DE102021129950B4 - Device for measuring potentials and method of manufacturing such a device - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Potentialen an einer biologischen, chemischen oder anderen Probe, miteinem Substrat (2) undmindestens einem auf dem Substrat (2) angeordneten Nanodraht (6) aus einem halbleitenden Material, wobei der Nanodraht (6) mit einer Beschichtungsanordnung (11) versehen ist, welche eine Grundbeschichtung (12) aus einem dielektrischen Material umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a device for measuring potentials in a biological, chemical or other sample, having a substrate (2) and at least one nanowire (6) made of a semiconducting material arranged on the substrate (2), the nanowire (6) having a Coating arrangement (11) is provided, which comprises a base coating (12) made of a dielectric material. The invention also relates to a method for producing such a device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Potentialen an einer biologischen, chemischen oder anderen Probe, mit einem Substrat und mindestens einem auf dem Substrat angeordneten Nanodraht aus einem halbleitenden Material, wobei der der Nanodraht mit einer Beschichtungsanordnung versehen ist, welche eine Grundbeschichtung aus einem dielektrischen Material umfasst, wobei die Beschichtungsanordnung ferner eine Deckschicht umfasst, welche Kohlenstoff aufweist oder daraus besteht.The present invention relates to a device for measuring potentials in a biological, chemical or other sample, having a substrate and at least one nanowire arranged on the substrate and made of a semiconducting material, the nanowire being provided with a coating arrangement which has a base coating made of a comprises dielectric material, wherein the coating arrangement further comprises a cover layer which comprises or consists of carbon.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.The invention also relates to a method for producing such a device.

Eigenschaften insbesondere biologischer Proben hängen häufig mit der Aufnahme, Abnahme oder räumlichen Umorganisation elektrischer Ladungen zusammen. Dadurch können die Eigenschaften indirekt über Veränderungen von Potentialen gemessen werden, die diese Ladungen bei Annäherung an eine Messvorrichtung verursachen. Solche auch als Biosensor bezeichneten Messvorrichtungen umfassen meist ein Substrat, auf welchem ein Nanodraht aus einem halbleitenden Material, beispielsweise Silizium, angeordnet ist. An einem Ende ist der Nanodraht mit einem Source-Kontakt, an seinem anderen Ende mit einem Drain-Kontakt verbunden, bzw. solche Kontakte sind ausgebildet. Dabei ist die nicht auf dem Substrat aufliegende Oberfläche des Nanodrahts mit einer dielektrischen Beschichtung versehen, welche beispielsweise Siliziumoxid (SiO2) Aluminiumoxid (Al2O3), Hafniumoxid (HfO) oder eine Kombination dieser Werkstoffe aufweist. Von dem Nanodraht beabstandet ist ein sogenannter Liquid Gate-Kontakt angeordnet, welcher in eine flüssige, zu messende Probe eingetaucht wird, sodass die Anordnung aus Source-Kontakt, Drain- Kontakt, dem Nanodraht und dem Liquid- Gate- Kontakt einen Feldeffekttransistor bildet. Eine solche Anordnung ermöglicht die Messung von Eigenschaften biologischer Proben und kann auf dem Grundprinzip der CMOS-Technik basieren. Beispielsweise ist eine solche Anordnung aus der DE 10 2013 018 850 A1 vorbekannt.Properties of biological samples in particular are often related to the uptake, decrease or spatial reorganization of electrical charges. This allows the properties to be measured indirectly via changes in potentials caused by these charges when approaching a measuring device. Such measuring devices, also referred to as biosensors, usually include a substrate on which a nanowire made of a semiconducting material, for example silicon, is arranged. The nanowire is connected to a source contact at one end and to a drain contact at its other end, or such contacts are formed. The surface of the nanowire not lying on the substrate is provided with a dielectric coating, which has, for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO) or a combination of these materials. A so-called liquid gate contact is arranged at a distance from the nanowire, which is immersed in a liquid sample to be measured, so that the arrangement of source contact, drain contact, the nanowire and the liquid gate contact forms a field effect transistor. Such an arrangement enables properties of biological samples to be measured and can be based on the basic principle of CMOS technology. For example, such an arrangement from the DE 10 2013 018 850 A1 previously known.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US 2021 / 0 249 618 A1 vorbekannt. In dieser ist vorgesehen, dass ein Nanodraht mit einer Beschichtung versehen ist, welche elektrisch leitfähig ist und Kohlenstoff enthält. Weitere ähnliche Vorrichtungen sind aus der WO 2004/ 010 552 A1, der US 9 076 665 B2 , der DE 10 2016 010 764 A1 , der US 2007 / 0 178 477 A1 und der US 6 933 222 B2 vorbekannt.A device of the type mentioned is from U.S. 2021/0 249 618 A1 previously known. This provides that a nanowire is provided with a coating which is electrically conductive and contains carbon. Other similar devices are known from WO 2004/010 552 A1 U.S. 9,076,665 B2 , the DE 10 2016 010 764 A1 , the U.S. 2007/0 178 477 A1 and the U.S. 6,933,222 B2 previously known.

Derartige Vorrichtungen haben sich grundsätzlich bewährt. Jedoch wird zu teilen als nachteilig empfunden, dass die Beschichtung des Nanodrahts mit einem dielektrischen Material oder einer Kombination mehrerer dielektrischen Materialien in Bioflüssigkeiten nicht immer stabil ist. Als Grund dafür können die geringe Qualität der dielektrischen Schichten angesehen werden, die mit relativ hohen Temperaturen hergestellt werden. Dadurch treten Defekte in den Beschichtungen auf, durch welche Ionen aus der Probe in die dünne dielektrische Schicht eindringen und mit der Zeit deren Ladungszustand verändern können.Such devices have basically proven themselves. However, it is felt to be disadvantageous to share that the coating of the nanowire with a dielectric material or a combination of several dielectric materials is not always stable in biofluids. The reason for this can be seen in the low quality of the dielectric layers, which are produced at relatively high temperatures. This causes defects in the coatings, through which ions from the sample can penetrate the thin dielectric layer and change its charge state over time.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vorrichtung zur Messung von Potentialen an Proben zu schaffen, welche die vorstehend genannten Nachteile vermeidet. Ferner besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Herstellungsverfahren für solche Vorrichtungen anzugeben.The object of the present invention is therefore to provide an improved device for measuring potentials on samples which avoids the disadvantages mentioned above. Furthermore, the object of the present invention consists in specifying a production method for such devices.

Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Deckschicht diamantartig gebundenen Kohlenstoff und graphitartig gebundenen Kohlenstoff aufweist.This object is achieved in a device of the type mentioned at the outset in that the cover layer has carbon bonded in a diamond-like manner and carbon bonded in a graphite-like manner.

Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, auf eine Grundbeschichtung aus einem dielektrischen Material eine weitere, kohlenstoffhaltige Schicht aufzubringen, so dass die zu messende Probe keine Möglichkeit mehr hat, mit der Grundbeschichtung aus einem dielektrischen Material in Kontakt zu kommen. Dadurch wird verhindert, dass Ionen aus der zu messenden Probe in die Grundbeschichtung eindringen können, so dass eine Veränderung des Ladungszustands der dielektrischen Beschichtung verhindert bzw. erheblich minimiert werden kann.The invention is therefore based on the consideration of applying a further, carbon-containing layer to a base coating made of a dielectric material, so that the sample to be measured no longer has the possibility of coming into contact with the base coating made of a dielectric material. This prevents ions from the sample to be measured from being able to penetrate into the base coating, so that a change in the charge state of the dielectric coating can be prevented or significantly minimized.

Die Deckschicht kann dabei direkt auf die Grundbeschichtung aufgebracht werden. Denkbar ist auch, dass weitere Zwischenschichten zwischen der Grundbeschichtung und der Deckschicht angeordnet bzw. ausgebildet sind. Je nach Ausgestaltung der Vorrichtung kann es auch sein, dass die Deckschicht auf einer größeren Oberfläche des Substrats, das heißt über den Nanodraht hinaus, ausgebildet ist, da bei gängigen Beschichtungsverfahren die Oberfläche des Substrats mitbeschichtet wird.The top coat can be applied directly to the base coat. It is also conceivable that further intermediate layers are arranged or formed between the base coating and the top layer. Depending on the configuration of the device, it may also be the case that the cover layer is formed on a larger surface of the substrate, ie beyond the nanowire, since the surface of the substrate is also coated in common coating methods.

Erfindungsgemäß weist die Deckschicht diamantartig gebundenen Kohlenstoff und graphitartig gebundenen Kohlenstoff auf. Graphitartig gebundener Kohlenstoff und diamantartig gebundener Kohlenstoff stellen dabei verschiedene Modifikationen dar, in denen Kohlenstoff vorkommt. Die Modifikation des diamantartig gebundenen Kohlenstoffs basiert dabei auf der Bindungsstruktur sp3, das heißt die kovalent tetragonal gebundenen Kohlenstoffatome besitzen keine freien Elektronen. Graphitartig gebundener Kohlenstoff basiert demgegenüber auf der Bindungsstruktur sp2, wobei kovalent tetragonal gebundene Kohlenstoffatome hochfeste Ebenen formen, welche wiederum untereinander nur locker über van-der-Waals-Kräfte gebunden sind. Diamantartig gebundener Kohlenstoff zeichnet sich dabei durch eine hohe Festigkeit und chemische Stabilität aus, ist jedoch hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften ein Isolator. Demgegenüber ist graphitartig gebundener Kohlenstoff elektrisch leitfähig, sodass die bevorzugt amorphe Kohlenstoffschicht, welche als Deckschicht fungiert, durch den graphitartig gebundenen Kohlenstoff eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, gleichzeitig durch den diamantartig gebundenen Kohlenstoff eine hohe Stabilität in biologischen Flüssigkeiten erzielt wird.According to the invention, the top layer has diamond-like bonded carbon and graphite-like bonded carbon. Graphite-like bonded carbon and diamond-like bonded carbon represent different modifications in which carbon occurs. The modification of the diamond-like bonded carbon is based on the sp3 bond structure, i.e. the covalently tetragonally bonded carbon atoms have no free electrons. Graphite-like bonded carbon, on the other hand, is based on the bin structure sp2, where covalently tetragonally bonded carbon atoms form high-strength planes, which in turn are only loosely bonded to each other via van der Waals forces. Diamond-like bonded carbon is characterized by high strength and chemical stability, but is an insulator with regard to its electrical properties. In contrast, graphite-like bonded carbon is electrically conductive, so that the preferably amorphous carbon layer, which acts as a cover layer, has sufficient electrical conductivity due to the graphite-like bonded carbon, while at the same time high stability in biological fluids is achieved through the diamond-like bonded carbon.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil an diamantartig gebundenen Kohlenstoff in der Deckschicht mindestens 30 Atom%, insbesondere mindestens 40 Atom%, bevorzugt mindestens 50 Atom%. Ein solcher relativ hoher Anteil von diamantartig gebundenem Kohlenstoff führt zu günstigen Schichteigenschaften.According to a preferred embodiment, the proportion of diamond-like bonded carbon in the top layer is at least 30 atom %, in particular at least 40 atom %, preferably at least 50 atom %. Such a relatively high proportion of diamond-like bonded carbon leads to favorable layer properties.

Die Deckschicht kann ferner Fremdatome, insbesondere Bor, Silizium, Stickstoff, Molybdän, Chrom, Titan und/oder Eisen enthalten, wobei der Anteil der Fremdatome bevorzugt insgesamt höchstens 10 Atom% beträgt. Derartige Fremdatome können durch Verunreinigungen beim Abscheiden der Deckschicht eingebracht werden oder gezielt zur Beeinflussung der Eigenschaften in die Deckschicht eingebracht werden.The cover layer can also contain foreign atoms, in particular boron, silicon, nitrogen, molybdenum, chromium, titanium and/or iron, with the total proportion of foreign atoms preferably being at most 10 atom %. Foreign atoms of this type can be introduced as a result of impurities during the deposition of the cover layer or can be introduced into the cover layer in a targeted manner in order to influence the properties.

Die Deckschicht ist bevorzugt teilamorph oder amorph ausgebildet. Vom Grundtyp her ist die Deckschicht bevorzugt eine ta-C bzw. a-C-Schicht (gemäß ISO 20523:2017).The top layer is preferably designed to be partially amorphous or amorphous. In terms of the basic type, the top layer is preferably a ta-C or a-C layer (according to ISO 20523:2017).

Bevorzugt beträgt die Dicke der Deckschicht mindestens 2 nm, insbesondere mindestens 3 nm und/oder höchstens 100 nm, insbesondere höchstens 20 nm. Eine derartige Dicke der Deckschicht führt einerseits zu einer lediglich äußerst geringen Änderung der elektrischen Eigenschaften eines Feldeffekttransistors, andererseits ist sie hinreichend dick, um chemisch stabil zu sein.The thickness of the cover layer is preferably at least 2 nm, in particular at least 3 nm and/or at most 100 nm, in particular at most 20 nm to be chemically stable.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens ein, insbesondere jeder Nanodraht einen trapezförmigen oder einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Weist der Nanodraht einen trapezförmigen Querschnitt auf, so liegt er bevorzugt mit seiner längeren Grundseite des Trapezes direkt auf der Oberfläche des Substrats an. Der Nanodraht kann dabei eine Höhe von weniger als 60 nm aufweisen, wobei die Höhe bevorzugt in einem Bereich zwischen 1nm und 50nm liegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass diese mindestens einen Feldeffekttransistor aufweist. In konkreter Ausgestaltung kann mindestens ein, insbesondere jeder Nanodraht der Vorrichtung Bestandteil eines Feldeffekttransistors sein und an einem Ende mit einem Source-Kontakt und an einem anderen Ende mit einem Drain-Kontakt verbunden sein oder solche aufweisen.In a further embodiment of the invention, at least one nanowire, in particular each nanowire, can have a trapezoidal or a triangular cross section. If the nanowire has a trapezoidal cross-section, it preferably rests directly on the surface of the substrate with its longer base side of the trapezium. The nanowire can have a height of less than 60 nm, with the height preferably being in a range between 1 nm and 50 nm. The device according to the invention can also be characterized in that it has at least one field effect transistor. In a specific embodiment, at least one, in particular each nanowire of the device can be part of a field effect transistor and be connected to a source contact at one end and to a drain contact at the other end or have such.

In an sich bekannter Weise kann jeder Feldeffekttransistor einen Gate-Kontakt umfassen, welcher von dem Nanodraht beabstandet ist und mit der Probe in Kontakt steht oder bringbar ist.In a manner known per se, each field effect transistor can comprise a gate contact which is spaced apart from the nanowire and is in contact or can be brought into contact with the sample.

Die Vorrichtung kann Bestandteil eines Biosensors sein oder einen solchen bilden. Das bedeutet, dass die Vorrichtung direkt zur Messung an biologischen, chemischen oder anderen Proben eingesetzt werden kann.The device can be part of a biosensor or form one. This means that the device can be used directly for measuring biological, chemical or other samples.

In weiterer Ausgestaltung kann die Grundbeschichtung einlagig aufgebaut sein und insbesondere aus Siliziumoxid (SiO2) bestehen. Alternativ kann die Grundbeschichtung mehrlagig, insbesondere zweilagig aufgebaut sein und unmittelbar an den Nanodraht angrenzend eine innere Schicht aus einem ersten dielektrischen Material, insbesondere aus Siliziumoxid (SiO2), und eine äußere Schicht aus einem zweiten dielektrischen Material, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al2O3), aufweisen. Bei dielektrischen Materialien handelt es sich um solche Materialien, die lediglich eine geringe oder keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Damit können beispielsweise nichtleitende Kunststoffe oder Keramiken als dielektrische Materialien gelten. Bevorzugte dielektrische Materialien für die vorliegende Anwendung sind Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder Hafniumoxid.In a further embodiment, the base coating can have a single-layer structure and consist in particular of silicon oxide (SiO 2 ). Alternatively, the base coating can be constructed in multiple layers, in particular in two layers, and an inner layer made of a first dielectric material, in particular made of silicon oxide (SiO 2 ), and an outer layer made of a second dielectric material, in particular made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Dielectric materials are materials that have little or no electrical conductivity. For example, non-conductive plastics or ceramics can be considered dielectric materials. Preferred dielectric materials for the present application are silicon oxide, aluminum oxide or hafnium oxide.

Die Grundbeschichtung weist bevorzugt eine Dicke von mindestens 2 nm, insbesondere mindestens 5 nm und/oder bevorzugt von höchstens 100 nm, insbesondere höchstens 50 nm auf. Die Dicke der Grundbeschichtung hängt dabei von den angestrebten elektrischen Eigenschaften ab.The base coating preferably has a thickness of at least 2 nm, in particular at least 5 nm and/or preferably at most 100 nm, in particular at most 50 nm. The thickness of the base coating depends on the desired electrical properties.

Bei dem halbleitenden Material, aus welchem der Nanodraht besteht, kann es sich beispielsweise um Silizium, Germanium oder ein anderes bekanntes halbleitendes Material handeln.The semiconducting material from which the nanowire is made can be, for example, silicon, germanium or another known semiconducting material.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Substrat einen Silizium-Wafer umfassen, wobei zwischen dem Silizium-Wafer und dem Nanodraht insbesondere eine Oxidschicht ausgebildet ist. Durch eine solche Oxidschicht wird der Nanodraht von dem Silizium-Wafer elektrisch getrennt.In a further configuration of the device according to the invention, the substrate can comprise a silicon wafer, with an oxide layer in particular being formed between the silicon wafer and the nanowire. Such an oxide layer electrically separates the nanowire from the silicon wafer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Deckschicht mit einer Schutzschicht überzogen sein, welche insbesondere Aluminiumoxid (Al2O3) enthält und/oder eine Dicke von mindestens 5 und/oder von höchstens 10 nm aufweist. Eine solche Schutzschicht kann eine standardisierte Ausführung zum Schutz der kohlenstoffhaltigen Deckschicht darstellen.According to a preferred embodiment, the top layer can be coated with a protective layer, which in particular is aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and/or has a thickness of at least 5 and/or at most 10 nm. Such a protective layer can represent a standardized design for protecting the carbon-containing top layer.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welches die folgenden Schritte umfasst:

  • - Bereitstellen eines Substrats mit mindestens einem auf dem Substrat angeordneten Nanodraht aus einem halbleitenden Material;
  • - Beschichten des Nanodrahts mit einer Grundbeschichtung, welche eine Schicht aus einem dielektrischen Material umfasst;
  • - Abscheidung einer Deckschicht, welche Kohlenstoff aufweist oder daraus besteht.
The object on which the invention is based is also achieved by a method for producing a device according to the invention, which comprises the following steps:
  • - providing a substrate with at least one nanowire arranged on the substrate and made of a semiconducting material;
  • - coating the nanowire with a base coat comprising a layer of dielectric material;
  • - Deposition of a top layer which contains or consists of carbon.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass nacheinander zunächst die Grundbeschichtung aus dielektrischen Material und in einem separaten Schritt die kohlenstoffhaltige Deckschicht abgeschieden wird.According to the invention, it is therefore provided that first the base coating made of dielectric material and in a separate step the carbon-containing top layer are deposited one after the other.

Bevorzugt wird die Grundbeschichtung durch thermisches Wachstum abgeschieden. Besitzt die Grundbeschichtung einen mehrlagigen Aufbau, so wird diese bevorzugt in mehreren sequentiellen Schritten erzeugt.Preferably, the undercoat is deposited by thermal growth. If the base coating has a multi-layer structure, it is preferably produced in several sequential steps.

Die Deckschicht kann bevorzugt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt werden. Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung handelt es sich um ein vakuumbasiertes Beschichtungsverfahren zur Abscheidung dünner Schichten. Dabei wird mithilfe physikalischer Verfahren das Ausgangsmaterial in die Gasphase überführt, bevor es zum zu beschichtenden Gegenstand geführt wird. Physikalische Gasphasenabscheidung kann beispielsweise das thermische Verdampfen umfassen, bei welchem ein Beschichtungsmaterial soweit aufgeheizt wird, dass sich einzelne Teilchen aus seinem Atomverbund lösen und auf der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils kondensieren. Daneben existieren auch Sputtertechnologien, bei welchen Oberflächenatome aus einem Target, welches das Beschichtungsmaterial bildet, durch Sputtern, das heißt den Aufprall energiereicher Teilchen, meistens Argonionen, herausgelöst werden. Dem gegenüber wird bei der chemischen Gasphasenabscheidung auf der Oberfläche eines zu beschichtenden Bauteils aufgrund einer chemischen Reaktion aus der Gasphase eine Feststoffkomponente abgeschieden. Ein wesentlicher Vorteil der physikalischen Gasphasenabscheidung oder der chemischen Gasphasenabscheidung ist, dass die Abscheidung einer kohlenstoffhaltigen Deckschicht bei niedrigen Temperaturen ohne weiteres möglich ist. Die Temperatur kann dabei weniger als 300°C betragen, insbesondere unterhalb von 50°C liegen und bevorzugt nahe der Raumtemperatur liegen. Dadurch wird verhindert, dass - anders als bei anderen Verfahren zur Abscheidung von kohlenstoffhaltigen Schichten - die Komponenten der Feldeffekttransistoren beschädigt werden.The cover layer can preferably be produced by means of physical vapor deposition (PVD) and/or chemical vapor deposition (CVD). Physical vapor deposition is a vacuum-based coating process for depositing thin layers. With the help of physical processes, the starting material is converted into the gas phase before it is fed to the object to be coated. Physical vapor deposition can include, for example, thermal evaporation, in which a coating material is heated to such an extent that individual particles are detached from its atomic structure and condense on the surface of the component to be coated. In addition, there are also sputtering technologies in which surface atoms are detached from a target, which forms the coating material, by sputtering, ie the impact of high-energy particles, mostly argon ions. In contrast, in chemical vapor deposition, a solid component is deposited on the surface of a component to be coated as a result of a chemical reaction from the vapor phase. A major advantage of physical vapor deposition or chemical vapor deposition is that it is readily possible to deposit a carbon-containing top layer at low temperatures. The temperature can be less than 300° C., in particular below 50° C. and preferably close to room temperature. This prevents the components of the field effect transistors from being damaged - in contrast to other methods for depositing layers containing carbon.

Bevorzugt wird zur Abscheidung der Deckschicht ein Plasma erzeugt. Die Plasmaerzeugung kann dabei durch den Beschuss eines Targets aus Graphit mit einem gepulsten Laser erfolgen. Dieses Verfahren, auch PLD genannt, ermöglicht die Bereitstellung eines Plasmas aus hochenergetischen Kohlenstoffatomen, welches zur Ausbildung einer Deckschicht mit diamantartigem Kohlenstoff führt.A plasma is preferably generated to deposit the cover layer. The plasma can be generated by bombarding a graphite target with a pulsed laser. This process, also called PLD, enables the provision of a plasma of high-energy carbon atoms, which leads to the formation of a top layer of diamond-like carbon.

Alternativ kann die Plasmaerzeugung mittels einer elektrischen Vakuumbogenentladung auf ein Graphittarget erfolgen. Bei diesem PVD-Verfahren erfolgt ein lokales Verdampfen auf einem Target mittels eines Vakuumlichtbogens. Dabei finden stromstarke Gasentladungen auf einem Graphittarget statt, die bewirken, dass das Target lokal durch die auftreffenden positiven Ionen so stark aufgeheizt wird, dass Material lokal thermisch verdampft. Die Zündung des Prozesses kann dabei durch einen Abreißfunken erfolgen. Der Bogenstrom wird letztlich konzentriert in einem Brennfleck, dem sogenannten Spot. Dieser ist sichtbar als hell leuchtender Fleck mit einem Durchmesser von etwa 1 mm und hat nur eine kurze Lebensdauer, da sich beim Verdampfen von Material lokal die Emissionsbedingungen verschlechtern und der Strom über eine andere Stelle fließt.Alternatively, the plasma can be generated by means of an electrical vacuum arc discharge onto a graphite target. In this PVD process, local evaporation takes place on a target using a vacuum arc. In this case, high-current gas discharges take place on a graphite target, causing the target to be heated locally by the impacting positive ions to such an extent that the material thermally vaporizes locally. The process can be ignited by a spark. The arc current is ultimately concentrated in a focal point, the so-called spot. This is visible as a brightly glowing spot with a diameter of about 1 mm and has only a short lifespan, since the emission conditions deteriorate locally when material evaporates and the current flows through a different location.

In weiterer Ausgestaltung kann ein Filter zwischen dem Target der Vorrichtung zur Vakuumbogenentladung und zur zu beschichtenden Vorrichtung angeordnet sein, um hochgeschleuderte Makroteile, beispielsweise sogenannte Droplets, zurückzuhalten. Dazu wird der Plasmafluss bevorzugt entlang magnetischer Linien in Richtung der zu beschichtenden Vorrichtung abgelenkt, während die Droplets auf einem sogenannten Baffle zurückgehalten werden. Ein Beispiel für einen solchen Filter, der in verschiedenen Bauformen eingesetzt werden kann, ist das sogenannte large area filtered arc source (LAFAS)- System, bei dem der Plasmafluss durch Ringmagneten um einen Winkel von etwa 90° umgelenkt wird, während die Makroteilchen, beispielsweise Droplets, durch die Magnetfelder kaum beeinflusst werden und nicht auf die beschichtende Vorrichtung gelangen können.In a further embodiment, a filter can be arranged between the target of the device for vacuum arc discharge and the device to be coated, in order to retain macro-parts, for example so-called droplets, that are thrown up. For this purpose, the plasma flow is preferably deflected along magnetic lines in the direction of the device to be coated, while the droplets are held back on a so-called baffle. An example of such a filter, which can be used in various designs, is the so-called large area filtered arc source (LAFAS) system, in which the plasma flow is deflected by ring magnets through an angle of around 90°, while the macroparticles, for example Droplets, through which the magnetic fields are hardly influenced and cannot reach the coating device.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein gepulster Laser als Zündquelle für die gepulste Vakuumbogenentladung verwendet werden. Man spricht hier von dem sogenannten Laser-Arc-Verfahren.In a further embodiment of the method according to the invention, a pulsed laser can be used as the ignition source for the pulsed vacuum arc discharge be used. This is referred to as the so-called laser arc process.

Die Abscheidung der Deckschicht erfolgt bevorzugt in einer Vakuumkammer. Bevorzugt werden die zu beschichtenden Vorrichtungen an einem Substrathalter, welcher sich in der Vakuumkammer befindet, befestigt. Um eine gleichmäßige Beschichtung an einer Vielzahl von Vorrichtungen zu erzielen, kann der Substrathalter in Rotation versetzt werden. Insbesondere kann der Substrathalter derart ausgestaltet sein, dass die Vorrichtungen mehrere überlagerte rotatorische Bewegungen durchführen. Zur Beeinflussung der Beschichtung kann auch eine sogenannte BIAS-Spannung an dem Substrathalter angelegt werden. Dadurch können die Teilchenenergie der auftreffenden Teilchen und damit die Schichteigenschaften beeinflusst werden. Es ist auch denkbar, dass sowohl die Grundbeschichtung, als auch die Deckschicht in einer Vakuumkammer nacheinander abgeschieden werden.The top layer is preferably deposited in a vacuum chamber. The devices to be coated are preferably attached to a substrate holder which is located in the vacuum chamber. In order to achieve an even coating on a large number of devices, the substrate holder can be set in rotation. In particular, the substrate holder can be designed in such a way that the devices carry out several superimposed rotational movements. A so-called BIAS voltage can also be applied to the substrate holder to influence the coating. As a result, the particle energy of the impinging particles and thus the layer properties can be influenced. It is also conceivable that both the base coat and the top coat are deposited one after the other in a vacuum chamber.

Vorteilhafterweise wird die Vakuumkammer vor der Abscheidung der Deckschicht auf einen Druck unterhalb von 10-4 mbar, insbesondere unterhalb von 5×10-5 mbar evakuiert. Bei solchem Drücken können sehr reine Kohlenstoffschichten abgeschieden werden. Bevorzugt wird während der Abscheidung der Deckschicht ein überwiegend inertes Gas in die Vakuumkammer eingeleitet. Dabei kann es sich um reines Argon handeln; gleichermaßen ist es denkbar, dass Gemische überwiegend aus Argon mit geringen Anteilen Wasserstoff, insbesondere weniger als 5%, bevorzugt 2% Wasserstoff, in die Vakuumkammer eingeleitet werden.The vacuum chamber is advantageously evacuated to a pressure below 10 -4 mbar, in particular below 5×10 -5 mbar, before the covering layer is deposited. At such pressures, very pure carbon layers can be deposited. A predominantly inert gas is preferably introduced into the vacuum chamber during the deposition of the cover layer. This can be pure argon; it is equally conceivable that mixtures predominantly of argon with small amounts of hydrogen, in particular less than 5%, preferably 2% hydrogen, are introduced into the vacuum chamber.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vor der Abscheidung der Deckschicht ein Plasmaätzen der Oberfläche der Grundbeschichtung stattfinden. Dabei kann es sich um eine Vorbehandlung mittels einer Glimmentladung handeln, welche man auch als Sputterätzen bezeichnet und die bevorzugt in der Vakuumkammer stattfindet. Dadurch wird die Oberfläche der Grundbeschichtung gereinigt, sodass die Deckschicht mit einer hohen Adhäsion abgeschieden werden kann. Gleichzeitig wird die Intensität beim Plasmaätzen so eingestellt, dass es zu keinem nennenswerten Abtrag der obersten Lage der Grundbeschichtung kommt, sondern lediglich eine Aktivierung der Oberfläche stattfindet.In a further embodiment of the method according to the invention, plasma etching of the surface of the base coating can take place before the top layer is deposited. This can be a pretreatment by means of a glow discharge, which is also referred to as sputter etching and which preferably takes place in the vacuum chamber. This cleans the surface of the base coat so that the top coat can be deposited with high adhesion. At the same time, the intensity during plasma etching is adjusted in such a way that there is no significant removal of the top layer of the base coating, but only activation of the surface.

Um einen möglicherweise vorhandenen Wasserfilm auf dem Substrat bzw. auf dem Nanodraht zu beseitigen, kann vor dem Plasmaätzen die Vorrichtung aufgeheizt werden. Konkret kann dies in der Vakuumkammer bei einem Druck von weniger als 5×10-5 mbar durch Strahlungsheizen für eine Dauer von etwa 30 Minuten erfolgen.In order to eliminate any water film that may be present on the substrate or on the nanowire, the device can be heated before plasma etching. Specifically, this can be done in the vacuum chamber at a pressure of less than 5×10 -5 mbar by radiant heating for a period of about 30 minutes.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines Nanodraht- Feldeffekttransistors;
  • 2 einen Silizium-Wafer mit einer Vielzahl von Nanodraht- Feldeffekttransistoren in perspektivischer Darstellung;
  • 3 eine Detailansicht eines Nanodraht- Feldeffekttransistors in Draufsicht;
  • 4 eine Detailansicht der Darstellung aus 3;
  • 5 einen Nanodraht- Feldeffekttransistor aus den 3 und 4 im Querschnitt;
  • 6 ein XPS-Tiefenprofil des Nanodraht- Feldeffekttransistors aus den 3 bis 5;
  • 7 ein XPS Spektrum der Oberfläche des Nanodraht- Feldeffekttransistors der 3 bis 5.
With regard to further advantageous refinements of the invention, reference is made to the subclaims and to the following description of an exemplary embodiment with reference to the attached drawing. Show in the drawing
  • 1 a schematic representation of a nanowire field effect transistor;
  • 2 a perspective view of a silicon wafer with a multiplicity of nanowire field effect transistors;
  • 3 a detailed view of a nanowire field effect transistor in plan view;
  • 4 a detailed view of the display 3 ;
  • 5 a nanowire field effect transistor from the 3 and 4 in cross section;
  • 6 an XPS depth profile of the nanowire field effect transistor from the 3 until 5 ;
  • 7 an XPS spectrum of the surface of the nanowire field effect transistor 3 until 5 .

Die 1 bis 5 zeigen eine Vorrichtung zur Messung von Potentialen einer biologischen, chemischen oder anderen Probe, welche vorliegend als Biosensor 1 ausgebildet ist.The 1 until 5 show a device for measuring potentials of a biological, chemical or other sample, which is presently designed as a biosensor 1.

Die Vorrichtung umfasst, wie insbesondere in den 1 und 5 erkennbar ist, ein Substrat 2, welches vorliegend aus einen Siliziumwafer 3 und einer obenseitigen, etwa 150 nm dicken Oxidschicht 4 besteht. Das Substrat 2, welches vorliegend für Testzwecke verwendet wird, ist dabei plattenförmig ausgebildet und hat eine quadratische Grundfläche mit einer Kantenlänge von etwa 11 mm.The device includes, as in particular in the 1 and 5 as can be seen, a substrate 2, which in the present case consists of a silicon wafer 3 and an oxide layer 4 on the top, approximately 150 nm thick. The substrate 2, which is used here for test purposes, is plate-shaped and has a square base area with an edge length of about 11 mm.

Ferner umfasst die Vorrichtung, wie in 2 erkennbar ist, insgesamt 32 nebeneinander angeordnete Feldeffekttransistoren 5. Jeder Feldeffekttransistor 5 umfasst einen Nanodraht 6 aus Silizium mit einer Höhe von etwa 60 nm. Die Nanodrähte 6 besitzen, wie in 5 erkennbar ist, einen trapezförmigen Querschnitt. Dabei liegt die längere Grundseite des Trapezes direkt auf der Oberfläche des Substrats 2 an.Furthermore, the device comprises, as in 2 can be seen, a total of 32 field effect transistors 5 arranged side by side. Each field effect transistor 5 comprises a nanowire 6 made of silicon with a height of about 60 nm. The nanowires 6 have, as in 5 can be seen, a trapezoidal cross-section. In this case, the longer base of the trapezoid lies directly on the surface of the substrate 2 .

Jeder Nanodraht 6 ist, wie in der schematischen Darstellung der 1 erkennbar ist, an einem Ende mit einem Source-Kontakt 7 und an dem anderen Ende mit einem Drain-Kontakt 8 verbunden. Ferner umfasst jeder Feldeffekttransistor 5 einen Gate-Kontakt 9, der oberhalb vom Nanodraht 6 und von diesem beabstandet angeordnet ist. Bei der Messung eines Potentials einer Probe taucht dabei der Gate-Kontakt 9 in die Flüssigkeit ein, so dass man auch von einem Liquid-Gate-Kontakt spricht. Die Oberfläche der Flüssigkeit ist dabei durch die Ebene 10 schematisch dargestellt.Each nanowire 6 is, as shown in the schematic representation of FIG 1 as can be seen, is connected to a source contact 7 at one end and to a drain contact 8 at the other end. Furthermore, each field effect transistor 5 comprises a gate contact 9 which is arranged above nanowire 6 and at a distance from it. When measuring a potential of a sample, the gate contact 9 is immersed in the liquid, so that one also speaks of a liquid gate contact. The surface of the liquid is represented schematically by plane 10 .

Die Nanodrähte 6 und deren unmittelbare Umgebung sind mit einer Beschichtungsanordnung 11 versehen, die im Detail in der 5 erkennbar ist. Diese umfasst zunächst eine Grundbeschichtung 12 aus einem dielektrischen Material, vorliegend eine 8 mm Siliziumoxidschicht, die in einer Vakuumanlage mittels thermischen Wachstums abgeschieden wurde. Der Umgebungsdruck beträgt dabei weniger als 5×10-5 mbar.The nanowires 6 and their immediate surroundings are provided with a coating arrangement 11, which is shown in detail in FIG 5 is recognizable. This initially includes a base coating 12 made of a dielectric material, in the present case an 8 mm silicon oxide layer, which was deposited in a vacuum system by means of thermal growth. The ambient pressure is less than 5×10 -5 mbar.

Die Beschichtungsanordnung 11 umfasst ferner eine Deckschicht 13 mit einer Dicke von etwa 5 nm. Die Deckschicht 13 weist diamantartig gebundenen Kohlenstoff mit einem Anteil von etwa 60 Atom% und graphitartig gebundenen Kohlenstoff auf. Ferner können Fremdatome, insbesondere Bor, Silizium, Stickstoff, Molybdän, Chrom, Titan und/oder Eisen insgesamt höchstens 10 Atom% in der Deckschicht 13 enthalten sein.The coating arrangement 11 also includes a cover layer 13 with a thickness of approximately 5 nm. The cover layer 13 has diamond-like bonded carbon with a proportion of approximately 60 atom % and graphite-bound carbon. Furthermore, foreign atoms, in particular boron, silicon, nitrogen, molybdenum, chromium, titanium and/or iron, can be contained in the cover layer 13 in a total of at most 10 atom %.

Die Deckschicht 13 wird erfindungsgemäß mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) hergestellt. Zunächst wird dazu die Vorrichtung an einem in einer Vakuumkammer angeordneten und rotierbaren Substrathalter befestigt. Anschließend wird die Vakuumkammer evakuiert bis zu einem Druck von weniger als 5×10-5 mbar, bevor die Vorrichtung aufgeheizt wird, um die Oberfläche des Substrats und des Nanodrahts zu trocknen. Konkret erfolgt dies über einen Zeitraum von etwa 30 Minuten bei einem Umgebungsdruck von weniger als 5×10-5 mbar. Anschließend wird ein Plasmaätzen durchgeführt, um die Oberfläche der Grundbeschichtung 12 zu aktivieren. Dazu wird ein Prozessgas bestehend aus 98% Argon und 2% Wasserstoff in eine Vakuumkammer, eingelassen. Die Plasmaätzquelle wird für eine Dauer von 60 Sekunden mit einer Spannung von 3.000 Volt und einem Strom von 1.500 Ampere betrieben. Währenddessen werden die Vorrichtungen in eine Rotation mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen pro Minute versetzt, sodass jede Vorrichtung exakt zweimal von der Plasmaquelle direkt behandelt wird.According to the invention, the cover layer 13 is produced by means of physical vapor deposition (PVD). For this purpose, the device is first attached to a rotatable substrate holder which is arranged in a vacuum chamber. Subsequently, the vacuum chamber is evacuated to a pressure of less than 5×10 -5 mbar before the device is heated to dry the surface of the substrate and the nanowire. Specifically, this takes place over a period of about 30 minutes at an ambient pressure of less than 5×10 -5 mbar. Plasma etching is then performed to activate the surface of the base coat 12. FIG. For this purpose, a process gas consisting of 98% argon and 2% hydrogen is admitted into a vacuum chamber. The plasma etching source is operated at a voltage of 3,000 volts and a current of 1,500 amperes for a period of 60 seconds. Meanwhile, the devices are rotated at a speed of 2 revolutions per minute, so that each device is treated exactly twice by the plasma source directly.

Für die Beschichtung mit der kohlenstoffhaltigen Deckschicht 13 wird ein Laser-Arc-Modul verwendet. Konkret wird Plasma erzeugt, ausgehend von einem Graphittarget, mittels einer Vakuumbogenentladung. Als Zündhilfe für die Vakuumbogenverdampfung wird ein gepulster Laser benutzt. Dabei wird das Laser-Arc-Modul mit einer Taktfrequenz von 75 Hertz betrieben und ein maximaler Entladungsstrom von 1.600 Ampere angelegt. An den Substrathalter wird dabei keine BIAS-Spannung angelegt. Insgesamt werden 5.250 Pulse durchgeführt, um eine Schichtdicke von etwa 5 Nanometer zu erreichen. Die Temperatur der Vorrichtung liegt dabei durchgehend unterhalb von 50°C.A laser arc module is used for the coating with the carbon-containing cover layer 13 . Concretely, plasma is generated, starting from a graphite target, by means of a vacuum arc discharge. A pulsed laser is used as an ignition aid for the vacuum arc evaporation. The laser arc module is operated with a clock frequency of 75 Hertz and a maximum discharge current of 1,600 amperes is applied. In this case, no BIAS voltage is applied to the substrate holder. A total of 5,250 pulses are carried out in order to achieve a layer thickness of around 5 nanometers. The temperature of the device is consistently below 50°C.

Die auf diese Weise erzeugte Schicht wurde mittels Röntgen- Photoelektronen- Spektroskopie (XPS) untersucht. Dabei handelt es sich um eine Untersuchungsmethode, die eingesetzt wird, um Informationen über die Elementzusammensetzung der Oberfläche und über den chemischen Bindungszustand zu erlangen. Die Informationstiefe liegt dabei üblicherweise im Bereich bis zu 3 nm oder weniger Atomlagen.The layer produced in this way was examined by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). This is an examination method that is used to obtain information about the elemental composition of the surface and about the chemical bonding state. The information depth is usually in the range of up to 3 nm or less atomic layers.

Das Ergebnis einer solchen Untersuchung ist zunächst in 6 dargestellt. Dazu wurde die Oberfläche der Deckschicht 13 aufgenommen. Das in der 6 dargestellte Spektrum zeigt bestimmte Bindungsenergien, die für verschiedene Bindungen charakteristisch sind. Es ist zu entnehmen, dass der Anteil an graphitartig gebundenem Kohlenstoff (sp2) in der Oberfläche etwa 35 Atom% beträgt, während der Anteil der diamantartig gebundenem Kohlenstoff (sp3) etwa 60 Atom% beträgt. Die restlichen Anteile entfallen dabei auf Verbindungen von Kohlenstoff mit Sauerstoff.The result of such an investigation is initially in 6 shown. For this purpose, the surface of the cover layer 13 was recorded. That in the 6 The spectrum shown shows specific binding energies that are characteristic of different bonds. It can be seen that the proportion of graphitic bonded carbon (sp2) in the surface is about 35 atomic %, while the proportion of diamond-like bonded carbon (sp3) is about 60 atomic %. The remaining shares are accounted for by compounds of carbon and oxygen.

Für das in der 7 dargestellte Tiefenprofil wurde während der XPS Untersuchung die Oberfläche mit Argon-Ionen beschossen. Das Tiefenprofil zeigt deutlich an der Oberfläche eine kohlenstoffhaltige Schicht (durchgezogene Linie), darunter eine Schicht aus Siliziumoxid (grob gestrichelte Linie), bevor sich unterhalb das Material des Nanodrahts 6 (Silizium) anschließt. For that in the 7 The depth profile shown was bombarded with argon ions during the XPS investigation. The depth profile clearly shows a carbon-containing layer (continuous line) on the surface, including a layer of silicon oxide (roughly dashed line), before the material of the nanowire 6 (silicon) follows below.

Die mit einer solchen kohlenstoffhaltigen Deckschicht 13 versehenen Nanodraht-Feldeffekttransistoren haben gegenüber einer Ausführung ohne eine solche kohlenstoffhaltige Deckschicht 13 bei Kontakt mit entsprechenden Testflüssigkeiten eine deutlich höhere Stabilität, was über die Zeit zu einer deutlich geringeren Änderung der elektrischen Eigenschaften der Feldeffekttransistoren führt.Compared to an embodiment without such a carbon-containing cover layer 13, the nanowire field-effect transistors provided with such a carbon-containing cover layer 13 have a significantly higher stability when in contact with corresponding test liquids, which leads to a significantly smaller change in the electrical properties of the field-effect transistors over time.

BezugszeichenlisteReference List

11
Biosensorbiosensor
22
Substratsubstrate
33
Silizium- Wafersilicon wafer
44
Oxidschichtoxide layer
55
Feldeffekttransistorfield effect transistor
66
Nanodrahtnanowire
77
Source-Kontaktsource contact
88th
Drain-Kontaktdrain contact
99
Gate-Kontaktgate contact
1010
Probenoberflächesample surface
1111
Beschichtungsanordnungcoating arrangement
1212
Grundbeschichtungbase coat
1313
Deckschichttop layer

Claims (27)

Vorrichtung zur Messung von Potentialen an einer biologischen, chemischen oder anderen Probe, mit einem Substrat (2) und mindestens einem auf dem Substrat (2) angeordneten Nanodraht (6) aus einem halbleitenden Material, wobei der Nanodraht (6) mit einer Beschichtungsanordnung (11) versehen ist, welche eine Grundbeschichtung (12) aus einem dielektrischen Material umfasst, wobei die Beschichtungsanordnung (11) ferner eine Deckschicht (13) umfasst, welche Kohlenstoff aufweist oder daraus besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (13) diamantartig gebundenen Kohlenstoff und graphitartig gebundenen Kohlenstoff aufweist.Device for measuring potentials in a biological, chemical or other sample, having a substrate (2) and at least one nanowire (6) made of a semiconducting material arranged on the substrate (2), the nanowire (6) having a coating arrangement (11 ) is provided, which comprises a base coating (12) made of a dielectric material, the coating arrangement (11) further comprising a cover layer (13) which comprises or consists of carbon, characterized in that the cover layer (13) contains diamond-like bonded carbon and has graphite-like bound carbon. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an diamantartig gebundenem Kohlenstoff in der Deckschicht (13) mindestens 30 Atom%, insbesondere mindestens 40 Atom%, bevorzugt mindestens 50 Atom% beträgt.device after claim 1 , characterized in that the proportion of diamond-like bonded carbon in the top layer (13) is at least 30 atom%, in particular at least 40 atom%, preferably at least 50 atom%. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (13) Fremdatome, insbesondere Bor, Silizium, Stickstoff, Molybdän, Chrom, Titan und/oder Eisen, bevorzugt mit einem Anteil von insgesamt höchstens 10 Atom% enthält.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer (13) contains foreign atoms, in particular boron, silicon, nitrogen, molybdenum, chromium, titanium and/or iron, preferably with a total proportion of at most 10 atom %. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Deckschicht (13) mindestens 2 nm, insbesondere mindestens 3 nm, und/oder höchstens 100 nm, insbesondere höchstens 20 nm beträgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the cover layer (13) is at least 2 nm, in particular at least 3 nm, and/or at most 100 nm, in particular at most 20 nm. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, insbesondere jeder Nanodraht (6) einen trapezförmigen oder dreieckigen Querschnitt aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, in particular each nanowire (6) has a trapezoidal or triangular cross section. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens einen Feldeffekttransistor (5) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has at least one field effect transistor (5). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, insbesondere jeder Nanodraht (6) Bestandteil eines Feldeffekttransistors (5) ist und an einem Ende mit einem Source-Kontakt (7) und an einem anderen Ende mit einem Drain-Kontakt (8) verbunden ist oder solche aufweist.device after claim 6 , characterized in that at least one, in particular each nanowire (6) is part of a field effect transistor (5) and is connected at one end to a source contact (7) and at the other end to a drain contact (8) or such having. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Feldeffekttransistor (5) einen Gate-Kontakt (9) umfasst, welcher von dem Nanodraht (6) beabstandet ist und mit der Probe in Kontakt steht oder bringbar ist.device after claim 7 , characterized in that each field effect transistor (5) comprises a gate contact (9) which is spaced from the nanowire (6) and is in contact or can be brought into contact with the sample. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Bestandteil eines Biosensors (1) ist oder einen solchen bildet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is part of a biosensor (1) or forms one. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundbeschichtung (12) einlagig aufgebaut ist und insbesondere aus Siliziumoxid (SiO2) besteht.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base coating (12) has a single-layer structure and consists in particular of silicon oxide (SiO 2 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundbeschichtung (12) mehrlagig, insbesondere zweilagig aufgebaut ist und unmittelbar an den Nanodraht (6) angrenzend eine innere Schicht aus einem ersten dielektrischen Material, insbesondere aus Siliziumoxid (SiO2), und eine äußere Schicht aus einem zweiten dielektrischen Material, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al2O3), aufweist.Device according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the base coating (12) is constructed in multiple layers, in particular in two layers, and immediately adjacent to the nanowire (6) an inner layer made of a first dielectric material, in particular silicon oxide (SiO 2 ), and an outer layer made of a second dielectric Material, in particular made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), has. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundbeschichtung (12) eine Dicke von mindestens 2 nm, insbesondere mindestens 5 nm, und/oder von höchstens 100 nm, insbesondere höchstens 50 nm aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base coating (12) has a thickness of at least 2 nm, in particular at least 5 nm, and/or at most 100 nm, in particular at most 50 nm. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) einen Silizium-Wafer (3) umfasst, wobei zwischen dem Silizium-Wafer (3) und dem Nanodraht (6) insbesondere eine Oxidschicht (4) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (2) comprises a silicon wafer (3), in particular an oxide layer (4) being formed between the silicon wafer (3) and the nanowire (6). Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht mit einer Schutzschicht überzogen ist, welche insbesondere Aluminiumoxid (Al2O3) enthält und/oder eine Dicke von mindestens 5 nm und/oder von höchstens 10 nm aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer is coated with a protective layer which contains in particular aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and/or has a thickness of at least 5 nm and/or at most 10 nm. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, welches die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen des Substrats (2) mit mindestens dem einen auf dem Substrat (2) angeordneten Nanodraht (6) aus einem halbleitenden Material; - Beschichten des Nanodrahts (6) mit der Grundbeschichtung (12), welche eine Schicht aus dielektrischem Material umfasst; - Abscheidung der Deckschicht (13), welche Kohlenstoff aufweist oder daraus besteht.Method for manufacturing a device according to any one of the preceding claims, comprising the following steps: - Providing the substrate (2) with at least one on the substrate (2) arranged nanowire (6) made of a semiconductive material; - coating the nanowire (6) with the base coating (12) comprising a layer of dielectric material; - Deposition of the cover layer (13), which has carbon or consists of it. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dielektrischem Material durch thermisches Wachstum abgeschieden wird.procedure after claim 15 , characterized in that the layer of dielectric material is deposited by thermal growth. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (13) mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt wird.procedure after claim 15 or Claim 16 , characterized in that the cover layer (13) is produced by means of physical vapor deposition (PVD) and/or chemical vapor deposition (CVD). Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung der Deckschicht (13) ein Plasma erzeugt wird.procedure after Claim 17 , characterized in that for the deposition of the cover layer (13) a plasma is generated. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugung durch den Beschuss eines Targets aus Graphit mit einem gepulsten Laser erfolgt.procedure after Claim 18 , characterized in that the plasma is generated by bombarding a target made of graphite with a pulsed laser. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugung mittels einer elektrischen Vakuumbogenentladung auf ein Graphittarget erfolgt.procedure after Claim 18 , characterized in that the plasma is generated by means of an electrical vacuum arc discharge onto a graphite target. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmafilterung vorgesehen ist, um Makropartikel, die bei der Vakuumbogenentladung entstehen, aus dem Plasma abzutrennen.procedure after claim 20 , characterized in that plasma filtering is provided in order to separate macroparticles, which arise during the vacuum arc discharge, from the plasma. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein gepulster Laser als Zündquelle für die Vakuumbogenentladung verwendet wird, so dass dadurch eine gepulste Vakuumbogenentladung vorliegt.procedure after claim 20 or 21 , characterized in that a pulsed laser is used as an ignition source for the vacuum arc discharge, thereby resulting in a pulsed vacuum arc discharge. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Deckschicht (13) in einer Vakuumkammer erfolgt.Procedure according to one of claims 17 until 22 , characterized in that the deposition of the cover layer (13) takes place in a vacuum chamber. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Abscheidung der Deckschicht (13) die Vakuumkammer auf einen Druck unterhalb von 10-4 mbar, insbesondere unterhalb von 5×10-5 mbar evakuiert wird.procedure after Claim 23 , characterized in that before the deposition of the cover layer (13), the vacuum chamber is evacuated to a pressure below 10 -4 mbar, in particular below 5 × 10 -5 mbar. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abscheidung der Deckschicht (13) ein überwiegend inertes Gas, insbesondere Argon, in die Vakuumkammer eingeleitet wird.procedure after Claim 23 or 24 , characterized in that during the deposition of the cover layer (13) a predominantly inert gas, in particular argon, is introduced into the vacuum chamber. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Abscheidung der Deckschicht (13) ein Plasmaätzen der Oberfläche der Grundbeschichtung (12) stattfindet.Procedure according to one of Claims 15 until 25 , characterized in that prior to the deposition of the cover layer (13) plasma etching of the surface of the base coating (12) takes place. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Plasmaätzen die Vorrichtung aufgeheizt wird, um die Substratoberfläche zu trocknen.procedure after Claim 26 , characterized in that prior to plasma etching the device is heated to dry the substrate surface.
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