CN110050187B - 用于测量试样的小电位的设备、该设备的制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量试样的小的电位的纳米结构化的设备。该设备包括：至少一个具有栅极的场效应晶体管，其具有液密的外边缘；以及用于以电压来加载栅极的装置。该设备特征在于，所述设备具有衬底和至少两个布置在所述衬底上的交叉的由半导体材料制成的纳米线（101、102），所述纳米线分别具有源极和漏极触点与用于在相应的所述源极和漏极触点之间施加电压的装置。在此情况下，所述纳米线通过沿着其表面的电介质层至少相对所述试样电绝缘。在所述层中，布置至少一个积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够将其相反地放出到所述纳米线。所述两个纳米线分别在横截面中具有三角形或梯形的形状并且在所述衬底上布置用于以电压加载所述衬底的装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于测量试样的小电位的设备、用于制造该设备的方法和该设备的应用。
背景技术
从DE 10 2013 018 850 A1中已知一种场效应晶体管。所述场效应晶体管为了测量试样的小电位而包括源极、漏极和栅极。所述栅极与液态试样处于接触。其通过栅极电介质而与场效应晶体管的传导沟道绝缘。所述设备此外包括用于在源极和漏极之间施加电压的装置和用于以偏压加载栅极的装置。在栅极电介质的内部布置至少一个积聚点，所述积聚点能够捕获来自该沟道的载流子并且能够将其相反地放出到该沟道。在栅极处的局部的电位值被测量。
不利地，在沟道中的干扰点可能歪曲所述测量。另外不利地，积聚点的数目和其位置不被精确地监控。这也可能导致不精确的测量结果。
发明内容
本发明的任务
本发明的任务是提供如下设备，利用所述设备能够以比至今已知的更好的分辨率来测量在栅极处的电位中的改变。另一任务是提供一种用于制造这样的设备的方法。此外，本发明的任务是说明所述设备的应用。
任务的解决方案
所述任务利用根据专利权利要求1所述的设备和根据并列权利要求所述的方法和应用得以解决。为此，有利的构型方案必要时从分别对其引用的专利要求中得出。
本发明涉及一种用于测量试样的小电位的设备。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。
所述设备的特征在于，所述设备具有衬底和至少两个布置在所述衬底上的交叉的由半导体材料制成的纳米线，所述纳米线分别具有源极和漏极触点与用于在相应的源极和漏极触点之间施加电压的装置。在此，这两个纳米线分别在横截面中具有三角形或梯形的形状。在所述衬底上布置用于以电压加载衬底的装置。
虽然在本发明最简单的实施方案中述及分别两个交叉的由半导体材料制成的纳米线，所述纳米线分别具有源极和漏极触点并具有用于在相应的源极和漏极触点之间施加电压的装置，然而在本发明的范畴内证实，有利的可以是，所述两个交叉的纳米线仅仅分别具有两个触点。但是，所述两个触点可以并不必须强制性地构造为源极和漏极触点。
对此证实，在根据本发明的设备的应用和所述设备本身中也可以有利的是：并不像是在用于纳米线的源极和漏极触点的情况下那样在单个的纳米线的两个触点之间施加电压，而是也在所述第一纳米线的任意触点和所述第二纳米线的另外的任意触点之间可以施加电压。于是交叉的纳米线被理解为：所述纳米线具有至少一个共同的接触点，使得所述纳米线优选地应处在一个平面中。
有利地，纳米线通过沿着其表面的电介质层至少相对试样电绝缘，其中在所述层中布置至少一个积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够将其相反地放出到所述纳米线。
在电介质层上，可以在相应的纳米线的每侧上围绕纳米线的共同的交叉区域来布置由金属制成的薄片，其中相对置的薄片分别构成天线，尤其是蝶形天线。
由此，所述设备具有衬底和至少两个交叉的由半导体材料制成的纳米线，所述纳米线分别具有源极和漏极触点与用于在相应的源极和漏极触点之间施加电压的装置。在此情况下，所述纳米线通过沿着其表面的电介质层至少相对试样电绝缘。在所述电介质层中，因此布置至少一个积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够将其相反地放出到所述纳米线。
至少一个纳米线、优选所述两个纳米线分别在横截面中具有三角形或梯形的形状并且在所述衬底上布置用于以电压加载所述衬底的装置。
于是有利地引起：当在源极和漏极之间施加电压时，来自载流子、尤其是空穴的电流流过至少一个纳米线。
来自液态试样的分子在栅极处的积聚影响时间
或者时间
，积聚点以所述时间
捕获来自纳米线中的电流的载流子，所述积聚点以所述时间
再次将载流子再次放出到所述纳米线中。根据所述积聚点是否通过空穴来被占用而定地，这有利地导致在更强和更弱的通过电流之间的变换。通过测量电流信号并且尤其是通过测量时间
和
，能够良好地确定试样或分子的、尤其是生物分子的、诸如卡迪阿克分子（Kardiakbiomoleküle）的电特性，诸如电荷分布，其中所述电流信号以所述时间
和
改变，所述电流信号理想地具有以矩形的形状的分布。
所述纳米线可以除了尤其是等腰的三角形的横截面以外也具有梯形的横截面。由此，必要时使得在纳米线的精确位置处的积聚点的布置变得困难，例如由于在可比的边长的情况下与具有三角形横截面的纳米线相比而言具有梯形的横截面的纳米线的更大的表面。
不仅在纳米线的梯形的横截面情况下也在纳米线的三角形的横截面情况下，积聚点的数目随着所使用的激光的强度而增大。
所述衬底尤其是包括场效应晶体管的如下层，所述纳米线布置在所述层上。通过提高衬底处的电压可以有利地引起：在低电压的情况下经纳米线的整个横截面延伸的通过电流可以被移位到至少一个纳米线的三角形或梯形的横截面的顶点。由此特别有利地引起：电流遇到较少的在材料中的由材料引起的、由方法引起的不可避免的干扰点，其中所述干扰点引起在从源极到漏极的电流中的载流子的分散。
特别有利地引起：在此总的通过电流进一步被移位到积聚点处，也即关于电介质层的纳米线的顶点中。由此，可以在积聚点处比现有技术中已知的更灵敏地测量电位值。
此外，引起从三维的通过电流到一维的通过电流的转变。由此，特别有利地减小在由材料引起的干扰点处的可能的分散过程并且因此还更强烈地减小信号的歪曲。
通过将适合的电压施加到纳米线处，可以此外在本发明的特别有利的实施方案中也引起在纳米线的交叉区域中捕获载流子，这相应于零维的通过电流。
场效应晶体管根据本发明包括至少一个、更好地包括至少两个纳米线，所述纳米线交叉，从而使其中一个纳米线的至少一个区段也包括另一个纳米线的一个区段。所述区段形成交叉区域。积聚点可以有针对性地被布置在所述交叉区域处，例如借助激光。
然后，可以通过在第一纳米线处施加电压来产生电流并且通过在第二纳米线上施加更小的电压来将所述电流的一部分转向到所述第二纳米线中。由此可以有利地调节通过电流，使得所述通过电流流经到积聚点，所述积聚点由方法引起地并不精确地处于交叉区域的或纳米线的共同区段的中心中，而是例如布置在纳米线的侧表面之一处。
通过电流的最大份额因此可以在交叉区域的附近在横截面之内更接近地移位到积聚点。通过在积聚点附近的更大的通过电流，可以以更大分辨率来测量通过电流的改变和捕获时间
。
通常，在根据本发明的设备中，纳米线的宽度Lside处于20nm至150nm，高度Lhight处于20nm至100nm，并且长度LNW处于100nm至10μm之间。当然可以调整为所有中间值。
积聚点在
层中典型地具有约为100nm的平均间距，其中所述
层在衬底上生长，其中所述衬底同样地可以包括
。因为所述积聚点有助于捕获和放出载流子，所述积聚点也可以被视为载流子的、尤其是单个的载流子的陷阱。
对于许多液态的生物学试样，需要以电压来加载栅极和在栅极中所布置的液态试样，以便在积聚点和通过纳米线流动的通过电流之间发生电荷交换或者以经提高的频率发生电荷交换。栅极、尤其是电极和液体的组合也称作“液体门（liquid gate）”，其中能够通过所述电极将电压施加到所述液体。
所述设备的一种特别有利的实施方式的特征在于，在电介质层上在每个纳米线处在相应纳米线的每侧围绕交叉区域来布置由金属制成的薄片，其中相对置的薄片分别构成天线，尤其是蝶形天线。在由金属制成的薄片和纳米线之间，可以布置由钛或镍制成的层，以便阻止扩散过程。
所述薄片的边长通常处于50nm至70nm。在三角形薄片的面向交叉区域的顶点和与该顶点相对置侧之间的间距同样地通常为50nm至70nm。在两个薄片的面向彼此的顶点之间的间距典型地处于10nm至70nm，其中所述两个薄片构成蝶形天线，其中又可以采取所有中间值。
有利地，可以由此实现：入射的辐射、尤其是激光辐射可以更好地被聚焦，以便产生积聚点。由此实现积聚点的良好的定位。
积聚点之后可以有针对性地被产生用于在所期望的位置处的测量或者在多个积聚点的情况下通过其已知的位置来有针对性地选择积聚点。然后，通过电流在其流动方向和大小方面可以在纳米线的横截面中被调整，使得所述通过电流主要或唯独地与所述积聚点相互作用。因此作为与积聚点的相互作用的后果可以确定如下电流信号，所述电流信号并不如现有技术那样包括多个积聚点的电流信号的叠加。由此实现：能够以更大得多的分辨率测量在强的和弱的电流信号之间的改变和所述改变的时间点，并且此外能够测量与其相关联的时间常量。
电磁辐射特别好聚焦在蝶形天线的中央，从而能够将积聚点非常精确地安置在交叉区域或所述交叉区域的中心。金属薄片能够尤其是包括以三角形的形状的黄金薄片。所述薄片的表面可以与纳米线的表面平行地延伸或者以平面的方式成形。这与黄金薄片的厚度有关。对于电磁辐射的聚焦而言重要的是薄片在交叉区域的方向上的尖锐的顶点和典型为10nm至70nm的薄片边长，其中能够采用每个中间值。
所述激光辐射的波长可以被选择，使得在纳米线的表面上的电介质层、尤其是
层鉴于所述辐射而言是透明的。所述辐射的波长可以例如为785nm。该激光射束可以于是被聚焦在纳米线和电介质层之间的中间层上的一个部位处，使得精确地在纳米线的表面上产生积聚点。所述积聚点可以包括晶体结构中的通过激光所产生的缺陷。
在作为电介质层的
层的示例性的应用中，例如可以通过激光来移除在纳米线和电介质层之间的界面处的氧原子，从而留下经电离的硅-氧分子。根据已经移除了多少氧原子而定地，所述硅-氧分子可以对于不同的积聚点具有不同的电荷数。
所述设备的一种有利的实施方式的特征在于，至少一个纳米线被掺杂，尤其是，使其中一个纳米线具有与另一纳米线不同的掺杂。由此，可以在交叉区域中有利地引起，使所述两个线其中至少之一在具有1nm至5nm的高度的至少一个层中具有与剩余纳米线不同的掺杂浓度或者不同的掺杂类型。有利地，于是通过隧穿过程进行电荷运输。于是，有利地在电流-电压特征曲线中出现特别尖锐的最大值。由此，在接近最大值之一的区域内所测量的电流值可以特别好地被分配给所述积聚点处的电位值。
在一种有利的实施方式中，所述设备在至少一个纳米线的至少一个区段中具有与所述纳米线的剩余部分不同的宽度和/或高度。
有利地，可以由此实现：在积聚点的区域内的电流具有其密度的特别大的改变并且根据积聚点的电荷而定地特别强烈地改变。通过电流的强烈改变可以更精确地测量在所述积聚点处的捕获时间和放出时间。
在一种有利的实施方式中，所述设备包括用于引线和电触点的钝化层。有利地，钝化层保护所述电触点和引线免受液态试样。
所述横截面的在其中出现通过电流的区域可以有利地通过在栅极处所调整的电压来被这样影响，使得所述通过电流在衬底的方向上被移位。所述半导体的横截面的在其中出现通过电流的区域被移位离开所述顶点。同时，所述区域可以通过在衬底处施加的电压被移位离开所述纳米线的下方区域，其中所述下方区域与所述顶点处于相对置。所述通过电流于是仅仅还在纳米线的横截面的狭窄区域内出现，所述通过电流能够在横截面之内以所施加的电压来被移位。由此，可以在积聚点的周围中更好地确定电位的空间上的变化过程。
棱边、面或结构应在本申请的范畴内尤其是理解为边缘、面或结构的部分线段，通过其来将所述面的两个角点相互连接。所述面的相对置的棱边应该尤其是理解为这样的棱边，所述棱边通过在轴对称的面的纵轴或对称轴处的轴映照来过渡到彼此。象限（Quadranten）应尤其是理解为一个平面的四个区段，所述区段分别通过两个处于垂直的轴、尤其是纵轴来界定。两个正相对的（diametral）点应尤其是理解为如下两个点，所述点处在圆上并且其连接线段通过所述圆的中间点。相应内容应对于正相对地对置的棱边、面或象限适用。
根据本发明的用于制造用于测量试样的小电位的设备的方法的特征在于以下步骤，其中所述设备包括至少一个场效应晶体管，所述场效应晶体管具有源极、漏极和栅极：
-在衬底上布置半导体层；
-将具有交叉形结构的掩模的图案（Muster）传递到所述半导体层中；
-在传递所述掩模的所述图案之后，在各向异性蚀刻过程中布置至少两个交叉的半导体纳米线，其中所述两个纳米线分别在横截面中具有三角形的或梯形的形状；
-在每个纳米线处布置源极和漏极触点；
-在所述衬底处布置用于以电压来加载衬底的装置。
所述方法在本发明的一种构型方案中在每个蚀刻步骤中使用各一个掩模的情况下具有至少两个蚀刻步骤。
在所述纳米线的表面上可以布置电介质层，并且在所述电介质层中布置至少一个积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够将其相反地放出到所述纳米线。
用于制造用于测量试样的小电位的设备（其中所述设备具有至少一个场效应晶体管，所述场效应晶体管具有源极、漏极和栅极）的方法的特征在于，掩模的所述图案被传递到半导体层上。在传递所述掩模的所述图案之后，在各向异性的蚀刻步骤中布置至少两个交叉的半导体纳米线，其中所述蚀刻步骤在每个蚀刻步骤中使用各一个掩模的情况下包括一个、两个或更多个蚀刻步骤，其中在所述半导体的纳米线的表面上分别布置电介质层，并且在所述电介质层中布置至少一个积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够将其相反地放出到所述纳米线，其中所述两个纳米线分别在横截面中具有三角形的或梯形的形状。此外，在每个纳米线上布置源极和漏极触点。此外，在所述衬底上布置用于以电压来加载所述衬底的装置。
有利地，可以利用根据所述方法所制造的纳米结构化的场效应晶体管以高分辨率测量来生物分子和液态的生物试样的电特性。
根据本发明的方法在其余方面的特征在于以下步骤：
a) 在衬底上布置至少一个半导体层。
b) 提供虚拟或实体的掩模的图案，所述图案包括两个沿着其纵轴轴对称的结构，所述结构交叉并且所述结构分别具有至少一个总体上或者逐段地为矩形的或方形的形状。
c) 至少在半导体层上的如下面的棱边处布置蚀刻剂，所述蚀刻剂将半导体层的材料各向异性地蚀刻，其中所述面与所述图案的总面全等。
d) 针对在步骤c）中所提及的面的边缘的相对置的棱边来重复步骤c）直至具有三角形或梯形横截面的至少两个交叉的纳米线以在纳米线的每个末端处布置的用于源极或漏极的凸起沿着所述面的纵轴来布置。
e) 沿着纳米线的表面布置电介质层。
f) 在沿着所述线的表面的电介质层中布置至少一个积聚点。
g) 被确定用于漏极和源极的凸起以及衬底与用于加载电压的装置导电连接。
根据本发明已经认识到：通过在步骤a）至g)中所列举的过程有利地也能够产生具有多个具有三角形或梯形的横截面的纳米线的结构，所述多个纳米线并不相互处于平行。用于在由相同材料和相同单晶体组成的这样的几何结构中产生纳米线的方法并不从现有技术中已知。
在各向异性蚀刻情况下，不同定向的晶体平面不同强烈和快速地被蚀刻。由此，可以有利地产生所期望的、各向异性的结构。晶体轴的和晶体平面的表示如{1 0 0}平面那样在使用已知的米勒指数（Millersche Indizes）的情况下进行。平板印刷（lithographisch）过程可以被执行用于以照相平板印刷术和/或电子射束来施加不同的结构。因此，可以例如利用光子射束来布置用于电触点的结构和利用电子射束来布置用于纳米线的结构。为了例如纳米线、触点或引线的必要的钝化而可以使用例如PI 4525钝化材料，所述钝化材料能够利用碱性显影剂完全地被移除。于是，所述结构可以在所谓的硬烤程序（hard bakeprocedure）中被硬化并且稳定化。
在使用用于平板印刷的、ebeam平板印刷（电子束平板印刷）的电子射束的情况下，并不使用实体掩模而是使用在计算机上的虚拟掩模。所述掩模同样涉及如下图案，所述图案由电子射束来扫描。这样的图案可以借助于从现有技术中已知的计算机程序来创建。
为了产生纳米线，可以有利地使用并不从现有技术中已知的具有多个蚀刻步骤的方法，在所述方法中在每个蚀刻步骤中仅仅在正相对地对置的象限中蚀刻如下面的边缘，在所述面中应该布置至少两个纳米线。为此，在每个蚀刻步骤中分别使用一个掩模，所述掩模分别包括所述图案的总面和两个其他面，所述两个其他面在正相对地相反的象限中布置并且与所述图案的部分面一起在相应的象限中构成方形或矩形，其中所述正相对地相反的象限通过所述图案的总面的所述两个纵轴来界定。
在步骤a)中对至少一个半导体层在衬底上的所述布置有利地在所述方法的过程中实现半导体纳米线的形成。
有利地，在步骤b）中对图案的提供在所述方法的过程中实现以所期望的几何结构布置所述纳米线，其中所述图案包括两个沿着其纵轴轴对称的结构，所述两个结构交叉并且所述两个结构具有分别至少一个总体上或者逐段地为矩形或方形的形状。所述纵轴因此尤其是构成轴对称的结构的对称轴。
有利地，在步骤c）中，蚀刻剂在所述半导体层上的与所述图案的总面全等的面的至少一个棱边处的布置实现：沿着所述棱边来将倾斜的面蚀刻入所述半导体层，其中所述蚀刻剂以各向异性的方式蚀刻所述半导体层的材料。由此，三角形或梯形的结构被蚀刻。所述蚀刻剂在此情况下可以在仅一个、多个或也同时在所有棱边处布置。
所述蚀刻过程可以分别最大如此长时间地被执行，直至通过蚀刻过程被蚀刻入所述半导体层中的面的上棱边在所述半导体层的表面处到达在步骤c）中所提及的所述面的所述纵轴之一的位置处。
有利地，可以通过重复根据步骤d）的蚀刻过程，在第一面的棱边处，沿着所述面的纵轴和用于源极或漏极的在所述纳米线的每个末端处所布置的凸起来布置所期望的几何结构，其中所述几何结构由两个交叉的、具有三角形或梯形的横截面的纳米线所组成。根据步骤d）的所述蚀刻步骤分别最大如此长时间地被执行，直至相应的面的背离所述衬底的上棱边彼此接触（aufeinandertreffen），其中所述面通过在步骤c）中所提及的面的相对置的棱边处的所述蚀刻过程而被蚀刻到所述半导体层中。在通过在第一步骤中的蚀刻过程首先在一侧沿着相应的纵轴布置纳米线的一个半部之后，可以通过在第二步骤中蚀刻过程的重复而在纵轴的另一侧上布置纳米线的第二个半部。
必要时，在重复所述蚀刻过程或蚀刻步骤之前将适合的保护层或者也叫钝化层或抵抗性层布置在所述边缘处或总的层序列处或者也新布置在所述触点上。
当蚀刻剂在相继的蚀刻步骤中被布置在第一面的边缘的对置的棱边处直至形成具有期望的三角形或梯形的横截面的纳米线时，在步骤c）中所提到的倾斜的面通过蚀刻过程从相反方向移到（zubewegen）相应的纵轴或对称轴上。
所述蚀刻剂至少布置在第一面的如下棱边处，所述棱边与纵轴并不共同地具有任何点。蚀刻剂可以有利地也在半导体层的如下其他区域内使用，所述其他区域并不处于第一面之内。由此，可以在所述其他区域内移除半导体层。
有利地，根据步骤e）对电介质层沿着所述纳米线的表面的布置引起：所述纳米线的表面被保护例如免受如下液态试样，所述液态试样应该利用所述布置来被检查。有利地，可以在电介质层中布置积聚点。
有利地，根据步骤f）在沿着所述线的表面的电介质层中对积聚点的布置引起：能够通过积聚点来测量来自通过所述纳米线的所述电流的电荷的捕获时间并且因此能够测量所述试样的电特性。
特别有利地，在步骤g）中对被确定用于漏极和源极的凸起以及所述衬底与用于加载电压的装置的导电连接引起：电流能够通过纳米线来流动。
一种有利的方法的特征在于，在步骤b）之后根据步骤c）进行的蚀刻剂的布置在以下分步骤中被执行：
i)所述蚀刻剂至少被布置在在步骤c）中所提到的面的第一棱边处，其中至少在所述面的纵轴和第二棱边之间并不布置蚀刻剂，其中所述纵轴平行于第一棱边延伸，其中所述第二棱边与所述第一棱边对置；
ii)所述蚀刻剂被移除并且接下来至少被布置在所述面的第二棱边处，其中至少在步骤i)中的纵轴和第一棱边之间不布置蚀刻剂；
iii)所述蚀刻过程在步骤i)和ii)中根据之前所提到的步骤d）来执行。
也通过所述措施独自地解决本发明的任务。
有利地，可以根据步骤i)将蚀刻剂布置在所述第一面的至少一个第一棱边处并且同时并不布置在所述对置的棱边和纵轴之间，其中所述纵轴平行于所述第一棱边延伸。有利地，可以比在总的边缘同时被蚀刻的情况下更受监控地执行用于蚀刻倾斜的面的蚀刻过程。所述优点由此产生：所述蚀刻剂并不同时地从不同侧侵蚀到待蚀刻的结构上。此外，由此产生优点：也能够更好地监控如下方向，所述蚀刻剂在所述方向上侵蚀待蚀刻的结构。尤其是，可以更好地监控：沿着半导体层的哪个晶体平面来进行蚀刻过程。
根据步骤ii)可以在所述边缘的棱边已经被蚀刻了之后，再次移除所述蚀刻剂。如果例如所述蚀刻剂已经被布置边缘的棱边处，其方式为，使所述层序列已经浸入所述蚀刻剂中，则可以通过从所述蚀刻剂中取出来再次移除所述蚀刻剂。随后，可以至少在所述面的边缘的第二棱边处布置蚀刻剂。在此情况下，至少在步骤i)中的纵轴和第一棱边之间并不布置蚀刻剂。
有利地，以与在步骤i）中相同的方式来将倾斜的面蚀刻到活性层中，所述倾斜的面与在步骤i）中所蚀刻的面相对置并且对于所述面倾斜，从而使所述两个面构成具有梯形或三角形的横截面的纳米线边缘面。
在步骤c）中所提及的面的棱边处的所述蚀刻过程继续进行，直至形成至少两个交叉的纳米线。
例如可以使用用于半导体层的硅晶体，所述硅晶体以其{1 0 0}平面在衬底的法线的方向上在层序列的方向上定向。所述蚀刻过程可以利用本领域技术人员已知的方法在｛1 1 1｝平面的法线的方向上执行，例如借助于在平板印刷过程的范畴内的掩模来执行。
通常，所述蚀刻过程在（1 1 1）晶体平面中与在（1 0 0）平面中相比以例如因数100的程度来更缓慢地进行，例如在使用四甲基氢氧化铵作为蚀刻剂的情况下。在所述蚀刻过程中，首先在每个如下边缘处形成倾斜的面，其中在所述边缘处执行蚀刻过程，所述倾斜的面的法线指向（1 1 1）方向。随着蚀刻过程的增加的持续时间，将所述面在相应的纵轴的方向上移位到所述区域的内部中，而并不使所述法线的方向改变。
有利地，根据步骤iii）或步骤d）分别最大如此长时间地执行所述蚀刻过程，直至被蚀刻到半导体层中的所述面的棱边、也即尤其是其上棱边在半导体层的表面的高度上到达所述第一面的纵轴之一的位置，其中所述纵轴尤其是如下纵轴，通过蚀刻过程所蚀刻入的面移至所述纵轴上。
当所蚀刻入的倾斜的面的从衬底出发来看在上方的边界线到达总的图案的所述面的相应纵轴的所述位置时，那么所述蚀刻过程因此可以有利地利用对于本领域技术人员已知的方法来被停止，例如通过将所述设备布置在去离子水中。通过缓慢的蚀刻速率可以良好地监控如下时间点，其中在所述时间点应该停止所述蚀刻过程。
在有利的方法中，在步骤c）中蚀刻剂的布置在接下来的步骤中被执行：
i）在半导体层上布置至少一个其他层，所述其他层包括如下材料，所述材料能够在利用电子射束和/或光射束和/或离子射束进行的辐射之后被移除；
ii）提供如下掩模，所述掩模具有至少一个与所述图案的总面一致的面；
iii）利用电子射束和/或光和/或离子射束通过所述掩模之一来照射所述其他层；
iv）移除所述其他层的已经通过所述掩模被照射的区域；
v）在所述其他层的已经被移除的区域之下的面上，至少在所述半导体层的表面上布置所述蚀刻剂；
vi）所述方法根据之前所提到的步骤d）被继续进行，其中在使用用于辐射的根据步骤ii）的掩模之后分别在步骤c）中所提到的所述面的所述棱边处布置所述蚀刻剂。
有利地，根据步骤i)在半导体层上的对其他层的布置实现：保护所述半导体层的所选择的区域免受在其他方法中的蚀刻剂，其中所述其他层包括如下材料，所述材料在利用电子射束和/或光射束和/或离子射束进行辐射之后能够被移除。
有利地，在步骤ii）中对掩模的提供实现：保护所述其他层的相应表面免受在其他方法中的辐射，其中所述掩模具有至少一个与所述图案的总面的面。
有利地，利用电子射束和/或光和/或离子射束通过所述掩模来对所述其他层的辐射实现：能够将经照射的区域与未照射的区域在化学或物理上进行区分并且在接下来的方法中移除。
有利地，通过移除所述其他层的经照射的区域来使半导体层的处于其下的区域露出，其中所述处于其下的区域在接下来的方法中能够被移除，以便将纳米线的所期望的几何结构布置在所述半导体层中。
有利地，通过将蚀刻剂至少布置在所述半导体层的表面上来移除所述区域。通过根据步骤vi）沿着所有棱边布置所述蚀刻剂，具有三角形或梯形的横截面的纳米线被蚀刻到半导体层中。
在一种特别有利的方法中提供如下掩模，所述掩模分别包括所述图案的总面和两个其他面，所述两个其他面在正相对地相反的象限中布置并且与所述图案的部分面一起在相应的象限中构成方形或矩形，其中所述正相对地相反的象限通过所述图案的总面的所述两个纵轴来界定。
这样的掩模并不从现有技术中已知。在使用这样的掩模的情况下，并不在两个正相对地对置的象限中照射在所述其他层上的与所述图案的所述面一致的面的棱边。所述象限通过所述面的纵轴来界定。在所述棱边处被布置在所述半导体层上的所述其他层于是在所述辐射之后也并不被移除。蚀刻剂然后并不因此沿着所述棱边侵蚀所述半导体层。所述半导体层因此仅沿着如下棱边来被侵蚀，所述棱边正相对地与通过所述其他层所保护的棱边对置。于是，在其中纳米线应被蚀刻入的区域并不在两个对置的棱边处、也即所述边缘的两个如下部分线段处同时被侵蚀，其中所述两个部分线段通过在相应的纵轴或对称轴处的轴映照而过渡到彼此。所述蚀刻过程因此可以比在从两侧同时蚀刻所述区域的情况下更受监控地来执行。
在根据前面所提及的步骤vi）或前面所提及的步骤d）的下一步骤中，可以使用相同类型的掩模，其中通过所述掩模来照射在另外两个正相对地对置的象限中的其他层的区域。在移除所述区域之后，其余的棱边对于所述蚀刻剂而言是能够到达的，所述其余的棱边与之前的辐射步骤和蚀刻步骤中的棱边相对置。通过将蚀刻剂布置在所述棱边，于是可以将纳米线蚀刻到半导体层中。
所述方法的另一构型方案的特征在于，所提供的掩模分别包括所述图案的总面和三个其他面，其中所述其他面分别布置在如下象限中并且与所述图案的部分面一起在相应的象限中构成方形或矩形，其中所述象限通过所述图案的总面的所述两个纵轴来界定。
有利地，所述半导体层的在如下区域之外的区域在仅仅在一个象限中使用这样的掩模的情况下被照射：其中应将所述纳米线蚀刻到所述区域内。所照射的区域可以接下来被移除。于是，使得仅仅在所述象限中的第区一面的棱边对于所述蚀刻剂而言是能够到达的。这有利地实现还要更好地受监控的蚀刻过程。
通过使用这种类型的四个掩模，可以使得第一面的所述边缘的部分区域在所有四个象限中都对于所述蚀刻剂而言是能够到达的并且使得纳米线被蚀刻入所述半导体层中。
一种有利的方法的特征在于，将由金属制成的薄片、尤其是黄金薄片蒸镀到每个纳米线的表面上的电介质层上。
有利地，并不通过金属薄片的蒸镀而毁坏所述纳米线的表面的结构。所蒸镀的金属薄片有利地足够用于将入射的辐射聚焦用于产生积聚点。尤其是，对此可以使用黄金薄片，所述黄金薄片具有三角形的形状，其中相对置的黄金薄片构成天线、尤其是蝶形天线。
一种有利的方法的特征在于，所使用的掩模的图案中的矩形结构其中至少之一在不同的区段内具有不同的宽度。
有利地，在对光刻胶层进行辐射的情况下在掩模的图案中的具有不同宽度的矩形结构的使用引起：在其中应布置所述线的面在从源极到漏极的方向上在不同的区段内具有不同的宽度。
有利地，于是可以在蚀刻过程中产生具有不同高度或宽度的纳米线的区段。所述纳米线的高度尤其是通过如下面的宽度来确定，其中使所述面与蚀刻剂接触，也即在所述面中应布置所述线。尤其是，所述至少两个纳米线中，其中一个纳米线具有与另一纳米线不同的高度和宽度。
一种有利的应用的特征在于，由时间常量
或时间常量
确定试样的pH值。
时间常量
或时间常量
可以直接由如下时间间隔确定，其中在所述时间间隔中，漏极电流具有最大值或最小值。可以由所述时间常量来说明在电介质层的表面处的局部电位的值的改变。通过干扰点与相应纳米线的表面的间距来影响时间常量与局部电位的相关性。所述间距可以采用0.2nm和2nm之间的值。这种小的间距和干扰点的精确定位可以通过使用蝶形天线来实现。相应试样的电特性和其pH值可以由之前提及的局部电位的改变来确定。
所述设备可以被使用用于，由时间常量
或由所谓的极限频率f0 =1/ 
+1/
来确定所述试样的pH值。
所述极限频率在此情况下与DE 10 2013 018 850 A1一致地是最大的如下频率，以所述最大的频率恰好还可以传输电流信号。所述pH值直接与在场效应晶体管的栅极处积聚并且在那里有助于局部电位的例如生物分子、有机分子或生物液体的电特性相关。试样的电位或者所述pH值和其他电特性可以直接由漏极电流的行为和尤其是时间常量
来确定。
可以因此由对于该电位的测量值来评估pH值。pH值是所述试样的电参量。如果所述pH值是所述试样的唯一的在具体的应用情况中感兴趣的特性，则也可以根据具有限定的pH值的测试试样来进行直接校准，其给每个时间常量
或每个极限频率f0分配恰好一个pH值。基于这样的校准，可以在没有通过电压或电位的迂回（Umweg）的情况下直接由
或f0来评估pH值。
所述设备可以被使用，用于测量通过积聚点来捕获载流子的时间常量
或通过积聚点来放出载流子的时间常量
。
在所述设备的情况下，可以测量仅一个积聚点的信号，所述积聚点的位置是已知的。所述通过电流能够移动到所述积聚点附近。通过根据本发明的设备因此以比从现有技术已知的设备更好的分辨率来测量信号。
所述通过电流可以这样调整，使得仅仅通过捕获点来引起所述分散。
为此，可以通过在衬底上的适合的电压来调整通过电流，使得其仅还在纳米线的顶点中发生。在纳米线的顶点中于是在几乎没有分散的情况下发生通过电流，也即，出现载流子的准弹道的（quasiballistisch）运输。在通过电流中的载流子的分散于是主要通过积聚点或捕获点来确定。由此使得通过电流具有更少的噪音。
为了对分散效应的经改进的抑制，与在纳米线中的载流子的分散长度相比可以尤其是有利地选择纳米线的交叉区域的宽度。所述分散长度例如可处于约50nm。
所述设备的一种有利的应用的特征在于，所述设备被用于诊断癌细胞。
在根据本发明的场效应晶体管上可以布置抗体，以用于识别癌细胞。具有结肠癌患者的肿瘤细胞的所述组织试样或血液试样可以被预加工为细胞溶液，所述细胞溶液可以流动通过根据本发明的设备。有利地，癌细胞的抗原被结合到所述抗体上。由此改变根据本发明的设备的栅极上的表面电位，这导致在纳米线晶体管中经改变的电流强度。
所述设备的一种有利的应用的特征在于，将所述设备在量子信息技术中应用，以用于存储信息。传感器的新的交叉形的几何结构可以也针对用于在信息技术中的量子力学过程的应用的方法来被使用，例如其方式为，当陷阱已经捕获了电荷时将所述陷阱的状态评价为“1”， 并且将没有所捕获的电荷的所述陷阱的状态评价为“0”。通过所述设备可以因此存储信息。
为了蚀刻一般可以使用蚀刻剂，其包括四甲基氢氧化铵（TMAH）或氢氧化钾（KHO）。
在蚀刻时可以利用TMAH来成形不同的各向异性结构。每种其他的适合用于各向异性蚀刻的蚀刻剂同样地可以被使用。在此情况下，可以在纳米线的表面处在大约0.5nm至5nm的尺度上构造平的面。
所述至少一个积聚点可以借助于激光来产生。
激光射束可以通过天线来聚焦，使得所述射束仅仅还具有10nm至70nm的直径。借助于激光，积聚点可以因此在精确确定的位置处产生或者也再次移除，例如通过从现有技术中已知的退火过程、也称为热处理过程来移除。
至少一个纳米线可以被掺杂。尤其是，其中一个纳米线可以被配备有与另一纳米线不同的掺杂。
优选地，可以通过相应的源极和漏极触点的必要时不同的掺杂来实现所述纳米线的掺杂。在所述掺杂方法情况下并不产生其他缺陷点，例如在纳米线中的其他缺陷点。可替代地，可以在蚀刻过程之前在不同的区域中以不同的方式来掺杂半导体层，其中由所述半导体层来蚀刻纳米线。
也可以提供如下网络，所述网络具有至少两个交叉区域，所述交叉区域通过至少一个纳米线来相互连接。在此情况下，第一交叉区域可以具有与第二交叉区域不同的积聚点，例如以不同电荷数的硅氧原子或硅氧离子的形式。由此，可以调制所测量的电流信号。例如可以产生如下电流信号，所述电流信号在一个时间间隔内从最大值改变成最小值，其中所述信号的幅度在所述时间间隔内同样地在两个不同的值之间变换。
由分子的积聚所引起的所述电位的改变的测量结果尤其是取决于积聚点的特性、例如捕获时间、激活能量、相应的纳米线的横截面、积聚点的位置、电流与特征性时间的相关性，并且也取决于在栅极和衬底处的电压，其中所述激活能量也即是为了测量所需的在液体中所施加的如下电压，自所述电压起而发生积聚点和通过纳米线流过的通过电流之间的电荷交换，其中所述特征性时间例如是捕获时间和放出时间。相应的最佳值可以利用本领域技术人员已知的装置来确定出。
纳米线的特征性参量、诸如其宽度和高度可以利用本领域技术人员已知装置来适配，使得所述测量结果仅仅通过积聚点来被确定。
为了钝化根据本发明的晶体管，可以例如使用PI 4525钝化材料，所述钝化材料能够在所述结构在所谓的硬烤程序中被硬化之前利用碱性显影剂完全地被移除，例如在用于外部接触用于加载电压的装置的接合面处。
所述用于加载电压的装置的钝化尤其也涉及将引线相对于应被检查的液体、例如电解溶液钝化。
随后，在根据本发明的方法的一种有利地实施方式中将液密的外边缘（Umrandung）布置在活性的硅层上，其例如包括PI 4525并且能够将触点和引线保护和绝缘。此外，用于以电压来加载液体的经钝化的装置在所述外边缘之内被提供。所述装置可以例如包括电极，所述电极能够被浸入到待检查的液体中并且与电压源连接。由此来布置“液体门”。
随后加入具有生物分子的溶液，例如从现有技术中已知的肌钙蛋白（Tn）并且使晶体管与所述溶液接触或者浸入到所述溶液中。
之后，在晶体管的I-V特征曲线中在经优化的领域中以电压来加载漏极和栅极。在漏极触点处所测量的电流在此情况下与液体中所施加的电压相关。
在随后的步骤中，漏极电流的改变的时间相关性被测量。
在接下来的步骤中，在积聚点处的电荷的捕获时间从用于电流测量的数据中确定。所述捕获时间
针对液态试样的不同pH值来被测量。为此，可以通过本领域技术人员已知的方法来改变在液体中的质子的浓度。也可以创建柱状图，在所述柱状图中示出：从源极到漏极的电流如何频繁地具有确定的电流值。这此外得出如下论述：所述电流如何快速地改变。由此，可以也推论出捕获时间。
在下一步骤中，所述生物对象被识别，其方式为，所测量的数据被分析并且与校准曲线相比较。
通过在衬底上施加偏压（Vorspannung），也即适合的背栅电压，可以选择适合的积聚点，以便通过生物分子的积聚来测量电位改变的经放大的信号。
在栅极的经优化的电压和局部电场可以被使用，以便放大并且能够更精确地测量电流改变的效果。由此，可以改变捕获时间与I-1到I-15的电流强度的相关性。所述敏感性与从现有技术中已知的生物传感器相比可以以一个量级的程度被改善。通过测量通过电流的改变，可以于是使具有场效应晶体管的生物传感器比至今已知的生物传感器构型得明显更灵敏，其中所述通过电流的改变通过由生物分子引起的在栅极区域中的电位改变而引起。
所述结构可以也被扩展到更大数目的纳米线上，所述纳米线具有多个交叉区域或者共同的区段。在此情况下，也可以布置多个积聚点，例如在每个交叉区域处布置分别具有特定的捕获时间和放出时间的一个积聚点。于是可以在电流信号的频谱中包含多个时间常量。
如果如下区域的宽度分别针对纳米线而不同地被选择，其中纳米线被布置在所述区域内，则纳米线可以在蚀刻过程之后具有不同的高度。在纳米线之内的如下区域于是也可以在在衬底上接入（aufschalten）电压的情况下处于不同高度，其中载流子在所述区域内移动。通过在衬底和栅极上的适合的电压能够将通过电流从三维切换到一维或零维。
在此所示出的用于制造用于测量小电位的场效应晶体管的方法与CMOS技术兼容。
实施例
接下来，根据示例和附图来进一步阐述本发明的主题。所述示例和附图不应理解为限制性的。其中，说明一种用于制造根据本发明的场效应晶体管的方法及其应用，其中所述场效应晶体管具有至少两个交叉的纳米线。
为此执行以下步骤：
在第一步骤中，将绝缘硅晶圆（Silicon-On-Insulator wafer）氧化，其中在硅层上产生
层。
所述
层在此情况下可以由此被产生：硅衬底或晶圆被氧化。所述氧化在约为1000℃的温度情况下以30分钟的持续时间进行。之后，Si层具有约50nm的厚度。
层的厚度为约5至40nm。硅晶体的{1 0 0}平面在此有利地在衬底的法线方向上在层结构的方向上定向。所述衬底可以包括硅层和在所述硅层上所布置的绝缘层。在所述绝缘层上可以布置活性的硅层。
在
层上随后通过平板印刷方法来限定在其中应布置至少两个交叉的纳米线的区域；以及用于所述纳米线上的相应的源极和漏极触点的区域。
可能的几何结构包括两个纳米线，所述两个纳米线彼此成约为90°的角。参见图8，掩模包括用于两个这样的纳米线的图案，所述图案具有至少两个沿着其纵轴轴对称的结构，所述结构以角度90°来交叉并且所述结构分别具有至少一个总体上或者逐段地矩形的或方形的形状，所述掩模可以为此有利地被定向，使得在所述结构之一中每个矩形区段的两侧平行于晶圆的平边（Flat）延伸。晶圆的所述平边众所周知地是所述晶圆的侧面处的直线棱边，其有助于晶圆及其晶体结构的定向。也可以限定其他的几何结构，例如两个更宽的线和三个更细的线，其具有共同的交叉区域，所述交叉区域具有六个交叉点，参见图2和3。
在活性的Si层或在
层上布置光刻胶（Fotolack）或者也布置用于电子射束的保护性涂料（Resist）。总的层序列在图11中示出。
之后将掩模布置在覆层的衬底和光射束源或电子射束源之间。通过随后来自所述来源的对光刻胶层的辐射，将掩模的图案传递到所述光刻胶层上。由此，标出如下面，所述面与所述掩模的图案一致。通过所述掩模的所述图案所确定的面因此通过在光刻胶上的传递来限定。
在所述平板印刷过程中，可以在使用用于结构化触点的光射束的情况下使用照相平板印刷术（Fotolithographie），或者在使用用于结构化如下区域的电子射束的情况下使用电子射束平板印刷术，其中在所述区域内应布置纳米线。为了结构化所述触点，也可以使用纳米压印（nano-imprint）技术的已知的方法。在光学的平板印刷技术和电子射束平板印刷术的组合情况下，首先借助于适合的光刻胶来执行光学的平板印刷术，并且随后移除所述光刻胶并且执行所述电子射束平板印刷术。
随后，通过从现有技术中已知的方法来移除在与所述掩模的图案一致的面、也即通过所述掩模的图案所限定的面之外的光刻胶层的区域，参见图12。
现在，通过从现有技术中已知的方法来移除在通过所述掩模的图案所限定的面之外的
层的区域。这可以例如通过已知的干蚀刻的方法来进行，例如通过以粒子、例如离子，例如以P、As或B来轰击进行的材料剥蚀。参见图13，光刻胶也被移除。
在下一步骤中，活性的Si层或其剩余区域在移除所述剩余的光刻胶或电子射束保护性涂料之后，参见图14，以湿化学的方式各向异性地被蚀刻，其中所述剩余区域被布置在与所述掩模的图案一致的面内。所述过程足够长时间地被执行，使得形成具有三角形横截面的纳米线以及用于源极和漏极触点的凸起，其中所述纳米线在90°角的情况下交叉，参见图15。
层的剩余区域可以同样地通过本领域技术人员已知的方法来被移除，参见图16。
为了蚀刻，可以在80℃的温度情况下以混合物的方式使用5%四甲基氢氧化铵（TMAH）和95%的蒸馏水。硅晶体在此情况下以其<1 0 0>方向在衬底的表面的法线的方向上定向。在(1 1 1)方向上晶体平面的蚀刻速率为13nm/min。通过TMAH使得在（1 1 1）方向上定向的晶体平面比例如在（1 0 0）方向上定向的平面更缓慢地被蚀刻。以15秒至10分钟的持续时间在54.7°的角度情况下来形成具有三角形的横截面和几乎平面的晶体平面的纳米线。
通过所述方法所制造的根据本发明的晶体管在图4中示出并且以横截面的方式在图24中示出，其中所述晶体管具有至少两个交叉的纳米线，参见图1、5和6。
可替代地，可以为了所述辐射而使用第一掩模，所述第一掩模分别包括所述图案的总面和两个其他面，所述两个其他面在正相对地相反的象限中布置并且与所述图案的部分面一起在相应的象限中构成象限或矩形，参见图9，其中所述正相对地相反的象限通过所述图案的总面的所述两个纵轴来界定。
在使用这样的掩模情况下，在两个正相对地对置的象限中，并不对所述光刻胶或二氧化硅层上的与所述图案的面一致的面的棱边进行照射。所述光刻胶的和二氧化硅层的并不被照射的区域于是在显影步骤（Entwicklungsschritt）中也不被移除，参见图20。与此相应地，所述蚀刻剂于是也并不侵蚀到所述棱边。因此，在其中纳米线应被蚀刻入（hineinätzen）的区域并不同时在两个对置的棱边上被侵蚀，参见图21。所述蚀刻过程因此可以受监控地被执行，即便是在所述区域从两侧同时被蚀刻的情况下。
随后可以使用相同类型的第二掩模，以便在如下象限中对光刻胶层或二氧化硅层的或者其他保护层的应被蚀刻掉的区域进行照射，其中所述象限在使用第一掩模的情况下还不曾被照射。这是两个另外的正相对地对置的象限，参见图10。在移除所述区域之后，如下区域的剩余棱边对于蚀刻剂而言是能够到达的，其中纳米线应被蚀刻入所述区域中，其中所述剩余棱边与之前的辐射和蚀刻步骤中的棱边相对置。通过在所述棱边处布置蚀刻剂，然后可以将纳米线蚀刻到半导体层中，参见图23。在使用第一掩模的情况下所蚀刻的区域在此情况下可以通过布置光刻胶或保护性涂料来被保护，参见图22。
可替代地，可以此外使用如下掩模，所述掩模分别包括图案的总面和三个其他面，所述其他面分别布置在一个象限中并且与所述图案的部分面一起在相应的象限中构成方形或矩形，其中所述象限通过所述图案的总面的所述两个纵轴来界定。
在使用这样的掩模的情况下仅在一个象限处照射在光刻胶或二氧化硅层上的与图案的面一致的面的棱边。其余棱边在应用蚀刻剂的情况下并不被其侵蚀。这允许对蚀刻过程的还要更好的监控。通过使用这种类型的四个掩模，可以在相继的蚀刻步骤中蚀刻如下区域的所有棱边，其中在所述区域中应布置所述纳米线。
随后，通过热氧化来沿着所述纳米线的表面布置新的SiO2层作为电介质层，其具有在5nm至40nm的范围内的厚度，参见图17。
在下一步骤中，构成源极、漏极和栅极。
被确定用于源极和漏极触点的凸起可以有利地首先以
至
的掺杂浓度来被掺杂。
随后，在被确定用于源极和漏极触点的凸起上布置金属薄片，例如黄金薄片，参见图18。附加地，可以例如在金属薄片和凸起之间布置钛层，用于避免扩散过程。所述凸起因此可以与相应的纳米线和电压源导电连接。例如，在所述衬底的背面或角上可以移除活性的硅层并且将金属块布置作为栅极或背栅并使其与电压源电接触，参见图4和图19，在所述图4和图19中以沿着在图7中所示的线BB‘的横截面来示出所述金属块。所述衬底可以因此与用于以电压加载的装置导电接触。
在纳米线上的
层中或电介质层中，以有利地最大为2nm的与纳米线的表面的间距来布置至少一个积聚点。
为了构成积聚点，可以将金属薄片、例如将前面提到的黄金薄片蒸镀到围绕交叉区域的纳米线之上的电介质层上，其具有例如5nm至40nm的厚度。所述金属薄片构成天线的组成部分，尤其是蝶形天线的组成部分。由此，可以将激光射束聚焦到纳米线的交叉区域的中心。
蝶形天线的金属薄片典型地具有50nm的间距，其中所述金属薄片的最大宽度为60nm。金属薄片、尤其是黄金薄片的结构可以在使用电子辐射平板印刷术的情况下被施加。尤其是，可以布置四个金属薄片，使得在所述电介质层上在每个纳米线处在相应的纳米线的每侧上围绕纳米线的共同的交叉区域来布置由金属制成的薄片，其中相对置的薄片分别构成天线。
通过所述天线可以将入射的电磁辐射、尤其是激光辐射聚焦到所期望的点并且因此有针对性地在一个部位产生积聚点。在此，可以例如涉及所述两个纳米线的交叉区域的中心。也可以有针对性地在多个部位产生积聚点。尤其是通过激光射束的直径来限制精确性。
所述积聚点的密度能够通过在例如785nm的波长情况下的激光的光强度来被控制，由此来局部地改变在电介质层中的电场。因此，可以局部地构成或移除积聚点或缺陷，例如通过退火过程，所述退火过程也称为热处理过程。在所述纳米线上的所述电介质层或
层在此情况下有利地相对于激光辐射而言是透明的。于是可以恰好在纳米线的
层和硅层之间的中间层处产生积聚点，例如通过从
层移除氧原子。
之后，用于在漏极、源极和栅极触点上加载电压的装置和纳米线的在其上没有布置
层的表面被钝化，参见图18。
为此，可以例如使用PI 4525钝化材料，所述钝化材料能够在所述结构在所谓的硬烤程序中被硬化之前利用碱性显影剂完全地被移除，例如在用于外部接触用于加载电压的装置的接合面处。用于加载电压的装置的钝化尤其也涉及将引线相对于应被检查的液体、例如电解溶液钝化。
随后将液密的外边缘（Umrandung）布置在活性的硅层上，其例如包括PI 4525并且能够将触点和引线保护和绝缘。此外，用于以电压来加载液体的经钝化的装置在所述外边缘之内被提供。所述装置可以例如包括电极，所述电极能够被浸入到待检查的液体中并且与电压源连接。由此来布置“液体门”。
在另一步骤中，将具有生物分子、例如从现有技术中已知的碳反应蛋白质（CRP）或肌钙蛋白（Tn）的溶液加入。
在另一步骤中，在晶体管的I-V特征曲线中在经优化的领域中以电压来加载漏极和栅极。在漏极触点处所测量的电流在此情况下与液体中所施加的电压相关。
在随后的步骤中，测量漏极电流的改变的时间相关性。
在接下来的步骤中，在积聚点处的电荷的捕获时间从用于电流测量的数据中确定。所述捕获时间
针对液态试样的不同pH值来被测量。为此，可以通过本领域技术人员已知的方法来改变在液体中的质子的浓度。也可以创建柱状图，在所述柱状图中示出：从源极到漏极的电流如何频繁地具有确定的电流值。这此外得出如下论述：所述电流如何快速地改变。由此，可以也推论出捕获时间。
在下一步骤中，所述生物对象被识别，其方式为，所测量的数据被分析并且与校准曲线相比较。
通过在衬底上施加偏压，也即适合的背栅电压，可以选择适合的积聚点，以便通过生物分子的积聚来测量电位改变的经放大的信号。
在栅极的经优化的电压和局部电场可以被使用，以便放大并且能够更精确地测量电流改变的效果。由此，可以改变捕获时间与I-1到I-15的电流强度的相关性。所述敏感性与从现有技术中已知的生物传感器相比可以以一个量级的程度被改善。通过测量通过电流的改变，可以于是使包括场效应晶体管的生物传感器比至今已知的生物传感器构型得明显更灵敏，其中所述通过电流的改变通过由生物分子引起的在栅极区域中的电位改变而引起。
所述结构可以也被扩展到更大数目的纳米线上，所述纳米线具有多个交叉区域或者共同的区段。
如果如下区域的宽度分别针对纳米线而不同地被选择，其中纳米线应被布置在所述区域内，则纳米线可以在蚀刻过程之后具有不同的高度。在纳米线之内的如下区域于是也可以在在衬底上接入电压的情况下处于不同高度，其中载流子在所述区域内移动。通过在衬底和栅极上的适合的电压能够将通过电流从三维切换到一维或零维。
在此所示出的用于制造用于测量小电位的场效应晶体管的方法与CMOS技术兼容。
附图说明
接下来根据附图来进一步阐述本发明的主题，而并不由此来限制本发明的主题。
其中，
图1示出场效应晶体管的活性区域；
图2示出具有五个纳米线的台式结构（Mesa-struktur）的示例，其中所述纳米线具有共同的交叉区域；
图3 示出用于产生具有共同的交叉区域的纳米线的掩模；
图4 示出具有两个纳米线的场效应晶体管，其中所述纳米线具有共同的交叉区域；
图5 示出具有共同的交叉区域的两个纳米线的俯视图；
图6 示出具有经蚀刻入的纳米线的活性的硅层的俯视图；
图7示出具有在活性的硅层中所布置的方形金属触点的没有外边缘的场效应晶体管的俯视图；
图8示出具有对几何结构的限定的阐述的图形的面；
图9 示出具有来自两个正相对地对置的象限II和IV的图案的部分面的掩模；
图10 示出具有来自两个正相对地对置的象限I和III的图案的部分面的掩模；
图11示出如下层序列的横截面，根据本发明的场效应晶体管由所述层序列来制成；
图12 示出在移除PMMA层的所选择的区域之后的层序列的横截面；
图13 示出在移除上方的二氧化硅层的所选择的区域之后的层序列的横截面；
图14 示出在移除留下的PMMA凸起之后的层序列的横截面；
图15 示出在将所期望的各向异性结构布置在活性的硅层之后的层序列的横截面；
图16示出在移除上方的硅层的所有区域之后的层序列的横截面；
图17 示出在将新的二氧化硅层沿着纳米线的表面布置之后的层序列的横截面；
图18示出在将黄金薄片布置在纳米线上之后的层序列的横截面；
图19示出在将方形的金属触点布置之后的层序列的横截面；
图20 示出在移除PMMA层的适合的区域之后的层序列的横截面；
图21 示出在蚀刻二氧化硅层中的所选择的区域之后的层序列的横截面，其中所述所选择的区域通过在图9中示出的掩模来确定；
图22 示出在蚀刻二氧化硅层中的所选择的区域之后的层序列的横截面，其中所述所选择的区域通过在图10中示出的掩模来确定；
图23示出在移除上方的二氧化硅层的所选择的区域之后的层序列的横截面；
图24 示出在移除PMMA层的和上方的二氧化硅层的所有区域之后的层序列的横截面；
图25示出由多个通过纳米线连接的交叉区域组成的网络。
具体实施方式
图1示出具有两个交叉的纳米线的场效应晶体管的活性区域。图1a）示出侧视图。在此示出该情况：具有三角形的横截面的两个纳米线101、102以90°的角度相交。所述三角形的横截面的特征性的宽度用Lside来表示，也即在面向所述衬底（未示出）的一侧上的线的宽度为50nm。纳米线的长度
例如采用值200nm、400nm、600nm、1000nm或在此之间的值。
图1b）示出两个纳米线101、102的俯视图，所述两个纳米线以90°的角度在具有中心103的交叉区域内相交。能够以偏压、所谓的背栅电压来加载绝缘硅晶圆的衬底。由此，纳米线的传导区域移位到所示出的三角形结构的顶点处、也即背离所述衬底的区域处，其中在所述传导区域中发生电荷流。
图2a）示出在多个纳米线的陷阱中的台式结构。图2b）示出具有如下纳米线的来自图2a）的台式结构的经放大的中间区域，其中所述纳米线以90°的角度相交，其中存在两倍的三个接触点。所示出的是在新的掩模中的由在水平线上的两个纳米线219、220和在垂直线上的三个纳米线所组成的结构，其中所述在垂直线上的三个纳米线用217、218、221来表示。
每个纳米线与相应的在图2a）中示出的引线201、202、203、204、205、206、207、208、209、210连接。所述引线具有以微米的尺度的尺寸。由此可以使用在光学的平板印刷术中典型地可供使用的分辨率。所述平板印刷术可以在一个步骤中被执行或者在多个分步骤中被执行。
以黑色来涂色的面与由硅制成的面对应。在此，在引线和相应的纳米线之间存在十个电触点，其中在图2b）中示例性地用211、212、213、214来标出四个。在两倍的三个触点中，示例性地用215和216表示两个，其中所述纳米线在所述接触点处交叉。
图3示出如下掩模，其中所述掩模已经被显影，以便制造具有由五个交叉的纳米线组成的结构的场效应晶体管，其中所述纳米线以相同的高度并且在相同的平面上布置。所述图示出两个或三个纳米线的示例，其中所述纳米线在90°的情况下相交。所示出的也有相应的引线。象限301包括如下面，在所述面中使用用于结构化的电子射束。
图4示出场效应晶体管，所述场效应晶体管包括在
层408上的纳米线402和404，所述纳米线在90°的角度中在交叉区域405内交叉。在纳米线的末端处布置源极和漏极触点，例如406和403。源极和漏极分别包括由金属制成的上接触面，其示例性地用401来标出。通过钝化层来保护所述触点，所述钝化层在此用407来标出。所述钝化层也构成液密的外边缘。此外示出在所述结构的前侧处的大的金属触点410，以便以电压或者背栅电压来加载衬底409。
图5示出两个纳米线502和507的俯视图，其中所述纳米线以90°的角度交叉，以及示出在所述线处的矩形的金属触点501、504、506、508和纳米线的交叉区域509。在交叉区域内的通过电流可以通过将电压施加到衬底上而被移位到纳米线的顶点。适合用于试样的检查的积聚点可以同样地通过将电压施加到衬底上来被选择。也示出：具有两个三角形的金属薄片503和505的蝶形天线，所述蝶形天线被布置在纳米线的交叉区域附近。通过天线可以将陷阱或积聚点的密度进行调整并且将对单个积聚点的选择或位置进行监控。通过将电压施加到衬底上，可以选择适合的积聚点或陷阱，以便在交叉的纳米线的区域中由表面电位的改变来获得经放大的信号。由分子到栅极的电介质层上的接合或积聚得出表面电位的改变。
图6示出活性的硅层的俯视图，所述硅层具有蚀刻到所述层中的纳米线和用于电接触的凸起，在所述纳米线中，在此示例性地用602表示出一个，其具有三角形横截面，其中沿着所述线的三角形横截面的所述顶点在此用603表示，在所述凸起中，在此示例性地用601表示出一个。
图7示出不具有外边缘的场效应晶体管的俯视图，所述场效应晶体管具有纳米线以及在活性的硅层中布置的方形的金属触点701，用于接触衬底。
图8示出用于布置纳米线的图案的面，其具有象限I、II、III、IV，所述象限通过图案的面801的纵轴或对称轴806、807来界定。此外示出与在所述象限中的所述图案的面互补的面，其将相应象限中的图案的面补充成一个象限。示例性地，用802来表示出所述互补的面之一。此外，示例性地示出棱边805，作为在图案的面的角点803和804之间的部分线段。
图9示出如下掩模，在所述掩模情况下在两个正向对地对置的象限I和III中的图案的部分面通过其他面来分别补充成一个象限。在所述象限II和IV中，所述图案的部分面并不被补充成一个象限。因此，可以在所述象限中沿着所述棱边，使辐射例如穿过面902。
图10示出与图9中的掩模互补的掩模。在所述掩模情况下，在两个正相对地对置的象限II和IV中的图案的部分面通过其他面来分别补充成一个象限。在象限I和III中，图案的部分面并不被补充成一个象限。因此，可以在所述象限中沿着所述棱边，使辐射例如穿过面1002。
图11示出所述衬底的横截面，其包括例如PMMA层1101、二氧化硅层1102、活性的硅层1103（其｛1 0 0｝平面在衬底的表面的法线方向上在层序列的方向上定向），和另外的二氧化硅层1104、硅层1105。
图12示出在利用电子射束借助于根据图8的掩模来照射PMMA层的所选择的区域并且已经通过本领域技术人员已知的显影步骤将其移除之后的层序列。在二氧化硅层1102上留下PMMA凸起1201、1202、1203。
图13示出在已经利用阻抗性离子蚀刻（resistive ion etching（电阻离子蚀刻）：RIE）来移除了PMMA区域1201、1202、1203之间的二氧化硅层1102的区域之后的层序列。留下的是二氧化硅层的区域1301、1302、1303。
图14示出在已经通过本领域技术人员已知的方法来移除了在二氧化硅层上留下的PMMA凸起1201、1202、1203之后的层序列。
图15示出在已经在活性的硅层中在二氧化硅层1301、1302、1303的留下的区域之下蚀刻入所期望的各向异性的结构1501、1502、1503之后的层序列。
图16示出在已经通过本领域技术人员已知的方法来移除了二氧化硅层1301、1302、1303的所述区域之后的层序列。留下的是具有在横截面中为三角形的纳米线1502的所期望的几何结构。
图17 示出在已经在纳米线1502上通过热氧化来沿着纳米线的表面来布置新的二氧化硅层1701之后的层序列。
图18示出，在已经将黄金薄片1801作为天线的组成部分布置到二氧化硅层1701之后的层序列，其中所述二氧化硅层在具有三角形的横截面的纳米线1502上。已经此外将钝化元件1802和1803布置在所述凸起1501和1503处。
图19示出在已经在活性的硅层中布置了方形的金属触点1904之后的沿着图7中所描绘的线BB’的层序列，其中所述方形的金属触点与最下方的硅层1105处于接触，用于施加背栅电压。在所示出的横截面中，将最下方的硅层上的二氧化硅层划分成两个区域1906和1908。在作为触点被布置在所述二氧化硅层上的凸起1907上，布置方形的凸起1902，其中所述方形的凸起1902包括用于与外部的测量结构电接触的金属，其中所述凸起1907包括硅并且被布置在活性的硅层中。所述元件1901包括钝化的材料。
图20示出在首先利用图9中示出的掩模来照射了PMMA层的适合区域并且然后已经被移除之后沿着在图6中示出的线AA’的层序列。在PMMA层中，在横截面中留下两个部分区域2001和2002。
图21示出在进行如下操作之后的层序列：已经在PMMA层中留下的区域2001和2002之下将二氧化硅层1102的所述区域移除了，从而在所述层中留下两个部分区域2101和2102，并且已经在所述留下的区域2101和2102之下以各向异性的方式来蚀刻了活性的硅层2103和2104的所述区域。
图22 示出在已经通过布置新的PMMA来保护了经蚀刻的区域并且首先利用在图10中示出的掩模照射并且然后移除了PMMA层的适合的区域之后的图21中提到的层序列。在PMMA层中在横截面中留下两个部分区域2201和2202。
图23示出在进行如下操作之后的之前提到的层序列：已经在PMMA层中留下的区域2201和2202之下移除了所述二氧化硅层2101的区域，从而在所述层中留下两个部分区域2301和2302，并且已经在所述区域2301和2302之间以各向异性的方式蚀刻了活性的硅层2103的所述区域，从而留下部分区域2303和2304。在此情况下，部分区域2304构成具有三角形的横截面的纳米线。
图24示出在已经通过本领域技术人员已知的方法来移除了PMMA层2201、2202和二氧化硅层2301、2302、2102之后的层序列。留下具有在横截面中为三角形的纳米线2304的期望的几何结构。
图25示出由通过纳米线所连接的交叉区域所组成的网络。在进行连接的纳米线中，示例性地利用2503来表示出其中一个，并且在交叉区域中，示例性地利用2502来表示出其中一个。在所述触点中，示例性地利用2501来表示出其中一个。当通过漏极电流的行为来测量到通过干扰点来对载流子、例如电子的捕获或放出时，这样的网络可以例如以信息技术或量子信息技术的方式来被使用用于逻辑闸。
对于所述实施例适用：
尽管在本发明的最简单的实施方案中述及分别两个交叉的如下纳米线，其中所述纳米线由半导体材料制成、具有各一个源极和漏极触点并具有用于在相应的源极和漏极触点之间施加电压的装置，在本发明的范畴内证实，有利的可以是：这两个交叉的纳米线仅仅分别具有两个触点。但是所述触点可以并不必须强制性地构造为源极和漏极触点。
对此证实，在根据本发明的设备的应用和所述设备本身中也可以有利的是：并不像是在用于纳米线的源极和漏极触点的情况下那样在单个的纳米线的两个触点之间施加电压，而是也在所述第一纳米线的任意触点和所述第二纳米线的另外的任意触点之间可以施加电压。于是交叉的纳米线被理解为：所述纳米线具有至少一个共同的接触点，使得所述纳米线优选地应处在一个平面中。
Claims (19)
1.一种用于测量液态试样的电位的设备，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，
其特征在于，所述设备具有衬底和至少两个布置在所述衬底上的交叉的由半导体材料制成的纳米线，所述纳米线分别具有源极和漏极触点来作为场效应晶体管并且具有用于在相应的所述源极和漏极触点之间施加电压的装置，
两个纳米线分别在横截面中具有三角形或梯形的形状，
在所述衬底上布置用于以电压加载所述衬底的装置，
所述纳米线通过在自身表面上布置的电介质层而至少相对于试样电绝缘，其中所述电介质层具有5至40nm之间的层厚度，并且
在所述层中布置至少一个干扰点来作为积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够将所述载流子相反地放出到所述纳米线。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述电介质层上，在每个纳米线处在相应的所述纳米线的每侧围绕所述纳米线的共同的交叉区域来布置由金属制成的薄片，其中相对置的薄片分别构成天线。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，至少一个纳米线的至少一个区段具有与所述纳米线的剩余部分不同的宽度和/或高度。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述纳米线的宽度Lside处于20nm至150nm之间。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述纳米线的宽度Lside为50nm。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述干扰点与所述纳米线的表面的间距处于0.2nm和2nm之间。
7.用于制造用于测量液态试样的电位的设备的方法，其中所述设备包括至少一个场效应晶体管，所述场效应晶体管具有源极、漏极和栅极，其特征在于以下步骤：
- 在衬底上布置半导体层；
- 借助于具有交叉形结构的掩模在各向异性蚀刻过程中在所述半导体层中布置至少两个交叉的半导体纳米线，作为场效应晶体管，
- 其中所述两个纳米线分别在横截面中具有三角形的或梯形的形状；
- 在每个纳米线处布置源极和漏极触点；
- 在所述衬底处布置用于以电压加载所述衬底的装置；
- 在所述纳米线的表面上布置具有5至40nm之间的层厚度的电介质层；
- 在所述电介质层中借助电磁辐射来有针对性地产生至少一个干扰点作为积聚点，所述积聚点能够捕获来自所述两个纳米线其中至少一个纳米线的载流子并且能够相反地将所述载流子放出到所述纳米线。
8.根据权利要求7所述的方法，其中各向异性蚀刻过程包括至少两个蚀刻步骤，其中在每个蚀刻步骤中分别使用各一个掩模。
9.根据权利要求7至8中任意一项所述的方法，其特征在于步骤：
a) 在衬底上布置至少一个半导体层，
b) 提供虚拟或实体的掩模的图案，所述图案包括两个沿着其纵轴轴对称的结构，所述结构交叉并且所述结构分别具有至少一个总体上或者逐段地为矩形的或方形的形状，
c) 至少在半导体层上的与所述图案的总面全等的面的棱边处布置蚀刻剂，所述蚀刻剂将所述半导体层的材料各向异性地蚀刻，
d) 针对在步骤c）中所提及的与所述图案的总面全等的面的边缘的相对置的棱边来重复步骤c）直至至少两个交叉的纳米线以在自身的每个末端处布置的凸起沿着所述与所述图案的总面全等的面的纵轴来布置，其中所述纳米线具有三角形或梯形横截面，其中所述凸起用于源极或漏极，
e) 沿着所述纳米线的表面布置电介质层，
f) 在沿着所述线的表面的所述电介质层中布置至少一个积聚点，
g) 被确定用于漏极和源极的所述凸起以及所述衬底与用于加载电压的装置导电连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据步骤c）进行的所述蚀刻剂的布置在以下分步骤中被执行：
i)所述蚀刻剂至少被布置在在步骤c）中所提到的所述面的第一棱边处，其中至少在所述面的纵轴和第二棱边之间并不布置蚀刻剂，其中所述纵轴平行于所述第一棱边延伸，其中所述第二棱边与所述第一棱边对置；
ii)所述蚀刻剂被移除并且接下来至少被布置在所述第二棱边处，其中至少在步骤i)中的所述纵轴和所述第一棱边之间不布置蚀刻剂；
iii)所述蚀刻过程在步骤i)和ii)中根据权利要求9的步骤d）来执行。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在权利要求9中的步骤c）中对所述蚀刻剂的布置在接下来的步骤中被执行：
i）在所述半导体层上布置至少一个其他层，所述其他层包括如下材料，所述材料能够在利用电子射束和/或光射束和/或离子射束进行的辐射之后被移除；
ii）提供如下掩模，所述掩模具有至少一个与所述图案的总面一致的面；
iii）所述其他层利用电子射束和/或光和/或离子射束通过所述掩模来被照射；
iv）移除所述其他层的已经通过所述掩模被照射的区域；
v）在所述其他层的已经被移除的区域所布置在的面上，至少在所述半导体层的表面上布置所述蚀刻剂；
vi）所述方法根据在权利要求9中的步骤d）被继续进行，其中在使用根据步骤ii）的掩模之后分别在步骤c）中所提到的与所述图案的总面全等的面的所述棱边处布置所述蚀刻剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所提供的所述掩模分别包括所述图案的所述总面和两个其他面，所述两个其他面在正相对地相反的象限中布置并且与所述图案的部分面一起在相应的所述象限中构成方形或矩形，其中所述正相对地相反的象限通过所述图案的所述总面的所述两个纵轴来界定。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述所提供的掩模分别包括所述图案的所述总面和三个其他面，所述其他面分别布置在一个象限中并且与所述图案的部分面一起在相应的所述象限中构成方形或矩形，其中所述象限通过所述图案的所述总面的所述两个纵轴来界定。
14.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将由金属制成的薄片、尤其是黄金薄片蒸镀到每个纳米线的表面上的所述电介质层上。
15.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述所使用的掩模的所述图案中的矩形结构其中至少之一在不同的区段内具有不同的宽度。
16.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述纳米线的宽度Lside处于20nm至150nm之间。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述纳米线的宽度Lside为50nm。
18.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述干扰点与所述纳米线的表面的间距处于0.2nm和2nm之间。
19.根据权利要求1至6中任意一项所述的设备的应用，其特征在于，由时间常量
或时间常量
确定所述试样的pH值，其中所述时间常量
是如下时间间隔：在所述时间间隔中，漏极电流具有最大值，并且所述时间常量
是如下时间间隔：在所述时间间隔中，所述漏极电流具有最小值。
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