DE19856295C2 - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffelektroden und chemischen Feldeffektransistoren sowie dadurch hergestellte Kohlenstoffelektroden und chemische Feldeffektransistoren und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffelektroden, ein Verfahren zur Herstellung von chemischen Feldeffekttransistoren, sogenannten CHEMFETs, sowie chemische Feldeffekttransistoren und deren Verwendung.

Aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen, chemi­ schen sowie mechanischen Eigenschaften werden Kohlen­ stoffschichten als Elektroden in der elektrochemischen Analyse anderen Materialien vorgezogen. Es finden vor allem die Modifikationen Graphit und Glas-Kohlenstoff Verwendung, ferner sind Diamant und diamantähnlicher Kohlenstoff von wachsendem Interesse. Ein bedeutender Vorteil gegenüber anderen Materialien ist die leichte Anbindbarkeit von Biomolekülen an Kohlenstoffober­ flächen und die unerreicht hohe elektrochemische Band­ breite.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Koh­ lenstoffelektroden (Abmessungen im Bereich von Millime­ tern) weisen den Nachteil auf, daß sie nur mit großem Aufwand bzw. gar nicht auf die Herstellung miniaturi­ sierter Kohlenstoffelektroden anwendbar sind, um beispielsweise in halbleiterkompatiblen Anwendungen umsetzbar zu sein. Die einzige Möglichkeit bieten physikalische oder chemische Abscheideverfahren, die bei hohen Temperaturen von ca. 700 bis 800°C durch­ geführt werden, wodurch ihr Einsatz in der Halbleiter­ technik verhindert wird.

Eine mit der Halbleitertechnik kompatible Methode ist die Magnetron-Kathodenzerstäubung. Die Strukturie­ rung der mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung aufge­ brachten Schichten zieht jedoch aufwendige Schichtab­ hebetechniken (Lift-off) nach sich und begrenzt ferner die erreichbare Verkleinerung und Integrationsdichte.

Die EP 345 347 A1 offenbart einen Feldeffekt­ transistor mit einer Kohlenstoffelektrode. Die Her­ stellung der Kohlenstoffelektrode erfolgt bei dieser Druckschrift beispielsweise durch Sputtern.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Kohlenstoff­ elektroden liegt in der Inhomogenität der Oberfläche. Die Rauhigkeit des Kohlenstoffs führt zu einer Reduzie­ rung des Signal/Rausch-Verhältnisses und ferner zu un­ reproduzierbaren Ergebnissen.

In Öchsner, R. [u. a.], Surface and Coating Technology, Vol. 51, No. 1-3, S. 124-128, sowie in der JP 61-211820 A wird ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Oberflächen hinsichtlich Haltbarkeit und Reibung beschrieben. Bei dem Verfahren wird eine organische Schicht, insbesondere ein Harz, aufgebracht und der Kohlenstoff innerhalb der Schicht anschließend mittels Ionenimplantation amorphisiert. Auf diese Weise wird die gesamte Oberfläche, deren Eigenschaften verbessert werden sollen, großflächig mit Kohlenstoff beschichtet.

In der Veröffentlichung von Orvek, K. J., Huff­ mann, C., Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section B, Vol. B 7-8, S. 501-509, wird die Ursache von Problemen untersucht, welche bei der Halbleiterprozessierung hinsichtlich der Ablösung der zur Maskierung eingesetzten Photolacke bei Bestrahlung mit Ionen hoher Ionenstrahlenergie entstehen. Durch die Ionenbestrahlung zur Ätzung eines Susbtrates werden im Photolack amorphisierte Kohlenstoffbereiche erzeugt, deren Dicke in Abhängigkeit von Bestrahlungsparametern untersucht wird.

Die JP 60-77984 A offenbart eine Technik zur Verbesserung der Eigenschaften einer Kohlenstoff­ elektrode. Bei dem Verfahren werden in eine bereits aufgebrachte Kohlenstoffelektrode, z. B. aus Graphit oder bereits amorphem Kohlenstoff, anschließende zusätzlich Ionen implantiert. Durch die zusätzliche Ionenimplantation werden verbesserte Eigenschaften der Kohlenstoffelektrode, insbesondere hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit, erzeugt. Die ursprüngliche Kohlenstoffschicht wird mit herkömmlichen Verfahren hergestellt, so daß die oben angegebenen Nachteile auch hier auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffelektroden bereitzustellen.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren zur Herstellung eines chemischen Feldeffekttransistors, einen chemischen Feldeffekttran­ sistor, ein CHEMFET-Array, ein CHEMFET-Meßsystem und die Verwendung eines chemischen Feldeffekttransistors in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Kohlenstoff­ elektroden bereitzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch das Verfahren der Ansprüche 1 und 11, den Gegenstand der Ansprüche 12, 13, 14 und 18 sowie die Verwendung nach den Ansprüchen 16 und 17 gelöst. Die bevorzugten Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffschichten wird eine kohlenstoffhaltige Schicht auf ein Substrat aufgebracht und durch Ionen­ implantation amorphisiert. Durch den Ionenbeschuß erfolgt dabei eine Amorphisierung der kohlenstoff­ haltigen Schicht.

Das Verfahren ist insbesondere für den Einsatz in der Halbleitertechnologie geeignet, da keine erhöhten Temperaturen zur Herstellung der Kohlenstoffschicht erforderlich sind. Weiterhin lassen sich mit dem Verfahren auf einfache Weise mikro- und nanostruktu­ rierte Kohlenstoffschichten herstellen, wie dies im folgenden näher erläutert wird.

Das Verfahren kann vorteilhaft zur Herstellung von Kohlenstoffelektroden verwendet werden.

Insbesondere ist es gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung möglich, die Ionenimplantation selektiv an vorbestimmten Stellen bzw. in vorbestimmten Bereichen der kohlenstoffhaltigen Schicht durchzuführen, und nachfolgend die nicht amor­ phisierten Teile der kohlenstoffhaltigen Schicht in einem Lösungsmittel zu lösen, so daß eine strukturierte Kohlenstoffschicht erhalten wird.

Ferner ist ein direktes selektives Schreiben bzw. Überstreichen der kohlenstoffhaltigen Schicht mit fokussierten Ionenstrahlen möglich, um dadurch eine Strukturierung der Schicht zu erzeugen.

Alternativ kann die kohlenstoffhaltige Schicht ein photoempfindlicher Lack sein, der durch Belichtung wenig löslich oder gerade leicht löslich in einem Lösungsmittel wird. Dann kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner die Schritte zum selektiven Belichten des aufgetragenen Lacks und zum Entfernen des unbelich­ teten oder belichteten Lacks (je nach verwendetem Photolack) in einem Lösungsmittel vor dem Schritt zum Amorphisieren umfassen, wodurch ebenfalls eine struktu­ rierte Kohlenstoffschicht hergestellt wird.

Somit kann die Strukturierung der Kohlenstoff­ schichten durch herkömmliche Lithographieschritte vor der Implantation bewerkstelligt werden und erlaubt somit Linienbreiten der Strukturen bis herab in den Submikrometerbereich. Entsprechend wird eine Struktu­ rierung der Kohlenstoffschichten in den für die Halb­ leitertechnik erforderlichen Dimensionen ermöglicht. Bei der Strukturierung durch selektive Bestrahlung mit dem Ionenstrahl ist es möglich, Kohlenstoffelektroden mit Strukturbreiten zu schaffen, die unterhalb des Bereiches liegen, der mittels optischer Lithographie erreichbar ist. So können beispielsweise Kohlenstoff­ elektroden mit einer Strukturbreite unterhalb 200 bzw. 100 nm bis herab zu 3 nm geschaffen werden.

Durch die Verwendung dieses einfachen und damit kostengünstigen Verfahrens wird daher der halbleiter­ kompatible Einsatz von Kohlenstoffschichten, der bisher nicht möglich war, ermöglicht.

Die Verkleinerung der Kohlenstoffelektroden bildet darüber hinaus die Grundlage zur Entwicklung von Mi­ niatursystemen zur elektrochemischen Analyse und von Elektroden zur Abnahme von Biosignalen bis hin zu Elek­ trodenarrays für Multisensor und -aktuatoranwendungen.

Die vorliegende Erfindung schafft darüber hinaus auch ein Verfahren zur Herstellung eines chemischen Feldeffekttransistors mit den Schritten zum Bereitstel­ len von Source- und Drain-Bereichen sowie den zugehöri­ gen elektrischen Kontakten auf einem Halbleitersubstrat und Bereitstellen einer Gate-Elektrode, wobei die Bereitstellung einer Gate-Elektrode die Herstellung einer Kohlenstoffelektrode durch das Verfahren wie vorstehend beschrieben umfaßt. Desweiteren schafft die vorliegende Erfindung einen chemischen Feldeffekttran­ sistor mit Source- und Drain-Bereichen sowie den zugehörigen elektrischen Kontakten, die auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, und einer Gate- Elektrode, wobei die Gate-Elektrode eine durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte Kohlen­ stoffelektrode umfaßt, ein CHEMFET-Array mit einer Vielzahl solcher chemischer Feldeffekttransistoren, ein CHEMFET-Meßsystem mit einem solchen CHEMFET-Array in Form einer Durchflußzelle sowie einer Auswerteeinrich­ tung zur Auswertung der erhaltenen Meßwerte und außer­ dem eine Kohlenstoffelektrode.

Dabei umfaßt der Begriff "chemischer Feldeffekt­ transistor bzw. "CHEMFET' ("Chemically sensitive Field Effect Transistor") alle denkbaren Vorrichtungen, die eine Kombination von Bauelementen aus der Halbleiter­ technologie mit chemischen Beschichtungen der Gate- Elektrode darstellen, wodurch der Feldeffekttransistor seine Sensitivität gegenüber bestimmten chemischen Verbindungen erhält. Beispiele für CHEMFETs umfassen ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs), die eine ionensensitive Schicht enthalten und zur quali­ tativen sowie quantitativen Messung von Ionen jeglicher Art, beispielsweise H⁺, Na⁺, Ca²⁺, NO₃ ^2- usw. eingesetzt werden können, sowie redoxsensitive Feldeffekttran­ sistoren (REDOXFETs), die eine Pt-Gateelektrode auf­ weisen. Derartige Vorrichtungen werden detaillierter in T. Mikolajick, "Feldeffektsensoren zur pH-Wert-Messung und als Transducer für Biosensoren", Erlanger Berichte Mikroelektronik, Shaker Verlag, Aachen, 1997, und in F. Oehme, "Chemische Sensoren, Vieweg Verlag, Braun­ schweig, 1991 beschrieben.

Der erfindungsgemäße chemische Feldeffekttran­ sistor unterscheidet sich von den bekannten insbeson­ dere darin, daß seine Gate-Elektrode eine erfindungs­ gemäß hergestellte Kohlenstoffelektrode umfaßt. Genauer gesagt, kann der erfindungsgemäße chemische Feldeffekt­ transistor ebenso wie der herkömmliche eine ionenselek­ tive Membran, eine Gate-Isolierschicht usw. enthalten. Der Vorteil der Gate-Elektrode, die nunmehr eine Kohlenstoffelektrode umfaßt, liegt darin, daß eine solche Gate-Elektrode eine hervorragende Anbindungsmög­ lichkeit für biologische Moleküle bietet. Insbesondere, wenn die Kohlenstoffelektrode anstelle eines metallischen Gate-Materials, beispielsweise Platin, verwendet wird, tritt der Vorteil auf, daß solch ein chemischer Feldeffekttransistor auch mit Enzymen oder enzymähnli­ chen Verbindungen verwendet werden kann.

Die Verwendung einer Kohlenstoffelektrode als Gate-Elektrode wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung mikrostrukturierter Kohlenstoffelektroden ermöglicht, welche für den Einsatz als Gate-Elektrode besonders vorteilhaft sind.

Der erfindungsgemäße chemische Feldeffekttran­ sistor, das erfindungsgemäße CHEMFET-Array sowie das erfindungsgemäße CHEMFET-Meßsystem können vorteilhaf­ terweise zur Bestimmung von REDOX-Potentialen spezifi­ scher Substanzen, zur Konzentrationsbestimmung spezifi­ scher Substanzen sowie zur Steuerung enzymatisch kata­ lysierter Reaktionen verwendet werden.

Insbesondere umfaßt ein interessanter Anwendungs­ bereich die Biosensoren auf der Basis von pH-FETs. Diese sind so aufgebaut, daß die mit einer pH-sensiti­ ven Schicht versehene Kohlenstoffelektrode mit einem immobilisierten Enzym beschichtet ist (Enzym-FET). Werden bei der enzymatisch katalysierten Reaktion saure oder alkalische Reaktionsprodukte frei, also etwa H⁺- Ionen oder NH₃, kommt es zu einer von der Substrat­ konzentration abhängigen pH-Verschiebung, welche vom pH-FET gemessen wird.

Kohlenstoff als Bindeglied zu elektrisch modifi­ zierbaren Biomolekülen legt darüber hinaus den Grundstein der Bioelektronik, mit ihren Möglichkeiten zur weiteren Miniaturisierung von Schalt-, Verstärker- und Speicherbauelementen im Bereich der Nanometerskala.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel für die Schritte des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Herstellung von struk­ turierten Kohlenstoffschichten; und

Fig. 2 ein Beispiel für den Aufbau eines erfindungs­ gemäßen CHEMFETs im Querschnitt.

In Fig. 1a bezeichnet Bezugszeichen 5 ein Subs­ trat, das beispielsweise ein p-Typ Siliziumsubstrat sein kann. Bezugzeichen 6 bezeichnet einen n-dotierten Bereich, Bezugzeichen 4 bezeichnet eine SiO₂-Schicht, und Bezugszeichen 3 bezeichnet eine kohlenstoffhaltige Schicht, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch eine Photolackschicht realisiert ist. Dabei kann der erfindungsgemäße chemische Feldeffekttransistor natürlich auch auf einem aus anderen Einzelkomponenten aufgebauten Feldeffekttransistor realisiert sein.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte kohlenstoffhaltige Schicht kann beispielsweise eine Novolack-Schicht sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann sie insbesondere, wie vorstehend beschrieben, eine photoempfindliche Schicht aus einem Photoresist- Material sein. Wenn die kohlenstoffhaltige Schicht photoempfindlich ist, kann sie leicht unter Verwendung der typischerweise verwendeten Belichtungsverfahren strukturiert werden. Außer Novolack sind auch Polyimid (PI) oder ähnliche Materialien, beispielsweise photo­ empfindliche Schichten aus Polymethylmethacrylat- (PMMA-) Lack einsetzbar.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung gehen davon aus, daß durch die Ionenimplantation einerseits der Kohlenstoff in der kohlenstoffhaltigen Schicht amorphisiert wird, andererseits in der kohlenstoffhal­ tigen Schicht enthaltene Sauer- oder Wasserstoffatome abgespalten werden. Daher wird vorzugsweise eine kohlenstoffhaltige Schicht eingesetzt, die aus einer organischen Kohlenstoff-Verbindung aufgebaut ist. Insbesondere wird bevorzugt, daß die kohlenstoffhaltige Schicht aus einem Polymer besteht, speziell einem Polymer, bei dem die Polymerkette aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, daß die kohlenstoffhal­ tige Schicht außer Kohlenstoff nur Elemente enthält, die durch die durch die Ionenimplantation zugeführte Energie abgespalten werden können. Beispiele für diese Elemente umfassen Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Chlor.

Auch eine nicht notwendigerweise photoempfindliche kohlenstoffhaltige Schicht kann gemäß der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise strukturiert werden, wenn nach der Amorphisierung durch Ionenimplantation die verbliebene Kohlenstoffschicht in bestimmten Lösungs­ mitteln unlöslich ist, in denen sich die kohlenstoff­ haltige Schicht löst. Entsprechend kann durch eine selektive Ionenimplantation an vorbestimmten Stellen, beispielsweise unter Verwendung einer FIB("Focussed Ion Beam")-Vorrichtung oder einer Maske die Kohlenstoff­ schicht nach Wunsch strukturiert werden, wobei die nicht implantierten Bereiche mit dem Lösungsmittel entfernt werden.

Zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements mit Kohlenstoffelektrode werden zunächst die Herstellungs­ schritte der jeweils eingesetzten Bauelemente (z. B. chemische Feldeffekttransistoren, integrierte Verstär­ kerschaltungen etc.) durchgeführt und eine Passivie­ rungs- und Schutzschicht 4 abgeschieden. Analog zu den in der Halbleitertechnik standardisierten Strukturie­ rungsverfahren wird dann die Photolackschicht 3 auf die Prozeßscheibe aufgeschleudert, ausgebacken und bei­ spielsweise unter Verwendung einer Maske 2 mit entspre­ chender Belichtungsstrahlung 1 belichtet.

Dies wird durch den Einsatz von parallelen (DUV-, UV-Belichtung usw.) oder auch seriellen (Elektronen-, Ionen-, Röntgenstrahl- usw.) Belichtungsverfahren durchgeführt. Anschließend wird der Lack entwickelt, d. h. an den nicht für Elektroden vorgesehenen Flächen entfernt, wie in Fig. 1b gezeigt ist.

Anschließend wird die Lackschicht durch Ionenim­ plantation amorphisiert, wie in Fig. 1c gezeigt ist. In Fig. 1c bezeichnet Bezugszeichen 7 die zur Ionenimplan­ tation verwendeten Ionenstrahlen. Um eine vollständige Amorphisierung des Photolacks zu erzielen, sind die Dicke der Schichten und die Ionenenergien passend aufeinander abzustimmen. Beispielsweise können bei Verwendung von Phosphor und einer Ionenenergie von 200 keV Lacke bis zu einer Dicke von 400 nm vollständig durch Implantation modifiziert werden. Generell gilt: je leichter die Ionen, desto dickere Lackschichten können verwendet werden. Dickere Lackschichten haben in diesem Zusammenhang den Vorteil, daß sie leichter strukturiert werden können. Entsprechend ist es bevor­ zugt, leichte Ionen zu verwenden, wobei allgemein hinsichtlich der verwendeten Ionen keine Einschränkung gilt. Generell werden außerdem Lackdicken im Bereich von einigen nm bis in den µm-Bereich bevorzugt.

Durch eine Variation der Ionendosis ist darüber hinaus die Einstellung der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit möglich. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führen dies darauf zurück, daß durch die Ionenimplantation nicht nur der Kohlenstoff amorphi­ siert wird, sondern auch noch eine Dotierung stattfin­ det. Die größten Veränderungen in der Leitfähigkeit des Kohlenstoffs werden jedoch nur im Dosisbereich von 10¹⁴ bis 10¹⁶ Ionen/cm² erzielt, höhere Dosen führen dann nur noch zu geringfügigen Änderungen der physikalischen Eigenschaften.

Ein Ausführungsbeispiel betrifft den Einsatz der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Kohlenstoffelektroden als Biosensor in einem Redoxpo­ tential-sensitiven Feldeffekttransistor (REDOXFET). Die Verwendung herkömmlicher Platin-Gate-Elektroden bei derartigen REDOXFETs bringt den Nachteil mit sich, daß aufgrund der Chemisorption von Sulfidverbindungen keine Enzyme oder enzymähnlichen Verbindungen zusammen mit dem REDOXFET eingesetzt werden können.

Ein solcher REDOXFET ist beispielsweise in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen 5 das Substrat, beispielsweise aus p-dotiertem Silizium, in dem der leitfähige Kanal ausgebildet ist, Bezugszeichen 11 bezeichnet den Source-Kontakt, und Bezugszeichen 12 bezeichnet den Drain-Kontakt, die jeweils aus n⁺- dotiertem Silizium gebildet sein können. Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Isolationsschicht, beispielsweise aus SiO₂, und Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Zufüh­ rungsleitung zu dem Source- und dem Drain-Kontakt, beispielsweise aus Aluminium. Bezugszeichen 13 bezeich­ net die Gate-Elektrode, die als eine Kohlenstoffelek­ trode ausgebildet ist.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen REDOXFETs wird im Anschluß an die aus den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines chemischen Feldeffekttransistors bekannten Fertigungsschritte für den Transistor und die Signalverarbeitung die Kohlenstoffschicht 13 durch das erfindungsgemäße Verfahren auf den Gatebereich des REDOXFETs aufgebracht, wie in Fig. 2 gezeigt ist, so daß die Kohlenstoffschicht nunmehr eine Kohlenstoff- Gate-Elektrode bildet. Nach Immobilisieren einer ionen­ selektiven Membran auf der Gate-Elektrode ist bei­ spielsweise die Aktivitätsänderung von Ionen aufgrund der sich ergebenden Änderung des Gate-Oberflächen­ potentials möglich.

Dieser REDOXFET mit einer Gate-Elektrode, die eine Kohlenstoffelektrode umfaßt, gestattet nun die Verwen­ dung enzymatischer Systeme, die auf der Kohlenstoff­ schicht immobilisiert werden können. Dies bietet die Möglichkeit, Konzentrationen von Substanzen zu erfassen, die nur mittels enzymatischer Reaktion nachweisbar sind. Durch Zusammenfügen mehrerer Sensoren zu einem Array kann eine miniaturisierte Analyseeinheit aufge­ baut werden. Verbunden mit den Methoden der Fließ- Injektionsanalyse ist die vollständige Automatisierung des Meßsystems möglich.

In Umkehrung der Sensoreigenschaft kann auch die Aktuatoreigenschaft des REDOXFETs ausgenutzt werden. Genauer gesagt ist durch den erfindungsgemäßen REDOXFET die elektrische Steuerung enzymatisch katalysierter Reaktionen möglich, wenn ein elektrisch zu aktivieren­ des Enzym auf die Kohlenstoffelektrode aufgebracht wird, dessen Aktivität durch Ändern des Potentials der Kohlenstoff-Gate-Elektrode gesteuert werden kann.

Darüber hinaus bahnen nanostrukturierte Kohlen­ stoffschichten den Weg zu neuartigen Anwendungen in der Bioelektronik. Die hervorragende Anbindungsmöglichkeit von biologischen Molekülen an Kohlenstoff-Elektroden kann beispielsweise zu Untersuchung und Steuerung von Nervensignalen ("Nervenstecker) herangezogen werden. Gerade das Verfahren der fokussierten Ionenstrahlen erlaubt durch die damit verbundene Möglichkeit zur Strukturierung minimaler Strukturbreiten bis herab zu 3 nm die Entwicklung neuartiger, extrem kleiner Sensor- und Aktuatorelemente. So ist die detaillierte Erfassung menschlicher Signale und die gezielte Ansteuerung von Nerven möglich.

Die Herstellung künstlicher Organe (Auge, Ohr . . .) oder deren Teilaustausch bedeutet darüber hinaus eine Steigerung der Lebensqualität betroffener Personen.

Mittels schaltbarer Biomoleküle ist darüber hinaus der Aufbau von Schaltern, Verstärkern und Speicher mit - im Vergleich zu derzeit erhältlichen Schaltkreisen - wesentlich kleineren Dimensionen möglich.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffelektroden mit den Schritten:

• - Aufbringen einer kohlenstoffhaltigen Schicht (3) auf ein Substrat (5);
• - Amorphisieren zumindest von Bereichen der kohlenstoffhaltigen Schicht durch Ionenimplantation, wobei die Ionenimplantation selektiv in für die Kohlenstoffelektroden vorbestimmte Bereiche der kohlenstoffhaltigen Schicht erfolgt, und
• - anschließendes Entfernen nicht amorphisierter Bereiche der kohlenstoffhaltigen Schicht mit einem Lösungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Schicht eine organische kohlenstoffhaltige Schicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Schicht aus Novolack besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Schicht ein photo­ empfindlicher Lack ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein photoempfindlicher Lack eingesetzt wird, der nach einer Belichtung eine verringerte Lös­ lichkeit in einem Lösungsmittel aufweist, wobei vor dem Schritt des Amorphisierens die Schritte erfolgen:

• - selektives Belichten des aufgetragenen Lacks; und
• - Entfernen von unbelichtetem Lack mit dem Lösungsmittel.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein photoempfindlicher Lack eingesetzt wird, der nach einer Belichtung eine erhöhte Löslichkeit in einem Lösungsmittel aufweist, wobei vor dem Schritt des Amorphisierens die Schritte erfolgen:

• - selektives Belichten des aufgetragenen Lacks; und
• - Entfernen von belichtetem Lack mit dem Lösungs­ mittel.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenimplantation mit Arsen- oder Phos­ phorionen erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Ionenimplantation verwendete Ionendosis 10 ¹⁴ bis 10 ¹⁶ Ionen/cm² beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) ein Halbleitersubstrat ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) ein oder mehrere Halbleiter- Bauelemente oder integrierte Schaltungen enthält.

11. Verfahren zur Herstellung eines chemischen Feldeffekttransistors mit den Schritten:

• - Bereitstellen von Source- und Drain-Bereichen (11, 12) sowie den zugehörigen elektrischen Kon­ takten (15) auf einem Halbleitersubstrat (5), und
• - Bereitstellen einer Gate-Elektrode (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellung der Gate-Elektrode die Her­ stellung einer Kohlenstoffelektrode durch das Ver­ fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.

12. Chemischer Feldeffekttransistor mit

• - Source- und Drain-Bereichen (11, 12), den zugehörigen elektrischen Kontakten (15) sowie einer Gate-Elektrode auf einem Halbleitersubstrat (5),

dadurch gekennzeichnet,
daß die Gate-Elektrode eine Kohlenstoffelektrode umfaßt, welche durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.

13. CHEMFET-Array mit einer Vielzahl von chemischen Feldeffekttransistoren nach Anspruch 12.

14. CHEMFET-Meßsystem mit einem CHEMFET-Array nach Anspruch 13 in Form einer Durchflußzelle sowie einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung der er­ haltenen Meßwerte.

15. Verwendung des chemischen Feldeffekttransistors nach Anspruch 12, des CHEMFET-Arrays nach Anspruch 13 oder des CHEMFET-Meßsystems nach Anspruch 14 zur Bestimmung von REDOX-Potentialen spezifischer Substanzen.

16. Verwendung des chemischen Feldeffekttransistors nach Anspruch 12, des CHEMFET-Arrays nach Anspruch 13 oder des CHEMFET-Meßsystems nach Anspruch 14 zur Konzentrationsbestimmung spezifischer Substan­ zen.

17. Verwendung des chemischen Feldeffekttransistors nach Anspruch 12, des CHEMFET-Arrays nach Anspruch 13 oder des CHEMFET-Meßsystems nach Anspruch 14 zur Steuerung enzymatisch katalysierter Reaktio­ nen.

18. Kohlenstoffelektrode, die durch das Verfahren nach einem der Anspüche 1 bis 10 hergestellt ist, mit einer Strukturbreite kleiner 200 nm.

19. Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 18 mit einer Strukturbreite kleiner 100 nm.