JP2006503277A - 分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーデバイスのための半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のヘテロ構造の半導体構造は、リード線が3つのシステム(トランジスタ)などのMEデバイスを製造するための基礎としての役目を果たす。比類のない精度と柔軟性のために、電極間隔と導電性有機ワイヤー(共役有機分子、DNA、カーボンナノチューブなど)でブリッジを架ける能動領域を、nmスケールで設計することができる。これには具体的に言うと、数ナノメートルのオーダーの間隔が含まれ、そしてこれは短い(1〜3nm)有機共役分子、例えばオリゴフェニルのようなものの、クラス全体を調べる上で特に重要なものである。この範囲の間隔は、現状のリソグラフィー技術では手に入らない。有機ワイヤーに特別な官能基(レセプタ分子のサブユニット)を付加することによって、結果として得られるハイブリッド構造体を、生体分子の高感度検出器として、あるいは生体分子の特異的相互作用を研究するための直接の手段として、用いることができる。
上記のデバイスベース構造により、MEの用途やMEに基づくバイオセンシング用途のために短い(数nmの長さ)ワイヤー状の有機分子を用いるのに必要とされるコンタクトスキームを極めて正確に作り出すことができる。相互の間隔が極めて狭い電極は、埋め込まれたゲートの機能と本質的に組み合わされて、静電場の効果により分子の導電率を調整する。精度と再現性が優れているのは、a)単原子層の精度で調整することができる出発半導体多層構造、b)原子レベルで平坦で且つはっきりとした劈開面とコーナーを最終的に形成する積層体の(順次2回の)単結晶の劈開、c)1:100のオーダーの選択比を超えることができる選択的湿式エッチング、及び、d)予測表面粗さが約1nmである滑らかな金属コンタクト層の(順次の)被着、に根ざしている。
Claims (14)
- 分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサー用途用の半導体ベース構造であって、当該半導体ベース構造と1本以上の導電性有機ワイヤーからハイブリッド電子デバイスを作製するためのソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成しているパターン化された半導体ヘテロ構造表面を特徴とする半導体ベース構造。
- 前記有機ワイヤーが、共役π電子系を有する有機分子、DNAオリゴヌクレオチド、又はカーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項1に記載の半導体ベース構造。
- 当該ハイブリッドシステムの前記1本以上の有機ワイヤーが、前記デバイスを特異的生体分子とそれらの相互作用の検出、分析及び定量のための高感度の電気バイオセンサーとして使用することができるよう、生体分子の認識のためのレセプタ又は、ホルモン、多糖類、脂質、あるいは薬物といったような生体活性分子を認識する生体分子でできたレセプタで更に機能化されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体ベース構造。
- 生体分子の認識のための前記レセプタが抗体又はタンパク質であることを特徴とする、請求項3に記載の半導体ベース構造。
- 材料「A」の2つの厚い(一般に50nm〜1μm)非ドープ層と、それらを分離する、異なる薄い半導体材料「B」の、あるいは化合物半導体の場合には異なる組成の、ドープされた極めて薄い(一般に1nm〜20nm)層の材料積層体から構成され、非常に狭い溝状のナノ−ギャップによってのみ隔てられている導電性のソース及びドレイン電極を材料「A」の上に有する半導体ヘテロ構造(図2A)を特徴とする、請求項1〜4の一つに記載の半導体ベース構造。
- 前記ハイブリッド電子デバイスを分子エレクトロニクスデバイス又はバイオセンシングデバイスとして使用する場合、選択的にエッチングした前記薄い層が電界効果ゲート電極の機能を果たすことを特徴とする、請求項5に記載の半導体ベース構造。
- 前記ワイヤーを、前記ギャップにぴったり合う又はそれを超える長さであり、前記金属電極と共有結合することのできる化学末端基で終えている分子で構成することができることを特徴とする、請求項1〜5に記載の半導体ベース構造。
- 生体分子分析物の前記有機ナノワイヤーへの選択的結合が当該ワイヤーへの前記レセプタの電子親和性を変化させて、その非局在化電子の分布を変化させ、分子のコンダクタンスを変化させることになることを特徴とする、請求項3に記載の半導体ベース構造。
- 前記ヘテロ構造の材料積層体が、前記厚い層のためのドープしていないAlGaAsと、中間の前記薄い層のためのドープされたGaAsとを含むことを特徴とする、請求項5又は6に記載の半導体ベース構造。
- 被着された前記金属がPdとAuの合金であることを特徴とする、請求項5又は6に記載の半導体ベース構造。
- 請求項5に記載の半導体ベース構造の製造方法であって、前記材料積層体を層平面に対して垂直に劈開し、得られた劈開面を、次に当該劈開面から(一般に1nm〜50nmの)深さまで中央の薄い層「B」だけを除去するように選択的エッチングし、そしてエッチングした当該劈開面に薄い(一般に1nm〜20nm)金属層を角度をつけて被着させて(図1B)導電性のソース及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体ベース構造の製造方法。
- 前記劈開を、異なる好ましくは垂直な結晶方位に沿って2回行なうこと、及び2つの金属層を異なる角度の方向から順番に、最小の電極間隔の領域が正確に2つの劈開クレームのコーナーだけに形成するようにして、被着させることを特徴とする、請求項11に記載の半導体ベース構造の製造方法。
- 分子線エピタキシー(MBE)により半導体ヘテロ構造をエピタキシャル成長させることを特徴とする、請求項11又は12に記載の半導体ベース構造の製造方法。
- 請求項7の半導体ベース構造を製造するための方法であって、溶液から又は超高真空中の固体蒸着源から自己組織化手法によりワイヤーを被着させることを特徴とする、請求項11〜13の一つに記載の半導体ベース構造の製造方法。
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