13、FinFET作为生物传感器的设计与应用

FinFET作为生物传感器的设计与应用

1. 引言

在医学领域，疾病的早期识别，尤其是癌症的早期发现，对患者的生存至关重要。目前已经有多种生物分子检测技术，如酶联免疫吸附测定、针对阿尔茨海默病、卵巢癌、2型糖尿病和冠状动脉疾病的检测技术等。然而，由于标记操作的存在，许多技术复杂且耗时。

与表面等离子体共振、微悬臂梁和荧光传感器阵列等设备相比，基于场效应晶体管（FET）的生物传感器近年来备受关注。它们具有高可扩展性、高灵敏度、快速电检测、低功耗、直接电读数和低成本大规模生产等优点。对于许多生物和生物医学应用，需要低成本、高灵敏度、可靠且用户友好的快速诊断生物传感设备。纳米技术基生物传感器设备可克服传统健康诊断方法的局限性。

在半导体发展周期中，将MOSFET尺寸缩小到纳米级是必要的，这样可以提供更高的封装密度和高速集成电路。但超缩放设备会受到短沟道效应（SCEs）的影响，这在很大程度上影响了设备性能。为了抑制SCEs，不同的研究人员和设计师设计并建模了多种晶体管或MOSFET架构。

近年来，如COVID - 19大流行的情况促使人们研发新型传感器，如光学、电化学和共振生物传感器。这些传感器能提醒患者的危险状况或提供日常监测信息。生物传感器应具备近乎实时响应、传感器特性稳定以及能够检测低浓度分子等关键特性。BioFETs是另一个新兴领域，起源于1970年的电子工程领域。由于其增强的灵敏度和选择性以及易于功能化的能力，BioFETs开始在早期诊断、药物筛选和疾病筛查领域受到关注。多栅FET或FinFET以其低功耗特性和改进的亚阈值性能而闻名，这得益于其多栅和更长的有效沟道长度。通过多栅概念，这些设备对沟道有更多的控制。因此，在栅极区域创建纳米间隙腔，任何小的变化都会