高性能AlN/β-Ga2O3 MOSHEMT生物传感器：下一代生物分子检测技术

《Scientific Reports》：High-performance AlN/β-Ga2O3 MOSHEMT biosensor: next-generation biomolecular sensing

　　

摘要

本文介绍了一种基于AlN/β-Ga₂O₃ MOSHEMT的器件，其在栅极下方的漏极侧设有腔体，可用于检测中性及带电生物分子。由于β-Ga₂O₃与AlN的晶格匹配度极高，因此非常适合形成异质结构，从而降低界面陷阱密度。鉴于Al₂O₃具有更高的化学稳定性以及更丰富的表面羟基，故被选为传感膜材料，这便于对其进行硅烷化处理及化学改性。此外，为增强生物分子与传感膜的结合力，还使用了3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对表面进行功能化处理，该处理可引入末端胺基，为生物分子的吸附提供活性结合位点。在本研究中，分别采用介电效应和界面电荷调制方法来检测中性及带电生物分子。这些生物分子与传感表面相互作用，改变能带结构和通道电势分布，进而导致器件阈值电压和漏极电流发生显著变化。研究评估了不同生物分子对通道电导、阈值电压敏感度以及漏极电流敏感度的影响。该器件对中性生物分子和带电生物分子的平均电压敏感度分别为20.94%和17.77%，平均电流敏感度则分别为12.35%和13.51%。研究结果表明，该器件是一种高度灵敏且无需标记的生物传感平台。