[发明专利]传感装置

说明书

关于联盟资助研究或开发的声明

本发明在由美国国防部高级研究项目局(DARPA)的资助部分支持的研究过程中完成，合同号为HR0011-09-3-0002。美国政府对本发明具有一定的权利。

技术领域

本公开内容一般涉及传感装置。

背景技术

传感装置经常包含纳米结构，纳米结构用于在分析物位于纳米结构上或附近时探测纳米结构的电特性和/或机械特性的改变，或者用于在分析物位于纳米结构上或附近并暴露于光子时改变由分析物发出的光学信号。传感装置可以利用不同的传感技术，包括例如分析物的吸附和/或解吸附作用到可读信号的转换、光谱技术或其它适合的技术。

对于各种化学或生物传感应用来说，拉曼光谱是一种有用的技术。拉曼光谱用于研究在光子作用于分子时分子能态之间的跃迁，其导致散射光子的能量转移。分子的拉曼散射可以被视为两个过程。首先，处于特定能态的分子被通常处于光频域中的入射光子激发到另一个(虚拟的或真实的)能态中。然后，被激发的分子在其所处环境的影响下以与激发光子相比相对较低(即斯托克斯散射)或相对较高(反斯托克斯散射)的频率作为偶极子源而辐射。不同分子或物质的拉曼光谱具有能够用于识别种类的特征峰。粗糙的金属表面、各种类型的纳米天线以及波导结构已被用于增强拉曼散射过程(即上述激发和/或辐射过程)。这个领域通常作为表面增强拉曼光谱(SERS)为人所知。

附图说明

通过结合以下具体描述和附图，本公开内容的实施例的特征和优点将变得清晰，附图中相同的附图标记对应于类似的但可能不完全相同的部件。为了简洁的目的，具有前面所述功能的附图标记或特征可能结合或可能不结合它们出现的其它附图而描述。

图1是用于形成传感装置实施例的方法实施例的流程图；

图2A至图2I是一起示出用于形成传感装置实施例的方法实施例的示意图；

图2A至图2F和图2J至图2L是一起示出用于形成传感装置另一实施例的方法实施例的示意图；

图3A至图3D分别是用于形成传感装置中第一电极的不同实施例的掩膜的不同实施例的顶视图；

图4A和图4B是使用外边缘至外边缘直径为100nm(图4A)和外边缘至外边缘直径为200nm(图4B)的环形图案的圆锥状电极的扫描电子显微照片；

图5A和图5B是使用外边缘至外边缘直径为100nm(图5A)和外边缘至外边缘直径为200nm(图5B)的环形图案的圆锥球状电极的扫描电子显微照片；

图6是图2I所示传感装置的实施例的透视图；

图7是使用图3A所示掩膜的实施例形成的传感装置的另一个实施例的透视图；

图8是使用图3C所示掩膜的实施例形成的传感装置的实施例的透视图；

图9是适于用作光学传感器的传感装置实施例的示意性截面图；以及

图10是适于用作电传感器的传感装置实施例的示意性截面图。

具体实施方式

这里所公开的传感装置的实施例包括由单个基板形成或形成在单个基板上的两种类型的电极(例如内部电极和周围的外部电极)。这种构造能够有利于将偏压施加至单片基板内的两个电极。另外，这里所公开的用于形成这种传感装置的工艺/方法可以被控制为使最终的内部电极具有特别适用于期望传感应用(例如电传感或光学传感)的形状。

图1示出用于形成传感装置实施例的方法实施例。这里将结合图2A至图2L进一步详细地讨论图1中所示的方法步骤。具体来说，图2A至图2I示出用于形成包括圆锥状电极的装置的方法实施例，并且图2A至图2F和图2J至图2L示出用于形成包括圆锥球状电极的装置的方法实施例。更一般地，内部电极是三维结构，其形状依赖于所使用的初始几何图案和传感装置形成期间的刻蚀条件。三维形状包括圆锥、圆锥球、圆柱或具有在顶部交汇的至少三个面的多边形(例如棱锥)等。这里所使用的词语“圆锥状”描述具有从圆的周界底向尖端(例如最高点或顶点)逐渐缩小的三维几何形状的突起。图4A和图4B(下文进一步讨论)示出了圆锥状电极的示例。同样在这里使用的词语“圆锥球状”描述具有从圆的周界底向较尖部分逐渐缩小然后反向延伸为直径大于较尖部分的球的三维几何形状的突起。图5A和图5B(也在下文进一步讨论)示出了圆锥球状电极的示例。另外，这里所使用的词语“多边形”描述具有从多边形周界底向尖端逐渐缩小的三个或更多个面(参见例如图7)的突起，并且词语“圆柱状”描述从基底到顶部具有基本一致的周界的突起(参见例如图8)。