CN102483384A - 传感装置 - Google Patents
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Abstract
一种传感装置(10、10’)包括基板(14)以及形成在所述基板(14)上的第一和第二电极(EIC、EICS、EO)。所述第一电极(EIC、EICS)具有三维形状，并且所述第二电极(EO)与所述第一电极(EIC、EICS)电隔离并围绕所述第一电极(EIC、EICS)的周界。
Description
关于联盟资助研究或开发的声明
本发明在由美国国防部高级研究项目局(DARPA)的资助部分支持的研究过程中完成，合同号为HR0011-09-3-0002。美国政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
本公开内容一般涉及传感装置。
背景技术
传感装置经常包含纳米结构，纳米结构用于在分析物位于纳米结构上或附近时探测纳米结构的电特性和/或机械特性的改变，或者用于在分析物位于纳米结构上或附近并暴露于光子时改变由分析物发出的光学信号。传感装置可以利用不同的传感技术，包括例如分析物的吸附和/或解吸附作用到可读信号的转换、光谱技术或其它适合的技术。
对于各种化学或生物传感应用来说，拉曼光谱是一种有用的技术。拉曼光谱用于研究在光子作用于分子时分子能态之间的跃迁，其导致散射光子的能量转移。分子的拉曼散射可以被视为两个过程。首先，处于特定能态的分子被通常处于光频域中的入射光子激发到另一个(虚拟的或真实的)能态中。然后，被激发的分子在其所处环境的影响下以与激发光子相比相对较低(即斯托克斯散射)或相对较高(反斯托克斯散射)的频率作为偶极子源而辐射。不同分子或物质的拉曼光谱具有能够用于识别种类的特征峰。粗糙的金属表面、各种类型的纳米天线以及波导结构已被用于增强拉曼散射过程(即上述激发和/或辐射过程)。这个领域通常作为表面增强拉曼光谱(SERS)为人所知。
附图说明
通过结合以下具体描述和附图，本公开内容的实施例的特征和优点将变得清晰，附图中相同的附图标记对应于类似的但可能不完全相同的部件。为了简洁的目的，具有前面所述功能的附图标记或特征可能结合或可能不结合它们出现的其它附图而描述。
图1是用于形成传感装置实施例的方法实施例的流程图；
图2A至图2I是一起示出用于形成传感装置实施例的方法实施例的示意图；
图2A至图2F和图2J至图2L是一起示出用于形成传感装置另一实施例的方法实施例的示意图；
图3A至图3D分别是用于形成传感装置中第一电极的不同实施例的掩膜的不同实施例的顶视图；
图4A和图4B是使用外边缘至外边缘直径为100nm(图4A)和外边缘至外边缘直径为200nm(图4B)的环形图案的圆锥状电极的扫描电子显微照片；
图5A和图5B是使用外边缘至外边缘直径为100nm(图5A)和外边缘至外边缘直径为200nm(图5B)的环形图案的圆锥球状电极的扫描电子显微照片；
图6是图2I所示传感装置的实施例的透视图；
图7是使用图3A所示掩膜的实施例形成的传感装置的另一个实施例的透视图；
图8是使用图3C所示掩膜的实施例形成的传感装置的实施例的透视图；
图9是适于用作光学传感器的传感装置实施例的示意性截面图；以及
图10是适于用作电传感器的传感装置实施例的示意性截面图。
具体实施方式
这里所公开的传感装置的实施例包括由单个基板形成或形成在单个基板上的两种类型的电极(例如内部电极和周围的外部电极)。这种构造能够有利于将偏压施加至单片基板内的两个电极。另外，这里所公开的用于形成这种传感装置的工艺/方法可以被控制为使最终的内部电极具有特别适用于期望传感应用(例如电传感或光学传感)的形状。
图1示出用于形成传感装置实施例的方法实施例。这里将结合图2A至图2L进一步详细地讨论图1中所示的方法步骤。具体来说，图2A至图2I示出用于形成包括圆锥状电极的装置的方法实施例，并且图2A至图2F和图2J至图2L示出用于形成包括圆锥球状电极的装置的方法实施例。更一般地，内部电极是三维结构，其形状依赖于所使用的初始几何图案和传感装置形成期间的刻蚀条件。三维形状包括圆锥、圆锥球、圆柱或具有在顶部交汇的至少三个面的多边形(例如棱锥)等。这里所使用的词语“圆锥状”描述具有从圆的周界底向尖端(例如最高点或顶点)逐渐缩小的三维几何形状的突起。图4A和图4B(下文进一步讨论)示出了圆锥状电极的示例。同样在这里使用的词语“圆锥球状”描述具有从圆的周界底向较尖部分逐渐缩小然后反向延伸为直径大于较尖部分的球的三维几何形状的突起。图5A和图5B(也在下文进一步讨论)示出了圆锥球状电极的示例。另外，这里所使用的词语“多边形”描述具有从多边形周界底向尖端逐渐缩小的三个或更多个面(参见例如图7)的突起，并且词语“圆柱状”描述从基底到顶部具有基本一致的周界的突起(参见例如图8)。
现在将结合图1和图2A至图2L讨论用于形成包括圆锥状电极的传感装置的方法的实施例。尽管图2A至图2L中所示的方法导致形成两个内部电极和一个连续外部电极，但应当理解，可以形成单个内部电极或者可以形成包括三个或更多个内部电极的阵列。可以形成的单个内部电极的数量上限可以至少部分依赖于所使用基板的尺寸、所使用的图案以及所使用的制造工艺。通常，这里所公开的实施例的规模可以根据特定最终用途的期望而增大。
如图2A所示，示出支撑件12。支撑件12包括其上形成有绝缘层16的基板14。基板14至少是半导电的，因此可以由半导体或导体形成。适合的基板14材料的非限制性示例包括单晶硅、绝缘体上硅结构(SOI)、如碳膜的金刚石、聚合材料(聚(乙炔)、聚(吡咯)、聚(噻吩)、聚苯胺、聚噻吩、聚对亚苯硫醚以及聚对苯乙烯撑(PPV)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺等)、金属(铝、铜、不锈钢、合金等)或者其它半导电或导电的材料。
针对绝缘层16可以使用任何适合的绝缘材料。在非限制性示例实施例中，绝缘层16是氧化物(例如二氧化硅)。用于绝缘层16的其它适合材料的非限制性示例包括氮化物(例如氮化硅)或氧氮化物等或者其组合物。可以使用任意适合的生长或沉积技术来形成绝缘层16。可以通过硅(例如基板14)的部分氧化(其在硅上形成二氧化硅)来形成热氧化物绝缘层。各种氧化物和氮化物材料可以通过沉积技术而形成，沉积技术包括但不限于低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、常压化学气相沉积(APCVD)或任何其它适合的化学或物理气相沉积技术。在一个实施例中，绝缘层的厚度是100nm。绝缘层16的厚度至少部分依赖于最终施加至装置10、10’的电压。在一个实施例中，厚度范围从大约10nm至大约3μm。
图2B示出形成在绝缘层16上的抗蚀剂18。适合的抗蚀剂的非限制性示例是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然而，应当理解，针对抗蚀剂18可以使用能够用作电子束(E-beam)光刻胶的任何材料。另外，可以通过任何适合的方法沉积抗蚀剂18，例如通过旋涂。在实施例中，抗蚀剂18的厚度范围从大约10nm至大约3μm。
如图1的附图标记100所记载和图2C中所示，其中整体形成有一个或多个几何图案G的掩膜20与电子束光刻结合使用，以将一个或多个几何图案G转移至抗蚀剂18，从而形成图案化的抗蚀剂18’。几何图案G可以是任何形状(例如圆形、椭圆形、正方形、三角形、矩形、五边形等)，其由外边缘21和内边缘23限定。应当理解，外边缘21和内边缘23之间的掩膜20的区域是可以在光刻工艺期间被转移至另一材料的图案G。外边缘21和内边缘23通常具有相同的形状，但是内边缘23小于外边缘21。如下文中所述，外边缘21大体上确定形成在基板14中的井的形状(参见图2G和图2J)，并且内边缘23大体上确定最终基底结构24、28、30、32的基底27的周界形状(参见图2G、图2J、图7和图8)。至于“大体上确定”，其意味着各个边缘21、23的形状分别与所形成的井29和基底27的形状相匹配，同时考虑刻蚀或其它工艺条件带来的微小变化。
图2C中示出的掩膜20(掩膜20被旋转以便于理解图案G的转移)可以被用于在抗蚀剂18中形成两个环形T。这样，图案化的抗蚀剂18’本身呈现环形T。每个环形T具有期望的外边缘至外边缘几何图形D，整个掩膜20上的每个图形T的外边缘至外边缘几何图形D可以相同或不同，这至少部分依赖于最终内部电极(参见例如图2I的附图标记EIC和图2L中的附图标记EICS)基底结构的期望最大直径(参见例如图2G的附图标记24和图2J的附图标记28)。在一个实施例中，外边缘至外边缘直径D等于或小于200nm。在另一个实施例中，外边缘至外边缘直径D的范围从大约100nm至大约200nm。在又一个实施例中，外边缘至外边缘直径D的范围从大约10nm至大约1000nm。可以理解，所述范围内的适用于这里公开的实施例的任何数字或范围也是可以接受的。另外，为直径D提供的数字和范围还可以适用于其它几何图形的外边缘21的一个或多个直径(例如正方形几何图形的外边缘21的每个边)。
图3A至图3D示出掩膜20、20’、20”、20”’的其它非限制性示例的顶视图。图3A所示的掩膜20包括具有圆形外边缘21和内边缘23的多个几何图案G，外边缘21和内边缘23中的每一个具有特定的外边缘至外边缘直径D。类似于图2C，掩膜20将导致使用电子束光刻在抗蚀剂18中形成多个环形T。掩膜20可以被用于形成圆锥状结构(参见例如图2I)、圆锥球状结构(参见例如图2L)或者圆柱状结构(参见例如图8)。图3B所示的掩膜20’包括具有三角形状外边缘21和内边缘23的多个几何图案G。掩膜20’可以被用于形成三面多边形状结构。图3C所示的掩膜20”包括具有正方形状外边缘21和内边缘23的多个几何图案G。掩膜20”可以被用于形成棱锥状结构(参见例如图7)。图3D所示的掩膜20”’包括具有八边形状外边缘21和内边缘23的多个几何图案G。掩膜20”’可以被用于形成八面多边形状的结构(未示出)。
可以理解，使用掩膜20、20’、20”、20”’实施例中的任一个，在图案化之后，抗蚀剂18的非图案化部分被选择性去除(如图2C所示)，从而留下图案化的抗蚀剂18’。
现在参见图2D和图1的附图标记102，掩膜层22被形成在图案化的抗蚀剂18’上和绝缘层16的被暴露部分上。掩膜层22的非限制性示例是铬或任何其它金属。掩膜层22的厚度范围通常从大约10nm至大约300nm，并且掩膜层22可以通过任何适合的技术(例如溅射、电子束光刻或热蒸发)形成。
然后，所形成的掩膜层22可以被图案化以去除掩膜层22的形成在图案化的抗蚀剂18’上的那些部分(参见图1的附图标记104和图2E)。这一图案化步骤在掩膜层22中形成初始几何图案的反向图案GI。词组“初始几何图案的反向图案GI”意思是在完成图案化之后图案化层的剩余部分实际上没有呈现图案(像图案化的抗蚀剂18’那样)的形状，而是在图案化之后图案化层的剩余部分限定了被去除部分的几何图案GI。如图2E所示，被转移的或反向的几何图案GI(在该示例中是环形)实际上由图案化的掩膜层22’与呈现在图案几何图形上的图案化的掩膜层22’本身相对地确定。这一步骤形成图案化的掩膜层22’，并且还暴露出部分绝缘层16。
再次参见图1的附图标记104，但是现在还参见图2F，现在图案化绝缘层16的被暴露部分(即由于掩膜层22被图案化而暴露的那些部分)。这个图案化步骤在绝缘层16中形成几何图案的反向图案GI。如图2F所示，反向几何图案GI由图案化的掩膜层22’和图案化的绝缘层16’两者来确定。这个步骤形成图案化的绝缘层16’，并且还暴露出部分基板14。
掩膜层22和绝缘层16都可以通过剥离工艺来图案化。尽管层22和层16的图案化被示为连续工艺，但可以理解，这些层16、22可以同时被图案化。
图2G示出圆锥状内部电极EIC的圆锥状三维基底结构24的形成。如附图标记106所描述的，对基板14的位于反向几何图案GI下面的部分进行干法刻蚀(例如通过HBr刻蚀或任何其它的反应离子刻蚀工艺)。当几何图案G、GI具有可期望的外边缘至外边缘直径D并且对应于几何图案G、GI的直径来控制刻蚀时间时，可以实现期望的圆锥状基底结构24。因此，几何图案G的起始尺寸至少部分地确定用于在基板14中形成期望三维结构(在该示例中是圆锥状基底结构24)的刻蚀时间。
作为一个非限制性示例，当使用100nm外边缘至外边缘直径的圆形图案时，刻蚀持续大约2.5分钟以实现圆锥状基底结构24。图4A中示出使用100nm圆形图案和2.5分钟刻蚀时间形成的圆锥状基底结构24。作为另一个非限制性示例，当使用200nm外边缘至外边缘直径的圆形图案时，刻蚀持续大约5分钟以实现圆锥状基底结构24。图4B中示出使用200nm圆形图案和5分钟刻蚀时间形成的圆锥状基底结构24。可以理解，初始几何图案G和/或刻蚀时间可以被进一步调整以改变圆锥状基底结构24的特征尺寸(例如直径、高度等)。具体来说，当刻蚀继续时，尖端25可以变得越来越小。在这一系列附图中所示的圆盘状环形图案和预定时间的干法刻蚀导致了纳米尺度(即最大直径(在结构24的基底27处)等于或小于1000nm)的圆锥状基底结构24的形成。
如图2G所示，干法刻蚀工艺在反向几何图案GI下的区域处的基板14内的井29中形成圆锥状基底结构24。如所示，每个圆锥状结构24位于相应的井29内。在刻蚀期间，井29的壁被限定为与图案化的掩膜22’的某些部分成一直线，并且被限定在剩余的未刻蚀基板14中。同样在刻蚀期间，会消耗图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’的其它部分P(在图2F中示出并且在图2G中被去除)。最终的圆锥状基底结构24与基板14的其它区域整体形成，但是被定位在相应的井29内，使得每个圆锥状基底结构24与留在基板14未刻蚀部分上的图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’隔开一段间距。因此，每个圆锥状基底结构24的周界被图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’包围，但是与图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’电隔离。
圆锥状基底结构24的尖端25被示为与基板14的表面齐平。然而，可以理解，圆锥状基底24可以从基板表面显著地凹进，使得基板14的井29中的圆锥状基底24可以被形成为限定气体或液体的特定探测容积。
现在参见图2H和图1的附图标记108，从图案化的绝缘层16’的剩余部分去除图案化的掩膜层22’的剩余部分。这可以通过任何适合的选择性去除工艺完成，该去除工艺去除图案化的掩膜层22’而不会对圆锥状基底结构24、基板14或者剩余的图案化的绝缘层16’产生不利影响。在一个实施例中，整个结构可以被浸入适于去除特定掩膜层22、22’材料而不会影响结构的其它材料的刻蚀剂(例如铬刻蚀溶液)中。这种类型的工艺导致从剩余的图案化的绝缘层16’化学剥离剩余的图案化的掩膜层22’。
图1的附图标记110和图2I示出圆锥状内部电极EIC和圆锥状外部电极EO(这里的内部电极和外部电极也被称为第一电极和第二电极)的形成。相应的金属层26、26’被选择性沉积在：i)圆锥状基底结构24上，从而形成内部电极EIC，以及ii)图案化的绝缘层16’的剩余部分上，从而形成外部电极EO。在一个实施例中，金属层26、26’经由角度金属沉积、聚焦离子或电子束诱导气体注入金属沉积或激光诱导金属沉积被选择性沉积在相应的期望区域上。然而，可以理解，可以使用其它选择性沉积工艺。金属层26、26’各自的厚度范围从大约10nm至大约200nm。如图2I所示，沉积在每个圆锥状基底结构24上的金属层26通过剩余的图案化的绝缘层16’而与金属层26’电隔离。
通常，每个金属层26、26’由拉曼活性材料形成。适合的拉曼活性材料包括等离子体频率在可见光区域内并且不太有损耗(即产生不期望的衰减或电能耗散)的那些金属。等离子体频率依赖于金属中自由电子的密度，并且对应于自由电子从均衡空间分布发生位移时电子海的自由振荡频率。这种拉曼活性材料的非限制性示例包括诸如金、银、铂和钯之类的贵金属或者诸如铜的其它金属。
一旦形成金属26、26’，传感装置10的一个实施例就形成了。在图6中示出了图2I的装置10的透视图。该图清晰地示出了外部电极EO是其中形成有圆形孔穴(与井29对应)的金属26’的连续薄片。该图还清晰地示出了外部电极EO是怎样与每个内部电极EO电隔离的。
现在参见图1、图2A至图2F和图2J至图2L，将讨论用于形成包括圆锥球状电极EICS的传感装置10’的方法实施例。尽管图2A至图2F和图2J至图2L中所示的方法导致形成两个内部电极EICS和一个连续的外部电极EO，但同样应当理解，可以形成单个内部电极EICS或者可以形成包括三个或更多个内部电极EICS的阵列。
可以理解，上面结合图1(附图标记100-104)和图2A至图2F所述的材料和方法适用于该方法实施例，因此将不再讨论。简单重申，抗蚀剂18被图案化有期望的几何图案G(如图2C所示)，沉积掩膜层22，然后掩膜层22和绝缘层16被图案化以限定反向几何图案GI(如图2F所示)。
现在参见图1、附图标记106和图2J，形成圆锥球状内部电极EICS的基底结构28。如附图标记106所描述的，使用前面讨论的技术对基板14的位于反向几何图案GI下面的部分进行干法刻蚀。
类似于形成圆锥状基底结构24，当几何图案G、GI具有可期望的尺寸，并且对刻蚀时间进行控制时，可以实现期望的圆锥球状基底结构28。在这个实施例中，圆形几何图案G(如图2C所示)的起始外边缘至外边缘直径D和期望的最终形状至少部分确定用于形成相应基底结构24、28的刻蚀时间。可以理解，在刻蚀期间，掩膜层22’遮蔽下面的材料。这有助于在井29中形成最终的圆锥球状基底结构28。通常，用于形成圆锥球状基底结构的刻蚀时间比用于形成类似尺寸的圆锥状基底结构24的刻蚀时间短。
作为一个非限制性示例，当使用100nm外边缘至外边缘直径的圆形图案时，刻蚀持续大约1分钟以实现圆锥球状基底结构28。图5A中示出使用100nm外边缘至外边缘直径圆形图案和1分钟刻蚀时间形成的圆锥球状基底结构28。作为另一个非限制性示例，当使用200nm外边缘至外边缘直径的圆形图案时，刻蚀持续大约2.5分钟以实现圆锥球状基底结构28。图5B中示出使用200nm外边缘至外边缘直径圆形图案和2.5分钟刻蚀时间形成的圆锥球状基底结构28。可以理解，初始几何图案G和/或刻蚀时间可以进一步被调整以改变圆锥球状基底结构28的特征尺寸(例如圆锥部或球部的直径、高度等)。然而，可以理解，刻蚀太长时间会导致圆锥状基底结构24或甚至是变平的或圆柱结构。
如图2J所示，这个实施例中的干法刻蚀工艺在形成于基板14中的井29中反向几何图案GI下面的区域处形成圆锥球状基底结构28。在刻蚀期间，井29的壁被限定为与图案化掩膜22’的部分成一直线，并且被限定在剩余的未刻蚀基板14中。在刻蚀期间，会消耗图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’的其它部分P(在图2F中示出并在图2J中被去除)。最终的圆锥球状基底结构28与基板14的其它区域整体形成，但是被定位在相应的井29内，使得每个圆锥球状基底结构28与留在基板14的未刻蚀部分上的图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’隔开一段间距。因此，每个圆锥球状基底结构24的周界被图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’包围，但是与图案化的绝缘层16’和图案化的掩膜层22’隔离。
现在参见图2K和图1的附图标记108，从图案化的绝缘层16’的剩余部分去除图案化的掩膜层22’的剩余部分。这可以像前面所述的那样完成。
图1的附图标记110和图2L示出圆锥球状内部电极EIC和圆锥球状外部电极EO(这里也分别被称为第一电极和第二电极)的形成。相应的金属层26、26’(使用前面所述的材料)被选择性沉积(例如通过角度金属沉积、聚焦离子或电子束诱导气体注入金属沉积或激光诱导金属沉积)在：i)圆锥球状基底结构28上，从而形成内部电极EICS，以及ii)图案化的绝缘层16’的剩余部分上，从而形成外部电极EO。如图2I所示，沉积在每个圆锥球状基底28上的金属层26通过剩余的图案化的绝缘层16’与金属层26’电隔离。一旦形成金属26、26’，传感装置10’的其它实施例就形成了。
现在参见图7，示出包括圆柱状/柱状内部电极EICP的装置10”的示例。在这个实施例中，图2C和3A中所示的具有圆形几何图案G的掩膜20可以被用于形成三维圆柱状基底结构30。金属26可以被选择性沉积在掩膜20上(如前所述)以形成图7中所示的对应的圆柱状/柱状电极EICP。这种圆柱状/柱状基底结构30可以通过类似于这里参考图2A至图2I所描述的方法形成，不同之处在于使用更加定向的刻蚀方法。
现在参见图8，示出包括棱锥状内部电极EIP的装置10”的示例。在这个实施例中，具有图3C所示的正方形几何图案G的掩膜20”可以被用于形成三维棱锥状基底结构32。这里所述的沉积和刻蚀技术可以被用于形成结构10”’的各个元件，并且可以改变刻蚀条件以实现期望的基底结构32。这种棱锥状基底结构32具有逐渐缩小以形成尖端25的四个面。这种结构32的基底27类似于正方形图案G的内边缘23。金属26可以被选择性沉积在结构32上(如前所述)以形成图8所示的对应的棱锥状内部电极EIP。
图9和10分别示出传感装置10和10’。这些附图中示出的传感装置10、10’的每个实施例包括与各自的单个连续外部电极EO电隔离的多个各自的内部电极EIC。每个附图还示出施加于各个电极EIC、EO和EICS、EO的偏压。可以理解，由于基板14至少是半导电的，因此可以被用于向内部电极EIC、EICS中的每一个施加偏压。可以理解，还可以将内部电极EICP和EIP形成为阵列。
图9中所示传感装置10的实施例被认为特别适合用作光学传感器。例如，传感装置10可以被用作表面增强拉曼光谱学(SERS)基板。可以认为，在偏压下，传感装置10会引入能够增强SERS强度的电场调制。可以进一步认为，在偏压下，电场会将更多的分子种类/分析物吸引至圆锥状电极EIC的尖端/顶端。尖端处化学种类或生物种类的浓度增加则会增强SERS信号。这在将精确限定的小量低浓度分析物引入到单个井29中时特别重要。具体来说，能够以装置10的改进的响应时间完成对分析物分子的定量分析(即分子在电场下到达热点所需的时间比仅仅靠扩散到达热点所需的时间短)。使用传感装置10的SERS系统还包括被定位为向装置10发射光的激励/激发光源，以及被定位为接收所发射的SERS信号的探测器。图8所示的装置10”’也可以特别适合用作光学传感器。
图10所示传感装置10’的实施例被认为特别适合用作电传感器。传感装置10’的配置允许将偏压施加在电极EICS和EO两端。可以认为由圆锥球状电极EICS的球部分提供的高表面面积适用于进行电传感。具体来说，由球部分提供的表面区域为所研究的种类提供超额捕获。当用作用于分解气体分子的气体传感器时，这种结构可能是有利的。图7所示的装置10”也可以特别适合用作电传感器。
尽管详细描述了一些实施例，但对于本领域技术人员来说，可以修改所公开的实施例是显而易见的。因此，上面的描述被认为是示例性的而不是限制性的。
Claims (15)
1.一种传感装置(10、10’)，包括：
基板(14)；
形成在所述基板(14)上的第一电极(EIC、EICS)，所述第一电极(EIC、EICS)具有三维形状；以及
形成在所述基板上的第二电极(EO)，使得所述第二电极(EO)与所述第一电极(EIC、EICS)电隔离并且围绕所述第一电极(EIC、EICS)的周界。
2.根据权利要求1所述的传感装置(10、10’)，其中所述三维形状选自圆锥状、圆锥球状、圆柱状和具有朝向尖端成角度的至少三个面的多边形状。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的传感装置(10、10’)，其中所述第一电极(EIC、EICS)是形成在多层结构上的金属层(26)，所述多层结构包括至少半导电的基底(24、28)和形成在所述至少半导电的基底(24、28)上的绝缘层(16、16’)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感装置(10、10’)，其中所述第二电极(EO)是包括至少半导电的基底(14)和形成在所述至少半导电的基底(14)的至少一部分上的金属层(26’)的多层结构。
5.根据权利要求3和4所述的传感装置(10、10’)，其中所述基板(14)是半导体或导体，并且其中所述至少半导电的基底(14、24、28)与所述基板(14)整体形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感装置(10、10’)，其中：所述第一电极(EIC)具有圆锥状，并且其中所述传感装置(10)被配置用于光学传感；或者其中所述第一电极(EICS)具有圆锥球状，并且其中所述传感装置(10’)被配置用于电传感。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感装置(10、10’)，其中所述装置(10、10’)被配置为使得能够将偏压施加至所述基板(14)的单个部分。
8.一种传感装置(10、10’)，包括：
基板(14)，
形成在所述基板(14)上的第一电极(EIC、EICS)的阵列，所述第一电极(EIC、EICS)中的每一个具有三维几何形状；以及
形成在所述基板(14)上的第二电极(EO)，使得所述第二电极(EO)与所述第一电极(EIC、EICS)中的每一个电隔离并且围绕所述第一电极(EIC、EICS)中的每一个的周界。
9.根据权利要求8所述的传感装置(10、10’)，其中所述三维形状选自圆锥状、圆锥球状、圆柱状和具有朝向尖端成角度的至少四个面的多边形状。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的传感装置(10、10’)，其中所述第一电极(EIC、EICS)中的每一个是形成在多层结构上的金属层(26)，所述多层结构包括第一电极半导体基底(24、28)和形成在所述第一电极半导体基底(24、28)上的绝缘层(16、16’)；其中所述第二电极(EO)是包括第二电极半导体基底(14)和形成在所述第二电极半导体基底(14)的至少一部分上的金属层(26’)的多层结构；其中所述基板(14)是半导体；并且其中所述第一电极半导体基底(24、28)和所述第二电极半导体基底(14)与所述基板(14)整体形成。
11.一种制备传感装置(10、10’)的方法，包括：
图案化抗蚀剂(18)以在其中形成几何图案(G)，所述几何图案(G)由外边缘和内边缘限定，并且所述抗蚀剂(18)形成在支撑件(12)上，所述支撑件(12)包括基板(14)和位于所述基板(14)上的绝缘层(16)；
在图案化的抗蚀剂(18’)上沉积掩膜层(22)；
图案化所述掩膜层(22)和所述绝缘层(16)中每一个的一部分，使得所述几何图案的反向图案(GI)被转移到所述掩膜层(22)和所述绝缘层(16)，并且使得所述图案化的抗蚀剂(18’)被去除；
以预定时间干法刻蚀所述基板(14)的位于反向几何图案(GI)下面的部分，以形成具有与所述几何图案(G)的形状相对应的周界形状的三维结构(24、28、30、32)，i)任何绝缘层(16’)和掩膜层(22’)从所述三维结构(24、28、30、32)去除，并且ii)所述三维结构(24、28、30、32)的周界与所述基板(14)上具有所述绝缘层(16’)和掩膜层(22’)的剩余部分的其它部分隔开一间距；
从所述绝缘层(16’)的剩余部分去除所述掩膜层(22’)的剩余部分；以及
i)在所述三维结构(24、28、30、32)的至少一部分上，以及ii)在所述绝缘层(16’)的剩余部分上，选择性形成金属层(26、26’)，以i)形成第一电极(EIC、EICS)，以及ii)形成与所述第一电极(EIC、EICS)电隔离的第二电极(EO)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述几何图案(G)的至少一个尺寸的范围从大约100nm至大约200nm。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，进一步包括控制干法刻蚀工艺的所述预定时间以控制i)所述三维结构(24、28、30、32)的形状，以及ii)所述三维结构(24、28、30、32)的特征尺寸。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述抗蚀剂(18)的图案化通过电子束光刻完成，并且其中图案化所述掩膜层(22)和所述绝缘层(16)中每一个的所述部分通过剥离工艺完成。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，进一步包括：
图案化所述抗蚀剂(18)以在其中形成多个所述几何图案(G)；
图案化所述掩膜层(22)的部分和所述绝缘层(16)的部分，使得所述多个几何图案中每一个的反向图案(GI)被转移至所述掩膜层(22)和所述绝缘层(16)；
以预定时间干法刻蚀所述基板(14)的位于反向几何图案(GI)下面的各个部分，以在各个基板部分中形成多个三维结构(24、28、30、32)，i)所述三维结构(24、28、30、32)各自具有与所述几何图案(G)的形状相对应的周界形状；ii)任意绝缘层(16’)和掩膜层(22’)从各个三维结构(24、28、30、32)去除，并且iii)各个三维结构(24、28、30、32)的周界与所述基板(14)上具有所述绝缘层(16’)和掩膜层(22’)的剩余部分的的其它部分隔开一间距；
从所述绝缘层(16’)的剩余部分去除所述掩膜层(22’)的剩余部分；以及
i)在所述多个三维结构(24、28、30、32)中每一个的至少一部分上，以及ii)在所述绝缘层(16’)的剩余部分上，选择性形成金属层(26、26’)，以i)形成多个第一电极(EIC、EICS)，以及ii)形成与所述多个第一电极(EIC、EICS)电隔离的第二电极(EO)。
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