针对HER2检测的基于门控和源控工程技术的TFET生物传感器在性能、功耗及检测限方面的权衡：唾液与血清样本的应用

《IEEE Journal of the Electron Devices Society》：Performance, Power, and Limit-of-Detection Tradeoffs across Gate- and Source-Engineered TFET Biosensors for HER2 Detection Saliva and Serum

　　

摘要：

早期乳腺癌的诊断需要生物传感器，这些传感器不仅具有高灵敏度，而且要节能，并能够检测唾液和血清中极低浓度的HER2（C-erbB-2）生物标志物，从而实现可靠的早期筛查。由于生物传感器的灵敏度很大程度上取决于传感晶体管的亚阈值行为，隧穿场效应晶体管（TFET）因其固有的陡峭切换特性而具有吸引力，这种特性是通过带间隧穿实现的。虽然通过双栅（DG）和三栅（TG）结构进行栅极工程可以改善静电控制，而源异质结（HJ）工程可以提高隧穿效率，但它们对实际生物传感性能的综合影响必须在更广泛的性能指标范围内进行评估，而不仅仅是灵敏度。为此，对经过栅极工程处理的DG-TFET、TG-TFET以及同时进行栅极和源极工程处理的HJ-TG-TFET生物传感器在临床相关的唾液和血清浓度范围内进行了比较模拟研究，以检测C-erbB-2。这些器件的评估涵盖了包括灵敏度、功耗、检测限、检测裕度、空间位阻容忍度和信噪比在内的多个生物传感器性能指标。研究结果表明，尽管栅极工程提高了灵敏度，但本文提出的同时进行栅极和源极工程处理的HJ-TG-TFET在整体性能上实现了最佳平衡，它不仅具有更高的灵敏度、更低的功耗，还能在早期诊断中更好地检测低浓度样本，具有更优的检测裕度，并且对空间位阻的抵抗力更强。这些发现表明HJ-TG-TFET是一种有前景的节能生物传感器，适用于早期C-erbB-2乳腺癌生物标志物的检测，并证明了结合栅极和源极工程是提高实际TFET生物传感器性能的有效途径。