为了消除多分析物诊断 ELISA 方法的缺点，通过使用具有集成互补金属氧化物半导体 ( CMOS ) 读出功能的
传感器阵列，在单芯片上实现了更先进的解决方案。CMOS 读出技术的潜在优势包括低成本、密集阵列形成、较低功耗、无标签检测、读出集成和较小的设备尺寸，使其成为 PoC 诊断应用的理想选择。
FET是与 CMOS 等技术一起用于多分析物检测的基本
生物传感器。不同的基于 FET 的技术，例如碳纳米管 FET (CNTFET)、离子选择性 FET (ISFET)、扩展栅极 FET (EGFET) 和薄膜体声波谐振器 (FBAR) 以及硅纳米线 FET (SiNWFET)，均与但CMOS也有一些局限性。
基于化学气相沉积 (CVD) 石墨烯的 GFET 传感器是目前理想的解决方案，因为与其他传感器相比，它们经济、准确。与 CNTFET 和 SiNWFET 相比，GFET 具有相似的灵敏度，并且更容易制造，使其成为高灵敏度无标记生物传感器的经济高效的方法。ISFET 和 EGFET 很容易在 CMOS 之上采用标准工艺制造，但它们存在器件稳定性和漂移问题。
GFET 的晶圆级 CMOS 集成
用于多分析物检测的 GFET 集成到 CMOS 多路复用器平台中，可同时测量数百个 GFET。采用 0.35μm 模拟工艺节点进行集成的 200mm CMOS 是使用 X-Fab 提供的标准技术制造的。总共测试了 512 个 GFET，可进一步扩展到 4,096 个器件。全局数字控制用于通过触发像素级本地 CMOS 开关来测量 GFET 的电阻读数来选择 GFET。GFET 值的测量是通过在切割晶圆上选择五个传感器芯片来进行的。将芯片引线键合到芯片载体上以进行电气测量。
(a) 具有引线接合在芯片载体上的 CMOS 集成 GFET 的芯片； (b) GFET 的电测量配置。
图 2：(a) 带有引线键合在芯片载体上的 CMOS 集成 GFET 的芯片；(b) GFET 的电气测量配置（Soikkeli 等人，2023 2）
参数分析仪与芯片上的 CMOS 多路复用器一起使用，用于器件的测量和偏置。液体栅极电压 (V g ) 通过使用全局片上 Pt 液体栅极进行控制。下图显示了在没有选通的环境条件下测量的电阻值，以及五个芯片的测量电阻值的直方图。每个芯片的平均电阻值和标准偏差。
512 GFET的电阻值； (b) 五个芯片测量的电阻直方图。
图3：512个GFET的电阻值；(b) 五个芯片测量的电阻直方图（Soikkeli 等人，2023 2）
GFET 的性能和稳定性通过去离子水 (DIW) 中的电气测量来衡量。GFET 在 DIW 中暴露两次，以获得器件的电阻与 V g的函数关系。Vg _使用片上 Pt 电极将其应用于所有 GFET。结果显示狄拉克峰值电压具有良好的稳定性和较低的变化。狄拉克峰值电压是石墨烯通道电荷中性点的衡量标准，低变化表明 GFET 均匀且具有一致的电性能，从而实现一致的测量，这对于生物传感器及其应用非常重要。同样，GFET 也暴露于不同浓度的氯化钠 (NaCl) 溶液中。这样做是为了获得器件的电阻和跨导值，作为每个 NaCl 浓度的栅极电压的函数。
测量结果显示，由于栅极电容变化引起石墨烯沟道中的掺杂变化，狄拉克峰值电压位置发生了偏移。尽管峰值电压值发生了变化，但狄拉克峰值处的平均电阻值保持恒定，这表明 GFET 的主要传感机制是静电门控。NaCl 浓度测试后，再次使用 DIW 测试 GFET，以确保器件返回到 DIW 表征中建立的基线。
