CN1842704A - 场效应晶体管和单电子晶体管及利用它们的传感器 - Google Patents

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Abstract

在具有配备了基板(2)、设置于基板(2)上的源电极(4)和漏电极(5)、以及成为源电极(4)与漏电极(5)之间的电流通路的沟道(6)的场效应晶体管(1A)，用于检测出检测对象物质的传感器中，场效应晶体管(1A)通过构成为具有用于固定与检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质(10)的相互作用感知栅(9)和为了检测相互作用作为场效应晶体管(1A)的特性的变化而施加电压的栅(7)，提供了一种要求高灵敏度的检测灵敏度的检测对象物质的检测成为可能的传感器。

Description

场效应晶体管和单电子晶体管及利用它们的传感器
技术领域
本发明涉及场效应晶体管和单电子晶体管及利用它们的传感器。
背景技术
场效应晶体管(FET)和单电子晶体管(SET)是将输入到栅上的电压信号变换为从源电极或漏电极输出的电流信号的元件。如果在源电极与漏电极之间施加电压，则存在于沟道中的带电粒子沿着电场方向在源电极与漏电极之间移动，从源电极或漏电极作为电流信号输出。
此时，所输出的电流信号的强度与带电粒子的密度成正比。一旦对隔着绝缘体设置于沟道的上方、侧面或下方等的栅施加电压，则存在于沟道中的带电粒子的密度发生变化，故利用此效应即可通过改变栅电压而使电流信号发生变化。以下，在对场效应晶体管和单电子晶体管不加区别进行叙述的情况下，简称为“晶体管”。
目前所知的利用了晶体管的化学物质检测元件(传感器)是应用了上述晶体管原理的检测元件。作为具体的传感器的例子，可举出在专利文献1中所述的例子。在专利文献1中，叙述了具有下述结构的传感器，在所述结构中，固定有选择性地与在晶体管的栅上应检测出的物质反应的物质。由于应检测出的物质与固定在栅上的物质的反应所引起的栅上的表面电荷的变化，施加于栅上的电位发生变化，从而存在于沟道中的带电粒子的密度发生变化。通过读取由此产生的来自晶体管的漏电极或源电极的输出信号的变化，可检测出应检测的物质。
专利文献1：日本特开平10-260156号公报
然而，在考虑到将这样的传感器应用到例如利用要求极高灵敏度的检测灵敏度的抗原—抗体反应的免疫传感器等的情况下，检测灵敏度因受技术上的限制而达不到实用化的阶段。
发明内容
本发明就是鉴于上述课题而首创的，其目的在于提供一种使要求高灵敏度的检测灵敏度的检测对象物质的检测成为可能的传感器。
本发明的发明人发现，在使用晶体管检测出检测对象物质用的传感器中，除了使该晶体管具有源电极、漏电极和沟道外，还具有用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅、以及为了检测该相互作用作为该晶体管的特性的变化而施加电压的栅，由此能以高灵敏度检测出该检测对象物质，从而完成本发明。
即，本发明的传感器具有配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道的场效应晶体管，用于检测出检测对象物质，其特征在于，该场效应晶体管具有用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅、以及为了检测该相互作用作为该场效应晶体管的特性的变化而施加电压的栅(第一方面)。按照该传感器，可在晶体管的转移特性达到最高灵敏度的状态下进行该相互作用的检测，从而可使传感器具有高灵敏度。
另外，本发明的另一传感器具有配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道的单电子晶体管，用于检测出检测对象物质，其特征在于，该单电子晶体管具有用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅、以及为了检测该相互作用作为该单电子晶体管的特性的变化而施加电压的栅(第五方面)。按照该传感器，可在晶体管的转移特性达到最高灵敏度的状态下进行该相互作用的检测，从而可使传感器具有高灵敏度。
另外，优选情况是，该沟道由纳米管状结构体构成(第二、第六方面)。由此，可进一步提高传感器的灵敏度。
另外，优选情况是，上述纳米管状结构体是从由碳纳米管、氮化硼纳米管和二氧化钛纳米管构成的组中选出的结构体(第三、第七方面)。
另外，优选情况是，上述场效应晶体管所具有的纳米管状结构体的电学特性具有半导体方面的性质(第四方面)。
另外，优选情况是，上述单电子晶体管所具有的纳米管状结构体引入了缺陷(第八方面)。由此，可在纳米管状结构体中形成量子点结构。
另外，优选情况是，上述单电子晶体管所具有的纳米管状结构体的电学特性具有金属方面的性质(第九方面)。
另外，优选情况是，该相互作用感知栅是与该栅不同的另一栅(第十方面)。由此，可用简单结构构成晶体管。
另外，优选情况是，上述另一栅是在该基板表面的沟道上表面设置的顶栅、在该基板表面的沟道侧面设置的侧栅、以及在背面侧设置的背栅中的某一种(第十一方面)。由此，可简单地进行检测时的操作。
另外，优选情况是，该沟道以与该基板隔离的状态被架设于上述源电极与上述漏电极之间(第十二方面)。由此，相互作用感知栅与沟道之间的介电常数变低，减小了相互作用感知栅的电容，从而能以高灵敏度进行检测。
另外，优选情况是，该沟道按照在室温下在上述源电极与漏电极之间松弛的状态设置(第十三方面)。由此，能减小沟道因温度变化而破损的可能性。
另外，优选情况是，该基板是绝缘性基板(第十四方面)。
另外，优选情况是，该沟道被绝缘性构件覆盖(第十五方面)。
由此，晶体管内的电流能可靠地流过沟道，并能稳定地进行检测。
另外，优选情况是，在该沟道与该相互作用感知栅之间形成低介电常数的绝缘性材料层(第十六方面)。由此，由于在相互作用感知栅处发生的相互作用所引起的电荷的变化被高效地转移给沟道，所以可提高传感器的灵敏度。
另外，优选情况是，在该沟道与该栅之间形成高介电常数的绝缘性材料层(第十七方面)。由此，在栅上的栅电压作用下，能更加高效地调制晶体管的转移特性，可提高传感器的灵敏度。
另外，本发明的传感器在该相互作用感知栅上还包含将该特定物质固定化的部分(第十八方面)。
本发明的场效应晶体管配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，用于检测出检测对象物质，其特征在于，具有用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅、以及为了检测该相互作用作为该场效应晶体管的特性的变化而施加电压的栅(第十九方面)。
本发明的另一场效应晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道是以与该基板隔离的状态被架设于上述源电极与漏电极之间的纳米管状结构体(第二十方面)。
本发明的另一场效应晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道的场效应晶体管，其特征在于，该沟道由纳米管状结构体构成，该纳米管状结构体按照在室温下在上述源电极与漏电极之间松弛的状态设置(第二十一方面)。
本发明的另一场效应晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道是纳米管状结构体，该基板是绝缘性基板(第二十二方面)。
本发明的另一场效应晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道是被绝缘性构件覆盖的纳米管状结构体(第二十三方面)。
本发明的单电子晶体管配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，用于检测出检测对象物质用的传感器，其特征在于，具有用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅、以及为了检测该相互作用作为该单电子晶体管的特性的变化而施加电压的栅(第二十四方面)。
本发明的另一单电子晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道是以与该基板隔离的状态被架设于上述源电极与漏电极之间的纳米管状结构体(第二十五方面)。
本发明的另一单电子晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道由纳米管状结构体构成，该纳米管状结构体按照在室温下在上述源电极与漏电极之间松弛的状态设置(第二十六方面)。
另外，本发明的另一单电子晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道是纳米管状结构体，该基板是绝缘性基板(第二十七方面)。
另外，本发明的另一单电子晶体管配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为上述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于，该沟道是被绝缘性构件覆盖的纳米管状结构体(第二十八方面)。
优选情况是，上述纳米管状结构体是从由碳纳米管、氮化硼纳米管和二氧化钛纳米管构成的组中选出的结构体。
另外，优选情况是，上述场效应晶体管所具有的纳米管状结构体的电学特性具有半导体方面的性质。
另外，优选情况是，上述单电子晶体管所具有的纳米管状结构体引入了缺陷(第二十九方面)。由此，可在纳米管状结构体中形成量子点结构。
另外，优选情况是，上述单电子晶体管所具有的纳米管状结构体的电学特性具有金属方面的性质。
按照本发明的传感器，以高灵敏度检测出检测对象物质成为可能。
附图说明
图1(a)、图1(b)是表示作为本发明的第一实施方式的传感器的图，其中，图1(a)是晶体管的透视图，图1(b)是晶体管的侧视图。
图2(a)、图2(b)是表示作为本发明的第二实施方式的传感器的图，其中，图2(a)是晶体管的透视图，图2(b)是晶体管的侧视图。
图3(a)、图3(b)是表示作为本发明的第三实施方式的传感器的图，其中，图3(a)是晶体管的透视图，图3(b)是晶体管的侧视图。
图4(a)、图4(b)是表示作为本发明的第四实施方式的传感器的图，其中，图4(a)是晶体管的透视图，图4(b)是晶体管的侧视图。
图5(a)、图5(b)是表示作为本发明的第五实施方式的晶体管的图，其中，图5(a)是晶体管的透视图，图5(b)是晶体管的侧视图。
图6(a)、图6(b)是表示作为本发明的第六实施方式的晶体管的图，其中，图6(a)是晶体管的透视图，图6(b)是晶体管的侧视图。
图7(a)～图7(d)均为说明本发明的一种实施方式的晶体管的制造方法的一例的图。
图8是说明本发明的一种实施方式的晶体管的制造方法的一例的图。
图9是说明本发明的一种实施方式的晶体管的制造方法的一例的图。
图10(a)～图10(c)均为说明本发明的实施例的图。
图11是说明本发明的实施例的图。
图12(a)～图12(c)均为说明本发明的实施例的图。
图13是说明本发明的实施例的图。
图14是说明本发明的实施例的图。
图15是说明本发明的实施例的图。
图16是说明本发明的实施例的图。
图17是表示本发明的实施例的结果的曲线图。
其中，符号说明为，
1A～1F：晶体管；2：基板；3：低介电层；4：源电极；5：漏电极；6：沟道；7：侧栅；9：背栅(电压不施加电极结构构件)；10：抗体；11：高介电层；12：背栅；13：绝缘膜14：顶栅(电压不施加电极结构构件)；15：侧栅(电压不施加电极结构构件)；16：光致抗蚀剂(沟道保护层)；17：催化剂；18：CVD(化学气相淀积法)炉；19：碳纳米管；20：衬垫层(绝缘层)21：绝缘体。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式，但本发明不限定于以下的实施方式，在不违背其宗旨的范围内可适当地加以变形而付诸实施。再有，后面虽然要进行详细说明，但在以下的第一～第五实施方式中，在简记为“晶体管”的情况下，是不加区别地指场效应晶体管与单电子晶体管的术语。另外，在下述各实施方式之间，对实质上相同的部分标以相同的符号进行说明。
[第一实施方式]
图1(a)、图1(b)是说明作为本发明的第一实施方式的传感器的图。
如图1(a)所示，晶体管1A的基板2用绝缘性的材料形成，在其上表面(图中上侧的面)的整个面上均设置有绝缘性且低介电常数的氧化硅层(以下，适当地称为“低介电层”)3。另外，在低介电层3的表面上，设置由金形成的源电极4和漏电极5，在源电极4与漏电极5之间架设由碳纳米管形成的沟道6。
沟道6通过以维系源电极4与漏电极5之间的架桥状设置而架设于源电极4与漏电极5之间，与低介电层3的表面隔离。也就是说，沟道6在与源电极4的连接部和与漏电极5的连接部的2点被固定于晶体管1A上，其它部分成为在空中浮置的状态。此外，如图1(b)所示，沟道6在以规定角度松弛的状态下被架设。此处，所谓沟道6所松弛的规定角度，是指在例如因基板2随温度变化而变形等造成源电源4与漏电极5之间的距离发生变动的情况下，可吸收因这种变动而施加于沟道6上的拉伸应力或压缩应力的程度。再有，通常在使用传感器的温度条件下，沟道6松弛规定角度，可吸收因使用传感器的温度附近的温度变化而产生的应力。但是，在本实施方式中，设定为在室温下沟道6松弛规定角度。
在低介电层3表面的与沟道6对置的位置上，设置由金形成的侧栅7。为了将栅电压施加在沟道6上，设置侧栅7。源电极4、漏电极5和侧栅7与未图示的外部电源连接，被设定成从该外部电源施加电压。此外，分别流过源电极4、漏电源5和侧栅7的电流和施加于它们上的电压用未图示的测定器测定。
在用于本实施方式的传感器的晶体管1A中，还在基板1A的背面(图中的下侧面)，即与低介电层3相反一侧的面上，遍及整个面设置由金形成的背栅(另一栅)9作为相互作用感知栅。在该背栅9上固定有特定物质(在本实施方式中，为抗体)10，该特定物质与使用本实施方式的传感器进行检测的检测对象物质有选择地进行相互作用。
另外，在背栅9上不从外部施加任何电压。
由于本实施方式的传感器以上述方式构成，所以在测定开始前，或者在测定进行中，调整施加于侧栅7上的栅电压，找出晶体管1A的转移特性具有最高灵敏度的最佳栅电压。如果判明最佳栅电压，则将施加于侧栅7上的栅电压设定为最佳栅电压。
其后，一边使栅电压保持在最佳栅电压或最佳栅电压附近，一边将包含应检测出的检测对象物质的试料与特定物质发生相互作用。再有，所谓最佳栅电压的附近，是指在对检测对象物质进行检测时，能够期待晶体管的特性值的变动达到为检测出检测对象物质所需的足够大小的程度的范围。如果试料包含检测对象物质，则由于背栅9的电位在特定物质与检测对象物质的相互作用下发生变动，所以产生起因于该相互作用的下述值的变动，即：在源电极与漏电极之间流过的电流的电流值、阈值电压、漏电压对栅电压的斜率；还有以下列举的作为单电子晶体管所特有的特性的库仑振动的阈值、库仑振动的周期、库仑金刚石的阈值、库仑金刚石的周期等的晶体管的特性值。通过检测该变动，可检测出检测对象物质与特定物质的相互作用，进而可检测出试料中的检测对象物质。
如上所述，按照本实施方式的传感器，可使用侧栅7将晶体管1A设定成晶体管1A的转移特性具有最高灵敏度的状态，即晶体管1A的互导为最大的状态。由此，可使因特定物质与检测对象物质之间的相互作用而产生的栅电位的变化给予沟道6的带电粒子的密度变化的效应达到最大。其结果是，可将特定物质与检测对象物质之间的相互作用作为晶体管1A的特性的大的变化进行测定。即，按照本实施方式的传感器，可使起因于特定物质与检测对象物质之间的相互作用的晶体管的特性的变化量放大，使传感器具有高灵敏度。
另外，由于使用了纳米管状结构体即碳管作为沟道6，因此能够以更高的灵敏度检测出检测对象物质。一般来说，使用了晶体管的传感器的检测灵敏度的极限与晶体管的栅的电容(以下适当地称为“栅电容”)有关。栅电容越小，就越能将栅的表面电荷的变化捕捉为大的栅电位的变化，以此使传感器的检测灵敏度得到提高。由于栅电容跟沟道长度L与沟道宽度W的乘积L×W成正比，所以为了减少栅电容，有效的是沟道的微细化。由于如本实施方式中所使用的纳米管状结构体非常微细，所以出于上述原因，能够以非常高的灵敏度检测出检测对象物质。
另外，由于作为相互作用感知栅使用了背栅9，将抗体固定在背栅9上，所以用简单的结构可进行高灵敏度的检测。特别是，由于背栅9被设置在基板1A的背面，所以可简单地进行检测时的操作。
另外，沟道6被松弛地架设于源电极4与漏电极5之间，所以检测时和保存时即使有温度变化，也可降低沟道6因温度变化发生变形而遭到破损的可能性。
另外，由于使基板2为绝缘性基板，所以能可靠地检测出背栅9中的相互作用。
另外，由于在沟道6与背栅(相互作用感知栅)9之间形成低介电层3，由此，背栅9中的相互作用造成的表面电荷的变化更有效地作为沟道6内的电荷密度的变化而被传递，呈现为晶体管1A的特性的大的变化。由此，可使本实施方式的传感器的灵敏度进一步得到提高。
另外，只要使用本实施方式的传感器，实时测定也是可能的，可监视物质间相互作用。
另外，例如，在基于现有的其它检测原理的利用了免疫反应的检测装置中，利用放射免疫测定、化学发光免疫测定等使用标记物的测定方法，作为检测灵敏度，处于能够大致满足的状态。然而，上述检测需要专用的设施及装置系统，并且必须在检查中心或医院的检查室由作为专家的临床检查技师进行测定。因此，对于执业医师等而言，由于要通过取得检查中心的外协而实施检查，所以无法得到迅速的检查结果。另外，由于反应时间长，很少能应对紧急检查。这是由于当前的免疫测定法使用了标记物，所以在反应工序中需要清洗等复杂的操作。
另外，作为非标记法的免疫传感器，基于表面等离子体激元共振(SPR)等各种检测原理的传感器得到开发，但所有传感器不过是作为研究装置加以利用的，对于临床检查用途其灵敏度还不够，尚未达到实用化的阶段。另外，由于上述的免疫传感器应用了光学检测法，所以也有整个装置是大型的课题。
但是，只要使用本实施方式的传感器，即可得到传感器小型化、检测迅速化、操作简便等优点。
[第二实施方式]
图2(a)、图2(b)是说明作为本发明的第二实施方式的传感器的图。
如图2(a)所示，构成作为本发明的第二实施方式的传感器的晶体管1B具有与在第一实施方式中说明过的晶体管1A同样的构成。
此外，本实施方式的晶体管1B遍及低介电层3表面的整个面上，形成绝缘性且高介电常数的感光性树脂层(以下，适当地称为“高介电层”)11。该高介电层11以覆盖沟道6的整体和源电极4、漏电极5及侧栅7的侧面的方式形成，但不覆盖源电极4、漏电极5及侧栅7的上侧(图中上方)的面。再有，在图2(a)、图2(b)中，高介电层11用双点划线表示。
由于本实施方式的传感器以上述方式构成，所以与第一实施方式的传感器同样地，通过设定成晶体管1B的转移特性具有最高灵敏度的状态，可将特定物质与检测对象物质之间的相互作用作为晶体管1B的特性的大的变化加以测定。由此，使本实施方式的传感器的灵敏度提高成为可能。
另外，与上述第一实施方式同样地，可收到如下的效果。即，作为沟道6，由于使用了碳纳米管，所以能够使传感器取得更高的灵敏度。另外，作为相互作用感知栅，由于使用了背栅9，所以能够以简单的构成和简单的操作进行高灵敏度的检测。另外，由于基板2是绝缘性基板，所以能够可靠地检测出检测对象物质与特定物质的相互作用。另外，由于在沟道6与背栅9之间形成低介电层3，由此，可将背栅9中的相互作用造成的表面电荷的变化高效地传递给沟道6，可使传感器的灵敏度进一步得到提高。另外，由于沟道6松弛，可防止温度变化等造成的长度变化所引起的破损。再有，在本实施方式中，在沟道6的周围，充填高灵敏度层11，但由于构成高灵敏度层11的感光树脂(光致抗蚀剂)是柔性物质，可容许沟道6的变形到某种程度，所以如上所述可防止破损。
此外，在本实施方式中，在沟道6与侧栅7之间，由于具有作为高介电常数的绝缘性材料层的高介电层11，所以通过对侧栅7施加栅电压，可更加高效地调制晶体管1B的转移特性，可使传感器的灵敏度进一步得到提高。
另外，由于沟道6被绝缘性的高介电层11覆盖，所以可防止沟道6内的带电粒子漏泄到沟道6外部，并且防止沟道6外部的带电粒子从源电极和漏电极以外侵入到沟道6中。由此使得稳定地检测出特定物质与检测对象物质的相互作用成为可能。
另外，只要使用本实施方式的传感器，实时测定也是可能的，可监视物质间相互作用。进而，由于集成化容易，所以可一次测定同时多发地引起的物质间相互作用的现象。
另外，只要使用本实施方式的传感器，即可得到传感器小型化、检测迅速化、操作简便等优点。
[第三实施方式]
图3(a)、图3(b)是说明作为本发明的第三实施方式的传感器的图。
如图3(a)所示，与第一实施方式同样地，构成本实施方式的传感器的晶体管1C具有用绝缘性的材料形成的基板2、绝缘性且低介电常数的低介电层3、由金形成的源电极4和漏电极5，在源电极4与漏电极5之间架设由碳纳米管形成的沟道6。
在基板2的背面，在整个面上形成对晶体管1C施加栅电压的背栅12。另外，背栅12与未图示的电源连接，由该电源施加电压。再有，向背栅12施加的电压可用未图示的测定器测定。
在低介电层3的表面，从沟道6中间部到图中内里方向的边缘部形成低介电常数的绝缘材料即氧化硅的膜(绝缘膜)13。
沟道6沿横向贯通该绝缘膜13。换言之，沟道6的中间部被绝缘膜13覆盖。
另外，在绝缘膜13的上侧表面，形成由金形成的相互作用感知栅即顶栅14。即，顶栅14隔着绝缘膜13在低介电层3上形成。顶栅14以不从外部向其施加电压的方式构成。此外，在顶栅14的上侧表面，固定作为特定物质的抗体10。
在遍及低介电层3表面的整个面上，形成绝缘体21。该绝缘体21以覆盖沟道6的未被绝缘膜13覆盖的部分整体、以及源电极4、漏电极5、绝缘膜13及顶栅14的各自侧面的方式形成，但不覆盖源电极4、漏电极5及顶栅14的上侧的面。再有，在图3(a)、图3(b)中，绝缘体21用双点划线表示。
由于作为本发明的第三实施方式的传感器以上述方式构成，所以与第一实施方式的传感器同样地，通过设定成晶体管1C的转移特性具有最高灵敏度的状态，可将特定物质与检测对象物质之间的相互作用作为晶体管1C的特性的大的变化加以测定，可使传感器取得高灵敏度。
另外，与上述第一实施方式同样地，由于使用了碳纳米管作为沟道6，所以能够使传感器取得更高的灵敏度。另外，由于基板2是绝缘性基板，所以能够可靠地检测出检测对象物质与特定物质的相互作用。
在本实施方式中，由于使用了顶栅14作为相互作用感知栅，所以能够以简单的构成和简单的操作进行高灵敏度的检测。
另外，由于在沟道6与顶栅14之间形成低介电常数的绝缘膜13，由此，可将顶栅14中的相互作用造成的表面电荷的变化高效地传递给沟道6，可使传感器的灵敏度进一步得到提高。
另外，由于沟道6被绝缘体21覆盖，所以可防止沟道6内的带电粒子漏泄到沟道6外部，并且防止沟道6外部的带电粒子从源电极和漏电极以外侵入到沟道6中。由此使得稳定地检测出特定物质与检测对象物质的相互作用成为可能。
另外，只要使用本实施方式的传感器，实时测定也是可能的，可监视物质间相互作用。进而，由于集成化容易，所以可一次测定同时多发地引起的物质间相互作用的现象。
另外，只要使用本实施方式的传感器，即可得到传感器小型化、检测迅速化、操作简便等优点。
[第四实施方式]
图4(a)、图4(b)是说明作为本发明的第四实施方式的传感器的图。
如图4(a)所示，与第一实施方式同样地，构成本实施方式的传感器的晶体管1D具有用绝缘性的材料形成的基板2、绝缘性且低介电常数的低介电层3、由金形成的源电极4和漏电极5，在源电极4与漏电极5之间架设由碳纳米管形成的沟道6。另外，还有侧栅7。
此外，在本实施方式的晶体管1D中，低介电层3上的相对于侧栅7相反一侧的边缘部配备侧栅15作为相互作用感知栅，在其表面上固定抗体10。另外，侧栅15以从外部不施加电压的方式构成。
另外，如图4(b)所示，本实施方式的晶体管1D在遍及低介电层3表面的整个面上，形成绝缘体21。该绝缘体21以覆盖沟道6的整体、以及源电极4、漏电极5及侧栅7、15的各自侧面的方式形成，但不覆盖源电极4、漏电极5及侧栅7、15的上侧(图中上方)的面。再有，在图4(a)、图4(b)中，绝缘体21用双点划线表示。
由于本实施方式的传感器以上述方式构成，所以与第一实施方式的传感器同样地，通过设定成晶体管1D的转移特性具有最高灵敏度的状态，可将特定物质与检测对象物质之间的相互作用作为晶体管1D的特性的大的变化加以测定。由此，使本实施方式的传感器的灵敏度提高成为可能。
另外，与上述第一实施方式同样地，可收到如下的效果。即，由于使用了碳纳米管作为沟道6，所以能够使传感器取得更高的灵敏度。另外，由于使用了侧栅15作为相互作用感知栅，所以能够以简单的构成进行高灵敏度的检测。另外。由于基板2是绝缘性基板，所以能够可靠地检测出检测对象物质与特定物质的相互作用。
另外，由于沟道6被绝缘性的绝缘体21覆盖，所以可防止沟道6内的带电粒子漏泄到沟道6外部，并且防止沟道6外部的带电粒子从源电极4和漏电极5以外侵入到沟道6中。由此使得稳定地检测出特定物质与检测对象物质的相互作用成为可能。
另外，只要使用本实施方式的传感器，实时测定也是可能的，可监视物质间相互作用。进而，由于集成化容易，所以可一次测定同时多发地引起的物质间相互作用的现象。
另外，只要使用本实施方式的传感器，即可得到传感器小型化、检测迅速化、操作简便等优点。
[第五实施方式]
图5(a)、图5(b)是表示本发明的第五实施方式的图。
如图5(a)、图5(b)所示，作为本发明的第五实施方式的晶体管1E除了没有背栅9和抗体10外，得到与第一实施方式中说明过的晶体管1A同样的构成。
即，如图5(a)所示，晶体管1E的基板2用绝缘性的材料形成，在其上表面(图中上侧的面)的整个面上均设置有绝缘性且低介电常数的氧化硅层(低介电层)3。另外，在低介电层3的表面上，设置由金形成的源电极4和漏电极5，在源电极4与漏电极5之间架设由碳纳米管形成的沟道6。
沟道6通过以维系源电极4与漏电极5之间的架桥状设置而架设于源电极4与漏电极5之间，与低介电层3的表面隔离。也就是说，在沟道6中，仅在与源电极4的连接部和与漏电极5的连接部的2点被固定于晶体管1A上，其它部分成为在空中浮置的状态。此外，如图5(b)所示，沟道6在以规定角度松弛的状态下被架设。此处，所谓沟道6所松弛的规定角度，是指在例如因基板2随温度变化而变形等造成源电极4与漏电极5之间的距离发生变动的情况下，可吸收因这种变动而施加于沟道6上的拉伸应力或压缩应力的程度。再有，通常在使用传感器的温度条件下，沟道6松弛规定角度，可吸收因使用传感器的温度附近的温度变化而产生的应力。但是，在本实施方式中，被设定为在室温下沟道6松弛规定角度。
在低介电层3表面的与沟道6对置的位置上，设置由金形成的侧栅7。为了将栅电压施加在沟道6上，设置侧栅7。源电极4、漏电极5和侧栅7与未图示的外部电源连接，被设定成从该外部电源施加电压。
由于本实施方式的晶体管1E以上述方式构成，沟道6被松弛地架设于源电极4与漏电极5之间，所以检测时和保存时即使有温度变化，也可降低沟道6因温度变化发生变形而遭到破损的可能性。
另外，由于在本实施方式中基板2是绝缘性基板，所以可降低基板2的介电常数，由于可使栅电容降低，所以可使晶体管1E的灵敏度得到提高。
[第六实施方式]
图6(a)、图6(b)是表示本发明的第六实施方式的图。
如图6(a)、图6(b)所示，作为本发明的第六实施方式的晶体管1F除了没有背栅9和抗体10外，得到与第二实施方式中说明过的晶体管1B同样的构成。
即，如图6(a)所示，构成作为本发明的第六实施方式的晶体管1F具有与在第五实施方式中说明过的晶体管1E同样的构成。
此外，在本实施方式的晶体管1F中，在遍及低介电层3表面的整个面上，形成绝缘性且高介电常数的感光性树脂层(高介电层)11。该高介电层11以覆盖沟道6的整体、以及源电极4、漏电极5及侧栅7的侧面的方式形成，但不覆盖源电极4、漏电极5及侧栅7的上侧(图中上方)的面。再有，在图6(a)、图6(b)中，高介电层11用双点划线表示。
本实施方式的传感器由上述方式构成。因此，在本实施方式中，在沟道6与侧栅7之间，由于具有作为高介电常数的绝缘性材料层的高介电层11，所以通过对侧栅7施加栅电压，可更加高效地调制晶体管1E的转移特性。
另外，由于沟道6被绝缘性的高介电层11覆盖，所以可防止沟道6内的带电粒子漏泄到沟道6外部，并且防止沟道6外部的带电粒子从源电极4和漏电极5以外侵入到沟道6中。由此，可以稳定晶体管1E的工作。
[其它]
以上，用第一～第六实施方式说明了本发明，但本发明不限定于上述各实施方式，可适当地加以变形而付诸实施。
例如，也可将上述实施方式任意地进行组合而实施。
另外，源电极、漏电极、栅、沟道和相互作用感知栅也可以分别适当地形成多个。
另外，在上述实施方式中，说明了在传感器中晶体管露出的构成，但也可以将上述晶体管设置在适当的罩子内，或者设置于其它装置中。
另外，在上述实施方式中，示出将特定物质固定在传感器上的例子并进行了说明，但上述传感器也可以是不在制造阶段或出厂阶段固定特定物质，而由用户将特定物质固定的传感器。即，作为本发明的实施方式的传感器应理解为也包含未固定特定物质的传感器。
另外，在上述实施方式中，作为相互作用感知栅，采用顶栅、侧栅和背栅，但也可以用上述栅以外的其它栅形成相互作用感知栅，并且，不用说还可以用栅以外的其它构件构成。
另外，在上述实施方式中，使沟道6松弛地形成，但当然也可以形成为不使之松弛的柱状。
另外，在上述实施方式中，沟道6被架设于源电极4与漏电极5之间，但沟道6也可与基板2或低介电层3等接触来设置。另外，即使沟道6处于与基板2或低介电层3等接触的状态，只要沟道6处于松弛的状态，就可以使因温度变化造成破损的可能性降低。
再有，也可对相互作用感知栅施加电压。
[构成要素]
接着，详细说明上述各实施方式的构成要素。
如上所述，在上述实施方式中，所谓“晶体管”，是指场效应晶体管和单电子晶体管中的某一种。
场效应晶体管和单电子晶体管的基本结构是共同的，但两者的成为电流通路的沟道却不同。具体地说，单电子晶体管的沟道具有量子点结构，场效应晶体管的沟道没有量子点结构。因此，两者在结构上可以根据量子点结构的有无加以区别。
<基板>
基板(在上述实施方式中，用符号2表示)只要是绝缘性基板或被绝缘的半导体基板即可，此外别无限制，可用任意的材料形成。但是，在作为传感器使用时，优选情况是绝缘性基板或用构成绝缘性基板的材料覆盖表面的基板。在使用绝缘性基板时，与半导体基板相比，由于介电常数低，可降低杂散电容，因此，在以背栅作为相互作用感知栅时，可提高相互作用的检测灵敏度。
绝缘性基板是由绝缘体形成的基板。再有，在本说明书中，只要不特别说明，就意味着是电绝缘体。作为形成绝缘性基板的绝缘体的具体例子，可举出氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化钙、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、特氟纶(Teflon，注册商标)等。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
半导体基板是用半导体形成的基板。作为形成半导体基板的半导体的具体例子，可举出硅、砷化镓、氮化镓、氧化锌、磷化铟、碳化硅等。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
此外，在半导体基板上形成绝缘膜以进行绝缘的情况下，作为形成绝缘膜的绝缘体的具体例子，可举出与形成上述绝缘性基板的绝缘体同样的例子。此时，半导体基板也可作为后述的栅而起作用。
基板的形状是任意的，但通常形成为平板状。另外，对其尺寸也无特别限制，但为了保证基板的机械强度，优选情况是100μm以上。
<源电极、漏电极>
源电极(在上述实施方式中，用符号4表示)只要是可供给上述晶体管的载流子的电极即可，此外别无限制。另外，漏电极(在上述实施方式中，用符号5表示)只要是可接受上述晶体管的载流子的电极即可，此外别无限制。
源电极和漏电极可以分别用任意的导体形成，作为具体例子，可举出金、铂、钛、碳化钛、钨、铝、钼、铬、硅化钨、氮化钨、多晶硅等。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
<栅>
栅(在上述实施方式中，用符号7、12表示)只要是可控制上述晶体管的沟道内的带电粒子的密度的材料就没有限制，可用任意的材料。通常，栅具有与沟道绝缘的导体而被构成，一般来说，由导体和绝缘体构成。
作为构成栅的导体的具体例子，可举出金、铂、钛、碳化钛、钨、硅化钨、氮化钨、铝、钼、铬、多晶硅等。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
配置栅的位置只要是可对沟道施加栅电压的位置即可，此外别无限制，例如配置在基板的上方作为顶栅也可，配置在与基底的沟道同一侧的面上作为侧栅也可，配置在基板的背面作为背栅也可。
此外，在栅之中，顶栅和侧栅在沟道的表面上隔着绝缘膜形成栅即可。作为此处所说的绝缘膜，只要是绝缘性的材料即可，并无特别限制，作为具体例子，可举出氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化钙等无机材料，丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、特氟纶(注册商标)等高分子材料。
<相互作用感知栅>
相互作用感知栅(在上述实施方式中，用符号9、14、15表示)只要是可固定与检测对象物质进行相互作用的特定物质的构件即可，可以称为固定构件。另外，优选情况是，相互作用感知栅不从外部施加电压。因此，相互作用感知栅也可以称为电压不施加型固定构件。另外，相互作用感知栅可采用例如导体、半导体、绝缘体等各种材料。但是，通常与源电极或漏电极同样，采用导体。因此，相互作用感知栅也可以称为电极结构构件，也可以称为不施加电压并且是电压不施加型电极结构构件。作为形成相互作用感知栅的导体的具体例子，可举出金、铂、钛、碳化钛、钨、硅化钨、氮化钨、铝、钼、铬、多晶硅等。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
另外，作为相互作用感知栅，优选情况是采用在晶体管中不用于施加栅电压的栅。具体地说，优选情况是从顶栅、侧栅和背栅中选择的某一种，而以顶栅和背栅中的某一种为更好。如以顶栅为相互作用感知栅，一般来说，由于沟道与顶栅的距离比沟道与其它栅的距离近，可提高传感器的灵敏度。另外，在以背栅为相互作用感知栅的情况下，可简单地将特定物质固定在相互作用感知栅上。
<沟道>
沟道(在上述实施方式中，用符号6表示)可形成源电极与漏电极之间的电流的通路，可适当地使用公知的沟道。
优选情况是，沟道被绝缘性构件覆盖、钝化或保护。作为该绝缘性构件，只要是绝缘性的构件，就可使用任意的构件，作为具体例子，可使用光致抗蚀剂(感光性树脂)、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、特氟纶(注册商标)等高分子材料，氨基丙基乙氧基硅烷等自己组织化膜、PER-氟代聚醚、方布林(商品名)等润滑剂、富勒烯(Fullerene)类化合物，或者氧化硅、氟化硅酸盐玻璃、HSQ(含氢倍半硅氧烷，HydrogenSilsesquioxane)、MSQ(甲基倍半硅氧烷，Methyl Lisesquioxane)、多孔氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化钙、金刚石薄膜等无机物质。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
另外，在相互作用感知栅与沟道之间，优选情况是，设置绝缘性且低介电常数材料的层(低介电层)。此外，从相互作用感知栅到沟道之间在整体上(即，位于从相互作用感知栅到沟道之间的层的全部)具有低介电常数的性质则更好。此处，所谓低介电常数，是指介电常数小于等于4.5。
构成低介电层的材料如上所述只要是绝缘性且低介电常数的材料即可，此外别无限制。作为其具体例子，可举出二氧化硅、氟化硅酸盐玻璃、HSQ(含氢倍半硅氧烷)、MSQ(甲基倍半硅氧烷)、多孔氧化硅、金刚石薄膜等无机材料，聚酰亚胺、派瑞林-N、派瑞林-F、氟化聚酰亚胺等有机材料。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
也就是说，通过使从沟道到相互作用感知栅之间有绝缘性且为低介电常数，在相互作用感知栅上生成的表面电荷的变化作为沟道内的电荷密度的变化被高效地传递出去。由此，由于可将上述相互作用作为晶体管的大的输出特性的变化检测到，所以在将上述晶体管用于传感器的情况下，可使传感器的灵敏度进一步得到提高。
另外，在对晶体管施加栅电压的栅与沟道之间，优选情况是，形成绝缘性且高介电常数的材料的层(高介电层)。此外，从栅到沟道之间在整体上(即，位于从栅到沟道之间的层全部)具有高介电常数的性质则更好。此处，所谓高介电常数，是指介电常数大于等于4.5。
形成高介电层的材料如上所述只要是绝缘性且高介电常数的材料即可，此外别无限制。作为其具体例子，可举出氮化硅、氧化铝、氧化钽等无机物质，具有高介电常数的高分子材料等。另外，这些也可以按任意的种类和比率组合起来使用。
也就是说，通过从栅到沟道之间形成有绝缘性且高介电常数的高介电层，通过对栅施加电压，可更加高效地使晶体管的转移特性得到调制。由此，在将上述晶体管用作传感器的情况下，可使作为传感器的灵敏度进一步得到提高。
接着，分别说明场效应晶体管的沟道(以下，适当地称为“FET沟道”)和单电子晶体管的沟道(以下，适当地称为“SET沟道”)。再有，如上所述，场效应晶体管与单电子晶体管可以根据沟道加以区别，在上述各实施方式中说明过的各晶体管具有FET沟道的情况下，该晶体管应识别为场效应晶体管，在具有SET沟道的情况下，该晶体管应识别为单电子晶体管。
FET沟道可形成电流的通路，可适当地使用公知的沟道，但优选情况是，通常其大小是微细的。
作为这样的微细的沟道的例子，可举出例如纳米管状结构体。所谓纳米管状结构体，是管状的结构体，是指与其长边方向正交的剖面的直径在0.4nm至50nm之间。再有，此处，所谓管状，是指结构体的长边方向的长度跟与之垂直的方向中最长一个方向的长度之比处于10至10000的范围的形状，包含棒状(剖面形状略呈圆形)、带状(剖面形状为扁平，略呈方形)等各种形状。
纳米管状结构体可用作电荷输送体，由于具有直径为数纳米的一维量子细线结构，所以与用于现有的传感器的场效应晶体管的情况相比，栅电容显著地降低。因此，通过特定物质与检测对象物质之间的相互作用而产生的栅电位的变化变为极大，存在于沟道内的带电粒子的密度的变化显著地增大。由此急剧地提高了检测物质的检测灵敏度。
作为纳米管状结构体的具体例子，可举出碳纳米管(CNT)、氮化硼纳米管、二氧化钛纳米管等。在现有的技术中，即使用半导体微细加工技术，也难以形成10nm级的沟道，由此也限制了作为传感器的检测灵敏度，但通过使用这些纳米管状结构体，可形成比现有技术微细的沟道。
纳米管状结构体根据其手性而呈现出半导体性的电学性质和金属性的电学性质这两方面，但在将其用于半导体性的FET沟道的情况下，更优选的情况是，纳米管状结构体具有半导体方面的性质作为其电学性质。
另一方面，SET沟道也与FET沟道同样地，可形成电流的通路，可适当地使用公知的沟道，另外，优选情况是，通常其大小是微细的。此外，SET沟道也与FET沟道同样地，可用纳米管状结构体，作为具体例子，也同样可使用碳纳米管(CNT)、氮化硼纳米管、二氧化钛纳米管等。
但是，作为与FET沟道不同的点，可举出SET沟道具有量子点结构。SET沟道可任意地使用具有量子点结构的公知物质，但通常使用引入了缺陷的碳纳米管。具体来说，通常使用缺陷与缺陷间具有0.1nm至4nm的量子点结构的碳纳米管。这些可通过实施将没有缺陷的碳纳米管在氢、氧、氩等气氛中加热，或在酸溶液等中煮沸等化学处理而制作。
即，通过在纳米管状结构体中引入缺陷，在纳米管状结构体内形成在缺陷与缺陷之间其区域为数纳米大小的量子点结构，进一步降低了栅电容。在具有量子点结构的纳米管状结构体中，由于发生了限制电子流入量子点结构内的库仑阻塞现象，只要将那样的纳米管状结构用于沟道中，就能够实现单电子晶体管。
例如，现有的硅系MOSFET(金属·氧化物·半导体·场效应晶体管)的栅电容为10-15F(法拉)左右，与此相对照，采用了引入上述缺陷的纳米管状结构体的单电子晶体管的栅电容为10-19F～10-20F左右。这样一来，在单电子晶体管中，与现有的硅系MOSFET相比，栅电容减少1万分之一～10万分之一左右。
其结果是，只要形成将这样的纳米管状结构体用于沟道的单电子晶·体管，与现有的未使用纳米管状结构体的场效应晶体管相比，可使栅电位的变化极大，存在于沟道内的带电粒子的密度的变化显著地增大。由此，可使检测物质的检测灵敏度大大提高。
另外，作为SET沟道与FET沟道不同的另一点，优选情况是，在将纳米管状结构体用作SET沟道的情况下，它们具有金属方面的性质作为其电学特性。再有，作为确认纳米管状结构体是金属性的还是半导体性的方法的例子，可举出通过用喇曼光谱法决定碳纳米管的手性而确认的方法或通过用扫描隧道显微镜(STM)光谱法测定碳纳米管的电子态密度而确认的方法。
<检测对象物质和特定物质>
对于检测对象物质，无特别限制，可用任意的物质。另外，特定物质(在上述实施方式中，用符号10表示)，只要可有选择地与检测对象物质发生相互作用，无特别限制，可用任意的物质。作为这些物质的具体例子，可举出酶、抗体、外源凝集素等蛋白质、肽；荷尔蒙；核酸；糖、低聚糖、多糖等糖链；脂质；低分子化合物；有机物质；无机物质；或上述物质的融合体；或者病毒或细胞、生物组织或构成它们的物质等。
作为蛋白质，可以是蛋白质的全长，也可以是包含结合活性部位的部分肽。另外，既可以是氨基酸序列及其功能已知的蛋白质，也可以是未知的蛋白质。它们是合成后的肽链、由生物精制的蛋白质、或者利用适当的翻译体系从cDNA文库等进行翻译并精制过的蛋白质等，这些物质可用作目标分子。合成后的肽链也可以是与糖链结合的糖蛋白质。在它们之中，优选情况是，可使用氨基酸序列已知的精制过的蛋白质，或者应用适当的方法从cDNA文库等进行翻译并精制过的蛋白质。
作为核酸，无特别限制，也可用DNA或者RNA。另外，既可以是碱基序列或功能已知的核酸，也可以是未知的核酸。优选情况是，可以使用作为与蛋白质具有结合能力的核酸的功能和碱基序列已知的核酸，或者使用利用限制酶等从基因组文库等中切断分离了的核酸。
作为糖链，既可以是其糖序列或功能已知的糖链，也可以是未知的糖链。优选情况是，可以使用已被分离分析、糖序列或功能已知的糖链。
作为低分子化合物，只要具有相互作用的能力，并无特别限制。既可以使用功能未知的低分子化合物，或者也可以使用与蛋白质结合或反应能力已知的低分子化合物。
如上所述，可使多种特定物质固定在相互作用感知栅上。使特定物质固定了的相互作用感知栅可恰当地用于生物传感器中，该生物传感器用于检测与其功能性物质相互作用的物质。另外，为了对所检测的信号进行放大或确定，可以用酶或具有电化学反应或发光反应的物质、或带电的高分子和粒子等对与下述物质进一步具有相互作用的物质进行标记，其中所述物质为与特定物质发生了相互作用的物质，这些方法在利用免疫测定法或嵌入等的DNA分析领域是作为标记化测定法而得到广泛应用的方法(参考文献：今井一洋生物发光和化学发光昭和64年广川书店，P.TIJSSEN酶免疫测定法生化学实验法11东京化学同人、Takenaka，分析生物化学，218，436(1994)等多篇)。
所谓这些特定物质与检测对象物质的“相互作用”无特别限定，通常呈现从共价键、疏水键、氢键、范德瓦尔斯键和静电力键之中至少一种所产生的分子间作用力的作用。其中，本说明书中所谓“相互作用”的术语应该最广义地进行解释，在任何意义上也不应限制性地进行解释。作为共价键，包含配位键、偶极子键。另外，所谓静电力键，除静电键之外，还包含电斥力。另外，上述结果所产生的键反应、合成反应、分解反应也包含在相互作用之中。
作为相互作用的具体例子，可举出抗原与抗体间的结合和分解、蛋白质受体与配位基间的结合和分解、粘接分子与相对应的分子间的结合和分解、酶与底物间的结合和分解、酶蛋白与辅酶间的结合和分解、核酸和与其结合的蛋白质间的结合和分解、核酸与核酸间的结合和分解、信息传递体系中的蛋白质相互间的结合和分解、糖蛋白质与蛋白质间的结合和分解、或者糖链与蛋白质间的结合和分解、细胞和生物组织与蛋白质间的结合和分解、细胞和生物组织与低分子化合物间的结合和分解、离子与离子感应性物质间的相互作用等，但不限于这些范围。例如，可举出免疫球蛋白及其衍生物即F(ab’)2、Fab’、Fab、受体和酶及其衍生物、核酸、天然或人造肽、人造聚合物、糖质、脂质、无机物质或有机配位子、病毒、细胞、药物等。
另外，作为固定在相互作用感知栅上的特定物质与其它物质的“相互作用”，在物质以外，还可以举出固定于栅上的功能性物质对pH和离子、温度、压力等外界环境的变化的相关响应。
[晶体管的制作方法]
接着，举将碳纳米管用作沟道的情况为例，用图7(a)～图7(d)说明在上述实施方式中说明过的晶体管的制作方法的一例。
按下述方式进行使用了碳纳米管的晶体管的制作。
用于晶体管的碳纳米管必须控制其位置和方向来形成。因此，通常用光刻法等利用已构图的催化剂，控制碳纳米管的生长位置和方向来制作。
具体来说，用下述工序形成碳纳米管。
(工序1)如图7(a)所示，在基板2上对光致抗蚀剂16进行构图。
根据欲形成碳纳米管的位置和方向而确定形成的图形，针对该图形，在基板2上用光致抗蚀剂16进行构图。
(工序2)如图7(b)所示，蒸镀金属催化剂17。
在进行了构图的基板2的面上蒸镀成为催化剂17的金属。作为成为催化剂17的金属的例子，可举出铁、镍、钴等过渡金属，或者它们的合金等。
(工序3)如图7(c)所示，进行剥离(lift off)，形成催化剂17的图形。
在催化剂17蒸镀后进行剥离。通过剥离，从基板2上除去光致抗蚀剂16，从而也从基板2上一并除去蒸镀于光致抗蚀剂16表面上的催化剂17。由此，针对在工序1中所形成的图形，形成催化剂17的图形。
(工序4)如图7(d)所示，在CVD(化学气相淀积法)炉18中，在高温下流过甲烷或乙醇等原料气体，在催化剂17与催化剂17之间形成碳纳米管19。
在高温下，金属催化剂17呈直径数nm的微粒状，以此为核，生长碳纳米管。再有，在此处，所谓高温，通常指300℃至1200℃。
以上，在利用工序1～工序4形成碳纳米管19后，在该碳纳米管19的两端形成源电极和漏电极。在此处，假定源电极和漏电极是形成了欧姆电极的电极。此时，源电极和漏电极既可以安装在碳纳米管19的前端，又可以安装在侧面。另外，在源电极和漏电极的电极形成时，为了更好的进行电连接，例如也可以进行300℃～1000℃范围的热处理。
进而，在适当的位置设置栅和相互作用感知栅，制作晶体管。
只要采用以上的方法，即可一边控制位置和方向，一边形成碳纳米管19，制作晶体管。但是，在上述的方法中，在作为催化剂的金属之间形成碳纳米管19的概率很小(在发明人的试验中，为10％左右)。因此，如图8所示，将催化剂17的形状取为前端锐利的形状，在碳纳米管19的生长中向该2个催化剂之间施加电荷。由此，可以期待沿着锐利的催化剂之间的电力线生长碳纳米管19。
通过向催化剂17之间施加电荷，如上所述，沿着电力线生长碳纳米管19的原因未定，但可按下述2点推测。一种思路是，由于从电极(此处为催化剂17)起开始生长的碳纳米管19有大的极化矩，故认为在沿着电场的方向生长。另一种思路是，认为在高温下分解的碳离子沿着电力线形成碳纳米管19。
另外，作为阻碍碳纳米管19生长的原因，认为在作用于基板2与碳纳米管19之间的大的范德瓦尔斯力的影响下，碳纳米管19紧密附着于基板2上，方向控制变得困难。为了减小该范德瓦尔斯力的影响，在上述晶体管的制作方法中，如图9所示，优选情况是，在催化剂17与基板2之间设置由氧化硅等形成的衬垫层20，碳纳米管19浮在基板2上方进行生长。
按照以上的制作方法，可制作场效应晶体管。
进而，将已作成的场效应晶体管的碳纳米管19进行在氢、氧、氩等气氛中加热，在酸溶液中煮沸等化学处理，通过引入缺陷形成量子点结构，可制作单电子晶体管。
[特定物质对相互作用感知栅的固定方法]
作为特定物质对相互作用感知栅的固定方法，只要是可将特定物质固定在相互作用感知栅上的方法即可，并无特别限制。例如，利用直接物理吸附使特定物质与相互作用感知栅结合也是可能的，但也可以在相互作用感知栅上隔着具有锚泊部的柔性衬垫使特定物质结合。
在将金等金属用于相互作用感知栅的情况下，优选情况是，柔性衬垫中含有结构式为(CH2)n(n表示1至30的自然数，优选情况是2至30，若为2至15则更好)的烯烃。衬垫分子的一端作为适合于对金等金属的吸附的锚泊部，使用硫醇基或二硫基，其包含1个或多个可与特定物质结合的结合部，所述特定物质固定在朝向远离衬垫分子的相互作用感知栅一方的另一端。这样的结合部也可以用例如氨基或羧基、羟基、琥珀酰亚胺基等各种反应性官能基或生物素和生物素衍生物、地高辛、洋地黄毒苷、荧光素和衍生物、茶碱等半抗原或螯合物。
另外，可直接或隔着这些衬垫使导电性高分子、亲水性高分子、LB膜等或基体与相互作用感知栅结合，从而使1种或多种欲固定的特定物质结合或包括/承载于该导电性高分子、亲水性高分子、LB膜等或基体上；也可以预先使1种或多种欲固定的物质结合或包括/承载于导电性高分子、亲水性高分子、或基体上，然后再使之与相互作用感知栅结合。
作为导电性高分子，可使用聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等，作为亲水性高分子，可使用葡聚糖、聚环氧乙烷等不带电荷的高分子，也可使用聚丙烯酸、羧甲基葡聚糖等带有电荷的高分子，特别是，在带有电荷的高分子的情况下，通过使用带有与欲固定的物质相反的电荷的高分子，可利用电荷浓缩效应进行结合或承载(引用：药品专利(フアルマシア特許)，专利第2814639号)。
特别是，在检测特定离子的情况下，可在相互作用感知栅上形成与特定离子相对应的离子感应膜。此外，也可以形成酶固定膜来取代离子感应膜或使酶固定膜与离子感应膜一并形成，通过测定酶作为催化剂与检测对象物质作用的结果所生成的生成物，检测出检测对象物质。
另外，在将欲固定的物质固定以后，也可通过用牛血清清蛋白、聚环氧乙烷或其它惰性分子对表面进行处理，或者通过用UF膜覆盖以抑制非特异性的反应，或者选择能透过的物质。
另外，作为相互作用感知栅，在金属以外，可使用薄的绝缘膜。作为绝缘膜，可使用氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化钙等无机材料，丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、特氟纶(注册商标)等高分子材料。
在测定H+、Na+等离子时，只要还有需要，就可以在该绝缘膜上形成与分别成为测定对象的离子相对应的离子感应膜。此外，也可以形成酶固定膜来取代离子感应膜或使酶固定膜与离子感应膜一并形成，通过测定酶作为催化剂与检测对象物质作用的结果所生成的生成物，检测出检测对象物质(参考文献铃木周一：生物传感器1984讲谈社，轻部等人：传感器的开发与实用化，第30卷，第1号，另冊化学工业1986)。
[利用领域]
本发明的传感器可以在任意的领域适当地使用，例如，可在下述领域使用。
在作为应用了相互作用的生物传感器而使用的情况下，可举出血液和尿等临床检查用传感器，从而使得pH、电解质、溶解气体、有机物、荷尔蒙、变应素、药物、抗生物质、酶活性、蛋白质、肽、变异原性物质、微生物细胞、血液细胞、血型、血液凝固能力、遗传因子解析的测定成为可能。作为测定原理，可考虑离子传感器、酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、酶免疫传感器、发光免疫传感器、细菌记数传感器、利用了血液凝固电化学传感和各种电化学反应的电化学传感器等，最终包含使之作为电信号被取出的全部原理(参考文献  铃木周一：生物传感器讲谈社(1984)，轻部等人：传感器的开发与实用化，第30卷，第1号，另冊化学工业(1986))。
此外，在生物体内的原位(in situ)测定也是可能的，作为这些的例子，除了装在导管内的插入型微传感器外，还考虑有埋入型微传感器和利用了医用胶囊的胶囊装载型微传感器等(参考文献轻部等人：传感器的开发与实用化，第30卷，第1号，另冊化学工业1986)。
实施例
以下，用附图说明本发明的实施例。
以下，进行以碳纳米管为沟道的场效应晶体管的制作。
[1.传感器的制作]
(基板的准备)
将n-型Si(100)基板2浸泡在按体积比为硫酸∶双氧水＝4∶1混合的酸中5分钟使表面氧化后，在流水中清洗5分钟，接着在按体积比为氢氟酸∶纯水＝1∶4混合的酸中除去氧化膜，最后在流水中清洗5分钟，清洗Si基板表面。用氧化炉使清洗后的Si基板2的表面在1100℃、30分钟、氧流量3L/分钟的条件下热氧化，形成厚度约为100nm的SiO2作为绝缘膜20。
(沟道的形成)
接着，为了在绝缘层20的表面上形成碳纳米管生长催化剂，用光刻法将光致抗蚀剂16构图{图10(a)}。首先在绝缘层20上在500rpm、10秒钟、4000rpm、30秒钟的条件下转涂六甲基二硅氨烷(HMDS)，再在其上在相同的条件下转涂光致抗蚀剂(西普来·费依斯特公司制造的microposit S1818)。
在转涂后，将Si基板2置于加热器上在90℃、1分钟的条件下烘焙。烘焙后在一氯苯中将涂敷了光致抗蚀剂16的Si基板2浸泡5分钟，在吹氮气干燥后，放入炉中在85℃、5分钟的条件下烘焙。烘焙后用曝光机将催化剂图形曝光，并在显影液(克拉里昂特公司制造的AZ300MIF显影液(2.38％))中显影4分钟后在流水中冲洗3分钟，吹氮气干燥。
在将光致抗蚀剂16构图后的Si基板2上，用EB真空蒸镀机以蒸镀速率1埃/秒蒸镀Si、Mo和Fe催化剂17，形成厚度为Si/Mo/Fe＝100埃/100埃/30埃{图10(b)}。蒸镀后，一边煮沸丙酮，一边剥离，按照丙酮、乙醇、流水的顺序将试料各清洗3分钟，吹氮气干燥{图10(c)}。
将催化剂17构图后的Si基板2设置在CVD炉内，一边以750cc/分钟的流速流过用Ar鼓泡的乙醇和以500cc/分钟的流速流过氢，一边在900℃、20分钟的条件下使成为沟道的碳纳米管19生长(图11)。此时，一边以1000cc/分钟的速率流过Ar，一边进行升温和降温。
(源电极、漏电极和侧栅电极的形成)
在碳纳米管生长后，为了分别制作源电极、漏电极和侧栅电极，再次用上述的光刻法在Si基板2上将光致抗蚀剂16构图{图12(a)}。
在构图后，通过EB蒸镀，按照Ti和Au的顺序Ti/Au＝300埃/3000埃，在Ti的蒸镀速率为0.5埃/秒、Au的蒸镀速率为5埃/秒的条件下，在Si基板2上蒸镀源电极4、漏电极5和侧栅电极7{图12(b)}。蒸镀后，与上述情况同样地，一边煮沸丙酮，一边剥离，按照丙酮、乙醇、流水的顺序将试料各清洗3分钟，吹氮气干燥{图12(c)}。
在将源电极4、漏电极5和侧栅电极7构图后，为了保护元件，在Si基板2表面上在500rpm、10秒钟、4000rpm、30秒钟的条件下转涂HMDS，再在其上在相同的条件下转涂上述光致抗蚀剂。接着，在炉中在110℃、30分钟的条件下使光致抗蚀剂坚膜，形成元件保护膜。
(背栅电极的制作)
采用RIE(反应离子刻蚀)装置通过干法刻蚀除去Si基板2背面的SiO2膜20。此时，所使用的刻蚀剂是SF6，在RF输出为100W的等离子体中进行6分钟刻蚀。在除去背面的SiO2膜20后，通过EB蒸镀，按照Pt和Au的顺序，在Pt/Au＝300/2000埃、Pt的蒸镀速率为0.5埃/分钟、Au的蒸镀速率为5埃/分钟的条件下在Si基板2上蒸镀背栅电极(相互作用感知栅)9(图13)。
(沟道层的形成)
接着，按照煮沸了的丙酮、丙酮、乙醇、流水的顺序各清洗3分钟，除去在Si基板2表面上所形成的元件保护膜。接着，为了保护碳纳米管19，与将源电极4、漏电极5和侧栅电极7构图时的光刻法同样地，在元件表面的源电极4、漏电极5和侧栅电极7以外的部分将光致抗蚀剂构图，形成沟道保护层16(图14)。将经过以上工序完成了的碳纳米管场效应晶体管(以下，适当地称为“CNT-FET”)的概略图示于图15。
[2.使用了传感器的特性测定]
采用制成的CNT-FET，用以下的方法进行抗体固定前后的特性测定。
将50μL用乙酸缓冲溶液稀释至浓度为100[μg/mL]的小鼠IgG抗体滴加至背栅电极9，使之在湿度为90％的湿润箱中反应约15分钟，用纯水清洗表面，进行抗体的固定。固定的结果是，如图16所示，将上述IgG抗体固定在背栅电极9上作为特定物质。再有，在图16中用双点划线表示沟道保护层16。
对CNT-FET的电学特性的评价用Agilent公司制造的4156C半导体参数分析仪进行。在固定抗体的前后，测定电学特性的一种即转移特性(VSG-ISD特性)，在抗体固定的前后对测定值进行比较。将其测定结果示于图16。此时，用侧栅电压VSG＝-40～40V(按0.8V间隔)进行扫描，在其各点使源电压VS＝0V、漏电压VD＝-1～1V(按0.02V间隔)扫描时测定流过源电极与漏电极间的电流(源漏电流)ISDA。再有，在图17中，源漏电流为负的区域的曲线示出了VSD＝-1.0V时的测定结果，源漏电流为正的区域的曲线示出了VSD＝+1.0V时的测定结果。
如果注意图17的源漏电流为5μA的部分，则抗体固定后的侧栅电压与固定前的侧栅电压相比，变化非常大，高达+47V。根据该测定结果可知，在抗体固定前后，CNT-FET的转移特性发生极大的变化，可直接测定在背栅表面附近引起的抗体固定所发生的相互作用。由此，表明本发明的传感器具有极高灵敏度的化学物质检测能力，推测可用于检测对象物质与特定物质间的相互作用的检测。
工业上的可利用性
本发明可广泛地用于化学分析、物理分析、生物分析等分析，例如，用作医疗用传感器和生物传感器是合适的。

Claims (29)

1.一种传感器，其具有配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道的场效应晶体管，用于检测出检测对象物质，其特征在于，该场效应晶体管具有：
用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅；以及
为了检测该相互作用作为该场效应晶体管的特性的变化而施加电压的栅。
2.按照权利要求1所述的传感器，其特征在于：
该沟道由纳米管状结构体构成。
3.按照权利要求2所述的传感器，其特征在于：
该纳米管状结构体是从由碳纳米管、氮化硼纳米管和二氧化钛纳米管构成的组中选出的结构体。
4.按照权利要求2或权利要求3所述的传感器，其特征在于：
该纳米管状结构体的电学特性具有半导体方面的性质。
5.一种传感器，其具有配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道的单电子晶体管，用于检测出检测对象物质，其特征在于，该单电子晶体管具有：
用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅；以及
为了检测该相互作用作为该单电子晶体管的特性的变化而施加电压的栅。
6.按照权利要求5所述的传感器，其特征在于：
该沟道由纳米管状结构体构成。
7.按照权利要求6所述的传感器，其特征在于：
该纳米管状结构体是从由碳纳米管、氮化硼纳米管和二氧化钛纳米管构成的组中选出的结构体。
8.按照权利要求6或权利要求7所述的传感器，其特征在于：
向该纳米管状结构体引入了缺陷。
9.按照权利要求6～8中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
该纳米管状结构体的电学特性具有金属方面的性质。
10.按照权利要求1～9中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
该相互作用感知栅是与该栅不同的另一栅。
11.按照权利要求10所述的传感器，其特征在于：
所述另一栅是在该基板的表面侧设置的顶栅、在该基板表面的沟道侧面设置的侧栅、以及在背面侧设置的背栅中的任一种。
12.按照权利要求1～11中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
该沟道以与该基板隔离的状态被架设于所述源电极与漏电极之间。
13.按照权利要求1～12中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
该沟道按照在室温下在所述源电极与漏电极之间松弛的状态设置。
14.按照权利要求1～13中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
该基板是绝缘性基板。
15.按照权利要求1～14中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
该沟道被绝缘性构件覆盖。
16.按照权利要求1～15中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
在该沟道与该相互作用感知栅之间形成低介电常数的绝缘性材料层。
17.按照权利要求1～16中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
在该沟道与该栅之间形成高介电常数的绝缘性材料层。
18.按照权利要求1～17中的任意一项所述的传感器，其特征在于：
将该特定物质固定在该相互作用感知栅上。
19.一种场效应晶体管，其配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，用于检测出检测对象物质用的传感器，其特征在于，具有：
用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅；以及
为了检测该相互作用作为该场效应晶体管的特性的变化而施加电压的栅。
20.一种场效应晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道是以与该基板隔离的状态被架设于所述源电极与漏电极之间的纳米管状结构体。
21.按照权利要求20所述的场效应晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道由纳米管状结构体构成，
该纳米管状结构体按照在室温下在所述源电极与漏电极之间松弛的状态设置。
22.一种场效应晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道是纳米管状结构体，
该基板是绝缘性基板。
23.一种场效应晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道是被绝缘性构件覆盖的纳米管状结构体。
24.一种单电子晶体管，其配备了基板、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，用于检测出检测对象物质用的传感器，其特征在于，具有：
用于固定与该检测对象物质有选择地进行相互作用的特定物质的相互作用感知栅；以及
为了检测该相互作用作为该单电子晶体管的特性的变化而施加电压的栅。
25.一种单电子晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道是以与该基板隔离的状态被架设于所述源电极与漏电极之间的纳米管状结构体。
26.按照权利要求25所述的单电子晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道由纳米管状结构体构成，
该纳米管状结构体按照在室温下在所述源电极与漏电极之间松弛的状态设置。
27.一种单电子晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道是纳米管状结构体，
该基板是绝缘性基板。
28.一种单电子晶体管，其配备了基板、栅、设置于该基板上的源电极和漏电极、以及成为所述源电极与漏电极之间的电流通路的沟道，其特征在于：
该沟道是被绝缘性构件覆盖的纳米管状结构体。
29.按照权利要求24～28中的任意一项所述的单电子晶体管，其特征在于：
向该纳米管状结构体引入了缺陷。
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