本发明属于半导体器件，具体涉及一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器。
背景技术：
1、随着医疗健康领域的快速发展，生物分子的检测技术受到广泛关注。由于癌症艾滋病需要早期筛查和诊断，流感等疾病需要快速高效检测。因此，基于场效应晶体管的生物传感器符合快速高效的生物分子检测技术要求而被提出。基于场效应晶体管(fet)的生物传感器将化学信号转化为电学信号达到无标记检测的目的，具有体积小、工艺制造简单、响应速度快和灵敏度高等优势，因而在生物传感领域得以青睐。
2、然而由于半导体领域的器件尺寸不断减小，基于mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)的生物传感器短沟道效应加重导致器件的亚阈值摆幅和功耗等性能恶化。基于tfet(隧穿场效应晶体管)的生物传感器源极、漏极和沟道采用不同的掺杂使tfet工艺复杂性较高，源极和漏极载流子向沟道扩散引起器件性能的不稳定。
3、tfet和mosfet生物传感器往往受制于高热预算和电流限制，导致其在功耗控制上存在困难。而sb-fet生物传感器则通过优化肖特基接触和源/漏极材料选择，显著减少了器件的功耗，从而在长时间的生物检测任务中表现出更低的能耗和更长的工作寿命。
4、申请号为202011516842.4的专利文件公开了一种“一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器及制备方法”方案，三个竖直堆叠的纳米片构成沟道，在靠近源端一侧刻蚀出纳米空腔。该结构克服了短沟道效应，但缺点是灵敏度较低。
5、期刊《ieee transactions on nanobioscience》公开发表了一种“l-shaped highperformance schottky barrier fet as dielectricallymodulated label freebiosensor”方案，采用l型垂直沟道结构，源极和漏极采用ersi1.7材料与沟道形成肖特基接触。该器件具有较高的灵敏度，但是制备工艺复杂。
6、期刊《ieee sensors journal》公开发表了一种“design and performanceassessment of dielectrically modulated nanotube tfet biosensor”方案，漏区采用电荷等离子技术，栅极金属由铬和银两种金属组成，该器件避免了器件随杂质随机波动的影响，但其制造工艺复杂且灵敏度较低。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，通过采用双源极和双漏极，源极和漏极内嵌在沟道的四个拐角处，且源极和漏极交叉放置，相比于在源极和漏极在沟道两端的传统结构，本发明增大了源极和沟道的接触面积，即增大了肖特基接触的面积，增大了肖特基隧穿的发生概率，因此增大了漏极电流；在生物分子检测方面具有更高的灵敏度。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，包括十字形沟道1，所述十字形沟道1外侧四个拐角处交叉设有两个源极2和两个漏极3，十字形沟道1的四臂表面均连接有栅极介质层4和生物分子探测腔6的一面，栅极介质层4和生物分子探测腔6另一面连接栅极5。
4、所述十字形沟道1的四臂表面，相对两面的栅极介质层4和生物分子探测腔6中心对称。
5、所述生物分子探测腔6位于源极2一侧。
6、所述十字形沟道1为本征p型，采用宽带隙材料制成。
7、所述宽带隙材料包括4h-sic、sic或gan。
8、所述源极2和漏极3采用金属或金属硅化物，包括ersi1.7、nisi。
9、所述栅极介质层4的采用氧化物材料，包括hfo2、sio2。
10、所述栅极5采用金属材料，包括铪、铝。
11、所述栅极5、栅介质层4和十字形沟道1之间的耦合电容由以下公式计算得出：
12、
13、其中，k是绝缘体的介电常数，d是绝缘体的厚度，w是绝缘体的宽度，l是绝缘体的长度；当栅极下方生物分子探测腔内生物分子的介电常数改变时，耦合电容发生变化，且生物分子的介电常数越大、绝缘层即栅极介质层5的厚度越小，耦合电容越大，耦合越强，即生物传感器产生更大的电学特性变化。
14、所述源极2和沟道1形成肖特基势垒，将形成的肖特基势垒视为三角形势垒，以x轴表示电子的隧穿方向,即垂直于金属/半导体界面.u0表示势垒高度,fx表示x方向的电场,a为势垒宽度，得知电场越大,势垒越窄；通过精确求解一维定态薛定谔方程求出电子通过三角形势垒的隧穿几率如下式所示：
15、
16、其中，m*是电子的有效质量，ex是电场，u0是势垒高度；
17、则，增加电场和降低势垒高度有助于电子发生肖特基隧道效应。
18、相对于现有技术，本发明有益效果如下：
19、(1)本发明采用双源极和双漏极，源极和漏极内嵌在沟道的四个拐角处，且源极和漏极交叉放置，相比于在源极和漏极在沟道两端的传统结构，本发明增大了源极和沟道的接触面积，即增大了肖特基接触的面积，增大了肖特基隧穿的发生概率，因此增大了漏极电流。此外，本发明双源极和双漏极降低了生物传感器在介电常数为1时的开启电流，增大了介电常数为12时的开启电流，降低了介电常数为12时的关断电流，因此增大了开启电流灵敏度和电流开关比，使得器件具有更高的工作速度和更低的功耗。
20、(2)使用4h-sic作为沟道材料，4h-sic具有更宽的禁带宽度，相比于传统的si沟道，降低了4h-sic sb-fet的关态电流，降低了器件的静态功耗。也使得器件的开启电流有所降低，但是生物分子探测腔内进入不同介电常数的生物分子时，4h-sic sb-fet检测到的开启电流变化量更大，因此4h-sic sb-fet在生物分子检测方面具有更高的灵敏度。
21、(3)本发明生物传感器，源极和漏极由金属或金属硅化物形成，与沟道形成肖特基接触，结构简单，避免了载流子扩散带来的不利影响，也降低了源极-漏极的串联电阻。
1.一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，包括十字形沟道(1)，其特征在于：所述十字形沟道(1)外侧四个拐角处交叉设有两个源极(2)和两个漏极(3)，十字形沟道(1)的四臂表面均连接有栅极介质层(4)和生物分子探测腔(6)的一面，栅极介质层(4)和生物分子探测腔(6)另一面连接栅极(5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述十字形沟道(1)的四臂表面，相对两面的栅极介质层(4)和生物分子探测腔(6)中心对称。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述生物分子探测腔(6)位于源极(2)一侧。
4.根据权利要求1所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述十字形沟道(1)为本征p型，采用宽带隙材料制成。
5.根据权利要求4所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述宽带隙材料包括4h-sic、sic或gan。
6.根据权利要求1所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述源极(2)和漏极(3)采用金属或金属硅化物，包括ersi1.7、nisi。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述栅极介质层(4)的采用氧化物材料，包括hfo2、sio2。
8.根据权利要求1所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述栅极(5)采用金属材料，包括铪、铝。
9.根据权利要求1所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述栅极(5)、栅介质层()4和十字形沟道(1)之间的耦合电容由以下公式计算得出：
10.根据权利要求1所述的一种具有十字形沟道和双源极双漏极的肖特基势垒场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述源极(2)和沟道(1)形成肖特基势垒，将形成的肖特基势垒视为三角形势垒，以x轴表示电子的隧穿方向,即垂直于金属/半导体界面.u0表示势垒高度,fx表示x方向的电场,a为势垒宽度，得知电场越大,势垒越窄；通过精确求解一维定态薛定谔方程求出电子通过三角形势垒的隧穿几率如下式所示：
