GaN基DNA生物传感器研究

GaN基DNA生物传感器是微电子学和生物检验技术的交叉学科，是一项新兴的尖端的研究领域。与传统的DNA检测技术相比，GaN基生物传感器具有操作简单、成本低廉、快速等优点。本项目的主要研究内容包括：开展GaN基生物传感器针对配对DNA分子检测的机理研究、GaN基生物传感器原型器件结构参数设计和工艺条件摸索、GaN基生物传感器原型器件制备、针对配对和非配对DNA分子的传感性能测试及分析等几个方面。通过采用AlGaN/AlN/GaN新型材料结构、采用Au-寡核苷酸连接桥等创新性特点，拟在3年之内研制成功可用于DNA检测的GaN基生物传感器原型器件，并对其传感机理进行研究，形成系统的理论建模。这对于拓展GaN基微电子器件应用领域、促进DNA分子检测技术发展具有十分重要的现实意义。

根据项目计划研究内容和研究指标，经过项目组成员的努力，圆满完成了项目计划研究任务。具体的研究成果如下：.1.完成了生物传感器用外延材料的结构优化设计和材料研制。为提高器件的耐压并降低器件漏电，通过能带裁剪，设计并研制出具有AlGaN缓冲层的生物传感器用GaN基外延材料，典型外延材料的方块电阻为421Ω/□，不均匀性为0.75%。.2.完成了器件结构设计和版图设计，制备出用于GaN基生物传感器研制的6块光刻版。在此基础上，研制出GaN基生物传感器原型器件。典型器件的欧姆接触电阻率为3.5×10 -5 Ω•cm 2；肖特基接触金属选用Au金属，反向漏电为10-5A量级，显示出良好的器件性能。.3.研究了生物传感器对于配对DNA分子的检测性能。传感器的传感区域长度为Lg=5um，W=120um，Lsd=20um，室温下，含有20个碱基浓度为10uM的DNA链在器件表面杂交时，传感器源漏间电流呈现约30uA电流降，响应时间小于5秒。显示出GaN基生物传感器对于配对DNA分子具有较为灵敏的响应。.4.分析了GaN基生物传感器的传感机理，认为配对DNA链与探针DNA链根据碱基互补配对原则发生杂交，由于DNA单链本身荷负电，杂交之后会在栅极区表面引入更多的负电荷，造成沟道二维电子气浓度减少，引起漏电流的下降。