为AlGaAs，生长在第二 δ掺杂层108之上，厚度为20?25nm。
[0037]所述重掺杂帽层110可为InGaAs，生长在所述第二势垒层109之上，厚度为25?30nmo
[0038]该源、漏电极111可由锗金镍金合金构成，厚度为300nm。
[0039]该保护层112的材料可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0040]所述栅极金属电极113可由Au构成，栅极金属电极的面积可为3000?3500 μ m2。
[0041]所述特异性识别Hg2+的生物分子层可以是在栅极金属电极113上固定的一端巯基修饰的主要由胸腺嘧啶(T)构成的DNA单链；或是在栅极金属电极113上固定的一端巯基修饰、另一端羧基二茂铁修饰的主要由胸腺嘧啶(T)构成的DNA单链。
[0042]在制备上述实施例的生物传感器时，采用如下步骤:
[0043]步骤S1:制备 GaAs 基 PHEMT。
[0044]该步骤可通过使用Veeco GEN-1I型MBE系统来制备GaAs基PHEMT ;其中GaAs基PHEMT具有叠层结构，其自下而上依次包括衬底101、缓冲层102、第一势垒层103、第一 δ硅掺杂层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。
[0045]一种【具体实施方式】是:衬底101为GaAs半绝缘衬底；缓冲层102具有10个周期的AlGaAs / GaAs超晶格结构,其中AlGaAs层的厚度为18.5nm, GaAs层的厚度为1.5nm ；第一势垒层103为AlGaAs势垒层，厚度为25nm ;第一 δ硅掺杂层104厚度为3nm ;第一隔尚层105为AlGaAs隔尚层，厚度为4nm ;沟道层106为InGaAs沟道层，厚度为13nm ;弟_■隔离层107为AlGaAs隔离层，厚度为4nm ;第二 δ硅掺杂层108厚度为3nm ;第二势垒层109为AlGaAs势垒层，厚度为25nm ;重掺杂帽层110为重掺杂InGaAs帽层，厚度30nm。
[0046]步骤S2:在GaAs基PHEMT上制备源极、漏极和栅极金属电极。
[0047]首先，在GaAs基PHEMT10的叠层结构中腐蚀第一势垒层103、第一 δ硅掺杂层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，直到缓冲层102，形成长方形的有源区台面。该步骤可通过使用HCl-H2O2-H2O体系的腐蚀液腐蚀到缓冲层102得到台面。
[0048]接着，在得到的长方形有源区台面处制作欧姆接触的源极和漏极。该步骤可通过电子束蒸发镀膜的方法在器件的源漏极制备锗金镍金，剥离后在氮气氛围中快速退火合金，从而得到欧姆接触的源极和漏极。
[0049]然后，去除两个欧姆接触的源、漏电极之间的区域的重掺杂帽层110，露出用于制作肖特基接触的势垒层109，即为器件的栅极区域。该步骤可通过使用柠檬酸系选择性腐蚀液腐蚀掉栅极区域的重掺杂InGaAs帽层110。
[0050]最后，在GaAs基PHEMT1栅极区域的势垒层109上生长栅极金属电极113。该步骤通过使用电子束蒸发镀膜的方法在器件的栅极区域生长一层1nm的Au薄膜。
[0051]该步骤还可在所述的源、漏电极111和栅极金属电极113以外的区域制作保护层。可通过使用电子束曝光将器件除栅极和电极以外的区域均用PMMA保护起来。
[0052]步骤S3:在栅极金属电极上形成特异性识别Hg2+的生物分子层。
[0053]该步骤可以通过在一定条件下(如在恒温湿盒中)将一端巯基修饰的只含有T碱基的DNA单链固定在栅极金属电极表面，并通过使用巯基乙醇阻塞未能与DNA单链结合的Au位点，DNA单链中的T碱基可以和溶液中的汞离子(Hg2+)发生特异性结合，形成稳定的T-Hg2+-T结构，从而改变器件栅极表面处的电荷分布，可通过测试源漏电流变化得到溶液中的Hg2+浓度，即可得到用于检测汞离子(Hg2+)的生物传感器。
[0054]该步骤也可以是:通过在一定条件下(如在恒温湿盒中)将一端巯基修饰、另一端羧基二茂铁修饰的主要由胸腺嘧啶(T)构成的DNA单链固定到器件的栅极金属上，DNA单链中的T碱基可以和溶液中的汞离子(Hg2+)发生特异性结合，形成稳定的T-Hg2+-T结构，改变羧基二茂铁距离电极表面的距离等，从而通过栅极表面电荷分布的变化影响沟道载流子浓度的变化，可通过测试源漏电流的变化量来检测溶液中的汞离子(Hg2+)浓度，即可得到用于检测汞离子(Hg2+)的生物传感器。
[0055]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种GaAs基PHEMT生物传感器，用于检测Hg2+，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的GaAs基PHEMT生物传感器，其特征在于，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。
3.如权利要求1所述的GaAs基PHEMT生物传感器，其特征在于，所述栅极金属电极由Au构成。
4.如权利要求1所述的GaAs基PHEMT生物传感器，其特征在于，栅极金属电极的面积为 3000 ?3500 μ m2。
5.如权利要求1所述的GaAs基PHEMT生物传感器，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的GaAs基PHEMT生物传感器，其特征在于，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。
7.一种制造GaAs基PHEMT生物传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤:51、制备GaAs 基 PHEMT ； 52、在所述GaAs基PHEMT上制备源极、漏极和栅极金属电极； 53、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。
8.如权利要求7所述的制造GaAs基PHEMT生物传感器的方法，其特征在于，所述栅极金属电极由Au构成。
9.如权利要求7所述的制造GaAs基PHEMT生物传感器的方法，其特征在于，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。
10.如权利要求7所述的制造GaAs基PHEMT生物传感器的方法，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种用于检测汞离子(Hg2+)的GaAs基PHEMT生物传感器，其以GaAs基PHEMT为基底，利用GaAs基PHEMT器件源漏电流随着栅极电荷的改变会发生规律性变化的特性，在特定条件下，通过在栅极固定生物敏感元件，当吸附重金属离子Hg2+时，会引起栅极表面电荷分布的变化，从而导致沟道载流子浓度变化。测试源漏电流的变化量来标定溶液中Hg2+的浓度，从而达到定量检测重金属Hg2+的目的。本发明的优点在于器件灵敏度高，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。
【IPC分类】G01N27-327, G01N27-26
【公开号】CN104880493
【申请号】CN201410072466
【发明人】王成艳, 张杨, 关敏, 丁凯, 张斌田, 林璋, 黄丰, 曾一平
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日