(57)【要約】本発明は、分子エレクトロニクス又は分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーのための基礎としての構造化された半導体表面に関する。出発点は、ドープしていない２つの半導体材料層と、これを分離している、異なる半導体材料の極めて薄い（数ｎｍ）層から構成されるヘテロ構造である。この材料積層体を層平面に対し垂直に劈開させ、そして中間の層を選択的にエッチングする。導電性有機「ワイヤー」のためのソース及びドレインコンタクトを、薄い金属膜を蒸着して作製する。中間の導電性層を静電的ゲートとして利用することができる。１本〜数本のワイヤーを接触させるための組み立ては、順次行う２回の分離と蒸着によって行うことができる。考えられる有機ワイヤーは、例えば、共役π電子系を有する分子、ＤＮＡ−オリゴヌクレオチド、又はカーボンナノチューブである。生体分子（抗体、タンパク質）の認識のためのレセプタで更に機能化することにより、特異的生体分子とそれらの相互作用（例えばＤＮＡ−タンパク質相互作用）を検出、分析、及び定量するための高感度バイオセンサーとして利用することが可能になる。
2006503277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサー用途用の半導体ベース構造であって、当該半導体ベース構造と１本以上の導電性有機ワイヤーからハイブリッド電子デバイスを作製するためのソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成しているパターン化された半導体ヘテロ構造表面を特徴とする半導体ベース構造。
【請求項２】
前記有機ワイヤーが、共役π電子系を有する有機分子、ＤＮＡオリゴヌクレオチド、又はカーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体ベース構造。
【請求項３】
当該ハイブリッドシステムの前記１本以上の有機ワイヤーが、前記デバイスを特異的生体分子とそれらの相互作用の検出、分析及び定量のための高感度の電気バイオセンサーとして使用することができるよう、生体分子の認識のためのレセプタ又は、ホルモン、多糖類、脂質、あるいは薬物といったような生体活性分子を認識する生体分子でできたレセプタで更に機能化されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体ベース構造。
【請求項４】
生体分子の認識のための前記レセプタが抗体又はタンパク質であることを特徴とする、請求項３に記載の半導体ベース構造。
【請求項５】
材料「Ａ」の２つの厚い（一般に５０ｎｍ〜１μｍ）非ドープ層と、それらを分離する、異なる薄い半導体材料「Ｂ」の、あるいは化合物半導体の場合には異なる組成の、ドープされた極めて薄い（一般に１ｎｍ〜２０ｎｍ）層の材料積層体から構成され、非常に狭い溝状のナノ−ギャップによってのみ隔てられている導電性のソース及びドレイン電極を材料「Ａ」の上に有する半導体ヘテロ構造（図２Ａ）を特徴とする、請求項１〜４の一つに記載の半導体ベース構造。
【請求項６】
前記ハイブリッド電子デバイスを分子エレクトロニクスデバイス又はバイオセンシングデバイスとして使用する場合、選択的にエッチングした前記薄い層が電界効果ゲート電極の機能を果たすことを特徴とする、請求項５に記載の半導体ベース構造。
【請求項７】
前記ワイヤーを、前記ギャップにぴったり合う又はそれを超える長さであり、前記金属電極と共有結合することのできる化学末端基で終えている分子で構成することができることを特徴とする、請求項１〜５に記載の半導体ベース構造。
【請求項８】
生体分子分析物の前記有機ナノワイヤーへの選択的結合が当該ワイヤーへの前記レセプタの電子親和性を変化させて、その非局在化電子の分布を変化させ、分子のコンダクタンスを変化させることになることを特徴とする、請求項３に記載の半導体ベース構造。
【請求項９】
前記ヘテロ構造の材料積層体が、前記厚い層のためのドープしていないＡｌＧａＡｓと、中間の前記薄い層のためのドープされたＧａＡｓとを含むことを特徴とする、請求項５又は６に記載の半導体ベース構造。
【請求項１０】
被着された前記金属がＰｄとＡｕの合金であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の半導体ベース構造。
【請求項１１】
請求項５に記載の半導体ベース構造の製造方法であって、前記材料積層体を層平面に対して垂直に劈開し、得られた劈開面を、次に当該劈開面から（一般に１ｎｍ〜５０ｎｍの）深さまで中央の薄い層「Ｂ」だけを除去するように選択的エッチングし、そしてエッチングした当該劈開面に薄い（一般に１ｎｍ〜２０ｎｍ）金属層を角度をつけて被着させて（図１Ｂ）導電性のソース及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体ベース構造の製造方法。
【請求項１２】
前記劈開を、異なる好ましくは垂直な結晶方位に沿って２回行なうこと、及び２つの金属層を異なる角度の方向から順番に、最小の電極間隔の領域が正確に２つの劈開クレームのコーナーだけに形成するようにして、被着させることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体ベース構造の製造方法。
【請求項１３】
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により半導体ヘテロ構造をエピタキシャル成長させることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の半導体ベース構造の製造方法。
【請求項１４】
請求項７の半導体ベース構造を製造するための方法であって、溶液から又は超高真空中の固体蒸着源から自己組織化手法によりワイヤーを被着させることを特徴とする、請求項１１〜１３の一つに記載の半導体ベース構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサー用途向けの半導体ベース構造、及びこのような構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子エレクトロニクス（ＭＥ）に対する様々なアプローチが文献に報告されている。ごく最近のものに、単一共役分子を通しての導電性の研究（Ｍ．Ａ．  Ｒｅｅｄ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １９９９、Ｊ．  Ｒｅｉｃｈｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．，  ２００２）、あるいはシリコンゲート電極近くのＡｕ電極間に埋め込まれた完全な単分子層を通しての導電性の研究（Ｊ．Ｈ．  Ｓｃｈｏｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｔｕｒｅ  ２００１）がある。電極の作製は、金属のブレーク接合手法（この場合には電極間隔を分子の長さに合わせる必要がある）、あるいは予め用意した単分子層への金属の被着（蒸着）を基にする。生体分子（特にタンパク質）の検出、分析、定量、あるいは相互作用の研究のために現在利用又は提案されている手法には、例えば、伝統的な二次元ゲル電気泳動、蛍光表示を伴うマイクロキャピラリー界面動電分離手法、ＤＮＡに類似するマイクロアレイ（ＭａｃＢｅａｔｈ  Ｇ．  ａｎｄ  Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ  ＳＬ，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２０００）、プラズモン共鳴、石英微量天秤、シリコン構造に基づく容量型装置（Ｂｅｒｇｇｒｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ  ２００１）、光でアドレス可能な電位差センサー（Ｇｅｏｒｇｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，  ２０００）、シリコンＦＥＴ（Ｓｃｈｏｅｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｌｕｅｔｈ，  ２００１、Ｃｌｏａｒｅｃ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，  １９９９、Ｓｎｏｗ  ｅｔ  ａｌ．，  米国特許出願第２００２０１２９３７号明細書）、Ｓｉカンチレバーを用いた機械的歪みに基づく検出（Ｆｒｉｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２０００）、あるいは機能化した化学的被着Ｓｉナノ構造体（Ｃｕｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００１）が含まれる。本発明の発明者のうちの一部は、最近の特許出願において、絶縁膜上シリコン（ＳＯＩ）技術に基づく機能化したサブマイクロメートルサイズの高感度横型電界効果トランジスタの利用を提案している（Ｇ．  Ａｂｓｔｒｅｉｔｅｒ，  Ａ．Ｒ．  Ｂａｕｓｃｈ，  Ｋ．  Ｂｕｃｈｈｏｌｚ，  Ｓ．  Ｌｕｂｅｒ，  Ｍ．Ｇ．  Ｎｉｋｏｌａｉｄｅｓ，  Ｓ．  Ｒａｕｓｃｈｅｎｂａｃｈ，  Ｅ．  Ｓａｃｋｍａｎｎ，  Ｍ．  Ｔｏｒｎｏｗ：  絶縁膜上シリコンバイオセンサーデバイス，ドイツ国特許出願第１０２２１７９９．８号明細書，２００２年４月）。
【０００３】
バイオセンサー用途に電気化学に基づくＭＥを使用することは、最近、Ｅ．Ｍ．  Ｂｏｏｎ，  Ｊ．Ｅ．  Ｓａｌａｓ，  Ｊ．Ｋ．  Ｂａｒｔｏｎ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  第２０巻，  ｐ２８２，  ２００２年）によって実証された。しかし、検出用有機ワイヤーを固体電極に両端で接続する純粋なＭＥへのアプローチは知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥの研究で現在最もよく利用されているのは、有機ナノワイヤーを形成して所定の位置に配置後、それに金属電極を接続するというものである。いずれかの上部電極を、単層分子膜の上に被着させる。このやり方には、ピンホールや欠陥が発生したり、あるいは金属粒子がクラスターとして取り込まれたりすることによって、敏感な膜が損傷する危険性がある。それは、デバイスを破壊する（短絡）か、例えば分子ワイヤーではなく島状金属を通してのトンネル現象のような結果を容易に引き起こすことがある。ブレーク接合を利用する別の主要なアプローチでは、電極の間隔を、同時に監視している電流−電圧特性に従って分子の長さに動的に合わせなくてはならない。チップスケールではアレイに簡単には組み込むことができない複雑な構成に加え、最終的に得られる間隔を確実に知ることはできず、間隔は測定したコンダクタンスから間接的に推定されるだけである。
【０００５】
後に分子ワイヤーを上に取付けることができる設計の小型電極を最初に作製するという逆のアプローチは、例えば数十ｎｍ未満の構造体を作ることができるに過ぎない電子ビームリソグラフィのような、最新式のリソグラフィ技術の制約のために、比較的長い分子、例えばＤＮＡ又はカーボンナノチューブなど、に限られている（Ｃ．  Ｄｅｋｋｅｒ，  Ｔ．Ｕ．  Ｄｅｌｆｔ，  Ｃ．Ｆ．Ｊ．  Ｔａｎｓらのグループ，  Ｎａｔｕｒｅ，  第３８６巻４７４ページ，１９９７年）。
【０００６】
生体分子の相互作用は、特異的分子パートナー間の結合反応を調べる様々な標識結合手法によって研究されてきた。しかし、分子のうちの１つのコンダクタンスをその分子が分析物の分子と結合反応する間にリアルタイムで測定する記載された方法により、関与する反応物の電子の配置に結合反応が及ぼす直接の影響を知ることができるようになる。
【０００７】
請求項１の前提部分による半導体ベース構造で上記の欠点を持たないものを見いだすこと、そして請求項５によるそのような半導体ベース構造を製造する方法を見いだすことが、本発明の根底にある課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
半導体ベース構造に関する上記の根底にある課題は、請求項１の特徴により、特に従属項２〜１０との組み合わせでもって、また、請求項１１によるそのような半導体ベース構造の製造方法によって、特に従属項１２〜１４との組み合わせでもって、解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここに提案する分子エレクトロニクス（ＭＥ）及びＭＥに基づくバイオセンサー用途用の半導体ベース構造は、導電性有機「ワイヤー」（例えば、共役π電子系を有する有機分子、ＤＮＡオリゴヌクレオチド、カーボンナノチューブなど）からトランジスタなどの電子デバイスを作製するための、ソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成するパターン化した半導体ヘテロ構造の表面を含む。このハイブリッド系の有機ワイヤーを、例えば、抗体又はタンパク質などのような生体分子を認識するためのレセプタで最終的に更に機能化することにより、デバイスを、特異的生体分子とそれらの相互作用、例えばＤＮＡ−タンパク質の相互作用、を検出、分析、定量するための高感度の電気的バイオセンサーとして使用することができる。
【００１０】
デバイスの基礎を準備するための出発点は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によりエピタキシャル成長させることができ、そして材料「Ａ」の２つの厚い（一般に数百ｎｍ）の非ドープ層と、それらを分離する別の半導体材料「Ｂ」の、あるいは化合物半導体の場合組成を異にする、ドープした極めて薄い（数ｎｍ）導電層からなる、半導体ヘテロ構造である。この材料の積層体は、層平面に対して垂直に劈開され、その結果得られた劈開面はその後、中央の薄い層「Ｂ」だけが劈開面から数ｎｍの深さまで除去されるように、選択的にエッチングされる。最後に、エッチングした劈開面に薄い（数ｎｍ）金属層を被着して、材料「Ａ」の上に導電性のソース及びドレイン電極を、それらが非常に狭い溝状の「ナノギャップ」によってのみ分離されるように、形成する。
【００１１】
ワイヤーによってブリッジを架ける能動領域は、選択エッチングの前に第１の方向に対して垂直にヘテロ構造を再び劈開することにより、数平方ｎｍまで小さくすることができる。選択エッチングに続いて、異なる方向からの２工程の金属の蒸着を、最小の電極間隔の領域が構造体のコーナーに正確に位置するように行う。図３に示したように、溝の向かい合った側面の側壁メタライズ層は、ここでは互いに向かい合っているだけである。
【００１２】
このベース構造からＭＥデバイスを作製するのは、ソース及びドレインコンタクトを有機ワイヤーに接続することによりなされる。これらのワイヤーは、狭いギャップにブリッジを架けるのにうまく適合する長さの、（半）導電性の一般に鎖状の（生体）分子で構成することができる。サンプルのベース構造に応じて、並列する数千の分子が関与し、あるいはほんの数本の、究極的には１本の単一ワイヤーで処理して検出感度を最大にすることができる。選定するワイヤー種は、末端に金属電極と共有結合することのできる化学末端基がなければならない（例えば、金又は金含有合金の電極の場合、Ｓ−Ａｕ結合を形成するチオール（−ＳＨ）基）。分子の被着は、溶液から又は超高真空中の固体蒸着源からの自己組織化手法によって行うことができる。このプロセスにより、一般に、金属面全体が付着した分子で覆われることになるが、それらの大部分はデバイスの性能に寄与することもなければ、それを乱すこともない。ソース−ドレイン電流は、ソースとドレイン間のギャップにブリッジを架けている分子のうちのわずかな部分によって伝えられるだけである。導電率は、標準的な電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と同様に、溝の底部の薄い導電層「Ｂ」により、それをソース又はドレインに対するバイアス電圧を利用して操作することによって、静電的に制御することができる。
【００１３】
タンパク質−ＤＮＡ結合の場合には直接の、あるいは特異的なレセプタ部位でのワイヤーの機能化による、生体分子分析物の有機ワイヤーへの選択的結合は、その非局在化電子の分布を変化させることができる。そうすると、分子のコンダクタンスが直ちに変化することになって感度のよいバイオセンサーとして利用することが可能になり、あるいは基礎的な分子結合の動力学的側面をリアルタイムで詳細に調べることが可能になる。
【００１４】
本発明の主な目的は次のとおりである。
上記のヘテロ構造の半導体構造は、リード線が３つのシステム（トランジスタ）などのＭＥデバイスを製造するための基礎としての役目を果たす。比類のない精度と柔軟性のために、電極間隔と導電性有機ワイヤー（共役有機分子、ＤＮＡ、カーボンナノチューブなど）でブリッジを架ける能動領域を、ｎｍスケールで設計することができる。これには具体的に言うと、数ナノメートルのオーダーの間隔が含まれ、そしてこれは短い（１〜３ｎｍ）有機共役分子、例えばオリゴフェニルのようなものの、クラス全体を調べる上で特に重要なものである。この範囲の間隔は、現状のリソグラフィー技術では手に入らない。有機ワイヤーに特別な官能基（レセプタ分子のサブユニット）を付加することによって、結果として得られるハイブリッド構造体を、生体分子の高感度検出器として、あるいは生体分子の特異的相互作用を研究するための直接の手段として、用いることができる。
【００１５】
主たる新規性は次のとおりである。
上記のデバイスベース構造により、ＭＥの用途やＭＥに基づくバイオセンシング用途のために短い（数ｎｍの長さ）ワイヤー状の有機分子を用いるのに必要とされるコンタクトスキームを極めて正確に作り出すことができる。相互の間隔が極めて狭い電極は、埋め込まれたゲートの機能と本質的に組み合わされて、静電場の効果により分子の導電率を調整する。精度と再現性が優れているのは、ａ）単原子層の精度で調整することができる出発半導体多層構造、ｂ）原子レベルで平坦で且つはっきりとした劈開面とコーナーを最終的に形成する積層体の（順次２回の）単結晶の劈開、ｃ）１：１００のオーダーの選択比を超えることができる選択的湿式エッチング、及び、ｄ）予測表面粗さが約１ｎｍである滑らかな金属コンタクト層の（順次の）被着、に根ざしている。
【００１６】
このＭＥの概念を基にして、生体分子の選択的な捕捉のために特異的なレセプタユニットでワイヤー系を更に機能化することができる。結合反応によって分子の導電率が変化することが予測され、ハイブリッドデバイスはバイオセンサーデバイスになる。
【実施例】
【００１７】
基礎となる電極を作製するためには、単分子層の厚さの精度で、（２つの垂直な）結晶方向に沿って原子レベルできちんと劈開し最高度の選択エッチングで同時に製作するのを可能にする、全ての材料のヘテロ構造が適している。以下に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造を例に取って作製プロセスの概要を説明する。この事例では、積層体は、ドープしていないＡｌＧａＡｓ層（厚さ３００ｎｍ）と、高濃度ｎ型ドープ（Ｓｉを１０18ｃｍ-3）のＧａＡｓ層（５ｎｍ）と、ドープしていない別のＡｌＧａＡｓ層（厚さ３００ｎｍ）を含むことができ、全て標準的な半絶縁性ＧａＡｓ＜１００＞基板（６５０μｍ）の上にＭＢＥによって成長させる。原理の検証のため、成長させたウエハから面積が数ｍｍ2のサンプル片を切り取る。劈開を行なう前に、外部の配線／装置に接続する全ての必要な大きい電気接続パッド（約１００μｍ）を、標準的な解像度のフォトリソグラフィ、エッチング、及びメタライゼーションによって製作する。図４に概略を示したように、ソースとドレインのためのコンタクトをウエハの裏面と表面に被着させることができ、ゲートコンタクトを厳密にｎ型ドープＧａＡｓ層に至るまでエッチングした表面の階段状の構造のところに被着させることができる。ソース及びドレインのコンタクト金属は、ＴｉＡｕにすることができる。ゲートコンタクトに関しては、例えばＮｉＧｅＡｕ合金のような、オーミックコンタクトスキームが、ドープしたＧａＡｓ層と確実に接触するため半導体の内部への金属のマイグレーションを少なくとも確実に浅くにするのに最適であり。ソース及びドレインコンタクトは、それぞれの薄膜金属層（実際の分子によるソースとドレインを形成する）を後から蒸着することによってその薄膜金属層に直接接続することになる。これにより、巨視的なコンタクトを狭い劈開面に適用するための決定的に重要な手順が回避される。
【００１８】
次の工程として、サンプルを＜１１０＞結晶方位に沿って機械的に劈開させる。劈開の正確な位置は、電気的に活性であると考えられる領域の十分外側の、サンプルの縁部にある表面の細い溝によって予め決めておく必要がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層体は、原子レベルで平坦な平面に沿って完全に割れて分かれる。続いて、得られた劈開面の薄いＧａＡｓをＡｌxＧａ1-xＡｓに対して約１０ｎｍの深さまで選択的に湿式エッチングする（クエン酸／Ｈ2Ｏ2の配合を用いてｘ＝０．３の場合に報告されている最大選択率は１２０：１である。Ｇ．Ｃ．  ＤｅＳａｌｖｏ  ｅｔ  ａｌ．，  ＪＥＣＳ  １９９２参照）。最後に、ソース及びドレインコンタクトのメタライゼーションを、超高真空（ＵＨＶ）中での約４ｎｍの厚さの熱又は電子ビームを利用した金属の蒸着によって行う。ここで、角度をつけての蒸着によって、電極間の短絡が確実に起こらないようになり、且つ、高濃度ドープのＧａＡｓ層が金属から確実に離れたままになる。５ｎｍのＧａＡｓと公称４ｎｍの金属を被着する所定の例については、４５°の蒸着の場合に結果として幅が約２ｎｍのギャップが得られる。より良好な表面平滑度（≒  ｎｍオーダー）を良好な密着特性とともに得るのに好適な金属系は、組成比が２０：８０のパラジウム−金（ＰｄＡｕ）合金である。
【００１９】
数個の（場合によっては単一の）分子を用いたここで提案しているデバイスの作製の場合には、最初に、ヘテロ構造のサンプルを２つの垂直な結晶方位に沿って２回劈開させる必要がある。選択的なエッチングの後に、異なる角度の方向から金属薄膜を２回蒸着し（図３参照）、正確に２つの劈開面のコーナーにおいてだけ、溝の向かい合う２つの側面の側壁金属層が互いに向き合うようにする。ここで、ソース及びドレインコンタクトの間隔は、一般に数ｎｍ2という最小限の領域において、最小になる。
【００２０】
説明したデバイス基礎材料の製作に続いて、それぞれの有機分子ナノワイヤーを被着させることができる。溶媒溶液（エタノール）から自己組織化させることのできるジチオール−オリゴフェニル（両端がチオール基になっている。ビフェニルの場合の図２と比較のこと）がその一例である。このほかの可能なワイヤーは、水溶液から、究極的には電解質溶液から被着される二本鎖ＤＮＡオリゴヌクレオチドのような強く帯電した種である。水溶液からの分子の被着に関しては、ＡｌＧａＡｓが酸化／溶解しないように保護する必要性が現在研究されている。
【００２１】
平行に配向したワイヤーを自己組織化させて最終的にギャップ全体にブリッジを架けそれを覆った後に、ゲート電圧の関数としてのソース及びドレイン間のコンダクタンスを測定する。例えばＤＮＡ鎖へのタンパク質の特異的結合を調べるといったように生理的緩衝溶液下でのバイオセンサーとしてデバイスを作動させる場合には、必要とされるＰｄＡｕ電極の保護（水溶液に対する）の問題に対処しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】デバイス基礎材料の製作。ａ）半導体ヘテロ構造積層体Ａ／Ｂ／Ａと、結晶の劈開、ｂ）選択的エッチングと角度をつけた金属蒸着後の断面。
【図２】デバイスが動作する準備。ａ）電極間のギャップにブリッジを架ける共役分子（例えばジチオールビフェニル）と、トランジスタが動作する準備。ｂ）生体データ測定のための特異的生体分子結合基（例えばＤＮＡヌクレオチド）を有する固定化した分子。
【図３】数個（１個）の分子の配置。２回の垂直劈開と順次行う２回の角度をつけた蒸着後のヘテロ構造のコーナー。破線を引いた領域は最小の電極間隔の領域である。
【図４】コンタクトスキーム。外部の電気配線／装置へのコンタクトがリソグラフィによって作られた典型的デバイス（断面図）（実施例参照）。
【図１】
2006503277.tif 000003
【図２】
2006503277.tif 000004
【図３】
2006503277.tif 000005
【図４】
2006503277.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月10日(2005.5.10)
【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】
分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーに用いる半導体装置であって、１本以上の導電性有機ワイヤーを使用してハイブリッド電子デバイスを作製するためのソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成しているパターン化された半導体ヘテロ構造表面を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記有機ワイヤーが、共役π電子系を有する有機分子、ＤＮＡオリゴヌクレオチド、又はカーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
当該ハイブリッド電子デバイスの前記１本以上の有機ワイヤーが、前記デバイスを特異的生体分子とそれらの相互作用の検出、分析及び定量のための高感度の電気バイオセンサーとして使用することができるよう、生体分子の認識のためのレセプタ又は、ホルモン、多糖類、脂質、あるいは薬物といったような生体活性分子を認識する生体分子でできたレセプタで更に機能化されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
材料Ａの２つの非ドープ層と、それらを分離する、異なる半導体材料Ｂの、あるいは化合物半導体の場合には異なる組成の、ドープされた層の材料積層体から構成され、溝状のナノ−ギャップによってのみ隔てられている導電性のソース及びドレイン電極を材料Ａの上に有する半導体ヘテロ構造を特徴とする、請求項１〜３の一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ハイブリッド電子デバイスを分子エレクトロニクスデバイス又はバイオセンシングデバイスとして使用する場合、選択的にエッチングした前記ドープされた層が電界効果ゲート電極の機能を果たすことを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ワイヤーを、前記ギャップと同じ又はそれを超える長さであり、前記ソース及びドレイン電極と共有結合することのできる化学末端基で終えている分子で構成することができることを特徴とする、請求項１〜４のうちの一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
生体分子分析物の前記有機ナノワイヤーへの選択的結合が当該ワイヤーへの前記レセプタの電子親和性を変化させて、その非局在化電子の分布を変化させ、分子のコンダクタンスを変化させることになることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ヘテロ構造の材料積層体が、前記非ドープ層のためのドープしていないＡｌＧａＡｓと、中間の前記ドープされた層のためのドープされたＧａＡｓとを含むことを特徴とする、請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ソース及びドレイン電極が、被着されたＰｄとＡｕの合金で形成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法であって、前記材料積層体を層平面に対して垂直に劈開し、得られた劈開面を、次に当該劈開面から前記ドープされた層Ｂだけを除去するように選択的エッチングし、そしてエッチングした当該劈開面に金属層を角度をつけて被着させて導電性のソース及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーに用いる半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子エレクトロニクス（ＭＥ）に対する様々なアプローチが文献に報告されている。ごく最近のものに、単一共役分子を通しての導電性の研究（Ｍ．Ａ．  Ｒｅｅｄ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １９９９、Ｊ．  Ｒｅｉｃｈｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．，  ２００２）、あるいはシリコンゲート電極近くのＡｕ電極間に埋め込まれた完全な単分子層を通しての導電性の研究（Ｊ．Ｈ．  Ｓｃｈｏｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｔｕｒｅ  ２００１）がある。電極の作製は、金属のブレーク接合手法（この場合には電極間隔を分子の長さに合わせる必要がある）、あるいは予め用意した単分子層への金属の被着（蒸着）を基にする。生体分子（特にタンパク質）の検出、分析、定量、あるいは相互作用の研究のために現在利用又は提案されている手法には、例えば、伝統的な二次元ゲル電気泳動、蛍光表示を伴うマイクロキャピラリー界面動電分離手法、ＤＮＡに類似するマイクロアレイ（ＭａｃＢｅａｔｈ  Ｇ．  ａｎｄ  Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ  ＳＬ，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２０００）、プラズモン共鳴、石英微量天秤、シリコン構造に基づく容量型装置（Ｂｅｒｇｇｒｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ  ２００１）、光でアドレス可能な電位差センサー（Ｇｅｏｒｇｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，  ２０００）、シリコンＦＥＴ（Ｓｃｈｏｅｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｌｕｅｔｈ，  ２００１、Ｃｌｏａｒｅｃ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，  １９９９、Ｓｎｏｗ  ｅｔ  ａｌ．，  米国特許出願第２００２０１２９３７号明細書）、Ｓｉカンチレバーを用いた機械的歪みに基づく検出（Ｆｒｉｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２０００）、あるいは機能化した化学的被着Ｓｉナノ構造体（Ｃｕｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００１）が含まれる。本発明の発明者のうちの一部は、最近の特許出願において、絶縁膜上シリコン（ＳＯＩ）技術に基づく機能化したサブマイクロメートルサイズの高感度横型電界効果トランジスタの利用を提案している（Ｇ．  Ａｂｓｔｒｅｉｔｅｒ，  Ａ．Ｒ．  Ｂａｕｓｃｈ，  Ｋ．  Ｂｕｃｈｈｏｌｚ，  Ｓ．  Ｌｕｂｅｒ，  Ｍ．Ｇ．  Ｎｉｋｏｌａｉｄｅｓ，  Ｓ．  Ｒａｕｓｃｈｅｎｂａｃｈ，  Ｅ．  Ｓａｃｋｍａｎｎ，  Ｍ．  Ｔｏｒｎｏｗ：  絶縁膜上シリコンバイオセンサーデバイス，ドイツ国特許出願第１０２２１７９９．８号明細書，２００２年４月）。
【０００３】
バイオセンサー用途に電気化学に基づくＭＥを使用することは、最近、Ｅ．Ｍ．  Ｂｏｏｎ，  Ｊ．Ｅ．  Ｓａｌａｓ，  Ｊ．Ｋ．  Ｂａｒｔｏｎ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  第２０巻，  ｐ２８２，  ２００２年）によって実証された。しかし、検出用有機ワイヤーを固体電極に両端で接続する純粋なＭＥへのアプローチは知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥの研究で現在最もよく利用されているのは、有機ナノワイヤーを形成して所定の位置に配置後、それに金属電極を接続するというものである。いずれかの上部電極を、単層分子膜の上に被着させる。このやり方には、ピンホールや欠陥が発生したり、あるいは金属粒子がクラスターとして取り込まれたりすることによって、敏感な膜が損傷する危険性がある。それは、デバイスを破壊する（短絡）か、例えば分子ワイヤーではなく島状金属を通してのトンネル現象のような結果を容易に引き起こすことがある。ブレーク接合を利用する別の主要なアプローチでは、電極の間隔を、同時に監視している電流−電圧特性に従って分子の長さに動的に合わせなくてはならない。チップスケールではアレイに簡単には組み込むことができない複雑な構成に加え、最終的に得られる間隔を確実に知ることはできず、間隔は測定したコンダクタンスから間接的に推定されるだけである。
【０００５】
後に分子ワイヤーを上に取付けることができる設計の小型電極を最初に作製するという逆のアプローチは、例えば数十ｎｍ未満の構造体を作ることができるに過ぎない電子ビームリソグラフィのような、最新式のリソグラフィ技術の制約のために、比較的長い分子、例えばＤＮＡ又はカーボンナノチューブなど、に限られている（Ｃ．  Ｄｅｋｋｅｒ，  Ｔ．Ｕ．  Ｄｅｌｆｔ，  Ｃ．Ｆ．Ｊ．  Ｔａｎｓらのグループ，  Ｎａｔｕｒｅ，  第３８６巻４７４ページ，１９９７年）。
【０００６】
生体分子の相互作用は、特異的分子パートナー間の結合反応を調べる様々な標識結合手法によって研究されてきた。しかし、分子のうちの１つのコンダクタンスをその分子が分析物の分子と結合反応する間にリアルタイムで測定する記載された方法により、関与する反応物の電子の配置に結合反応が及ぼす直接の影響を知ることができるようになる。
【０００７】
分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーに用いる半導体装置であって、上記の欠点を持たないものを見いだすこと、そしてそのような半導体装置を製造する方法を見いだすことが、本発明の根底にある課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
半導体装置に関する上記の根底にある課題は、１本以上の導電性有機ワイヤーを使用してハイブリッド電子デバイスを作製するためのソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成しているパターン化された半導体ヘテロ構造表面を有することを特徴とする半導体装置により、特に付記２〜１０との組み合わせでもって、解決される。
また、付記５に記載の半導体装置の製造方法であって、前記材料積層体を層平面に対して垂直に劈開し、得られた劈開面を、次に当該劈開面から（一般に１ｎｍ〜５０ｎｍの）深さまで前記ドープされた層だけを除去するように選択的エッチングし、そしてエッチングした当該劈開面に薄い（一般に１ｎｍ〜２０ｎｍ）金属層を角度をつけて被着させて導電性のソース及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法によって、特に付記１２〜１４との組み合わせでもって、解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここに提案する分子エレクトロニクス（ＭＥ）及びＭＥに基づくバイオセンサー用途用の半導体装置（デバイス）は、導電性有機「ワイヤー」（例えば、共役π電子系を有する有機分子、ＤＮＡオリゴヌクレオチド、カーボンナノチューブなど）からトランジスタなどの電子デバイスを作製するための、ソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成するパターン化した半導体ヘテロ構造の表面を含む。このハイブリッド系の有機ワイヤーを、例えば、抗体又はタンパク質などのような生体分子を認識するためのレセプタで最終的に更に機能化することにより、デバイスを、特異的生体分子とそれらの相互作用、例えばＤＮＡ−タンパク質の相互作用、を検出、分析、定量するための高感度の電気的バイオセンサーとして使用することができる。
【００１０】
デバイスの基礎を準備するための出発点は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によりエピタキシャル成長させることができ、そして材料「Ａ」の２つの厚い（一般に数百ｎｍ）の非ドープ層と、それらを分離する別の半導体材料「Ｂ」の、あるいは化合物半導体の場合組成を異にする、ドープした極めて薄い（数ｎｍ）導電層からなる、半導体ヘテロ構造である。この材料の積層体は、層平面に対して垂直に劈開され、その結果得られた劈開面はその後、中央の薄い層「Ｂ」だけが劈開面から数ｎｍの深さまで除去されるように、選択的にエッチングされる。最後に、エッチングした劈開面に薄い（数ｎｍ）金属層を被着して、材料「Ａ」の上に導電性のソース及びドレイン電極を、それらが非常に狭い溝状の「ナノギャップ」によってのみ分離されるように、形成する。
【００１１】
ワイヤーによってブリッジを架ける能動領域は、選択エッチングの前に第１の方向に対して垂直にヘテロ構造を再び劈開することにより、数平方ｎｍまで小さくすることができる。選択エッチングに続いて、異なる方向からの２工程の金属の蒸着を、最小の電極間隔の領域が構造体のコーナーに正確に位置するように行う。図３に示したように、溝の向かい合った側面の側壁メタライズ層は、ここでは互いに向かい合っているだけである。
【００１２】
このベース構造からＭＥデバイスを作製するのは、ソース及びドレインコンタクトを有機ワイヤーに接続することによりなされる。これらのワイヤーは、狭いギャップにブリッジを架けるのにうまく適合する長さの、（半）導電性の一般に鎖状の（生体）分子で構成することができる。サンプルのベース構造に応じて、並列する数千の分子が関与し、あるいはほんの数本の、究極的には１本の単一ワイヤーで処理して検出感度を最大にすることができる。選定するワイヤー種は、末端に金属電極と共有結合することのできる化学末端基がなければならない（例えば、金又は金含有合金の電極の場合、Ｓ−Ａｕ結合を形成するチオール（−ＳＨ）基）。分子の被着は、溶液から又は超高真空中の固体蒸着源からの自己組織化手法によって行うことができる。このプロセスにより、一般に、金属面全体が付着した分子で覆われることになるが、それらの大部分はデバイスの性能に寄与することもなければ、それを乱すこともない。ソース−ドレイン電流は、ソースとドレイン間のギャップにブリッジを架けている分子のうちのわずかな部分によって伝えられるだけである。導電率は、標準的な電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と同様に、溝の底部の薄い導電層「Ｂ」により、それをソース又はドレインに対するバイアス電圧を利用して操作することによって、静電的に制御することができる。
【００１３】
タンパク質−ＤＮＡ結合の場合には直接の、あるいは特異的なレセプタ部位でのワイヤーの機能化による、生体分子分析物の有機ワイヤーへの選択的結合は、その非局在化電子の分布を変化させることができる。そうすると、分子のコンダクタンスが直ちに変化することになって感度のよいバイオセンサーとして利用することが可能になり、あるいは基礎的な分子結合の動力学的側面をリアルタイムで詳細に調べることが可能になる。
【００１４】
本発明の主な目的は次のとおりである。
上記のヘテロ構造の半導体構造は、リード線が３つのシステム（トランジスタ）などのＭＥデバイスを製造するための基礎としての役目を果たす。比類のない精度と柔軟性のために、電極間隔と導電性有機ワイヤー（共役有機分子、ＤＮＡ、カーボンナノチューブなど）でブリッジを架ける能動領域を、ｎｍスケールで設計することができる。これには具体的に言うと、数ナノメートルのオーダーの間隔が含まれ、そしてこれは短い（１〜３ｎｍ）有機共役分子、例えばオリゴフェニルのようなものの、クラス全体を調べる上で特に重要なものである。この範囲の間隔は、現状のリソグラフィー技術では手に入らない。有機ワイヤーに特別な官能基（レセプタ分子のサブユニット）を付加することによって、結果として得られるハイブリッド構造体を、生体分子の高感度検出器として、あるいは生体分子の特異的相互作用を研究するための直接の手段として、用いることができる。
【００１５】
主たる新規性は次のとおりである。
上記のデバイスベース構造により、ＭＥの用途やＭＥに基づくバイオセンシング用途のために短い（数ｎｍの長さ）ワイヤー状の有機分子を用いるのに必要とされるコンタクトスキームを極めて正確に作り出すことができる。相互の間隔が極めて狭い電極は、埋め込まれたゲートの機能と本質的に組み合わされて、静電場の効果により分子の導電率を調整する。精度と再現性が優れているのは、ａ）単原子層の精度で調整することができる出発半導体多層構造、ｂ）原子レベルで平坦で且つはっきりとした劈開面とコーナーを最終的に形成する積層体の（順次２回の）単結晶の劈開、ｃ）１：１００のオーダーの選択比を超えることができる選択的湿式エッチング、及び、ｄ）予測表面粗さが約１ｎｍである滑らかな金属コンタクト層の（順次の）被着、に根ざしている。
【００１６】
このＭＥの概念を基にして、生体分子の選択的な捕捉のために特異的なレセプタユニットでワイヤー系を更に機能化することができる。結合反応によって分子の導電率が変化することが予測され、ハイブリッドデバイスはバイオセンサーデバイスになる。
【実施例】
【００１７】
基礎となる電極を作製するためには、単分子層の厚さの精度で、（２つの垂直な）結晶方向に沿って原子レベルできちんと劈開し最高度の選択エッチングで同時に製作するのを可能にする、全ての材料のヘテロ構造が適している。以下に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造を例に取って作製プロセスの概要を説明する。この事例では、積層体は、ドープしていないＡｌＧａＡｓ層（厚さ３００ｎｍ）と、高濃度ｎ型ドープ（Ｓｉを１０18ｃｍ-3）のＧａＡｓ層（５ｎｍ）と、ドープしていない別のＡｌＧａＡｓ層（厚さ３００ｎｍ）を含むことができ、全て標準的な半絶縁性ＧａＡｓ＜１００＞基板（６５０μｍ）の上にＭＢＥによって成長させる。原理の検証のため、成長させたウエハから面積が数ｍｍ2のサンプル片を切り取る。劈開を行なう前に、外部の配線／装置に接続する全ての必要な大きい電気接続パッド（約１００μｍ）を、標準的な解像度のフォトリソグラフィ、エッチング、及びメタライゼーションによって製作する。図４に概略を示したように、ソースとドレインのためのコンタクトをウエハの裏面と表面に被着させることができ、ゲートコンタクトを厳密にｎ型ドープＧａＡｓ層に至るまでエッチングした表面の階段状の構造のところに被着させることができる。ソース及びドレインのコンタクト金属は、ＴｉＡｕにすることができる。ゲートコンタクトに関しては、例えばＮｉＧｅＡｕ合金のような、オーミックコンタクトスキームが、ドープしたＧａＡｓ層と確実に接触するため半導体の内部への金属のマイグレーションを少なくとも確実に浅くにするのに最適であり。ソース及びドレインコンタクトは、それぞれの薄膜金属層（実際の分子によるソースとドレインを形成する）を後から蒸着することによってその薄膜金属層に直接接続することになる。これにより、巨視的なコンタクトを狭い劈開面に適用するための決定的に重要な手順が回避される。
【００１８】
次の工程として、サンプルを＜１１０＞結晶方位に沿って機械的に劈開させる。劈開の正確な位置は、電気的に活性であると考えられる領域の十分外側の、サンプルの縁部にある表面の細い溝によって予め決めておく必要がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層体は、原子レベルで平坦な平面に沿って完全に割れて分かれる。続いて、得られた劈開面の薄いＧａＡｓをＡｌxＧａ1-xＡｓに対して約１０ｎｍの深さまで選択的に湿式エッチングする（クエン酸／Ｈ2Ｏ2の配合を用いてｘ＝０．３の場合に報告されている最大選択率は１２０：１である。Ｇ．Ｃ．  ＤｅＳａｌｖｏ  ｅｔ  ａｌ．，  ＪＥＣＳ  １９９２参照）。最後に、ソース及びドレインコンタクトのメタライゼーションを、超高真空（ＵＨＶ）中での約４ｎｍの厚さの熱又は電子ビームを利用した金属の蒸着によって行う。ここで、角度をつけての蒸着によって、電極間の短絡が確実に起こらないようになり、且つ、高濃度ドープのＧａＡｓ層が金属から確実に離れたままになる。５ｎｍのＧａＡｓと公称４ｎｍの金属を被着する所定の例については、４５°の蒸着の場合に結果として幅が約２ｎｍのギャップが得られる。より良好な表面平滑度（≒  ｎｍオーダー）を良好な密着特性とともに得るのに好適な金属系は、組成比が２０：８０のパラジウム−金（ＰｄＡｕ）合金である。
【００１９】
数個の（場合によっては単一の）分子を用いたここで提案しているデバイスの作製の場合には、最初に、ヘテロ構造のサンプルを２つの垂直な結晶方位に沿って２回劈開させる必要がある。選択的なエッチングの後に、異なる角度の方向から金属薄膜を２回蒸着し（図３参照）、正確に２つの劈開面のコーナーにおいてだけ、溝の向かい合う２つの側面の側壁金属層が互いに向き合うようにする。ここで、ソース及びドレインコンタクトの間隔は、一般に数ｎｍ2という最小限の領域において、最小になる。
【００２０】
説明したデバイス基礎材料の製作に続いて、それぞれの有機分子ナノワイヤーを被着させることができる。溶媒溶液（エタノール）から自己組織化させることのできるジチオール−オリゴフェニル（両端がチオール基になっている。ビフェニルの場合の図２と比較のこと）がその一例である。このほかの可能なワイヤーは、水溶液から、究極的には電解質溶液から被着される二本鎖ＤＮＡオリゴヌクレオチドのような強く帯電した種である。水溶液からの分子の被着に関しては、ＡｌＧａＡｓが酸化／溶解しないように保護する必要性が現在研究されている。
【００２１】
平行に配向したワイヤーを自己組織化させて最終的にギャップ全体にブリッジを架けそれを覆った後に、ゲート電圧の関数としてのソース及びドレイン間のコンダクタンスを測定する。例えばＤＮＡ鎖へのタンパク質の特異的結合を調べるといったように生理的緩衝溶液下でのバイオセンサーとしてデバイスを作動させる場合には、必要とされるＰｄＡｕ電極の保護（水溶液に対する）の問題に対処しなければならない。
【００２２】
本発明は、以上説明したとおりであるが、その特徴を種々の態様とともに付記すれば、次のとおりである。
（付記１）分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーに用いる半導体装置であって、１本以上の導電性有機ワイヤーを使用してハイブリッド電子デバイスを作製するためのソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成しているパターン化された半導体ヘテロ構造表面を有することを特徴とする半導体装置。
（付記２）前記有機ワイヤーが、共役π電子系を有する有機分子、ＤＮＡオリゴヌクレオチド、又はカーボンナノチューブであることを特徴とする、付記１に記載の半導体装置。
（付記３）当該ハイブリッド電子デバイスの前記１本以上の有機ワイヤーが、前記デバイスを特異的生体分子とそれらの相互作用の検出、分析及び定量のための高感度の電気バイオセンサーとして使用することができるよう、生体分子の認識のためのレセプタ又は、ホルモン、多糖類、脂質、あるいは薬物といったような生体活性分子を認識する生体分子でできたレセプタで更に機能化されていることを特徴とする、付記１又は２に記載の半導体装置。
（付記４）生体分子の認識のための前記レセプタが抗体又はタンパク質であることを特徴とする、付記３に記載の半導体装置。
（付記５）材料Ａの２つの厚い（一般に５０ｎｍ〜１μｍ）非ドープ層と、それらを分離する、異なる半導体材料Ｂの、あるいは化合物半導体の場合には異なる組成の、ドープされた薄い（一般に１ｎｍ〜２０ｎｍ）層の材料積層体から構成され、非常に狭い溝状のナノ−ギャップによってのみ隔てられている導電性のソース及びドレイン電極を材料Ａの上に有する半導体ヘテロ構造（図２Ａ）を特徴とする、付記１〜４の一つに記載の半導体装置。
（付記６）前記ハイブリッド電子デバイスを分子エレクトロニクスデバイス又はバイオセンシングデバイスとして使用する場合、選択的にエッチングした前記ドープされた薄い層が電界効果ゲート電極の機能を果たすことを特徴とする、付記５に記載の半導体装置。
（付記７）前記ワイヤーを、前記ギャップと同じ又はそれを超える長さであり、前記ソース及びドレイン電極と共有結合することのできる化学末端基で終えている分子で構成することができることを特徴とする、付記１〜５に記載の半導体装置。
（付記８）生体分子分析物の前記有機ナノワイヤーへの選択的結合が当該ワイヤーへの前記レセプタの電子親和性を変化させて、その非局在化電子の分布を変化させ、分子のコンダクタンスを変化させることになることを特徴とする、付記３に記載の半導体装置。
（付記９）前記ヘテロ構造の材料積層体が、前記非ドープ層のためのドープしていないＡｌＧａＡｓと、中間の前記ドープされた層のためのドープされたＧａＡｓとを含むことを特徴とする、付記５又は６に記載の半導体装置。
（付記１０）前記ソース及びドレイン電極が、被着されたＰｄとＡｕの合金で形成されていることを特徴とする、付記５又は６に記載の半導体装置。
（付記１１）付記５に記載の半導体装置の製造方法であって、前記材料積層体を層平面に対して垂直に劈開し、得られた劈開面を、次に当該劈開面から（一般に１ｎｍ〜５０ｎｍの）深さまで前記ドープされた層Ｂだけを除去するように選択的エッチングし、そしてエッチングした当該劈開面に薄い（一般に１ｎｍ〜２０ｎｍ）金属層を角度をつけて被着させて（図１Ｂ）導電性のソース及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２）前記劈開を、異なる好ましくは垂直な結晶方位に沿って２回行なうこと、及び２つの金属層を異なる角度の方向から順番に、最小の電極間隔の領域が正確に２つの劈開クレームのコーナーだけに形成するようにして、被着させることを特徴とする、付記１１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により半導体ヘテロ構造をエピタキシャル成長させることを特徴とする、付記１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）付記７の半導体装置を製造するための方法であって、溶液から又は超高真空中の固体蒸着源から自己組織化手法によりワイヤーを被着させることを特徴とする、付記１１〜１３の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】デバイス基礎材料の製作。ａ）半導体ヘテロ構造積層体Ａ／Ｂ／Ａと、結晶の劈開、ｂ）選択的エッチングと角度をつけた金属蒸着後の断面。
【図２】デバイスが動作する準備。ａ）電極間のギャップにブリッジを架ける共役分子（例えばジチオールビフェニル）と、トランジスタが動作する準備。ｂ）生体データ測定のための特異的生体分子結合基（例えばＤＮＡヌクレオチド）を有する固定化した分子。
【図３】数個（１個）の分子の配置。２回の垂直劈開と順次行う２回の角度をつけた蒸着後のヘテロ構造のコーナー。破線を引いた領域は最小の電極間隔の領域である。
【図４】コンタクトスキーム。外部の電気配線／装置へのコンタクトがリソグラフィによって作られた典型的デバイス（断面図）（実施例参照）。
【国際調査報告】
2006503277.tif 000007
2006503277.tif 000008