硅纳米线场效应晶体管生物传感器在液体活检中的研究进展

液体活检作为一种新型无创的肿瘤检测方法,在肿瘤早期诊断、治疗及预后监测等方面起重要作用。循环肿瘤细胞、循环肿瘤RNA、循环肿瘤DNA是液体活检的主要检测目标。随着纳米材料及纳米技术的发展,硅纳米线场效应晶体管(SiNW-FET)生物传感器已用于多种目标分子的检测,包括细胞、核酸、蛋白质等,具有无标记、灵敏度高、特异性好、实时快速、操作简单等优势,在液体活检中具有广阔的研究前景。SiNW-FET生物传感器有望为液体活检开辟一条新的检测途径。

硅纳米线场效应晶体管生物传感器在肿瘤分子诊断中的应用

肿瘤的早期诊断是目前临床医学最具挑战性的问题之一.分子诊断不仅能对肿瘤早期做出确切的诊断,而且能对肿瘤分期、分型、疗效监测和预后评估做出判断.硅纳米线作为新型一维半导体纳米材料,具有超高灵敏度、专一选择性、无标记检测、快速实时响应等独特优势,在近年来的生物医学检测应用,特别是肿瘤的分子诊断方面引起了极大的关注.基于此,本文介绍了硅纳米线场效应晶体管(FET)的工作原理、硅纳米线的制备方法、传感灵敏度的影响因素,综述了硅纳米线FET生物传感器在肿瘤分子诊断中的应用(包括核酸的定性与定量检测、肿瘤蛋白标志物检测、以及分子间相互作用研究),并展望了硅纳米线生物传感器的未来发展趋势,希望能为硅纳米线在肿瘤早期诊断的进一步应用提供一定的参考.

硅纳米管和纳米线场效应晶体管的模拟和比较

从硅纳米管和纳米线场效应晶体管的结构出发,先用Silvaco公司的TCAD仿真软件模拟出硅纳米管和纳米线的电势分布,然后根据电势分布依次求出两种器件的有效哈密顿量、非平衡格林函数及自能函数和电子浓度,再从电子浓度推导出电流密度与电压方程,并对其进行了分析比较。仿真结果显示,在沟道横截面积相同的情况下,纳米管器件的阈值电压比纳米线器件的高,且随管内外径之差的增加而减小。栅压比较大的情况下,在饱和区纳米管器件比纳米线器件能提供更大的驱动电流。两者在亚阈值区域表现相似,亚阈值摆幅分别为58和57 mV/dec。纳米管器件的饱和电压比纳米线器件的略小,在饱和区纳米管器件的电流更加平直,短沟道效应更不明显。

基于硅纳米线的场效应晶体管电学性质仿真

半导体硅材料是微电子、光电子领域的基础材料,而半导体硅纳米线具有优良的光电性质和成熟的制备技术。多年以来,人们对硅纳米线的制备及相关器件应用进行了大量而卓有成效的研究,取得了丰富的研究成果。研究结果发现,半导体硅纳米线在电子器件[1-2]、光电器件[3-4]、生物及化学传感器[5]、能量储存及转换等器件[6]方面都有非常广泛的应用前景。而基于半导体硅纳米线的光电器件、电子器件、传感器件应用是以硅纳米线的电学性质为基础的,因此硅纳米线的电学特性是其中关键因素。而硅纳米线的电学特性取决于纳米线制备过程中产生的内部和表面缺陷,因此需要精确控制纳米线的生长条件以期望获得高结晶质量的硅纳米线结构。本文利用Comsol Multiphysics对硅纳米线的电学性质及基于硅纳米线的场效应晶体管的电学特性进行了仿真模拟。并对其进行了详细分析。

硅纳米线场效应晶体管生物传感器克服德拜屏蔽效应的研究进展

硅纳米线场效应晶体管(silicon nanowire field-effect transistor,SiNW-FET)生物传感器具有灵敏度高、特异性强、免标记、实时响应的检测能力而被广泛地研究和应用,如离子、核酸、蛋白质、病毒、糖类等目标生物分子以及细胞的活体信号检测。但是,SiNW-FET生物传感器受到德拜屏蔽效应的影响,高离子强度溶液中目标生物分子的检测灵敏度会大大降低甚至不能检测,从而极大限制了SiNW-FET生物传感器的应用。克服德拜屏蔽效应的主要原理是将待测溶液中的目标生物分子控制在德拜长度范围内,通过增加德拜长度和缩短待测溶液中目标分子与SiNW-FET生物传感器表面的距离可以有效地克服德拜屏蔽效应。其中增加德拜长度的方法包括稀释法、去盐法、蛋白质纯化法、渗透聚合物层法。缩短待测溶液中目标分子与SiNW-FET表面距离的方法包括将抗体碎片化、适配体替代抗体以及选用新型修饰分子法等。本文综述了SiNW-FET生物传感器的工作原理、存在的具体挑战以及克服高离子强度溶液中德拜屏蔽效应的方法,并展望了SiNW-FET生物传感器的发展趋势。

Si纳米线场效应晶体管研究进展

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。

一维硅锗纳米复合材料的制备及在场效应晶体管中的应用

一维硅锗纳米复合材料，主要包括硅锗纳米线异质结与纳米管，具有优异的电学、光学等性能，易与现代以硅为基础的微电子工业相兼容，所以在纳米器件等领域得到了广泛重视。总结了一维硅锗纳米复合材料的研究现状和相关的制备方法，重点评述了在纳米场效应晶体管中的应用，并对其研究前景做了展望。

基于单根InAs纳米线场效应晶体管的制备及其电学性能研究

利用化学气相沉积法在Si衬底上生长合成了InAs纳米线,制备了基于InAs纳米线场效应晶体管并研究了电输运特性。对器件的阈值电压、亚阈值斜率、跨导、场效应迁移率以及载流子浓度等参数进行了计算和讨论。结果表明,InAs纳米线器件阈值电压约为-6.0 V,亚阈值斜率为180.86 mV/decade,跨导值达0.85μS,最大开关比达108,场效应迁移率高达436.3 cm2/(V·s),载流子浓度达6.6×1017cm-3。

InP纳米线场效应晶体管的制备及其电学性能的研究

利用化学气相沉积法在Si/Si O2衬底上生长出了In P纳米线,制备了基于In P纳米线的底栅场效应晶体管并研究了其电输运特性。对不同生长温度器件的阈值电压、亚阈值斜率、场效应迁移率以及载流子浓度等参数进行了计算和比较。结果表明,生长温度对In P纳米线的形貌影响较大。800℃生长温度的In P纳米线性能较好,该器件阈值电压约为-8.5 V,亚阈值斜率为142.4 m V/decade,跨导为258.6 n S,开关比>106,场效应迁移率高达177.8cm2/(V·s),载流子浓度达2.1×1018cm-3。

纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电容模型

纳米线环栅隧穿场效应晶体管相比于其他多栅器件具有更强的短沟道效应抑制能力及更优异的电学特性.器件模型能够模拟器件电学特性,对于器件及电路的实际应用极为关键.目前,已有纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电流模型报道,但是尚没有电容模型的相关报道.电容模型主要用于瞬态特性模拟,对于评估电路速度转换和频率特性至关重要.由于没有可用的电容模型,纳米线环栅隧穿场效应晶体管电路方面的研究主要通过数值迭代的方法开展,该方法不仅对硬件平台要求高,且耗时长,还容易出现收敛性问题,只能勉强用于极小规模电路模块,对于包含晶体管数目较多的电路无能为力.本文针对以上问题,从基本的器件物理出发,建立了纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电容模型,该模型不涉及任何数值迭代过程.相比于数值模型,该模型计算速度快、过程稳定,能够加速纳米线环栅隧穿场效应晶体管器件及电路的相关研究.

氧化铟纳米线场效应晶体管制备及其电学性能

为获得大量高质量、且尺寸均一的氧化铟纳米线,以高纯度氧化铟粉末与石墨粉末的混合物为原材料,利用化学气相沉积法制备出尺寸约50nm的氧化铟纳米线.分别以二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和氧化铪(HfO2)材料作为栅极绝缘层,计算分析其构筑的场效应晶体管的电学性能(迁移率、阈值电压、开关比等).对比3种场效应晶体管可知以氮化硅为栅绝缘层材料,提升器件电学性能是最直接也是效果最显著的.其器件的电学性能优于其它2种.其器件的迁移率高达149cm2·V-1·s-1,器件的开关比高达107.

三方晶硒纳米线的大面积合成及其场效应晶体管特性

采用液相反应成功制备了高质量硒纳米线。利用透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及X射线衍射仪(XRD)研究了纳米的形貌结构特征。结果表明,硒纳米线为单晶结构,生长方向沿[001]面,平行于螺旋轴。结合光刻技术及磁控溅射镀膜技术,成功制备了硒纳米线场效应晶体管器件。初步测试表明,这种硒纳米线为p型半导体。

硅纳米线场效应管生物传感器对蛋白质检测的研究进展

背景:硅纳米线场效应晶体管电子生物传感器在传感器领域吸引了人类的极大兴趣,并在蛋白质检测方面取得了飞速的进展。目的:综述硅纳米线生物传感器在蛋白质检测方面取得的进展。方法:由第一作者检索Pub Med数据库、中国知网数据库、百度学术、谷歌学术搜索数据库2005至2016年有关蛋白质检测、微流道应用、硅纳米线生物传感器检测应用等方面的文章。结果与结论:硅纳米线场效应晶体管电子生物传感器已被证明能够对多种生物分子进行检测,且具有高灵敏度、目标选择性、实时响应和免于标记等优点,在蛋白质检测方面具有广阔的应用前景。

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管已经成为高速、低功耗纳米级器件的重要发展方向。首先,从气相-液相-固相生长和选择区域生长的角度,阐明了在硅衬底上无位错生长高晶体质量Ⅲ-Ⅴ族纳米线的机制。在此基础上,介绍了垂直结构和水平结构Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管的制备方法。研究表明,垂直结构纳米线容易实现高密度生长,而水平结构纳米线有利于逻辑栅的制作。通过比较垂直生长、水平生长、衬底转移和自上而下纳米加工技术制备Ⅲ-Ⅴ族纳米线的工艺优缺点,为水平结构Ⅲ-Ⅴ族纳米线在硅衬底上的大面积异构集成及其器件的制作提供了新的解决方案。

氧化锌纳米线晶体管的电学特性研究

成功制作了氧化锌纳米线沟道场效应晶体管器件,所制作器件的电学性能通过I-V测试进行了分析。使用了水浴法生长了单晶性完整的氧化锌纳米线,该纳米线被用作背栅场效应晶体管的沟道,采用光刻方式制备的器件具有良好的直流特性,进行退火后进一步改善器件的源漏接触,提高器件性能,最终制备成功的场效应晶体管显示出p型MOS的特性,其开关态电流比达到105。在Vds=2.5 V时,跨导峰值为0.4μS,栅氧电容约为0.9 fF,器件夹断电压Vth为0.6 V,沟道迁移率约为87.1 cm2/V.s,计算得到氧化锌纳米线载流子浓度ne=6.8×108 cm-3。在Vgs=0 V时,器件沟道电阻率为100Ω.cm。

美国制出硅纳米晶体管 展现出明显的量子限制效应

据科技网报道，美国物理学家组织网2011年3月21日报道，美国得克萨斯大学的一个研究小组用非常细的纳米线制造出一种晶体管，表现出明显的量子限制效应，纳米线的直径越小，电流越强。该技术有望在生物感测、集成电路缩微制造方面发挥重要作用。相关研究发表在最近出版的《纳米快报》上。

响应速度打破纪录的纳米线晶体管——可代替硅晶体管的砷化镓纳米线晶体管

几十年来,计算机芯片制造商一直致力于减小硅晶体管的尺寸以提高芯片的计算能力。目前,最小硅晶体管的宽度只有14nm,但是,晶体管小型化的步伐有可能会在未来10年内结束。为突破硅材的限制,研究人员正在研究利用电性能高于硅的材料设计晶体管。最近,

上海集成电路研发中心开发成功多晶硅纳米线场效应管生物芯片

上海集成电路研发中心基于国内12英寸生产线40nm标准CMOS工艺平台,开发出了最小线宽为10nm的多晶硅纳米线场效应管生物芯片,芯片对miRNA标准样品的检测灵敏度可达1fM,为目前所报道的最高检测灵敏度,并能区分非特异性结合的样品。

上海集成电路研发中心多晶硅纳米线场效应管生物芯片开发成功

近日，上海集成电路研发中心基于国内12英寸生产线40nm标准CMOST艺平台开发出了最小线宽为10nm的多晶硅纳米线场效应管生物芯片，芯片对miRNA标准样品的检测灵敏度可达1fM，

苏州纳米所硅纳米线场效应管生物传感器研究取得新进展

生物传感器能够将各种生化反应转换成可测量的电学、光学等信号，属于典型的多学科交叉领域。在生物传感器研究中，器件设计与传感策略一直成为该领域的研究热点，开发具有高灵敏度、时效性兼具可制造性的生物传感器具有重要的科学价值和应用前景。