅极氧化物接触，参见

图1。因此，电解质和参考电极的组合起到普通MOSFET中的栅极的作用。栅极氧化物成为离子敏感薄膜。FET的电气工作模式可以表达为:弱反型
权利要求
1.一种用于检测样品的离子浓度变化的半导体器件，该器件包括: 多个场效应晶体管(FET)，其耦合到公共的浮动栅极；以及 离子感测层，其暴露于所述样品并且耦合到所述浮动栅极。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，在使用时，根据所述离子感测层附近的样品中的离子浓度的幅值与切换阈值的比较来接通或断开通过晶体管的电流。
3.根据权利要求1或2所述的器件，还包括暴露于所述样品的参考电极。
4.根据从属于权利要求2的权利要求3所述的器件，其中耦合到所述参考电极的输入电压配置成设置所述多个FET的切换阈值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述多个FET包括以比较器构造布置的P型FET和N型FET。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的器件，其中所述多个FET包括以反相器构造布置的P型FET和N型FET。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的器件，其中所述多个FET包括以反相器构造布置的P型FET和N型FET，所述反相器构造的输出信号根据样品的离子浓度而为逻辑I或逻辑O的输出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述FET偏置在弱反型。
9.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述FET以在饱和与截止之间切换的方式偏置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的器件，还包括一个或多个第一电输入信号，其耦合到所述浮动栅极用于对所述浮动栅极除去或增加电荷，以便为所述多个晶体管设置所述切换阈值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述一个或多个第一电输入信号配置成耦合到所述浮动栅极以设置所述切换阈值，并且当不设置所述切换阈值时被去耦合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中第一电输入信号包括连接到正电压的一个信号以及连接到负电压的一个信号。
13.根据前述权利要求中任一项所述的器件，还包括第二电输入信号，其耦合到浮动栅极，其中所述第二电输入信号配置成在幅值上改变，以便切换所述多个场效应晶体管。
14.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述离子感测层通过第一电容耦合到浮动栅极，并且其中所述第 二电输入信号通过第二电容耦合到所述浮动栅极。
15.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中第一电容与第二电容之比大于1，优选地大于10、大于50、大于100、大于500、或大于1000。
16.一种电路，用于检测多个化学反应以及用于对将所述多个化学反应中的每一个的结果作为其输入的逻辑函数求值，该电路包括用于所述多个化学反应中的每一个的至少一个反应室，化学反应改变所述反应室中的离子浓度； 其中每个反应室设置有根据前述权利要求中任一项所述的器件，每个器件提供其状态取决于反应室的离子浓度的数字输出信号，并且其中将各输出耦合在一起以形成用于对逻辑函数求值的数字信号处理电路。
17.—种电路，其包括根据权利要求1至15中任一项所述的多个器件。
18.根据权利要求17所述的电路，其中所述多个器件连接在一起以实现所有可能的逻辑函数:AND、NAND, OR、NOR、XOR、XNOR、或者其组合。
19.一种提供表示样品中的目标离子的浓度的输出的方法，该方法包括: 提供CMOS开关，所述CMOS开关包括耦合到公共的浮动栅极的多个场效应晶体管(FET)、以及暴露于所述样品并且耦合到所述浮动栅极的离子感测层； 将所述离子感测层暴露于样品，以切换所述CMOS开关接通或断开的状态；以及 从所述CMOS开关输出信号。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括:设置耦合到所述浮动栅极的第一电输入信号的电压，以在所述浮动栅极上设置电荷，该电荷优选为零伏特。
21.根据权利要求19或20所述的方法，还包括:将参考电极暴露于所述样品，以偏置所述多个FET，从而设置所述CMOS开关的切换阈值。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括:设置连接到参考电极的参考电压，以设置与预定离子浓度相对应的所述CMOS开关的切换阈值。
23.根据权利要求21或22所述的方法，还包括:改变参考电压以确定当前离子浓度，然后设置参考电压使得如果离子浓度改变量大于预定量则所述CMOS开关将切换状态。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，还包括:改变耦合到所述浮动栅极的第二电输入的电压，以切换所述CMOS开关的状态。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中输出信号是数字信号。
26.根据权利要求19至25 中任一项所述的方法，还包括:开始其产物包括目标离子的化学反应。
全文摘要
提供了一种用于检测样品的离子浓度变化的半导体器件及使用该半导体器件的方法。该器件包括多个场效应晶体管(FET)，其耦合到公共的浮动栅极；以及离子感测层，其暴露于样品并且耦合到该浮动栅极。还可以存在耦合到浮动栅极的其他输入电压。
文档编号G01N27/414GK103210307SQ201180048677
公开日2013年7月17日 申请日期2011年10月10日 优先权日2010年10月8日
发明者克里斯托弗·图马祖, 阿卜杜勒拉曼·阿勒-阿达尔 申请人:Dna电子有限公司