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近年来，微电子技术与生物医学等领域的交叉研究引起了人们的广泛兴趣，并取得了很大的进展。高电子迁移率晶体管(HEMT)是基于调制掺杂实现载流子和电离施主在空间上分离的异质结构，具有高载流子浓度、高迁移率等特性。基于HEMT的生物传感器充分利用HEMT器件高跨导、低噪声等特点以及生物反应（酶反应、免疫反应、DNA分子杂交等）的特异性，可以实现体积小、灵敏度高、响应速率快和痕量检测等。 本论文开展GaAs基InAlAs/InGaAs pHEMT生物传感器的结构设计、材料生长和器件制备以及目标物固定和检测等几方面的研究。首先设计并制备适用于传感器的InAlAs/InGaAs pHEMT器件;其次通过Au-S共价键结合进行栅极表面修饰;最后选择肿瘤标志物甲胎蛋白AFP作为检测目标，通过抗原抗体特异反应进行栅极功能化，利用抗体捕获抗原后栅区表面电荷变化所引起的源漏电流改变，实现对AFP的定量检测，检测极限可达到20 pg/mL;利用巯基DNA分子修饰栅极，研制了能够特异性检测重金属汞离子(Hg2+)的生物传感器，检测极限可达到10 nM(2 ng/mL)。本论文的研究有望为医学临床检验和环境监测提供一种快速、灵敏、经济的新方法。 本论文所取得的主要成果如下: 1、设计并完成了用于研制生物传感器的AlGaAs/InGaAs pHEMT器件，对于栅长为32μm、栅宽为200μm的器件，其饱和电流为4.7 mA，跨导为34mS/mm。该部分工作主要包括:(1)设计了适用于生物检测的HEMT器件结构，同时保证了栅极敏感区域面积足够大和器件跨导足够高，并且可以测试溶液中的生物化学分子;(2)优化了栅槽腐蚀工艺，优化后的柠檬酸系腐蚀室温下对于GaAs/Al0.3Ga0.7As的腐蚀选择比为142（GaAs腐蚀速率为1.99 nm/s），对于GaAs/AlAs的腐蚀选择比大于1000，能够精确的完成栅槽腐蚀;(3)论文中选择Au薄膜作为栅极金属，可以通过巯基与Au之间的化学键和形成Au-S键实现生物分子固定; 2、基于AlGaAs/InGaAs pHEMT研制了AFP生物传感器，具有高灵敏度(20pg/mL)、特异性、消耗样品少(60ng)和定量检测的特点。研究了不同的栅极修饰方案，第一种方案通过使用EDC/NHS催化氨基和羧基的酰胺交联反应，将甲胎蛋白抗体(antiAFP)固定到栅极金属Au薄膜表面，得到的传感器栅极。滴加10 ng/mL AFP溶液后电流信号上升0.02μA;第二种方案通过醛胺缩合共价交联反应在器件栅极固定甲胎蛋白抗体(antiAFP)，在20 pg/mL～50 ng/mL浓度范围内，随着AFP溶液浓度的增加，器件的电流信号上升，并且在101～104 pg/ml的浓度范围内，对数坐标系中器件的电流与AFP浓度呈线性关系。 3、基于AlGaAs/InGaAs pHEMT研制了重金属汞离子(Hg2+)生物传感器，检测灵敏度为10 nM(2 ng/mL)。该传感器的关键技术在于栅极修饰巯基修饰的富含T碱基的单链DNA分子，当栅极滴加HgCl2溶液时，Hg2+与DNA探针形成T-Hg-T结构实现对于Hg2+的检测。为研制多通道重金属离子检测平台奠定了基础。