前言

在过去的几十年里，生物传感器在医学诊断领域，如人体内癌症、糖尿病和葡萄糖的早期检测，得到了研究者的极大关注。为了诊断各种疾病，许多生物传感器已被广泛研究。其中，基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器已成为检测带电生物分子的主流。然而，由于离子液体传感器不能用于检测不带电的生物分子，并且需要生物分子的分析物样品溶液，这需要更多的时间来扩散到传感器膜上，因此离子液体传感器被基于介电调制场效应晶体管(DM-FET)的生物传感器所取代。因此，由于其超高的传感能力，快速检测固定的生物分子，以及低成本的无标记检测，基于场效应晶体管的生物传感器已经吸引了各种研究小组的注意。

研究内容

印度的研究人员利用正反馈机制提出了基于NPNP光纤光栅场效应晶体管的生物传感器。在栅电极施加电势的情况下，正反馈机制获得S形能带图，并通过穿过沟道区将电荷载流子从源极转移到漏极。这个S形能带具有器件亚阈值斜率低的优点。虽然，正反馈机制已被研究人员用于p-i-n结构，亚阈值斜率约为10mV/10倍。因此，为了实现具有在大约1mV/10倍范围内的亚阈值斜率的超陡开关，p-i-n结构的本征沟道已经用不同的掺杂浓度掺杂以产生NPNP FBFET结构。他们还研究了基于NPNP光纤光栅场效应晶体管的生物传感器结构，用于检测生物分子，在降低的亚阈值斜率下具有快速响应，从而导致更高的灵敏度。为了检测生物分子，通过在源极侧蚀刻NPNP光纤光栅场效应晶体管结构的栅电极下的氧化物来形成空腔，这形成了基于n沟道光纤光栅场效应晶体管的生物传感器。此外，已经通过装置的电特性的变化研究了在所产生的空腔中各种生物分子固定的影响。此外，从能带图、漏极电流和灵敏度等方面研究了NPNP光纤光栅生物传感器的性能。

实验方法

基于双栅NPNP光纤光栅场效应晶体管的生物传感器的结构，由不同于常规光纤光栅场效应晶体管的不同掺杂浓度形成。在所提出的基于双栅NPNP光纤光栅场效应晶体管的生物传感器中，沟道区被分成两部分，它们掺杂有不同的掺杂浓度，而在传统光纤光栅场效应晶体管的情况下，沟道是固有掺杂的。这样，所提出的NPNP场效应晶体管结构具有包括源极和漏极的四个区域。为了形成n沟道NPNP场效应晶体管，在器件的ch1区的源极侧考虑栅极金属。此外，正电压被施加到栅电极，用于电荷载流子从源极到ch1的移动，这在器件中引起正反馈机制。为了将生物分子固定在栅电极下并评估生物传感器的电特性，通过利用湿法刻蚀栅氧化物。

基于光纤光栅场效应晶体管的生物传感器的横截面图

模拟和实验的n型场效应管的传输特性

检测链霉亲和素的生物传感机制过程示意图。

基于光纤光栅场效应晶体管的生物传感器能带图对比图

结论

研究人员研究了基于双栅NPNP光纤光栅场效应晶体管的生物传感器的性能，用于检测栅介质下形成的纳米间隙腔中的生物分子。生物传感器的目的是以更高的灵敏度快速检测生物分子，因此在本文中，重点关注正反馈机制的优势，它有助于陡峭的开关，直接导致超低的亚阈值斜率，以优化快速响应，从而以更高的灵敏度检测生物分子。生物链霉亲和素生物分子是用所提出的装置进行检测的，因为该生物分子系统对于链霉亲和素(蛋白质)和生物素(配体)之间的非共价键具有最高的自由能之一，并且该链霉亲和素生物分子还具有与生物素的高亲和力结合，这使得它能够以更高的灵敏度进行有效检测。使用TCAD模拟工具对基于n沟道双栅NPNP光纤光栅传感器的结果进行了模拟。可以肯定的是，这种生物传感器可以有效地用于检测生物分子，并具有快速的响应，这使得它可以用于开发新兴的生物诊断工具。

DOI：10.1109 / JSEN.2020.3006986。