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HINTERGRUND
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1. TECHNISCHES GEBIET
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Exemplarische
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Biosensoren und Verfahren
zum Herstellen von Biosensoren.
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2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN
TECHNIK
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Biosensoren
werden verwendet, um durch Erlauben, dass die Sonden eines Biosensors
mit einer Bioprobe Wechselwirken, und Beobachten, welche Reaktionen
zwischen der Bioprobe und den Sonden aufgetreten sind, Bioproben
zu analysieren. Beispielsweise kann eine Fluoreszenzanalyse verwendet
werden, um eine Bioprobe zu analysieren. Bei einer solchen Analyse
werden Sonden, die unterschiedliche Rasensequenzen haben, nach einem Basensequenztyp
an entsprechenden Zellen eines Biosensors befestigt, und einer Bioprobe,
die mit einem fluoreszierenden Material markiert ist, wird erlaubt,
mit den Sonden wechselzuwirken. Das fluoreszierende Material kann
folglich als ein Resultat der Kopplung der Bioprobe mit bestimmten
Sonden über eine
Hybridisierung an einigen der Zellen zurückbleiben. Die Zellen mit dem
fluoreszierenden Material werden mit einer Abtastvorrichtung identifiziert.
Demgemäß werden
die Substanzen, die die Bioprobe bilden, basierend auf den identifizierten
Zellen mit dem fluoreszierenden Material bestimmt.
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Eine
Fluoreszenzanalyse einer Bioprobe benötigt jedoch wegen der damit
verbundenen Schritte, einschließlich
eines Markierens der Bioprobe mit einem fluoreszierenden Material
und eines Durchführens
des Abtastprozesses, eine relativ lange Zeitdauer.
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Ferner
ist ein genaues Sammeln und Analysieren des von dem fluoreszierenden
Material emittierten Lichts nicht leicht.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Biosensor gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen
kann eine Mehrzahl von isolierenden Filmen aufweisen. Zwischen der
Mehrzahl von isolierenden Filmen können eine erste Signalleitung
und eine zweite Signalleitung angeordnet sein. An der Mehrzahl von
isolierenden Filmen kann eine Halbleiter-Nanostruktur angeordnet
sein, wobei die Halbleiter-Nanostruktur eine erste Seite, die mit
der ersten Signalleitung elektrisch verbunden ist, und eine zweite
Seite hat, die mit der zweiten Signalleitung elektrisch verbunden
ist. Eine Mehrzahl von Sonden kann mit der Halbleiter-Nanostruktur
gekoppelt sein.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines Biosensors gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen kann
ein Anordnen einer Halbleiter-Nanostruktur an einem Substrat aufweisen.
An der Halbleiter-Nanostruktur können
eine Mehrzahl von isolierenden Filmen, eine erste Signalleitung
und eine zweite Signalleitung gebildet werden, wobei die erste Signalleitung mit
einer ersten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch verbunden
ist und die zweite Signalleitung mit einer zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch
verbunden ist. Die Halbleiter-Nanostruktur kann durch Entfernen
des Substrats freigelegt werden. Eine Mehrzahl von Sonden kann mit
der Halbleiter-Nanostruktur gekoppelt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorhergehenden und andere Merkmale von exemplarischen Ausführungsbeispielen
können bei
einer Durchsicht der beigefügten
Zeichnungen offensichtlicher werden. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Entwurf eines Biosensors gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen;
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2A und 2B schematische
Draufsichten von Halbleiter-Nanostrukturen für den aktiven Bereich von 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Nanodrahts der Halbleiter-Nanostruktur von 2A;
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4 bis 11 Querschnittsansichten
eines Verfahrens zum Herstellen eines Biosensors gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen;
und
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12 bis 16 Querschnittsansichten von
Biosensoren gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Vorteile
und Merkmale von exemplarischen Ausführungsbeispielen können bei
einer Durchsicht der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen besser verstanden werden. Es sei jedoch bemerkt, dass
exemplarische Ausführungsbeispiele
in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein können und nicht als auf die hierin
enthaltenen Beispiele begrenzt aufgefasst werden sollten.
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Es
versteht sich von selbst, dass, wenn auf ein Element oder eine Schicht
als „an", „verbunden mit", „gekoppelt
mit" einem anderen
Element oder einer anderen Schicht oder dasselbe/dieselbe „bedeckend" Bezug genommen ist,
dasselbe/dieselbe direkt an dem anderen Element oder der anderen Schicht
liegen, direkt mit demselben/derselben verbunden oder gekoppelt
sein oder dasselbe/dieselbe direkt bedecken kann oder dazwischenliegende
Elemente oder Schichten anwesend sein können. Im Gegensatz dazu sind,
wenn auf ein Element als „direkt
an", „direkt
verbunden mit" oder „direkt
gekop gelt mit" einem
anderen Element oder einer anderen Schicht Bezug genommen ist, keine
dazwischenliegenden Elemente oder Schichten anwesend. Gleiche Zahlen
beziehen sich überall
in der Patentschrift auf gleiche Elemente. Wie hierin verwendet,
umfasst der Ausdruck „und/oder" einen beliebigen
und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten
aufgeführten
Gegenstände.
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Es
versteht sich von selbst, dass, obwohl die Ausdrücke „erste", „zweite", „dritte" etc. hierin verwendet
sein können,
um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder
Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Komponenten, Regionen,
Schichten und/oder Abschnitte durch diese Ausdrücke nicht begrenzt werden sollten.
Diese Ausdrücke
sind lediglich verwendet, um ein Element, eine Komponente, Region,
Schicht oder einen Abschnitt von einer anderen Region, Schicht oder
einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Somit könnte ein
erstes Element, eine erste Komponente, Region, Schicht oder ein
erster Abschnitt, das/die/der im Folgenden erörtert ist, als ein zweites Element,
eine zweite Komponente, Region, Schicht oder ein zweiter Abschnitt
bezeichnet werden, ohne von den Lehren exemplarischer Ausführungsbeispiele
abzuweichen.
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Räumlich bezogene
Ausdrücke,
z. B. „unterhalb", „unter", „untere", „über", „obere" und dergleichen,
können
hierin um einer leichteren Beschreibung willen verwendet sein, um
die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en)
oder Merkmal(en), wie in den Zeichnungen dargestellt, zu beschreiben.
Es versteht sich von selbst, dass die räumlich bezogenen Ausdrücke unterschiedliche
Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu
der in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtung umfassen sollen.
Wenn beispielsweise die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung
umgedreht wird, wären
Elemente, die als „unter" oder „unterhalb" anderen/anderer
Elemente(n) oder Merkmale(n) befindlich beschrieben sind, dann „über" den anderen Elementen oder
Merkmalen ausgerichtet. Der Ausdruck „unter" kann somit eine Ausrichtung sowohl
darüber
als auch darunter umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet
sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die
hierin verwendeten räumlich
bezogenen Deskriptoren können
demgemäß ausgelegt
werden.
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Die
hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck eines Beschreibens
verschiedener Ausführungsbeispiele
und soll exemplarische Ausführungsbeispiele
nicht begrenzen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein", „eine" und „der/die/das" auch die Pluralformen
umfassen, außer
der Kontext zeigt klar etwas anderes an. Es versteht sich ferner
von selbst, dass die Ausdrücke „aufweist" und/oder „weist
... auf", wenn dieselben
in dieser Patentschrift verwendet sind, die Anwesenheit von angegebenen
Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder
Komponenten spezifizieren, jedoch die Anwesenheit oder Hinzufügung von
einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten,
Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht
ausschließen.
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Exemplarische
Ausführungsbeispiele
sind hierin unter Bezugnahme auf Querschnittsdarstellungen beschrieben,
die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsbeispielen
(und Zwischenstrukturen) exemplarischer Ausführungsbeispiele sind. Insofern
sind als ein Resultat beispielsweise von Fertigungsverfahren und/oder – toleranzen
Variationen von den Formen der Darstellungen zu erwarten. Exemplarische
Ausführungsbeispiele sollten
somit nicht als auf die Formen von hierin dargestellten Regionen
begrenzt aufgefasst werden, sondern sollen Abweichungen von Formen,
die beispielsweise aus einer Fertigung resultieren, umfassen. Beispielsweise
wird eine implantierte Region, die als ein Rechteck dargestellt
ist, typischerweise an den Rändern
derselben anstatt einer binären Änderung
von einer implantierten zu einer nicht-implantierten Region gerundete
oder gekrümmte
Merkmale und/oder einen Gradienten einer Implantatskonzentration
haben. Ebenso kann eine vergrabene Region, die durch Implantation
gebildet wird, in einer Implantation in der Region zwischen der
vergrabenen Region und der Oberfläche, durch die die Implantation stattfindet,
resultieren. Die in den Zeichnungen dargestellten Regionen sind
somit schematischer Natur, und die Formen derselben sollen nicht
die tatsächliche
Form einer Region einer Vorrichtung darstellen und sollen den Schutzbereich
von exemplarischen Ausführungsbeispielen
nicht begrenzen.
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Wenn
nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Ausdrücke (einschließlich technischer und
wissenschaftlicher Ausdrücke)
die gleiche Bedeutung wie diejenige, die durch durchschnittliche Fachleute
auf dem Gebiet der Technik, zu der exemplarische Ausführungsbeispiele
gehören,
allgemein verstanden wird. Es versteht sich ferner von selbst, dass
Ausdrücke
einschließlich
derjenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt
werden sollten, dass dieselben eine Bedeutung haben, die mit deren
Bedeutung in dem Kontext der relevanten Technik übereinstimmt, und nicht in
einem idealisierten oder übertrieben
formalen Sinn auszulegen sind, außer wenn dies hierin ausdrücklich so
definiert ist.
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Biosensoren
gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen
können
verwendet werden, um Biomoleküle,
die in biologischen Proben enthalten sind, zu Zwecken eines Durchführens einer
Genexpressionsprofilierung, einer Gendiagnose durch eine Erfassung
einer Mutation/eines Polymorphismus (z. B. eines Einzel-Nukleotid-Polymorphismus
(engl.: Single-Nucleotide Polymorphism; SNP)), einer Untersuchung
von Proteinen/Peptiden, eines Screenings auf potenzielle Wirkstoffe
und einer Entwicklung und Präparation
von neuartigen Wirkstoffen zu analysieren. Biosensoren können Sonden
verwenden, die auf den Typ einer biologischen Probe, die analysiert
wird, zugeschnitten sind. Beispiele von Biosensorsonden können DNA-Sonden,
Proteinsonden (z. B. einen Antikörper/ein
Antigen, Bacteriorhodopsin), Bakteriensonden und Neuronensonden
umfassen. Auf einen Biosensor, der in der Form eines Chips hergestellt
ist, kann auch als ein Biochip Bezug genommen werden. Beispielsweise
kann auf einen Biosensor abhängig
von dem Typ einer verwendeten Sonde als ein DNA-Chip, ein Protein-Chip, ein Zellen-Chip
oder ein Neuronen-Chip Bezug genommen werden.
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Biosensoren
gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen
können
Oligomersonden enthalten. Die Zahl von Monomeren, die in der Oligomersonde
enthalten sind, liegt folglich auf dem Oligomerniveau. Wie hierin
verwendet, kann der Ausdruck „Oligomer" ein Polymermolekül mit einem
relativ niedrigen Molekulargewicht, das zwei oder mehr kovalent
gebundene Monomere hat, bedeuten. Das Molekulargewicht des Monomers
kann etwa 1000 oder weniger betragen, obwohl exemplarische Ausführungsbeispiele
nicht darauf begrenzt sind. Das Oligomer kann etwa 2500 Monomere
aufweisen, obwohl exemplarische Ausführungsbeispiele nicht darauf
begrenzt sind. Beispielsweise kann das Oligomer etwa 5–300 Monomere
(z. B. etwa 5–100
Monomere) aufweisen. Die Monomere können abhängig von dem Typ einer analysierten
biologischen Probe variieren. Abhängig von dem Sondentyp können die
Monomere beispielsweise Nucleoside, Nucleotide, Aminosäuren und/oder
Peptide sein.
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Wie
hierin verwendet, können
die Ausdrücke „Nucleoside" und „Nucleotide" nicht nur bekannte
Purin- und Pyrimidinbasen, sondern auch methylierte Purine oder
Pyrimidine, acylierte Purine oder Pyrimidine und dergleichen umfassen.
Ferner können
die „Nucleoside" und „Nucleotide" nicht nur eine bekannte
(Desoxy-)Ribose, sondern auch modifizierte Zucker, die Halogen-
und/oder aliphatische Substitutionen für mindestens eine Hydroxylgruppe
enthalten, oder modifizierte Zucker, die mit Ether, Amin oder dergleichen
funktionalisiert sind, umfassen. Wie hierin verwendet, kann sich
der Ausdruck „Aminosäuren" nicht nur auf natürlich auftretende,
L-, D- und nicht-chirale Aminosäuren,
sondern auch auf modifizierte Aminosäuren, Aminosäure-Analoga
und dergleichen beziehen. Wie hierin verwendet, kann sich der Ausdruck „Peptide" auf Verbindungen
beziehen, die durch eine Amidbindung zwischen der Carboxylgruppe
einer Aminosäure
und der Aminogruppe einer anderen Aminosäure erzeugt werden.
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Für Zwecke
einer Darstellung können
die bei exemplarischen Ausführungsbeispielen
verwendeten Sonden DNA-Sonden sein, obwohl andere Typen von Sonden
verwendet sein können.
Die DNA-Sonden können
Oligomersonden sein, die mit etwa 5–30 Nucleotid-Monomeren kovalent
gebunden sind. Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen weiter detailliert beschrieben. Die Abmessungen verschiedener
Aspekte der Zeichnungen können
zu Zwecken einer Verdeutlichung übertrieben
sein.
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Bezug
nehmend auf 1 kann ein Biosensor 10 gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen
mindestens einen aktiven Bereich AR, mindestens eine erste Signalleitung 150 und
mindestens eine zweite Signalleitung 160 aufweisen. Der
aktive Bereich AR kann durch eine Halbleiter-Nanostruktur eingenommen
sein. Die Halbleiter-Nanostruktur kann beispielsweise lediglich
in dem aktiven Bereich AR angeordnet sein.
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Die
Halbleiter-Nanostruktur kann aus nanoskaligen Halbleitersubstanzen
oder -materialien gebildet sein. Die nanoskaligen Halbleitersubstanzen
können
Si, ZnO, GaN, Ge, InAs, GaAs, C oder Kombinationen derselben aufweisen.
Die Halbleiter-Nanostruktur kann beispielsweise eine mehrwandige
Nanostruktur sein, die einen Kern und mindestens eine Schale hat,
die den Kern umgibt. Ein Beispiel einer mehrwandigen Nanostruktur
kann eine Doppelwand-Nanostruktur mit einem Ge-Kern und einer Si-Schale
sein.
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Die
Nanostruktur kann eine Struktur sein, die einen Durchmesser in Nanogröße oder
eine Dicke in Nanogröße hat.
Der Durchmesser in Nanogröße oder
die Dicke in Nanogröße kann
mehrere Nanometer bis mehrere zehn Nanometer betragen. Die Nanostruktur
kann Nanodrähte,
Nanoröhren
und/oder Nanopartikel aufweisen. Der aktive Bereich AR kann eine
rechteckige Form, eine im Wesentlichen rechteckige Form mit gerundeten
Ecken oder eine ovale Form haben. Obwohl die Form des aktiven Bereichs AR
nicht auf die im Vorhergehenden erwähnten Formen begrenzt ist,
kann der aktive Bereich AR entlang seiner Hauptachse (z. B. einer
x-Richtung in 1) eine Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps haben. Die Leitfähigkeit eines Halbleitertyps
kann dem aktiven Bereich AR ermöglichen,
als ein Kanal eines Transistors zu funktionieren, der abhängig von
Bedingungen einer angelegten Spannung oder eines angelegten Stroms
Elektrizität
leitet.
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Bezug
nehmend auf 2A kann eine Mehrzahl von Halbleiter-Nanodrähten 110 (z.
B. Halbleiter-Nanoröhren)
parallel entlang der x-Richtung des aktiven Bereichs AR angeordnet
sein. Der aktive Bereich AR kann folglich eine eindimensionale Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps in der x-Richtung haben. Bezug nehmend auf 2B kann,
wenn in dem aktiven Bereich AR Halbleiter-Nanopartikel 110P gruppiert
sind, der aktive Bereich AR eine zweidimensionale Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps haben.
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Bezug
nehmend auf 1 können sich die erste Signalleitung 150 und
die zweite Signalleitung 160 in einer oder mehreren Richtungen
erstrecken. Die erste Signalleitung 150 und die zweite
Signalleitung 160 können
beispielsweise den aktiven Bereich AR durchqueren und sich parallel
entlang der x-Richtung erstrecken. Um einen Kurzschluss zwischen
der ersten und der zweiten Signalleitung 150 und 160 zu vermeiden,
kann es günstig
sein, wenn die erste und die zweite Signalleitung 150 und 160 einander
nicht überlappen.
Die erste Signalleitung 150 kann eine Source-Leitung sein,
die einen Kanal (z. B. die Halbleiter-Nanostruktur) mit einem Source-Strom
versorgt, und die zweite Signalleitung 160 kann eine Drain-Leitung
sein, die einen Drain-Strom erfasst.
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Die
erste Signalleitung 150 kann mit einer ersten Seite der
Halbleiter-Nanostruktur elektrisch verbunden sein, und die zweite
Signalleitung 160 kann mit einer zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur
elektrisch verbunden sein. Wenn der Biosensor 10 eine Mehrzahl
von aktiven Bereichen AR, die entlang der x-Richtung angeordnet
sind, aufweist, kann die erste Signalleitung 150 mit den
ersten Seiten der Halbleiter-Nanostrukturen, die in jedem der aktiven
Bereiche AR platziert sind, elektrisch verbunden sein. Ähnlich kann
die zweite Signalleitung 160 mit den zweiten Seiten der
Halbleiter-Nanostrukturen,
die in jedem der aktiven Bereiche AR platziert sind, elektrisch
verbunden sein.
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Die
erste Signalleitung 150 kann mit der Halbleiter-Nanostruktur
durch einen ersten Kontakt 151 elektrisch verbunden sein.
Die zweite Signalleitung 160 kann mit der Halbleiter-Nanostruktur
durch einen zweiten Kontakt 162 elektrisch verbunden sein. Wenn
jedie Halbleiter-Nanostruktur eine Mehrzahl von Nanodrähten 110 (z.
B. Nanoröhren)
aufweist, wie in 2A gezeigt ist, kann die Halbleiter-Nanostruktur
eine eindimensionale Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps haben. Als ein Resultat kann die Halbleiter-Nanostruktur
eine Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps in der x-Richtung, jedoch mit wenig oder keiner Leitfähigkeit
in der y-Richtung, zeigen.
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Die
erste und die zweite Signalleitung 150 und 160 können gleichzeitig über den
gleichen aktiven Bereich AR gehen. Um sicherzustellen, dass der erste
Kontakt 151 lediglich die erste Signalleitung 150 kontaktiert
und dass der zweite Kontakt 162 lediglich die zweite Signalleitung 160 kontaktiert,
können
die Breiten der ersten und der zweiten Signalleitung 150 und 160 und
die Breiten des ersten und des zweiten Kontakts 151 und 162 in
der y-Richtung beschränkt
sein. Beispielsweise können
die Breite und die Position der ersten Signalleitung 150 und
des ersten Kontakts 151 auf die obere Hälfte des aktiven Bereichs AR über der
Mittellinie C beschränkt
sein. Umgekehrt können
die Breite und die Position der zweiten Signalleitung 160 und
des zweiten Kontakts 162 auf die untere Hälfte des
aktiven Bereichs AR unter der Mittellinie C beschränkt sein.
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Wenn
eine Mehrzahl von Halbleiter-Nanodrähten parallel in der x-Richtung
angeordnet ist, kann ein elektrisches Verbinden der Halbleiter-Nanodrähte mit
der ersten Signalleitung 150 durch den ersten Kontakt 151 und
der Halbleiter-Nanodrähte mit
der zweiten Signalleitung 160 durch den zweiten Kontakt 162 schwierig
sein. Die elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten
Signalleitung 150 und 160 und den Halbleiter-Nanodrähten kann
von der Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps der Nanostruktur in der y-Richtung abhängen. Wie
im Vorhergehenden beschrieben, kann jedoch relativ wenig oder keine
Leitfähigkeit
in der y-Richtung vorhanden sein, wenn die Nanodrähte parallel
in der x-Richtung angeordnet sind. Demgemäß kann ein Einrichten einer
elektrischen Verbindung zwischen den parallelen Nanodrähten und
den parallelen ersten und zweiten Signalleitungen 150 und 160 schwierig
sein.
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Um
eine ausreichende Leitfähigkeit
in der y-Richtung auf der ersten und der zweiten Seite des aktiven
Bereichs AR sicherzustellen, wo der erste und der zweite Kontakt 151 und 162 jeweils
verbunden sind, können
die erste und die zweite Seite des aktiven Bereichs AR mit einer
ersten Kontaktstelle 141 bzw. einer zweiten Kontaktstelle 142 versehen sein.
Die erste und die zweite Kontaktstelle 141 und 142 können breit
genug sein, um die Breite des aktiven Bereichs AR in der y-Richtung
zu bedecken. Die erste und die zweite Kontaktstelle 141 und 142 können beispielsweise
etwa gleich der Breite des aktiven Bereichs in der y-Richtung oder
größer als
dieselbe sein, um die erste bzw. die zweite Seite des aktiven Bereichs
AR zu bedecken. Wenn die erste und die zweite Kontaktstelle 141 und 142 rechteckförmig sind,
können
dieselben die notwendigen Bereiche bedecken und Prozessspielräume zwischen
der Sondenzelle und benachbarten Sondenzellen erhalten.
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Als
ein Resultat kann die elektrische Verbindung zwischen der ersten
Signalleitung 150 und der ersten Seite der Halbleiter-Nanostruktur
durch den ersten Kontakt 151 und die erste Kontaktstelle 141 eingerichtet
werden. Obwohl die Breite (oder der Durchmesser) des ersten Kontakts 151 beschränkt sein
kann, kann die erste Signalleitung 150 aufgrund der ersten
Kontaktstelle 141 dennoch mit jedem Halbleiter-Nanodraht
auf der ersten Seite des aktiven Bereichs AR elektrisch verbunden
werden. Somit kann eine relativ sichere elektrische Verbindung zwischen
der ersten Signalleitung 150 und der Halbleiter-Nanostruktur
durch den ersten Kontakt 151 erreicht werden. Ähnlich kann
die elektrische Verbindung zwischen der zweiten Signalleitung 160 und
der zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur durch den zweiten
Kontakt 162 und die zweite Kontaktstelle 142 eingerichtet
werden, und die gleiche Implementierung, die auf die erste Signalleitung 150 angewandt wird,
kann auf die zweite Signalleitung 160 angewandt werden.
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Wenn
andererseits der aktive Bereich AR gruppierte Nanopartikel hat,
die an demselben angeordnet sind, kann der aktive Bereich AR eine
zweidimensionale Leitfähigkeit
eines Halbleitertyps haben. Als ein Resultat können die erste und die zweite
Kontaktstelle 141 und 142 nicht notwendig sein.
Dessen ungeachtet kann es dennoch nützlich sein, die erste und
die zweite Kontaktstelle 141 und 142 anzuwenden,
um einen Widerstand zu reduzieren und eine sicherere Verbindung
mit dem ersten und dem zweiten Kontakt 151 und 162 sicherzustellen.
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Obwohl
in 1 nicht dargestellt, kann in jedem aktiven Bereich
AR eine Mehrzahl von Sonden mit der Halbleiter-Nanostruktur gekoppelt
sein. Die Sonden können
mit der Halbleiter-Nanostruktur in dem aktiven Bereich AR direkt
oder indirekt mittels Aktivierungsschichten (z. B. eines Beschichtungsfilms 120 in 11–13 oder
einer Oberflächenaktivierungsschicht 191 in 15)
und/oder Linkern (z. B. 201 in 11–16)
gekoppelt sein. Unterschiedliche Sonden (z. B. Sonden mit unterschiedlichen
Basensequenzen) können
in unterschiedlichen aktiven Bereichen AR gekoppelt sein, derart,
dass ein aktiver Bereich AR einen Typ einer Sonde haben kann, während ein
anderer aktiver Bereich AR einen anderen Typ einer Sonde haben kann.
Jeder aktive Bereich AR kann eine Sondenzelle bilden. Die Zahl von
aktiven Bereichen AR kann die Zahl von Sondenzellen darstellen.
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Wenn
eine Bioprobe aufgrund einer Reaktion (z. B. einer Hybridisierung)
mit einer Sonde gekoppelt wird, kann ein Unterschied der Oberflächenladungsdichte
der Halbleiter-Nanostruktur auftreten. Als ein Resultat kann sich
der elektrische Leitwert der Halbleiter-Nanostruktur ändern. Die
Anwesenheit der Bioprobe, die mit der Sonde gekoppelt ist, kann
somit bestimmen, ob die Halbleiter-Nanostruktur einen bestimmten
elektrischen Leitwert hat. Dieser Unterschied eines elektrischen
Leitwerts kann durch die erste und die zweite Signalleitung 150 und 160,
die mit der ersten bzw. der zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur
verbunden sind, erfasst werden. Folglich kann eine relativ zuverlässige Analyse
einer Bioprobe durch den Biosensor 10 erreicht werden, ohne
zusätzliche
Prozesse (z. B. eine Fluoreszenzanalyse) durchführen zu müssen. Zusätzlich kann die Analysezeit
der Bioprobe reduziert werden.
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In
dem aktiven Bereich AR kann optional eine Gate-Leitung 130 umfasst
sein. Die Gate-Leitung 130 kann durch die Mitte des aktiven
Bereichs AR gehen und sich in der y-Richtung erstrecken. Die Gate-Leitung 130,
die erste Signalleitung 150 (z. B. eine Source-Leitung),
die zweite Signalleitung 160 (z. B. eine Drain-Leitung)
und die Halbleiter-Nanostruktur können einen Transistor bilden.
Eine Schwellenspannung, die durch die Gate-Leitung 130 geliefert wird,
kann die Genauigkeit und die Empfindlichkeit der Erfassung einer
Reaktion steigern. Wenn eine Mehrzahl von aktiven Bereichen AR in
einer Matrix angeordnet ist, kann die Gate-Leitung 130 eine
Zeile (oder eine Spalte) von aktiven Bereichen AR auswählen und
die Analyse der ausgewählten
aktiven Bereiche AR unterstützen.
Wie im Vorhergehenden bemerkt, kann die Gate-Leitung 130 jedoch
weggelassen sein.
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Im
Folgenden wird eine Querschnittsstruktur eines Biosensors, der den
im Vorhergehenden beschriebenen Entwurf hat, beschrieben. Zusätzlich sind
im Folgenden Nanodrähte,
die aus einem nanoskaligen Halbleitermaterial (z. B. Silizium (Si))
gebildet sind, als ein Beispiel einer Halbleiter-Nanostruktur beschrieben.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass anstatt der Nanodrähte andere
Halbleiter-Nanostrukturen verwendet sein können. Der Biosensor gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen
wird ferner in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren desselben
beschrieben. Die Querschnitts ansichten des Biosensors können bei
einer zusätzlichen
Bezugnahme auf 1 besser verstanden werden.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Nanodrahts, der in einem Biosensor
verwendet sein kann, gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen.
Bezug nehmend auf 3 kann ein Nanodraht 110 einer
einzelnen kristallinen Phase gewachsen sein. Die Wachstumslänge des
Nanodrahts 110 kann länger
als die Länge
des aktiven Bereichs AR sein, derart, dass der Nanodraht 110 als
ein Kanal in jedem aktiven Bereich AR funktionieren kann, selbst wenn
der Nanodraht 110 während
eines anschließenden Ätzprozesses
teilweise entfernt oder gemustert wird. Der Nanodraht 110 kann
beispielsweise gewachsen sein, um etwa zehnmal länger als die Länge des
aktiven Bereichs AR zu sein.
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An
dem Nanodraht 110 kann ein Beschichtungsfilm 120 gebildet
sein. Die Bildung des Beschichtungsfilms 120 kann nach
dem Wachstum des Nanodrahts 110 in situ durchgeführt werden.
Der Beschichtungsfilm 120 kann funktionieren, um zu helfen,
den Nanodraht 110 zu stabilisieren und/oder zu schützen. Eine
Vielfalt von Schichten mit einer vorbestimmten Dicke und einer vorbestimmten
Festigkeit kann als der Beschichtungsfilm 120 verwendet
sein, um die Stabilität
und/oder den Schutz des Nanodrahts 110 zu erreichen. Der
Beschichtungsfilm 120 kann ferner funktionieren, um zu
helfen, eine elektrische Kommunikation zwischen benachbarten Nanodrähten 110 in
anderen Richtungen als einer Kanalrichtung zu reduzieren oder zu
verhindern. Zusätzlich kann
der Beschichtungsfilm 120 als eine Aktivierungsschicht
funktionieren, um zu helfen, Linker und/oder Sonden mit dem Nanodraht 110 zu
koppeln. Um als eine Aktivierungsschicht zu funktionieren, kann
der Beschichtungsfilm 120 aus einem Material hergestellt
sein, das funktionelle Gruppen enthält, die zu einer Kopplung mit
den Linkern und/oder Sonden fähig
sind. Ferner kann der Beschichtungsfilm 120 als ein Gate-Isolierfilm
funktionieren.
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Der
Beschichtungsfilm 120 kann aus einem isolierenden Material
hergestellt sein, derart, dass eine elektrische Kommunikation zwischen
benachbarten Nanodrähten 110 reduziert
oder verhindert werden kann. Als ein Resultat kann eine relativ
effiziente elektrische Kommunikation in einer Kanalrichtung erreicht
werden. Wenn die Sonde eine DNA-Oligomersonde (z. B. eine Oligonucleotidsonde)
ist, können
die funktionellen Gruppen, die zu einer Kopplung mit der DNA-Sonde
und/oder dem mit derselben gekoppelten Linker fähig sind, Hydroxylgruppen,
Aldehydgruppen, Carboxylgruppen, Aminogruppen, Amidgruppen, Thiolgruppen,
Halogruppen und Sulfonatgruppen sein. Demgemäß kann der Beschichtungsfilm 120 aus
einer Siliziumoxidschicht (z. B. einer Schicht aus plasma-aktiviertem
TEOS (engl.: plasma enhanced-TEOS; PE-TEOS), einer aus einem relativ
hochdichten Plasma (HDP) gebildeten Oxidschicht, einer P-SiH4-Oxidschicht,
einer thermischen Oxidschicht), einem Silikat (z. B. Hafniumsilikat,
Zirkoniumsilikat), einer Metalloxynitridschicht (z. B. einer Siliziumnitridschicht,
einer Siliziumoxynitridschicht, einer Hafniumoxynitridschicht, einer
Zirkoniumoxynitridschicht), einer Metalloxidschicht (z. B. einer
Titanoxidschicht, einer Tantaloxidschicht, einer Aluminiumoxidschicht,
einer Hafniumoxidschicht, einer Zirkoniumoxidschicht, einer Indium-Zinn-Oxid- (engl.:
indium tin Oxide; ITO) Schicht), einem Polyimid, einem Polyamin,
einem Metall (z. B. Gold, Silber, Kupfer, Palladium) oder einem
Polymer (z. B. Polystyrol, Polyacrylat, Polyvinyl) hergestellt sein.
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Um
als ein Gate-Isolierfilm zu funktionieren, kann der Beschichtungsfilm 120 aus
einem Material hergestellt sein, das eine isolierende Eigenschaft
hat. Der Beschichtungsfilm 120 kann aus einer Siliziumoxidschicht
oder einer Oxidschicht mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante
hergestellt sein, obwohl exemplarische Ausführungsbeispiele nicht darauf
begrenzt sind. Die Oxidschicht mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante
kann beispielsweise eine Metalloxidschicht sein. Wenn der Beschichtungsfilm 120 aus
einer Siliziumoxidschicht oder einer Metalloxidschicht hergestellt
ist, können
alle im Vorhergehenden beschriebenen Funktionen gleichzeitig erreicht
werden. So kann beispielsweise nach dem Wachstum des Nanodrahts 110 eine
thermische Oxidschicht in situ als der Beschichtungsfilm 120 an der
Oberfläche
des Nanodrahts 110 gebildet werden. Es versteht sich jedoch
von selbst, dass exemplarische Ausführungsbeispiele nicht auf die
vorhergehenden Beispiele begrenzt sind.
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4 bis 11 sind
Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines Biosensors gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen.
Eine Mehrzahl von Na nodrähten 110 kann
mit einem Beschichtungsfilm 120 beschichtet werden. Die
beschichteten Nanodrähte 110 können unter
Verwendung eines Languir-Blodgett-(LB-) Verfahrens oder eines Flussverfahrens
an einem Substrat 100 angeordnet werden. Das Substrat 100 kann
aus einem Material hergestellt sein, das durch Schleifen oder Schmelzen
entfernt werden kann. Ein Material, das durch Schleifen entfernt
werden kann, kann ein Halbleiter-Wafer-Substrat oder ein transparentes
Substrat (z. B. Quarz, Glas) umfassen. Ein Material, das durch Schmelzen
entfernt werden kann, kann ein Kunststoffsubstrat umfassen. Das
Kunststoffsubstrat kann beispielsweise bei einer relativ hohen Temperatur
(z. B. etwa 400°C)
geschmolzen werden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das
Substrat 100 nicht auf die vorhergehenden Beispiele begrenzt
ist.
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Die
Mehrzahl von Nanodrähten 110 kann
relativ nahe zueinander und parallel an dem Substrat 100 angeordnet
werden, wobei sich die Nanodrähte 110 in
der x-Richtung erstrecken (z. B. 2A). Alternativ
kann die Mehrzahl von Nanodrähten 110 in Bündeln angeordnet
werden. Wenn Nanopartikel 110P (2B) anstatt
der Nanodrähte 110 verwendet
werden, können
die Nanopartikel 110P an dem Substrat 100 vorgesehen
und durch ein geeignetes Verfahren (z. B. einen thermischen Prozess)
gruppiert werden.
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An
dem Substrat 100 kann ein Maskenmuster (z. B. ein Photoresistmuster)
gebildet werden, um den aktiven Bereich AR zu definieren, und die
Nanodrähte 110 an
dem Substrat 100 können
unter Verwendung des Maskenmusters als einer Ätzmaske geätzt werden. Der aktive Bereich
AR kann rechteckförmig,
ovalförmig
oder im Wesentlichen rechteckig mit gerundeten Ecken sein. Die Nanodrähte 110 können unter
Verwendung eines Trockenätzverfahrens geätzt werden.
Folglich kann, wie in 4 gezeigt, die Mehrzahl von
Nanodrähten 110 lediglich
in dem aktiven Bereich AR verbleiben. Die Nanodrähte 110 können sich
in der x-Richtung erstrecken (z. B. 2A).
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Bezug
nehmend auf 5 können Gate-Leitungen 130 gebildet
werden, um den aktiven Bereich AR in der y-Richtung zu durchqueren
(z. B. 1). In dem Bereich, in dem die Gate-Leitung 130 den
aktiven Bereich AR schneidet (dem Bereich, in dem die Gate-Leitung 130 die
Nanodrähte 110 überlappt), kann
der Beschichtungsfilm 120 als ein Gate-Isolierfilm wirken,
der die Gate-Leitung 130 von den Nanodrähten 110 isoliert.
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Bezug
nehmend auf 6 kann an dem Substrat 100 ein
erster Zwischenschicht-Isolierfilm 181 gebildet
werden. Im Interesse eines Beschränkens der anschließenden Kopplung
von Sonden mit dem aktiven Bereich AR kann es nützlich sein, wenn der erste
Zwischenschicht-Isolierfilm 181 aus einem Material (z.
B. Siliziumoxid) hergestellt ist, das keine funktionellen Gruppen
enthält,
die zu einer Kopplung mit den Linkem und/oder Sonden fähig sind.
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An
dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 kann ein Musterungsprozess
durchgeführt
werden, um das erste und das zweite Ende von jedem Nanodraht 110 freizulegen.
Der Musterungsprozess kann unter Verwendung eines Trockenätzens durchgeführt werden.
Ein erster offener Bereich 141h und ein zweiter offener
Bereich 142h können
gebildet werden, um die erste bzw. die zweite Seite von jedem Nanodraht 110 entlang
der y-Richtung freizulegen (1). Der
Beschichtungsfilm 120 in dem ersten und dem zweiten offenen
Bereich 141h und 142h kann ebenfalls entfernt
werden, um die Nanodrähte 110 freizulegen.
Um eine relativ sichere elektrische Verbindung in der y-Richtung
zwischen der ersten und der zweiten Signalleitung 150 und 160 und
dem Nanodraht 110 sicherzustellen, können der erste und der zweite
offene Bereich 141h und 142h gebildet werden,
um sich von jeder Seite des Nanodrahts 110 um einen vorbestimmten
Spielraum in der y-Richtung nach außen zu erstrecken.
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Bezug
nehmend auf 7 können der erste und der zweite
offene Bereich 141h und 142h mit einem leitfähigen Material
gefüllt
werden, um an einem ersten Ende des Nanodrahts 110 eine
erste Kontaktstelle 141 und an dem zweiten Ende des Nanodrahts 110 eine
zweite Kontaktstelle 142 zu bilden. Die erste und die zweite
Kontaktstelle 141 und 142 können folglich mit dem Nanodraht 110 elektrisch
verbunden werden. Die erste und die zweite Kontaktstelle 141 und 142 können die
Breite des aktiven Bereichs AR in der y-Richtung bedecken (1).
Es sei bemerkt, dass, wenn gewünscht,
die erste Kontaktstelle 141 und die zweite Kontaktstelle 142 unter
Verwendung eines einzigen Damaszierprozesses gleichzeitig mit der
Gate-Leitung 130 gebildet werden können.
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Bezug
nehmend auf 8 kann an dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 ein
zweiter Zwischenschicht-Isolierfilm 182 gebildet werden.
Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 182 kann gemustert
werden, um ein erstes Kontaktloch 151h zu bilden, um die
erste Kontaktstelle 141 freizulegen. Das erste Kontaktloch 151h kann über der
Mittellinie C (1), die den aktiven Bereich
AR entlang der x-Richtung in zwei Regionen teilt, gebildet werden. Das
erste Kontaktloch 151h kann mit einem leitfähigen Material
gefüllt
werden, um einen ersten Kontakt 151 zu bilden, der den
zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 182 durchdringt. Das
verbleibende leitfähige Material
an dem zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 182 kann laminiert
und gemustert werden, um die erste Signalleitung 150 zu
bilden. Die erste Signalleitung 150 kann den ersten Kontakt 151 kontaktieren und
sich in der x-Richtung erstrecken. Die erste Signalleitung 150 kann
ferner eine Breite haben, die kleiner als die obere Hälfte des
aktiven Bereichs AR über der
Mittellinie C (1) ist. Die erste Signalleitung 150 kann über den
ersten Kontakt 151 und die erste Kontaktstelle 141 mit
dem ersten Ende der Nanodrähte 110,
die in dem aktiven Bereich AR angeordnet sind, elektrisch verbunden
werden.
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Bezug
nehmend auf 9 kann an der ersten Signalleitung 150 ein
dritter Zwischenschicht-Isolierfilm 183 gebildet werden.
Der dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 183 und der zweite
Zwischenschicht-Isolierfilm 182 können gemustert werden, um ein
zweites Kontaktloch 162h zu bilden, um die zweite Kontaktstelle 142 freizulegen.
Um ein Freilegen der ersten Signalleitung 150 zu vermeiden,
kann das zweite Kontaktloch 162h in der unteren Hälfte des
aktiven Bereichs AR unter der Mittellinie C (1) gebildet
werden. Das zweite Kontaktloch 162h kann mit einem leitfähigen Material
gefüllt
werden, um einen zweiten Kontakt 162 zu bilden, der den
dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 183 und den zweiten
Zwischenschicht-Isolierfilm 182 durchdringt. Das verbleibende
leitfähige
Material kann laminiert und gemustert werden, um die zweite Signalleitung 160 zu
bilden. Die zweite Signalleitung 160 kann den zweiten Kontakt 162 kontaktieren
und sich in der x-Richtung erstrecken. Die zweite Signalleitung 160 kann
ferner eine Breite haben, die kleiner als die untere Hälfte des
aktiven Bereichs AR unter der Mittellinie C (1) ist.
Die zweite Signalleitung 160 kann über den zweiten Kontakt 162 und
die zweite Kontaktstelle 142 mit dem zweiten Ende der Nanodrähte 110,
die in dem aktiven Bereich AR angeordnet sind, elektrisch verbunden
werden.
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Da
die zweite Signalleitung 160 an einer anderen Schicht als
die erste Signalleitung 150 gebildet werden kann, können die
zweite und die erste Signalleitung 160 und 150 durch
den dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 183 voneinander
isoliert werden. Es versteht sich von selbst, dass die erste Signalleitung 150 und
die zweite Signalleitung 160 einander nicht überlappen.
Stattdessen können
die erste Signalleitung 150 und die zweite Signalleitung 160 beispielsweise
parallel angeordnet werden, wie in 1 gezeigt
ist. Die erste Signalleitung 150 und die zweite Signalleitung 160 können folglich
an unterschiedlichen Positionen platziert werden. Die zweite Signalleitung 160 und
die erste Signalleitung 150 können voneinander elektrisch
isoliert sein. An der zweiten Signalleitung 160 kann eine
Passivierungsschicht 184 gebildet werden. Die Passivierungsschicht 184 kann
aus einem isolierenden Film gebildet sein.
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Bezug
nehmend auf 10 kann das Substrat 100 entfernt
werden. Wenn das Substrat 100 ein Halbleiter-Wafer-Substrat
oder ein transparentes Substrat (z. B. Quarz, Glas) ist, kann das
Substrat 100 durch Schleifen entfernt werden. Wenn das
Substrat 100 ein Kunststoffsubstrat ist, kann das Substrat 100 durch
thermisches Verarbeiten bei einer relativ hohen Temperatur entfernt
werden. 10 zeigt die auf den Kopf gestellte
Ansicht der Struktur von 9 nach dem Entfernen des Substrats 100.
Wie in 10 gezeigt, kann sich eine erste
Region auf den Abschnitt beziehen, in dem der Beschichtungsfilm 120 freigelegt
ist, und die zweite Region kann sich auf den Abschnitt beziehen,
in dem der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 181 freigelegt
ist. Die Oberfläche
der ersten und der zweiten Region kann relativ flach sein. Wie im
Vorhergehenden beschrieben, kann der Beschichtungsfilm 120 aus
einem Material gebildet sein, das funktionelle Gruppen enthält, die zu
einer Kopplung mit Linker und/oder Sonden fähig sind, während der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 181 aus
einem Material gebildet sein kann, das keine solchen funktionellen
Gruppen enthält.
Somit kann sich die erste Region auf den Abschnitt beziehen, der die
funktionellen Gruppen enthält,
die zu einer Kopplung mit Linker und/oder Sonden fähig sind,
während sich
die zweite Region auf den Abschnitt beziehen kann, der keine solchen
funktionellen Gruppen enthält.
Demgemäß kann die
erste Region ein Bereich sein, in dem Sondenzellen gebildet werden, während die
zweite Region ein Bereich sein kann, in dem Zellenteilungen gebildet
werden, um die Sondenzellen zu definieren.
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Bezug
nehmend auf 11 kann der freigelegte Beschichtungsfilm 120 der
ersten Region (10) mit Linkem 201 und
Sonden 200 selektiv gekoppelt werden, um einen Biosensor 11 gemäß exemplarischen
Ausführungsbeispielen
zu schaffen. Alternativ können
die Sonden 200 mit dem Beschichtungsfilm 120 oder
dem Nanodraht 110 direkt gekoppelt werden. Vor dem Kopplungsprozess
kann an der Oberfläche
des Beschichtungsfilms 120 eine Oberflächenbehandlung (z. B. eine
Ozonolyse, eine Säurebehandlung,
eine Basenbehandlung) durchgeführt werden,
um die Reaktion des Beschichtungsfilms 120 mit den Linkern 201 und/oder
den Sonden 200 zu erleichtern. Für die Oberflächenbehandlung
kann beispielsweise eine Piranha-Lösung verwendet werden, wobei
eine Piranha-Lösung
durch Mischen von Schwefelsäure
mit Wasserstoffperoxid, Fluorwasserstoffsäure, Ammoniumhydroxid oder
O2-Plasma erlangt werden kann.
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Die
Kopplung zwischen den Linker 201 und den Sonden 200 kann
unter Verwendung eines Standard-Photolithographieverfahrens ausgeführt werden.
Beispielsweise kann der Linker 201 mit einer photolabilen
Gruppe (nicht gezeigt) geschützt
werden und mit dem Beschichtungsfilm 120 gekoppelt werden.
Der aktive Bereich AR kann selektiv Licht ausgesetzt werden, um
die photolabile Gruppe zu entfernen. Eine Sonde 200 kann
mit einer photolabilen Gruppe geschützt werden und mit dem Linker 201 an
dem freigelegten aktiven Bereich AR synthetisiert werden. Der gleiche
oder ein ähnlicher
Prozess kann für
andere aktive Bereiche AR wiederholt werden, um Sonden, die unterschiedliche
Sequenzen haben, zu synthetisieren. Es versteht sich von selbst,
dass die Kopplung der Linker 201 und/oder der Sonden 200 unter
Verwendung einer Vielfalt von Standardverfahren ausgeführt werden
kann. Ferner können,
wie im Vorhergehenden bemerkt, die Linker 201 weggelassen
werden und die Sonden 200 mit dem Beschichtungsfilm 120 oder
dem Nanodraht 110 direkt gekoppelt werden.
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Der
Biosensor 11 in 11 kann
einen isolierenden Film als eine Basis verwenden. Der Isolierfilm
kann den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181, den zweiten
Zwischenschicht-Isolierfilm 182, den dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 183 und
die Pas sivierungsschicht 184 aufweisen. Die erste Signalleitung 150 kann
zwischen dem zweiten und dem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 182 und 183 angeordnet
sein. Die zweite Signalleitung 160 kann zwischen dem dritten
Zwischenschicht-Isolierfilm 183 und der Passivierungsschicht 184 angeordnet
sein. Die Nanodrähte 110 können an
dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 angeordnet sein.
Der Nanodraht 110 und der Beschichtungsfilm 120 können beispielsweise
in einem ausgenommenen Abschnitt des ersten Zwischenschicht-Isolierfilms 181 positioniert
sein. Mit jedem Nanodraht 110 kann eine Mehrzahl von Sonden 200 gekoppelt
sein.
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12 bis 16 sind
Querschnittsansichten von Biosensoren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen. 12 stellt
einen Biosensor 11 dar, der nach dem Verfahren von 4–11 hergestellt
ist. Bezug nehmend auf 13 kann der Biosensor 13 ein
Deckschichtmuster 192 an dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 aufweisen.
Das Deckschichtmuster 192 kann aus einem Material hergestellt
sein, das keine funktionellen Gruppen enthält, die zu einer Kopplung mit
den Linker 201 und/oder den Sonden 200 fähig sind.
Das Deckschichtmuster 192 kann in Situationen nützlich sein, in
denen der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 181 mindestens
einige funktionelle Gruppen enthält,
die zu einer Kopplung mit den Linker 201 und/oder den Sonden 200 fähig sind.
Das Deckschichtmuster 192 kann folglich ein Kopplungsrauschen,
das durch die unbeabsichtigte Kopplung von Linkem 201 und/oder Sonden 200 mit
dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 verursacht wird,
reduzieren oder verhindern. Das Deckschichtmuster 192 kann
durch Bilden einer Deckschicht an der gesamten Oberfläche des
ersten Zwischenschicht-Isolierfilms 181 und des Beschichtungsfilms 120 erlangt
werden. Die Deckschicht kann gemustert sein, um den Beschichtungsfilm 120 (z.
B. die erste Region von 10) freizulegen,
während dieselbe
an dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 (z. B. der
zweiten Region von 10) verbleibt.
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Bezug
nehmend auf 14 kann der Biosensor 14 den
Beschichtungsfilm an dem Nanodraht 110 weglassen. Stattdessen
kann ein Gate-Isolierfilm 121 zu Zwecken einer Isolierung
zwischen dem Nanodraht 110 und der Gate-Leitung 130 liegen.
Der Gate-Isolierfilm 121 kann
im Wesentlichen das gleiche Muster wie die Gate-Leitung 130 haben.
Wenn der Nanodraht 110 funktionelle Gruppen enthält, die zu
einer Kopplung mit dem Linker 201 und/oder den Sonden 200 fähig sind,
können
die Sonden 200 mit dem Nanodraht 110 direkt gekoppelt
sein (nicht gezeigt) oder über
die Linker 201 mit dem Nanodraht 110 indirekt
gekoppelt sein, wie in 14 gezeigt ist. Wenn andererseits
der Nanodraht 110 keine funktionellen Gruppen enthält, die
zu einer Kopplung mit den Linker 201 und/oder den Sonden 200 fähig sind, kann
an dem Nanodraht 110 eine Oberflächenaktivierungsschicht 191 gebildet
sein, wie in 15 gezeigt ist.
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Bezug
nehmend auf 15 kann der Biosensor 15 eine
Oberflächenaktivierungsschicht 191 an
dem Nanodraht 110 aufweisen. Die Oberflächenaktivierungsschicht 191 kann
aus einem Material gebildet sein, das eine funktionelle Gruppe enthält, die zu
einer Kopplung mit den Linkem 201 und/oder den Sonden 200 fähig ist.
Die Oberflächenaktivierungsschicht 191 kann
in Situationen nützlich
sein, in denen der Nanodraht 110 (oder der Beschichtungsfilm 120)
keine funktionellen Gruppen enthält,
die zu einer Kopplung mit den Linker 201 und/oder den Sonden 200 fähig sind,
oder eine für
eine ausreichende Kopplung unzureichende Zahl von funktionellen
Gruppen enthält.
Eine Bildung der Oberflächenaktivierungsschicht 191 an
dem Nanodraht 110 (oder dem Beschichtungsfilm 120)
kann durch selektives Laminieren der Oberflächenaktivierungsschicht 191 basierend
auf dem Unterschied zwischen dem Material, das den Beschichtungsfilm 120 bildet,
und dem Material, das den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 181 bildet,
durchgeführt
werden. Alternativ kann die Oberflächenaktivierungsschicht 191 durch
Bilden einer Aktivierungsschicht an der gesamten Oberfläche des
ersten Zwischenschicht-Isolierfilms 181 und Muster der
Aktivierungsschicht, um die Oberflächenaktivierungsschicht 191 zu
bilden, erlangt werden.
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Bezug
nehmend auf 16 kann der Biosensor 16 die
Gate-Leitung weglassen. Wenn die Gate-Leitung weggelassen ist, kann
ein Gate-Isolierfilm nicht notwendig sein. Der Beschichtungsfilm kann
ebenfalls weggelassen sein. Die Sonden 200 können folglich
bei der Abwesenheit einer dazwischenliegenden Schicht durch die
Linker 201 mit dem Nanodraht 110 gekoppelt sein.
Wie im Vorhergehenden beschrieben, kann jedoch ein Beschichtungsfilm oder
eine Oberflächenaktivierungsschicht
zusätzlich an
dem Nanodraht 110 gebildet sein. Ferner sei bemerkt, dass
gemäß exemplarischen
Ausfüh rungsbeispielen
verschiedene Kombinationen der vorhergehenden Beispiele geschaffen
werden können.
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Obwohl
hierin exemplarische Ausführungsbeispiele
offenbart wurden, versteht sich von selbst, dass andere Variationen
möglich
sein können.
Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Geist
und dem Schutzbereich exemplarischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Offenbarung anzusehen, und alle solchen Modifikationen, die für Fachleute
offensichtlich sein würden,
sollen in dem Schutzbereich der folgenden Ansprüche umfasst sein.