JP2023507289A - プラズモン共振器を含むハイブリッド・センサ - Google Patents

プラズモン共振器を含むハイブリッド・センサ Download PDF

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Abstract

半導体構造体が、半導体基板上のソースおよび半導体基板上のドレインを接続するチャネルを含み、チャネルはプラズモン共振器を備える。センサが、既知の分析物に対する感度を含んでいるプラズモン膜と、電界効果トランジスタのソースおよびドレインを含んでいる半導体構造体と、プラズモン膜と半導体構造体のゲートの間の電気接続とを含む。センサを形成する方法は、半導体基板上に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成することを含み、電界効果トランジスタはソース、ドレイン、およびゲートを含み、ゲートはプラズモン共振器を含む。

Description

本発明は、一般に、センサに関連しており、より詳細には、電気センサおよび光センサを組み合わせるマルチモーダル・センサに関連している。
化学物質および生体物質の感知は、健康状態監視および環境監視に使用されることができる。健康状態監視は、個人的利用のため、または医療施設において、人々の個人的健康の必要性に関する評価および支援にとって重要である。環境内の化学物質および生体物質の監視は、環境の安全監視および安全上の懸念にとって重要である。そのような元素に対する感度が高いセンサを所有することが望ましく、感知された情報を遠くの観測地点に、有線または無線の手段によってリモートで送信することも望ましい。
本発明の実施形態によれば、半導体構造体が提供されている。半導体構造体は、半導体基板上のソースおよび半導体基板上のドレインを接続するチャネルを含み、チャネルはプラズモン共振器を備える。
別の実施形態によれば、センサが提供される。センサは、既知の分析物に対する感度を含んでいるプラズモン膜と、電界効果トランジスタのソースおよびドレインを含んでいる半導体構造体と、プラズモン膜と半導体構造体のゲートの間の電気接続とを含む。
別の実施形態によれば、センサを形成するための方法が提供される。この方法は、半導体基板上に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transistor）を形成することを含み、電界効果トランジスタはソース、ドレイン、およびゲートを含み、ゲートはプラズモン共振器を含む。
本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、および長所は、添付の図面に関連して読まれる本発明の以下の詳細な実施形態例の説明から、明らかになるであろう。図が、当業者が詳細な説明と共に本発明を理解することを容易にすることにおいて明確にすることを目的としているため、図面のさまざまな特徴は一定の縮尺ではない。
実施形態に従って、グラフを示す図である。 実施形態に従って、フーリエ変換赤外分光計のコンポーネントを示すブロック図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、実施形態に従って、半導体の断面図および上面図をそれぞれ示す図である。 実施形態に従って、半導体の断面図を示す図である。 実施形態に従って、半導体の断面図を示す図である。 実施形態に従って、半導体の断面図を示す図である。 実施形態に従って、半導体の断面図を示す図である。 実施形態に従って、感知プロセスを実行する方法のフローチャートを示す図である。 実施形態に従って、コンピュータおよびサーバの内部コンポーネントおよび外部コンポーネントを示すブロック図である。 実施形態に従ってクラウド・コンピューティング環境を示す図である。 本発明の実施形態に従って抽象モデル・レイヤを示す図である。
請求される構造および方法の詳細な実施形態が本明細書において開示されるが、開示された実施形態が、さまざまな形態で具現化されてよい請求される構造および方法の例にすぎないということが、理解され得る。しかし、本発明は、さまざまな形態で具体化されてよく、本明細書において示された実施形態例に制限されると解釈されるべきではない。説明において、周知の特徴および技術の詳細は、提示された実施形態を不必要に分かりにくくするのを避けるために、省略されることがある。
本発明の実施形態は、センサに関連しており、より詳細には、電気センサおよび光センサを組み合わせるマルチモーダル・センサに関連している。以下で説明される実施形態例は、特に、電気センサのチャネルおよびプラズモン共振器としての二重の用途を有する材料を使用することによって、電気センサの速度および感度を光センサの化学的感度と組み合わせるためのシステム、方法、およびプログラム製品を提供する。本発明の実施形態は、医療検査および環境監視の両方の技術分野を改善する能力を有する。
前述したように、健康状態監視または医学的監視は、個人的利用のため、または医療施設において、人々の個人的健康の必要性に関する評価および支援にとって重要である。環境内の化学物質および生体物質の監視は、環境の安全監視および安全上の懸念にとって重要である。そのような元素に対する感度が高いセンサを所有することが望ましく、感知された情報を遠くの観測地点に、有線または無線の手段によってリモートから送信することも望ましい。
生体分析センサは、健康状態評価および健康状態監視に役立つ。健康状態評価において使用されることがある分析物の例としては、ブドウ糖、コレステロール、カルシウム、血球数、およびビタミン値が挙げられる。
環境センサは、空気の品質を監視するのに役立ち、漏れ検出および危険汚染物質の監視に使用されることができる。環境センサは、環境および人間の健康を保護するのに役立つことができる。環境内で感知されることがある分析物の例としては、メタン、二酸化炭素、塩化水素、ｐＨ値、一酸化炭素、または爆発性の気体などの、さまざまな種類の気体が挙げられる。
無線デジタル・センサは、情報をある位置から別に位置に電子的に送信することができる。この情報は、位置間の比較および一定期間にわたる比較のために、格納されることができる。
電気センサは、電荷、電流、または電圧における変化を感知に使用することがある。感知面上の変化は、電気センサの電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）のソースとドレインの間の電流における変化をもたらすことがある。実施形態では、電気センサは、１つまたは複数の電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）を使用してよい。代替として、電気センサは、１つまたは複数のバイポーラ接合トランジスタ（以下、「ＢＪＴ：Bipolar Junction Transistors」という）を使用してよい。ＦＥＴセンサは、感知面上の電荷（Ｑ）を感知できる。感知面は、ゲート誘電体面またはゲート電極であることができる。イオンおよび多くの生体分子（タンパク質、エキソソーム、ウイルス）は、電荷を有する。イオンまたは生体分子が感知面に結合するときに、表面電位の変化を引き起こし、次に、感知電流の変化を引き起こす。対象の分析物のみが感知面に結合するように感知面を機能させることによって、特定性が実現される。感知面は、分析物または反応物の結果として、導電性が高くなるか、または低くなることがある。電気センサを使用する利点は、速さおよび感度を含む。
光センサは、フーリエ変換赤外分光法（以下「ＦＴＩＲ：Fourier-transform infrared spectroscopy」という）を使用して、検査用の材料によって吸収された赤外領域内の波長の範囲を測定する。広帯域光源が、干渉計を通過し、試料を通過して、赤外検出器に達し、赤外検出器は、検査用の試料またはデバイスによって吸収された赤外領域内の波長の範囲を測定する。赤外吸収波長域は、試料内の分子の成分および構造を識別し、試料に存在する分析物を識別する。分子は、分子の振動／回転の赤外線スペクトルによって、敏感に特異的に識別され、探査されることができる。ＦＴＩＲは、試料に存在する分析物の濃度を識別することができる。
分子がプラズモン共振器／アンテナの近く（通常は、数１０ナノメートルの距離）にあるときに、共振器の近くの高濃度の光学モードから生じるパーセル効果に起因して、吸収が急激に高められることができる。赤外線において、この効果は、表面増強赤外吸収（ＳＥＩＲＡ：surface-enhanced infrared absorption）と呼ばれ、周知の表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ：surface enhanced Raman scattering）効果に類似している。ＳＥＩＲＡを使用する場合、分子でのプラズモン共振によって、光場が空間的に濃縮され、それによって、その分子の吸収を高める。
プラズモン共振器は、金属および高濃度ドープ半導体の両方から作られることができ、低次元材料を含むことができる。低次元材料は、電場が隠されないほど十分低い電荷密度を有する材料である。低次元材料の共振周波数は、材料、形状、および電荷密度に応じて変化する。
実施形態では、電気センサの半導体材料として、および光センサに適したプラズモン共振器としての二重の役割を有する、マルチモーダル・センサの材料が選択されることができる。半導体材料に必要な材料特性は、適切なトランジスタ・チャネル材料、高移動性、低電荷密度、および電場がスクリーニングされないような低次元性を含む。プラズモン共振器に必要な材料特性は、適切な光学空胴、低光学損失、低次元性として機能し、正しい電荷密度を有する材料を含む。正しい電荷は、プラズモン共振器が赤外領域内の応答を有するような電荷である。材料は、特定の分子または分析物に適したプラズモン共振器として、特に製造されることができる。
実施形態では、材料は、シリコン、カーボン・ナノチューブ、およびグラフェンを含んでよい。これらの材料の各々は、電気センサ内のＦＥＴのチャネル材料として、およびプラズモン共振器として、二重の役割を有することができる。ＦＥＴのチャネル材料としての材料の使用は、プラズモン共振器の特性によって光場が濃縮されることを可能にする。
炭素原子の２次元結晶であるグラフェンを、気体センサ、化学センサ、およびバイオセンサに使用することができる。カーボン・ナノチューブは、巻かれたグラフェン・シートである。大きい表面積対体積率および表面の分子に対する電子的感度に起因して、グラフェンおよびカーボン・ナノチューブは、環境材料などの分析物の感知に使用されることができる。グラフェンおよびカーボン・ナノチューブの電子的感度は、分子が環境から吸収されるときの、グラフェンおよびカーボン・ナノチューブの抵抗およびコンダクタンスにおける変化として示されることができる。グラフェンは、特定の分子または分析物を検出するように、処理されるか、機能化されるか、または設計されることができる。グラフェンおよびカーボン・ナノチューブは、分析物を感知するため、およびデジタル信号を提供するために使用されることができる。
実施形態例に従って、図１～１０の添付の図面を参照することによって、センサを製造する１つの方法が下で詳細に説明される。
ここで図１を参照すると、実施形態例に従ってグラフ１００が示されている。グラフ１００は、特定の分析物に対する感度を有するグラフェンまたはカーボン・ナノチューブのゲート・チャネルを使用して製造された電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）センサのソースとドレインの間のゲート電圧の関数として、電流を示している。グラフ１００に示されているように、ソースとドレインの間のＦＥＴのゲート電圧が増えるにつれて、ＦＥＴのソースとドレインの間の電流が増える。グラフ１００の実線は、特定の分析物が存在しないときの動作状態を示している。特定の分析物が存在しない場合、Ｖ１のゲート電圧で第１の電流Ｉ１が発生する。グラフ１００の破線は、低濃度の特定の分析物の存在による影響を受けた場合の、ゲート電圧対電流特性曲線のシフトを示している。低濃度の特定の分析物では、Ｖ１のゲート電圧で、第１の電流Ｉ１より低い第２の電流Ｉ２が発生する。グラフ１００の点線は、高濃度の特定の分析物の存在による影響を受けた場合の、ゲート電圧対電流特性曲線のシフトを示している。高濃度の特定の分析物では、Ｖ１のゲート電圧で、第２の電流Ｉ２より低い第３の電流Ｉ３が発生する。したがって、Ｖ１のゲート電圧を供給している間の、ソースとドレインの間の電流の測定結果は、特定の分析物の存在の濃度を示す。
実施形態では、ＦＥＴチャネルは、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブを含んでよく、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブ上の分析物の吸収が、ＦＥＴの電流対ゲート電圧に影響を与えることがある。ＦＥＴは、特定のゲート電圧で電流を測定することによって、センサとして使用されることができる。グラフ１００の破線および点線は、低濃度または高濃度の化学的分子または分析物の存在による影響を受けた場合の電流特性対ゲート電圧曲線のシフトをそれぞれ示している。
特に、ゲート電圧がＶ１であり、測定された電流がＩ１である場合、これは、分析物の量が存在しないことを示す。ゲート電圧がＶ１であり、測定された電流がＩ２である場合、少量の分析物が存在する。ゲート電圧がＶ１であり、測定された電流がＩ３である場合、多くの量の分析物が存在する。
ゲート電圧対電流の関数は、存在する分析物の濃度と共に変化する。このようにして、ソースとドレインの間の特定の電圧差での分析物の濃度に関する決定が行われてよい。
グラフェンまたはカーボン・ナノチューブは、図１に示された電気的特性に影響を与えることができる。グラフェンまたはカーボン・ナノチューブが特定の分析物を吸収することに増感されるように、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブに対して、ナノチューブへの他の分子の追加によって、表面機能化が実行されることができる。特定の分析物の存在は、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブの導電性に影響を与える。このようにして、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブは、医用センサまたは環境センサとして使用されることができる。グラフェンまたはカーボン・ナノチューブにおける電流特性は、特定の分析物の不在または濃度に応じて異なる。実施形態では、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブは、ＦＥＴのソースとドレインの間のチャネルとして作られることができる。
実施形態では、分析物は、塩化水素（ＨＣＩ）などの酸性ガス、ブドウ糖、一酸化炭素、または爆発性の気体であり得る。
代替の実施形態では、プラズモン共振器を含むＦＥＴの特定のゲート電圧の場合のソースとドレインの間の電流は、プラズモン共振器を含まないＦＥＴの特定のゲート電圧の場合のソースとドレインの間の電流より高くてよい。
ここで図２を参照すると、実施形態に従って、フーリエ変換赤外（以下「ＦＴＩＲ」という）分光計２００のブロック図が示されている。ＦＴＩＲ分光計２００は、光センサであり、広帯域光源２０２、ビーム分割器２０４、第１のミラー２０６、第２のミラー２０８、検査用のデバイス（以下「ＤＵＴ：device under test」という）３００の取り付け面２１２、および検出器２１０を含んでいる。前述したように、広帯域光源２０２は、光をビーム分割器２０４に送信し、ビーム分割器２０４は、光を第１のミラー２０６および第２のミラー２０８の両方に方向転換する。第１のミラー２０６および第２のミラー２０８は、光をビーム分割器２０４に反射する。ビーム分割器２０４は、光を、取り付け面２１２に取り付けられたＤＵＴ３００に向ける。検出器２１０は、ＤＵＴ３００によって吸収された赤外領域内の波長の範囲を測定し、分析物がＤＵＴ３００に存在するかどうかを識別する。検出器２１０は、コンピューティング・デバイスを含んでよい。
前述したように、ＦＴＩＲは、ＤＵＴ３００に存在する分析物の濃度を識別することができる。
ここで図３（Ａ）および３（Ｂ）を参照すると、実施形態に従ってＤＵＴ３００が示されている。図３（Ａ）は、ＤＵＴ３００の断面図であり、図３（Ｂ）は、切断線Ａ－Ａに沿った図３（Ａ）の上面図である。ＤＵＴ３００は、特定の分子または分析物を検出するように処理されたハイブリッド電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）であってよい。ＤＵＴ３００は、ソース３０２、ドレイン３０４、チャネル３１０、基板３１２、誘電体３１４、絶縁体３１６、および最上層３２０を含んでいる。
ＤＵＴ３００は、従来のＦＥＴ方式を使用して製造されてよく、チャネル３１０の材料およびパターン形成における変更によってハイブリッドであり、チャネル３１０が、特定の分子または分析物を検出するように処理されたプラズモン共振器として機能できるようにする。
基板３１２は、例えばシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ：silicon oninsulator）ウエハーなどの、複数の既知の半導体材料のいずれかから作られてよい。その他の非限定的な例としては、バルク・シリコン、シリコン、ゲルマニウム、シリコン－ゲルマニウム合金、シリコン・カーバイド、シリコン－ゲルマニウム・カーバイド合金、および化合物（例えば、ＩＩＩ－ＶおよびＩＩ－ＶＩ）半導体材料が挙げられる。化合物半導体材料の非限定的な例としては、ガリウムヒ素、インジウムヒ素、およびリン化インジウムが挙げられる。通常、基板３１２は、約数１００ミクロンの厚さであってよいが、これに限定されない。例えば、基板３１２は、０．５ｍｍ～約１．５ｍｍの範囲内の厚さを含んでよい。
実施形態では、ＤＵＴ３００は、既存の製造技術を使用して基板３１２上に製造されてよい。ＤＵＴ３００は、例えば、絶縁体または誘電体３１６の製造の後にチャネル３１０が追加されることができるように、ソース３０２およびドレイン３０４を接続しない空いている空間と共に、従来方法で作られてよい。
実施形態では、誘電体３１４および３１６は、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、またはその他の誘電材料を含んでよい。
チャネル３１０は、特定の分析物を吸収するように増感されているプラズモン共振器を含む。特定の分析物の存在は、プラズモン共振器の電気伝導性に影響を与える。このようにして、プラズモン共振器は、センサとして使用されることができる。プラズモン共振器における導電性は、特定の分析物の存在または不在に応じて異なる。この実施形態では、プラズモン共振器は、チャネル３１０として使用され、ソース３０２とドレイン３０４の間のゲートとして機能することができる。
チャネル３１０は、材料の中でも特に、シリコン、グラフェン、金、銀、カーボン・ナノチューブ、および金属酸化物を含んでよい。チャネル３１０は、半導体製造プロセスの間にパターン形成されてよい。このパターン形成プロセスは、通常のフォトリソグラフィまたは電子ビーム・リソグラフィを利用することができる。チャネル材料が、最初に基板上に成膜されてよく、次に、高分子レジストが基板上で糸状に加工され、その後、フォトリソグラフィまたは電子ビーム・リソグラフィによるレジストのパターン形成が続く。次に、望ましくない領域内のチャネル材料のドライ・エッチングまたはウェット・エッチングが実行され、最後に、レジストの除去が実行される。
前述したように、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブは、特定の分子または分析物を検出するように処理されるか、機能化させられるか、または設計されることができる。実施形態では、グラフェンまたはカーボン・ナノチューブを含んでいるプラズモン共振器がセンサとして使用されることができる。プラズモン共振器は、分析物に曝されたときに、プラズモン共振器が分析物に曝されないときとは異なる導電性を有する。別の実施形態では、ＦＥＴは、グラフェン・チャネルを含んでよい。ＦＥＴは、分析物に曝されたときのソースとドレインの間の電圧および分析物の濃度に応じて、ＦＥＴが分析物に曝されないときとは異なる電圧しきい値および電流応答を有してよい。
実施形態では、最上層３２０は、例えば、医療検査用の血液試料の検査のために、分析物の濃度について検査されている溶液を含んでよい。ＤＵＴ３００のチャネル３１０は、溶液に曝されてよく、ＤＵＴ３００のその他のコンポーネントは、絶縁体３１６によって溶液から保護されてよい。溶液には、分析物が溶解されていることがある。このようにして、チャネル３１０のプラズモン共振器は、分析物の濃度または血液試料の量を決定するために、溶液に曝される。
実施形態では、最上層３２０は、環境検査のための外気環境であってよい。ＤＵＴ３００のチャネル３１０は、溶液に曝されてよく、ＤＵＴ３００のその他のコンポーネントは、絶縁体３１６によって溶液から保護されてよい。このようにして、チャネル３１０のプラズモン共振器は、分析物が存在するかどうかの決定のために、外気環境に曝される。
ここで図４Ａを参照すると、実施形態に従ってＤＵＴ４００の正面図が示されている。ＤＵＴ４００は、基本的にＤＵＴ３００と同じであってよいが、ＤＵＴ４００は、ＦＥＴ３００Ａ、ＦＥＴ３００Ｂ、およびＦＥＴ３００Ｃを含んでいるＦＥＴのアレイを含んでよい。ＦＥＴのアレイの各ＦＥＴは、異なる分析物用のセンサになるように構成されてよく、各ＦＥＴは、そのＦＥＴが対象とする特定の分析物に曝されたときにプラズモン共振器として実行するように設計される。
実施形態では、最上層３２０は露出した空気であってよく、ＦＥＴのアレイの各ＦＥＴは、異なる分析物について検査してよい。
ここで図４Ｂを参照すると、実施形態に従ってＤＵＴ４１０の正面図が示されている。ＤＵＴ４１０は、基本的にＤＵＴ３００と同じであってよいが、ＤＵＴ４１０は、ＦＥＴ３００Ｄ、ＦＥＴ３００Ｅ、およびＦＥＴ３００Ｆを含んでいるＦＥＴのアレイを含んでよい。実施形態では、最上層３２０は露出した空気であってよく、ＦＥＴ３００ＤおよびＦＥＴ３００Ｅが空気に曝されなくてよい。最上層３４０は、ＦＥＴ３００Ｆのチャネル３１０を覆う絶縁体であってよく、空気に曝されない制御ＦＥＴに使用されてよい。
実施形態では、ＦＥＴのアレイの各々は、異なる分析物用のセンサになるように構成されてよく、各々は、それが対象とする特定の分析物に曝されたときにプラズモン共振器として実行するように設計される。
代替の実施形態では、ＦＥＴ３００Ｄ、ＦＥＴ３００Ｅ、およびＦＥＴ３００Ｆは、同じ分析物用のプラズモン共振器として実行するように設計されてよく、分析物の濃度および存在を確認するために、重複するＦＥＴおよび制御ＦＥＴが使用されてよい。
実施形態では、ＤＵＴ４１０が、どの分析物にも曝されない制御プラズモン共振器ＦＥＴ（control plasmonic resonator FETs）の組み合わせ、および外気内または溶液内のいずれかにおいて可能性のある分析物に曝される重複するプラズモン共振器ＦＥＴまたは一意のプラズモン共振器ＦＥＴの組み合わせを含んでよい。
実施形態では、アレイが数千個のＦＥＴを含んでよい。
ここで図５を参照すると、実施形態に従って、検査用のデバイス（以下「ＤＵＴ」という）５００および電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）５５０が示されている。図５は、ＤＵＴ５００の断面図およびＦＥＴ５５０の断面図を示している。ＤＵＴ５００は、ＦＥＴ５５０と共に、特定の分子または分析物を検出するために使用されるデバイスの代替の実施形態であってよい。
ＤＵＴ５００は、基板５１２、誘電体５１４、プラズモン膜５１０、および最上層５２０を含んでいる。ＦＥＴ５５０は、基板５５２、ソース５５４、シリコン層５５６、ドレイン５５８、ゲート誘電体５６０、およびゲート５６２を含んでいる。ＤＵＴ５００およびＦＥＴ５５０の類似する名前が付けられたコンポーネントは、ＤＵＴ３００のコンポーネントと同じ機能を有して形成されてよく、同じ材料を含んでよい。プラズモン膜５１０は、ＦＥＴ５５０のゲート５６２に物理的かつ電気的に接続される。
ＤＵＴ３００のチャネル３１０に関して前に説明されたように、プラズモン膜５１０は、プラズモン共振器として機能してよく、特定の分析物を吸収することに増感されていてよい。プラズモン膜５１０は、材料の中でも特に、シリコン、グラフェン、金、銀、カーボン・ナノチューブ、および金属酸化物を含んでよい。
ＦＥＴ５５０は、従来の方法を使用して製造されてよい。プラズモン膜５１０は、導電性であり、光センサ（すなわち、ＦＴＩＲ分光計２００）および電子センサ（すなわち、ソース５５４とドレイン５５８の間の電圧が増える際のＦＥＴ５５０の電圧しきい値および電流の測定）の両方に共通の感知面を形成する。
プラズモン膜５１０は、最上層５２０と接触している。実施形態では、最上層５２０は、例えば、医療検査用の血液試料の検査のために、分析物の濃度について検査されている溶液を含んでよい。ＤＵＴ５００のプラズモン膜５１０は、分析物が溶解されていることがある溶液に曝されてよい。
実施形態では、最上層３２０は、環境検査のための外気環境であってよい。
ＦＥＴ５５０が電気的に接続され、ＦＴＩＲ２００内に物理的に存在しないことの利点は、１つのプラズモン膜５１０が２つ以上のＦＥＴ５５０に接続されることを含んでよい。プラズモン膜５１０は、２つ以上のＦＥＴ５５０のグループに接続されてよい。２つ以上のＦＥＴ５５０のグループの各ＦＥＴは、特定の分析物に増感されていてよく、または結果の精度を改善するために重複として使用されてよく、またはプラズモン膜５１０に接続されない制御ＦＥＴ５５０であってよい。
ここで図６を参照すると、実施形態に従って、検査用のデバイス（以下「ＤＵＴ」という）６００およびバイポーラ接合トランジスタ（以下「ＢＪＴ」という）６５０が示されている。図６は、ＤＵＴ６００の断面図およびＢＪＴ６５０の断面図を示している。ＤＵＴ６００は、ＢＪＴ６５０と共に、特定の分子または分析物を検出するために使用されるデバイスの代替の実施形態であってよい。
ＤＵＴ６００は、基板６１２、誘電体６１４、プラズモン膜６１０、および最上層６２０を含んでいる。ＢＪＴ６５０は、基板６５２、エミッタ６５４、ベース６５６、およびコレクタ６５８を含んでいる。ＤＵＴ６００およびＢＪＴ６５０の類似する名前が付けられたコンポーネントは、ＤＵＴ３００のコンポーネントと同じ機能を有して形成されてよく、同じ材料を含んでよい。プラズモン膜６１０は、ＢＪＴ６５０のベース６５６に物理的かつ電気的に接続されてよい。
ＤＵＴ３００のチャネル３１０に関して前に説明されたように、プラズモン膜６１０は、プラズモン共振器として機能してよく、特定の分析物を吸収することに増感されていてよい。プラズモン膜６１０は、材料の中でも特に、シリコン、グラフェン、金、銀、カーボン・ナノチューブ、および金属酸化物を含んでよい。
ＢＪＴ６５０は、従来の方法を使用して製造されてよい。
プラズモン膜６１０は、導電性であり、光センサ（すなわち、ＦＴＩＲ分光計２００）および電子センサ（すなわち、コレクタ６５８の電圧およびベース６５６の電圧が両方とも一定に保たれているときにエミッタ６５４の電圧が変化する際のＢＪＴ６５０のコレクタ電流の測定）の両方に共通の感知面を形成する。
プラズモン膜６１０は、最上層６２０と接触している。実施形態では、最上層６２０は、例えば、医療検査用の血液試料の検査のために、分析物の濃度について検査されている溶液を含んでよい。ＤＵＴ６００のプラズモン膜６１０は、分析物が溶解されていることがある溶液に曝されてよい。
実施形態では、最上層６２０は、環境検査のための外気環境であってよい。
ＢＪＴ６５０が電気的に接続され、ＦＴＩＲ２００内に物理的に存在しないことの利点は、１つのプラズモン膜６１０が２つ以上のＢＪＴ６５０に接続されることを含んでよい。プラズモン膜６１０は、２つ以上のＢＪＴ６５０のグループに接続されてよい。２つ以上のＢＪＴ６５０のグループの各ＢＪＴは、特定の分析物に増感されていてよく、または結果の精度を改善するために重複として使用されてよく、またはプラズモン膜６１０に接続されない制御ＢＪＴ６５０であってよい。
ここで図７を参照すると、実施形態に従って感知プロセス７００を示す動作のフローチャートが示されている。７０２で、検査用のデバイスがＦＴＩＲ分光計２００内に取り付けられ得る。検査用のデバイスは、プラズモン・コンポーネントを介して特定の分析物に反応することに増感され得る。
次に、７０４で、検査用のデバイスは、特定の分析物を含んでいることがある空気に曝され、または特定の分析物を含んでいることがある溶解された材料を含んでいる溶液に曝され得る。
７０６で、検査用のデバイスに対して検査が実行され得る。光学的検査は、ＦＴＩＲ分光計２００の検査を含んでよい。電気的検査は、電圧差の適用、ならびに電圧しきい値および異なる電圧差で生じる電流の測定を含んでよい。
７０８で、特定の分析物の存在および濃度の決定が行われる。これは、ＦＴＩＲ分光計２００および電気的検査によって決定される。
半導体デバイスは特に、半導体デバイスが、プラズモン材料として使用され得る導電材料であるチャネルまたはゲート素子を有するように、形成されてよい。プラズモン材料は、特定の分析物に対して化学的に指定されてよく、特定の分析物の存在を決定するために、ＦＴＩＲによって探査されてよい。プラズモン材料は、半導体デバイスに適用される電圧差に基づいて電圧しきい値および電流も決定し、これによって、特定の分析物の存在および特定の分析物の濃度を決定する。
ここで図８を参照すると、本発明の実施形態に従って、ＦＴＩＲ分光計２００の検出器２１０に含まれているような、コンピューティング・デバイスのコンポーネントのブロック図が示されている。図８は、単に実装の例を提供しており、さまざまな実施形態を実装できる環境に関して、どのような制限も意味していないと理解されるべきである。図に示された環境に対して、多くの変更が行われてよい。
コンピューティング・デバイスは、１つまたは複数のプロセッサ８０２、１つまたは複数のコンピュータ可読ＲＡＭ８０４、１つまたは複数のコンピュータ可読ＲＯＭ８０６、１つまたは複数のコンピュータ可読ストレージ媒体８０８、デバイス・ドライバ８１２、読み取り／書き込み駆動またはインターフェイス８１４、ネットワーク・アダプタまたはインターフェイス８１６を含んでよく、これらはすべて通信ファブリック８１８を経由して相互接続される。通信ファブリック８１８は、プロセッサ（マイクロプロセッサ、通信プロセッサ、およびネットワーク・プロセッサなど）、システム・メモリ、周辺機器、およびシステム内の任意のその他のハードウェア・コンポーネントの間で、データまたは制御情報あるいはその両方を渡すために設計された、任意のアーキテクチャを使用して実装されてよい。
１つまたは複数のオペレーティング・システム８１０、および１つまたは複数のアプリケーション・プログラム８１１は、各ＲＡＭ８０４（通常、キャッシュ・メモリを含む）のうちの１つまたは複数を介してプロセッサ８０２のうちの１つまたは複数によって実行するために、コンピュータ可読ストレージ媒体８０８のうちの１つまたは複数に格納される。例えば、分析物の存在および濃度を感知するためのフロー７００が、コンピュータ可読ストレージ媒体８０８のうちの１つまたは複数に格納されてよい。示されている実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体８０８の各々は、内部ハード・ドライブの磁気ディスク・ストレージ・デバイス、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリ・スティック、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスク、半導体ストレージ・デバイス（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリなど）、またはコンピュータ・プログラムおよびデジタル情報を格納できる任意のその他のコンピュータ可読の有形のストレージ・デバイスであってよい。
コンピューティング・デバイスは、１つまたは複数のポータブル・コンピュータ可読ストレージ媒体８２６に対して読み取りおよび書き込みを行うためのＲ／Ｗ駆動またはインターフェイス８１４を含んでもよい。コンピューティング・デバイス上のアプリケーション・プログラム８１１は、ポータブル・コンピュータ可読ストレージ媒体８２６のうちの１つまたは複数に格納され、各Ｒ／Ｗ駆動またはインターフェイス８１４を介して読み取られ、各コンピュータ可読ストレージ媒体８０８に読み込まれてよい。
コンピューティング・デバイスは、ネットワーク５１７に接続するためのＴＣＰ／ＩＰアダプタ・カードまたは無線通信アダプタ（ＯＦＤＭＡ技術を使用する４Ｇ無線通信アダプタなど）などのネットワーク・アダプタまたはインターフェイス８１６を含んでもよい。アプリケーション・プログラム８１１は、ネットワーク（例えば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、またはその他の広域ネットワーク、あるいは無線ネットワーク）およびネットワーク・アダプタまたはインターフェイス８１６を介して、外部コンピュータまたは外部ストレージ・デバイスからコンピューティング・デバイスにダウンロードされてよい。プログラムは、ネットワーク・アダプタまたはインターフェイス８１６からコンピュータ可読ストレージ媒体８０８に読み込まれてよい。このネットワークは、銅線、光ファイバ、無線送信、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはその組み合わせを備えてよい。
コンピューティング・デバイスは、ディスプレイ画面８２０、キーボードまたはキーパッド８２２、およびコンピュータ・マウスまたはタッチパッド８２４を含んでもよい。デバイス・ドライバ８１２は、画像化のためにディスプレイ画面８２０とインターフェイスをとるか、キーボードまたはキーパッド８２２とインターフェイスをとるか、コンピュータ・マウスまたはタッチパッド８２４とインターフェイスをとるか、または英数字入力およびユーザ選択の圧力検出のためにディスプレイ画面８２０とインターフェイスをとるか、あるいはその組み合わせとインターフェイスをとる。デバイス・ドライバ８１２、Ｒ／Ｗ駆動またはインターフェイス８１４、およびネットワーク・アダプタまたはインターフェイス８１６は、ハードウェアおよびソフトウェア（コンピュータ可読ストレージ媒体８０８またはＲＯＭ８０６あるいはその両方に格納される）を備えてよい。
本明細書に記載されたプログラムは、アプリケーションに基づいて識別され、本発明の特定の実施形態において、そのアプリケーションに関して実装される。ただし、本明細書における特定のプログラムの名前は単に便宜上使用されていると理解されるべきであり、したがって、本発明は、そのような名前によって識別されたか、または暗示されたか、あるいはその両方によって示された特定のアプリケーションのみで使用するように制限されるべきではない。
本発明の実施形態は、クラウド・コンピューティング・インフラストラクチャを介してエンド・ユーザに提供されてよい。クラウド・コンピューティングとは、通常、ネットワークを経由したサービスとしての、拡張可能な計算リソースの提供のことを指す。さらに正式には、クラウド・コンピューティングは、計算リソースとその基盤になる技術アーキテクチャ（例えば、サーバ、ストレージ、ネットワーク）の間の抽象化を提供する計算能力として定義されてよく、構成可能な計算リソースの共有プールへの便利なオンデマンドのネットワーク・アクセスを可能にし、管理上の手間またはサービス・プロバイダとのやりとりを最小限に抑えて、これらの計算リソースを迅速にプロビジョニングおよび解放することができる。したがって、クラウド・コンピューティングは、ユーザが、計算リソースの提供に使用される基盤になる物理的システム（またはそのようなシステムの位置）を意識せずに、「クラウド」内の仮想計算リソース（例えば、ストレージ、データ、アプリケーション、および完全に仮想化されたコンピューティング・システム）にアクセスできるようにする。
通常、クラウドの計算リソースは、利用回数制料金でユーザに提供され、実際に使用された計算リソース（例えば、ユーザによって消費されたストレージ空間の量、またはユーザによってインスタンス化された仮想化システムの数）についてのみ、ユーザに料金が請求される。ユーザは、インターネットを経由して、クラウドに存在するリソースのいずれかに、いつでも、どこからでもアクセスすることができる。本発明との関連では、ユーザは、クラウド内の利用可能な正規化検索エンジンまたは関連するデータにアクセスすることができる。例えば、正規化検索エンジンは、クラウド内のコンピューティング・システム上で実行され、正規化検索を実行することができる。そのような場合、正規化検索エンジンは、情報のコーパスを正規化し、正規化のインデックスをクラウド内の格納位置に格納することができる。そのようにすることで、ユーザは、クラウドに接続されたネットワーク（例えば、インターネット）に接続されている任意のコンピューティング・システムから、この情報にアクセスすることができる。
本開示はクラウド・コンピューティングに関する詳細な説明を含んでいるが、本明細書において示された内容の実装は、クラウド・コンピューティング環境に限定されないということが、あらかじめ理解される。本発明の実施形態は、現在既知であるか、または今後開発される任意のその他の種類のコンピューティング環境と組み合わせて実装できる。
クラウド・コンピューティングは、構成可能な計算リソース（例えば、ネットワーク、ネットワーク帯域幅、サーバ、処理、メモリ、ストレージ、アプリケーション、仮想マシン、およびサービス）の共有プールへの便利なオンデマンドのネットワーク・アクセスを可能にするためのサービス提供モデルであり、管理上の手間またはサービス・プロバイダとのやりとりを最小限に抑えて、これらのリソースを迅速にプロビジョニングおよび解放することができる。このクラウド・モデルは、少なくとも５つの特徴、少なくとも３つのサービス・モデル、および少なくとも４つのデプロイメント・モデルを含むことができる。
特徴は、次の通りである。
オンデマンドのセルフ・サービス：クラウドの利用者は、サーバの時間およびネットワーク・ストレージなどの計算能力を一方的に、サービス・プロバイダとの人間的なやりとりを必要とせず、必要に応じて自動的にプロビジョニングすることができる。
幅広いネットワーク・アクセス：能力は、ネットワークを経由して利用可能であり、標準的なメカニズムを使用してアクセスできるため、異種のシン・クライアントまたはシック・クライアント・プラットフォーム（例えば、携帯電話、ラップトップ、およびＰＤＡ）による利用を促進する。
リソース・プール：プロバイダの計算リソースは、プールされ、マルチテナント・モデルを使用して複数の利用者に提供される。さまざまな物理的および仮想的リソースが、要求に従って動的に割り当ておよび再割り当てされる。場所に依存しないという感覚があり、利用者は通常、提供されるリソースの正確な場所に関して管理することも知ることもないが、さらに高い抽象レベルでは、場所（例えば、国、州、またはデータセンタ）を指定できる場合がある。
迅速な順応性：能力は、迅速かつ柔軟に、場合によっては自動的にプロビジョニングされ、素早くスケールアウトし、迅速に解放されて素早くスケールインすることができる。プロビジョニングに使用できる能力は、利用者には、多くの場合、任意の量をいつでも無制限に購入できるように見える。
測定されるサービス：クラウド・システムは、計測機能を活用することによって、サービスの種類（例えば、ストレージ、処理、帯域幅、およびアクティブなユーザのアカウント）に適した抽象レベルで、リソースの使用を自動的に制御および最適化する。リソースの使用量は監視、制御、および報告することができ、利用されるサービスのプロバイダと利用者の両方に透明性が提供される。
サービス・モデルは、次の通りである。
ＳａａＳ（Software as a Service）：利用者に提供される能力は、クラウド・インフラストラクチャ上で稼働しているプロバイダのアプリケーションの利用である。それらのアプリケーションは、Ｗｅｂブラウザ（例えば、Ｗｅｂベースの電子メール）などのシン・クライアント・インターフェイスを介して、さまざまなクライアント・デバイスからアクセスできる。利用者は、ネットワーク、サーバ、オペレーティング・システム、ストレージ、または個々のアプリケーション機能を含む基盤になるクラウド・インフラストラクチャを、限定的なユーザ固有のアプリケーション構成設定を行う可能性を除き、管理することも制御することもない。
ＰａａＳ（Platform as a Service）：利用者に提供される能力は、プロバイダによってサポートされるプログラミング言語およびツールを使用して作成された、利用者が作成または取得したアプリケーションをクラウド・インフラストラクチャにデプロイすることである。利用者は、ネットワーク、サーバ、オペレーティング・システム、またはストレージを含む基盤になるクラウド・インフラストラクチャを管理することも制御することもないが、デプロイされたアプリケーション、および場合によってはアプリケーション・ホスティング環境の構成を制御することができる。
ＩａａＳ（Infrastructure as a Service）：利用者に提供される能力は、処理、ストレージ、ネットワーク、およびその他の基本的な計算リソースのプロビジョニングであり、利用者は、オペレーティング・システムおよびアプリケーションを含むことができる任意のソフトウェアをデプロイして実行できる。利用者は、基盤になるクラウド・インフラストラクチャを管理することも制御することもないが、オペレーティング・システム、ストレージ、デプロイされたアプリケーションを制御することができ、場合によっては、選択されたネットワーク・コンポーネント（例えば、ホスト・ファイアウォール）を限定的に制御できる。
デプロイメント・モデルは、次の通りである。
プライベート・クラウド：このクラウド・インフラストラクチャは、組織のためにのみ運用される。この組織またはサード・パーティによって管理することができ、オンプレミスまたはオフプレミスに存在することができる。
コミュニティ・クラウド：このクラウド・インフラストラクチャは、複数の組織によって共有され、関心事（例えば、任務、セキュリティ要件、ポリシー、およびコンプライアンスに関する考慮事項）を共有している特定のコミュニティをサポートする。これらの組織またはサード・パーティによって管理することができ、オンプレミスまたはオフプレミスに存在することができる。
パブリック・クラウド：このクラウド・インフラストラクチャは、一般ユーザまたは大規模な業界団体が使用できるようになっており、クラウド・サービスを販売する組織によって所有される。
ハイブリッド・クラウド：このクラウド・インフラストラクチャは、データとアプリケーションの移植を可能にする標準化された技術または独自の技術（例えば、クラウド間の負荷バランスを調整するためのクラウド・バースト）によって固有の実体を残したまま互いに結合された２つ以上のクラウド（プライベート、コミュニティ、またはパブリック）の複合である。
クラウド・コンピューティング環境は、ステートレス、疎結合、モジュール性、および意味的相互運用性に重点を置いたサービス指向の環境である。クラウド・コンピューティングの中心になるのは、相互接続されたノードのネットワークを備えるインフラストラクチャである。
ここで図９を参照すると、例示的なクラウド・コンピューティング環境９００が示されている。図示されているように、クラウド・コンピューティング環境９００は、クラウドの利用者によって使用されるローカル・コンピューティング・デバイス（例えば、ＰＤＡ（personal digital assistant）または携帯電話９４０Ａ、デスクトップ・コンピュータ９４０Ｂ、ラップトップ・コンピュータ９４０Ｃ、または自動車コンピュータ・システム９４０Ｎ、あるいはその組み合わせなど）が通信できる１つまたは複数のクラウド・コンピューティング・ノード９１０を含んでいる。クラウド・コンピューティング・ノード９１０は、互いに通信してよい。ノード１０は、１つまたは複数のネットワーク内で、本明細書において前述されたプライベート・クラウド、コミュニティ・クラウド、パブリック・クラウド、またはハイブリッド・クラウド、あるいはこれらの組み合わせなどに、物理的または仮想的にグループ化されてよい（図示されていない）。これによって、クラウド・コンピューティング環境９００は、クラウドの利用者がローカル・コンピューティング・デバイス上でリソースを維持する必要のないインフラストラクチャ、プラットフォーム、またはＳａａＳ、あるいはその組み合わせを提供できる。図９に示されたコンピューティング・デバイス９４０Ａ～Ｎの種類は、例示のみが意図されており、クラウド・コンピューティング・ノード９１０およびクラウド・コンピューティング環境９００は、任意の種類のネットワーク接続またはネットワーク・アドレス可能な接続あるいはその両方（例えば、Ｗｅｂブラウザを使用した接続）を経由して任意の種類のコンピュータ制御デバイスと通信できるということが理解される。
ここで図１０を参照すると、クラウド・コンピューティング環境９００（図９に示されている）によって提供される機能的抽象レイヤのセットが示されている。図１０に示されたコンポーネント、レイヤ、および機能は、例示のみが意図されており、本発明の実施形態がこれらに限定されないということが、あらかじめ理解されるべきである。図示されているように、次のレイヤおよび対応する機能が提供される。
ハードウェアおよびソフトウェア・レイヤ１０６０は、ハードウェア・コンポーネントおよびソフトウェア・コンポーネントを含む。ハードウェア・コンポーネントの例としては、メインフレーム１０６１、ＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）アーキテクチャベースのサーバ１０６２、サーバ１０６３、ブレード・サーバ１０６４、ストレージ・デバイス８６５、ならびにネットワークおよびネットワーク・コンポーネント１０６６が挙げられる。一部の実施形態では、ソフトウェア・コンポーネントは、ネットワーク・アプリケーション・サーバ・ソフトウェア１０６７およびデータベース・ソフトウェア１０６８を含む。
仮想化レイヤ１０７０は、仮想サーバ１０７１、仮想ストレージ１０７２、仮想プライベート・ネットワークを含む仮想ネットワーク１０７３、仮想アプリケーションおよびオペレーティング・システム１０７４、ならびに仮想クライアント１０７５などの仮想的実体を提供できる抽象レイヤを備える。
一例を挙げると、管理レイヤ１０８０は、以下で説明される機能を提供することができる。リソース・プロビジョニング１０８１は、クラウド・コンピューティング環境内でタスクを実行するために利用される計算リソースおよびその他のリソースの動的調達を行う。計測および価格設定１０８２は、クラウド・コンピューティング環境内でリソースが利用された際のコスト追跡、およびそれらのリソースの利用に対する請求書の作成と送付を行う。一例を挙げると、それらのリソースは、アプリケーション・ソフトウェア・ライセンスを含んでよい。セキュリティは、クラウドの利用者およびタスクの識別情報の検証を行うとともに、データおよびその他のリソースの保護を行う。ユーザ・ポータル１０８３は、クラウド・コンピューティング環境へのアクセスを利用者およびシステム管理者に提供する。サービス・レベル管理１０８４は、必要なサービス・レベルを満たすように、クラウドの計算リソースの割り当てと管理を行う。サービス水準合意（ＳＬＡ：Service Level Agreement）計画および実行１０８５は、今後の要求が予想されるクラウドの計算リソースの事前準備および調達を、ＳＬＡに従って行う。
ワークロード・レイヤ１０９０は、クラウド・コンピューティング環境で利用できる機能の例を示している。このレイヤから提供されてよいワークロードおよび機能の例としては、マッピングおよびナビゲーション１０９１、ソフトウェア開発およびライフサイクル管理１０９２、仮想クラスルーム教育の配信１０９３、データ解析処理１０９４、トランザクション処理１０９５、およびセンサ・プログラム１０９６が挙げられる。センサ・プログラム１０９６は、検査用のデバイスを検査し、分析物の存在および濃度を決定することに関連してよい。
本発明は、任意の可能な統合の技術的詳細レベルで、システム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品、あるいはその組み合わせであってよい。コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を含んでいるコンピュータ可読ストレージ媒体を含んでよい。
コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行デバイスによって使用するための命令を保持および格納できる有形のデバイスであることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、例えば、電子ストレージ・デバイス、磁気ストレージ・デバイス、光ストレージ・デバイス、電磁ストレージ・デバイス、半導体ストレージ・デバイス、またはこれらの任意の適切な組み合わせであってよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読ストレージ媒体のさらに具体的な例の非網羅的リストは、ポータブル・フロッピー・ディスク、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：random access memory）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ：read-only memory）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ：erasable programmable read-only memoryまたはフラッシュ・メモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ：static random access memory）、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ：compact disc read-only memory）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ：digital versatile disk）、メモリ・スティック、フロッピー・ディスク、パンチカードまたは命令が記録されている溝の中の隆起構造などの機械的にエンコードされるデバイス、およびこれらの任意の適切な組み合わせを含む。本明細書において使用されるとき、コンピュータ可読ストレージ媒体は、それ自体が、電波またはその他の自由に伝搬する電磁波、導波管またはその他の送信媒体を伝搬する電磁波（例えば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、あるいはワイヤを介して送信される電気信号などの一過性の信号であると解釈されるべきではない。
本明細書に記載されたコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読ストレージ媒体から各コンピューティング・デバイス／処理デバイスへ、またはネットワーク（例えば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、広域ネットワーク、または無線ネットワーク、あるいはその組み合わせ）を介して外部コンピュータまたは外部ストレージ・デバイスへダウンロードされ得る。このネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線送信、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはその組み合わせを備えてよい。各コンピューティング・デバイス／処理デバイス内のネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インターフェイスは、コンピュータ可読プログラム命令をネットワークから受信し、それらのコンピュータ可読プログラム命令を各コンピューティング・デバイス／処理デバイス内のコンピュータ可読ストレージ媒体に格納するために転送する。
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ：instruction-set-architecture）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、集積回路のための構成データ、あるいは、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（Ｒ）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの手続き型プログラミング言語を含む１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソース・コードまたはオブジェクト・コードであってよい。コンピュータ可読プログラム命令は、ユーザのコンピュータ上で全体的に実行すること、ユーザのコンピュータ上でスタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして部分的に実行すること、ユーザのコンピュータ上およびリモート・コンピュータ上でそれぞれ部分的に実行すること、あるいはリモート・コンピュータ上またはサーバ上で全体的に実行することができる。後者のシナリオでは、リモート・コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ：local area network）または広域ネットワーク（ＷＡＮ：wide area network）を含む任意の種類のネットワークを介してユーザのコンピュータに接続されてよく、または接続は、（例えば、インターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータに対して行われてよい。一部の実施形態では、本発明の態様を実行するために、例えばプログラマブル論理回路、フィールドプログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：field-programmable gate arrays）、またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ：programmable logic arrays）を含む電子回路は、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用することによって、電子回路をカスタマイズするためのコンピュータ可読プログラム命令を実行してよい。
本発明の態様は、本明細書において、本発明の実施形態に従って、方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照して説明される。フローチャート図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、ならびにフローチャート図またはブロック図あるいはその両方に含まれるブロックの組み合わせが、コンピュータ可読プログラム命令によって実装され得るということが理解されるであろう。
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックに指定される機能／動作を実施する手段を作り出すべく、コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを作り出すものであってよい。これらのコンピュータ可読プログラム命令は、命令が格納されたコンピュータ可読ストレージ媒体がフローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックに指定される機能／動作の態様を実施する命令を含んでいる製品を含むように、コンピュータ可読ストレージ媒体に格納され、コンピュータ、プログラム可能なデータ処理装置、または他のデバイス、あるいはその組み合わせに特定の方式で機能するように指示できるものであってもよい。
コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ上、その他のプログラム可能な装置上、またはその他のデバイス上で実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックに指定される機能／動作を実施するように、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスに読み込まれてもよく、それによって、一連の動作可能なステップを、コンピュータ上、その他のプログラム可能な装置上、またはコンピュータ実装プロセスを生成するその他のデバイス上で実行させる。
図内のフローチャートおよびブロック図は、本発明のさまざまな実施形態に従って、システム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。これに関連して、フローチャートまたはブロック図内の各ブロックは、規定された論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能な命令を備える、命令のモジュール、セグメント、または部分を表してよい。一部の代替の実装では、ブロックに示された機能は、図に示された順序とは異なる順序で発生してよい。例えば、連続して示された２つのブロックは、実際には、含まれている機能に応じて、１つのステップとして実行されるか、同時に実行されるか、時間的に部分的または完全に重複する方法で実質的に同時に実行されるか、または場合によっては逆の順序で実行されてよい。ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、ならびにブロック図またはフローチャート図あるいはその両方に含まれるブロックの組み合わせは、規定された機能または動作を実行するか、または専用ハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用ハードウェアベースのシステムによって実装され得るということにも注意する。
本発明のさまざまな実施形態の説明は、例示の目的で提示されているが、網羅的であるよう意図されておらず、開示された実施形態に制限されるよう意図されてもいない。説明された実施形態の範囲を逸脱することなく多くの変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。本明細書で使用された用語は、実施形態の原理、実際の適用、または市場で見られる技術を超える技術的改良を最も適切に説明するため、または他の当業者が本明細書で開示された実施形態を理解できるようにするために選択されている。

Claims (20)

  1. 半導体基板上のソースおよび前記半導体基板上のドレインを接続するチャネルを含み、前記チャネルがプラズモン共振器を含む、半導体構造体。
  2. 前記プラズモン共振器が赤外領域内の応答を含む、請求項１に記載の半導体構造体。
  3. 前記プラズモン共振器が炭素を含む、請求項１または請求項２に記載の半導体構造体。
  4. 前記プラズモン共振器が既知の分析物に対する感度を備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体構造体。
  5. ２つ以上のチャネルのセットをさらに含み、前記２つ以上のチャネルのセットの各チャネルが、２つ以上のソースのセットのうちの前記半導体基板上の対応するソース、および２つ以上のドレインのセットのうちの前記半導体基板上の対応するドレインを接続する、請求項１に記載の半導体構造体。
  6. センサであって、
    既知の分析物に対する感度を備えるプラズモン膜と、
    電界効果トランジスタのソースおよびドレインを含む半導体構造体と、
    前記プラズモン膜と前記半導体構造体のゲートとの間の電気接続と
    を備える、センサ。
  7. 前記プラズモン膜が前記赤外領域内の応答を含む、請求項６に記載のセンサ。
  8. 前記プラズモン膜が炭素を含む、請求項６に記載のセンサ。
  9. 前記プラズモン膜がグラフェンまたはカーボン・ナノチューブを含む、請求項８に記載のセンサ。
  10. ２つ以上の半導体構造体のセットと、
    前記プラズモン膜と前記２つ以上の半導体構造体のセットの各々のゲートの間の電気接続とをさらに備える、請求項６に記載のセンサ。
  11. センサを形成する方法であって、
    半導体基板上に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成することを含み、前記電界効果トランジスタがソース、ドレイン、およびゲートを備え、前記ゲートがプラズモン共振器を備える、方法。
  12. 前記プラズモン共振器を既知の分析物に対して増感されることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記プラズモン共振器が前記赤外領域内の応答を含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記プラズモン共振器が炭素を含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記センサが複数のセンサを含み、前記複数のセンサの各々が異なる分析物に対する感度を備える、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記センサをフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計内に取り付けることと、
    前記センサを検査される環境に曝すことと、
    既知の分析物の存在および濃度を決定することとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  17. 前記ＦＥＴのソースとドレインの間に電圧差を適用することと、
    前記ＦＥＴの電圧しきい値を測定することと、
    前記ＦＥＴの電流を測定することとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記センサの赤外線応答を測定することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 第２のセンサを前記ＦＴＩＲ分光計内に取り付けることと、
    前記第２のセンサを前記環境から保護することとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  20. センサのアレイを前記ＦＴＩＲ分光計内に取り付けることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
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