(57)【要約】      （修正有）【課題】第１電極部および第２電極部間のナノギャップの幅を小さくしても、測定対象を含んだ流体が容易にナノギャップを通過できるナノギャップ電極およびその製造方法を提供する。【解決手段】生体分子を検出するためのシステムは、第１電極３および第１電極に隣接する第２電極４を含むナノギャップ電極装置１を備える。第１電極は、生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより第２電極から分離される。ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域ＮＧ１及び第２ギャップ領域ＮＧ２を有する。第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する。システムは、さらに、ナノギャップ電極装置に接続された電気回路を含むことができる。電気回路は、ナノギャップを通る生体分子の流れに関して第１電極および第２電極から電気信号を受信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極および前記第１電極に隣接する第２電極を含むナノギャップ電極装置であって、前記第１電極は、前記生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより前記第２電極から分離され、前記ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する、ナノギャップ電極装置と、
前記ナノギャップ電極装置に接続した電気回路であって、前記ナノギャップを通る前記生体分子の流れに関して前記第１電極および前記第２電極から電気信号を受信する電気回路と
を備える、
生体分子を検出するシステム。
【請求項２】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略２５度を超える角度で配向する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略４５度を超える角度で配向する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略９０度の角度で配向する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１電極は、基板に隣接する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２電極は、前記第１電極と接触している絶縁層に隣接する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１電極は、第１部分および前記第１部分に隣接する第２部分を備え、前記第１部分および前記第２部分は、前記基板と隣接し、前記第１部分は、前記第２部分より大きな厚みを有する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１部分は、前記第２ギャップ領域を部分的に規定する表面を有し、前記第２部分は、前記第１ギャップ領域を部分的に規定する表面を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１電極または前記第２電極の一部は、単原子終端を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２ギャップ領域の終端は、前記第１ギャップ領域と接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ナノギャップ電極装置と流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備え、前記ナノギャップに前記生体分子を向かわせるように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記チャネルは、マイクロ流体構造と統合される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電気回路は、前記電気信号から前記生体分子またはその部分を向かわせるようにプログラムされたコンピュータプロセッサの一部である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ナノギャップ電極装置は、ナノギャップ電極装置のアレイの一部である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ナノギャップ電極装置は、前記アレイの他のナノギャップ電極装置に対して独立してアドレス可能である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ナノギャップは、終端が前記第１ギャップ領域と接続された第３ギャップ領域を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
第１電極および前記第１電極に隣接する第２電極を含むナノギャップ電極装置を備え、
前記第１電極は、前記生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより前記第２電極から分離され、
前記ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する面に対して略９０度の角度で配向し、
前記第２ギャップ領域の終端は、前記第１ギャップ領域に接続されている、
生体分子を検知するシステム。
【請求項１８】
前記第１電極は、基板に隣接する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２電極は、前記第１電極と接触している絶縁層に隣接する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１電極は、第１部分および前記第１部分に隣接する第２部分を備え、前記第１部分および前記第２部分は、前記基板と隣接し、前記第１部分は、前記第２部分より大きな厚みを有する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１部分は、前記第２ギャップ領域を部分的に規定する表面を有し、前記第２部分は、前記第１ギャップ領域を部分的に規定する表面を有する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１電極または前記第２電極の一部は、単原子終端を有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ナノギャップ電極装置と流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備え、前記ナノギャップに前記生体分子を向かわせるように構成された、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記チャネルは、マイクロ流体構造と統合される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ナノギャップ電極装置は、ナノギャップ電極装置のアレイの一部である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ナノギャップ電極装置は、前記アレイの他のナノギャップ電極装置に対して独立してアドレス可能である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ナノギャップは、終端が前記第１ギャップ領域と接続された第３ギャップ領域を有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２８】
（ａ）第１電極および前記第１電極に隣接する第２電極を有するナノギャップ電極装置に生体分子を向かわせる工程であって、前記第１電極は、前記生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより前記第２電極から分離され、前記ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する工程と、
（ｂ）前記ナノギャップを通る前記生体分子の流れに関して電気信号を測定する工程と、
（ｃ）（ｂ）で測定した前記電気信号を使用して前記生体分子を検出することと、
を備える、
生体分子を検出する方法。
【請求項２９】
前記検出する工程は、前記生体分子またはその部分を示す参照信号に対して前記電気信号を比較することを備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記検出する工程は、前記生体分子またはその部分を識別することを備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記生体分子は、核酸分子である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記生体分子は、（ｃ）の検出する工程は、前記核酸分子をシーケンシングすることを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記電気信号は、電流を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記電流は、トンネル電流である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略９０度の角度で配向する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１電極または前記第２電極の一部は、単原子終端を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記生体分子は、前記ナノギャップ電極装置と流体連通する少なくとも１つのチャネルを通して前記ナノギャップ電極装置に向かう、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノギャップ電極装置は、独立してアドレス可能なナノギャップ電極装置のアレイの一部である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記ナノギャップを通る前記生体分子の流れに関し、前記生体分子の一の部分は前記第１ギャップ領域を通って流れ、前記生体分子の他の部分は前記第２ギャップ領域を通って流れる、請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
請求項１乃至２７のいずれかに記載のシステムを製造する方法。
【請求項４１】
生体分子を検出するために請求項１乃至２７のいずれかに記載のシステムを使用することを備える、生体分子を検出する方法。
【請求項４２】
（ａ）基板に隣接する第１電極形成部を提供する工程と、
（ｂ）前記第１電極形成部の表面に隣接するギャップ形成層を形成する工程と、
（ｃ）前記ギャップ形成層に隣接する第２電極形成部を形成する工程と、
（ｄ）前記第１電極部と前記第２電極部の間にナノギャップを形成するために前記ギャップ形成層の一部を除去する工程と、
を備え、
前記ナノギャップは、生体分子を前記ナノギャップを通して流すことを可能にする寸法であり、
前記ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する、
生体分子を検出する際に使用するナノギャップ電極を製造する方法。
【請求項４３】
（ｃ）の工程に続き、前記第１電極形成部の表面、前記ギャップ形成層の第２部分の表面、および前記第２電極形成部の表面を露出する工程をさらに備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
それぞれが所定の形を有する第１電極部及び第２電極部を提供するため、前記第２電極形成部、前記ギャップ形成層および前記第１電極形成部をパターニングする工程をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略２５度を超える角度で配向する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略４５度を超える角度で配向する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する前記面に対して略９０度の角度で配向する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
単原子終端を有するために前記第１電極部および／または前記第２電極部を加工する工程をさらに備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
それぞれが単原子終端を有するために前記第１電極部および前記第２電極部を加工する工程をさらに備える、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ナノギャップと流体連通する少なくとも１つのチャネルを提供する工程をさらに備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項５１】
（ａ）の工程は、前記電極形成部の他の部分より厚さが薄い前記電極形成部の一の部分に隣接する絶縁層を形成し、前記絶縁層に隣接する前記ギャップ形成層を形成する工程を備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項５２】
前記第２ギャップ領域の終端は、前記第１ギャップ領域に接続されている、請求項４２に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１電極形成部は、段差を有する、請求項４２に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１ギャップ領域は、前記基板に平行である、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本発明はナノギャップ電極およびその製造方法に関し、参照することにより本願に組み込まれる２０１３年１０月１６日に出願された日本特許出願２０１３−２１５８２８に対して、優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］近年、対向した電極部間にナノスケールの間隙（ギャップ）が形成された電極構造（以下、ナノギャップ電極と呼ぶ）が注目されており、ナノギャップ電極を用いた電子デバイスや、バイオデバイス等について研究が盛んに行われている。例えば、バイオデバイスの分野では、ナノギャップ電極を利用し、ＤＮＡの塩基配列を解析する分析装置が考えられている（例えば、国際公開第２０１１／１０８５４０号は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる）。
【０００３】
［０００３］この分析装置では、ナノギャップ電極の電極部間にあるナノスケールでなる中空状の間隙（以下、ナノギャップと呼ぶ）に一本鎖ＤＮＡを通過させ、当該一本鎖ＤＮＡの塩基が電極部間のナノギャップを通過したときに電極部間を流れる電流を計測してゆき、当該電流値を基に一本鎖ＤＮＡを構成する塩基を同定し得るようになされている。
【０００４】
［０００４］このような分析装置では、ナノギャップ電極の電極部間の距離が大きくなると、検出できる電流値が小さくなってしまい、高感度で試料を分析することが困難になるため、電極部間のナノギャップを小さく形成し得ることが望まれている。そのため、電極部間の距離が小さなナノギャップ電極の開発が進められている（例えば、特開２００６−２３４７９９号公報参照）。
【０００５】
［０００５］参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特開２００６−２３４７９９号公報では、基板上に金属層／ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）またはＡｌ２Ｏ３層／金属層の３層構造を作製し、その後、ＳＡＭまたはＡｌ２Ｏ３層を除去することで垂直ナノギャップを製造する方法が開示されている。また、特開２００６−２３４７９９号公報では、一方の電極部として基板上に設けた第１の金属層の側面にＳＡＭを形成し、当該ＳＡＭと接触するように他方の電極部となる第２の金属層を基板上に形成した後、当該ＳＡＭを除去することにより第１の金属層と第２の金属層との間にプラナーナノギャップを作製する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
［０００６］しかしながら、かかる構成でなるナノギャップ電極では、電極部間の距離を小さく形成し得るものの、その一方で、電極部間の距離を小さくした分だけ、測定対象となる一本鎖ＤＮＡを含んだ溶液がナノギャップを通過し難くなるという問題が生じる。
【０００７】
［０００７］そこで、本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、第１電極部および第２電極部間のナノギャップの幅を小さくしても、測定対象を含んだ流体が容易にナノギャップを通過できるナノギャップ電極およびその製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［０００８］本開示は、ナノギャップ電極装置及びシステムを提供する。本明細書に提供されたナノギャップ電極デバイスおよびシステムは、上述の課題の少なくとも一部を解決することができる。
【０００９】
［０００９］いくつかの実施形態においては、ナノギャップ電極は、基板上に形成された第１電極部と、絶縁層上の第１電極部に形成されたギャップ形成層上、または第１電極部に形成されたギャップ形成層上のいずれかに形成され、第１電極部に対して対向配置された第２電極部と、第１電極部および第２電極部間に、基板の面方向に延びる第１ギャップ領域と基板に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域と接続またはオーバーラップした第２ギャップ領域とからなるナノギャップとを備える。
【００１０】
［００１０］いくつかの実施形態においては、ナノギャップ電極は、基板上に形成された第１電極部と、基板上のギャップ形成層に形成され、第１電極部に対して対向配置された第２電極部と、第１電極部および第２電極部間に、基板の面方向に延びる第１ギャップ領域と、基板に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域と接続またはオーバーラップした第２ギャップ領域とからなるナノギャップとを備える。
【００１１】
［００１１］本開示のある態様では、ナノギャップ電極は、基板上に形成された第１電極部と、第１電極部に絶縁層を介して形成されたギャップ形成層上または第１電極部に形成されたギャップ形成層上のいずれかに形成され、第１電極部に対して対向配置された第２電極部と、第１電極部および第２電極部間に、前記基板の面方向に延びる第１ギャップ領域および前記基板に対して直立に延び末端が前記第１ギャップ領域と接続またはオーバーラップした第２ギャップ領域からなるナノギャップと、を備える。ある実施形態では、第１電極部は、薄膜部と、薄膜部よりも膜厚の厚い厚膜部と、薄膜部と厚膜部の間に形成された厚膜部よりも膜厚の薄い第１電極側ギャップ形成部とを含む。第２電極部は、絶縁層およびギャップ形成層を介してまたはギャップ形成層のみを介して薄膜部に配置された基体部と、先端が厚膜部に向かって基体部から延び、それにより第１電極側ギャップ形成部と第２電極側ギャップ形成部の間の第１ギャップ領域および厚膜部と第２電極側のギャップ形成部との間の第２ギャップ領域を形成した第２電極側ギャップ形成部と、を含む。
【００１２】
［００１２］別の態様では、ナノギャップ電極は、基板上に形成された第１電極部と、基板上のギャップ形成層に形成され、第１電極部に対して対向配置された第２電極部と、第１電極部および第２電極部間に、基板の面方向に延びる第１ギャップ領域と、基板に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域と接続した第２ギャップ領域とからなるナノギャップとを備える。ある実施形態では、第２電極部は、ギャップ形成層を介して基板上に配置された基体部と、第１電極部と第２電極側ギャップ形成部の間に提供された第１ギャップ領域および第２ギャップ領域と第１電極部に乗り上げるように形成された第２電極側ギャップ形成部とを含む。
【００１３】
［００１３］ある実施形態では、第１ギャップ領域の幅と第２ギャップ領域の幅は、ギャップ形成層の膜厚と同じ寸法になる。
【００１４】
［００１４］別の態様では、生体分子を検出するシステムは、第１電極および第１電極に隣接する第２電極を含むナノギャップ電極装置と、ナノギャップ電極装置に接続した電気回路とを備え、第１電極は、生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより第２電極から分離され、ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向し、電気回路は、ナノギャップを通る生体分子の流れに関して第１電極および第２電極から電気信号を受信する。
【００１５】
［００１５］いくつかの実施形態では、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略２５度を超える角度で配向する。また、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略４５度を超える角度で配向する。また、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略９０度の角度で配向する。
【００１６】
［００１６］いくつかの実施形態では、第１電極は、基板に隣接する。また、第２電極は、第１電極と接触している絶縁層に隣接する。また、第１電極は、第１部分および第１部分に隣接する第２部分を備え、第１部分および第２部分は、基板と隣接し、第１部分は、第２部分より大きな厚みを有する。また、第１部分は、第２ギャップ領域を部分的に規定する表面を有し、第２部分は、第１ギャップ領域を部分的に規定する表面を有する。
【００１７】
［００１７］いくつかの実施形態では、第１電極または第２電極の一部は、単原子終端を有する。また、第２ギャップ領域の終端は、第１ギャップ領域と接続されている。また、ナノギャップ電極装置と流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備え、ナノギャップに生体分子を向かわせるように構成されている。また、チャネルは、マイクロ流体構造と統合される。
【００１８】
［００１８］いくつかの実施形態では、電気回路は、電気信号から生体分子またはその部分を向かわせるようにプログラムされたコンピュータプロセッサの一部である。また、ナノギャップ電極装置は、ナノギャップ電極装置のアレイの一部である。また、ナノギャップ電極装置は、アレイの他のナノギャップ電極装置に対して独立してアドレス可能である。
【００１９】
［００１９］いくつかの実施形態では、ナノギャップは、終端が第１ギャップ領域と接続された第３ギャップ領域を有する。
【００２０】
［００２０］別の態様では、生体分子を検知するシステムは、第１電極および第１電極に隣接する第２電極を含むナノギャップ電極装置を備え、第１電極は、生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより第２電極から分離され、ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略９０度の角度で配向し、第２ギャップ領域の終端は、第１ギャップ領域に接続されている。
【００２１】
［００２１］いくつかの実施形態では、第１電極は、基板に隣接する。また、第２電極は、第１電極と接触している絶縁層に隣接する。また、第１電極は、第１部分および第１部分に隣接する第２部分を備え、第１部分および第２部分は、基板と隣接し、第１部分は、第２部分より大きな厚みを有する。また、第１部分は、第２ギャップ領域を部分的に規定する表面を有し、第２部分は、第１ギャップ領域を部分的に規定する表面を有する。
【００２２】
［００２２］いくつかの実施形態では、第１電極または第２電極の一部は、単原子終端を有する。また、ナノギャップ電極装置と流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備え、ナノギャップに生体分子を向かわせるように構成されている。また、チャネルは、マイクロ流体構造と統合される。
【００２３】
［００２３］いくつかの実施形態では、ナノギャップ電極装置は、ナノギャップ電極装置のアレイの一部である。また、ナノギャップ電極装置は、アレイの他のナノギャップ電極装置に対して独立してアドレス可能である。
【００２４】
［００２４］いくつかの実施形態では、ナノギャップは、終端が第１ギャップ領域と接続された第３ギャップ領域を有する。
【００２５】
［００２５］本開示は、生体分子を検出するために上述したまたは明細書内で記載された装置又はシステムを使用することを含む生体分子を検出する方法を提供する。
【００２６】
［００２６］ある態様では、生体分子を検出する方法は、（ａ）第１電極および前記第１電極に隣接する第２電極を有するナノギャップ電極装置に生体分子を向かわせる工程と、（ｂ）ナノギャップを通る生体分子の流れに関して電気信号を測定する工程と、（ｃ）（ｂ）で測定した電気信号を使用して生体分子を検出する工程と、を備え、第１電極は、生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより第２電極から分離され、ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する。
【００２７】
［００２７］いくつかの実施形態では、検出する工程は、生体分子またはその部分を示す参照信号に対して電気信号を比較する。また、検出する工程は、生体分子またはその部分を識別することを備える。また、生体分子は、核酸分子である。また、生体分子は、（ｃ）の検出する工程は、核酸分子をシーケンシングする。
【００２８】
［００２８］いくつかの実施形態では、電気信号は、電流を含む。電流は、トンネル電流である。
【００２９】
［００２９］いくつかの実施形態では、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略９０度の角度で配向する。いくつかの実施形態では、第１電極または第２電極の一部は、単原子終端を有する。いくつかの実施形態では、生体分子は、ナノギャップ電極装置と流体連通する少なくとも１つのチャネルを通してナノギャップ電極装置に向かう。いくつかの実施形態では、ナノギャップ電極装置は、独立してアドレス可能なナノギャップ電極装置のアレイの一部である。いくつかの実施形態では、ナノギャップを通る生体分子の流れに関し、生体分子の一の部分は第１ギャップ領域を通って流れ、生体分子の他の部分は第２ギャップ領域を通って流れる。
【００３０】
［００３０］本開示は、上述したまたは本明細書内で記載する装置又はシステムを製造する方法も提供する。
【００３１】
［００３１］ある態様では、生体分子を検出する際に使用するナノギャップ電極を製造する方法は、（ａ）基板に隣接する第１電極形成部を提供する工程と、（ｂ）第１電極形成部の表面に隣接するギャップ形成層を形成する工程と、（ｃ）ギャップ形成層に隣接する第２電極形成部を形成する工程と、（ｄ）第１電極部と第２電極部の間にナノギャップを形成するためにギャップ形成層の一部（一の部分）を除去する工程と、を備え、ナノギャップは、生体分子をナノギャップを通して流すことを可能にする寸法であり、ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する。
【００３２】
［００３２］いくつかの実施形態では、（ｃ）の工程に続き、第１電極形成部の表面、ギャップ形成層の第２部分（他の部分）の表面、および第２電極形成部の表面を露出する工程をさらに含む。また、それぞれが所定の形を有する第１電極部及び第２電極部を提供するため、第２電極形成部、ギャップ形成層および第１電極形成部をパターニングする工程をさらに含む。
【００３３】
［００３３］いくつかの実施形態では、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略２５度を超える角度で配向する。また、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略４５度を超える角度で配向する。また、第２ギャップ領域は、第１ギャップ領域を有する面に対して略９０度の角度で配向する。
【００３４】
［００３４］いくつかの実施形態では、単原子終端を有するために第１電極部および／または第２電極部を加工する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、それぞれが単原子終端を有するために第１電極部および第２電極部を加工する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、ナノギャップと流体連通する少なくとも１つのチャネルを提供する工程をさらに備える。いくつかの実施形態では、（ａ）の工程は、電極形成部の他の部分より厚さが薄い電極形成部の一の部分に隣接する絶縁層を形成し、絶縁層に隣接するギャップ形成層を形成する工程を含む。いくつかの実施形態では、第２ギャップ領域の終端は、第１ギャップ領域に接続されている。いくつかの実施形態では、第１電極形成部は、段差を有する。いくつかの実施形態では、第１ギャップ領域は、基板に平行である。
【００３５】
［００３５］別の態様では、ナノギャップ電極を製造する方法は、基板上で複数の異なるレベル（段差）を有する第１電極形成部を形成し、その後第１電極形成部の低い方のレベルに沿ってギャップ形成層を形成し、それにより基板の面方向に沿ったかつ基板に対して直立のギャップ形成層を形成する第１工程と、ギャップ形成層に第２電極形成部を形成し、その後第１電極形成部の表面、基板に直立に延びるギャップ形成層の表面、および第２電極形成部の表面を露出する第２工程と、ギャップ形成層と第１電極形成部はマスクを使用することによりそれぞれが所定の形を有する第１電極部および第２電極部を形成し、第１電極部と第２電極部の間の基板の面方向に沿いかつ直立したギャップ形成層を形成し、第２電極形成部をパターンニングする第３工程と、第２ナノギャップ領域の終端は第１電極部と第２電極部の間にあると共に第１ナノギャップ領域と接続またはオーバーラップし、基板の面方向に沿った第１ナノギャップ領域と基板に直立して延びる第２ナノギャップ領域を含むナノギャップを形成してギャップ形成層を除去する第４工程とを含む。
【００３６】
［００３６］別の態様では、ナノギャップ電極を製造する方法は、基板上で第１電極形成部を形成し、その後第１電極形成部および基板上でギャップ形成層を形成し、それにより基板の面方向に沿ったかつ基板に対して直立のギャップ形成層を形成する第１工程と、ギャップ形成層に第２電極形成部を形成する第２工程と、ギャップ形成層と第１電極形成部はマスクを使用することによりそれぞれが所定の形を有する第１電極部および第２電極部を形成し、第１電極部と第２電極部の間の基板の面方向に沿いかつ直立したギャップ形成層を形成し、第２電極形成部をパターンニングする第３工程と、第２ナノギャップ領域の終端は第１電極部と第２電極部の間にあると共に第１ナノギャップ領域と接続またはオーバーラップし、基板の面方向に沿った第１ナノギャップ領域と基板に直立して延びる第２ナノギャップ領域を含むナノギャップを形成してギャップ形成層を除去する第４工程とを含む。
【００３７】
［００３７］別の態様では、ナノギャップ電極を製造する方法は、基板上で複数の異なるレベル（段差）を有する第１電極形成部を形成し、その後第１電極形成部の低い方のレベルに沿ってギャップ形成層を形成し、それにより基板の面方向に沿ったかつ基板に対して直立のギャップ形成層を形成することと、ギャップ形成層に第２電極形成部を形成し、その後第１電極形成部の表面、基板に直立に延びるギャップ形成層の表面、および第２電極形成部の表面を露出することと、ギャップ形成層と第１電極形成部はマスクを使用することによりそれぞれが所定の形を有する第１電極部および第２電極部を形成し、第１電極部と第２電極部の間の基板の面方向に沿いかつ直立したギャップ形成層を形成し、第２電極形成部をパターンニングすることと、第２ナノギャップ領域の終端は第１電極部と第２電極部の間にあると共に第１ナノギャップ領域と接続し、基板の面方向に沿った第１ナノギャップ領域と基板に直立して延びる第２ナノギャップ領域を含むナノギャップを形成してギャップ形成層を除去することとを含む。ある実施形態では、第１電極形成部を形成することは、レベルが異なる第１電極形成部上で膜厚の小さい領域に絶縁体層を形成することと、その次に第１電極形成部と絶縁体層のレベル差にそってギャップ形成層を形成することを含む。そして、パターニングをすることは、絶縁体層をパターニングすることと、マスクを用いて、膜厚の小さい第１電極部の領域に絶縁体層を配置することを含む。
【００３８】
［００３８］別の態様では、ナノギャップ電極を製造する方法は、基板の部分の上で第１電極形成部を形成し、その後第１電極形成部および基板上でギャップ形成層を形成し、それにより基板の面方向に沿ったかつ基板に対して直立のギャップ形成層を形成する第１工程と、ギャップ形成層に第２電極形成部を形成する第２工程と、ギャップ形成層と第１電極形成部はマスクを使用することによりそれぞれが所定の形を有する第１電極部および第２電極部を形成し、第１電極部と第２電極部の間の基板の面方向に沿いかつ直立したギャップ形成層を形成し、第２電極形成部をパターンニングする第３工程と、第２ナノギャップ領域の終端は第１電極部と第２電極部の間にあると共に第１ナノギャップ領域と接続またはオーバーラップし、基板の面方向に沿った第１ナノギャップ領域と基板に直立して延びる第２ナノギャップ領域を含むナノギャップを形成してギャップ形成層を除去する第４工程とを含む。
【００３９】
［００３９］さまざまな実施形態によると、試料流体が基板の面方向に沿った第１ナノギャップ領域だけでなく基板に対して直立に延びる第２ナノギャップ領域を通過することができるナノギャップ電極を形成することが可能であり、第２ナノギャップ領域の終端は第１ナノギャップ領域と接続またはオーバーラップするように形成され、第１電極部と第２電極部の間のナノギャップは、小さな幅を有するように選択され、試料流体は、ナノギャップを容易に通過できる。
【００４０】
［００４０］いくつかの実施形態では、ナノチャンネルは、高い割合の試料がナノギャップ電極と相互作用するようなＤＮＡであり得る試料の流れを制御するように、１つまたは複数のナノギャップ電極に関連して構成され得る。
【００４１】
［００４１］別の実施形態では、安定したＧ０先端は、試料をより信頼性高く正確に測定するように、ナノギャップ電極と関連付けられて形成されてもよい。
【００４２】
［００４２］本発明の追加の態様及び利点は、以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろうと、本開示の例示的な実施形態だけが示され且つ説明されている。実現されるが、他の及び異なる実施形態が本開示とそのいくつかの詳細は、本開示から逸脱することなく様々な自明な点で修正できる。したがって、図面および説明は、事実上の例示であり、制限ではないとみなすべきである。
【００４３】
参照による組み込み
［００４３］各個々の刊行物、特許、または特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることが示されたかのように本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、本明細書と同程度に、参考により組み込まれる。
【００４４】
［００４４］本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載される。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理を利用する例示的な実施形態及び添付図面により以下の詳細な説明を参照することによって得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ナノギャップ電極の全体構成を示す概略図である。
【図２Ａ】ナノギャップ電極の上面構成を示す上面図である。
【図２Ｂ】ナノギャップ電極の側断面構成を示す側断面図である。
【図３Ａ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図３Ｂ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図３Ｃ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図３Ｄ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図３Ｅ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図３Ｆ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図４Ａ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図４Ｂ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図４Ｃ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図４Ｄ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図４Ｅ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図４Ｆ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図５Ａ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図５Ｂ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図５Ｃ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図５Ｄ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図５Ｅ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図５Ｆ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図６】ナノギャップ電極の全体構成を示す概略図である。
【図７Ａ】ナノギャップ電極の上面構成を示す上面図である。
【図７Ｂ】ナノギャップ電極の側断面構成を示す側断面図である。
【図８Ａ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図８Ｂ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図８Ｃ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図８Ｄ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図８Ｅ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図８Ｆ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図９Ａ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図９Ｂ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図９Ｃ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図９Ｄ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図９Ｅ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図９Ｆ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１０Ａ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１０Ｂ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１０Ｃ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１０Ｄ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１０Ｅ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１０Ｆ】ナノギャップ電極の製造方法の説明に供する概略図である。
【図１１Ａ】ナノチャネル面で切断した部分断面で、集積ナノチャネルを伴うナノギャップ電極チップの部分断面図である。
【図１１Ｂ】ナノチャネル面で切断した部分断面で、縦断面構成を示す側断面図である。
【図１２Ａ】集積ナノチャネルとナノギャップ電極チップの側断面構成を示す側断面図である。
【図１２Ｂ】集積ナノチャネルとナノギャップ電極チップの側断面構成を示す側断面図で、その中央部の部分を拡大した側断面図である。
【図１３Ａ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す概略図である。
【図１３Ｂ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す概略図である。
【図１３Ｃ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す概略図である。
【図１３Ｄ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す概略図である。
【図１３Ｅ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す概略図である。
【図１３Ｆ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す概略図である。
【図１４Ａ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す追加の概略図である。
【図１４Ｂ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す追加の概略図である。
【図１４Ｃ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す追加の概略図である。
【図１４Ｄ】ナノギャップ電極チップを製造する方法を示す追加の概略図である。
【図１５】本図は、本開示の装置、システムおよび方法を実装するようにプログラムされたまたは構成されたコンピュータ制御システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
［００６４］以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の種々の実施形態は、本明細書に図示して説明されるが、このような実施態様は、例として与えられているに過ぎないことは当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多数のバリエーション、変化および置換が、当業者には明白である。ここに記載された発明の実施形態に対する種々の代替形態を採用してもよいことを理解すべきである。
【００４７】
［００６５］本明細書で用いられる用語「ギャップ」は、一般に、物質内に形成され又はさもなくば設けられた孔、チャネルまたは通路を指す。その物質は、基板のような固体物質であってもよい。ギャップは、検知回路またはその検知回路に接続された電極の隣接または近傍に配置することができる。ギャップは、０．１ナノメートル（ｎｍ）から約１０００ｎｍのオーダーの特徴的な幅または直径を有している。ナノメートルのオーダーの幅を有するギャップは、「ナノギャップ」と呼ばれることがある。ある実施形態では、ナノギャップは、約０．１ナノメータ（ｎｍ）から５０ｎｍまで、０．５ｎｍから３０ｎｍ、０．５ｎｍから１０ｎｍまで，０．５ｎｍから５ｎｍまで、０．５ｎｍから２ｎｍまで、又は、２ｎｍ、１ｎｍ、０．９ｎｍ、０．８ｎｍ、０．７ｎｍ、０．６ｎｍ、又は０．５ｎｍ以下の幅を有する。いくつかの場合では、ナノギャップは、少なくとも約０．５ｎｍ、０．６ｎｍ、０．７ｎｍ、０．８ｎｍ、０．９ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、又は５ｎｍの幅を有する。いくつかの場合では、ナノギャップの幅は、生体分子又は生体分子のサブユニット（例えば、モノマー）の直径より小さい。
【００４８】
［００６６］本明細書で用いられる用語「電極」とは、一般に、電流を測定するために使用できる物質やパーツを指す。電極（電極部）は、他の電極へのまたは他の電極からの電流を測定することができる。場合によっては、電極は、チャネル（例えば、ナノギャップ）に配置され、チャネルに流れる電流を測定することができる。電流は、トンネル電流が可能である。そのような電流は、ナノギャップを通って生体分子（例えば、タンパク質）の流れによって検出することができる。また、電極に接続された検出回路は、電流を発生するために電極間に印加される電圧を提供する。代替としてまたは加えて、電極は、生体分子（例えば、アミノ酸サブユニットまたはタンパク質のモノマー）と関連付けられた電気コンダクタンスを測定および／または同定することに使用できる。この場合においては、トンネル電流は、電気コンダクタンスに関連付けることができる。
【００４９】
［００６７］本明細書中で用いられる用語「生体分子」は、一般に、ナノギャップ電極間に電流や電位で間合せることができる任意の生物学的物質を指す。生体分子は、核酸分子、タンパク質、炭水化物であり得る。生体分子は、ヌクレオチド又はアミノ酸などの１つまたは複数のサブユニットを含む。
【００５０】
［００６８］本明細書中で用いられる用語「核酸」は、一般に、１つまたは複数の核酸サブユニットを含む分子を指す。核酸は、１つまたは複数の、リン酸（Ａ）、シトシン（Ｃ）、グアニン（Ｇ）、チミン（Ｔ）、ウラシル（Ｕ）、またはそれらの変異体から選ばれる１つまたは複数のサブユニットを含むことができる。ヌクレオチドは、Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔ、Ｕ、又は変異体を含む。
このようなサブユニットは、一つ以上のＡ、Ｃ、Ｇ、Ｔ、Ｕ、または１以上の相補的なＡ、Ｃ、Ｇ、Ｔ、Ｕに固有な他のサブユニット、またはプリン（ＡまたはＧ、またはそれらの変異体）またはピリミジン塩基（すなわち、Ｃ、Ｔ、Ｕ、またはその改変体）と相補的でありうる。サブユニットは、塩基の個々の核酸塩基または塩基のグループ（例えば、ＡＡ、ＴＡ、ＡＴ、ＧＣ、ＣＧ、ＣＴ、ＴＣ、ＧＴ、ＴＧ、ＡＣ、ＣＡまたはこれらのウラシル同等物）を分解することができる。また、核酸は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）またはリボ核酸（ＲＮＡ）、またはその誘導体である。核酸は一本鎖または二本鎖であり得る。
【００５１】
［００６９］本明細書で用いられる用語「タンパク質」とは、一般に、生物学的分子を指すか、１個以上のアミノ酸モノマーを有する高分子を指す。５０個以下のアミノ酸を含むタンパク質は、例えば「ペプチド」として参照される。アミノ酸モノマーは、天然に存在するおよび／または合成されもの、例えば、２０、２１、２２の天然に存在するアミノ酸などから選択することができる。またある場合には、２０個のアミノ酸が、被験体の遺伝子コードでエンコードされる。タンパク質は、約５００の天然および非天然のアミノ酸から選択されたアミノ酸を含んでいてもよい。また、タンパク質は、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、トリプトファン、バリン、アルギニン、ヒスチジン、アラニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、プロリン、セリン、チロシンから選ばれる１種または２種以上のアミノ酸を含むことができる。
【００５２】
［００７０］本明細書で用いられる用語「レベル差（段差）」とは、一般に、所与の軸（例えば、Ｚ軸）に沿って異なる寸法、場合によっては異なる厚さを有する部分を指す。たとえば、レベル差（段差）は、ある部分における第１厚さと別の部分における第１厚さとは異なる第２厚さを有する部分である。
ナノギャップ電極とその方法
【００５３】
［００７１］本発明は、一本鎖ＤＮＡまたはＲＮＡを含むＤＮＡまたはＲＮＡのような生体分子を検出することに用いることができる方法およびシステムを提供する。場合によって、生体分子またはその一部（例えば、サブユニット）は、生体分子またはその一部がナノギャップに位置している時、ナノギャップ内の一対の電極を使って、一の電極から他の電極へ流れる電流を測定することにより検出できる。生体分子は、電流測定が生体分子又はその一部（例えば、生体分子のサブユニット）を検出するために行われている間、ナノギャップを通って流れることができる。
【００５４】
［００７２］ナノギャップは、複数のナノギャップを有するナノギャップアレイの一部とすることができる。各ナノギャップは、複数の電極を含むことができる。各ナノギャップの電極（本明細書では「ナノギャップ電極」）は、そのアレイの他のナノギャップ電極に対して独立してアドレス可能とすることができる。
【００５５】
［００７３］電流は、トンネル電流とすることができる。そのような電流は、ナノギャップを通る生体分子の流れによって検出することができる。いくつかの場合では、電極に接続された検知回路は、電流を発生するために電極間に印加される電圧を提供する。代替としてまたは加えて、電極は、標的種（例えば、核酸分子の塩基）に関連付けられた電気コンダクタンスを測定および／または同定することができる。このような場合においては、トンネル電流は、電気コンダクタンスに関連付けることができる。
【００５６】
［００７４］本開示は、ナノギャップの幅が実質的に小さく、Ｇ０先端が第１電極部および第２電極部の一部として形成されるとしても、試料流体（例えば、液体培地中の生体分子）は、第１電極部と第２電極部の間であってナノチャネルと関連するナノギャップを容易に通過できるナノギャップ電極を提供する。ナノギャップ電極においては、溶液が基板と同一平面上に第１ギャップ領域ＮＧ１だけでなく、基板を有する面に対してある角度（例えば、直角）で延びる第２ギャップ領域ＮＧ２を通過することができる。その角度は、約０°より大きく、または少なくとも約１°，２°，３°，４°，５°，６°，７°，８°，９°，１０°，１５°，２０°，２５°，３０°，３５°，４０°，４５°，５０°，６０°，７０°，８０°，９０°，１００，１１０°，１２０°，１３０°，ｏｒ １３５°より大きくてもよい。第２ギャップ領域ＮＧ２の終端は、第１ギャップ領域ＮＧ１と接続またはオーバーラップすることができる。また、第一電極部及び第２電極部の間のナノギャップＮＧが小さな幅ＷＩを有するように形成される場合には、生体分子（例えば、一本鎖または二本鎖ＤＮＡ）を含む溶液は、ナノギャップＮＧを容易に通過できる。
【００５７】
［００７５］図１において、符号１はナノギャップ電極を示し、所定形状の第１電極部３が基板２上に設けられているとともに、当該第１電極部３に設けた薄膜部３ａ上に絶縁層７とギャップ形成層としての絶縁層６を介して第２電極部４が設けられており、これら第１電極部３および第２電極部４によって、幅がナノスケール（例えば１０００［ｎｍ］以下）でなる中空状のナノギャップＮＧを形成している。そして、本発明では、基板２の面方向に沿って配置された第１ギャップ領域ＮＧ１と、基板２に対して直立するように配置され、末端が第１ギャップ領域ＮＧ１と連通した第２ギャップ領域ＮＧ２とでなる２方向に延びるナノギャップＮＧが、第１電極部３および第２電極部４間に形成されている点に特徴を有している。なお、基板２は、例えばシリコン基板８と、当該シリコン基板８上に形成された層状の酸化シリコン層９とから構成されており、例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の金属部材からなる第１電極部３が、当該酸化シリコン層９上に形成された構成を有する。
【００５８】
［００７６］基板８は、ＩＶ族半導体又はＩＩＩ‐Ｖ族半導体のような半導体から形成される。基板８に使用される半導体の例としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素を含む。
【００５９】
［００７７］実際上、この実施形態の場合、第１電極部３は、絶縁層６と絶縁層７とが表面に積層されている薄膜部３ａと、当該薄膜部３ａに一端が一体形成された帯状の第１電極側ギャップ形成部３ｂと、当該第１電極側ギャップ形成部３ｂの他端に一体形成された厚膜部３ｃとから構成されている。第１電極部３は、薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂの膜厚が、厚膜部３ｃの膜厚よりも薄く形成されており、膜厚の薄い薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂの上方に第２電極部４が配置された構成を有する。これにより第１電極部３は、薄膜部３ａと、第１電極側ギャップ形成部３ｂの一部とに対して第２電極部４が重なるように配置され、一方、膜厚の厚い厚膜部３ｃには第２電極部４が重なることなく、厚膜部３ｃの上面が外部に露出し得るように形成されている。
【００６０】
［００７８］このバンド状の第２電極側ギャップ形成部４ｂは、図では矩形として示されているが、これは必須の構成要件ではない。はっきりした角を有する実質的に小さな長方形の特徴は、であるフォトリソグラフィ方法を用いて作製することは難しい。電極端は丸めることができので、限られた数の原子が、ナノギャップの最短距離を提供する。
【００６１】
［００７９］図１に示すようにいくつかの実施形態の場合、第１電極部３は、帯状の第１電極側ギャップ形成部３ｂを中心に薄膜部３ａおよび厚膜部３ｃの外郭形状がほぼ左右対称に形成されている。いくつかの実施形態では、第１電極部３は、例えば、薄膜部３ａの外郭形状が略⊃形に形成され、厚膜部３ｃの外郭形状が略⊂形に形成されており、薄膜部３ａおよび厚膜部３ｃの各中央先端部分に、帯状の第１電極側ギャップ形成部３ｂの端部が一体形成された構成を有してもよい。
【００６２】
［００８０］いくつかの実施形態では、第１電極部３は、厚膜部３ｃの膜厚が、薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂの膜厚よりも厚く形成されていてもよい。したがって、膜厚が厚い厚膜部３ｃには、第１電極側ギャップ形成部３ｂとの膜厚差分の高さを有したギャップ形成側面１１ｂが形成されている。この第１電極部３は、薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂの各膜厚が同一に形成され、第１電極側ギャップ形成部３ｂと厚膜部３ｃとの間にのみ段差を有し、これら面一に形成された薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂ上方に第２電極部４が配置された構成を有してもよい。
【００６３】
［００８１］他の実施形態では、第１電極側ギャップ形成部３ｂは、厚膜部３ｃのギャップ形成側面１１ｂに対して直角に配置された平面状のギャップ形成上面１１ａを有していてもよく、当該ギャップ形成上面１１ａに対し第１ギャップ領域ＮＧ１（ナノギャップＮＧ）を介して第２電極部４の第２電極側ギャップ形成部４ｂが対向配置されていてもよい。ここで、第１電極部３の薄膜部３ａは、絶縁層６と絶縁層７を介して第２電極部４の基体部４ａが設けられた構成を有し、当該絶縁層６と絶縁層７により第２電極部４と電気的に絶縁されている。
【００６４】
［００８２］いくつかの実施形態では、絶縁層６は、絶縁層７と酸化シリコン層９とは異なるエッチング条件を有する、例えばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）等の絶縁部材から形成されている。他の実施形態では、この絶縁層６は、絶縁層７上に形成され、第１電極部３の薄膜部３ａとほぼ同じ外郭形状を有し、薄膜部３ａの中央先端部分付近の所定の領域では、絶縁層７の側面に沿って形成されている。この絶縁層６は、製造過程において行われるナノギャップ形成時のウェットエッチング（後述する）により外周面が削られており、外郭形状が当該薄膜部３ａよりも僅かに小さく形成されている。この実施形態では、絶縁層７は、絶縁層６と酸化シリコン層９とは異なるエッチング条件を有し、第１電極部３と第２電極部４とを絶縁し得る、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁部材から形成されてもよい。また、この絶縁層７は、第１電極部の薄膜部３ａとほぼ同じ外郭形状を有し、上面と側面の一部とに絶縁層６が形成されてもよい。
【００６５】
［００８３］第２電極部４は、例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の金属部材により形成されており、絶縁層６上に積層形成された基体部４ａと、当該基体部４ａに一端が一体形成された帯状の第２電極側ギャップ形成部４ｂとを有しもよい。第２電極部４は、基体部４ａが第１電極部３の薄膜部３ａと同様の外郭形状を有しており、当該基体部４ａの外周が第１電極部３の薄膜部３ａの外周と一致するように第１電極部３上に配置されている。そして、第２電極側ギャップ形成部４ｂの膜厚が、基体部４ａの膜厚よりも厚く選定されている。
【００６６】
［００８４］第２電極部４の第２電極側ギャップ形成部４ｂは、ｘ方向に延びる長手方向の長さが、第１電極部３にてｘ方向に延びる第１電極側ギャップ形成部３ｂの長手方向の長さよりも短く選定されている。これにより第２電極部４は、図１のナノギャップ電極１の上面構成を示す図２Ａのように、第２電極側ギャップ形成部４ｂの外周が第１電極側ギャップ形成部３ｂの外周と一致するように配置されているものの、当該第２電極側ギャップ形成部４ｂの長さが、第１電極側ギャップ形成部３ｂの長さよりも短く形成されている分、第２電極側ギャップ形成部４ｂの先端と、厚膜部３ｃとの間に、外部と連通した幅Ｗ１の第２ギャップ領域ＮＧ２（ナノギャップＮＧ）を形成し得るようになされている。
【００６７】
［００８５］第２電極側ギャップ形成部４ｂは、図２ＡのＡ‐Ａ´部分の側断面構成を示す図２Ｂのように、根元が基体部４ａにて片持ち支持され、その先端が厚膜部３ｃに向けて延びており、第１電極側ギャップ形成部３ｂにおけるギャップ形成上面１１ａとの間に、絶縁層６の膜厚分の幅Ｗ１でなる第１ギャップ領域ＮＧ１（ナノギャップＮＧ）を形成している。実際上、第２電極側ギャップ形成部４ｂは、図２Ｂに示したように、裏側にあるギャップ対向下面１２ａが、第１電極側ギャップ形成部３ｂにおけるギャップ形成上面１１ａと対向配置されており、ギャップ対向下面１２ａと、第１電極部３のギャップ形成上面１１ａとの間に、基板２の面方向に延びた第１ギャップ領域ＮＧ１を形成し得る。
【００６８】
［００８６］いくつかの実施形態では、第２電極側ギャップ形成部４ｂは、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１電極部３の厚膜部３ｃにおけるギャップ形成側面１１ｂに対して、ギャップ対向先端面１２ｂが対向配置されており、ギャップ対向先端面１２ｂと、第１電極部３のギャップ形成側面１１ｂとの間に、基板２に対して直立（基板２の面方向と直交するｚ方向）に配置され、末端が第１ギャップ領域ＮＧ１と連通した第２ギャップ領域ＮＧ２を形成し得る。
【００６９】
［００８７］このように第１電極部３および第２電極部４間には、ギャップ形成上面１１ａおよびギャップ対向下面１２ａ間における第１ギャップ領域ＮＧ１と、ギャップ形成側面１１ｂおよびギャップ対向先端面１２ｂ間における第２ギャップ領域ＮＧ２とで構成されたナノギャップＮＧが形成され得る。なお、第１電極部３および第２電極部４間に形成されるナノギャップＮＧは、第１電極側ギャップ形成部３ｂおよび第２電極側ギャップ形成部４ｂの長手方向たるｘ方向と基板２上にて直交するｙ方向に向けて貫通しており、例えば基板２上においてｙ方向に流れる溶液等がナノギャップＮＧ（第１ギャップ領域ＮＧ１および第２ギャップ領域ＮＧ２）を通過し得るようになされている。
【００７０】
［００８８］ギャップ形成上面１１ａおよびギャップ対向下面１２ａ間の第１ギャップ領域ＮＧ１における幅Ｗ１と、ギャップ形成側面１１ｂおよびギャップ対向先端面１２ｂ間の第２ギャップ領域ＮＧ２における幅Ｗ１は、絶縁層６の膜厚とほぼ同じ寸法に形成されてもよい。ナノギャップＮＧは、幅Ｗ１が約０．１〜５０ナノメートルｎｍ、０．５〜３０ｎｍ、０．５〜１０ｎｍ、０．５〜５ｎｍ、０．５〜２ｎｍ、又は、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、０．５ｎｍ以下であるように形成される。また、ナノギャップの幅は、生体分子または生体分子のサブユニット（例えばモノマー）の直径より小さくてもよい。
【００７１】
［００８９］いくつかの実施形態では、このようなナノギャップ電極１は、例えば図示しない電源によって第１電極部３と第２電極部４との間に一定の電圧が印加され、その状態で一本鎖ＤＮＡを含んだ溶液が第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧを流れ得る。ナノギャップ電極１は、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖ＤＮＡが第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧを通過したときに、第１電極部３および第２電極部４間に流れる電流値を電流計にて計測させてゆき、その電流値の変化から一本鎖ＤＮＡの塩基配列を特定し得る。
【００７２】
［００９０］他の実施形態では、本発明のナノギャップ電極１は、第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さく選定することで、高感度で試料を分析し得るとともに、この際、一本鎖ＤＮＡを含んだ溶液を、基板２と平行した第１ギャップ領域ＮＧ１だけでなく、基板２に対して直立に配置された第２ギャップ領域ＮＧ２にも通過させることができるので、その分より多くの溶液が容易にナノギャップＮＧを通過し得る。
【００７３】
［００９１］次に、図１のナノギャップ電極１の製造方法について説明する。先ず始めに、例えば酸化シリコン層９がシリコン基板８上に形成された基板２を用意し、当該酸化シリコン層９の全面または一部に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりチタンナイトライド（ＴｉＮ）でなる層状の電極形成層を形成する。
【００７４】
［００９２］次に、フォトリソグラフィ技術によって、当該電極形成層をパターニングし、図３Ａと、図３ＡのＢ‐Ｂ´部分の側断面構成を示す図３Ｂのように、当該電極形成層の表面の所定領域をエッチングして段差を設け、膜厚が薄く四辺状に凹んだ薄膜領域１３と、当該薄膜領域１３よりも膜厚が厚く、薄膜領域１３との境に段差分の高さの側面１４ａを有した四辺状の厚膜領域１４とを有する第１電極形成部３１を形成する。なお、この際、エッチングにより形成された第１電極形成部３１の薄膜領域１３には、後の工程において第１電極部３の薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂが形成され、一方、厚膜領域１４には、後の工程において第１電極部３の厚膜部３ｃが形成され得る。
【００７５】
［００９３］続いて、第１電極形成部３１の全面に例えばＣＶＤ法によりアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）でなる層状の絶縁層を形成する。フォトリソグラフィ技術によって当該絶縁層をパターニングし、図３Ｃと、図３ＣのＣ‐Ｃ´部分の側断面構成を示す図３Ｄのように、当該絶縁層の表面の所定の領域をエッチングして、第１電極形成部３１の薄膜領域１３上に絶縁層７を形成する。
【００７６】
［００９４］次いで、図３Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図３Ｅと、図３ＥのＤ‐Ｄ´部分の側断面構成を示す図３Ｆのように、絶縁層７と段差を有した第１電極形成部３１の全面に、例えばＣＶＤ法によりシリコンナイトライド（ＳｉＮ）でなる層状の絶縁層６を形成し、第１電極形成部３１に形成された段差とほぼ同じ形状の段差を有した絶縁層６を第１電極形成部３１上に設ける。この場合、第１電極形成部３１の薄膜領域１３および厚膜領域１４の上面には、基板２の面方向に沿った絶縁層６が形成され、第１電極形成部３１の側面１４ａには、基板２に対して直立に延びた絶縁層６が形成され得る。また、絶縁層７の上面には、基板２の面方向に沿った絶縁層６が形成され、絶縁層７の側面には、基板２に対して直立に延びた絶縁層６が形成され得る。なお、一例として図３Ｆに示した絶縁層６は、絶縁層７が形成された第１電極形成部３１に沿ってコンフォーマルに形成されており、薄膜領域１３上に形成された絶縁層６の膜厚と、側面１４ａに沿って形成された絶縁層６の膜厚とがほぼ同一に形成されている。
【００７７】
［００９５］次いで、図３Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図４Ａと、図４ＡのＥ‐Ｅ´部分の側断面構成を示す図４Ｂのように、絶縁層６の全面に、例えばＣＶＤ法によってチタンナイトライド（ＴｉＮ）からなる層状の第２電極形成部３２を形成する。これにより、第２電極形成部３２には、第１電極形成部３１の薄膜領域１３の表面１３ａと対向した対向下面３２ａと、第１電極形成部３１の厚膜領域１４における側面１４ａと対向した対向側面３２ｂとが形成され得る。
【００７８】
［００９６］次いで、第２電極形成部３２や、さらには第１電極形成部３１における厚膜領域１４上の絶縁層６、第１電極形成部３１の厚膜領域１４を、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の平坦化処理によってオーバ研磨してゆき、図４Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図４Ｃと、図４ＣのＦ‐Ｆ´部分の側断面構成を示す図４Ｄのように、第１電極形成部３１の薄膜領域１３に第２電極形成部３２を残存させるとともに、第１電極形成部３１の厚膜領域１４の表面を外部に露出させて、基板２に対し直立に延びた絶縁層６部分の表面を、第１電極形成部３１および第２電極形成部３２間から外部に露出させる。
【００７９】
［００９７］いくつかの実施形態では、平坦化処理は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のように、第１電極形成部３１を研磨することなく、第２電極形成部３２と、第１電極形成部３１の厚膜領域１４上の絶縁層６とだけを研磨し、第１電極形成部３１の厚膜領域１４、絶縁層６、および第２電極形成部３２の各表面を全て外部に露出させるようにしてもよい。
【００８０】
［００９８］次いで、図４Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図４Ｅと、図４ＥのＧ‐Ｇ´部分の側断面構成を示す図４Ｆのように、フォトリソグラフィ技術によってパターニングしたレジストマスク１５を、外部に露出している第２電極形成部３２上、絶縁層６上、および第１電極形成部３１上に形成する。ここで、レジストマスク１５は、図１に示す最終的に形成される第１電極部３の外郭形状に合わせて、その外郭形状が形成されている。
【００８１】
［００９９］いくつかの実施形態では、レジストマスク１５は、第１電極部３の薄膜部３ａの外郭形状に合わせて略⊃形に形成された基体形成領域１５ａと、第１電極部３の第１電極側ギャップ形成部３ｂの外郭形状に合わせて帯状に形成されたギャップ形成領域１５ｂと、第１電極部３の厚膜部３ｃの外郭形状に合わせて略⊂形に形成された基体形成領域１５ｃとを有する。そして、レジストマスク１５は、一方の基体形成領域１５ａとギャップ形成領域１５ｂとが第２電極形成部３２上に配置されるとともに、ギャップ形成領域１５ｂの末端が絶縁層６上に配置され、さらに他方の基体形成領域１５ｃが第１電極形成部３１の厚膜領域１４上に配置され得る。
【００８２】
［０１００］次いで、レジストマスク１５に覆われておらず、外部に露出した第１電極形成部３１と第２電極形成部３２とを、例えばドライエッチングにより除去してもよい。具体的には、図４Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図５Ａと、図５ＡのＨ‐Ｈ´部分の側断面構成を示す図５Ｂのように、第２電極形成部３２をレジストマスク１５でパターニングし、レジストマスク１５に覆われた領域に第２電極部４を形成し、また、第１電極形成部３１の厚膜領域１４をレジストマスク１５でパターニングして、レジストマスク１５に覆われた領域に厚膜部３ｃを形成してもよい。
【００８３】
［０１０１］この際、第２電極部４の基体部４ａは、レジストマスク１５の基体形成領域１５ａにより第２電極形成部３２がパターニングされることで形成され得る。同様に、ギャップ対向下面１２ａおよびギャップ対向先端面１２ｂを有した第２電極側ギャップ形成部４ｂは、レジストマスク１５のギャップ形成領域１５ｂにより第２電極形成部３２がパターニングされることで形成され得る。一方、第１電極部３の厚膜部３ｃには、第２電極部４のギャップ対向先端面１２ｂと対向するギャップ形成側面１１ｂが形成され得る。レジストマスク１５に覆われていない外部に露出した第１電極形成部３１を除去した領域には、酸化シリコン層９が露出する。同様に、レジストマスク１５に覆われていない外部に露出した第２電極形成部３２を除去した領域では、基板２の面方向に延び、かつ基板２に対して直立に延びた絶縁層６が露出することがある。そのため、当該絶縁層６に覆われている第１電極形成部３１の薄膜領域１３は、この段階ではパターニングされないことがある。
【００８４】
［０１０２］次いで、レジストマスク１５に覆われていない外部に露出した絶縁層６を、例えばドライエッチングにより除去してもよい。この際、絶縁層６を除去するドライエッチングは、第１電極形成部３１および第２電極形成部３２を除去するドライエッチングとは別のガスにより行ってもよい。これにより、図５Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図５Ｃと、図５ＣのＩ‐Ｉ´部分の側断面構成を示す図５Ｄのように、レジストマスク１５に覆われておらず、絶縁層６が除去された領域には、絶縁層７と第１電極形成部３１の薄膜領域１３が残存して外部に露出する。また、絶縁層６は、第２電極部４の外郭形状（基体部４ａおよび第２電極側ギャップ形成部４ｂ）に合わせて残存し、さらに、第２電極側ギャップ形成部４ｂの先端と、第１電極形成部３１の厚膜部３ｃとの間に基板２に対して直立するように残存する。
【００８５】
［０１０３］いくつかの実施形態では、例えばドライエッチングにより、レジストマスク１５に覆われていない部分に露出している第１電極形成部３１と第２電極形成部３２とを除去した後、第２電極形成部３２が除去されたことにより外部に露出した絶縁層６を別のエッチングにより除去しているが、第１電極形成部３１と第２電極形成部３２と絶縁層６とを同じエッチングにより続けて除去してもよい。
【００８６】
［０１０４］いくつかの場合では、膜厚が例えば２ｎｍでなる膜厚の薄い絶縁層６が形成されているときには、第１電極形成部３１と第２電極形成部３２とを除去する際に、第２電極形成部３２の下に形成されている絶縁層６も同時に除去されることがある。この場合は、絶縁層６が除去されたことにより外部に露出した第１電極形成部３１の薄膜領域１３および絶縁層７の表面もエッチングされ、第１電極形成部３１および絶縁層７に段差が形成されることがある。
【００８７】
［０１０５］その後、レジストマスクに覆われていない外部に露出した絶縁層７を、例えばドライエッチングにより除去する。この際、絶縁層７を除去するドライエッチングは、第１電極形成部３１および第２電極形成部３２を除去するドライエッチングと絶縁層６を除去するドライエッチングとは別のガスにより行てもよい。これにより、絶縁層７が除去された領域には、第１電極形成部３１の薄膜領域１３が残存して外部に露出する場合がある。
【００８８】
［０１０６］次いで、レジストマスク１５に覆われていない外部に露出した第１電極形成部３１を、例えばドライエッチングなどの異方性除去プロセスにより除去し、当該第１電極形成部３１をパターニングすることにより第１電極部３を形成した後、レジストマスク１５をプラズマアッシング又はリキッドレジストストリッパーを使用することにより除去し、図５Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図５Ｅと、図５ＥのＪ‐Ｊ´部分の側断面構成を示す図５Ｆのように、レジストマスク１５に覆われていた第１電極部３および第２電極部４を外部に露出させる。
【００８９】
［０１０７］これにより、基板２上には、膜厚の薄い薄膜部３ａおよび第１電極側ギャップ形成部３ｂと、膜厚の厚い厚膜部３ｃとを有した第１電極部３が形成され、第１電極部３の薄膜部３ａ上に、絶縁層７と絶縁層６を介して第２電極部４の基体部４ａが設けられ、第１電極側ギャップ形成部３ｂ上に、絶縁層６を介して第２電極部４の第２電極側ギャップ形成部４ｂが設けられ得る。また、第１電極部３は、厚膜部３ｃの表面と、第２電極部４の表面とが面一に形成され、基板２の面方向において厚膜部３ｃが絶縁層６を介して第２電極側ギャップ形成部４ｂと並ぶように対向配置され得る。すなわち、第２電極側ギャップ形成部４ｂは、ギャップ対向下面１２ａが、第１電極側ギャップ形成部３ｂのギャップ形成上面１１ａに絶縁層６を介して対向配置され、かつ、ギャップ対向先端面１２ｂが、厚膜部３ｃのギャップ形成側面１１ｂに絶縁層６を介して対向配置され得る。
【００９０】
［０１０８］次いで、ギャップ形成上面１１ａおよびギャップ対向下面１２ａ間の絶縁層６と、ギャップ形成側面１１ｂおよびギャップ対向先端面１２ｂ間の絶縁層６とを、例えばウェットエッチングにより除去する。これにより、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ギャップ形成上面１１ａとギャップ対向下面１２ａとの間には、基板２の面方向に延びる第１ギャップ領域ＮＧ１が形成される。また、ギャップ形成側面１１ｂとギャップ対向先端面１２ｂとの間には、基板２に対し直立に延び、下末端が前記第１ギャップ領域と連通した第２ギャップ領域ＮＧ２が形成される。かくして、これら第１ギャップ領域ＮＧ１および第２ギャップ領域ＮＧ２で構成されたナノギャップＮＧを有したナノギャップ電極１を製造し得る。
【００９１】
［０１０９］本明細書に記載された製造方法によって製造されるナノギャップ電極１は、第１電極部３および第２電極部４間に形成する絶縁層６の膜厚が、第１電極部３および第２電極部４間に形成されるナノギャップＮＧの幅Ｗ１となることから、製造過程において絶縁層６の膜厚を単に調整するだけで、所望の幅でなるナノギャップＮＧを容易に製造し得る。また、絶縁層６の膜厚は、極めて薄く形成し得ることから、その分、第１電極部３および第２電極部４間に形成されるナノギャップＮＧの幅Ｗ１も小さくし得る。
【００９２】
［０１１０］いくつかの実施形態では、第１電極部３の第１電極側ギャップ形成部３ｂと、第２電極部４の第２電極側ギャップ形成部４ｂとの間にある絶縁層６を除去する際、第１電極部３の薄膜部３ａと第２電極部４の基体部４ａとの間にある絶縁層６も、ウェットエッチングに用いる薬液に触れることから外周面が削られ、その結果、外郭が当該薄膜部３ａおよび基体部４ａよりも僅かに小さく形成され得る。また、絶縁層７の側面と第２電極部４の第２電極側ギャップ形成部４ｂとの間に形成されている絶縁層６は、ウェットエッチングに用いる薬液に触れにくいため、エッチングされずに残存し得る。
【００９３】
［０１１１］いくつかの実施形態では、本発明のナノギャップ電極１では、薄膜部３ａと厚膜部３ｃとの間に膜厚の薄い第１電極側ギャップ形成部３ｂを有した第１電極部３を基板２上に設け、当該薄膜部３ａ上に絶縁層７と絶縁層６を介して第２電極部４を設けてもよい。いくつかの実施形態では、このナノギャップ電極１では、第２電極部４に形成した第２電極側ギャップ形成部４ｂを、第１電極部３の第１電極側ギャップ形成部３ｂに対向配置し、これら第１電極側ギャップ形成部３ｂおよび第２電極側ギャップ形成部４ｂ間に、基板２の面方向に延びる第１ギャップ領域ＮＧ１を形成してもよい。いくつかの実施形態では、このナノギャップ電極１では、第２電極部４の第２電極側ギャップ形成部４ｂの先端を、第１電極部３の厚膜部３ｃに対向配置し、これら第２電極側ギャップ形成部４ｂおよび厚膜部３ｃ間に、基板２に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域ＮＧ１と連通した第２ギャップ領域ＮＧ２を形成してもよい。
【００９４】
［０１１２］これにより、ナノギャップ電極１では、第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さく選定することで、高感度で試料を分析し得るとともに、第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さく選定した際、一本鎖ＤＮＡを含んだ溶液を、基板２と平行した第１ギャップ領域ＮＧ１だけでなく、基板２に対して直立に配置された第２ギャップ領域ＮＧ２にも通過させることができるので、その分より多くの溶液が容易にナノギャップＮＧを通過できる。
【００９５】
［０１１３］いくつかの実施形態では、ナノギャップ電極１の製造方法としては、先ず始めに、基板２上に形成した第１電極形成部３１に段差と絶縁層７を形成した後、この段差と絶縁層７に沿って、基板２の面方向に延び、かつ基板２に対して直立にも延びた絶縁層６を形成する。次いで、絶縁層６上に第２電極形成部３２を形成した後、第１電極形成部３１の表面、基板２に対して直立に延びた絶縁層６の表面、および第２電極形成部３２の表面を外部にたとえばＣＭＰにより露出させ、レジストマスク１５を用いて、これら第２電極形成部３２、絶縁層６、絶縁層７、および第１電極形成部３１をパターニングしてもよい。
【００９６】
［０１１４］これにより、所定形状の第１電極部３および第２電極部４を形成し得るとともに、基板２の面方向に延び、かつ基板２に対し直立にも延びた絶縁層６を、第１電極部３および第２電極部４間に形成する。最後に、第１電極部３および第２電極部４間の絶縁層６を除去することで、基板２の面方向に延びる第１ギャップ領域ＮＧ１と、基板２に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域ＮＧ１と連通した第２ギャップ領域ＮＧ２とからなるナノギャップＮＧを、第１電極部３および第２電極部４間に形成する。
【００９７】
［０１１５］かくして、第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さくしても、第１ギャップ領域ＮＧ１だけでなく第２ギャップ領域ＮＧ２にも溶液が通過し得、その分、測定対象たる一本鎖ＤＮＡを含んだ溶液が、ナノギャップＮＧが単一のナノギャップ領域を有した場合より容易にナノギャップＮＧを通過し得るナノギャップ電極１を製造できる。
【００９８】
［０１１６］このような製造方法を利用する実施形態では、絶縁層６の膜厚を調整するだけで第１電極部３および第２電極部４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を容易に調整し得る。さらに、この製造方法では、絶縁層６の膜厚は極めて薄く形成し得ることから、当該絶縁層６の膜厚に対応した極めて小さい幅Ｗ１のナノギャップＮＧ（第１ギャップ領域ＮＧ１および第２ギャップ領域ＮＧ２）を容易に、かつ確実に形成できる。
【００９９】
［０１１７］図１との対応部分に同一符号を付して示す図６において、符号２１はナノギャップ電極を示し、図１に示すナノギャップＮＧの側断面形状が略¬形に形成されている点で相違している。そして、基板２の面方向に沿って配置された第１ギャップ領域ＮＧ３と、基板２に対して直立するように配置され、末端が第１ギャップ領域ＮＧ３と連通した第２ギャップ領域ＮＧ４とでなる２方向に延びるナノギャップＮＧが、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成されている点に特徴を有している。
【０１００】
［０１１８］いくつかの実施形態では、基板２には、第１電極部２３が酸化シリコン層９上に設けられているとともに、第１電極部２３と対をなす第２電極部２４がギャップ形成層としての導電層２６を介して酸化シリコン層９上に設けられており、第１電極部２３の帯状の第１電極側ギャップ形成部２３ｂ上方に、第２電極部２４の第２電極側ギャップ形成部２４ｂが乗り上げるように配置され、これら第１電極側ギャップ形成部２３ｂおよび第２電極側ギャップ形成部２４ｂ間に、幅がナノスケール（例えば１０００［ｎｍ］以下）でなる中空状のナノギャップＮＧが形成され得る。
【０１０１】
［０１１９］いくつかの実施形態では、第１電極部２３は、全体が例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の金属部材から形成されており、所定形状に形成された基体部２３ａと、長手方向の一端が基体部２３ａに一体成形された第１電極側ギャップ形成部２３ｂとを有してもよい。なお、図６に示す第１電極部２３の基体部２３ａは、図６の上面構成を示す図７Ａのように、外郭形状が略⊃形に形成されており、帯状の第１電極側ギャップ形成部２３ｂの一端が、当該基体部２３ａの先端中央部に一体形成された構成を有する。図７ＡのＫ‐Ｋ´部分の側断面構成を示す図７Ｂのように、第１電極側ギャップ形成部２３ｂは、基板２の面方向に沿って延びる平面状のギャップ形成上面２８ａと、このギャップ形成上面２８ａの末端から基板２に対して直立に延びる平面状のギャップ形成先端面２８ｂとを有し、これらギャップ形成上面２８ａおよびギャップ形成先端面２８ｂがナノギャップＮＧを介して第２電極部２４と対向配置されてもよい。
【０１０２】
［０１２０］第２電極部２４は、全体が例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の金属部材から形成されており、基板２上に導電層２６を介して設けられた基体部２４ａと、長手方向の根元が基体部２４ａに一体成形され、かつ第１電極部２３の第１電極側ギャップ形成部２３ｂにナノギャップＮＧを介して乗り上げるように形成された第２電極側ギャップ形成部２４ｂとを有している。なお、導電層２６は、酸化シリコン層９とは異なるエッチング条件を有する、例えばチタン（Ｔｉ）等の導電部材から形成されてもよい。
【０１０３】
［０１２１］いくつかの実施形態では、図７Ａにて点線で示すように、導電層２６は、第２電極部２４の基体部２４ａとほぼ同じ外郭形状を有するものの、製造過程において行われるナノギャップ形成時のウェットエッチング（後述する）により外周面が削られており、外郭形状が当該基体部２４ａよりも僅かに小さく形成されてことができる。
【０１０４】
［０１２２］図６および図７Ａに一例として示す第２電極部２４の基体部２４ａは、外郭形状が、第１電極部２３の基体部２３ａと対称な略⊂形に形成されており、帯状の第２電極側ギャップ形成部２４ｂの根元が、当該基体部２４ａの先端中央部に一体形成されてもよい。また、第２電極側ギャップ形成部２４ｂは、その外郭が、第１電極側ギャップ形成部２３ｂの外郭と一致するように配置されているとともに、図７Ｂに示したように、ナノギャップＮＧを介して第１電極側ギャップ形成部２３ｂに対向配置されてもよい。
【０１０５】
［０１２３］いくつかの実施形態では、この第２電極側ギャップ形成部２４ｂは、第１電極側ギャップ形成部２３ｂのギャップ形成上面２８ａに対し、ギャップ対向下面２９ａを対向配置させ、このギャップ対向下面２９ａと、ギャップ形成上面２８ａとの間に、基板２の面方向に沿って第１ギャップ領域ＮＧ３を形成し得る。また、第２電極部２４は、ギャップ対向下面２９ａから基板２に向けて延びるギャップ対向側面２９ｂを基体部２４ａに有しており、第１電極側ギャップ形成部２３ｂのギャップ形成先端面２８ｂに対しギャップ対向側面２９ｂを対向配置させ、当該ギャップ対向側面２９ｂと、ギャップ形成先端面２８ｂとの間に、基板２に対して直立に配置され、末端が第１ギャップ領域ＮＧ３と連通した第２ギャップ領域ＮＧ４を形成し得る。
【０１０６】
［０１２４］本明細書に記載のようにナノギャップ電極２１が構成された結果、第１電極部２３および第２電極部２４間には、ギャップ形成上面２８ａおよびギャップ対向下面２９ａ間における第１ギャップ領域ＮＧ３と、ギャップ形成先端面２８ｂおよびギャップ対向側面２９ｂ間における第２ギャップ領域ＮＧ４とで構成されたナノギャップＮＧが形成され得るようになされている。なお、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成されるナノギャップＮＧは、第１電極側ギャップ形成部２３ｂおよび第２電極側ギャップ形成部２４ｂの長手方向たるｘ方向と基板２上にて直交するｙ方向に向けて貫通しており、ナノギャップ電極２１は例えば基板２上においてｙ方向に流れる溶液等がナノギャップＮＧ（第１ギャップ領域ＮＧ３および第２ギャップ領域ＮＧ４）を通過し得るようになされている。
【０１０７】
［０１２５］いくつかの実施形態では、導電層２６の側面と第１電極側ギャップ形成部２３ｂのギャップ形成先端面２８ｂとが対向配置されており、その間の領域にもナノギャップが形成されている。導電性を有する導電層２６は電極として機能し得るので、この部分もナノギャップ電極として機能し得る。
【０１０８】
［０１２６］いくつかの実施形態では、図７Ｂに示すように、ギャップ形成上面２８ａおよびギャップ対向下面２９ａ間の第１ギャップ領域ＮＧ３における幅Ｗ１と、ギャップ形成先端面２８ｂおよびギャップ対向側面２９ｂ間の第２ギャップ領域ＮＧ４における幅Ｗ１は、導電層２６の膜厚とほぼ同じ寸法に形成されてもよい。したがって、ギャップ領域は、幅Ｗ１が約０．１〜５０ナノメートルｎｍ、０．５〜３０ｎｍ、０．５〜１０ｎｍ、０．５〜５ｎｍ、０．５〜２ｎｍ、又は、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、０．５ｎｍ以下であるように形成されてもよい。いくつかの場合では、ナノギャップの幅は、生体分子または生体分子のサブユニット（例えばモノマー）の直径より小さくてもよい。
【０１０９】
［０１２７］いくつかの実施形態では、ナノギャップ電極２１は、例えば図示しない電源によって第１電極部２３と第２電極部２４との間に一定の電圧が印加され、その状態で一本鎖又は二本鎖ＤＮＡを含んだ溶液が、図示しない案内手段によって、第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧを流れ得るように導かれてもよい。ナノギャップ電極２１は、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖ＤＮＡが第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧを通過したときに、第１電極部２３および第２電極部２４間に流れる電流値を電流計にて計測させてゆき、その電流値の変化から一本鎖ＤＮＡ又は二本鎖の塩基配列を特定し得る。
【０１１０】
［０１２８］いくつかの実施形態では、本発明のナノギャップ電極２１でも、第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さく選定することで、高感度で試料を分析し得るとともに、この際、一本鎖ＤＮＡ又は二本鎖を含んだ溶液を、基板２と平行した第１ギャップ領域ＮＧ３だけでなく、基板２に対して直立に配置された第２ギャップ領域ＮＧ４にも通過させることができるので、その分より多くの溶液がナノギャップＮＧを通過し得る。
【０１１１】
［０１２９］図８Ａはナノ電極２１の上面構成を示す上面図であり、図８Ｂは図８ＡのＬ‐Ｌ´部分の側断面構成を示す側断面図である。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、先ず始めに、例えば酸化シリコン層９がシリコン基板８上に形成された基板２を用意し、例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）からなり、フォトリソグラフィ技術によって四辺状にパターニングされた第１電極形成部４１を酸化シリコン層９の一部領域に形成してもよい。いくつかの実施形態では、パターニングされた第１電極形成部４１には、上面４１ａと基板２との境に膜厚分の高さの側面４１ｂが形成され得る。このようにして形成された第１電極形成部４１は、後の工程においてパターニングされ、第１電極部２３の基体部２３ａおよび第１電極側ギャップ形成部２３ｂとなり得る。
【０１１２】
［０１３０］次いで、図８Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図８Ｃと、図８ＣのＭ‐Ｍ´部分の側断面構成を示す図８Ｄのように、側面４１ｂを有した第１電極形成部４１上および基板２上に、例えばＣＶＤ法によりチタン（Ｔｉ）でなる層状の導電層２６を形成することができる。これにより導電層２６には、第１電極形成部４１の側面４１ｂにより基板２との境に形成された段差とほぼ同じ形状の段差が表面に形成され得る。
【０１１３】
［０１３１］いくつかの実施形態では、第１電極形成部４１の上面４１ａおよび基板２上には、基板２の面方向に沿った導電層２６が形成され、第１電極形成部４１の側面４１ｂには、基板２に対して直立に延びた導電層２６が形成され得る。なお、一例として図８Ｄに示すように、導電層２６は、第１電極形成部４１および基板２に沿ってコンフォーマルに形成され、第１電極形成部４１の上面４１ａに形成された導電層２６の膜厚と、側面４１ｂに沿って形成された導電層２６の膜厚とがほぼ同一に形成されてもよい。
【０１１４】
［０１３２］次いで、図８Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図８Ｅと、図８ＥのＮ‐Ｎ´部分の側断面構成を示す図８Ｆのように、導電層２６の全面に、例えばＣＶＤ法によってチタンナイトライド（ＴｉＮ）からなる層状の第２電極形成部４２を形成する。ここで、第２電極形成部４２には、導電層２６に形成された段差とほぼ同じ形状の段差が形成され得る。これにより、第２電極形成部４２の下面には、第１電極形成部４１の上面４１ａと導電層２６を介して対向する対向下面４２ａが形成されるとともに、第１電極形成部４１の側面４１ｂと導電層２６を介して対向する対向側面４２ｂが形成される。
【０１１５】
［０１３３］次いで、図８Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図９Ａと、図９ＡのＯ‐Ｏ´部分の側断面構成を示す図９Ｂのように、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたレジストマスク４４によって、第２電極形成部４２と導電層２６とをパターニングして、第１電極形成部４１の上面４１ａの一部領域と、第１電極形成部４１が形成されていない基板２上の領域とに導電層２６と第２電極形成部４２とを残存させてもよい。
【０１１６】
［０１３４］いくつかの実施形態では、例えばドライエッチングなどのような異方性エッチングプロセスにより、レジストマスク４４に覆われていない部分に露出している第２電極形成部４２を除去することができる。これにより外部に露出した導電層２６も同じドライエッチングにより続けて除去することができる。あるいは、第２電極形成部４２と導電層２６とを条件の異なる別のドライエッチングにしてもよい。導電層２６の膜厚が例えば２ｎｍと薄いときには、第２電極形成部４２と導電層２６とを除去する際に、導電層２６の下に形成されている第１電極形成部４１の表面もエッチングされることもあり、この場合は、第１電極形成部４１の上面４１ａに段差が形成されることがある。
【０１１７】
［０１３５］その後、レジストマスク４４をプラズマアッシング又はリキッドレジストストリッパーを使用することにより除去して、レジストマスク４４に覆われていた第２電極形成部４２を外部に露出させることができる。これにより、図９Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図９Ｃと、図９ＣのＰ‐Ｐ´部分の側断面構成を示す図９Ｄのように、第１電極形成部４１の上面４１ａの少なくとも一部の上に、導電層２６と第２電極形成部４２とが乗り上げた領域と、上面４１ａが外部に露出した領域とが形成されてもよい。
【０１１８】
［０１３６］次いで、図９Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図９Ｅと、図９ＥのＱ‐Ｑ´部分の側断面構成を示す図９Ｆのように、フォトリソグラフィ技術によりパターニングした新たなレジストマスク４５を、外部に露出している第１電極形成部４１から第２電極形成部４２に亘って設けてもよい。ここで、レジストマスク４５は、図６に示す最終的に形成される第１電極部２３および第２電極部２４を合わせた外郭形状に形成されてもよい。
【０１１９】
［０１３７］いくつかの実施形態では、レジストマスク４５は、第１電極部２３の基体部２３ａの外郭形状に合わせて略⊃形に形成された基体形成領域４５ａと、第１電極側ギャップ形成部２３ｂおよび第２電極側ギャップ形成部２４ｂの外郭形状に合わせて帯状に形成されたギャップ形成領域４５ｂと、第２電極部２４の基体部２４ａの外郭形状に合わせて略⊂形に形成された基体形成領域４５ｃとを有する。そして、レジストマスク４５は、一方の基体形成領域４５ａが、第２電極形成部４２がない第１電極形成部４１の上面４１ａ上に配置されるとともに、他方の基体形成領域４５ｃとギャップ形成領域４５ｂとが第２電極形成部４２上に配置され得る。
【０１２０】
［０１３８］次いで、レジストマスク４５に覆われていない外部に露出した第１電極形成部４１と第２電極形成部４２とを、例えばドライエッチングにより除去し、図９Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図１０Ａと、図１０ＡのＲ‐Ｒ´部分の側断面構成を示す図１０Ｂのように、第１電極形成部４１に基体部２３ａを形成するとともに、基体部２４ａおよび第２電極側ギャップ形成部２４ｂでなる第２電極部２４を第２電極形成部４２から形成してもよい。
【０１２１】
［０１３９］いくつかの実施形態では、第２電極部２４の基体部２４ａは、レジストマスク４５の基体形成領域４５ｃにより第２電極形成部４２がパターニングされることで形成され、ギャップ対向下面２９ａおよびギャップ対向側面２９ｂを有した第２電極側ギャップ形成部２４ｂは、レジストマスク４５のギャップ形成領域４５ｂにより第２電極形成部４２がパターニングされることで形成され得る。また、レジストマスク４５に覆われていない外部に露出した第１電極形成部４１を除去した領域には、酸化シリコン層９が露出し、レジストマスク４５に覆われていない外部に露出した第２電極形成部４２を除去した領域には、導電層２６が露出してもよい。
【０１２２】
［０１４０］次いで、レジストマスク４５に覆われていない外部に露出した導電層２６を、例えばドライエッチングなどの異方性エッチングプロセスにより除去することができる。なお、導電層２６を除去するドライエッチングは、第１電極形成部４１および第２電極形成部４２を除去するドライエッチングとは別のガスにより行てもよい。これにより、図１０Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図１０Ｃと、図１０ＣのＳ‐Ｓ´部分の側断面構成を示す図１０Ｄのように、基板２上の導電層２６が除去された領域には、酸化シリコン層９が露出させることができる。また、導電層２６が除去された領域には、後に第１電極側ギャップ形成部２３ｂを形成するために残存させていた第１電極形成部４１が露出してもよい。
【０１２３】
［０１４１］次いで、レジストマスク４５に覆われていない露出した第１電極形成部４１を、例えばドライエッチングによって除去した後、レジストマスク４５をプラズマアッシング又はリキッドレジストストリッパーを使用することにより除去することができる。これにより、図１０Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図１０Ｅと、図１０ＥのＴ‐Ｔ´部分の側断面構成を示す図１０Ｆのように、レジストマスク４５のギャップ形成領域４５ｂがあった領域に第１電極形成部４１を残存させ、ギャップ形成上面２８ａおよびギャップ形成先端面２８ｂを有した第１電極側ギャップ形成部２３ｂを形成し、当該第１電極側ギャップ形成部２３ｂを備えた第１電極部２３を形成する。
【０１２４】
［０１４２］このようにして形成された第１電極側ギャップ形成部２３ｂは、ギャップ形成上面２８ａが、第２電極側ギャップ形成部２４ｂのギャップ対向下面２９ａに対し、導電層２６を介して対向配置され、また、ギャップ形成先端面２８ｂが、第２電極側ギャップ形成部２４ｂのギャップ対向側面２９ｂに対し、導電層２６を介して対向配置され得る。
【０１２５】
［０１４３］次いで、ギャップ形成上面２８ａおよびギャップ対向下面２９ａ間の導電層２６と、ギャップ形成先端面２８ｂおよびギャップ対向側面２９ｂ間の導電層２６を、例えばウェットエッチングにより除去することができる。これにより、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、ギャップ形成上面２８ａとギャップ対向下面２９ａとの間には、基板２の面方向に延びる第１ギャップ領域ＮＧ３が形成されてもよい。また、ギャップ形成先端面２８ｂとギャップ対向側面２９ｂとの間には、基板２に対して直立に延び、上末端が第１ギャップ領域ＮＧ３と連通した第２ギャップ領域ＮＧ４が形成されてもよい。かくして、第１電極部２３および第２電極部２４間に、これら第１ギャップ領域ＮＧ３および第２ギャップ領域ＮＧ４で構成された側断面¬形のナノギャップＮＧを有したナノギャップ電極２１を製造し得る。
【０１２６】
［０１４４］本明細書で提供される製造方法によって製造されるナノギャップ電極２１は、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成する導電層２６の膜厚が、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成されるナノギャップＮＧの幅Ｗ１となることから、製造過程において導電層２６の膜厚を単に調整するだけで、所望の幅でなるナノギャップＮＧを容易に製造し得る。また、導電層２６の膜厚は、極めて薄く形成し得ることから、その分、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成されるナノギャップＮＧの幅Ｗ１も小さくし得る。
【０１２７】
［０１４５］いくつかの実施形態では、第１電極側ギャップ形成部２３ｂと、第２電極側ギャップ形成部２４ｂとの間にある導電層２６を除去する際、第２電極部２４の基体部２４ａと酸化シリコン層９との間にある導電層２６も、ウェットエッチングに用いる薬液に触れることから外周面が削られ、その結果、外郭が当該基体部２４ａよりも僅かに小さく形成され得る。
【０１２８】
［０１４６］いくつかの実施形態では、本発明のナノギャップ電極２１では、第１電極側ギャップ形成部２３ｂを有した第１電極部２３を基板２上に設け、当該基板２上に導電層２６を介して第２電極部２４を設けるようにしてもよい。さらなる実施形態では、このナノギャップ電極２１では、第２電極部２４に形成した第２電極側ギャップ形成部２４ｂを、第１電極部２３の第１電極側ギャップ形成部２３ｂの上方にて対向配置させ、これら第１電極側ギャップ形成部２３ｂおよび第２電極側ギャップ形成部２４ｂ間に、基板２の面方向に延びる第１ギャップ領域ＮＧ３を形成してもよい。また、このナノギャップ電極２１は、第１電極部２３の第１電極側ギャップ形成部２３ｂの先端を、第２電極部２４の基体部２４ａに対向配置し、これら第１電極側ギャップ形成部２３ｂおよび基体部２４ａ間に、基板２に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域ＮＧ３と連通した第２ギャップ領域ＮＧ４を形成したナノギャップＮＧを有してもよい。
【０１２９】
［０１４７］これにより、ナノギャップ電極２１では、第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さく選定することで、高感度で試料を分析し得るとともに、第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さく選定した際、一本鎖ＤＮＡを含んだ溶液を、基板２と平行した第１ギャップ領域ＮＧ３だけでなく、基板２に対して直立に配置された第２ギャップ領域ＮＧ４にも通過させることができるので、その分より多くの溶液が容易にナノギャップＮＧを通過できる。
【０１３０】
［０１４８］ナノギャップ電極２１の製造するためのいくつかの方法としては、先ず始めに、基板２の一部領域に第１電極形成部４１を形成して基板２と第１電極形成部４１との間に段差を設け、これら基板２上および第１電極形成部４１上に導電層２６を形成し、基板２の面方向に延び、かつ基板２に対して直立にも延びた導電層２６を段差部分に設けてもよい。次いで、導電層２６上に第２電極形成部４２を形成した後、第１電極形成部４１、導電層２６、および第２電極形成部４２を、レジストマスク４４，４５を用いてパターニングしてもよい。
【０１３１】
［０１４９］これにより、所定形状の第１電極部２３および第２電極部２４を形成することができる。この場合、第１電極部２３の第１電極側ギャップ形成部２３ｂに、導電層２６を介して第２電極部２４の第２電極側ギャップ形成部２４ｂが乗り上げた段差形状を形成し、これにより基板２の面方向に延び、かつ基板２に対し直立にも延びた導電層２６を、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成することができる。最後に、第１電極部２３および第２電極部２４間の導電層２６を除去することで、基板２の面方向に延びる第１ギャップ領域ＮＧ３と、基板２に対して直立に延び、末端が第１ギャップ領域ＮＧ３と連通した第２ギャップ領域ＮＧ４とからなるナノギャップＮＧを、第１電極部２３および第２電極部２４間に形成する。
【０１３２】
［０１５０］かくして、第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を小さくしても、第１ギャップ領域ＮＧ３だけでなく第２ギャップ領域ＮＧ４にも溶液が通過し得、その分、測定対象たる一本鎖又は二本鎖ＤＮＡを含んだ溶液が容易にナノギャップＮＧを通過し得るナノギャップ電極２１を製造できる。
【０１３３】
［０１５１］本明細書に記載された製造方法を利用して、導電層２６の膜厚を調整するだけで第１電極部２３および第２電極部２４間のナノギャップＮＧの幅Ｗ１を容易に調整し得る。さらに、この製造方法では、導電層２６の膜厚は極めて薄く形成し得ることから、当該導電層２６の膜厚に対応した極めて小さい幅Ｗ１のナノギャップＮＧ（第１ギャップ領域ＮＧ３および第２ギャップ領域ＮＧ４）をも形成できる。
【０１３４】
［０１５２］いくつかの実施形態では、ナノギャップ電極を通してＤＮＡを流すことが望ましい場合がある。ＤＮＡの動きは、電気泳動、電気浸透流または圧力駆動流によって作ることができる。一端が先に入り他端が続くように、ナノギャップ電極を通過するときにＤＮＡを配向することが望ましい。また、ＤＮＡの多くの割合は、ナノギャップ電極の周りを横切るよりも、ナノギャップ電極に沿って向けられることを確実にすることが望ましい。したがって、クローズチャンネル構造を統合し、ＤＮＡがナノギャップ電極のギャップを通して制御された態様で流れるようにすることが望ましい。チャネルは、可変幅の微細加工技術を用いて作成することができる。また、チャネルは、複数のマスクを使用して異なる深さで作製されてもよい。また、別体のカバーは、クローズチャンネルを構築する基板上に統合するオープンチャンネルに追加することができる。カバーは、検査するために透明であってもよい。そのカバーは、接着、融合結合、ファンデルワールス力、又は物理的にクランプで取り付けることができる。
【０１３５】
［０１５３］他の実施形態では、クローズチャンネルは、半導体プロセスを用いてナノギャップ電極チップに統合できる。クローズチャンネルは、様々な幅を持つ微細加工技術を用いて作成することができる。クローズチャンネルは、複数のマスクを使用して異なる深さで作製されてもよい。クローズチャネルは、犠牲層をエッチングにより形成することができる。他の実施形態では、犠牲層とエッチング剤は、好ましくは犠牲層がエッチング剤に接触した他の材料よりもはるかに速い速度で除去できるように選択されてもよい。
【０１３６】
［０１５４］いくつかの実施形態では、クローズチャネルは、ナノチャネル内の軸方向にＤＮＡを向けさせるのを助けるためにナノチャネルの近傍で狭い幅と浅い深さの寸法を有してもよい。ＤＮＡのもつれを抑制するために、狭い幅と浅い深さは、５０ｘより小さく、１０ｘより小さく、４ｘより小さく、１ｘより小さくすることができる。ここで、ｘは、センサで使用される溶液中のＤＮＡのクーン（Ｋｕｈｎ）長である。クーン長は、低いイオン強度と共に増加する。狭い幅および／または深さは、１ナノメートル（ｎｍ）未満、５００ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満であってもよい。
【０１３７】
［０１５５］いくつかの実施形態ではナノギャップ電極に関連付けられたクローズチャネルは、独立したマイクロ流体構造と統合することができる。マイクロ流体構造は、接着あるいはクランプで取り付けてナノギャップ電極チップでシールを作成することができる。マイクロ流体構造は、金属材料、高分子材料（例えば、ポリジメチルシロキサン、又はＰＤＭＳ）やガラスのいずれかであってもよい。マイクロ流体構造は、プラスチックやガラスであってもよい。マイクロ流体構造は、流れの方向付けを支援する分岐チャネル及び／又は弁を有していてもよい。マイクロ流体構造に統合された電極は、洗いやすい領域における電気泳動電極を提供してもよい。
【０１３８】
［０１５６］いくつかの実施形態では、複数のナノギャップ電極センサは、ナノギャップ電極チップに組み込むことができる。いくつかの実施形態では複数のナノギャップ電極センサは、ナノギャップ電極チップの覆われたチャネルと接続する。いくつかの実施形態ではナノギャップ電極チップを解釈又は制御するための電子回路は、１つまたは複数のナノギャップ電極からなる基板上に製造することができる。
【０１３９】
［０１５７］いくつかの実施形態では、クローズチャネルは、基板に平行および直立のナノギャップ電極の両方を作成することができ、そのナノギャップ電極に関連したギャップは、薄膜の膜厚と実質的に同じギャップ間隔を有し、薄膜として塗布される材料をウェットエッチングにより作成することができる。いくつかの実施形態では、クローズチャネルは、基板に平行なナノギャップ電極と連結することができ、ギャップは、薄膜の膜厚と実質的に同じギャップ間隔を有し、薄膜として塗布される材料をウェットエッチングにより作成することができる。他の実施形態ではクローズチャネルは、基板に直立なナノギャップ電極と連結することができ、薄膜の膜厚と実質的に同じギャップ間隔を有し、薄膜として塗布される材料をウェットエッチングにより作成することができる。
【０１４０】
［０１５８］図１１Ａは、基板と平行なナノギャップ表面と統合された流体チャネルを有するナノギャップ電極チップ１０１の一実施形態の上面図を示す。図１１Ａの上部は、ナノチャネル中央の部分断面である。上部絶縁層１１０では、流体入口ポート１２３と流体出口ポート１２４は、アウトレットポート１２４に接続するナノチャネル１１６に接続する。部分断面では、第一ナノギャップ電極１０３は、ギャップを作製しかつナノギャップに制御された試料導入を許すナノチャネル１１６を形成するために使われる犠牲材料に隣接している。第２ナノギャップ電極１０４も、ナノチャネル１１６を形成するために利用する犠牲材料に隣接しているが、ギャップ間隔Ｗ２を有するナノギャップは、この図では表されていない。上部絶縁層１１０は、第１ナノギャップ電極１０３及び第２ナノギャップ電極１０４との電気的接続パッド１３０に接続する、または、関連する回路（図示せず）によって、必要に応じて他の相互接続を有し、シリコン基板１０８層上の電子回路とすることができる電気的接続部に接続するアクセス穴部を有する。
【０１４１】
［０１５９］図１１Ｂは、図１１Ａでの垂直断面Ａ‐Ａ′を通して側面を示す。図１１Ｂでは、基板１０２は、シリコン基板１０８と絶縁層１０９を含むことができる。まず、ナノギャップ電極１０３は、第２ナノギャップ電極１０４とナノチャネル１１６でナノギャップ電極を形成してもよい。絶縁層１０７は、その上にナノチャネル１１６の製造のために平坦な表面を提供する。絶縁層１１０は、ナノチャネル１１６のために上面を提供し、インレットポート１２３及びアウトレットポート１２４のためのシール面を提供する。図１１Ｂは、インレットポート１２３と選択的厚チャネル部１３２と間で、流体としてナノチャネル１１６に接続することを示している。アウトレット側では、ナノチャネル１１６は、アウトレットポート１２４に接続する選択的厚チャネル部１３３を接続する。ギャップ間隔Ｗ２は、この図に表されている。
【０１４２】
［０１６０］いくつかの実施形態では、試料の流体フローおよび／または動きは、逆にすることができる。いくつかの実施形態ではナノチャネル１１６が一本鎖ＤＮＡまたはＲＮＡの多重測定を可能する複数のナノギャップ電極と交差していてもよい。
【０１４３】
［０１６１］図１２Ａは、図１１Ａの横方向断面Ｂ‐Ｂ′を通して側面を示している。第１ナノギャップ電極１０３は、ナノチャネル１１６により第２ナノギャップ電極１０４から分離されている。絶縁層１０７は、ナノチャネル１１６の平坦な表面を提供する。絶縁層１１０は、ナノチャネル１１６の上面を提供する。
【０１４４】
［０１６２］図１２Ｂは、図１２Ａのナノギャップ部の拡大図を示している。犠牲ナノギャップ層１０６がエッチングされるとき、ナノギャップは、第１ナノギャップ電極１０３と第２ナノギャップ電極１０４との間に形成される。第２ナノギャップ電極１０４は、オーバーラップ距離Ｗ３で第１ナノギャップ電極１０３とオーバーラップしていてもよい。オーバーラップ距離Ｗ３は、５０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満であってもよい。ギャップ間隔Ｗ２は、この図面に表れている。
【０１４５】
［０１６３］次に、図１３Ａにより、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａおよび図１２Ｂのナノギャップ電極１０１の製造方法について説明する。まず、例えば、シリコン基板１０８上に形成されうるシリコン酸化物層１０９が調製されている基板１０２が用意される。そして、電極形成用窒化チタン（ＴｉＮ）膜が、酸化シリコン層１０９の全体表面または一部表面に例えば気相堆積法（ＣＶＤ）により形成される。
【０１４６】
［０１６４］次に、図１３Ａおよび図１３Ａの横方向断面Ａ‐Ａ′を示す図１３Ｂに示すように、電極形成層は、第１ナノギャップ電極１０３を作製するフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。
【０１４７】
［０１６５］図１３Ｃ‐１３Ｆに、図１３Ａと同様の構成要素には同様の参照符号を付して示す。
【０１４８】
［０１６６］図１３Ｃおよび図１３Ｃの横方向断面Ｂ‐Ｂ′を示す図１３Ｄに示すように、絶縁層１０７は、塗布され、それから、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような平坦化プロセスを用いて研磨又は過研磨してもよい。
【０１４９】
［０１６７］シリコンナイトライド（ＳｉＮ）から作製されてもよい薄膜ナノチャネル形成層１０６は、例えば気相堆積法（ＣＶＤ）により全面に形成され、図１３Ｅ及び横方向断面Ｃ‐Ｃ′を示す図１３Ｆに示すようにフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされてもよい。
【０１５０】
［０１６８］フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＮの選択的第２ナノチャネル形成層が、薄膜ナノチャネル形成層１０６に追加されてもよい。
【０１５１】
［０１６９］図１４Ａおよび図１４ＡのＤ‐Ｄ′線に沿った横方向断面を示した図１４Ｂに示すように、第２ナノギャップ電極１０４は、フォトリソグラフィ技術を使用して追加されてもよい。上部絶縁層１１０は、例えば気相堆積法を用いて、第１ナノギャップ電極１０３、第２ナノギャップ電極、薄膜ナノチャネル形成層１０６、絶縁層１０７を被覆し、構造の表面に形成してもよい。アクセスポートと電気パッドへアクセスは、フォトリソグラフィ技術を用いて作成することができる。任意のＳｉＮフィーチャーは、それからウェットエッチングされ、薄膜ナノチャネル形成層の残りの部分を除去し、図１４Ｃ及び図１４ＣのＥ‐Ｅ′線に沿った縦方向断面図に示すように、ナノチャネル１１６を作製することができる。
【０１５２】
［０１７０］個々の塩基配列を決定するために、ギャップを規定する原子の数を制限することが望ましい場合がある。ギャップの片側又は両側で単原子終端を有することが好ましい。いくつかの実施形態では、表面粗さによって起こる天然由来の先端又は先端対を使用して実施される場合がある。いくつかの実施形態では先端の品質は、より良い測定品質や安定性のために改良することができる。
【０１５３】
［０１７１］いくつかの実施形態ではギャップは電気化学的方法を用いて狭くすることができる。電気化学的方法を使用したギャップの狭化は、ギャップが所望のギャップ幅に、または所望のギャップ幅より大きいまたは小さい幅に達するまでに行うことができる。所望のギャップは、安定性が高く、一般に単結晶の先端を有する。金の例えば１２．７Ｋオームの抵抗に応じて、Ｇ０（２ｅ２／ｈ）に関連付けられたコンダクタンスのような単一原子の接続は、中間状態で安定したギャップの作成に利用できるようになっている。電着された先端は、Ｃａｌｖｏ ｅｔ ａｌ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃａ ｓｔａｔｕｓ ｓｏｌｉｄｉ（ａ），ｖｏｌ．２０４，ｉｓｓｕｅ ６，ｐｐ．１６７７‐１６８５とＢｏｕｓｓａａｄ ｅｔ ａｌ ｉｎ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０，２３９８ ２００２に記載あるように（各々は参照することにより全体が組み入れられる）、初期に安定的なＧ０先端を形成することはできない。エレクトロマイグレーションは、先端の中で原子の移動の起こすに充分な電子風を作成するにはトンネル電流が低すぎるかもしれない。
【０１５４】
［０１７２］ギャップ間隔の配列（アレイ）は、コンピュータプロセッサによって実行されるソフトウェアによって狭めることができる。電気化学的堆積をもたらすために、また堆積速度すなわちギャップの狭化速度を制御するため、電圧が印加され変更される。電気化学プロセスによって発生する電流をモニタすることができると、バイアス電圧は、ギャップ狭化の速度および／または進行を制御するため、変更および／または調節することができる。
【０１５５】
［０１７３］電気化学的堆積プロセスは、単一方向または両方向に起こり、バイアス電位は反転すると、電流が逆になり、堆積方向が反転する。同一の材料の、例えば、金、白金、タングステン、イリジウム、またはその他の金属を含む２つの名目上平行平板電極で開始される典型的な単一方向の電着プロセスは、カソードが名目上平坦であり、アノードが堆積された小さい鋭い突起を有する構造に帰結する。一対の電極の両方が鋭い先端を有することが望ましい場合には、単一方向堆積プロセスは不十分かもしれない。両方向の電着プロセスは、一対の鋭い先端を作成するために利用することができる。電極の金属は、２つの電極の間を行き来することができ、そのプロセスは、追加の金属が電極の平坦部から「補充」されるように先端の継続的な鋭化を引き起こす。ソフトウェアは、連続的または断続的に電着プロセスの電流レベルを監視し、第２の電極の電位を固定しておいて第１電極に印加される電位の符号を反転させることにより、または、２つの電位は、絶対値は同じままにして、互いを基準にして逆転することにより、印加極性を逆にしてもよい。電位の逆転は、時間につれて増加させまたは減少させてもよい。電位差は、一方の極性と他方の極性が異なることもある。
【０１５６】
［０１７４］電着法は、さまざまな流体の担体としては、脱イオン水、ＨＣｌ、ＫＡｕ（ＣＮ）２、ＫＨＣＯ３、ＫＯＨを含むことができ、約１０μＡより大きい電流、約５μＡから１０μＡの電流、約２μＡから５μＡの電流、約１μＡから２μＡの電流、又は約１μＡ未満の電流を含む可能性のある堆積プロセス中に異なる時期における成膜電流を使用することができる。電圧源又は電流源は、電着プロセスを生じさせ促進するために電位差を提供することができる。電圧源は、印加電圧を約１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、または５Ｖ以上の電圧を適用することができる。用いられる溶液の濃度は、電着の初期期間の後に変更することができる。追加的な作用電極および／又は参照電極は、システムの一部として利用することができ、ナノギャップ電極の両電極に対して溶液の電位を制御することができる。
【０１５７】
［０１７５］トンネル電流は、ナノギャップ電極の間隔の幅を決定するために利用され、指数電流レベルは、間隔を空ける寸法を決定するために利用されてもよい。トンネル電流の測定は、電着過程の一部としてなされ、又は、トンネル電流の測定がなされる間電着プロセスが一時的に停止し、その後電着プロセスを再始動してもよい。
【０１５８】
［０１７６］電着プロセスは、安定した単原子終端や先端対の形成に対してより最適な制御を提供し得るエレクトロマイグレーションプロセスと結合することができる。エレクトロマイグレーションでは、電流は、一方の電極から他方の電極へ向けられてもよい。たとえば、約５μＡ、４μＡ、３μＡ、２μＡ、又は１μＡ以下の定電流が、一方の電極から他方の電極へ、約５Ｖ、４Ｖ、３Ｖ、２Ｖ、又は１Ｖ以下の可変電圧で向けられてもよい。あるいは、約５μＡ、４μＡ、３μＡ、２μＡ、又は１μＡ以下の可変電流が、一方の電極から他方の電極へ、約５Ｖ、４Ｖ、３Ｖ、２Ｖ、又は１Ｖ以下の可変電圧で向けられてもよい。
【０１５９】
［０１７７］いくつかの実施形態では、エレクトロマイグレーションプロセスは、エレクトロマイグレーションプロセスで使用するものとは別の流体環境を活用してもよい。いくつかの実施形態では、流体環境は、水性反応剤、有機反応剤、水性及び／又は有機反応剤の混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、有機反応剤及び水性反応剤は、混和し得る空気、非反応性ガス又は真空であってもよい。電着プロセスは、最終的に所望されたものより狭いギャップを形成するのに利用され、エレクトロマイグレーションプロセスは、ギャップの幅を広くして、より安定した先端または先端対を形成するために利用される。この２つのプロセスは入れ替えてもよく、電着プロセスは、例えば、より小さい最終的に所望される先端のギャップ間隔を形成するために使用することができる。エレクトロマイグレーションプロセスは、より安定的な先端および／または所望の間隔の先端間隔を作製するために用いられ、特にナノギャップ電極の先端近くで減少した結晶粒界を有することができる。また、電着とエレクトロマイグレーションを同時に組み合わせる方法を利用してもよい。
【０１６０】
［０１７８］いくつかの実施形態では、電着法とエレクトロマイグレーション法は、ギャップを形成するために一緒に使用可能であり、電着法が結合されたナノギャップ電極から材料を除去し、エレクトロマイグレーション法が結合されたナノギャップ電極のある部分から結合されたナノギャップ電極の別の部分へ材料を移動し、結合されたナノギャップ電極の最狭部は、さらに、エレクトロマイグレーション法により狭められる。他の実施形態では、電着法とエレクトロマイグレーション法は、ギャップを形成するために一緒に使用可能であり、電着法が結合されたナノギャップ電極から材料を除去し、エレクトロマイグレーション法が結合されたナノギャップ電極のある部分から結合されたナノギャップ電極の別の部分へ材料を移動し、結合されたナノギャップ電極の最狭部は、さらに、エレクトロマイグレーション法により厚くなり、結合されたナノギャップ電極の狭められた部分をより結晶化させる。他の実施形態では、電着法とエレクトロマイグレーション法では、ギャップを形成するために一緒に使用可能であり、電着法が結合されたナノギャップ電極に材料を追加し、エレクトロマイグレーション法が結合されたナノギャップ電極のある部分から結合されたナノギャップ電極の別の部分へ材料を移動し、結合されたナノギャップ電極の最狭部は、さらに、エレクトロマイグレーション法により狭められる。
【０１６１】
［０１７９］いくつかの実施形態では、電着法とエレクトロマイグレーション法は、ギャップを形成するために一緒に使用可能であり、電着法が分離されたナノギャップ電極に材料を追加することができ、エレクトロマイグレーション方法が分離されたナノギャップ電極のある部分から材料を結合されたナノギャップ電極の別の部分に移動する。その結果、分離されたナノギャップ電極の分離は、エレクトロマイグレーション法により増加させることができる。他の実施形態では、電着法とエレクトロマイグレーション法は、ギャップを形成するために一緒に使用可能であり、電着法が分離されたナノギャップ電極から材料を除去するが、エレクトロマイグレーション法が分離されたナノギャップ電極のある部分から結合されたナノギャップ電極の別の部分に材料を移動する。その結果、分離されたナノギャップ電極の分離は、エレクトロマイグレーション法により絞られる。いくつかの実施形態では、電着法が分離されたナノギャップ電極の両側に材料を堆積し、他の実施形態では、電着法が分離されたナノギャップ電極の両側から材料を除去するが、さらなる態様において、電着法は、ナノギャップ電極の一方の電極から材料を除去して、ナノ電極の他方の電極に材料を追加する場合がある。電着法およびエレクトロマイグレーション法が一緒に利用される一部の実施形態では、第１の方法は、第２の方法を伴わず、一定の期間利用してもよいし、いずれの方法でも、一時に一緒に利用され得、第２の方法は、第１の方法を伴わず一定の期間利用されてもよい。いかなる方法の混合又は組み合わせも可能である。
【０１６２】
［０１８０］電着法を利用することができるいくつかの実施形態では、制限抵抗は、材料の除去を制限するように利用することができる。他の実施形態では、電流を監視し、付加する電位を制限すると、材料のＧ０に応じた割合である測定したコンダクタンスに基づいて、原料の速度が減速及び／又は停止し、あるいは減速してから停止することができる。
【０１６３】
［０１８１］電着法及び／又はエレクトロマイグレーション法が行われたナノギャップ電極のアレイは、個々のナノギャップ電極の個々の電圧及び／又は測定と制御を同時に行ってもよいし、あるいは、例えばナノギャップ電極の集合、たとえば行または列を同時に行ってもよいし、又は、各ナノギャップ電極を連続して順に実施してもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサは、ナノギャップ電極を含むチップに関連しており、Ａ／Ｄ変換器及び／又はデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）回路及び／又はトランスインピーダンス増幅器及び／又は統合電流計を含むことができ、外部プロセッサでもよく、ナノギャップ電極のアレイに関連する電流及び電圧のすべてを直接監視および制御を行うのに不十分な能力を有することができ、それにより、逐次的方法を必要とすることにより、１つの又は集合のナノギャップ電極は、別のナノギャップ電極に対する電着および／またはエレクトロマイグレーションプロセスの一つまたは複数の作用を完了する前に完了した電着法および／またはエレクトロマイグレーションプロセスの一つまたは複数の作用を有してもよい。例えば、電着プロセスでは、複数のたとえば異なる濃度を有する流体反応剤を利用してもよい。第１反応剤を使用する一つ以上の作用が、他のナノギャップ電極の１つ以上の作用が行われる前に、ナノギャップ電極のサブセットで行われることができるが、すべてのナノギャップ電極は、流体反応剤を他の反応剤と交換する前に行われた同じ１つ又は２つ以上の作用を有してもよい。ナノギャップ電極のアレイの一部として、例えばバルブ（例えば、マイクロバルブまたはナノバルブ）を用いて流体制御が実施される他の実施形態では、ナノギャップ電極の１つ以上の行または列は、ナノギャップ電極アレイの他の部材に対応して供給される異なる反応剤を有することができるが、ナノギャップ電極の他の部材に対して第１反応剤を第２の反応剤と交換する前に、異なるナノギャップ電極配列の異なる集合に対して完了するまで行うことができる。
【０１６４】
［０１８２］いくつかの実施形態では、先端形成はウェーハレベルで行われてもよい。いくつかの実施形態では、先端形成は、チップレベルで行われてもよい。いくつかの実施形態では、先端形成は、安定性の問題を解決するためにシーケンス器で行われてもよい。先端形成及び／又は先端改良は、ユーザによって開始された方法の一部としてＤＮＡシーケンスアッセイのように行ってもよい。
【０１６５】
［０１８３］いくつかの実施形態では、ナノギャップ電極は、ナノギャップ電極を形成するのに使用される材料とは異なる材料から形成することができるナノ間隙を形成することにより製造することができる。ナノ間隙は、その後ナノギャップ電極のギャップとなる可能性のある領域を形成することができ、ナノ間隙は、後のアッセイにおいて、試料流体にナノギャップ電極のアクセスを可能にするように後で除去することができる。電着法は、ナノ間隙が平坦電極である開始電極の上または近接して形成されるよう、さらに開始電極を第２電極に接続することができるよう、利用することができる。エレクトロマイグレーションプロセス及び／又は電着法は、ナノ間隙から材料を移動（除去）するために利用し、ナノギャップ電極を形成することができる。
【０１６６】
［０１８４］他の実施形態では、ナノギャップ電極は、異方性ＫＯＨ１１１エッチングおよび／または集束イオンビームエッチング又はナノ間隙の加工に適した別のプロセスにより少なくとも一部形成されたナノ間隙を形成することにより形成されてもよい。また、ナノギャップ電極は、シリコンなどの第１材料から形成されてもよく、本明細書で説明した作用と互換性のある任意の材料でもよい。その後の作用において、金属堆積は、ナノギャップ電極の第２電極を形成するように実施することができる。選択的な第２材料は、硝酸珪素や、ナノ間隙の第１材料を除去するウェットエッチングなどの除去プロセス中に元の位置に残る任意の他の適切な材料などの付加的な層に形成しても良いし、２層のナノ間隙を形成するように使用されてもよい。後続の作用において、シリコンは、少なくとも部分的には、ナノギャップ電極に流体がアクセスし得るように除去され、金属および選択的な第２材料は残るかもしれない。電着および／またはエレクトロマイグレーションプロセスは、ナノギャップ電極を分離し、ナノギャップ電極のナノギャップを形成するために利用することができる。第２材料は、１つの電極と流体が接触することを最小限にするために用いられることがあるが、それにより、さもなければ第１電極の比較的大きな表面積から起こるかもしれないバックグランド電流を最小限に抑えることができる。合理的な許容差を必要としながらも、ナノ間隙の大きさは、例えば、イオン電流を使用するＤＮＡシーケンスのための有用なナノ間隙を形成するのに必要なものよりも緩い許容値要件を有することができ、フィードバックに続いて使用される電着および／またはエレクトロマイグレーション法は、ナノ間隙のサイズのバリエーションにおけるバリエーションを補償するために利用することができる。
【０１６７】
［０１８５］本明細書においては、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の方法で変更されて実施されることがある。たとえば、様々な材料が、電極部３、４（２３、２４）、基板２、絶縁層６、空隙形成層となる導電層２６、絶縁層７、レジストマスク１５、４４、４５などの材料として適用されうる。また、ナノギャップ電極１、２１を製造する際に形成されるそれぞれの層は、必嬰に応じて、例えばスパッタリング法などの種々の他の方法を使用して形成することができる。
【０１６８】
［０１８６］また、上記実施形態において、ナノギャップ電極について説明したが、その中で、一本鎖または二本鎖のＤＮＡは、電極間のナノギャップＮＧを通過することができ、一本鎖または二本鎖ＤＮＡの塩基が電極部間のナノギャップＮＧを通過する際の電極間に流れる電流の値は、電流計で測定されうる。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。ナノギャップ電極は、様々な他の用途にも用いることができる。場合によっては、一本鎖および二本鎖ＤＮＡを測定対象として説明したが、本開示は、そのような対象に限られるものではなく、他の対象（例えば、ＲＮＡまたはタンパク質）が用いられてもよいことが理解されよう。液体と気体などの様々な種類の流体は、試料流体として利用されることができる。また、ウィルス、細菌、タンパク質、ペプチド、炭水化物、脂質、有機および無機分子を含む種々の他の種類の測定対象物を、測定対象とすることができる。
【０１６９】
［０１８７］また、上述した実施形態では、隙間形成層となる絶縁層６（導電層２６）は、コンフォーマルな形状をなすように形成されることを記載した。しかし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。たとえば、絶縁層６（導電層２６）は、コンフォーマルな形状をなすように形成されることなく、成膜条件（温度、圧力、使用ガス、流量比等）を変化させて成膜の位置に依存した膜厚を変更することができる。
【０１７０】
［０１８８］絶縁層６（導電層２６）は、コンフォーマルな形状をなすように層を成膜することなく、成膜の位置に依存して膜厚を変更する場合に、絶縁層６（導電層２６）から形成されるナノギャップＮＧは、基板２の面方向に沿った第１ギャップ領域ＮＧ１（ＮＧ３）と基板２に対して直立に延びる第２ギャップ領域の間で異なる幅を有してもよい。第２ギャップ領域ＮＧ２（ＮＧ４）の終端は、第１ギャップ領域ＮＧ１（ＮＧ３）と接続又は重なることがあってもよい。たとえば、フォトレジストに含まれるポリマーは、側面４１ｂに貼着され、導電層２６は、側面４１ｂに形成されるので、側面４１ｂを含む第１電極形成部４１が形成されるときに、第１電極部２３のギャップ形成先端面２８ｂと第２電極部２４のギャップ対向側面２９ｂの幅は、ポリマーの厚み分だけ大きくなることがある。その結果、第２ギャップ領域ＮＧ４の幅は、第１ギャップ領域ＮＧ３の幅よりも大きくすることができる。このポリマーが、第１電極形成部４１の側面４１ｂに貼着されていない場合は、側面４１ｂ上に形成される導電層２６の膜厚は、導電層２６を形成する時に気相堆積法（ＣＶＤ）の条件を変更して被覆程度を減少させることによって、上面４１ａに形成された導電層２６の膜厚よりも薄くしてもよい。結果として、第２ギャップ領域ＮＧ４の幅は、第１ギャップ領域ＮＧ３の幅よりも小さくすることができる。
【０１７１】
［０１８９］この場合においても、溶液は、基板２面方向に沿った第１ギャップ領域ＮＧ１（ＮＧ３）だけでなく、基板２に対して直立に延びる第２ギャップ領域ＮＧ２（ＮＧ４）を通過することができる。上述したように、第１電極部３（２３）と第２電極部分４（２４）の間のナノギャップＮＧが、小さな幅Ｗ１を有するように選択されている場合でも、一本鎖または二本鎖ＤＮＡを測定対象として含む溶液は、ナノギャップＮＧを容易に通過できる。
【０１７２】
［０１９０］第２電極部４の基体部４ａは、絶縁層６および７上の第１電極部３の薄膜部３ａの上に配置することができる。絶縁層６の膜厚は、絶縁層７を形成することなく増やすことができ、ギャップ形成層としての絶縁層６上のみに形成されている第１電極部３の薄膜部３ａ上に第２電極部４の基体部４ａを配置することができる。
【０１７３】
［０１９１］いくつかの実施形態では、導電性材料から形成される導電層２６は、ギャップ形成層として適用されると上述した。しかし、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。絶縁材料からなる絶縁層が、ギャップ形成層として適用され利用されてもよい。
コンピュータ制御システム
【０１７４】
［０１９２］本開示は、開示の方法を実施するためにプログラムされたコンピュータ制御システムを提供する。図１５は、プログラムまたは他の生体分子、タンパク質のような塩基配列を決定するように構成されたコンピュータシステム１５０１を示している。コンピュータシステム１５０１は、本明細書の別の箇所に制御部２６および２２６とすることができる。コンピュータシステム１５０１は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）もまた、本明細書において、「プロセッサ」および「コンピュータプロセッサ」１５０５、シングルコアまたはマルチコアプロセッサ、または並列処理のために複数のプロセッサを有する。コンピュータシステム１５０１はまた、メモリまたはメモリロケーション１５１０（例えばランダム・アクセス・メモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子的記憶装置１５１５（例えば、ハードディスク）、１つまたは複数の他のシステムと通信を行うための通信インタフェース１５２０（ネットワークアダプタ）、および、キャッシュ、メモリ、データ記憶装置及び／又は電子ディスプレイアダプタなどの周辺装置１５２５が含まれる。メモリ１５１０は、記憶部１５１５と、インタフェース１５２０と周辺機器１５２５は通信バス（実線）、マザーボードなどを介して１５０５と連通している。記憶部１５１５と、データを記憶するデータ記憶装置（あるいはデータ・リポジトリ）にすることができる。コンピュータシステム１５０１は、通信インタフェース１５２０を用いてコンピュータネットワーク（「ネットワーク」）１５３０に接続させることができる。ネットワーク１５３０は、インターネット、インターネット／エクストラネット、またはインターネットと通信しているイントラネット／エクストラネットとにすることができる。場合によっては、ネットワーク１５３０は、電気通信及びデータネットワークである。ネットワーク１５３０は、１つまたは複数のコンピュータサーバ、分散コンピューティング、クラウドコンピューティングなど）を有効にすることができる。ネットワーク１５３０、コンピュータシステム１５０１を用いて、場合によっては、ピアツーピア・ネットワークは、コンピュータシステム１５０１に結合された装置では、クライアントまたはサーバとして動作するようにすることができる。
【０１７５】
［０１９３］ＣＰＵ１５０５は、一連の機械読取可能命令のプログラム、またはソフトウェアで実施できることを実行できる。手順は、メモリ１５１０等のメモリロケーションに記憶することができる。手順は、プログラムまたは他の方法で本発明の方法を実施するためのＣＰＵ（１５０５）を構成するＣＰＵ１５０５に導入される。ＣＰＵ１５０５によって実行される操作の例には、フェッチ、復号、実行、およびライトを含めることができる。
【０１７６】
［０１９４］ＣＰＵ１５０５は、集積回路等の回路の一部であってもよい。システム１５０１の１つまたは複数の他の部品を回路に含めることができる。場合によっては、回路は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）である。
【０１７７】
［０１９５］記憶部１５１５には、ファイル、ドライバ、ライブラリおよび保存プログラムなどを格納できる。記憶部１５１５は、ユーザデータが、例えば、ユーザー・プリファレンス、ユーザー・プログラムを格納することができる。場合によっては、コンピュータシステム１５０１は、コンピュータシステム１５０１の外部にある一つまたは複数の付加的なデータ記憶装置を、イントラネットまたはインターネットを介してコンピュータシステム１５０１と通信しているリモートサーバー上などに含めることができる。
【０１７８】
［０１９６］コンピュータシステム１５０１は、ネットワーク１５３０を介して、１つ又は複数のリモート・コンピュータ・システムと通信できる。たとえば、コンピュータシステム１５０１は、ユーザのリモート・コンピュータ・システムと通信することができる。ユーザは、ネットワーク１５３０を介してコンピュータシステム１５０１にアクセスすることができる。
【０１７９】
［０１９７］本明細書に記載される方法は、機械（例えば、コンピュータプロセッサ）で実行可能なコードをコンピュータシステム１５０１の電子的な保存場所に保存されるのは、例えば、メモリ１５１０、電子記憶部１５１５などにより実現することができる。機械実行可能又は機械可読コードのソフトウェアの形で提供することができる。使用中のコードは、プロセッサ１５０５によって実行することができる。場合によっては、コードを記憶部１５１５から取得し、プロセッサ１５０５によりアクセス可能なメモリ１５１０に記憶することができる。すると、場合によっては、電子記憶装置１５１５は除外でき、機械による実行可能な命令は、メモリ１５１０に格納される。
【０１８０】
［０１９８］コードは機械コードを実行するように適合されたプロセッサで使用する事前コンパイルおよび構成することができ、又はランタイム中にコンパイルすることができる。コードは、コードはコンパイル済みまたはとしてコンパイルされた方法で実行できるようにするには、選択可能なプログラミング言語で供給することができる。
【０１８１】
［０１９９］本明細書に記載のシステムおよび方法の態様は、コンピュータシステム１５０１のようなプログラミングで実現することができる。技術の諸側面は一般的に、マシン（またはプロセッサ）が実行可能コード及び／又は機械読み取り可能媒体で具体化された関連データの形で、「製品」、「製造物」として考えられる。マシン実行可能コードは、メモリ（例えば、読み出し専用メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、フラッシュメモリ）、またはハードディスクなどの電子記憶装置に記憶することができる。「Ｓｔｏｒａｇｅ」タイプの媒体は、コンピュータ、プロセッサ等の有形記憶、あるいはこれに関連するモジュール、各種半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどの、ソフトウェアプログラミングのためにいつでも非一時的な記憶域を提供することが含まれる。ソフトウェアのすべてまたは一部は、常にインターネットやその他の通信ネットワークを介して通信することができる。このような通信は、例えば、管理サーバまたはホストコンピュータにアプリケーション・サーバーのコンピュータプラットフォームへ、たとえば、コンピュータまたはプロセッサから別のソフトウェアのロードを可能にすることができる。したがって、ソフトウェア要素を支えることができるメディアのタイプは、有線、光電話ネットワークおよびさまざまなエアリンクを通じてローカルデバイス間の物理インタフェースをまたいで使用されような光学的、電気的、電磁気的な波を含む。有線または無線リンク、光リンク等のように、そのような波を伝送する物理要素も、ソフトウェアをいれた媒体と見なすことができる。ここで、非一時的で、具体的な「ストレージ・メディア」に限定されていない限り、コンピュータまたはマシン「読み取り可能媒体」といった用語は、実行のためにプロセッサへの命令の提供に関与するあらゆる媒体を指す。
【０１８２】
［０２００］したがって、マシン（またはコンピュータ）が読み取り可能な媒体は、コンピュータ実行可能コード（コンピュータプログラム）のような、多くの形態、有形記憶媒体が、搬送波媒体または物理伝送媒体を含むがこれに限られない。不揮発性の記憶媒体は、例えば、図面に示すような光又は磁気ディスクの任意のコンピュータにストレージデバイスのいずれかなどのデータベースを実装するために使用される。揮発性記憶媒体は、動的メモリ、コンピュータプラットフォームのメイン・メモリなどが含まれる。具体的な伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線および光ファイバー、コンピュータシステム内のバスを構成する配線を含んでいる。キャリア波伝送媒体は、電気もしくは電磁信号の形態、または無線周波数（ＲＦ）の間に発生するもののような音波又は光波、赤外線（ＩＲ）通信をすることができる。一般的なコンピュータ読み取り可能な媒体は、例えばフロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、その他の磁気媒体、ＣＤ‐ＲＯＭ、ＤＶＤ‐ＲＯＭまたはＤＶＤ、他の光学式媒体、パンチカード紙テープ、穴のパターンのその他の物理的な記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、他のメモリチップやカートリッジ、搬送波輸送データ又は命令は、搬送波を搬送するケーブルやリンク、コンピュータプログラムコードおよび／またはデータを読むことができるその他の媒体を含む。これらの形式のコンピュータ読み取り可能媒体の多くが実行のためにプロセッサに１つ以上の一つ又はそれより多くの命令のシーケンスを持っている可能性がある。
【０１８３】
［０２０１］装置、システム、及び方法は、本開示の併用および／またはその他の装置、システム、または方法による改質、例えば、特許文献ＪＰ２０１３‐３６８６５Ａ、ＵＳ２０１２／０３２２０５５Ａ、ＵＳ２０１３／０００１０８２Ａ、ＵＳ２０１２／０１９３２３７Ａ、ＵＳ２０１０／００２５２４９Ａ、ＪＰ２０１１‐１６３９３４Ａ、ＪＰ２００５‐２５７６８７Ａ、ＪＰ２０１１‐１６３９３４ＡとＪＰ２００８‐３２５２９Ａ（各々は、全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されたもの等であってもよい。
【０１８４】
［０２０２］本発明の好ましい実施形態は、本明細書に図示して説明してきたが、このような実施態様は、例として与えられているに過ぎないことは当業者には明らかであろうが、本発明は、本明細書中で提供される特定の実施例により限定されるものではない。本発明は上述したように、本明細書の実施形態の説明および例示は、限定的な意味で解釈されることを意図していない。多数のバリエーション、変化および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者にとっては明白である。また、本発明のすべての態様は、さまざまな条件や変数に依存する本明細書の特定の記載は、構成または相対比率に限定されるものではないことを理解しなければならない。これは、本明細書で説明する本発明の実施形態の様々な代替物を採用して本発明を実施できることは、理解されるべきであり、本発明はそのような代替、変更、変形または等価物をカバーすることを意図している。これは、以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定し、これらの請求項の範囲およびその同等物内の方法および構造がこれに包含されることが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月20日(2019.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極および前記第１電極に隣接する第２電極を含むナノギャップ電極装置であって、前記第１電極は、前記生体分子を通して流すことを可能にする寸法のナノギャップにより前記第２電極から分離され、前記ナノギャップは、少なくとも第１ギャップ領域および第２ギャップ領域を有し、前記第２ギャップ領域は、前記第１ギャップ領域を有する面に対してゼロ度を超える角度で配向する、ナノギャップ電極装置と、
前記ナノギャップ電極装置に接続した電気回路であって、前記ナノギャップを通る前記生体分子の流れに関して前記第１電極および前記第２電極から電気信号を受信する電気回路と
を備える、
生体分子を検出するシステム。
【外国語明細書】
2019164142000001.pdf