GaAs基PHEMT生物传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件以及生物化学领域，特别是一种用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基高电子迁移率晶体管(PHEMT)生物传感器。
【背景技术】
[0002]早在1953年，日本的九州熊本县就发生过严重的汞中毒事件，先后有约25%的人患水俣病。随着工业的发展，人们向水、空气和土壤中排放了大量的汞，而无论何种形态的汞最终都可能会转化为甲基汞或二甲基汞。其中无机汞中毒可能会引起急性肾衰竭等疾病，有机汞如甲基汞中毒则可导致中枢神经病变。肌肉萎缩、智能受损等症状。汞污染日益严重的情况下，2011年，我国首个“十二五”专项计划中设计力求控制五种重金属，其中就包括汞离子。能够随时精确的检测溶液中Hg2+浓度，对于人们的生命安全具有十分重要的意义。一方面，通过检测随时检测水溶液中的Hg2+浓度，能够很大程度上避免汞中毒事件的发生；另一方面，能够快速的检测血液以及尿液中的Hg2+含量，临床上可以及时确诊汞中毒，从而及时确定治疗方案，提闻患者的治愈率。
[0003]目前常用的Hg2+检测方法主要有分光光度法，原子发射光谱法，原子吸收光谱法，氢化物发生原子荧光光谱法等。其中分光光度法反应时间长且对于与汞离子化学性质相近的重金属离子存在误读问题，原子发射光谱法则对于仪器和精度的要求较高，原子吸收光谱法样品制作要求高。因此，这些方法往往存在着仪器昂贵、分析周期长、样品预处理复杂等问题。
[0004]GaAs基高电子迁移率晶体管(PHEMT)器件具有高载流子浓度、高迁移率等特点，因而当栅极电荷发生变化时能够及时迅速精确的通过源漏电流的变化量反映出来。因此，利用GaAs基PHEMT器件可以制作高灵敏度传感器。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明所要解决的技术问题是目前的用于检测汞离子(Hg2+)的传感器设备昂贵、检测周期长等问题。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本发明提出一种GaAs基PHEMT生物传感器，用于检测Hg2+，包括GaAs基PHEMT，其包括源、漏电极和栅极金属电极；可特异性识别Hg2+的生物分子层，其形成于所述栅极金属电极上，并能够根据Hg2+的含量而使其电荷分布发生变化，从而影响GaAs基PHEMT的栅极电荷，使得GaAs基PHEMT的源漏电流发生变化。
[0009]根据本发明的一种【具体实施方式】，GaAs基PHEMT生物传感器还包括器件保所层，其位于源、漏电极和栅极金属电极以外的区域表面上。
[0010]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述栅极金属电极由Au构成。
[0011]根据本发明的一种【具体实施方式】，栅极金属电极的面积为3000?3500 μ m2。
[0012]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述特异性识别Hg2+的生物分子层是一端巯基修饰的由胸腺嘧啶(T)构成的DNA单链。
[0013]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述特异性识别Hg2+的生物分子层是一端巯基修饰、另一端羧基二茂铁修饰的由胸腺嘧啶(T)构成的DNA单链。
[0014]同时，本发明还提出一种制造GaAs基PHEMT生物传感器的方法，包括如下步骤:S1、制备GaAs基PHEMT ;S2、在所述GaAs基PHEMT上制备源极、漏极和栅极金属电极；S3、在所述GaAs基PHEMT的栅极金属电极上，形成特异性识别Hg2+的生物分子层，其能够根据Hg2+的含量而使其电荷分布发生变化，从而影响GaAs基PHEMT的栅极电荷，使得GaAs基PHEMT的源漏电流发生变化。
[0015]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述栅极金属电极由Au构成。
[0016]根据本发明的一种【具体实施方式】，所述步骤S3为:将一端巯基修饰的只含有T碱基的DNA单链固定在所述栅极金属电极表面，并通过使用巯基乙醇阻塞未能与DNA单链结合的Au位点。
[0017]根据本发明的一种【具体实施方式】，在所述步骤S3为:将一端巯基修饰、另一端羧基二茂铁修饰的由胸腺嘧啶(T)构成的DNA单链固定到所述栅极金属电极上。
[0018](三)有益效果
[0019]本发明的用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基PHEMT生物传感器灵敏度高，响应速度快，可实现随身携带和实时检测，对于食品安全、临床诊断以及环境污染治理上具有十分重要的意义，可以从根本上预防汞中毒并在汞中毒时快速诊断，减少由于诊断不及时造成的伤害。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的一个实施例的用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基PHEMT生物传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明将GaAs基PHEMT与汞离子(Hg2+)检测结合起来，利用汞离子(Hg2+)能够与DNA序列中的胸腺嘧啶(T)碱基对发生特异性结合形成稳定的T-Hg2+-T结构的特点，在栅极固定特定的DNA单链，形成能够特异性检测汞离子的生物分子层，研制出基于GaAs基PHEMT的用于检测汞离子的生物传感器。用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基PHEMT生物传感器能够更加及时精确且随时随地的检测溶液中的汞离子(Hg2+)浓度，具有很好的实际意义。
[0022]本发明的用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基PHEMT生物传感器包括GaAs基高电子迁移率晶体管(PHEMT)和可特异性识别汞离子(Hg2+)的生物分子层。所述GaAs基PHEMT包括源、漏电极和栅极金属电极，所述可特异性识别Hg2+的生物分子层形成于该栅极金属电极上，其能够根据Hg2+的含量而使其电荷分布发生变化，从而影响GaAs基PHEMT的栅极电荷，使得GaAs基PHEMT的源漏电流发生变化。
[0023]当被测溶液施加在生物分子层上时，能够通过栅极表面电荷分布的变化影响GaAs基PHEMT沟道载流子浓度的变化，从而通过测试GaAs基PHEMT的源漏电流的变化量可检测汞离子(Hg2+)浓度。
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0025]图1是本发明的用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基PHEMT生物传感器的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例的传感器包括一个GaAs基高电子迁移率晶体管(PHEMT) 10和一个可特异性识别Hg2+的生物分子层20。所述GaAs基PHEMT包括一个栅极金属电极113，可特异性识别Hg2+的生物分子层形成于该栅极金属电极113上。
[0026]所述的GaAs基PHEMT由以下部分组成=GaAs基PHEMT101?110、欧姆接触的源、漏电极111、器件保护层112和栅极金属电极113。所述源、漏电极111位于GaAs基PHEMT1的有源区上，所述栅极金属电极113位于两个源、漏电极111之间的栅极区域。所属器件保护层112位于源、漏电极111和栅极金属电极113以外的区域表面上。
[0027]所述的GaAs基PHEMT10具有叠层结构，其自下而上依次包括衬底101、缓冲层102、第一势鱼层103、第一 δ娃掺杂层104、第一隔离层105、沟道层106、第二隔离层107、第二 δ硅掺杂层108、第二势垒层109和重掺杂帽层110。
[0028]所述衬底101可以是GaAs半绝缘衬底，厚度为350am?500 μ m。
[0029]所述缓冲层102可为10周期的AlGaAs / GaAs超晶格结构，生长在所述衬底101之上，其中 AlGaAsl7 ?19nm, GaAsl ?3nm。
[0030]所述第一势垒层103可为AlGaAs，生长在缓冲层(102)之上，厚度为20nm?25nm。
[0031]所述第一 δ硅掺杂层104生长在势垒层(103)之上，厚度为2?4nm。
[0032]所述第一隔离层105可为AlGaAs,生长在第一 δ娃掺杂层104之上,厚度为2?4nm0
[0033]所述沟道层106可为InGaAs,其生长在第一隔离层105之上，厚度为13?15nm。
[0034]所述第二隔离层107可为AlGaAs，生长在沟道层106之上，厚度为4?5nm。
[0035]所述第二 δ硅掺杂层108生长在隔离层(107)之上，厚度为2?4nm。
[0036]所述第二势垒层109可