CN101501481B - 纳米结构传感器 - Google Patents

Abstract

实施方式的特征在于包括纳米结构的传感器和制造该传感器的方法。在某些实施方式中，传感器包括基板、设置在所述基板上的第一电极和设置在所述基板上的第二电极。所述第二电极与所述第一电极间隔开，并包围所述第一电极。所述传感器包括接触所述第一电极和所述第二电极的至少一个纳米结构，其中所述纳米结构被构成为根据感测对象而改变电特性。

Description

纳米结构传感器

技术领域

本公开涉及传感器，例如涉及纳米结构的传感器。

背景技术

最近，对诸如碳纳米管的碳纳米结构的关注日益增加，以便开发出利用碳纳米管对其周围环境的敏感性的新型生物及化学传感器。某些传感器结构可以基于各种类型的碳纳米管。

在一个示例中，基于碳纳米管的常规传感器可以具有多个碳纳米管和设置在这些碳纳米管的端部的方形电极。根据这种常规传感器，当对第二电极施加了基准电压时，碳纳米管的电阻可以根据感测对象而改变，并且第一电极的电压或电流可以根据该碳纳米管的电阻的变化而改变。

发明内容

技术方案

本公开描述了包括纳米结构、尤其是碳纳米结构(例如碳纳米管)的传感器的技术和结构。

在本发明的一个方面中，实施方式的特征在于一种传感器，该传感器包括基板、设置在所述基板上的第一电极以及设置在所述基板上的第二电极。所述第二电极与所述第一电极间隔开，并充分包围第一电极。至少一个纳米结构接触所述第一电极和所述第二电极，并且该纳米结构被构成为根据感测对象而改变电特性。

优选实施方式可以可选地包括以下特征中的一个或更多个。所述传感器可以具有在所述第一电极与所述第二电极之间设置在所述基板上的绝缘体。所述传感器还可以具有设置在所述第一电极上的第一导体，其中，至少一个纳米结构的第一部分可以设置在所述第一电极与所述第一导体之间。所述传感器还可以具有设置在所述第二电极上的第二导体，其中，至少一个纳米结构的第二部分可以设置在所述第二电极与所述第二导体之间。

在某些实施方式中，所述第二电极可以是完全包围所述第一电极的连续电极。在某些实施方式中，一个或更多个电极可以是非连续电极。在某些实施方式中，所述第二电极可以包括间隙。在某些实施方式中，纳米结构不会在不接触所希望的包围电极的情况下延伸过间隙而接触任何其他电极。

所述传感器可以包括设置在所述第一电极和所述第二电极下方的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，其中，该MOSFET的源极、栅极和漏极中的至少一个可以电连接到所述第一电极和所述第二电极中的至少一个。可以对所述第二电极施加预定电压的基准电压。可以将所述第一电极分为彼此间隔开的多个第一子电极。所述纳米结构可以包括碳纳米管并且可以具有随机排列。

所述传感器还可以包括设置在所述基板上的第一附加电极，其中，所述第一附加电极可以与所述第一电极和所述第二电极间隔开。在所述基板上可以设置有第二附加电极，其中，所述第二附加电极可以与所述第一电极、所述第二电极以及所述第一附加电极间隔开，并包围所述第一附加电极。可以存在连接到所述第一附加电极和所述第二附加电极的至少一个附加纳米结构。

所述传感器可以被构成为在液态、气态或用于感测对象的载体的任一个中进行感测。所述纳米结构可以包括纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带、纳米膜或纳米球中的任一个。

根据本发明的第二方面，一种传感器包括基板和设置在所述基板上的第二电极。所述第二电极具有多个孔。所述传感器具有设置在每一个孔中的第一电极，其中，所述第一电极与所述第二电极间隔开，并且至少一个纳米结构与所述第一电极和所述第二电极接触。所述纳米结构被构成为根据感测对象而改变电特性。

优选实施方式可以可选地包括以下特征中的一个或更多个。所述传感器可以包括在所述第一电极和所述第二电极之间提供绝缘的绝缘体。所述传感器可以具有设置在所述第一电极上的第一导体，其中，至少一个纳米结构的第一部分可以设置在所述第一电极和所述第一导体之间。传感器还可以具有设置在所述第二电极上的第二导体，其中，所述至少一个纳米结构的第二部分可以设置在所述第二电极和所述第二导体之间。

所述传感器可以包括设置在所述第一电极和所述第二电极下方的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，其中，该MOSFET的源极、栅极或漏极中的至少一个可以电连接到所述第一电极和所述第二电极中的至少一个。可以对所述第二电极施加预定电压的基准电压。所述纳米结构可以包括碳纳米管，并且可以在所述传感器中随机排列。

根据本发明的第三方面，一种传感器制造方法包括以下步骤：制备基板，并在所述基板上形成第一电极和第二电极。所述第二电极与所述第一电极间隔开，并包围所述第一电极。该方法包括以下步骤：形成接触所述第一电极和所述第二电极的上表面的至少一个纳米结构。

优选实施方式可以可选地包括以下特征中的一个或更多个。可以在不进行构图工艺的情况下形成至少一个纳米结构。该方法可以包括在上述步骤之间执行的以下步骤：形成在所述第一电极和所述第二电极之间设置在所述基板上的绝缘体。该方法可以包括以下步骤：形成设置在所述第一电极上的第一导体和设置在所述第二电极上的第二导体，其中，所述至少一个纳米结构的第一部分可以设置在所述第一电极和所述第一导体之间，并且至少一个纳米结构的第二部分可以设置在所述第二电极和所述第二导体之间。

可以通过剥离工艺来形成所述第一导体和所述第二导体。可以通过化学镀敷工艺来形成所述第一导体和所述第二导体中的每一个。

该方法还可以包括以下步骤：在所述基板上形成具有所述第一电极和所述第二电极的形状的铝层，并且将所述基板暴露于含有钯的溶液以在所述铝层上形成钯层。可以通过将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述钯层上形成金层来执行所述化学镀敷。该方法可以可选地包括将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述钯层上形成金层的步骤。可以通过将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述金层上形成附加金层来执行所述化学镀敷。该方法还可以包括执行退火工艺的步骤。

该方法可以包括以下步骤：在所述基板上形成具有所述第一电极和所述第二电极的形状的铝层，至少将所述基板暴露于含有钯的溶液以在所述铝层上形成钯层，并且至少将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述钯层上形成金层。该方法还可以包括在上述步骤之间执行的以下步骤：形成设置在所述第一电极和所述第二电极下方的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。

至少一个纳米结构可以包括碳纳米管，并且至少一个纳米结构可以具有随机排列。所述方法可以包括以下步骤：将所述基板浸入其中散布有碳纳米管的溶液，并且从该溶液取出所述基板。所述第二电极可以将所述第一电极分为多个第一子电极。

本文公开的包括纳米结构的传感器的制造方法的潜在优点在于：可以不需要用于防止碳纳米管将第一电极和相邻的第一电极相连接的构图工艺。

总体说来，在另一潜在优点中，实施方式的特征是包括纳米结构的传感器及其制造方法，即使存在连接第一电极的碳纳米管并且相邻的第一电极可以保持连接到该碳纳米管，该传感器仍然可以保持工作。

总体说来，在另一潜在优点中，实施方式的特征是包括纳米结构的传感器和该传感器的制造方法，其中，与碳纳米管相邻的液体的电势可以保持在固定电平。

这里在附图和说明中对一个或更多个实施方式的细节进行阐述。其他的特征、方面和优点将从说明、附图和权利要求中显见。

有利效果

根据本发明的传感器的制造方法的优点在于：不需要用于对纳米结构40进行构图的单独的构图工艺，从而减小了传感器的制造成本。此外，用于制造所公开的实施方式的传感器的方法的优点在于：可以在基板10上淀积具有随机排列的纳米结构40，从而可以实现低成本的纳米结构形成工艺，例如将基板浸入到含有纳米结构的溶液中。

用于制造所公开的实施方式的传感器的方法的优点还在于：不需要用于对纳米结构40进行构图的单独的构图工艺，从而减小了传感器的制造成本。

在具有纳米结构的常规传感器中，当由于工艺误差而导致纳米结构连接在第一电极与相邻的第一电极之间时，由于第一电极与相邻的第一电极之间的纳米结构的干扰，可能会导致不能进行精确的测量。在本公开的某些实施方式中，即使纳米结构连接在第一电极与相邻的第一电极之间，由于纳米结构连接到设置在第一电极和相邻的第一电极之间的第二电极(其中对第二电极施加基准电压)，因此也不会出现这种干扰。作为优点，根据本发明的传感器可以具有针对工艺误差的鲁棒性。

在常规传感器中，由于与纳米结构相邻的感测对象的电势可能发生变化，因此存在对获取精确测量的干扰。在所公开的实施方式的传感器中，被施加有基准电压的第二电极可以将感测对象的电势保持为特定电平。作为优点，可以提高测量精度。更具体地讲，在常规传感器中，被施加有基准电压的第二电极可能设置在与纳米结构相邻的感测对象的一侧。根据所公开的实施方式的传感器，被施加有基准电压的第二电极可以包围与纳米结构相邻的感测对象。作为优点，可以将与纳米结构相邻的感测对象的电势保持在特定电平，从而提高测量精度。

在另一公开的实施方式的传感器中，由于第二电极的面积大于第一实施方式的第二电极的面积，因此可以大大提高保持感测对象的电势的效果。作为另一优点，可以省略连接第二电极的布线。

此外，所公开实施方式的具有纳米结构的传感器及其制造方法提供了如下优点：当包括第一导体70和第二导体80(或执行退火工艺)时，可以提高第一电极20、第二电极30和纳米结构之间的电阻。作为优点，可以提高测量精度。

另一公开的实施方式的传感器及其制造方法的优点在于：当通过无电镀敷工艺来形成第一导体70和第二导体80时，可以不需要第一导体70和第二导体80的单独的构图工艺。作为优点，可以降低制造成本。

此外，所公开实施方式的具有纳米结构的传感器及其制造方法的优点在于：当传感器包括可以用作放大器和/或ADC的MOSFET时，可以对纳米结构40的电特性的变化进行放大和/或直接将其转换成数字信号。作为优点，可以提高测量精度。

其他变型例在所附权利要求的范围之内。

附图说明

图1例示了传感器的示例性实施例的平面示意图和剖面图。

图2示出例示了传感器中的第一电极和第二电极的示例的示例图。

图3例示了传感器示例的平面图及剖面图。

图4例示了示例性传感器的平面图及剖面图。

图5-10例示了制造该传感器的方法的示例。

图11-12例示了制造第一电极、第二电极、第一导体和第二导体的方法的示例。

不同图中的相同标号和标记可以表示相同元素。

具体实施方式

常规传感器不会具有本公开的各实施方式的潜在优点。

第一，为了使得碳纳米管仅连接在第一电极和第二电极之间，即为了防止碳纳米管除了第一电极和第二电极之外还连接到相邻的电极，需要对碳纳米管进行构图，这可以需要额外的工艺(例如光刻工艺)。额外的工艺会增加常规传感器的制造成本。因此，当开发出不需要对碳纳米管进行构图的技术时，可以减小传感器的制造成本。

第二，当尽管进行了构图工艺但是由于工艺误差而仍然存在将第一电极和相邻的电极相连接的碳纳米管时，传感器的测量精度可能会下降，并且在某些严重的情况下，包括该传感器的IC芯片的功能可能失效。因此，当开发出即使存在将第一电极和相邻的第一电极相连接的碳纳米管也使得传感器可以正常工作的技术时，可以提高传感器产量。

第三，当感测对象是液体(或者感测对象容纳在液体中)时，碳纳米管的电阻可能根据与该碳纳米管相邻的液体的电势而变化。由于液体的电势可变，因此传感器的测量精度可能下降。因此，当开发出将与碳纳米管相邻的液体的电势在保持恒定电平的技术时，可以提高传感器的测量精度。

图1例示了示例性传感器的平面图和剖面图。图1的上部和下部分别示出了平面图和沿该平面图中的线A-A而截取的剖面图。

参照图1，传感器包括基板10、第一电极20、第二电极30以及至少一个纳米结构40。传感器也可以与感测对象50的载体、绝缘体60、第一导体70、第二导体80以及金属氧化物半导体场效应晶体管90(在下文中称为“MOSFET”)相互作用。在某些实施方式中，载体可以是液体(例如水)或气体。在其他实施方式中，载体可以处于液体或者气态。在某些实施方式中，载体可以是溶液或者处于溶液中。在某些实施方式中，感测对象可以是电磁辐射，例如IR辐射。

传感器还可以包括至少一个第一附加电极100、至少一个第二附加电极110、附加纳米结构120、附加绝缘体130、至少一个附加第一导体140以及至少一个附加第二导体150。

可以使用各种类型的基板来作为基板10。例如，基板10可以是半导体基板(例如硅基板)、绝缘体上硅(SOI)基板、玻璃基板或者塑料基板。

第一电极20形成在基板10上。第一电极20可以具有各种结构。例如，第一电极20可以为单层结构或者多层结构。在一个实施方式中，第一电极20可以包括单一的铝(Al)层。在另一个实施方式中，第一电极20可以包括铝层和设置在该铝层上的钯(Pd)层。在另一个实施方式中，第一电极20可以包括铝层、设置在该铝层上的钯层以及设置在该钯层上的金(Au)层。

虽然所示出的第一电极20(或第一导体70)为方形，但是第一电极20可以具有其他各种形状。

第二电极30也形成在基板10上。第二电极30可以具有与第一电极20相似的各种结构。第二电极30被形成为与第一电极20间隔开。因此，第二电极30不与第一电极20直接接触。第二电极30包围第一电极20的侧面21。

在上述实施方式中，第二电极完全包围第一电极的所有侧面。然而，在其他实施方式中，在第二电极中可以存在一个或更多个间隙。在这样的实施方式中，第二电极可以具有非连续结构。在某些实施方式中，第一电极和/或第二电极可以是非连续的。

当在第二电极中存在间隙时，通常可以使这些间隙小至足以减小其他结构之间的串扰或者使传感器测量精度下降的其他缺陷的可能性，例如，使该可能性可以忽略不计。例如，如果纳米结构延伸过间隙而连接到错误电极，则会存在串扰或使传感器测量精度下降的其他缺陷。在某些实施方式中，纳米结构不会在不接触包围电极的情况下延伸过间隙而接触任何其他电极。如果将电极中的间隙的尺寸保持得很小，则可以降低影响传感器产量的可能性，例如，使对芯片产量的影响很小，例如小于其他工艺效应所导致的影响，或者可以忽略不计。纳米结构的形态或多或少会对产量和串扰造成影响，纳米结构的形态取决于布局和处理条件。通常可以通过实验来确定合适的处理条件。

由此，“充分包围”可以指第二电极连续且完全地包围第一电极，或者可以指第二电极包围第一电极并且具有小至足以避免严重影响产量的间隙。

在某些实施方式中，电极可能位于芯片的边缘。在这样的实施方式中，“充分包围”可以指其余的可用侧面。

在某些实施方式中，尽管第二电极30将第一电极20的侧面21包围，但是第二电极30可以不与第一电极20位于同一平面。例如，在某些实施方式中，第二电极30可以相对于第一电极20有所升高。

在某些实施方式中，电极的“侧面”是电极的包围周缘的一部分。在某些实施方式中，第二电极的内周缘可以与第一电极的外周缘间隔开均匀距离。在这样的实施方式中，第二电极的侧面可以是内周缘，第一电极的侧面可以是该第一电极的外周缘。

在某些实施方式中，可以对第二电极30施加预定电压的基准电压。在这些实施方式中，第一电极20的电压或电流可以根据碳纳米管40的电特性的改变而改变。基准电压可以是电源电压或地电压。尽管所示的第二电极30(或第二导体80)为方环形，但是第二电极30可以具有其他各种形状。

至少一个纳米结构40与第一电极20和第二电极30接触。在某些实施方式中，纳米结构41的第一部分可以与第一电极20接触，并且第一结构41的第二部分可以与第二电极30接触，从而使第一结构41建立与第一电极20和第二电极30的接触。在另一实施方式中，第二纳米结构42的一部分可以与第一电极20接触，第三纳米结构43的一部分可以与第二电极30接触，并且第二纳米结构42与第二纳米结构43可以彼此接触，从而使纳米结构42和43建立与第一电极20和第二电极30的接触。在其他实施方式中，第四纳米结构44的一部分可以与第一电极20接触，第五纳米结构45的一部分可以与第二电极30接触，并且第四纳米结构44和第五纳米结构45可以通过第六纳米结构46而彼此接触，从而使纳米结构44、45和46建立与第一电极20和第二电极30的接触。在某些实施方式中，纳米结构可以密集在例如纠结网格中。

可以使用各种类型的纳米结构(尤其是碳纳米管)来作为纳米结构40。例如，可以将纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带、纳米球或纳米膜用作纳米结构40。可以使用碳纳米管(CNT)、半导体纳米线或导电聚合物来作为纳米结构40。CNT可以根据其电特性而分类为具有金属特性的CNT和具有半导体特性的CNT，并且可以根据壁数而分类为单壁CNT、双壁CNT以及多壁CNT。可以使用包括氧化锡(SnO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In₂O₃)以及氧化镉(CdO)在内的多种材料中的至少一种来构成半导体纳米线。

在某些实施方式中，某些纳米结构可以具有比它们的剖面尺寸大得多的长度。这种纳米结构可以包括线、带和管。在某些实施方式中，这些纳米结构可以被设置为按大致平行于支承表面地延伸的方式平铺在基底结构上。

纳米结构40的电特性根据感测对象50而变化。所述电特性可以是电阻。即，纳米结构40的电阻可以根据是否存在感测对象50而变化，或者可以根据感测对象50的量或浓度而变化。例如，感测对象50可以是蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)、分子或离子。可以实现纳米结构40对特定感测对象起反应的功能，从而纳米结构40是可以进行选择的，即，纳米结构40的电特性根据各种感测对象中的特定感测对象而变化。在某些实施方式中，该功能可以涉及如下传感器中的纳米结构，所述传感器可以检测一个或更多个电特性以检测溶液中的蛋白质、肿瘤标志物、分子和特定病毒。根据本发明的传感器所使用的纳米结构40可以具有随机排列。

在某些实施方式中，感测对象50可以处于液态或气态。另选的是，感测对象50可以容纳在液体或气体中。在某些实施方式中，该对象可以是分子，例如复杂分子。该分子可以处于溶液中。

绝缘体60形成在基板10上，位于第一电极20与第二电极30之间。纳米结构40设置在绝缘体60的上表面上。

第一导体70设置在第一电极20上，在第一导体70与第一电极20之间按照如下方式具有至少一个纳米结构40：至少一个纳米结构40的第一部分设置在第一电极20与第一导体70之间。该第一导体70可以是金层。

第二导体80设置在第二电极30上，在该第二导体80与该第二电极30之间具有至少一个纳米结构40。至少一个纳米结构40的第二部分设置在第二电极30与第二导体80之间。该第二导体80可以是金层。

MOSFET 90设置在第一电极20和第二电极30的下方。虽然示出了MOSFET 90的栅极91G与第一电极20电连接，但是只要MOSFET 90的栅极91G、源极91S以及漏极91D中的至少一个与第一电极20和第二电极30中的一个电连接即可。MOSFET 90包括栅极91G、源极91S、漏极91D、沟道区92、栅氧化膜93、栅电极94G、源电极94S、漏电极94D以及绝缘膜95。MOSFET 90还可以包括阱96。图1的剖面图的左下侧的MOSFET90为PMOS器件(P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)，其中源区和栅区掺杂有p-型杂质，而阱掺杂有n-型杂质。图1的剖面图的右下侧的MOSFET 90为NMOS器件(N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)，其中源区和栅区掺杂有n-型杂质，基板是p-型基板。MOSFET 90可以用作形成在基板10上的CMOS(互补金属氧化物半导体)电路的一部分。CMOS电路可以用作放大器、模数转换器(ADC)、或者用于选择电极20和100中的一个的开关。在某些实施方式中，可以产生与纳米结构40的电特性的变化对应的数字信号。

传感器可以具有阵列结构，包括多个第一电极和第二电极。更具体地讲，传感器可以包括第一附加电极100、至少一个第二附加电极110以及附加纳米结构120。此外，传感器可以包括多个附加绝缘体130、至少一个附加第一导体140以及至少一个附加第二导体150。

一个第一附加电极100可以与第一电极20和第二电极30间隔开地形成在基板10上。各个第一附加电极100可以由与各第一附加电极100分别对应的各个第二附加电极110包围。

第二附加电极110可以与第一电极20、第二电极30以及第一附加电极100间隔开地形成在基板10上。

在多个附加纳米结构120中，至少一个纳米结构可以与附加电极100的相应的第一附加电极和第二附加电极110的相应的第二附加电极中的一个相连接。

图2是例示可以在传感器中应用的第一电极20和第二电极30(第一导体70和第二导体80)的各种示例的图。

参照图2(a)，第一电极20(或第一导体70)为圆形，并且第二电极30(或第二导体80)为环形。

参照图2(b)，第一电极20(或第一导体70)包括多个凸出部21和多个凹入部22。第二电极30(或第二导体80)包括多个凸出部31和多个凹入部32。第二电极的凸出部31延伸到第一电极的凹入部22中，第一电极的凸出部21延伸到第二电极的凹入部32中。当第一电极20和第二电极30(或第一导体70和第二导体80)具有这种形状时，可以增加第一电极20和第二电极30的侧面以提高灵敏度。

参照图2(c)，第一电极20(或第一导体70)可以分成多个第一子电极23。所述多个第一子电极23彼此间隔开。当第一电极20具有这种形状时，可以从多个第一子电极23中选择并使用具有较好特性的第一子电极23。例如，由于纳米结构40具有随机排列，因此在第二电极30与第一子电极23的一个之间可能没有连接纳米结构40，在第二电极30与第一子电极23的另一个之间可能连接有所期望数量的纳米结构40，或者在第二电极30与第一子电极23的再一个之间可能连接有过量的纳米结构40。

在某些实施方式中，可以根据结构类型或电特性来确定纳米结构的所期望数量或恰当数量。例如，在当第二电极与第一子电极之间的电阻是10KOhm至100KOhm时可以容易地测量电阻变化的情况下，可以从多个子电极中选择具有这种电阻的第一子电极。在另一实施方式中，当第一电极分成多个第一子电极时，可以使用在所述多个子电极测量到的电特性的平均值。由于利用平均值与利用在单个第一电极测量到的电特性相比通常对误差的出现不敏感，因此这往往可以带来潜在的优势。因此，可以选择并使用连接有预定数量的纳米结构的第一子电极23来作为具有较好特性的第一子电极。

图3例示了示例性传感器的平面图和沿该平面图中的线B-B而截取的剖面图。在图3中，所示的传感器不包括MOSFET。

参照图3，传感器可以包括基板10、第一电极20、第二电极30、至少一个纳米结构40以及感测对象50。该传感器可以包括第一绝缘体60、第一焊盘210、第二焊盘220、第一布线230、第二布线240以及第二绝缘体250。尽管未图示，但该传感器可以具有设置在第一导体和第二电极30上的第二导体。

传感器具有MOSFET来放大纳米结构40的电特性的变化并且/或者将该变化转换成数字信号。由于在某些实施方式中传感器可能不包括MOSFET，因此可以通过第一布线230和第一焊盘210来输出纳米结构40的电特性的变化。

由于在某些实施方式中不需要MOSFET，因此可以对传感器使用低成本的塑料基板或玻璃基板。

图4例示了示例性传感器的平面图和沿该平面图中的线C-C而截取的剖面图。参照图4，传感器包括基板10、第一电极20、第二电极30、纳米结构40以及感测对象50。该传感器可以包括绝缘体60、第一导体70、第二导体80以及MOSFET 90。

第一电极20形成在基板10上。与图1-2所示的实施方式类似，第一电极20可以具有各种结构和形状。

第二电极30也形成在基板10上。在第二电极30中形成有多个孔36。第一电极20中的与相应孔对应的至少一个设置在所述孔中，并且与第二电极30间隔开。与图1-2的实施方式类似，第二电极30可以具有各种结构和形状。在某些实施方式中，可以对第二电极30施加预定电压的基准电压。

绝缘体60可以在第一电极20与第二电极30之间提供绝缘。

第一导体70设置在第一电极20上，在第一导体70与第一电极20之间具有纳米结构40。第一导体70可以是金层。第一电极20和第二电极30在图4示出。

基板10、纳米结构40、感测对象50以及MOSFET 90的结构可以与其他实施方式的结构相同。

根据包括纳米结构的常规传感器，当由于工艺误差而导致在第一电极与相邻的第一电极之间连接有纳米结构时，由于第一电极与相邻的第一电极之间的纳米结构的干扰而可能导致不能进行精确的测量。在所公开的实施方式中，即使在第一电极与相邻的第一电极之间连接有纳米结构，至少由于纳米结构连接到设置在第一电极和相邻的第一电极之间的第二电极(其中对第二电极施加基准电压)，因此也不会出现这种干扰。作为潜在优点，根据本发明实施方式的传感器对于工艺误差具有鲁棒性。

根据常规传感器，由于与纳米结构相邻的感测对象的电势可能发生变化，因此可能存在对获取精确测量的干扰。在本公开的实施方式中，施加有基准电压的第二电极可以将感测对象的电势保持在特定电平。作为优点，提高了测量精度。更具体地讲，根据常规传感器，施加有基准电压的第二电极设置在与纳米结构相邻的感测对象的一侧。在本公开的实施方式中，施加有基准电压的第二电极可以包围与纳米结构相邻的感测对象。结果，可以将与纳米结构相邻的感测对象的电势保持在特定电平，从而提高测量精度。

图5至图10是例示了制造传感器的示例性方法的步骤的图。在图5至图10的上部和下部分别示出了平面图和沿平面图中的线A-A所截取的剖面图。针对图1-4的实施方式来对传感器进行描述，这是因为可以根据该制造方法推断出制造根据本发明第二实施方式和第三实施方式的传感器的方法。

图5例示了基板10的制备。可以使用各种类型的基板，例如半导体基板。

图6例示了MOSFET 90的形成。标号97表示用于连接第二电极30和第一附加电极100的布线。

图7示出了按使第二电极30与第一电极20间隔开并包围第一电极20的侧面的方式来在基板10上形成第一电极20和第二电极30。还形成第一附加电极100和第二附加电极110。

图8示出了在基板10上形成绝缘体60。绝缘体60设置在第一电极20与第二电极30之间。同时还形成附加绝缘体130。绝缘体60可以包括二氧化硅(SiO₂)。尽管在所示出的示例中在形成第一电极20和第二电极30之后形成绝缘体60，但是也可以首先形成第一电极和第二电极的一部分，接下来形成绝缘体60，之后可以形成第一电极20和第二电极30的其余部分。在某些实施方式中，当第一电极20和第二电极30包括按顺序层叠的铝(Al)层、钯(Pd)层和金(Au)层时，可以按顺序形成铝(Al)层、绝缘体60、钯(Pd)层和金(Au)层。在其他实施方式中，当第一电极20和第二电极30具有顺序层叠的铝(Al)层和钯(Pd)层时，可以按顺序形成铝(Al)层、绝缘体60和钯(Pd)层。

在图9中，形成与第一电极20和第二电极30的上表面接触的至少一个纳米结构40。同时还形成附加纳米结构120。纳米结构具有随机排列。在某些实施方式中，可以通过将基板10浸入到其中散布有纳米结构(例如碳纳米管)的溶液中并从该溶液中取出基板10，来形成纳米结构。可以通过将碳纳米管与1，2-二氯苯按0.02克∶200毫升的比例混合，来获得其中散布有碳纳米管的溶液。可以将基板浸入1分钟到5分钟，并且取出基板的速度可以在1毫米/分钟至10毫米/分钟的范围内。

图10示出了在第一电极20和第二电极30上分别形成第一导体70和第二导体80。同时，形成附加第一导体140和附加第二导体150。第一导体70可以用于提高第一电极20与纳米结构40之间的电阻，第二导体80可以用于提高第二电极30与纳米结构40之间的电阻。第一导体70和第二导体80可以通过各种方法来形成。例如，第一导体70和第二导体80可以通过构图工艺或非构图工艺(例如自对准工艺)来形成。构图工艺可以包括剥离工艺。非构图工艺可以包括化学镀敷工艺。更具体地讲，化学镀敷工艺可以包括电镀工艺，例如无电镀敷工艺。

在其他实施方式中，代替形成第一导体70和第二导体80的工艺，可以通过退火工艺来提高第一导体70、第二导体80和纳米结构40之间的电阻。之后可以使纳米结构40暴露于感测对象50，如图2所示。

图11和12是例示了制造第一电极20和第二电极30以及第一导体70和第二导体80的方法的各种示例的图。

图11例示了通过剥离工艺来形成第一导体70和第二导体80的示例。图11示出了在基板10上形成纳米结构40(图11(a))之后，在基板10上形成光刻胶膜。然后对光刻胶膜进行曝光和显影来形成光刻胶膜图案310，该光刻胶膜图案310覆盖除了以下部分之外的全部结构：第一电极20、第二电极30、至少一个第一附加电极100和至少一个第二附加电极110的上部(图11(b))。此后，在光刻胶膜图案310上淀积导体320，例如金导体(图11(c))。然后去除光刻胶膜图案310上的导体320和光刻胶膜图案310，从而保留形成在第一电极20和第二电极30上的第一导体70和第二导体80(图11(d))。

图12例示了通过化学镀敷工艺(例如无电镀敷工艺)来形成第一导体70和第二导体80的示例。具体地讲，该示例例示了具有铝(Al)层、钯(Pd)层和金(Au)层的第一电极20和第二电极30，其中按顺序形成铝(Al)层、绝缘体60、钯(Pd)层和金(Au)层。

在图12中，在基板10上形成具有第一电极20、第二电极30和绝缘体60的形状的Al层(或任何公知的导电层)330(图12(a))。

之后，在铝层330的表面上形成钯层340，并且在钯层340上形成金层350(图12(b))。可以通过将基板10的上表面暴露于含有钯的溶液(也称为钯活性溶液)来实现形成钯层340的工艺。含有钯的溶液可以包含：0.1克氯化钯(PdCl₂)、3毫升盐酸(HCl)、3毫升磷酸(H₃PO₄)(85％)、6毫升镁(Mg)溶液、1毫升PEG(聚乙二醇)溶液、以及去离子水。将基板10的上表面暴露于含有钯的溶液的工艺可以通过如下方式来实现：在室温下将基板10在含有钯的溶液中浸渍3分钟，然后对基板10进行清洁。当基板10的上表面暴露于含有钯的溶液时，钯层340仅形成在铝层330上，而不形成在绝缘体60的表面上。作为潜在优点，形成钯层340的工艺不需要单独的构图工艺。由于使用钯层340作为催化剂来进行镀金，因此钯层340有助于金的淀积。可以通过将基板10的上表面暴露于含有金的溶液(也称为镀金溶液)来实现通过无电镀敷工艺形成金层350的工艺。含有金的溶液可以包括0.06克氰化钾(KCN)、0.9克柠檬酸、0.1克金氰化钾(KAuCN₂)、2毫升联氨(N₂H₄)以及50毫升去离子水的溶液。将基板10的上表面暴露于含有金的溶液的工艺可以通过如下方式来实现：在50℃下将基板10在含有钯的溶液中浸渍1小时20分钟，然后对基板10进行清洁。当基板10的上表面暴露于含有金的溶液时，金层350仅形成在钯层340上，而不形成在绝缘体60的表面上。作为潜在优点，形成金层350的工艺不需要单独的构图工艺。然后在钯层340和绝缘体60上形成纳米结构40(图12(c))。

然后，在金层350上形成与第一导体70和第二导体80对应的附加金层360(图12(d))。可以通过将基板10的上表面暴露于含有金的溶液来实现通过无电镀敷工艺形成金层360的工艺。含有金的溶液可以包括：0.06克KCN、0.9克柠檬酸、0.1克KAuCN₂、2毫升N₂H₄以及50毫升去离子水。将基板10的上表面暴露于含有金的溶液的工艺可以通过如下方式来实现：在50℃下将基板10在含有钯的溶液中浸渍15分钟，然后对基板10进行清洁。当基板10的上表面暴露于含有金的溶液时，金层360仅形成在金层360上，而不形成在绝缘体60的表面上。作为潜在优点，形成金层360的工艺不需要单独的构图工艺。

图12所示的化学镀敷工艺可以进行各种改变。在某些实施方式中，可以执行退火工艺来替代形成与第一导体70和第二导体80对应的附加导电层360。可以通过退火工艺来降低第一电极20、第二电极30和纳米结构40之间的电阻。在其他实施方式中，可以省略形成第一电极20和第二电极30中所包含的金层350的工艺。

Claims (33)

1.一种传感器，该传感器包括：

基板；

设置在所述基板上的第一电极；

设置在所述基板上的第二电极，所述第二电极与所述第一电极间隔开，并至少围绕沿着所述第一电极的至少一个轴的所有侧面；以及

接触所述第一电极和所述第二电极的至少一个纳米结构，所述至少一个纳米结构被构成为根据感测对象而改变电特性；

其中，对所述第二电极施加预定电压的基准电压；

其中，所述传感器还包括设置在所述第一电极上的第一导体和设置在所述第二电极上的第二导体，

其中，所述至少一个纳米结构的第一部分与所述第一导体电连接，并且所述至少一个纳米结构的第二部分与所述第二导体电连接。

2.根据权利要求1所述的传感器，该传感器还包括设置在所述基板上、位于所述第一电极与所述第二电极之间的绝缘体。

3.根据权利要求1所述的传感器，该传感器还包括：

所述至少一个纳米结构的第一部分设置在所述第一电极与所述第一导体之间；以及

所述至少一个纳米结构的第二部分设置在所述第二电极与所述第二导体之间。

4.根据权利要求1所述的传感器，该传感器还包括设置在所述第一电极和所述第二电极下方的金属氧化物半导体场效应晶体管，其中，该金属氧化物半导体场效应晶体管的源极、栅极和漏极中的至少一个电连接到所述第一电极和所述第二电极中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第一电极分为彼此间隔开的多个第一子电极。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少一个纳米结构包括碳纳米管。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少一个纳米结构随机排列。

8.根据权利要求2所述的传感器，该传感器还包括：

设置在所述基板上的第一附加电极，所述第一附加电极与所述第一电极和所述第二电极间隔开；

设置在所述基板上的第二附加电极，所述第二附加电极与所述第一电极、所述第二电极和所述第一附加电极间隔开，并包围所述第一附加电极；以及

连接到所述第一附加电极和所述第二附加电极的至少一个附加纳米结构。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器被构成为在液态或气态中进行感测。

10.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器被构成为在用于感测对象的载体中进行感测。

11.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述纳米结构包括纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带、纳米膜或纳米球中的任一个。

12.一种传感器，该传感器包括：

基板；

设置在所述基板上的第二电极，所述第二电极具有多个孔；

设置在所述多个孔中的每一个孔中的第一电极，所述第一电极与所述第二电极间隔开；以及

接触所述第一电极和所述第二电极的至少一个纳米结构，所述至少一个纳米结构被构成为根据感测对象而改变电特性；

其中，对所述第二电极施加预定电压的基准电压。

13.根据权利要求12所述的传感器，该传感器还包括在所述第一电极和所述第二电极之间提供绝缘的绝缘体。

14.根据权利要求12所述的传感器，该传感器还包括：

设置在所述第一电极上的第一导体，所述至少一个纳米结构的第一部分设置在所述第一电极和所述第一导体之间；以及

设置在所述第二电极上的第二导体，所述至少一个纳米结构的第二部分设置在所述第二电极和所述第二导体之间。

15.根据权利要求12所述的传感器，该传感器还包括设置在所述第一电极和所述第二电极下方的金属氧化物半导体场效应晶体管，其中，所述金属氧化物半导体场效应晶体管的源极、栅极或漏极中的至少一个电连接到所述第一电极和所述第二电极中的至少一个。

16.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述至少一个纳米结构包括碳纳米管。

17.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述至少一个纳米结构在所述传感器中随机排列。

18.一种制造传感器的方法，该方法包括以下步骤：

（a）制备用于形成一个或更多个结构的基板；

（b）在所述基板上形成第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极间隔开，并包围所述第一电极；以及

（c）在不进行构图工艺的情况下形成接触所述第一电极和所述第二电极的上表面的至少一个纳米结构，其中对第二电极施加预定电压的基准电压；

其中，所述方法还包括以下步骤：

形成设置在所述第一电极上的第一导体和设置在所述第二电极上的第二导体，所述至少一个纳米结构的第一部分与所述第一导体电连接，并且所述至少一个纳米结构的第二部分与所述第二导体电连接。

19.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括在步骤（b）和（c）之间执行的步骤（d），该步骤（d）形成位于所述基板上、处于所述第一电极和所述第二电极之间的绝缘体。

20.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括以下步骤：

（e）所述至少一个纳米结构的第一部分设置在所述第一电极和所述第一导体之间，所述至少一个纳米结构的第二部分设置在所述第二电极和所述第二导体之间。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，通过剥离工艺来形成所述第一导体和所述第二导体。

22.根据权利要求18所述的方法，其中，通过化学镀敷工艺来形成所述第一导体和所述第二导体中的每一个。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述步骤（a）包括以下步骤：

（a1）在所述基板上形成具有所述第一电极和所述第二电极的形状的铝层；以及

（a2）将所述基板暴露于含有钯的溶液，以在所述铝层上形成钯层。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，通过将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述钯层上形成金层，从而执行所述化学镀敷。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述步骤（a）还包括步骤（a3）：将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述钯层上形成金层。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，通过将所述基板暴露于含有金的所述溶液以在所述金层上形成附加金层，从而执行所述化学镀敷。

27.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括步骤（f）：在所述步骤（c）之后执行退火工艺。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述步骤（a）包括以下步骤：

（a1）在所述基板上形成具有所述第一电极和所述第二电极的形状的铝层；

（a2）至少将所述基板暴露于含有钯的溶液以在所述铝层上形成钯层；以及

（a3）至少将所述基板暴露于含有金的溶液以在所述钯层上形成金层。

29.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括在步骤（a）和（b）之间执行的步骤（g），该步骤（g）形成位于所述第一电极和所述第二电极下方的金属氧化物半导体场效应晶体管。

30.根据权利要求18所述的方法，其中，所述至少一个纳米结构包括碳纳米管。

31.根据权利要求18所述的方法，其中，所述至少一个纳米结构随机排列。

32.根据权利要求18所述的方法，其中，所述步骤（c）包括以下步骤：

（c1）将所述基板浸入其中散布有碳纳米管的溶液；以及

（c2）从所述溶液中取出所述基板。

33.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二电极将所述第一电极分为多个第一子电极。

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