生物传感技术是现代信息社会的前沿技术,是一个由生物、化学、医学、物理、电子技术等多种学科相互渗透形成的研究领域。在医疗诊断、环境监测、食品工业等领域都得到了高度重视和广泛应用,近些年来发展十分迅速。其中,硅纳米线场效应（SiNW-FET）生物传感器由于兼具纳米材料和场效应器件的优势而成为新一代生物传感器的代表。SiNW-FET生物传感器能够快速实时地对硅纳米线表面分子结合导致的电学信号变化做出响应,同时检测中不需另外的标记信号来实现实时免标记检测。除此之外,它具有灵敏度高、选择性好、分析速度快、试剂消耗少、操作简单等优势,在实际应用方面空间广阔。本文围绕通过优化SiNW-FET生物传感器的性能来提高传感器在生化检测方面的应用展开研究。包括超小尺寸硅纳米线阵列的制备,介质层的选择以及硅纳米线表面功能化方案的改进等。重点利用优化工艺获得的SiNW生物传感器对磺胺药物进行高灵敏检测以及对CAR-T靶向新药的验证。本论文的主要研究内容及成果如下:1. 采用与CMOS工艺兼容的“自上而下”方法的自对准双重成像（SADP）技术设计和制备了高效率、均匀一致性好的硅纳米线阵列。同时对其金属接触电极进行了设计和优化,并沉积了2-4nm的高-k HfO₂介质层来增强纳米线生物传感器的灵敏度。2. 通过对高-k HfO₂介质层进行O₂等离子体处理,并结合传统的APTES、戊二醛的修饰方案对器件进行了表面功能化,实现了抗体的固定。实验证实,高-k HfO₂介质层经过O₂等离子体处理后,SiNW-FET生物传感器灵敏度提高3.15倍,这是本文的创新点。3. 研究了SiNW-FET生物传感器对磺胺嘧啶药物的生化检测。通过电学特性测试表明,该传感器实现了对磺胺嘧啶药物的实时、快速、高灵敏和高特异性检测,检测限低至10pg/m L。4. SiNW-FET生物传感器对CAR-T细胞与肿瘤细胞的作用进行了检测。实验结果表明,该传感器可以测试细胞之间作用的信号信息,并与传统的荧光免疫检测方法相比,具有检测时间短、灵敏度高的突出优势,可用于CAR-T靶向新药评估以预测细胞因子风暴发生的风险。