[发明专利]半导体传感器装置、包括该装置的诊断仪器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测物质的半导体传感器装置，该半导体传 感器装置包括至少一个平台形半导体区域，该平台形半导体区域在半 导体实体的表面上形成，并且在第一端连接到第一导电连接区域和在 第二端连接到第二导电连接区域，同时包括被检测物质的流体可以沿 着该平台形半导体区域流动且被检测物质可以影响该平台形半导体区 域的电学属性，其中在纵向方向看，该平台形半导体区域相继包括第 一半导体子区域和第二半导体子区域，该第一半导体子区域包括第一 半导体材料且该第二半导体子区域包括不同于第一半导体材料的第二 半导体材料。此处平台形区域意味着该区域在该半导体实体的表面上 形成凸起。本发明还涉及包括这种传感器装置的诊断仪器以及制作这 种半导体传感器装置的方法。

这种装置非常适合于检测化学和/或生物物质。在后一种情况，这 种装置例如可用于高灵敏度和再现性地检测生物分子，像抗原/抗体结 合体、生物分子及其他，因而这种装置可以有利地用在蛋白质和基因 分析、疾病诊断等中。如果平台形半导体区域包括纳米线，则其灵敏 度是极高的。这里，使用纳米线，实体旨在具有1nm至100nm且更具 体地10nm至50nm范围的至少一个横向尺寸。优选地，纳米线在两个 横向方向具有所述范围内的尺寸。使用这种装置，例如，通过引入电 荷物质到导电性因而改变的纳米线，像挥发性或溶解在液体中的化学 物质的较简单分子的检测也是可行的。

发明技术

在首段中提及的装置从2005年4月19日已经出版的美国专利US 6,882,051获知。在该文档中，披露了在化学传感器中使用的异质结纳 米线。参见第35栏第5行。在异质结纳米线的示例中，该异质结纳米 线包括硅(Si)和锗(Ge)的交替子区域。参见图3和说明书的相应 部分。在异质结纳米线的另一示例中，该异质结纳米线包括砷化镓 (GaAs)和锑化镓(GaSb)的交替层。参见图17和说明书的相应部 分。

这种装置的缺点在于其灵敏度对于某些应用而言不够高。具体而 言，在生物化合物特别是生物分子的医学领域检测中，目标是极低浓 度的这种化合物或分子的检测。即，例如，对于检测像感染这样的疾 病，目标是在极早期阶段的检测，从而尽可能地以预防疾病的方式采 取行动。这需要传感器装置具有极高的灵敏度。

发明内容

因此本发明的目标是避免上述缺点且提供一种半导体传感器装 置，其适用于医学领域且针对待检测的物质拥有极高的灵敏度。

为获得这点，首段中描述类型的半导体传感器装置的特征在于该 第一子区域包括IV族元素材料，该第二子区域包括III-V族化合物。 应当注意，IV族元素材料意味着元素周期表第IV列的元素的材料，包 括这一列的不同元素的混合晶体。应当注意，III-V族化合物意味着元 素周期表第III列元素和第V列元素的化合物，包括这些化合物的混合 晶体。混合晶体可以是二元的、三元的等等。

本发明基于下面的认知。首先，本发明基于这样的认知：IV族元 素表面和III-V族表面具有不同的表面化学性质。该III-V族表面包括 例如在硅表面上可能以原生氧化物存在的氧原子的可能表面再构和/或 参与。这种不同的表面化学性质尤其适用于增加本发明的传感器装置 的灵敏度。这样，与III-V族子区域的自由外表面相比，待检测物质可 以更容易地粘着到IV族元素子区域的自由外表面。这样，传感器的灵 敏度可以增加。III-V族子区域的自由外表面可能受到子区域本身的原 生外表面的影响，但所述表面也可以使用所述不同表面化学性质区别 处理以增加灵敏度。因而，IV族元素子区域的表面可以被处理，使得 其粘着能力增加，和/或III-V族化合物子区域的表面可以被处理，使 得其粘着能力减小。

其次，本发明基于这样的认知：Si和III-V族化合物的异质结的使 用不一定受到这种材料组合通常涉及的大的失配的妨碍。大的失配可 以通过使用特别精心选择的III-V族化合物或这些化合物的混合晶体 而避免或最小化。而且，特别是如果纳米线用作平台形半导体区域且 所述纳米线形成单电子晶体管的一部分，则获得最高灵敏度。这暗示 着第一(硅)子区域形成量子点，因而从纳米线的纵向方向看极薄。 而且在纳米线中，子区域的横向尺寸也极其有限。因而，各种子区域 之间的给定失配引入的应变很小，且不导致像由于产生位错所导致的 寿命减小等问题。