成果简介
为了制造含有石墨烯的无标记和快速生成的半导体生物传感器器件，直接在技术上重要的介电和半导体基板上生长均匀的石墨烯薄膜是相关的。然而，长期以来，人们一直直觉地认为，在直接生长过程中形成的非理想无序结构，以及由此产生的劣质电性能，将不可避免地导致传感性能的下降。本文，清华大学符汪洋等研究人员在《Small》期刊发表名为“Ultrasensitive Biochemical Sensing Platform Enabled by Directly Grown Graphene on Insulator”的论文，研究基于等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在 4 英寸硅晶片上直接生长石墨烯，构建了石墨烯生物传感器芯片，薄膜均匀性极佳且产量高。
令人惊喜的是，石墨烯生物传感器的最佳操作允许超灵敏地检测 SARS-CoV-2 病毒核衣壳蛋白，稀释度低至亚飞摩尔浓度。如此令人印象深刻的检测限 （LOD） 可与甚至优于基于高质量石墨烯的最先进的生物传感器设备相媲美。进一步的噪声频谱表征和分析证实，LOD受到分子扩散和/或已知干扰信号（如传感器漂移和不稳定性）的限制，而不是石墨烯器件的电气特性。因此，该成果揭示了将直接生长的 PECVD 石墨烯加工成高性能传感器件的方法，具有重要的经济效益和社会意义。
图文导读
图1、 PECVD在硅片表面直接生长石墨烯
图2、晶圆上所有石墨烯器件的 a、b）电阻、c、d）载流子迁移率和 e、f）背栅电压滞后的统计数据。
图3、SARS-CoV-2抗原的表面功能化和检测
图4.验证抗体的选择性
小结
总之，我们使用PECVD方法直接在4英寸硅片上生长石墨烯，并将其加工成数百个GFET芯片。电气测试证实了这些GFET器件的电阻、载流子迁移率和传输特性曲线的相对尖锐分布。采用PBASE连接分子将抗SARS-CoV-2 N蛋白抗体固定在石墨烯表面，构建免疫GFET生物传感器芯片，以识别SARS-CoV-2 N蛋白抗原作为试验台。通过噪声测量和分析确认，可以可靠且可重复地实现 100 aM 的 LOD，而无需任何耗时的标记和放大。因此，作者的研究首次证明，与高质量的转印CVD或剥落石墨烯相比，直接生长具有良好均匀性和高产率的PECVD石墨烯用于高精度生物传感器芯片是可行的。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202305363
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