專利名稱：單電子晶體管、場效應(yīng)晶體管、傳感器、傳感器的制造方法及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及具有場效應(yīng)晶體管(以下簡稱為FET)或者單電子晶體管(以下簡稱為SET)結(jié)構(gòu)的生物傳感器等傳感器。
背景技術(shù)：
對于以往提出的生物傳感器，是在電極上形成具有能夠與特定分子選擇性反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)的薄膜，測定該薄膜吸附上述特定分子時的電位變化。具體方式為，在電極上形成具有葡糖氧化酶的薄膜，通過測定伴隨與葡糖的氧化反應(yīng)的電流值的變化來檢測葡糖量。
關(guān)于這種生物傳感器，可以舉出例如特開平10-260156號公報；相澤，ケミカルコミニユケ一シヨン，945頁(1989年)；Alexander Star，Jean-Christophe P，Gabriel.Keith Bradley，and George Gruner，Vol.3，No.4，459-463(2003)等。
但是，以往的生物傳感器由于是如上所述直接檢測伴隨化學(xué)反應(yīng)的電流值的方法，因此檢測靈敏度低，難以檢測出低濃度的葡糖，具有無法充分發(fā)揮生物傳感器的高選擇性特長的缺點。
本發(fā)明的目的在于，解決這種以往技術(shù)中存在的缺點，提供靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于以往的單電子晶體管、場效應(yīng)晶體管、傳感器、傳感器的制造方法及檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方式一為單電子晶體管，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成。
本發(fā)明的方式二的特征為，在上述方式一中，在所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，例如在襯底的與設(shè)置有源極和漏極的面相反的面，或者與設(shè)置有源極和漏極的面相同的面上，在與源極和漏極分開的位置設(shè)置柵極。
本發(fā)明的方式三的特征為，上述方式一中，在所述襯底的設(shè)置有溝道的側(cè)的表面，設(shè)置具有官能團(tuán)的薄膜。
本發(fā)明的方式四的特征為，上述方式一或方式三中，在所述襯底側(cè)的最上面和溝道之間設(shè)置有空隙。
本發(fā)明的方式五的特征為，上述方式一中，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的方式六的特征為，上述方式五中，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
本發(fā)明的方式七的特征為，上述方式五或方式六中，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
本發(fā)明的方式八為場效應(yīng)晶體管，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成。
本發(fā)明的方式九的特征為，上述方式八中，在所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，設(shè)置柵極。
本發(fā)明的方式十的特征為，上述方式八中，在所述襯底的設(shè)置有溝道的側(cè)的表面，設(shè)置由具有官能團(tuán)的電介體構(gòu)成的薄膜。
本發(fā)明的方式十一的特征為，上述方式八或方式十中，在所述襯底側(cè)的最上面和溝道之間設(shè)置有空隙。
本發(fā)明的方式十二的特征為，上述方式八中，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的方式十三的特征為，上述方式十二中，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
本發(fā)明的方式十四的特征為，上述方式十二或方式十三中，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
本發(fā)明的方式十五為傳感器，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成。
本發(fā)明的方式十六的特征為，上述方式十五中，在所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，設(shè)置柵極。
本發(fā)明的方式十七的特征為，上述方式十六中，所述源極、漏極及柵極中的至少一個電極是由鈦層和覆蓋該鈦層表面的金屬構(gòu)成。
本發(fā)明的方式十八的特征為，上述方式十五中，在所述襯底設(shè)置有溝道的側(cè)的表面，設(shè)置具有官能團(tuán)的薄膜。
本發(fā)明的方式十九的特征為，上述方式十八中，所述薄膜為氧化硅。
本發(fā)明的方式二十的特征為，上述方式十五中，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的方式二十一的特征為，上述方式二十中，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
本發(fā)明的方式二十二的特征為，上述方式二十或方式二十一中，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
本發(fā)明的方式二十三的特征為，上述方式十五中，所述溝道的兩個端部分別被熔敷在源極和漏極上。
本發(fā)明的方式二十四的特征為，上述方式十五中，所述溝道的表面被用與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)直接修飾。
本發(fā)明的方式二十五的特征為，上述方式十五中，所述溝道的表面形成有絕緣薄膜，該絕緣薄膜被與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)進(jìn)行修飾。
本發(fā)明的方式二十六的特征為，上述方式十六中，所述柵極被與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)進(jìn)行修飾。
本發(fā)明的方式二十七的特征為，上述方式二十四至方式二十六中，所述被檢測物質(zhì)及特定物質(zhì)是相互作用的生物高分子。
本發(fā)明的方式二十八的特征為，上述方式二十七中，所述被檢測物質(zhì)是抗原或抗體，所述特定物質(zhì)是抗體或抗原。
本發(fā)明的方式二十九的特征為，上述方式二十四中，在所述漏極和柵極的表面，形成有未被所述修飾物質(zhì)的覆膜覆蓋的部分。
本發(fā)明的方式三十為傳感器的制造方法，其特征為，所述傳感器至少具備襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，在設(shè)置所述源極和漏極的位置分別以列狀設(shè)置催化劑，使兩個催化劑列對置，通過該催化劑的作用使超微細(xì)纖維從源極生長到漏極，構(gòu)成所述溝道。
本發(fā)明的方式三十一的特征為，上述方式三十中，所述催化劑由支持層、形成于該支持層上的含有過渡金屬的中間層、形成于該中間層上的含有過渡金屬的頂層而構(gòu)成。
本發(fā)明的方式三十二的特征為，上述方式三十或三十一中，所述催化劑以點狀形成圖案，構(gòu)成所述催化劑列。
本發(fā)明的方式三十三的特征為，上述方式三十中，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的方式三十四的特征為，上述方式三十三中，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
本發(fā)明的方式三十五的特征為，上述方式三十三或方式三十四中，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
本發(fā)明的方式三十六為檢測方法，其是用傳感器檢測試樣溶液中的被檢測物質(zhì)的方法，其特征為，所述傳感器至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，在該溝道上滴加所述試樣溶液后，使該試樣溶液的溶劑蒸發(fā)。
本發(fā)明的方式三十七為檢測方法，其是用傳感器檢測試樣溶液中的被檢測物質(zhì)的方法，其特征為，所述傳感器至少具備襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，在該溝道上滴加所述試樣溶液后，凍結(jié)該試樣溶液的溶劑。
本發(fā)明的方式三十八的特征為，上述方式三十六或方式三十七中，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的方式三十九的特征為，上述方式三十八中，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
本發(fā)明的方式四十的特征為，上述方式三十八或方式三十九中，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
本發(fā)明為如上所述的構(gòu)成，由于對溝道使用了碳納米管等超微細(xì)纖維，因此可以提供超高靈敏度的單電子晶體管、場效應(yīng)晶體管、傳感器、傳感器的制造方法及檢測方法。


圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的傳感器的斜視圖。
圖2是該傳感器的概略構(gòu)成圖。
圖3是表示使用該傳感器進(jìn)行檢測的狀況的概略圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式涉及的傳感器的其他檢測狀況的概略圖。
圖5是該傳感器的絕緣襯底和柵極之間的放大概略圖。
圖6是表示在本發(fā)明的實施方式中生長并形成碳納米管的狀況的概略構(gòu)成圖。
圖7是表示碳納米管單電子晶體管的室溫庫侖金剛石特性的圖。
圖8是表示按照以往的方法生長并形成碳納米管的狀況的概略斜視圖。
圖9是表示按照本發(fā)明的方法生長并形成碳納米管的狀況的概略斜視圖。
圖10是表示按照本發(fā)明的方法的催化劑的排列例的概略斜視圖。
圖11是該催化劑的放大斜視圖。
圖12是沒有實施第二個方法的傳感器的俯視圖(a)和截面圖(b)。
圖13是表示將溶液滴加在該傳感器后的狀態(tài)的傳感器的俯視圖(a)和截面圖(b)。
圖14是本發(fā)明的傳感器的俯視圖(a)和截面圖(b)。
圖15是表示將溶液滴加在該傳感器后的狀態(tài)的傳感器的俯視圖(a)和截面圖(b)。
圖16是表示用本發(fā)明的傳感器修飾后柵極的狀態(tài)的截面圖。
圖17是表示用本發(fā)明的傳感器直接分子修飾碳納米管的狀態(tài)的截面圖。
圖18是表示用本發(fā)明的傳感器間接分子修飾碳納米管的狀態(tài)的截面圖。
圖19是表示本發(fā)明的傳感器的另一結(jié)構(gòu)的概略構(gòu)成圖。
圖20是表示本發(fā)明的傳感器的又一結(jié)構(gòu)的概略構(gòu)成圖。
圖21是通過本發(fā)明的傳感器進(jìn)行FITC檢測時的IV特性曲線圖。
圖22是通過本發(fā)明的傳感器進(jìn)行Ni離子檢測時的IV特性曲線圖。
圖23是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖25是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖26是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖27是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖28是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖29是根據(jù)本發(fā)明的傳感器在溶膠凝膠法中的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖30是根據(jù)本發(fā)明的傳感器在溶膠凝膠法中的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖31是根據(jù)本發(fā)明的傳感器在溶膠凝膠法中的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖32是根據(jù)本發(fā)明的傳感器在溶膠凝膠法中的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖33是根據(jù)本發(fā)明的傳感器在溶膠凝膠法中的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖34是根據(jù)本發(fā)明的傳感器在溶膠凝膠法中的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行血細(xì)胞凝集素檢測時的IV特性曲線圖。
圖35是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行鈣調(diào)蛋白檢測時的IV特性曲線圖。
圖36是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的抗原抗體反應(yīng)進(jìn)行鈣調(diào)蛋白檢測時的IV特性曲線圖。
具體實施例方式
接著，結(jié)合

本發(fā)明的實施方式。圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的SET型生物傳感器的斜視圖，圖2是該SET型生物傳感器的概略構(gòu)成圖。
在這些圖中，1是芯片狀的絕緣襯底；2是涂布到該絕緣襯底1上并且在表面具有如羥基、氨基、羧酸基等官能團(tuán)的薄膜(在本實施方式中是由具有羥基的SiO2構(gòu)成的薄膜)；3和4是在薄膜2上隔著規(guī)定間隔形成的源極和漏極；在兩個電極3、4的對置部分形成有尖端部5、6(參照圖1)。在兩個電極3、4的尖端部5、6生長并形成有引入缺陷的碳納米管(以下簡稱為CNT)7。在所述襯底1的與薄膜2相反側(cè)的面形成有柵極8。
對于所述絕緣襯底1使用例如氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鈦等無機(jī)化合物或丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺等有機(jī)化合物等。另外，對于電極3、4、8使用例如金、鉑、鈦等金屬。電極3、4、8的電連接關(guān)系是如圖2所示的連接關(guān)系。
本實施方式中作為納米管狀結(jié)構(gòu)體使用CNT，通過使用該納米管狀結(jié)構(gòu)體，可以形成非常微細(xì)的溝道，從而可以得到高靈敏度的傳感器。
另外，如圖2所示，在CNT7的下方形成有空隙G。這樣就構(gòu)成具有SET結(jié)構(gòu)的傳感器。SET和FET雖然基本構(gòu)成相同，但對于構(gòu)成電流通道的溝道來說，SET的溝道具有量子點結(jié)構(gòu)，而FET的溝道不具有量子點結(jié)構(gòu)，在這方面兩者存在差異。
對于該晶體管(SET及FET)，針對柵極8和CNT7上的電荷(更嚴(yán)格地說是自旋電子狀態(tài))的變化，源極3、漏極4之間的電流值會敏感地變化。總的來說SET比FET靈敏度更高。另外，雖然CNT生長后很少能夠直接觀測到SET特性，但是通過將FET狀的CNT放置在CNT的生長溫度(900℃左右的高溫)，CNT會部分地破損，形成島，從而會顯示出SET的電流特性。另外，通過流通比工作電流(約數(shù)μA)大的電流(約數(shù)mA)也能夠得到同樣的結(jié)果。
本發(fā)明中，在這些晶體管的柵極8和CNT7上附著分子時，CNT上的自旋電子狀態(tài)會間接或直接地變化，因此，從此時產(chǎn)生的源極3-漏極4之間的電流的變化，就可以檢測出附著的分子。另外，也可以從分子修飾柵極8和CNT7自身時的電流變化檢測修飾分子，或者檢測修飾分子與其他分子的反應(yīng)。
特別是當(dāng)用抗體(或抗原)修飾柵極8和CNT7時，可以利用抗體-抗原反應(yīng)檢測特定抗原(或抗體)，因此可以根據(jù)該方法超高靈敏度且快速地檢測出感染癥病毒、細(xì)菌等微生物。該方法通過感染癥的早期發(fā)現(xiàn)可以有效地利用于預(yù)防和微生物的研究，并且由于元件(傳感器)自身顯著變小，因此可以帶到現(xiàn)場，用于感染癥病毒的檢測及其研究。
圖3是表示使用該傳感器進(jìn)行檢測的狀況的概略圖。如該圖3所示，傳感器具有分子檢測部分18和信號轉(zhuǎn)換部分19，兩者為緊密連接的關(guān)系。圖中的12是由SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜；13是能夠與需要檢測的物質(zhì)發(fā)生選擇性反應(yīng)或者吸附(相互作用)的特定物質(zhì)(例如抗體)；14是能夠與該特定物質(zhì)13發(fā)生選擇性反應(yīng)或者吸附(相互作用)的被檢測物質(zhì)(例如抗原)；15是含有該被檢測物質(zhì)14的試樣溶液。
圖4和圖5是表示使用本發(fā)明的傳感器進(jìn)行檢測的另一狀況的概略圖，圖5是該傳感器的絕緣襯底1和柵極8之間的放大概略圖。此時，含有該被檢測物質(zhì)14的試樣溶液15存在于絕緣襯底1和柵極8之間，進(jìn)行被檢測物質(zhì)14的檢測。在圖5中符號20是保持特定物質(zhì)(例如抗體)的取向的分子，21是存在于試樣溶液15中的被檢測物質(zhì)以外的物質(zhì)。圖5表示被檢測物質(zhì)(例如抗原)14被特定物質(zhì)(例如抗體)13選擇性地反應(yīng)或者吸附的狀況。
接著，說明CNT的基本導(dǎo)電特性的控制。
(1)為了任意地設(shè)計構(gòu)成生物傳感器裝置的基本要素的CNT的生長位置、方向、根數(shù)、手征性、特性等，進(jìn)行有關(guān)電場和磁場的施加、生長CNT時使用的催化劑的種類和形狀等的最佳化。
圖6是表示制作催化劑圖案，邊施加電場邊控制CNT的位置和方向的方法的概略構(gòu)成圖。圖中的1是絕緣襯底；2是涂布到該絕緣襯底1上的由SiO2構(gòu)成的薄膜；9a、9b是在SiO2薄膜2上形成圖案的由鐵等構(gòu)成的催化劑層；7是施加電場而在催化劑層9a、9b之間形成的CNT，生長位置、方向、根數(shù)、手征性、特性等可以任意地控制。10是反應(yīng)容器；11是作為CNT的原料的甲烷氣體等烴氣體。生長的CNT的長度為數(shù)μm左右(例如3μm左右)，直徑為數(shù)nm左右，成為超微細(xì)的纖維狀集合體。
(2)把該控制了位置、方向、特性等的CNT用作為無侵襲的電極，制作四探針法形狀。
所謂四探針法是如下方法對試樣在直線上設(shè)置四根針狀電極(例如電極A、B、C、D)，在外側(cè)的兩個探針(例如電極A和電極D)之間流通一定電流，測定在內(nèi)側(cè)的兩個探針(例如電極B和電極C)之間產(chǎn)生的電位差，求出電阻值，對求出的電阻值乘以試樣的厚度和修正系數(shù)RCF，從而計算出試樣的體積電阻值。
(3)電極和溝道(CNT)搭接的部分，使用高電場的電子束或者STM(Scanning Tunneling Microscopy掃描隧道顯微鏡法)/AFM(Atomic ForceMicroscopy原子力顯微鏡)，通過局部施加電場進(jìn)行焊接，使電極和溝道(CNT)成為一體。
(4)接著，評價CNT的傳輸特性。作為評價的導(dǎo)電特性，存在有沖擊性導(dǎo)電特性、可否自旋注入、可否自旋傳輸?shù)取?br> (5)本發(fā)明人等在預(yù)備實驗中已確認(rèn)，通過對CNT引入缺陷，CNT的電特性會大幅度變化(在預(yù)備實驗中已確認(rèn)，通過對CNT引入缺陷，能夠形成具有約5000K的高庫侖能量且在室溫下工作的SET)。
從而，通過STM/AFM加工和由電子束對CNT任意地引入缺陷，得到可控制導(dǎo)電特性的CNT。
作為該CNT的缺陷引入法的具體例，可以舉出例如用與生成CNT時大致相同的溫度(例如800℃左右)退火，然后自然冷卻的方法。所謂CNT的缺陷是指由于熱量原因碳原子的一部分飛出，從而CNT以碎片的狀態(tài)勉強連接這樣的CNT的形狀等發(fā)生了變化。但目前還不能確定實際上成為何種結(jié)構(gòu)。
(6)研究該CNT內(nèi)的缺陷與CNT電特性的相關(guān)性。例如，通過掃描探針法(開爾文探針法、麥克斯韋探針法等)評價缺陷的密度、分布、大小(尺寸、能量壁壘等)，明確其與CNT電特性的相關(guān)性。這樣通過把握CNT內(nèi)的缺陷與電特性的相關(guān)性，就可以制造特性的重現(xiàn)性和均勻性優(yōu)良的SET。
(7)通過上述(6)控制缺陷引入，可以控制碳納米管的電特性。
本發(fā)明中，使用引入缺陷的CNT，可以制造在室溫下工作的SET。這里說明了使用引入缺陷的CNT的情況，但也可以使用不引入缺陷的CNT。
為了避免以往SET中成為問題的游離電荷和移動電荷引起的錯誤動作，本發(fā)明中制作兩個鄰近的使用CNT的SET，在檢測單一電荷時，取兩個SET的輸出特性(室溫)的和(AND)。由此僅有真電荷時兩個SET才會工作，從而可以避免游離電荷和移動電荷引起的錯誤動作。
進(jìn)而，為了使測定速度快速化，使用上述的方法，采用并非以往的直流方式、而是使用共振電路以交流工作的系統(tǒng)。由此，可以在室溫并且迅速、沒有錯誤動作地測定單一的電荷分布。
圖7是表示使用CNT的SET的室溫庫侖金剛石特性的圖。從該室溫庫侖金剛石特性可以確認(rèn)，本發(fā)明的使用CNT的SET可以在室溫工作。
如圖1所示，在襯底1上形成使用CNT的SET的同時，如圖3所示，為了在溶液中運轉(zhuǎn)，用由SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜12涂布芯片，在該SiO2保護(hù)膜12上固定抗體等特定物質(zhì)13。在該例子中設(shè)置了保護(hù)膜12，但也有不設(shè)置保護(hù)膜12的情況。
在溶解了DNA等被檢測物質(zhì)14的試樣溶液15中設(shè)置本實施方式涉及的生物傳感器，使用共振電路以交流工作，測定特定物質(zhì)13和被檢測物質(zhì)14的單一電子相互作用，從而可以檢測被檢測物質(zhì)14(表面電荷分布特性的評價)。
接著，詳細(xì)說明使用CNT的傳感器的信號轉(zhuǎn)換部分的制作。利用CNT的半導(dǎo)體性質(zhì)，制作FET、SET型的晶體管。制作方法包括采用普通光刻法進(jìn)行的催化劑蒸鍍、采用熱CVD法進(jìn)行的CNT生長以及電極制作的工藝。
但是，存在以下問題。首先，控制CNT生長并不容易。雖然提出過幾種CNT的生長法，但制作用單一的CNT連接信號轉(zhuǎn)換部分電極間的元件時，CNT架橋于催化劑間的成品率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是重要的。因此，確定催化劑(相互的位置、結(jié)構(gòu)、大小等)和熱CVD法的條件(溫度、氣體的種類、流量、電場或磁場的導(dǎo)入等)是重要的。
進(jìn)而，在催化劑上CNT生長后制作電極，但是會發(fā)生電極從襯底剝離或者電極內(nèi)產(chǎn)生龜裂等現(xiàn)象，并且還存在與CNT的接觸電位影響元件的特性和強度的可能性，為了得到穩(wěn)定的電流特性，需要研究電極材料。
本發(fā)明的實施方式中，特別是對催化劑的諸要素使用了新的方法(后述的第一方法)。另外，用分子直接修飾CNT的情況等，含有電極和分子的溶劑有時會覆蓋電極，覆蓋電極表面的溶劑會對電極和探針器等測定裝置的連接產(chǎn)生影響，因此采用了防止該現(xiàn)象的方法(后述的第二方法)。
進(jìn)而，對于元件使用后柵極和側(cè)柵極的情況，試樣和含有試樣的蒸氣等有時也會影響柵極。這可以通過保護(hù)CNT來避免(后述的第三方法)。實際上存在這樣的實例，在使用后柵極和側(cè)柵極的諸反應(yīng)的檢測結(jié)果中，被檢測物質(zhì)氣化，從而不僅附著柵極而且附著CNT表面，因此認(rèn)為電流值發(fā)生了變化。
所謂上述第一方法，具體來講由于形成CNT生長核，因此使用電子射線光刻法在SiO2膜上蒸鍍催化劑。本實施方式中，用300nm左右的SiO2膜覆蓋厚度380μm的Si襯底的兩個表面。其是關(guān)于在該SiO2膜上使用鐵、鎳、鈷、鉬、鎢等過渡金屬或者含有這些過渡金屬微粒的催化劑形成CNT的生長核的方法。
圖8是用于說明以往方法的圖，圖中的1是在兩個表面形成有SiO2膜的Si絕緣襯底；7是CNT；9a、9b是催化劑；22a、22b是以后形成電極的位置。以往的方法為如該圖8所示，隔著規(guī)定間隔通過蒸鍍一個一個地形成催化劑9a、9b，當(dāng)從一個催化劑9a生長的CNT7到達(dá)成對的催化劑9時，通過CNT7可以連接催化劑9a、9b之間。
圖9是用于說明本發(fā)明的實施方式(第一方法)的圖，如該圖9所示，在形成一個電極的位置22a并列形成多個點狀的催化劑(9a-1，9a-2，……9a-n)，在形成另一個電極的位置22b也與上述催化劑(9a-1，9a-2，……9a-n)對置地形成多個點狀的催化劑(9b-1，9b-2，……9b-n)。這樣通過增加催化劑9的設(shè)置數(shù)、即CNT的生長核，使其緊密地排列，可以顯著提高原本容易從催化劑9無序生長的CNT到達(dá)成對的催化劑9的可靠性。通過該方法，可以比以往提高成品率10倍或以上。
圖10是表示本實施方式涉及的催化劑9的配置例的圖。以相鄰的催化劑的間隔L1為2μm而分別每6個緊密地排列，一方的催化劑(9a-1，9a-2，……9a-n)和另一方的催化劑(9b-1，9b-2，……9b-n)的間隔L2為4μm。這里，催化劑9的設(shè)置數(shù)、間隔L1及間隔L2也可以任意設(shè)定。
圖11是催化劑9的放大斜視圖。如該圖9所示，催化劑9為如下三層結(jié)構(gòu)50nm厚度的由Si等構(gòu)成的支持層25、在其上面形成的10nm厚度的由Mo、Ta、W等過渡金屬構(gòu)成的中間層26、在其上面形成的3nm厚度的由Fe、Ni、Co等過渡金屬構(gòu)成的頂層27。從而，催化劑9的總高度H為63nm，直徑D為2μm。該多層結(jié)構(gòu)的催化劑9通過蒸鍍、濺射、離子鍍等薄膜形成技術(shù)被形成圖案。
將形成有催化劑9的絕緣襯底1如圖6所示設(shè)置在熱CVD裝置的反應(yīng)容器10內(nèi)，然后注入甲烷或乙烷等烴氣體11，在催化劑9上生長CNT7。
本實施方式中，按照如下順序進(jìn)行CNT7的生長。將形成有催化劑9的絕緣襯底1經(jīng)15分鐘從室溫加熱到900℃。此時，將Ar以1,000sccm(1分鐘氣體流量)的流量通入容器10內(nèi)。在維持該溫度的條件下，分別以1,000sccm、500sccm的流量通入10分鐘的甲烷和氫氣，然后經(jīng)120分鐘把反應(yīng)器10內(nèi)冷卻至室溫。此時再以1,000sccm通入Ar氣體。
這樣生成CNT后，蒸鍍電極(源極3、漏極4)。電極在蒸鍍Au或者蒸鍍Ti后用Au覆蓋其表面。特別是后者具有從襯底的剝離和電極內(nèi)的龜裂少的優(yōu)點。覆蓋催化劑的電極的寬度為10μm左右。
接著，說明上述第二方法。電極同時形成多個(50～400個左右)。當(dāng)直接修飾CNT時，有時會在CNT上滴加含有該修飾分子的溶液，此時根據(jù)溶液量有時會覆蓋整個電極。一旦電極的表面被溶液覆蓋，則在測定由CNT連接的電極間的電流時，在探針器等測定裝置的探針與電極間會形成覆膜，從而可能無法得到正確的電流值。
圖12和圖13是用于說明未實施第二方法的傳感器的圖，圖12是表示滴加溶液之前的狀態(tài)的圖，圖13是表示滴加溶液之后的狀態(tài)的圖，兩個圖都是(a)為俯視圖、(b)為截面圖。以往的傳感器由于電極3、4的尺寸小，因此如圖13所示，滴加溶液而形成的覆膜28覆蓋整個電極3、4的情況就多。流通在電極3、4間的電流值微小至1μA左右，因此如果測定裝置的探針與電極3、4之間存在覆膜28，就無法正確測定電流。
因此，本發(fā)明中如圖14和圖15所示，使電極3、4的長度L3(參照圖14(a))比圖12所示的情況要長約1.5～3倍左右。這樣通過增長電極3、4的長度L3，即使形成了修飾CNT7的分子的覆膜28，在電極3、4的端部也會形成未被覆膜28覆蓋的部分29(參照圖15)。對于該未被覆膜28覆蓋的部分29，使用光學(xué)顯微鏡接觸探針器等測定裝置的探針，可以正確地測定流通在電極3、4間的電流。
本實施方式的情況，在圖14(a)中使電極3、4的尖端部的寬度W1為10μm，使接觸探針的部分的寬度W2為150μm，使長度L3為500μm。如圖14(b)所示，CNT7在電極3、4間呈稍微彎曲的狀態(tài)，在與襯底1側(cè)的最表面之間設(shè)置有空隙G，通過CNT7的松弛吸收與襯底1的熱膨脹系數(shù)之差。
接著說明上述第三方法。CNT被認(rèn)為具有相同尺寸鐵的2,000倍的強度，實際上，即使在直接分子修飾CNT后洗滌也幾乎不會損傷CNT。但是，CNT容易與以水為代表的各種分子發(fā)生相互作用，改變其自旋電子狀態(tài)，會表現(xiàn)出電流值變化。其可以積極地用作為氣體傳感器的同時，將后柵極和側(cè)柵極等用作傳感器時會成為噪音源。
因此，本發(fā)明中用絕緣性保護(hù)膜覆蓋CNT和電極的一部分，來減少噪音。形成絕緣膜時可以使用絕緣性粘接劑，也可以使用廣泛用于旋涂法的鈍化膜。特別是通過形成絕緣性保護(hù)膜，觀測不到對后柵極賦予水時看到的電流的增大。另外，通過形成該絕緣性保護(hù)膜，可以對整個元件進(jìn)行超聲波洗滌，或者用現(xiàn)有強力的洗滌劑洗滌后柵極等。
可以在各種各樣的位置形成傳感器的柵極，因此可以根據(jù)傳感器的用途和制作的容易度采用各種結(jié)構(gòu)。接著，說明各結(jié)構(gòu)。
(A)分子修飾了柵極的結(jié)構(gòu)如果形成于襯底的SiO2膜上附著分子，則流通于源極和漏極之間的電流值就會變化。例如，將熒光分子FITC(異硫氰酸鹽熒光素)賦予柵極，電流值會變化。另外，作為抗體-抗原反應(yīng)的例子，用抗體(或抗原)對SiO2膜進(jìn)行分子修飾，與對應(yīng)的抗原(或抗體)反應(yīng)，來檢測電信號的變化。與CNT相比可以在大的范圍進(jìn)行分子修飾，因此適合于以許多分子為對象的檢測。另外，由于不直接修飾CNT，因此可以避免使用后洗滌引起的CNT的破損。
圖16是表示該結(jié)構(gòu)的圖。如該圖16所示，用特定物質(zhì)(如抗體)13對絕緣襯底1的與CNT7相反側(cè)的SiO2膜進(jìn)行分子修飾，形成在該絕緣襯底1和柵極8之間存在含有被檢測物質(zhì)(如抗原)的試樣溶液15的結(jié)構(gòu)。
(B)直接分子修飾了CNT的結(jié)構(gòu)圖17是表示直接分子修飾了CNT7的結(jié)構(gòu)的圖。通過直接分子修飾CNT7，修飾分子引起的CNT7上的自旋電子狀態(tài)的變化，較分子修飾后柵極8的情況要大，具有高的靈敏度。
(C)間接分子修飾了CNT的結(jié)構(gòu)圖18是表示間接分子修飾了CNT7的結(jié)構(gòu)的圖。由于間接分子修飾了CNT7，因此如該圖18所示，用粘接劑等有機(jī)化合物構(gòu)成的絕緣薄膜30覆蓋CNT7。修飾分子和附著到表面的分子在薄膜30內(nèi)引起的自旋電子狀態(tài)的變化，會引起CNT7的自旋電子狀態(tài)的變化，其結(jié)果是會產(chǎn)生電流的變化。具有分子修飾后柵極8的結(jié)構(gòu)和直接分子修飾CNT7的結(jié)構(gòu)的兩者的優(yōu)點，具有高靈敏度和穩(wěn)定性。
(D)使用了溶膠凝膠的結(jié)構(gòu)對于上述(A)～(C)的各情況，使用含有被檢測物質(zhì)的溶膠凝膠代替溶液15。與溶液的情況相同，可以檢測出電信號的變化。
(E)使用了側(cè)柵極的結(jié)構(gòu)在襯底上的CNT附近制作島，將其作為柵極。對于該結(jié)構(gòu)由于不費工夫進(jìn)行背面(后柵極)分子修飾等，并且通過直接修飾CNT7，從而具有CNT7自身不會破損等優(yōu)點。其是適合于SET的結(jié)構(gòu)。
上述(A)的分子修飾了柵極的結(jié)構(gòu)的情況，可以用絕緣性保護(hù)膜覆蓋CNT和電極的一部分，以實現(xiàn)電流特性的穩(wěn)定化。另外，上述(B)的直接分子修飾了CNT的結(jié)構(gòu)以及(C)的間接分子修飾了CNT的結(jié)構(gòu)的情況，如參照圖15進(jìn)行的說明，可以在電極3、4上形成未被覆膜覆蓋的部分29。
圖19是用于說明另一個結(jié)構(gòu)的概略構(gòu)成圖。該結(jié)構(gòu)的情況，將襯底1自身用作溝道(后面溝道)，在該襯底1上中間隔著CNT7而設(shè)置電極3、4。在襯底1的背面形成作為溝道的凹部16，通過用含有檢測對象物質(zhì)的液體潤濕該凹部16，可以在襯底1的背面檢測。
圖20是用于說明又一個結(jié)構(gòu)的概略構(gòu)成圖。在該結(jié)構(gòu)的情況，也將襯底1自身用作溝道(后面溝道)，但是在該襯底1的溝道上設(shè)置由CNT等構(gòu)成的探針17。該后柵極和探針17一體化后可以用于例如掃描探針顯微鏡的探針等。
接著，說明本發(fā)明的具體例。作為預(yù)備實驗，在SiO2膜后柵極上滴加含有熒光分子FITC的溶液，觀察電流特性的變化。在圖21表示將柵極電壓設(shè)定為-20V、將熒光分子FITC的濃度設(shè)定為0.64nM時的IV特性。該圖的縱軸表示流通于源極-漏極之間的電流值(A)，橫軸表示源極-漏極之間的電壓值(V)。另外，圖中的虛線為附著熒光分子FITC之前的IV特性曲線，實線為附著熒光分子FITC之后的IV特性曲線。從該圖可以清楚地知道，熒光分子FITC附著前后的IV特性發(fā)生了很大變化。
具體例1接著說明利用離子反應(yīng)檢測二次離子。用芘直接修飾CNT生物傳感器的CNT，將N-[5-(3’-馬來亞酰胺丙基氨基)-1-羧基戊基亞氨基二醋酸(N-[5-(3’-Maleimidopropylamino)-1-carboxypentyl]imino diacetic acid以下簡稱為NTA)結(jié)合到后柵極上后，滴加含有Ni離子的溶液，根據(jù)各情況的IV特性，研究傳導(dǎo)特性。在圖22表示不對柵極施加電場時的IV特性?？v軸表示流通于源極-漏極之間的電流值(A)，橫軸表示源極-漏極之間的電壓值(V)。圖中的di是洗滌后柵極后的IV特性曲線，nta是結(jié)合NTA后的IV特性曲線，ni是滴加含有Ni離子的溶液后的IV特性曲線。
從該圖可以清楚地知道，通過提高源極-漏極之間的電壓，雖然電流增加，但所有體系(di、nta、ni的體系)中，在dv＝0V附近電流幾乎不增加，可以看到半導(dǎo)體性質(zhì)。
與洗滌后的IV特性曲線相比，NTA結(jié)合到后柵極后的IV特性曲線顯示出電流顯著減少。針對于此，如果將Ni離子添加到體系中，電流就會增加。NTA不僅會與Ni離子，而且與其他二價正離子也會反應(yīng)，因此，還可以檢測出其他二價正離子。
具體例2接著說明利用抗原-抗體反應(yīng)檢測H9血細(xì)胞凝集素(HA)。將HA的C末端切斷成各種水平(220、250、290、320)，進(jìn)行表達(dá)試驗。對293T細(xì)胞導(dǎo)入基因，使用單克隆抗體E2/3和多克隆抗體，確認(rèn)HA蛋白在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)。用免疫印跡法(western blot)確認(rèn)在上清液分泌了HA蛋白。HA1-290大量表達(dá)，從上清液用Ni2+柱精制。用ELISA、SDS-PAGE確認(rèn)含有目標(biāo)HA蛋白的部分，將其取下，用PBS透析而得到HA。進(jìn)而針對短HA1-220也看到表達(dá)，但由于其不與單克隆抗體反應(yīng)，因此沒有使用。
對CNT生物傳感器的SiO2膜后柵極結(jié)合NTA后，將Ni離子添加到體系中，賦予原液稀釋率為10-10至10-5的濃度的HA抗體，求出IV特性曲線。此時，后柵極沒有HA，因此HA抗體并不會在后柵極上具有取向性地結(jié)合。
接著，通過事先賦予的組氨酸尾(His tag)將HA固定在SiO2膜后柵極上的NTA上，同樣地賦予HA抗體，求出IV特性曲線。將這些IV特性曲線圖示于圖23～28。這里，柵極電壓定為-20V。
圖23是結(jié)合NTA后賦予含有Ni離子的溶液時的IV特性曲線圖；圖24是賦予原液的稀釋率為10-10的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖25是賦予原液的稀釋率為10-8的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖26是賦予原液的稀釋率為10-7的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖27是賦予原液的稀釋率為10-6的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖28是賦予原液的稀釋率為10-5的HA抗體時的IV特性曲線圖。
在這些圖中，圖中的虛線為上述前者的SiO2膜后柵極上沒有HA的情況；實線為上述后者的通過事先賦予的組氨酸尾將HA固定在SiO2膜后柵極上的NTA上的情況。
從這些圖中可以知道，將源極-漏極間的電壓從0V變化到1V時，幾乎看不到兩者(實線和虛線)的源極-漏極間的電流值的差異，但是將電壓提高到1V以上時，固定了HA的體系(實線)中會顯示出電流值急劇增大的特性。
由此可以知道，HA抗體與ELISA(酶聯(lián)免疫吸附法)等以往方法相比，在稀釋度高的區(qū)域也能夠檢測。
具體例3這些利用抗原-抗體反應(yīng)的H9血細(xì)胞凝集素(HA)檢測，即使使用溶膠凝膠法也得到同樣的結(jié)果。將它們的IV特性示于圖29～34。在抗原-抗體反應(yīng)的實驗前的整個體系中，在結(jié)合NTA后賦予含有Ni離子的溶液。柵極電壓定為-20V。
圖29是未賦予HA抗原而賦予稀釋率為10-7的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖30是未賦予HA抗原而賦予稀釋率為10-6的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖31是未賦予HA抗原而賦予稀釋率為10-5的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖32是賦予HA抗原后賦予稀釋率為10-6的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖33是賦予HA抗原后賦予稀釋率為10-5的HA抗體時的IV特性曲線圖；圖34是賦予HA抗原后賦予稀釋率為10-4的HA抗體時的IV特性曲線圖。
在這些圖中，圖中的ni為結(jié)合NTA后賦予含有Ni離子的溶液時的IV特性曲線；HA為通過事先賦予的組氨酸尾將HA固定在SiO2膜后柵極上的NTA上的情況。
從這些圖中可以知道，尤其是原液的稀釋率為10-5、10-4時，源極-漏極間的電流值表現(xiàn)出大的變化。另外，檢測靈敏度是ELISA左右。
具體例4接著，說明利用抗原-抗體反應(yīng)的鈣調(diào)蛋白(CaM)檢測。將含有大鼠鈣調(diào)蛋白基因cDNA的DNA片斷插入到表達(dá)載體pBAD/glll(Invitrogen公司制)的Sacl-Xbal部位，構(gòu)建鈣調(diào)蛋白表達(dá)載體(pBAD/glll/calmodulin)。將該載體導(dǎo)入大腸桿菌LMG194株上，得到鈣調(diào)蛋白表達(dá)克隆。將該克隆植菌到2ml的LB/Ampicilin培養(yǎng)基上，培養(yǎng)一晚上。
將該培養(yǎng)液接種到5ml的LB/Ampicilin培養(yǎng)基上，在37℃振動培養(yǎng)，使OD600成為0.5后，加入L-arabinose使最終濃度成為0.02％，進(jìn)而在37℃振動培養(yǎng)4小時。然后離心收集細(xì)菌，用Native Binding Buffer(Invitrogen公司制)懸浮、超聲波粉碎，用ProbondTMPurification System(Invitrogen公司制)部分精制后，使用HiLoad 26/60 Superdex75pg(AmershamBioscience公司制)由SDS/聚丙烯酰胺電泳均勻地精制得到鈣調(diào)蛋白。
在CNT生物傳感器的SiO2膜后柵極上結(jié)合NTA后，通過事先賦予的組氨酸尾(His tag)將HA固定在SiO2膜后柵極上的NTA上，賦予原液稀釋率為10-8至10-2的濃度的HA抗體，求出IV特性曲線。將結(jié)果示于圖35。這里，柵極電壓定為-20V。
圖中的曲線(イ)是結(jié)合NTA后洗滌時的IV特性曲線圖；曲線(ロ)是通過事先賦予的組氨酸尾將CaM結(jié)合到NTA上時的IV特性曲線圖；曲線(ハ)是賦予原液的稀釋率為10-8的CaM抗體時的IV特性曲線圖曲線(ニ)是賦予原液的稀釋率為10-7的CaM抗體時的IV特性曲線圖；曲線(ホ)是賦予原液的稀釋率為10-6的CaM抗體時的IV特性曲線圖；曲線(ヘ)是賦予原液的稀釋率為10-4的CaM抗體時的IV特性曲線圖；曲線(ト)是賦予原液的稀釋率為10-2的CaM抗體時的IV特性曲線圖。
從這些圖中可以知道，將源極-漏極間的電壓從0V變化到0.5V時，電流值會隨著各濃度而變化。由此可以知道，CaM抗體與HA抗體同樣也能在原液稀釋度非常高的區(qū)域檢測。
在下表中表示使用了ELISA的CaM抗體和HA抗體的檢測結(jié)果。這里，其測定順序是，將一次抗體按照下述的稀釋率稀釋，靜置1小時，將二次抗體(抗小鼠HRPO標(biāo)準(zhǔn)抗體)稀釋成5000倍，再靜置1小時，用TMB發(fā)色劑生成具有450nm吸收波長的基質(zhì)測定吸光度。
表

6.1×10-6的稀釋度時顯示出用ELISA檢測是困難的。另一方面，上述具體例3、4中溶膠凝膠法顯示出了ELISA程度的靈敏度，其他都可以在10-8左右的稀釋度進(jìn)行檢測。
在Si襯底上生長CNT，在其兩個端部形成電極，將上述Si襯底的與生長CNT的面相反的背面用酸(硫酸)活化后，在180℃反應(yīng)硅烷化試劑(3-巰基丙基三乙氧基硅烷)，固定NTA。接著，添加Ni離子，固定導(dǎo)入了組氨酸的抗原(CaM、HA)，與稀釋了的抗體反應(yīng)后，洗滌，在襯底背面施加負(fù)偏壓，測定IV特性。
圖36是表示對如上所述固定的CaM反應(yīng)稀釋了的CaM抗體后，在CNT電極間施加1.5V電壓時的電流值變化的特性圖。從該圖可以知道，沒有固定抗原時，幾乎看不到電流值的變化，但固定時則隨著抗體濃度增加電流值也增加。另外，可以確認(rèn)在抗體原液的約10-10～10-8的稀釋范圍能夠進(jìn)行抗體的檢測。
使用FLISA對同抗體的檢測界限進(jìn)行探討的結(jié)果，可以確認(rèn)將抗體原液稀釋至約10-6的情況是檢測界限。另外，還確認(rèn)檢測界限對于CaM和HA是不同的，與抗原、抗體有關(guān)。
在所述各具體例中說明了柵極電壓為-20V的情況，但對于0V左右的柵極電壓，以及對于正數(shù)的柵極電壓，雖然電流值的變化小，但確認(rèn)也可以檢測。
將CNT生物傳感器適用于溶液時，有時會觀察到噪音而導(dǎo)致數(shù)據(jù)可靠性存在問題。因此，將試樣溶液(檢測液)滴加到傳感器上后，用吹風(fēng)機(jī)、加熱器、熱電轉(zhuǎn)換元件(珀耳帖元件)等使溶劑(水分)蒸發(fā)，來顯著降低噪音。對于適用上述溶液的具體例，也適用該噪音處理法。另外，也可以通過熱電轉(zhuǎn)換元件(珀耳帖元件)或液氮等冷卻試樣溶液(檢測液)，來減少水等溶劑的影響。特別是可以通過凍結(jié)水進(jìn)行絕緣化，來大幅度減少噪音。
以往方法中有ELISA或免疫印跡法，但它們的界限是原液稀釋率10-5左右的靈敏度。相對于此，在進(jìn)行HA抗體檢測后，本發(fā)明的傳感器的靈敏度是ELISA的103左右。
另外，由于使用了電信號，因此沒有很多化學(xué)反應(yīng)過程，由此可以極其縮短檢測所需時間。由IV曲線研究了電流特性的結(jié)果，可以由參數(shù)分析儀在數(shù)秒內(nèi)就可以得到IV曲線。
以往知道的PCR等由于伴隨溫度變化，因此需要控制溫度，但本發(fā)明的傳感器由于可以在溫度一定的環(huán)境使用，因此不需要控制溫度，結(jié)構(gòu)簡化而可以實現(xiàn)小型化。能夠在溫度一定的環(huán)境使用的有例如RT-PCR法、ICAN法、LAMP法等，但都存在檢測時間長的問題。
本發(fā)明的傳感器不僅可以進(jìn)行單一種類的檢測，還可以對一個樣品同時進(jìn)行多種傳感，可以同時檢測多種。另外，對于多樣品，也可以使用多個傳感器同時檢測。
本發(fā)明的在溝道使用納米管狀結(jié)構(gòu)體的傳感器，具有強度而可以反復(fù)使用，但由于廉價，因此在檢測有危險的病毒等時，就可以扔掉。
在上述實施方式中，說明了使用CNT的情況，但也可以使用非管狀的超細(xì)的纖維。
在上述實施方式中，說明了形成DNA探針的一種生物傳感器，但也可以在襯底上同時設(shè)置如三個帶SiO2膜的CNT生物傳感器，在各SiO2膜上分別形成DNA探針和蛋白質(zhì)探針和糖脂質(zhì)探針，同時測定不同的生物高分子(DNA、蛋白質(zhì)、糖脂質(zhì))。
在上述實施方式中說明了評價DNA的表面電荷分布特性的情況，但本發(fā)明還適合于檢測糖鏈、RNA、氨基酸、糖、病毒等其他生物高分子。另外，也可以響應(yīng)光，檢測視紫質(zhì)等蛋白質(zhì)釋放質(zhì)子過程中的電子狀態(tài)的變化，或者色素的結(jié)構(gòu)變化中的電子狀態(tài)的變化等。
在上述實施方式中，表示了在SET的溝道部連接納米管狀結(jié)構(gòu)體的例子，但也可以在FET溝道部使用納米管狀結(jié)構(gòu)體。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性當(dāng)病毒等微生物侵入人體或其他生命體后，相應(yīng)的抗體就開始進(jìn)行相互作用。從而，對于具有抗體的病毒等，就可以從體液用本發(fā)明的傳感器檢測。例如，在所述具體例表示的HA是覆蓋流感病毒表面的叫做刺突蛋白的蛋白質(zhì)，因此可以用本發(fā)明的傳感器檢測，可以高靈敏度且迅速檢測出流感、SARS、BSE等感染癥。
本發(fā)明的傳感器檢測部小，使用電信號，因此可以將檢測電路芯片化，用作便攜式廉價檢測器。從而，可以在現(xiàn)場進(jìn)行試驗，并且可以提供于所有醫(yī)療機(jī)構(gòu)。由此，有利于感染癥的早期發(fā)現(xiàn)等預(yù)防對策，并且還有利于Bioterro(バイオテロ)的對策。
在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，也可以用本發(fā)明傳感器檢測分子水平的分子間相互作用的結(jié)合強度，或者根據(jù)電流特性分類病毒或蛋白質(zhì)。因此，通過探索或者設(shè)計類似于抗體的分子，可以進(jìn)行開發(fā)藥物的基礎(chǔ)實驗。另外，也可以隨時間性地檢測一個分子。進(jìn)而，也可以用作為光譜性抗原抗體反應(yīng)檢測裝置的基礎(chǔ)電路。
通過直接用DNA修飾本發(fā)明傳感器的柵極或CNT，可以高靈敏度電檢測相對的DNA。另外，通過根據(jù)DNA高靈敏度且迅速地測定感染癥病毒或細(xì)菌等微生物，進(jìn)行鑒別。
進(jìn)而，也可以用本發(fā)明的傳感器檢測環(huán)境荷爾蒙、毒素、無機(jī)物。另外，由于能夠檢測樣品的蒸氣的影響，因此不僅適用于液體，還適用于氣體，也可以測定大氣或其他氣體中的有害物質(zhì)等特定物質(zhì)的濃度。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(刪除)2.(刪除)3.(刪除)4.(刪除)5.(刪除)6.(刪除)7.(刪除)8.(刪除)9.(刪除)10.(刪除)11.(刪除)12.(刪除)13.(刪除)14.(刪除)15.(修改后)傳感器，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，所述溝道的表面形成有絕緣薄膜，該絕緣薄膜被與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)進(jìn)行修飾。
16.(修改后)傳感器，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，用與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)修飾所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，使被檢測物質(zhì)存在于該修飾處和柵極之間。
17.(刪除)18.(刪除)19.(刪除)20.(修改后)權(quán)利要求15或16所述的傳感器，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
21.權(quán)利要求20所述的傳感器，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
22.權(quán)利要求20或21所述的傳感器，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
23.(刪除)24.(刪除)25.(刪除)26.(刪除)27.(修改后)權(quán)利要求15或16所述的傳感器，其特征為，所述被檢測物質(zhì)及特定物質(zhì)是相互作用的生物高分子。
28.權(quán)利要求27所述的傳感器，其特征為，所述被檢測物質(zhì)是抗原或抗體，所述特定物質(zhì)是抗體或抗原。
29.(修改后)權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，在所述漏極和柵極表面形成有未被所述修飾物質(zhì)的覆膜覆蓋的部分。
30.傳感器的制造方法，其特征為，所述傳感器至少具備襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，在設(shè)置所述源極和漏極的位置分別以列狀設(shè)置催化劑，使兩個催化劑列對置，通過該催化劑的作用使超微細(xì)纖維從源極生長到漏極，構(gòu)成所述溝道。
31.權(quán)利要求30所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述催化劑由支持層、形成于該支持層上的含有過渡金屬的中間層、形成于該中間層上的含有過渡金屬的頂層構(gòu)成。
32.權(quán)利要求30或31所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述催化劑以點狀形成圖案，構(gòu)成所述催化劑列。
33.權(quán)利要求30所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
34.權(quán)利要求33所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
35.權(quán)利要求33或34所述的傳感器的制造方法，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
36.檢測方法，其是用傳感器檢測試樣溶液中的被檢測物質(zhì)的方法，其特征為，所述傳感器至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，在該溝道上滴加所述試樣溶液后，使該試樣溶液的溶劑蒸發(fā)。
37.檢測方法，其是用傳感器檢測試樣溶液中的被檢測物質(zhì)的方法，其特征為，所述傳感器至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，在該溝道上滴加所述試樣溶液后，凍結(jié)該試樣溶液的溶劑。
38.權(quán)利要求36或37所述的檢測方法，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
39.權(quán)利要求38所述的檢測方法，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
40.權(quán)利要求38或39所述的檢測方法，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
權(quán)利要求
1.單電子晶體管，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1所述的單電子晶體管，其特征為，在所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，設(shè)置柵極。
3.權(quán)利要求1所述的單電子晶體管，其特征為，在所述襯底的設(shè)置有溝道的側(cè)的表面，設(shè)置具有官能團(tuán)的薄膜。
4.權(quán)利要求1或3所述的單電子晶體管，其特征為，在所述襯底側(cè)的最上面和溝道之間設(shè)置有空隙。
5.權(quán)利要求1所述的單電子晶體管，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
6.權(quán)利要求5所述的單電子晶體管，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
7.權(quán)利要求5或6所述的單電子晶體管，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
8.場效應(yīng)晶體管，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成。
9.權(quán)利要求8所述的場效應(yīng)晶體管，其特征為，在所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，設(shè)置柵極。
10.權(quán)利要求8所述的場效應(yīng)晶體管，其特征為，在所述襯底的設(shè)置有溝道的側(cè)的表面，設(shè)置具有官能團(tuán)的薄膜。
11.權(quán)利要求8或10所述的場效應(yīng)晶體管，其特征為，在所述襯底側(cè)的最上面和溝道之間設(shè)置有空隙。
12.權(quán)利要求8所述的場效應(yīng)晶體管，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
13.權(quán)利要求12所述的場效應(yīng)晶體管，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
14.權(quán)利要求12或13所述的場效應(yīng)晶體管，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
15.傳感器，其特征為，至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成。
16.權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，在所述襯底的設(shè)置有源極和漏極的位置以外的地方，設(shè)置柵極。
17.權(quán)利要求16所述的傳感器，其特征為，所述源極、漏極及柵極中的至少一個電極是由鈦層和覆蓋該鈦層表面的金屬構(gòu)成。
18.權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，在所述襯底的設(shè)置有溝道的側(cè)的表面，設(shè)置具有官能團(tuán)的薄膜。
19.權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征為，所述薄膜為氧化硅。
20.權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
21.權(quán)利要求20所述的傳感器，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
22.權(quán)利要求20或21所述的傳感器，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
23.權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，所述溝道的兩個端部分別被熔敷在源極和漏極上。
24.權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，所述溝道的表面被用與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)直接修飾。
25.權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征為，所述溝道的表面形成有絕緣薄膜，該絕緣薄膜被用與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)進(jìn)行修飾。
26.權(quán)利要求16所述的傳感器，其特征為，所述柵極被用與被檢測物質(zhì)相互作用的特定物質(zhì)進(jìn)行修飾。
27.權(quán)利要求24～26中的任意一項所述的傳感器，其特征為，所述被檢測物質(zhì)及特定物質(zhì)是相互作用的生物高分子。
28.權(quán)利要求27所述的傳感器，其特征為，所述被檢測物質(zhì)是抗原或抗體，所述特定物質(zhì)是抗體或抗原。
29.權(quán)利要求24所述的傳感器，其特征為，在所述漏極和柵極表面形成有未被所述修飾物質(zhì)的覆膜覆蓋的部分。
30.傳感器的制造方法，其特征為，所述傳感器至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，在設(shè)置所述源極和漏極的位置分別以列狀設(shè)置催化劑，使兩個催化劑列對置，通過該催化劑的作用使超微細(xì)纖維從源極生長到漏極，構(gòu)成所述溝道。
31.權(quán)利要求30所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述催化劑由支持層、形成于該支持層上的含有過渡金屬的中間層、形成于該中間層上的含有過渡金屬的頂層構(gòu)成。
32.權(quán)利要求30或31所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述催化劑以點狀形成圖案，構(gòu)成所述催化劑列。
33.權(quán)利要求30所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
34.權(quán)利要求33所述的傳感器的制造方法，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
35.權(quán)利要求33或34所述的傳感器的制造方法，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
36.檢測方法，其是用傳感器檢測試樣溶液中的被檢測物質(zhì)的方法，其特征為，所述傳感器至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，在該溝道上滴加所述試樣溶液后，使該試樣溶液的溶劑蒸發(fā)。
37.檢測方法，其是用傳感器檢測試樣溶液中的被檢測物質(zhì)的方法，其特征為，所述傳感器至少具有襯底、與該襯底的上部對置而設(shè)置的源極和漏極、設(shè)置在該源極和漏極之間的溝道，所述溝道由超微細(xì)纖維構(gòu)成，在該溝道上滴加所述試樣溶液后，凍結(jié)該試樣溶液的溶劑。
38.權(quán)利要求36或37所述的檢測方法，其特征為，所述超微細(xì)纖維為納米管狀結(jié)構(gòu)體。
39.權(quán)利要求38所述的檢測方法，其特征為，所述納米管狀結(jié)構(gòu)體為碳納米管。
40.權(quán)利要求38或39所述的檢測方法，其特征為，在所述納米管狀結(jié)構(gòu)體中引入缺陷。
全文摘要
本發(fā)明涉及至少具有襯底(1)、與該襯底(1)的上部對置而設(shè)置的源極(3)和漏極(4)、設(shè)置在該源極(3)和漏極(4)之間的溝道的單電子晶體管，通過以超微細(xì)纖維(CNT)(7)構(gòu)成所述溝道，提供具有優(yōu)異的靈敏度的傳感器。
文檔編號G01N27/30GK1795376SQ20048001415
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者松本和彥, 武笠幸一, 石井睦, 武田晴治, 澤村誠, 阿古斯·史巴業(yè), 細(xì)井浩貴, 末岡和久, 喜田宏, 迫田義博 申請人:獨立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)