CN105705942B - 用于测量在生物的、化学的或者其他试样处的小的电压和电势的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量在生物的、化学的或者其他试样处的小的电压和电势的设备和方法。所述设备包括至少一个具有源极、漏极和栅极的场效应晶体管，所述栅极与试样接触，并且通过栅极电介质与场效应晶体管的导电沟道绝缘，以及包括用于在源极和漏极之间施加电压的装置和用于对栅极加载偏置电压的装置。按照本发明，栅极电介质在其内部具有至少一个积聚点，所述积聚点能够从沟道捕获载流子，并且相反地发出给沟道。通过这样的积聚点永久地以统计方式将载流子与沟道交换，所述积聚点将流过沟道并且因此流过晶体管的电流与电报调制信号叠加，所述电报调制信号的表示特性的时间常数代替迄今所使用的漏极电流时间平均值可以被用作用于试样的电势或者电压的测量信号。由此所测量的信息的较大的分量鉴于所寻求的结果被分析，这明显地改善测量的灵敏度和精度。

Description

用于测量在生物的、化学的或者其他试样处的小的电压和电 势的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量在生物的、化学的和其他试样处的小的电压和电势的设备和方法。

背景技术

生物试样的许多特性与电荷的吸收、发出或者空间重组有关，并且因此可以间接地和非侵入地通过电势的改变被测量，所述电荷在靠近测量设备时引起所述电势的改变。这样的这种类型的测量设备经常包含场效应晶体管，所述场效应晶体管的栅极与试样接触。试样在栅极处改变电势并且因此调制在预先给定的漏极源极电压的情况下通过晶体管驱动的电流。不利的是，用于研究在生物的、化学的和其他试样处的小的电压和电势的这种测量的信号太小。

由（S. Sorgenfrei，C. Chiu, M. Johnston，C. Nuckolls，K. L. Shepard，“Debye Screening in Single-Molecule Carbon Nanotube Field-Effect Sensors”，Nano Letters 2011（11），3739-3743（2011））已知一种测量设备，所述测量设备使用碳纳米小管（Nanoröhrchen）作为场效应晶体管。纳米小管被功能化用于积聚具有晶格缺陷（Fehlstelle）的生物分子。生物分子与该晶格缺陷的结合以及生物分子与所述晶格缺陷的去耦在通过纳米小管驱动的电流中产生双能级电报噪声，利用所述双能级电报噪声可以研究结合和去耦的动力学。

发明内容

任务和解决方案

本发明的任务是，除与晶格缺陷的结合和去耦的动力学之外，能够定量地以比按照迄今的现有技术更好的精度测定试样的其他特性，所述其他特性能够引起电势变化。

所述任务按照本发明通过按照独立权利要求的设备和通过按照并列权利要求的方法被解决。其他的有利扩展方案由对其回引的从属权利要求得出。

发明主题

在本发明的范围中阐明用于测量试样的小的电压和电势或者其他电参量的设备。所述设备包括至少一个具有源极、漏极和栅极的场效应晶体管以及用于在源极和漏极之间施加电压的装置以及用于对栅极加载偏置电压的装置，其中所述栅极与试样接触并且通过栅极电介质与场效应晶体管的导电的沟道绝缘。

按照本发明，栅极电介质在其内部具有至少一个积聚点（Anlagerstelle），所述积聚点能够从沟道中捕获载流子并且能够相反地将载流子发出给沟道。

通过这样的积聚点永久地以统计方式与沟道交换载流子，所述积聚点将流过沟道并且由此流过晶体管的电流与在两个能级之间的统计的分级波动叠加。所述能级对应于两种可能的状态，即积聚点用载流子占用或者不被占用。这样的波动在半导体电子设备中通常是不期望的，从而采取努力以便将所述波动最小化。因为波动的时间变化过程与在电报线路上的莫尔斯信号的时间变化过程相似，所以为所述波动引进名称“电报噪声”（randomtelegraph noise（随机电报噪声））。

已认识到的是，对于载流子交换的可能性非常灵敏地取决于在积聚点的位置处的电势如何与费米能级有关。通过生物分子的靠近引起的小的电势变化已经剧烈地改变所述可能性。这在波动的表示特性的特征参量中、尤其在用于通过积聚点捕获和/或用于发出载流子的时间常数中表现出来。所述时间常数分别通过两个电流能级中的每个电流能级所存在的持续时间确定。在生物分子结合到栅极上或者仅仅触碰所述栅极之前，明显的信号已经是可测量的。栅极在此情况下一般不被金属化。使试样直接与栅极电介质接触，所述栅极电介质可选地可以在一些点处利用附加的分子被功能化用于结合感兴趣的试样分子。

由波动引起的、由在离散电流能级之间的突然的分级跃迁构成的有效信号在下面被称为电报调制信号，其中所述跃迁的时间点分别以统计方式分布。

与迄今的现有技术不同，电报调制信号不是在试样与测量设备相互作用的位置处、而是在栅极电介质的内部被产生。积聚点不与试样直接地触碰。当电报调制信号的特征改变时，这因此仅通过由试样引起的电势变化而决定并且不受试样的另外的特性影响。因此在不同试样处的相继的测量可以定量地彼此被比较。

与现有技术相比更强的信号的原因一方面是电报调制信号的两个能级通过较大的能隙彼此分开。按照现有技术，两种状态仅相差别生物分子到纳米小管中的晶格缺陷的结合能。为了在栅极电介质中的按照本发明所使用的晶格缺陷与沟道之间交换电荷，明显较高的能量数值（库伦（coulomb）能）是必要的。另一方面，所述两个能级之间的差别也较强地对通过晶体管的电流采取有力措施（durchgreifen），其方式是积聚点处于沟道附近。相反地，按照现有技术生物分子在纳米小管处的积聚仅通过图像电荷效应被传送（vermitteln）给沟道并且因此明显较弱地对电流采取有力措施。

积聚点的作用可以以不同的方式被定制，以便使设备对于电势的特定的测量范围是特别灵敏的。为此，例如可以使用在栅极电介质的材料内的屏蔽效应。对于在积聚点和沟道之间的电荷的交换是必要的能量数值以及用于所述电荷交换的作用横截面可以尤其通过积聚点在栅极电介质内的位置来预先给定。同时费米能级可以通过在栅极处的偏置电压在宽的界限中被推移。栅极电介质可以有利地包含多个积聚点，所述积聚点在用于电荷交换的能量数值方面相区分，使得测量可以在多个测量范围中同时被执行。然而为了仍能够安全地彼此区分信号数值，多于五个的积聚点不应该同时是有效的。

在本发明的一种特别有利的扩展方案中，积聚点是栅极电介质中的局部缺陷。所述局部缺陷可以有利地尤其通过以下方式被引入到栅极电介质中：

•通过栅极电介质的化合物元素的局部耗尽和/或晶格缺陷、尤其通过氧的局部耗尽和/或晶格缺陷，和/或

•通过退火，和/或

•通过不同介电材料的组合、诸如二氧化硅/Ta₂O₅、SiO₂/Al₂O₃或者SiO₂/高K电介质等等，

•通过机械应力或者在沟道和其他材料之间、诸如在Si和Si_1-xGe_x之间的其他表面状态，

•通过利用电离辐射或者电子辐射对栅极电介质的局部损害，和/或

•通过将异质离子植入到栅极电介质中，和/或

•通过机械压应力和/或拉应力，和/或

•通过在场效应晶体管临时过载的情况下将来自沟道的热的载流子注入到栅极电介质中。

在不同的介电材料堆积的情况下，由于不同的晶格常数以及机械张力（Verspannungen）在两个介电层之间可能存在互相扩散。杂质（Störstelle）也可以在两个不同的介电层之间被交换。将对电介质施加影响的该可能性和其他可能性以总称“介电工程（dielectric engineering）”表示。

作为表面状态的机械张力例如可以通过两种材料的晶格常数的差别而形成或者也可以通过弯曲衬底故意地被引入。一些晶格缺陷可以通过机械应力产生。

积聚点有利地与场效应晶体管的导电的沟道相距最多2 nm，以便增强在积聚点处的电荷交换对通过沟道的电流采取有力措施（Durchgriff）。这与常见的场效应晶体管情况下的设计目的不一致，在常见的场效应晶体管情况下的设计目的中应当使在缺陷处的电报噪声对通过晶体管的电流的影响最小化。

在本发明的一种特别有利的扩展方案中，设备具有用于由漏极电流的统计的分级波动（电报调制信号）分析用于通过积聚点捕获载流子的时间常数和/或用于通过积聚点发出载流子的时间常数的装置，所述波动从积聚点出发。与有关的唯一的未知数是要测量的电势或者要测量的电压。而不取决于电势或者电压，而是基本上只取决于温度。通过改善统计的方式，精度随着测量时间增加而升高，其中利用所述精度可以确定时间常数。

如果设备具有用于分析在漏极电流的时间变化过程中不同长度的峰和/或谷的频率分布的装置，那么对于时间常数的统计分析是特别有利的。于是不仅用于最后确定时间常数的不同方法可供使用（例如平均值和中值），而且分布的形状和扩展附加地提供关于这样确定的值的可靠性和质量的信息。频率分布理想地是洛伦兹分布。

设备有利地具有用于分析漏极电流的频谱的装置。由该频谱可以确定截止频率f₀，利用所述截止频率刚好还传输电报调制信号。该截止频率f₀通过

与两个时间常数和关联。如果<<，则在方程式（1）中可以忽略对f₀的贡献，并且近似地适用的是

在大多数的应用中是感兴趣的测量参量，所述测量参量例如非常强烈地取决于试样的pH值。

如果相对于不是非常小，那么必须考虑对f₀的贡献。所述贡献不仅取决于温度而且取决于栅极电压。因此在<<适用、尤其适用的温度和/或栅极电压的情况下有利地执行测量。

在完整的频谱位置处，时间变化过程的一次（eine）测量也足够用于近似确定截止频率f₀，从所述测量中接着提取频率分量。因为近似地只取决于温度并且此外是恒定的，所以在充分恒定的温度情况下在栅极处的几个少数不同的偏置电压情况下f₀的一次测量就已经可以足以获得和因此获得所寻求的电势或者所寻求的电压。

由测量设备与试样的接触同时影响的积聚点的数量可以被控制，其方式是：可能地将仅一个或者仅几个少数这样的积聚点引入到栅极电介质中。为此，场效应晶体管的空间尺寸例如可以这样大大地减小，使得至少一个、而也不多于几个的少数积聚点以高的可能性位于栅极电介质中。每个积聚点在一定程度上大声地呼叫（ruft...laut aus）其表示特性的时间常数。如果多个声音可被听到，那么可以首先同时传输更多这样的信息；而从声音的临界数量开始，这些声音不再能够被彼此区分，并且根本不再传输信息。

可替代地或者与晶体管的缩小或者与在其制造时对积聚点的控制相结合地可以限制积聚点的数量，其方式是：试样在以下面上与场效应晶体管的栅极接触，即所述面在至少一个笛卡尔空间维度中具有在20和500 nm之间、优选地在20和100 nm之间的尺寸。在该范围内以高的可能性通过试样影响至少一个积聚点，使得设备可以提供信号。但是也以高的可能性影响不多于几个的少数积聚点，使得不同积聚点的信号贡献仍然可以被彼此区分。特别优选地，所述面在两个笛卡尔空间维度中具有在20和500 nm之间、完全特别优选地在20和100 nm之间的尺寸。

在其上试样与栅极相接触的平面例如可以在液态试样的情况下通过以下方式界定，即栅极被覆盖并且只有定义的面为试样的进入而暴露。在固态试样的情况下可以界定所述面，其方式是结构化相应小的试样。

利用按照本发明的设备例如可以在液体中探测各个分子、诸如DNA。然而因为可靠的测量仅持续几微秒，所以也可以实时地研究动态现象、诸如蛋白质的褶皱（Faltung）、通过酶对反应的催化作用或者DNA的杂交。

在德国专利申请10 2010 021 078.1中所描述的和要求保护的低噪声放大器特别适合用于测量通过晶体管的电流。

全部的对于设备给出的公开内容也明确地对在下面公开的方法适用。相反地，全部的对于方法所给出的公开内容也明确地对设备适用。

在本发明的范围内阐明了一种用于测量试样的小的电压和电势或者其他电参量的方法。在此，试样与场效应晶体管的栅极接触，在所述场效应晶体管的源极和漏极之间施加电压。在源极和漏极之间驱动（getriebenen）的电流中分析统计的分级波动（电报调制信号），所述波动从布置在试样和场效应晶体管的导电的沟道之间的积聚点出发，所述积聚点从沟道中捕获载流子并且相反地将载流子发出给沟道。

按照本发明，由用于通过积聚点捕获载流子和/或用于发出载流子的所述一个或多个时间常数分析电压或者电势。

已认识到的是，在通过晶体管驱动的电流的迄今常见的时间平均中，在信号中包含的信息的巨大的部分被丢弃。信号的时间变化过程不仅包含峰而且包含谷。从两者中可以获得关于所寻求的电势或者所寻求的电压的信息。如果现在在整个时间变化过程上执行取平均，峰和谷中的许多互相地消除，这迄今也是所期望的。发明人首次认识到，不同于到迄今为止的实践，峰和谷不是无用的。每个峰和每个谷是一份统计，该份统计贡献于时间常数和的确定并且因此改善其精度。因此所取决的所寻求的电势或者所寻求的电压也可以更精确地被确定。在给定的测量时间的情况下因此使用大得多的信息量。相反地，可以在较短的测量时间内获得预先给定的精度。

为了所述分析，由在漏极电流中的不同长度的峰和/或谷的频率分布来有利地分析至少一个时间常数。可替代地或者也与此组合的方式，由漏极电流的频谱来分析至少一个时间常数。

所测量的电势或者所测量的电压在各种情况下不是自我目标，而是试样的化学或者生物的特性的度量，所述特性以电荷的吸收、发出或者空间重组方式表现出来。通过电势或者电压按照本发明可以更快地和更精确地被确定，最后寻求的参量的测量也被改善。

在本发明的一种特别有利的扩展方案中，由用于通过积聚点捕获载流子的时间常数或者由来自漏极电流的频谱的截止频率f₀分析试样的pH值。pH值直接地与多少氢离子在场效应晶体管的栅极处积聚并且在那里贡献于局部电势相关。因此所述pH值与所述电势间接地相关，并且可以例如由用于电势的测量值来分析。因此，pH值是试样的电参量。当pH值是试样的在具体应用情况中唯一的感兴趣的特性时，也可以根据具有定义的pH值的测试试样进行直接的检定（Eichung），所述检定恰好将一个pH值分配给每个时间常数或每个截止频率f₀。基于这样的检定，pH值可以在不经由电压或者电势绕远的情况下直接地由或者由f₀被分析。

附图说明

以下，本发明的主题借助于图阐述，而本发明的主题不由此被限制。其中：

图1以截面图示出按照本发明的设备的实施例（子图a）和示出流过沟道的电流的变化过程（子图b）。

图2作为按照本发明的设备的实施例示出纳米线场效应晶体管的扫描电子显微镜照片。

图3示出试样的pH值对漏极电流I_D与栅极电压V_G的函数关系的影响。

图4示出试样的pH值对电报调制信号的截止频率f₀的影响。

图5示出在电报调制信号的时间常数（上面的曲线）上和在漏极电流I_D（下面的曲线）上的pH测量的灵敏度的比较。

具体实施方式

图1a以截面图示出按照本发明的设备的实施例。掺杂的、高度植入的半导体区域2a和2b位于衬底13上，所述区域通过金属接触部1a和1b与外界接触。半导体纳米沟道7处于区域2a和2b之间，所述纳米沟道7明显地比区域2a和2b不太强烈地被掺杂。接触部1a与接地10连接并且接触部1b与用于漏极源极电压V_DS的电压源11连接。在所述电路中，区域2a作为源极起作用，并且区域2b作为漏极起作用。通过纳米沟道7输送的并且在那里作为实心圆示出的载流子6是空穴。其流向通过在纳米沟道7中绘制的箭头说明。

纳米沟道7和区域2a和2b的部分用栅极电介质3覆盖。栅极电介质3同时构成用于试样液体8的容器4的电绝缘底部。容器4将试样液体8与接触部1a和1b绝缘。试样液体8的电势可以通过具有电压V_G的参考电极9被设置。试样液体8包含要研究的分子12。

栅极电介质3在其内部在与纳米沟道7的界面附近包含点缺陷5，所述点缺陷5能够与纳米沟道7交换载流子6（空穴）。在每个时间点，点缺陷5要么用空穴6占据要么不被占据。这在片断放大中被阐明。

如果点缺陷不用载流子6（空穴）占据，那么所述点缺陷是带负电荷的。在沟道中在缺陷的附近有局部的耗尽区，空穴在所述耗尽区中积聚，并且不再被提供用于通过沟道的电流输送。

当点缺陷5用载流子6（空穴）占据时，所述点缺陷5按电荷（ladungsmäßig）被中和。在该情况下，在点缺陷附近载流子的局部耗尽区消失，并且不再妨碍通过沟道的电流输送。因此比在点缺陷不被占据时更高的电流流过纳米沟道。当点缺陷5按统计时序在两个状态“占据”和“不占据”之间切换时，在两个能级之间的统计的分级波动被调制到流过纳米沟道7的电流上。

如果要研究的分子12之一在栅极电介质3的表面处积聚，则这具有两个效果：

•流过纳米沟道7的电流由于静电影响通过分子12被改变恒定的偏移△I^b。

•用于通过点缺陷5捕获空穴6的时间常数（非常强烈地）和用于将所述空穴6返回给纳米沟道7的（明显不太强烈地）也改变。通过时间常数的差别例如可以确定通过试样分子12改变的在栅极处的局部电势、分子12在试样液体8中的浓度或者试样液体8的pH值。

衬底13可以例如是未掺杂的半导体、用氧化物层钝化的半导体（例如SOI衬底）或者介电衬底。

图1b示出在没有在栅极电介质3的表面处积聚的试样分子12（区域A）情况下和在具有在栅极电介质3的表面处积聚的试样分子12（区域B）的情况下流过沟道的电流的变化过程。电流以统计方式在两个能级之间波动，所述能级对应于两个状态“点缺陷5被占据”和“点缺陷5是空着的”。在此，当点缺陷5用空穴占据时，存在较高电流的状态。该状态持续的平均持续时间是时间常数。该状态存在的各个阶段的持续时间以洛伦兹（Lorentz）分布围绕平均值扩散。

如果点缺陷5是空着的，那么存在较低电流的状态。该状态持续的平均持续时间是时间常数。该状态存在的各个阶段的持续时间以洛伦兹分布围绕平均值扩散。

在结合试样分子12后，不仅电流偏差偏移△I^b而且时间常数 ^b和 ^b的变化均是明显可见的。

图2示出按照本发明的设备的实施例。该图是p⁺-p-p⁺硅纳米线场效应晶体管的扫描电子显微镜照片。从源极S向漏极D伸展的纳米线N是500nm长、100nm宽和50nm厚。该纳米线典型地利用-0.1V的漏极源极电压和-0.9V的栅极偏置电压被运行。晶体管在测量时通过9nm厚度的SiO₂钝化层被保护免受侵略性试样。在晶体管的表示特性的长度进一步缩小到大约20nm的情况下，发明人预期将灵敏度进一步提高多个数量级。对于纳米级晶体管的制造，发明人已经在试验中证实纳米压印方法是特别有利的。

图3对于试样液体8的不同的pH值示出与通过参考电极9提供的栅极电压V_G有关的漏极电流I_D的变化过程。对于左边的曲线簇，电流线性地被绘制（左刻度），对于右边的曲线簇，电流以对数的方式被绘制（右刻度）。按照现有技术，从这些电流变化过程中分析pH值。尽管pH值在5.5和8.5之间的宽的区域上延伸，但是电流变化过程仅微弱地改变。按照现有技术的测量方法因此比较不灵敏。

图4示出利用按照本发明的设备执行的按照本发明的方法的实施例。对于与在图3中相同的试样液体pH值，由漏极电流的频谱确定的截止频率f₀分别被绘制为pH值的函数。首次表明了，pH值的变化比在图3中示出的电流变化过程明显更强烈地改变截止频率f₀。

该变化可以更明显地被强调，其方式是：漏极电流的频谱多次、例如至少10次、优选地至少50次并且完全特别优选地至少100次地被记录，并且单测量通过取平均被联合成针对谱的最终结果。因为与试样液体的pH值无关，所以它对f₀的影响是纯统计的，并且单测量越多地进入取平均，所述影响越多地被减小。在图4中示出的示例中，处于与相同的数量级。

随取平均而出现的测量时间延长可以被抵抗，其方式是：仅记录在截止频率f₀由于试样液体的pH值的变化可能改变的该频率范围中的谱。

图5在另一实施例中将用于测量液态试样的pH值的按照本发明的方法的灵敏度（曲线A、通过实心矩形象征性表示的测量点）与按照现有技术的方法的灵敏度比较，其中仅漏极电流的时间平均值被分析（曲线B、通过非实心圆象征性表示的测量点）。

试样的pH值从5.5出发以0.5的步长驶向直至8.5。在按照本发明的方法中，用于将载流子6从沟道7捕获到点缺陷5中的时间常数分别被测量。在按照现有技术的方法中，漏极电流的时间平均值I_D分别被测量，类似于图3。在最小和最大pH值之间的信号的差别在按照现有技术的方法中为1.95，而在按照本发明的方法中为7。因此灵敏度被改善是现有技术的大约3.5倍。

pH值直接地与多少氢离子在场效应晶体管的栅极电介质3处积聚并且在那里贡献于电势变化相关。这不仅对漏极电流起作用而且对通过点缺陷5引起的波动起作用。

Claims (14)

1.用于测量试样的小的电压和电势或者其他电参量的设备，包括至少一个具有源极、漏极和栅极的场效应晶体管，所述栅极与试样接触，并且通过栅极电介质与场效应晶体管的导电的沟道绝缘，以及包括用于在源极和漏极之间施加电压的装置和用于对栅极加载偏置电压的装置，其特征在于，

所述栅极电介质在其内部具有至少一个积聚点，所述积聚点能够从沟道捕获载流子，并且相反地将载流子发出给沟道，其中当由波动引起的、由在离散电流能级之间的突然的分级跃迁构成的有效信号的特征改变时，其中所述跃迁的时间点分别以统计方式分布，这仅通过由试样引起的电势变化而决定并且不受试样的另外的特性影响，以及其中所述栅极的为了与液相试样接触所设置的面在至少一个笛卡尔空间维度中具有在20和500 nm之间的尺寸，其中所述其他电参量对应于PH值。

2.按照权利要求1所述的设备， 其特征在于，积聚点是栅极电介质中的局部缺陷。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述缺陷通过以下方式被引入到栅极电介质中：

通过栅极电介质的化合物元素的局部耗尽和/或晶格缺陷，和/或

通过退火，和/或

通过不同介电材料的组合，和/或

通过机械应力或者在沟道和其他材料之间的其他表面状态，和/或

通过利用电离辐射或者电子辐射对栅极电介质的局部损害，和/或

通过将异质离子植入到栅极电介质中，和/或

通过机械压应力和/或拉应力，和/或

通过在场效应晶体管的临时过载的情况下将来自沟道的热的载流子注入到栅极电介质中。

4.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，积聚点与场效应管的导电的沟道相距最高2nm。

5.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于由漏极电流的统计的分级波动分析用于通过积聚点捕获和/或用于发出载流子的时间常数的装置，所述波动从积聚点出发。

6.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于分析在漏极电流的时间变化过程中不同长度的峰和/或谷的频率分布的装置。

7.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于分析漏极电流的频谱的装置。

8.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，试样在以下面上与场效应晶体管的栅极接触，所述面在至少一个笛卡尔空间维度中具有20和100nm之间的尺寸。

9.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述栅极的为了与液相试样接触所设置的面在两个笛卡尔空间维度中具有在20和500 nm之间的尺寸。

10.按照权利要求3所述的设备，其特征在于，所述缺陷通过氧的局部耗尽和/或晶格缺陷被引入到栅极电介质中。

11.用于测量试样的小的电压和电势或者其他电参量的方法，其中所述试样与场效应晶体管的栅极接触，电压施加在所述场效应晶体管的源极和漏极之间，并且在漏极和源极之间驱动的电流的统计的分级波动被分析，所述波动从布置在试样和场效应晶体管的导电的沟道之间的积聚点出发，所述积聚点从沟道捕获载流子并且相反地将载流子发出给沟道，其特征在于，由用于通过积聚点捕获和/或用于发出载流子的一个或多个时间常数来分析电压或者电势，其中当由波动引起的、由在离散电流能级之间的突然的分级跃迁构成的有效信号的特征改变时，其中所述跃迁的时间点分别以统计方式分布，这仅通过由试样引起的电势变化而决定并且不受试样的另外的特性影响。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，由漏极电流中的不同长度的峰和/或谷的频率分布来分析至少一个时间常数。

13.按照权利要求11至12之一所述的方法，其特征在于，由漏极电流的频谱来分析至少一个时间常数。

14.按照权利要求11至12之一所述的方法，其特征在于，由用于通过积聚点捕获载流子的时间常数或者由来自漏极电流的频谱中的截止频率f₀来分析试样的pH值。