半導体センサ装置、このような装置を有する診断器具及びこのような装置を製造する方法
本発明は、半導体ボディ１２の表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域１３に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域１４に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域１１を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質３０からなる流体２０は、前記メサ型の半導体領域１１に沿って流れることができ、及び検知されるべき前記物質３０は、前記メサ型の半導体領域１１の電気特性に影響を及ぼしうる、半導体センサ装置１０に関し、メサ型の半導体領域１１は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域１及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域２を有する。本発明によれば、前記第１の半導体材料は、IV族の元素材料からなり、前記第２の半導体材料は、III-V族化合物からなる。サブ領域１及び２の間の界面化学の違いにより、病気を知らせるたんぱく質が結合される抗体のような物質３０が、所望の第１の領域１にさらに選択的に取り付けられることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型(mesa-shaped)の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、及び検知されるべき前記物質は、前記メサ型の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる、半導体センサ装置に関し、メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を有する。ここで、領域のメサ型とは、この領域が半導体ボディの表面上に突起物を形成することを意味している。本発明はさらに、上記センサ装置を有する診断器具及び上記半導体センサ装置を製造する方法にも関する。
【０００２】
上記装置は、化学及び／又は生物化学物質を検出するのに非常に適している。後者の場合、例えば抗原／抗体結合、生体分子等のような生体分子を高い感度及び再現性で検出するのに使用されることができ、これにより、たんぱく質及び遺伝子解析、並びに病気の診断等に有利に用いられることができる。ここでナノワイヤを用いる場合、ボディは、１ｎｍから１００ｎｍの間及び特に１０ｎｍから５０ｎｍの間に少なくとも１つの横方向寸法を持とうと思う。好ましくは、ナノワイヤは、前記範囲内にある２つの横方向寸法を持つ。上記装置の場合、揮発性である又は液体に溶解しない化学物質のようなより簡単な分子の検出も例えば、それにより導電性が変化するナノワイヤに電荷の物質を導入することにより可能である。
【背景技術】
【０００３】
冒頭の段落に述べたような装置は、２００５年４月１９日に特許番号US 6,882,051で公布された米国特許から知られている。この文献において、化学センサに用いるためのヘテロ接合ナノワイヤが開示されている（段３５、５行目参照）。ヘテロ接合ナノワイヤの実施例において、後者はシリコン（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の交番するサブ領域を有する（図３及び対応する記述部分参照）。ヘテロ接合ナノワイヤの他の実施例において、前記後者は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）及びアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）の交番する層を有する（図１７及び対応する記述部分参照）。
【０００４】
上記装置の欠点は、その装置の感度があるアプリケーションに対し十分な高さではないことである。特に医療分野において、生物化学化合物、特に生体分子の検出は既に、このような化合物又は分子の非常に低い濃度で望まれている。これは例えば、予防方法をできるだけ多く行うために、伝染病のような病気を非常に早い段階で検出するためである。これは、極めて高い感度を持つセンサ装置を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これにより、本発明の目的は、上記欠点の発生を防止すること及び半導体センサ装置を提供することである。この装置は医療分野での使用に適し、検出されるべき物質に対し非常に高い感度を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これを達成するために、冒頭の段落に記載された形式の半導体センサ装置は、第１のサブ領域がIV族元素材料を有し、第２のサブ領域がIII-V族化合物を有することを特徴とする。IV族元素材料は、カラムIV族の他の元素の混晶(mixed crystal)を含む元素の周期系のカラムIV族の元素の材料を意味することに注意すべきである。III-V族化合物は、上記化合物の混晶を含む元素の周期系のカラムIII族の元素及びカラムV族元素の化合物を意味することに注意すべきである。混晶は、二元、三元等とすることができる。
【０００７】
本発明は以下の認識に基づいている。第１に本発明は、IV族元素の表面及びIII-V族の表面が異なる界面化学を持つという認識に基づいている。後者は、可能な表面再構成及び／又は自然酸化膜として例えばシリコンの表面に存在している酸素原子の関与を含む。このような異なる界面化学は、本発明のセンサ装置の感度を増大させるのに特に適している。このようにして、検出されるべき物質は、III-V族のサブ領域の自由外表面よりも、IV族元素のサブ領域の自由外表面の方に簡単に付着することができる。このようにして、前記センサの感度は増大することができる。後者は、前記サブ領域の自然外表面自身によりもたらされるが、感度を増大させるために、前記表面が前記異なる界面化学を用いて別々に処理されることも可能である。従って、IV族元素のサブ領域の表面は、その表面の付着能力が増大するように処理される及び／又はIII-V族化合物のサブ領域の表面は、その表面の付着能力が減少するように処理されてもよい。
【０００８】
第２に、本発明はシリコン（Ｓｉ）及びIII-V族化合物のヘテロ接合の使用は、上記材料の組み合わせと一緒に通常は含まれるラージミスマッチ(large mismatch)によって必ずしも阻まれるとは限らないという認識に基づいている。ラージミスマッチは、特に厳選されたIII-V族化合物若しくは上記化合物の混晶を用いることにより回避される又は最小となる。その上、特にナノワイヤがメサ型の半導体領域として使用され、前記ナノワイヤが単電子トランジスタの一部を形成する場合に最高の感度が得られる。これは、第１の（シリコンの）サブ領域が量子ドットを形成し、これによりナノワイヤの長軸方向に見ると非常に薄くなっていることを意味している。その上、ナノワイヤにおいて、サブ領域の横方向寸法も非常に制限される。これにより、様々なサブ領域間における既定のミスマッチにより誘発される歪みは非常に小さく、転位の発生による寿命の減少のような問題には至らない。
【０００９】
本発明による半導体センサ装置の第１の好ましい実施例において、前記メサ型の半導体領域は、第２のサブ領域とは反対の側において第１のサブ領域を境界付け、III-V族化合物、好ましくは第２のサブ領域と同じIII-V族化合物を有する第３の半導体材料からなる第３のサブ領域を有する。このような装置は、後者は、チャンネル範囲内に引き起こされる電荷に対し極めて敏感であるため、単電子トランジスタ（の一部）として機能するのに非常に適している。
【００１０】
好ましくは、前記第２及び第３のサブ領域は、前記第１のサブ領域の材料のバンドギャップよりも高いバンドギャップを持つ材料からなると共に、前記第１のサブ領域は好ましくはＳｉからなる一方、好ましくはＧａＰからなる。このようなヘテロ接合は、前記第１のサブ領域でのｐｎ接合の両側のバンドギャップエネルギーの相対的大きさに依存して、電子又は孔の何れか一方の注入効率を向上させる。バンド間トンネリングは、第１のサブ領域と境界サブ領域との間にある障壁により抑制されることができる。このようにして、高い漏れ電流、すなわち高いオフ電流が防がれる。
【００１１】
価電子帯と伝導体との間のオフセットは、第２のサブ領域の組成においてステップを設ける又は等級分けすることにより調整されることができる。この目的に適切な構造において、シリコンのサブ領域は、前記境界サブ領域のＧａＰ部分により境界付けされ、後者はＧａＡｓ部分により境界付けされている。ステップ機能は、成長条件に対する必要条件は、等級分けの場合よりも厳密さは小さいという利点を持つ。このようにして、第１のサブ領域の一方の側にある障壁は選択的に減少する。
【００１２】
本発明による半導体センサ装置のもう１つの好ましい実施例において、前記第１のサブ領域の自由外表面は、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を高めるように官能基化される。このようにして、前記センサの感度はさらに増大する。官能基化の適切な形式は、前記第１のサブ領域の前記自由外表面上に、検出されるべき物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜の形成を有する。このような単分子膜は例えば、アミノアルキルカルボン酸で処理することにより形成される。アミノ基は、前記第１のサブ領域のＳｉ／ＳｉＯｘ表面に吸収される一方、前記第１のサブ領域の表面に略平行な長さ方向を持つアルキル鎖は平行に配向される。前記鎖の上に、例えばたんぱく質に結合するＹ形状の抗体の下部分を引き付けるカルボキシル基の平面が形成される。後者は、伝染病又はがん、例えば前立腺がんのような病気のしるしである。このようにして、上記たんぱく質を検出するのに非常に高い感度が得られる。
【００１３】
好ましくは、第１のサブ領域以外、すなわち第２及び第３のサブ領域の自由外表面は、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を減少させるように官能基化される。再びこれは、前記自由外表面上に、検出されるべき物質に反発する化合物の単分子膜の形成を有する官能基化により得られる。これらの目的に適した化合物は、ＰＥＧ(poly-ethylene-glycol)ポリマーである。その上に、上述した抗体に反発する球形のアルキル基の"平面"が形成される。これがさらに感度を増大させる。有利なことに、最大の感度のために両方の処理が組み合わされてもよい。
【００１４】
上述したように、少なくとも１つのメサ型の半導体領域はナノワイヤ、好ましくは半導体ボディの表面上に位置付けられる一方、ナノワイヤの長さ方向は、前記表面に垂直に走っている複数の相互に平行なナノワイヤを有利に有する。メサ型の半導体領域又はナノワイヤは好ましくは、トランジスタ、好ましくは単電子トランジスタのような普段はオフの素子の一部を形成する。
【００１５】
重要な実施例において、前記センサ装置は、あるたんぱく質に結合される抗体のような生体分子を検出するのに適している。本発明はさらに、本発明による半導体センサ装置を有する診断器具を有する。
【００１６】
半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、検知されるべき前記物質は、前記メサ型の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる半導体センサ装置を製造する方法であり、前記メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を形成している半導体センサ装置を製造する方法は、本発明に従うと共に、前記第１の半導体材料にはIV族元素材料が選択され、前記第２の半導体材料にはIII-V族化合物が選択されることを特徴とする方法。
【００１７】
本発明による方法の第１の好ましい実施例において、前記第１のサブ領域の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を増大させるように官能基化される。
【００１８】
第２の好ましい実施例において、前記第１のサブ領域以外の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき物質に反発する化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を減少させるように官能基化される。
【００１９】
好ましくは、前記自己組織化単分子膜を形成した後、前記装置は洗浄され、前記単分子膜が形成される以外の前記外表面のもう１つの部分に偶発的に付着する自己組織化単分子膜を形成する化合物の分子を取り除く。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による半導体センサ装置の第１の実施例の厚さ方向に垂直な断面を示す。
【図２ａ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する電流遮断状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図２ｂ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する通電状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図３ａ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する電流遮断状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図３ｂ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する通電状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図４】本発明による半導体センサ装置の第２の実施例の厚さ方向に垂直な断面を示す。
【図５】本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図６】本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図７】本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図８】本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図９】本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図１０】本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のこれら及び他の態様は、図面と一緒に読まれるべき以下に記載された実施例から明らかであり、これを参照して説明される。
【００２２】
これら図面は概略的であり、一定の縮尺で描かれてはなく、厚さ方向における寸法は特に、さらに明確にするために誇張されている。対応する部分は一般的に、様々な図面において同じ参照番号及び同じハッチングが与えられている。
【００２３】
図１は、本発明による半導体センサ装置の第１の実施例の厚さ方向に垂直な断面図を示す。本実施例において、この装置１０はシリコン酸化膜１６を具備するシリコン基板１５を有する。その上に、半導体ボディ１２の表面に平行な長さ方向を持つナノワイヤ１１が位置付けられる。このナノワイヤ１１は、異なる組成を持つ３つの区画１、２、３を有する。第１の区画１は、各々ＧａＰを有する他の区間２及び３の間に量子ドット領域１を形成する低ドープのｐ型シリコンを有する。これら区画２、３は、そのチャンネル領域が前記ナノワイヤ１１内にある電界効果トランジスタ、ここでは単電子トランジスタのソース及びドレイン領域を形成する高ドープのｎ型多結晶シリコンの（半）導体領域１３、１４を具備する。ソース及びドレイン領域は、図示されていないメタライゼーション(metallization)及び接続導体を具備し、これにより前記トランジスタ用の接続領域１３、１４を同時に形成する。ある病気を知らせ、ナノワイヤ１１に沿って血管サンプル内を流れるたんぱく質に結合される抗体３０は、前記シリコン領域１に着地及び張り付いた後、前記単電子トランジスタのチャンネル領域に電荷を誘導する。このような電荷は前記トランジスタのコンダクタンスの大きな変化を増大させ、この変化は知らされることができる。一方ではサブ領域１及び他方ではサブ領域２、３の異なる材料によって、物質３０の付着確率は、III-V族材料からなる領域２、３の自由表面よりも、Ｓｉ／ＳｉＯｘ表面からなるサブ領域１の自由表面の方が高い。このようにして、センサ装置１０の感度が増大する。
【００２４】
図２及び図３は、図１のセンサ装置の様々な構成形状に対する電流遮断状態（ａ）及び通電状態（ｂ）の様々なバンドギャップ（Ｅ）特性を示す。電流遮断状態（図２ａ参照）において、ＧａＰの領域２、３は、シリコン領域１と共にダブルヘテロ結合を形成する。通電状態（図２ｂ参照）において、電子流は矢印２１で示すように流れることができる。ＧａＰは、シリコンに比べ比較的高いバンドギャップＥを持つだけでなく、比較的低い格子不整合を持つ。後者は、これらＧａＰ領域２、３が存在することで前記装置１０にほんの僅かな歪みが引き起こされることを意味している。図３は、サブ領域２、３が（図２のように）ＧａＰからなる第１の部分２Ａ及び３Ａ、並びにＧａＡｓからなる第２の（より遠い）部分２Ｂ及び３Ｂを有する状態のバンドギャップＥを同じ状態で示す。図３ｂに示されるように、シリコン領域１とＧａＰ領域２Ａ及び３Ａとの間にある障壁の高さは大きく取り除かれることができ、これにより前記通電状態において、前記構造を介して電子を有する電荷キャリアを運ぶことを簡単にする。
【００２５】
本実施例の装置１０は、例えば酸化シリコン基板１５の表面上に、ＶＬＳ(Vapor Liquid Solid)エピタクシーにより得られるナノワイヤ１１を位置付けすることにより製造される。その後、ナノワイヤ１１の一部がマスクされ、蒸着(deposition)及びパターニングにより多結晶領域１３、１４が形成される。以下、ナノワイヤ１１に用いられたマスクは再び取り除かれる。上記センサ装置を製造するもう１つの方法は、（選択的な）エピタキシャル処理を用いてフォトリソグラフィーに従う様々なサブ領域を形成する及びエッチングを行い前記メサ／ナノワイヤを形成することにより製造される。
【００２６】
図４は、本発明による半導体センサ装置の第２の実施例の厚さ方向に垂直な断面を示す。本実施例のセンサ装置１０は、同時に第１の接続領域１３としても機能するシリコン基板１５上に、上述したＶＬＳエピタクシー技術により成長した複数のナノワイヤ１１を有する。前記基板は、ナノワイヤ１１の間に図示されていない絶縁層で覆われている。ナノワイヤ１のもう一方の側は、接続領域１３と共に制御及び測定回路４１の一部を形成する第２の接続領域１４を形成するメタライゼーションを具備する。各ナノワイヤ１１は、先行する実施例のように夫々ＧａＰ、Ｓｉ及びＧａＰからなる３つの区画１、２、３を再び有する。先行する実施例のように本実施例において、前記表面は抗体を有する液体で処理される。例えば病気を知らせるたんぱく質分子を含む血管のサンプル的流れ２０は、各々が再び単電子電界効果トランジスタを形成する、複数のナノワイヤ１１の間にある空間に沿って進む。後者のおかげであると共に、複数のナノワイヤ１１を使用するおかげで、本実施例のセンサ１０は、例えばたんぱく質に結合した抗体に結合した後に検出され得るたんぱく質に対し極めて敏感である。以下に説明されるように、この感度はナノワイヤ１１の自由表面の表面処理によりさらに高められる。
【００２７】
図５から図７は、本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造における様々な段階での前記半導体センサ装置の一部の断面図である。この変更において、第１のナノワイヤ１１は、上述したように基板上で成長し、接続領域１３、１４が設けられる。この段階における前記装置の１つのナノワイヤは、図４と比較して９０°回転した後の状態で図５に示される。次に（図６参照）、自己組織化単分子膜４０は、サブ領域１のＳｉ／ＳｉＯｘ自由外表面上に選択的に形成される。本実施例において、前記単分子膜４０は、アミノアルキルカルボン酸(amino-alkyl-carbon acid)で処理することで形成され、これのアルキル基は、１２から１６の炭素原子を含む。次いで、センサ１０は、およそ１１に等しいｐＨの燐酸塩溶液で洗浄される。このようにして、ＧａＰからなる領域２、３の前記外表面に付いた単分子膜４０を形成するのに使用される化合物の希少な分子は洗い流され、後者の表面をきれいにする。このようにして（図７参照）、病気を知らせるたんぱく質が結合される抗体３０が領域１のセンサ装置１０へ付着する確率は大きく増大する。このようにして、センサ１０は、上記抗体３０及びこれら抗体３０に結合されるたんぱく質を検出するのに極めて敏感となる。
【００２８】
図８から図１０は、本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造における様々な段階での前記半導体センサ装置の一部の断面図である。
【００２９】
図１から図４は、本発明による方法を用いた半導体センサ装置の製造における様々な段階での前記半導体センサ装置の断面図である。この半導体センサ装置１０の製造は、本実施例の装置の製造の第１の変更に対し上述したことと同じである。図８は、図４の状態に対応する、半導体センサ装置の製造の最終段階において９０°回転した後のナノワイヤ１１を示す。次いで（図９参照）、前記ＧａＰ領域２、３の表面は、当該表面上に上記材料の自己組織化単分子膜５０を形成するＥＰＧ(poly ethylene glycol)ポリマーを選択的に具備する。前記単分子膜５０の官能基化を説明している起こり得る構造は、上記単分子膜５０の外側の球状の無極性部分が存在する状態で、抗体３０が上記表面に付着する確率（図１０参照）は増大する。このようにして、抗体３０がより選択的に領域１に付着するので、前記装置１０の感度は増大する。
【００３０】
前記センサ１０の感度は、上述される並びに図５から図７及び図８から図１０に夫々示される方法でＳｉ領域１及びＧａＰ領域２、３の表面を共に組み合わせた処理によりさらに増大することができる。上記組み合わせ方法に好ましい順序は、（ここではＳｉからなる）第１のサブ領域、最後に（ここではＧａＰからなる）第２及び第３のサブ領域を処理することである。第１に、比較的薄い／小さい第１のサブ領域１に対する前記サブ領域２、３における前記単分子膜の立体障害(steric hindrance)は避けられる。第２に、前記第２／第３の領域用の材料による前記第１のサブ領域の除去されていない汚れは、前記第１のサブ領域用の材料による第２／第３の領域の除去されていない汚れよりも有害である。
【００３１】
本発明はここに説明される実施例に限定されないこと、及び本発明の範囲内において、多くの変更及び修正が可能であることは、当業者に明らかである。
【００３２】
例えば、抗体の代わりに、ｓｓＤＮＡ(single stand desoxyribo nucleic acid)分子も選択的な取り付けを高めるために適当な化合物の単分子膜を具備する第１のサブ領域の表面に有利に取り付けられることにも注意すべきである。検出される特定の相補的ＤＮＡ鎖は、前記ｓｓＤＮＡに選択的に結合されることができる。抗体に結合しているたんぱく質の場合のように、前記相補的ＤＮＡをｓｓＤＮＡへ結合することは、高い感度で検出されるセンサ装置の表面の近くにおける電荷の再分配となる。
【００３３】
その上、個々の製造ステップに関して様々な変更が可能であることも注意しておく。例えば、本実施例に用いられた技術の代わりに、他の蒸着技術が選択されることも可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型(mesa-shaped)の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、及び検知されるべき前記物質は、前記メサ型の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる、半導体センサ装置に関し、メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を有する。ここで、領域のメサ型とは、この領域が半導体ボディの表面上に突起物を形成することを意味している。本発明はさらに、上記センサ装置を有する診断器具及び上記半導体センサ装置を製造する方法にも関する。
【０００２】
上記装置は、化学及び／又は生物化学物質を検出するのに非常に適している。後者の場合、例えば抗原／抗体結合、生体分子等のような生体分子を高い感度及び再現性で検出するのに使用されることができ、これにより、たんぱく質及び遺伝子解析、並びに病気の診断等に有利に用いられることができる。ここでナノワイヤを用いる場合、ボディは、１ｎｍから１００ｎｍの間及び特に１０ｎｍから５０ｎｍの間に少なくとも１つの横方向寸法を持とうと思う。好ましくは、ナノワイヤは、前記範囲内にある２つの横方向寸法を持つ。上記装置の場合、揮発性である又は液体に溶解しない化学物質のようなより簡単な分子の検出も例えば、それにより導電性が変化するナノワイヤに電荷の物質を導入することにより可能である。
【背景技術】
【０００３】
冒頭の段落に述べたような装置は、２００５年４月１９日に特許番号US 6,882,051で公布された米国特許から知られている。この文献において、化学センサに用いるためのヘテロ接合ナノワイヤが開示されている（段３５、５行目参照）。ヘテロ接合ナノワイヤの実施例において、後者はシリコン（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の交番するサブ領域を有する（図３及び対応する記述部分参照）。ヘテロ接合ナノワイヤの他の実施例において、前記後者は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）及びアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）の交番する層を有する（図１７及び対応する記述部分参照）。
【０００４】
上記装置の欠点は、その装置の感度があるアプリケーションに対し十分な高さではないことである。特に医療分野において、生物化学化合物、特に生体分子の検出は既に、このような化合物又は分子の非常に低い濃度で望まれている。これは例えば、予防方法をできるだけ多く行うために、伝染病のような病気を非常に早い段階で検出するためである。これは、極めて高い感度を持つセンサ装置を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これにより、本発明の目的は、上記欠点の発生を防止すること及び半導体センサ装置を提供することである。この装置は医療分野での使用に適し、検出されるべき物質に対し非常に高い感度を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これを達成するために、冒頭の段落に記載された形式の半導体センサ装置は、第１のサブ領域がIV族元素材料を有し、第２のサブ領域がIII-V族化合物を有することを特徴とする。IV族元素材料は、カラムIV族の他の元素の混晶(mixed crystal)を含む元素の周期系のカラムIV族の元素の材料を意味することに注意すべきである。III-V族化合物は、上記化合物の混晶を含む元素の周期系のカラムIII族の元素及びカラムV族元素の化合物を意味することに注意すべきである。混晶は、二元、三元等とすることができる。
【０００７】
本発明は以下の認識に基づいている。第１に本発明は、IV族元素の表面及びIII-V族の表面が異なる界面化学を持つという認識に基づいている。後者は、可能な表面再構成及び／又は自然酸化膜として例えばシリコンの表面に存在している酸素原子の関与を含む。このような異なる界面化学は、本発明のセンサ装置の感度を増大させるのに特に適している。このようにして、検出されるべき物質は、III-V族のサブ領域の自由外表面よりも、IV族元素のサブ領域の自由外表面の方に簡単に付着することができる。このようにして、前記センサの感度は増大することができる。後者は、前記サブ領域の自然外表面自身によりもたらされるが、感度を増大させるために、前記表面が前記異なる界面化学を用いて別々に処理されることも可能である。従って、IV族元素のサブ領域の表面は、その表面の付着能力が増大するように処理される及び／又はIII-V族化合物のサブ領域の表面は、その表面の付着能力が減少するように処理されてもよい。
【０００８】
第２に、本発明はシリコン（Ｓｉ）及びIII-V族化合物のヘテロ接合の使用は、上記材料の組み合わせと一緒に通常は含まれるラージミスマッチ(large mismatch)によって必ずしも阻まれるとは限らないという認識に基づいている。ラージミスマッチは、特に厳選されたIII-V族化合物若しくは上記化合物の混晶を用いることにより回避される又は最小となる。その上、特にナノワイヤがメサ型の半導体領域として使用され、前記ナノワイヤが単電子トランジスタの一部を形成する場合に最高の感度が得られる。これは、第１の（シリコンの）サブ領域が量子ドットを形成し、これによりナノワイヤの長軸方向に見ると非常に薄くなっていることを意味している。その上、ナノワイヤにおいて、サブ領域の横方向寸法も非常に制限される。これにより、様々なサブ領域間における既定のミスマッチにより誘発される歪みは非常に小さく、転位の発生による寿命の減少のような問題には至らない。
【０００９】
本発明による半導体センサ装置の第１の好ましい実施例において、前記メサ型の半導体領域は、第２のサブ領域とは反対の側において第１のサブ領域を境界付け、III-V族化合物、好ましくは第２のサブ領域と同じIII-V族化合物を有する第３の半導体材料からなる第３のサブ領域を有する。このような装置は、後者は、チャンネル範囲内に引き起こされる電荷に対し極めて敏感であるため、単電子トランジスタ（の一部）として機能するのに非常に適している。
【００１０】
好ましくは、前記第２及び第３のサブ領域は、前記第１のサブ領域の材料のバンドギャップよりも高いバンドギャップを持つ材料からなると共に、前記第１のサブ領域は好ましくはＳｉからなる一方、好ましくはＧａＰからなる。このようなヘテロ接合は、前記第１のサブ領域でのｐｎ接合の両側のバンドギャップエネルギーの相対的大きさに依存して、電子又は孔の何れか一方の注入効率を向上させる。バンド間トンネリングは、第１のサブ領域と境界サブ領域との間にある障壁により抑制されることができる。このようにして、高い漏れ電流、すなわち高いオフ電流が防がれる。
【００１１】
価電子帯と伝導体との間のオフセットは、第２のサブ領域の組成においてステップを設ける又は等級分けすることにより調整されることができる。この目的に適切な構造において、シリコンのサブ領域は、前記境界サブ領域のＧａＰ部分により境界付けされ、後者はＧａＡｓ部分により境界付けされている。ステップ機能は、成長条件に対する必要条件は、等級分けの場合よりも厳密さは小さいという利点を持つ。このようにして、第１のサブ領域の一方の側にある障壁は選択的に減少する。
【００１２】
本発明による半導体センサ装置のもう１つの好ましい実施例において、前記第１のサブ領域の自由外表面は、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を高めるように官能基化される。このようにして、前記センサの感度はさらに増大する。官能基化の適切な形式は、前記第１のサブ領域の前記自由外表面上に、検出されるべき物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜の形成を有する。このような単分子膜は例えば、アミノアルキルカルボン酸で処理することにより形成される。アミノ基は、前記第１のサブ領域のＳｉ／ＳｉＯｘ表面に吸収される一方、前記第１のサブ領域の表面に略平行な長さ方向を持つアルキル鎖は平行に配向される。前記鎖の上に、例えばたんぱく質に結合するＹ形状の抗体の下部分を引き付けるカルボキシル基の平面が形成される。後者は、伝染病又はがん、例えば前立腺がんのような病気のしるしである。このようにして、上記たんぱく質を検出するのに非常に高い感度が得られる。
【００１３】
好ましくは、第１のサブ領域以外、すなわち第２及び第３のサブ領域の自由外表面は、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を減少させるように官能基化される。再びこれは、前記自由外表面上に、検出されるべき物質に反発する化合物の単分子膜の形成を有する官能基化により得られる。これらの目的に適した化合物は、ＰＥＧ(poly-ethylene-glycol)ポリマーである。その上に、上述した抗体に反発する球形のアルキル基の"平面"が形成される。これがさらに感度を増大させる。有利なことに、最大の感度のために両方の処理が組み合わされてもよい。
【００１４】
上述したように、少なくとも１つのメサ型の半導体領域はナノワイヤ、好ましくは半導体ボディの表面上に位置付けられる一方、ナノワイヤの長さ方向は、前記表面に垂直に走っている複数の相互に平行なナノワイヤを有利に有する。メサ型の半導体領域又はナノワイヤは好ましくは、トランジスタ、好ましくは単電子トランジスタのような普段はオフの素子の一部を形成する。
【００１５】
重要な実施例において、前記センサ装置は、あるたんぱく質に結合される抗体のような生体分子を検出するのに適している。本発明はさらに、本発明による半導体センサ装置を有する診断器具を有する。
【００１６】
半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、検知されるべき前記物質は、前記メサ型の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる半導体センサ装置を製造する方法であり、前記メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を形成している半導体センサ装置を製造する方法は、本発明に従うと共に、前記第１の半導体材料にはIV族元素材料が選択され、前記第２の半導体材料にはIII-V族化合物が選択されることを特徴とする方法。
【００１７】
本発明による方法の第１の好ましい実施例において、前記第１のサブ領域の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を増大させるように官能基化される。
【００１８】
第２の好ましい実施例において、前記第１のサブ領域以外の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき物質に反発する化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する確率を減少させるように官能基化される。
【００１９】
好ましくは、前記自己組織化単分子膜を形成した後、前記装置は洗浄され、前記単分子膜が形成される以外の前記外表面のもう１つの部分に偶発的に付着する自己組織化単分子膜を形成する化合物の分子を取り除く。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による半導体センサ装置の第１の実施例の厚さ方向に垂直な断面を示す。
【図２ａ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する電流遮断状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図２ｂ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する通電状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図３ａ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する電流遮断状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図３ｂ】図１の半導体センサ装置の組成形状に対する通電状態（ａ）のバンドギャップ特性を示す。
【図４】本発明による半導体センサ装置の第２の実施例の厚さ方向に垂直な断面を示す。
【図５】本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図６】本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図７】本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図８】本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図９】本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【図１０】本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造時の段階における半導体センサ装置の一部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のこれら及び他の態様は、図面と一緒に読まれるべき以下に記載された実施例から明らかであり、これを参照して説明される。
【００２２】
これら図面は概略的であり、一定の縮尺で描かれてはなく、厚さ方向における寸法は特に、さらに明確にするために誇張されている。対応する部分は一般的に、様々な図面において同じ参照番号及び同じハッチングが与えられている。
【００２３】
図１は、本発明による半導体センサ装置の第１の実施例の厚さ方向に垂直な断面図を示す。本実施例において、この装置１０はシリコン酸化膜１６を具備するシリコン基板１５を有する。その上に、半導体ボディ１２の表面に平行な長さ方向を持つナノワイヤ１１が位置付けられる。このナノワイヤ１１は、異なる組成を持つ３つの区画１、２、３を有する。第１の区画１は、各々ＧａＰを有する他の区間２及び３の間に量子ドット領域１を形成する低ドープのｐ型シリコンを有する。これら区画２、３は、そのチャンネル領域が前記ナノワイヤ１１内にある電界効果トランジスタ、ここでは単電子トランジスタのソース及びドレイン領域を形成する高ドープのｎ型多結晶シリコンの（半）導体領域１３、１４を具備する。ソース及びドレイン領域は、図示されていないメタライゼーション(metallization)及び接続導体を具備し、これにより前記トランジスタ用の接続領域１３、１４を同時に形成する。ある病気を知らせ、ナノワイヤ１１に沿って血管サンプル内を流れるたんぱく質に結合される抗体３０は、前記シリコン領域１に着地及び張り付いた後、前記単電子トランジスタのチャンネル領域に電荷を誘導する。このような電荷は前記トランジスタのコンダクタンスの大きな変化を増大させ、この変化は知らされることができる。一方ではサブ領域１及び他方ではサブ領域２、３の異なる材料によって、物質３０の付着確率は、III-V族材料からなる領域２、３の自由表面よりも、Ｓｉ／ＳｉＯｘ表面からなるサブ領域１の自由表面の方が高い。このようにして、センサ装置１０の感度が増大する。
【００２４】
図２及び図３は、図１のセンサ装置の様々な構成形状に対する電流遮断状態（ａ）及び通電状態（ｂ）の様々なバンドギャップ（Ｅ）特性を示す。電流遮断状態（図２ａ参照）において、ＧａＰの領域２、３は、シリコン領域１と共にダブルヘテロ結合を形成する。通電状態（図２ｂ参照）において、電子流は矢印２１で示すように流れることができる。ＧａＰは、シリコンに比べ比較的高いバンドギャップＥを持つだけでなく、比較的低い格子不整合を持つ。後者は、これらＧａＰ領域２、３が存在することで前記装置１０にほんの僅かな歪みが引き起こされることを意味している。図３は、サブ領域２、３が（図２のように）ＧａＰからなる第１の部分２Ａ及び３Ａ、並びにＧａＡｓからなる第２の（より遠い）部分２Ｂ及び３Ｂを有する状態のバンドギャップＥを同じ状態で示す。図３ｂに示されるように、シリコン領域１とＧａＰ領域２Ａ及び３Ａとの間にある障壁の高さは大きく取り除かれることができ、これにより前記通電状態において、前記構造を介して電子を有する電荷キャリアを運ぶことを簡単にする。
【００２５】
本実施例の装置１０は、例えば酸化シリコン基板１５の表面上に、ＶＬＳ(Vapor Liquid Solid)エピタクシーにより得られるナノワイヤ１１を位置付けすることにより製造される。その後、ナノワイヤ１１の一部がマスクされ、蒸着(deposition)及びパターニングにより多結晶領域１３、１４が形成される。以下、ナノワイヤ１１に用いられたマスクは再び取り除かれる。上記センサ装置を製造するもう１つの方法は、（選択的な）エピタキシャル処理を用いてフォトリソグラフィーに従う様々なサブ領域を形成する及びエッチングを行い前記メサ／ナノワイヤを形成することにより製造される。
【００２６】
図４は、本発明による半導体センサ装置の第２の実施例の厚さ方向に垂直な断面を示す。本実施例のセンサ装置１０は、同時に第１の接続領域１３としても機能するシリコン基板１５上に、上述したＶＬＳエピタクシー技術により成長した複数のナノワイヤ１１を有する。前記基板は、ナノワイヤ１１の間に図示されていない絶縁層で覆われている。ナノワイヤ１のもう一方の側は、接続領域１３と共に制御及び測定回路４１の一部を形成する第２の接続領域１４を形成するメタライゼーションを具備する。各ナノワイヤ１１は、先行する実施例のように夫々ＧａＰ、Ｓｉ及びＧａＰからなる３つの区画１、２、３を再び有する。先行する実施例のように本実施例において、前記表面は抗体を有する液体で処理される。例えば病気を知らせるたんぱく質分子を含む血管のサンプル的流れ２０は、各々が再び単電子電界効果トランジスタを形成する、複数のナノワイヤ１１の間にある空間に沿って進む。後者のおかげであると共に、複数のナノワイヤ１１を使用するおかげで、本実施例のセンサ１０は、例えばたんぱく質に結合した抗体に結合した後に検出され得るたんぱく質に対し極めて敏感である。以下に説明されるように、この感度はナノワイヤ１１の自由表面の表面処理によりさらに高められる。
【００２７】
図５から図７は、本発明による第１の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造における様々な段階での前記半導体センサ装置の一部の断面図である。この変更において、第１のナノワイヤ１１は、上述したように基板上で成長し、接続領域１３、１４が設けられる。この段階における前記装置の１つのナノワイヤは、図４と比較して９０°回転した後の状態で図５に示される。次に（図６参照）、自己組織化単分子膜４０は、サブ領域１のＳｉ／ＳｉＯｘ自由外表面上に選択的に形成される。本実施例において、前記単分子膜４０は、アミノアルキルカルボン酸(amino-alkyl-carbon acid)で処理することで形成され、これのアルキル基は、１２から１６の炭素原子を含む。次いで、センサ１０は、およそ１１に等しいｐＨの燐酸塩溶液で洗浄される。このようにして、ＧａＰからなる領域２、３の前記外表面に付いた単分子膜４０を形成するのに使用される化合物の希少な分子は洗い流され、後者の表面をきれいにする。このようにして（図７参照）、病気を知らせるたんぱく質が結合される抗体３０が領域１のセンサ装置１０へ付着する確率は大きく増大する。このようにして、センサ１０は、上記抗体３０及びこれら抗体３０に結合されるたんぱく質を検出するのに極めて敏感となる。
【００２８】
図８から図１０は、本発明による第２の方法を用いた図４の半導体センサ装置の製造における様々な段階での前記半導体センサ装置の一部の断面図である。
【００２９】
図１から図４は、本発明による方法を用いた半導体センサ装置の製造における様々な段階での前記半導体センサ装置の断面図である。この半導体センサ装置１０の製造は、本実施例の装置の製造の第１の変更に対し上述したことと同じである。図８は、図４の状態に対応する、半導体センサ装置の製造の最終段階において９０°回転した後のナノワイヤ１１を示す。次いで（図９参照）、前記ＧａＰ領域２、３の表面は、当該表面上に上記材料の自己組織化単分子膜５０を形成するＥＰＧ(poly ethylene glycol)ポリマーを選択的に具備する。前記単分子膜５０の官能基化を説明している起こり得る構造は、上記単分子膜５０の外側の球状の無極性部分が存在する状態で、抗体３０が上記表面に付着する確率（図１０参照）は増大する。このようにして、抗体３０がより選択的に領域１に付着するので、前記装置１０の感度は増大する。
【００３０】
前記センサ１０の感度は、上述される並びに図５から図７及び図８から図１０に夫々示される方法でＳｉ領域１及びＧａＰ領域２、３の表面を共に組み合わせた処理によりさらに増大することができる。上記組み合わせ方法に好ましい順序は、（ここではＳｉからなる）第１のサブ領域、最後に（ここではＧａＰからなる）第２及び第３のサブ領域を処理することである。第１に、比較的薄い／小さい第１のサブ領域１に対する前記サブ領域２、３における前記単分子膜の立体障害(steric hindrance)は避けられる。第２に、前記第２／第３の領域用の材料による前記第１のサブ領域の除去されていない汚れは、前記第１のサブ領域用の材料による第２／第３の領域の除去されていない汚れよりも有害である。
【００３１】
本発明はここに説明される実施例に限定されないこと、及び本発明の範囲内において、多くの変更及び修正が可能であることは、当業者に明らかである。
【００３２】
例えば、抗体の代わりに、ｓｓＤＮＡ(single stand desoxyribo nucleic acid)分子も選択的な取り付けを高めるために適当な化合物の単分子膜を具備する第１のサブ領域の表面に有利に取り付けられることにも注意すべきである。検出される特定の相補的ＤＮＡ鎖は、前記ｓｓＤＮＡに選択的に結合されることができる。抗体に結合しているたんぱく質の場合のように、前記相補的ＤＮＡをｓｓＤＮＡへ結合することは、高い感度で検出されるセンサ装置の表面の近くにおける電荷の再分配となる。
【００３３】
その上、個々の製造ステップに関して様々な変更が可能であることも注意しておく。例えば、本実施例に用いられた技術の代わりに、他の蒸着技術が選択されることも可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、検知されるべき前記物質は、前記メサ型の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる半導体センサ装置であり、前記メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を有する半導体センサ装置において、前記第１の半導体材料はIV族元素材料を有し、前記第２の半導体材料はIII-V族化合物を有することを特徴とする半導体センサ装置。
【請求項２】
前記メサ型の半導体領域は、前記第２のサブ領域とは反対の側において前記第１のサブ領域を境界付け、III-V族化合物、好ましくは前記第２のサブ領域と同じIII-V族化合物を有する第３の半導体材料からなる第３のサブ領域を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ装置。
【請求項３】
前記第２及び第３のサブ領域は、前記第１のサブ領域の材料のバンドギャップよりも高いバンドギャップを持つ材料からなると共に、前記第１のサブ領域は好ましくはＳｉからなる一方、好ましくはＧａＰからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体センサ装置。
【請求項４】
前記第２及び第３のサブ領域は、前記第１のサブ領域を境界付け、前記第１のサブ領域よりも高いバンドギャップを持つIII-V族化合物からなる第１の部分、及び前記第１の部分を境界付け、前記第１の部分よりも低いバンドギャップを持つIII-V族化合物、好ましくはＧａＡｓからなる第２の部分を有すること特徴とする請求項２又は３に記載の半導体センサ装置。
【請求項５】
前記第１のサブ領域の自由外表面は、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する可能性を増大させるように官能基化されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項６】
前記官能基化は、前記自由外面上に検出されるべき前記物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜の形成を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体センサ装置。
【請求項７】
前記自己組織化単分子膜は、アミノアルキルカルボン酸により形成され、アルキル基は好ましくは１２から１６の間の炭素原子を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体センサ装置。
【請求項８】
前記第１のサブ領域以外の自由外表面は、検出されるべき前記物質が前記自由外表面に付着する確率を減少させるように官能基化されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項９】
前記官能基化は、前記自由外表面上に検出されるべき前記物質を反発する化合物の自己組織化単分子膜の形成を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体センサ装置。
【請求項１０】
前記自己組織化単分子膜は、ポリエチレングリコールポリマーにより形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体センサ装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのメサ型の半導体領域はナノワイヤ、好ましくは前記半導体ボディの表面に位置付けられる一方、前記ナノワイヤの長さ方向は、前記表面に垂直に走っている複数の相互に平行なナノワイヤを有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項１２】
前記メサ型の半導体領域は、トランジスタ、好ましくは前記第１のサブ領域が量子ドットを形成する単電子トランジスタのような普段はオフの素子の一部を形成することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項１３】
前記半導体センサ装置は、抗体に結合されるたんぱく質のような生体分子を検出するのに適していることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の半導体センサ装置を有する診断器具。
【請求項１５】
半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、検知されるべき前記物質は、前記メサが他の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる半導体センサ装置を製造する方法であり、前記メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を形成する半導体センサ装置を製造する方法において、前記第１の半導体材料にはIV族元素材料が選択され、前記第２の半導体材料にはIII-V族化合物が選択されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１のサブ領域の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき前記物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき前記物質が前記自由外表面に付着する確率を増大させるように官能基化されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のサブ領域以外の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき前記物質に反発する化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき前記物質が前記自由外表面に付着する可能性を減少させるように官能基化されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記自己組織化単分子膜を形成した後、前記装置は洗浄され、前記自己組織化単分子膜が構築される以外のメサ型の半導体領域の前記外表面のもう１つの部分に偶発的に付着する化合物の分子を取り除くことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１】
半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、検知されるべき前記物質は、前記メサ型の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる半導体センサ装置であり、前記メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を有する半導体センサ装置において、前記第１の半導体材料はIV族元素材料を有し、前記第２の半導体材料はIII-V族化合物を有することを特徴とする半導体センサ装置。
【請求項２】
前記メサ型の半導体領域は、前記第２のサブ領域とは反対の側において前記第１のサブ領域を境界付け、III-V族化合物、好ましくは前記第２のサブ領域と同じIII-V族化合物を有する第３の半導体材料からなる第３のサブ領域を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ装置。
【請求項３】
前記第２及び第３のサブ領域は、前記第１のサブ領域の材料のバンドギャップよりも高いバンドギャップを持つ材料からなると共に、前記第１のサブ領域は好ましくはＳｉからなる一方、好ましくはＧａＰからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体センサ装置。
【請求項４】
前記第２及び第３のサブ領域は、前記第１のサブ領域を境界付け、前記第１のサブ領域よりも高いバンドギャップを持つIII-V族化合物からなる第１の部分、及び前記第１の部分を境界付け、前記第１の部分よりも低いバンドギャップを持つIII-V族化合物、好ましくはＧａＡｓからなる第２の部分を有すること特徴とする請求項２又は３に記載の半導体センサ装置。
【請求項５】
前記第１のサブ領域の自由外表面は、検出されるべき物質が前記自由外表面に付着する可能性を増大させるように官能基化されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項６】
前記官能基化は、前記自由外面上に検出されるべき前記物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜の形成を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体センサ装置。
【請求項７】
前記自己組織化単分子膜は、アミノアルキルカルボン酸により形成され、アルキル基は好ましくは１２から１６の間の炭素原子を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体センサ装置。
【請求項８】
前記第１のサブ領域以外の自由外表面は、検出されるべき前記物質が前記自由外表面に付着する確率を減少させるように官能基化されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項９】
前記官能基化は、前記自由外表面上に検出されるべき前記物質を反発する化合物の自己組織化単分子膜の形成を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体センサ装置。
【請求項１０】
前記自己組織化単分子膜は、ポリエチレングリコールポリマーにより形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体センサ装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのメサ型の半導体領域はナノワイヤ、好ましくは前記半導体ボディの表面に位置付けられる一方、前記ナノワイヤの長さ方向は、前記表面に垂直に走っている複数の相互に平行なナノワイヤを有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項１２】
前記メサ型の半導体領域は、トランジスタ、好ましくは前記第１のサブ領域が量子ドットを形成する単電子トランジスタのような普段はオフの素子の一部を形成することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項１３】
前記半導体センサ装置は、抗体に結合されるたんぱく質のような生体分子を検出するのに適していることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の半導体センサ装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の半導体センサ装置を有する診断器具。
【請求項１５】
半導体ボディの表面上に形成されると共に、第１の端部において第１の導電接続領域に接続され、第２の端部において第２の導電接続領域に接続される、少なくとも１つのメサ型の半導体領域を構成している物質を検知する一方、検知されるべき物質からなる流体は、前記メサ型の半導体領域に沿って流れることができ、検知されるべき前記物質は、前記メサが他の半導体領域の電気特性に影響を及ぼしうる半導体センサ装置を製造する方法であり、前記メサ型の半導体領域は、その後長軸方向に見ると、第１の半導体材料からなる第１の半導体サブ領域及び前記第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料からなる第２の半導体サブ領域を形成する半導体センサ装置を製造する方法において、前記第１の半導体材料にはIV族元素材料が選択され、前記第２の半導体材料にはIII-V族化合物が選択されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１のサブ領域の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき前記物質を引き付ける化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき前記物質が前記自由外表面に付着する確率を増大させるように官能基化されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のサブ領域以外の自由外表面は、前記表面上に検出されるべき前記物質に反発する化合物の自己組織化単分子膜を形成することにより、検出されるべき前記物質が前記自由外表面に付着する可能性を減少させるように官能基化されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記自己組織化単分子膜を形成した後、前記装置は洗浄され、前記自己組織化単分子膜が構築される以外のメサ型の半導体領域の前記外表面のもう１つの部分に偶発的に付着する化合物の分子を取り除くことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１０−５０４５１７（Ｐ２０１０−５０４５１７Ａ）
【公表日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２８８２８（Ｐ２００９−５２８８２８）
【出願日】平成１９年９月１７日（２００７．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５３７４２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３５２７３
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１７日（２００７．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５３７４２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３５２７３
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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