DE102008047762A1 - Biosensor mit Transistorkanal im Nanobereich - Google Patents

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Byeong-Ok Cho
Man-Hyoung Seongnam Ryoo
Takahiro Suwon Yasue
Jung-hwan Hwaseong Hah
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Abstract

Exemplarische Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Biosensor, der ein nanoskaliges Material als einen Kanal eines Transistors verwendet, und ein Verfahren zum Herstellen desselben. 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. Auf 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. Ein Biosensor gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen kann eine reduzierte Analysezeit haben.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Biosensoren und Verfahren zum Herstellen von Biosensoren.
  • 2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • Ferner ist ein genaues Sammeln und Analysieren des von dem fluoreszierenden Material emittierten Lichts nicht leicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorhergehenden und andere Merkmale von exemplarischen Ausführungsbeispielen können bei einer Durchsicht der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden. Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Entwurf eines Biosensors gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen;
  • 2A und 2B schematische Draufsichten von Halbleiter-Nanostrukturen für den aktiven Bereich von 1;
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Nanodrahts der Halbleiter-Nanostruktur von 2A;
  • 4 bis 11 Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines Biosensors gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen; und
  • 12 bis 16 Querschnittsansichten von Biosensoren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 1113 oder einer Oberflächenaktivierungsschicht 191 in 15) und/oder Linkern (z. B. 201 in 1116) 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 12 bis 16 sind Querschnittsansichten von Biosensoren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen. 12 stellt einen Biosensor 11 dar, der nach dem Verfahren von 411 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (20)

  1. Biosensor mit: einer Mehrzahl von isolierenden Filmen; einer ersten Signalleitung und einer zweiten Signalleitung zwischen der Mehrzahl von isolierenden Filmen; einer Halbleiter-Nanostruktur an der Mehrzahl von isolierenden Filmen, 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; und einer Mehrzahl von Sonden, die mit der Halbleiter-Nanostruktur gekoppelt sind.
  2. Biosensor nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von isolierenden Filmen einen äußeren isolierenden Film aufweist, der eine äußere Oberfläche mit einer Ausnehmungsregion hat, wobei die Halbleiter-Nanostruktur in der Ausnehmungsregion angeordnet ist.
  3. Biosensor nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von isolierenden Filmen mehr als zwei Zwischenschicht-Isolierfilme aufweist, wobei die erste und die zweite Signalleitung durch mindestens einen Zwischenschicht-Isolierfilm voneinander isoliert sind.
  4. Biosensor nach Anspruch 3, ferner mit: einem ersten Kontakt, der mindestens einen von mehr als zwei Zwischenschicht-Isolierfilmen durchdringt, um die erste Signalleitung mit der ersten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch zu verbinden; und einem zweiten Kontakt, der mindestens zwei von mehr als zwei Zwischenschicht-Isolierfilmen durchdringt, um die zweite Signalleitung mit der zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch zu verbinden.
  5. Biosensor nach Anspruch 4, ferner mit: einer ersten Kontaktstelle, die den ersten Kontakt mit der ersten Seite der Halbleiter-Nanostruktur verbindet, wobei die erste Kontaktstelle eine Breite hat, die größer als eine Breite des ersten Kontakts ist; und einer zweiten Kontaktstelle, die den zweiten Kontakt mit der zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur verbindet, wobei die zweite Kontaktstelle eine Breite hat, die größer als eine Breite des zweiten Kontakts ist.
  6. Biosensor nach Anspruch 1, ferner mit: einer Gate-Leitung, die von der Halbleiter-Nanostruktur isoliert ist, wobei die Gate-Leitung die erste und die zweite Signalleitung kreuzt.
  7. Biosensor nach Anspruch 1, ferner mit: einem Beschichtungsfilm an der Halbleiter-Nanostruktur.
  8. Biosensor nach Anspruch 1, ferner mit: einer Oberflächenaktivierungsschicht an der Halbleiter-Nanostruktur.
  9. Biosensor nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiter-Nanostruktur mindestens entweder eine Nanodraht-Struktur, eine Nanoröhren-Struktur oder eine Nanopartikel-Struktur aufweist.
  10. Biosensor nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiter-Nanostruktur mindestens entweder Si, ZnO, GaN, Ge, InAs, GaAs oder C aufweist.
  11. Biosensor nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiter-Nanostruktur eine mehrwandige Nanostruktur ist, die einen Kern und mindestens eine Schale hat, die den Kern umgibt.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Biosensors, mit folgenden Schritten: Anordnen einer Halbleiter-Nanostruktur auf einem Substrat; Bilden einer Mehrzahl von isolierenden Filmen, einer ersten Signalleitung und einer zweiten Signalleitung an der Halbleiter-Nanostruktur, wobei die erste Signalleitung mit einer ersten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch verbunden wird und die zweite Signalleitung mit einer zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch verbunden wird; Freilegen der Halbleiter-Nanostruktur durch Entfernen des Substrats; und Koppeln einer Mehrzahl von Sonden mit der Halbleiter-Nanostruktur.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Entfernen des Substrats ein Schleifen oder Schmelzen des Substrats aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bilden der Mehrzahl von isolierenden Filmen, der ersten Signalleitung und der zweiten Signalleitung folgende Schritte aufweist: Bilden eines unteren Zwischenschicht-Isolierfilms an der Halbleiter-Nanostruktur; Bilden der ersten Signalleitung an dem unteren Zwischenschicht-Isolierfilm; Bilden eines oberen Zwischenschicht-Isolierfilms an der ersten Signalleitung; und Bilden der zweiten Signalleitung an dem oberen Zwischenschicht-Isolierfilm.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit folgenden Schritten: Bilden eines ersten Kontakts, der den unteren Zwischenschicht-Isolierfilm durchdringt, um die erste Signalleitung mit der ersten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch zu verbinden; und Bilden eines zweiten Kontakts, der den unteren und den oberen Zwischenschicht-Isolierfilm durchdringt, um die zweite Signalleitung mit der zweiten Seite der Halbleiter-Nanostruktur elektrisch zu verbinden
  16. Verfahren nach Anspruch 12, ferner mit folgendem Schritt: Bilden einer Gate-Leitung, die von der Halbleiter-Nanostruktur isoliert ist, wobei die Gate-Leitung die erste und die zweite Signalleitung kreuzt.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, ferner mit folgendem Schritt: Vorsehen eines Beschichtungsfilms an der Halbleiter-Nanostruktur.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Halbleiter-Nanostruktur mindestens entweder eine Nanodraht-Struktur, eine Nanoröhren-Struktur oder eine Nanopartikel-Struktur aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Halbleiter-Nanostruktur mindestens entweder Si, ZnO, GaN, Ge, InAs, GaAs oder C aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Halbleiter-Nanostruktur eine mehrwandige Nanostruktur ist, die einen Kern und mindestens eine Schale hat, die den Kern umgibt.
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