專利名稱：具有集成的摻雜溝道的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)、用于其生產(chǎn)和應(yīng)用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少一個(gè)半導(dǎo)體襯底的參數(shù)確定半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體襯底具有可選擇的p摻雜或n摻雜以及導(dǎo)電能力和相鄰的平面層，該平面層由電絕緣的具有基本上垂直集成的摻雜溝道的材料構(gòu)成，具有可選擇的導(dǎo)電能力的導(dǎo)電材料被置入溝道中，其中載流子在半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中遷移，該復(fù)合結(jié)構(gòu)還具有由多個(gè)在由電絕緣材料和半導(dǎo)體襯底構(gòu)成的層上設(shè)置的電極構(gòu)成的電接觸結(jié)構(gòu)(Kontakierung)，本發(fā)明還涉及用于其制造的方法和其應(yīng)用。
在現(xiàn)代半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)在日常生活中不可缺少。它們?cè)跀?shù)據(jù)處理、通信、多媒體以及日常生活中的大多數(shù)設(shè)備中都得到應(yīng)用。在集成電路中的半導(dǎo)體器件的微型化實(shí)現(xiàn)了今天的計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信。此外，半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)為高速電子學(xué)和光電子學(xué)而發(fā)展。而發(fā)展的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的微型化也導(dǎo)致新的效應(yīng)。由于具有幾個(gè)納米的結(jié)構(gòu)的小尺寸，在這些結(jié)構(gòu)中的載流子的直接量子化可以被觀察到。
現(xiàn)有技術(shù)中公開了不同的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，它們可以根據(jù)其單一功能被分類。一大類構(gòu)成了場(chǎng)效應(yīng)管FET，它們?cè)诎雽?dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的情況下為復(fù)合以“J”而被標(biāo)識(shí)。在此一個(gè)或多個(gè)柵極電壓控制地或不確定地(“floating”)控制源極-漏極電流。只有一個(gè)電流路徑。在源極-漏極溝道中嵌入的以納米柵極形式的柵極電極可以改進(jìn)JFET功能。
在US-PS 5 359 214中公開了具有改進(jìn)的跨導(dǎo)的JFET，其中在硅襯底上沉積了其它摻雜的另外的硅層(“外延層”)，它包含導(dǎo)電的硅溝道作為孔隙(Poren)，其中所有孔隙都位于相同的電位上。因此其中涉及(帶有孔隙的n型半導(dǎo)體/p型半導(dǎo)體)或(帶有孔隙的p型半導(dǎo)體/n型半導(dǎo)體)類型的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)?？紫都右r僅僅通過襯底材料和外延層材料的轉(zhuǎn)摻雜(Umdotierung)實(shí)現(xiàn)。電荷感應(yīng)的主方向在朝孔隙的徑向方向上分布。通過孔隙伸入硅層，雖然跨導(dǎo)變大了，然而另一方面導(dǎo)線截面被減小，并且由此同樣提高了孔隙電阻。在該公開的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中的孔隙的目的是，借助感應(yīng)的、在孔隙環(huán)境中的空間電荷通過感應(yīng)打開或閉合在硅中的導(dǎo)電的源極-漏極溝道。US-PS 5 111 254中還公開了一種JFET，它的載流子擊穿(“雪崩擊穿”)被改進(jìn)。在該公開的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中涉及(帶有孔隙的絕緣襯底/半導(dǎo)體)類型的結(jié)構(gòu)。由此，孔隙被作為“浮動(dòng)的柵極”引入導(dǎo)電的半導(dǎo)體溝道中。在US-PS 4 482 907中最后描述了一種JFET，其中柵極電極的影響通過其至導(dǎo)電的源極-漏極溝道中的小管形的延長而應(yīng)被改進(jìn)。在此涉及(帶有孔隙的絕緣襯底/半導(dǎo)體)類型的結(jié)構(gòu)。因此孔隙作為控制介質(zhì)(Steuermittel)被引入半導(dǎo)體層的導(dǎo)電的源極-漏極溝道中。
在第二大類半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中，不同的電器件如二極管、電容器或者電阻以任意的數(shù)目被簡(jiǎn)單地并聯(lián)，并且由此位于相同的電位上。這種半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一個(gè)矩陣以及位于其中的導(dǎo)電元件，特別是納米線(Nanodrahte)。當(dāng)在矩陣和納米線之間還有一個(gè)薄的絕緣層，則得到電容器。當(dāng)矩陣是n型導(dǎo)電并且納米導(dǎo)線是p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體(或者相反)時(shí)，則在矩陣和納米導(dǎo)線之間的結(jié)區(qū)作為二極管起作用。這可以通過在簡(jiǎn)單的FET中設(shè)置柵極電極而被轉(zhuǎn)換。
這種概念在US 2002/0192441 A1中以納米合成物(Nanokomposit)的形式被公開，它通過將導(dǎo)電材料引入多孔材料中制造。通過設(shè)置純的電接觸結(jié)構(gòu)，應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，然而其中只有一個(gè)單個(gè)的電氣活動(dòng)的納米結(jié)構(gòu)化的薄膜層。特別是一個(gè)無機(jī)的半導(dǎo)體導(dǎo)線被嵌入在由其它的有機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)成的矩陣中(有機(jī)襯底/無機(jī)孔隙的類型)。在所描述的FET中，源極一漏極溝道被作為多個(gè)平行的硅針設(shè)計(jì)。導(dǎo)電的針的優(yōu)選方向沒有被說明，然而納米合成物的每個(gè)區(qū)域都應(yīng)該有一個(gè)至外電極的連續(xù)的電連接。此外US 2003/0057451 A1公開了一種光電器件，在其中應(yīng)該充分利用電致發(fā)光和光致發(fā)光。為此在一種昂貴的制造方法中，相同外形的納米針被從硅襯底中蝕刻出來，其中所有硅針作為并聯(lián)的二極管起作用并且具有相同的電位。其中，在用于制造硅針的蝕刻過程中，首先在硅襯底上沉積的絕緣層只滿足了暫時(shí)的輔助功能。后來可能的將硅針嵌入絕緣層只實(shí)現(xiàn)了針對(duì)污染和破壞的保護(hù)功能。最后在US-PS 5 705 321中公開了，在周期的量子結(jié)構(gòu)中由硅構(gòu)成的納米導(dǎo)線、納米表面和其它的納米結(jié)構(gòu)例如為激光而制造。其中使用了包含干涉方法和蝕刻方法的光刻技術(shù)方法。此外US 6201 291 B1公開了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，它在電絕緣的SiO2層中具有設(shè)置在半導(dǎo)體主體上的、金屬的導(dǎo)電軌跡(Leitspuren)。然而這種布置只是為不同的、集成在半導(dǎo)體主體中的器件的電連接服務(wù)。在此，集成在SiO2層中的擴(kuò)散勢(shì)壘區(qū)特別地用于阻止載流子遷移進(jìn)入半導(dǎo)體主體中。在WO 02/08900 A2中最終公開了一種類似的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)線軌跡同樣被施加在位于半導(dǎo)體主體上的電絕緣層中。在這里，導(dǎo)線軌跡也只是用于集成在半導(dǎo)體主體中的電子電路的純的歐姆連接。對(duì)于多個(gè)電路平面的垂直連接也公開了類似的結(jié)構(gòu)。
在第三類半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了不同的傳感器。其中感應(yīng)敏感的材料被嵌入絕緣的矩陣中。這種復(fù)合層結(jié)構(gòu)在生物傳感器的領(lǐng)域中已公開(參見H.Lüth和其他人的出版物I“Biochemical sensors withstructured and porous silicon capacitors”，材料科學(xué)和工程B69-70(2000)104-108，或者M(jìn).J.Schning和其他人的出版物II“Recent advances inbiologically field-effect transistors(BioFETs)”，Analysts，2002，127，1137-1151)。在這些出版物中，原理上將傳統(tǒng)的晶體管概念(例如FET)相互連接，它們只是通過在柵極電極中通過其置入一種電解液中的附加措施而與傳統(tǒng)的概念相區(qū)別，在該電解液中有不同的pH值(離子選擇性FET＝ISFET)。在這些傳感器中為了傳感器的目的，多孔的硅在晶體管中被使用，其中孔隙不被直接使用。確切地說，多孔硅的表面被以SiO2和Si3N4覆蓋，這樣通過這種方式形成一個(gè)薄的、被折疊的電容器結(jié)構(gòu)(半導(dǎo)體-絕緣體-半導(dǎo)體類型)，它具有非常大的表面。在Si3N4的表面上沉積的材料例如生物特性改變了其表面電荷。通過這種方法，在固定的電壓下，電容器的電容增大。該增大或者被直接測(cè)量，或者被用于觸發(fā)傳統(tǒng)的FET。由此位于襯底材料(Si)中的孔隙在已公開的結(jié)構(gòu)中不用于載流子注入或提取。此外US2002/0118027 A1中公開了基于多孔的氧化鋁的傳感器。多孔的氧化鋁具有非常高的孔隙密度，并且耐高溫。反之，它對(duì)于堿性和酸性非常敏感，這限制了傳感器材料在孔隙內(nèi)沉積的可能性，并且很大程度上禁止了在非中性液體中的可用性。此外多孔的氧化鋁非常易碎，這樣在惡劣的應(yīng)用中必須有一個(gè)堅(jiān)固的襯底。為了改變電阻可以設(shè)置集成一個(gè)小型熱敏電阻。傳感器只是被電阻性地驅(qū)動(dòng)。為了制造傳感器，US 6 278 231 B1中同樣公開了借助在孔隙內(nèi)部的不同材料的結(jié)合而制造Al2O3中的納米孔隙。而在此只設(shè)計(jì)了具有簡(jiǎn)單表面接觸的簡(jiǎn)單電阻性傳感器結(jié)構(gòu)。
DE-PS 33 37 049中公開了用于檢測(cè)磁輻射的傳感器，它由具有各向異性的導(dǎo)電特征的固體構(gòu)成。其中整個(gè)絕緣的固體的特性都被改變并且通過用于相位轉(zhuǎn)換的高輻射劑量在一個(gè)方向上導(dǎo)電地產(chǎn)生最大的各向異性。由此必須使用一種非常特別的無定形的富含金屬的絕緣體，它沿著離子軌跡被這樣地破壞，使得金屬原子被局部地釋放。通過退火，它們隨后聚集。
此外在DE 101 21 011 A1中描述了由具有相鄰的二氧化硅層的p摻雜的硅襯底構(gòu)成的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，垂直的摻雜溝道以連貫的接觸孔的形式作為位導(dǎo)線觸點(diǎn)(Bitleitungskontakte)被集成到該二氧化硅層中。接觸孔被以一種金屬填滿，這樣在該硅襯底中的電子可以遷移。已公開的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定通過摻雜注入進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件，例如DRAM，設(shè)置了沒有被繼續(xù)示出的帶有電極的觸點(diǎn)接通。借助這種已公開的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，僅僅實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的歐姆接觸。其它的半導(dǎo)體器件，特別是具有其它物理功能性的這些半導(dǎo)體元器件，不能被實(shí)現(xiàn)。還有所有其它由現(xiàn)有技術(shù)已公開的、類似被實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，關(guān)于其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造材料和設(shè)計(jì)方面是不靈活的，這樣在單個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間存在大的不一致性和區(qū)別。同樣也適用于相應(yīng)的制造方法。
由此本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣地進(jìn)一步構(gòu)造開始部分描述類型的參數(shù)確定的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，使得關(guān)于可構(gòu)造的半導(dǎo)體器件和其物理功能性方面存在很大的靈活性和通用性。在此，在所有可形成的半導(dǎo)體元器件中，半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)在其構(gòu)造上仍然是一致的并且具有盡可能小的區(qū)別。而且半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)仍然應(yīng)該能夠簡(jiǎn)單地并且盡可能廉價(jià)地制造，這也適用于優(yōu)選的制造方法。所構(gòu)造的半導(dǎo)體元器件隨后在其基本構(gòu)造中應(yīng)該只具有微不足道的區(qū)別。本方面任務(wù)的解決方案在主權(quán)利要求中說明。根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)確定的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的優(yōu)選的制造方法在方法權(quán)利要求中給出。有利的實(shí)施形式在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中說明。最后根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)確定的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的優(yōu)選的應(yīng)用在應(yīng)用權(quán)利要求中給出。
在現(xiàn)有技術(shù)中雖然已經(jīng)公開了一系列具有與本發(fā)明類似的外觀的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(見上述)，然而它們的功能性表明了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的原則上不同的含義。如在下面示出的那樣，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的大的靈活性和普遍性沒有在已公開的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中，關(guān)于元器件的實(shí)現(xiàn)的所要達(dá)到的靈活性僅僅通過新結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定而實(shí)現(xiàn)，通過這種方法在可實(shí)現(xiàn)的元器件之間出現(xiàn)大的一致性。其中概念“參數(shù)確定(Parametrierung)”應(yīng)該被理解為結(jié)構(gòu)的不同參數(shù)的可選擇的設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)作為統(tǒng)一的原材料可以廣泛地應(yīng)用于基本布置中。通過內(nèi)部的結(jié)構(gòu)參數(shù)、如層厚和襯底摻雜的可選的設(shè)置，可以引起已知的效果。通過電極的數(shù)目和配置，不同的元器件也可以以電氣耦合的形式，例如多級(jí)邏輯元器件被設(shè)計(jì)。通過所施加的電壓、輸入的電流或者環(huán)境溫度的選擇作為外部的施加的參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的特征曲線和部分的工作點(diǎn)可以被設(shè)置。在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中的每個(gè)點(diǎn)或每個(gè)孔隙都有不同的電位。在本發(fā)明中，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能特性有很大影響的重要參數(shù)尤其表現(xiàn)為孔隙和導(dǎo)電的覆層的幾何構(gòu)型和分布。該影響甚至伸展到根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的物理功能性，這樣不但電子的，而且光電的和/或感覺的特性都可以被顯現(xiàn)出來，而根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的大的一致性沒有失去。在參數(shù)確定中決定性的始終是，由電絕緣的材料構(gòu)成的、被設(shè)置有垂直的導(dǎo)電的孔隙并且由此異質(zhì)各向異性的層的功能給定的、強(qiáng)烈顯現(xiàn)的各向異性導(dǎo)電特性(垂直的導(dǎo)電能力比水平導(dǎo)電能力至少高106)被設(shè)置。其中各向異性可以是固有的或者人工施加的。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)被稱為“TEMPOS”結(jié)構(gòu)時(shí)，參數(shù)確定的意義還可以被強(qiáng)調(diào)，其中TEMPO是名稱“Tunable ElectronicMaterial with Pores On Semiconductors”的首字母縮寫。從該名稱中可以清楚地看出，在電絕緣層(特殊的氧化物層)中的孔隙(離子軌跡或者英語中的“Tracks”)在TEMPOS結(jié)構(gòu)中基本上是新事物，通過它們，載流子可以被從位于其下的襯底(特殊的硅)中提取或者注入其中。TEMPOS結(jié)構(gòu)的靈活的功能特性、特別是開關(guān)特性特別通過該除了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的被影響的載流子之外的、附加的載流子的應(yīng)用而顯現(xiàn)出來，其中附加的載流子不但可以是互補(bǔ)的載流子，而且也可以是相同類型的載流子。其中實(shí)現(xiàn)了在TEMPOS結(jié)構(gòu)中的附加的載流子發(fā)明本質(zhì)地不僅從孔隙、而且特別是還從在單個(gè)孔隙之間的電絕緣的層的表面出發(fā)并且向該表面的遷移。在此根據(jù)本發(fā)明，同樣設(shè)置了由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的覆層，然而該覆層由于材料自身或者通過其分布可導(dǎo)致的高電阻性，在電極之間顯示足夠大的電阻，使得只有所提到的附加遷移才可能被實(shí)現(xiàn)，而在電極之間的短路被可靠地防止。在所述表面上替代的低電阻性將導(dǎo)致在電極之間的短路，這樣，TEMPOS結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)作為二極管或傳感器極為有限的功能。與此相反，在孔隙中的低電阻性是可以接受的，其中可實(shí)施的功能直接取決于形成的電阻的確切的數(shù)量級(jí)當(dāng)電阻足夠小時(shí)，可以引起一種相反的半導(dǎo)體特性，它也在當(dāng)孔隙表現(xiàn)出具有非常大的直徑時(shí)出現(xiàn)。另一方面，在非常小的孔隙電阻情況下，在表面和導(dǎo)電襯底之間產(chǎn)生直接的短路，這樣表面電位通過孔隙直接地與導(dǎo)電襯底的電位相耦合。當(dāng)表面電阻比襯底電阻大時(shí)，這是正常情況，則TEMPOS結(jié)構(gòu)的電功能基本上只通過襯底電阻決定，這樣在此實(shí)現(xiàn)了通過基極觸點(diǎn)可控的電阻的功能。
除了為了實(shí)現(xiàn)最大的應(yīng)用靈活性的TEMPOS結(jié)構(gòu)的廣泛的參數(shù)確定的優(yōu)點(diǎn)之外，還存在超常的輻射硬度(Strahlungshrte的優(yōu)點(diǎn))。由TEMPOS結(jié)構(gòu)中被制造的元器件因此是抗輻射影響的。當(dāng)一個(gè)富有能量的粒子、例如來自宇宙射線或者太陽風(fēng)的高能的組成部分的粒子穿透FET結(jié)構(gòu)的狹窄的氧化物表面，則它沿著其運(yùn)動(dòng)路徑產(chǎn)生一個(gè)電荷的軌跡，該電荷的路徑由此是電學(xué)導(dǎo)電的。由此可能出現(xiàn)擊穿，這些擊穿可能由于非常高的流動(dòng)電流和與此相聯(lián)的溫度峰值而毀壞晶體管。因此對(duì)于宇宙航行，在反應(yīng)堆、軍事或者高能環(huán)境(例如高速列車)中，研究強(qiáng)調(diào)提高二極管和晶體管的抗輻射強(qiáng)度。在多種以導(dǎo)電材料覆蓋的孔隙形成的、穿過在TEMPOS結(jié)構(gòu)中由電絕緣的材料構(gòu)成的介電層的導(dǎo)電路徑(典型地大約107/cm2)的已經(jīng)原來的存在中可以看出抗輻射強(qiáng)度的原因，這樣單個(gè)的、另外的輻射誘導(dǎo)的路徑?jīng)]有引起基本的改變。雖然這種新的路徑暫時(shí)比帶有其高阻的填充的TEMPOS結(jié)構(gòu)的離子路徑顯著地更能導(dǎo)電，然而具有其高電阻的、附加的、導(dǎo)電的表面層自動(dòng)作為電流限界起作用，這樣短路電流被阻止。唯一可見的效應(yīng)是元器件的電流-電壓特性的微小的和暫時(shí)的改變。自然當(dāng)這種擊穿事件導(dǎo)致長時(shí)間的短路，則這只意味著，所述的、在特性中的微小的改變長時(shí)間地存在。由于通過在表面和孔隙中的許多高阻的連接產(chǎn)生的內(nèi)部電路的“緩沖”，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要的缺點(diǎn)被可靠地避免了。
在本發(fā)明中，由內(nèi)部地和表面地在孔隙之間的導(dǎo)電的高阻的材料構(gòu)成的覆層的形成提供了一系列不同的參數(shù)可用，它們決定了TEMPOS結(jié)構(gòu)的功能特性。其中為了實(shí)現(xiàn)預(yù)給定的電位關(guān)系，材料的分布起著重要作用。根據(jù)應(yīng)用情況而定地，導(dǎo)電的材料可以具有連續(xù)的或者結(jié)構(gòu)化的平坦的或者島形或者點(diǎn)形的分布，其中也可能是混合形狀。因此可以有利地規(guī)定，導(dǎo)電的材料以具有可選擇的大小的納米團(tuán)簇(Nanoclustern)形式被構(gòu)造并且以可選擇的分散密度被置入孔隙中，以及被施加在由電絕緣材料構(gòu)成的層上。在此，納米團(tuán)簇可以在廣大的數(shù)量范圍中(多分散)以變化的簇-簇距離被淀積。由于其各個(gè)不同的尺寸布置和距離，這“抹去”了實(shí)際在納米團(tuán)簇結(jié)區(qū)所期待的量子電子效應(yīng)，這樣可以觀察到“經(jīng)典的”電子效應(yīng)。預(yù)給定的電位關(guān)系可以通過其分布被簡(jiǎn)單地設(shè)置。這些簇之間更大的距離彼此引起大的歐姆電阻，這特別防止了短路電流的流過，而高的團(tuán)簇密度決定了具有高電荷密度的低電阻，這能夠?qū)崿F(xiàn)載流子的最佳遷移。在團(tuán)簇的應(yīng)用中的參數(shù)因此是其大小、其組合和其分布。其中不同參數(shù)對(duì)TEMPOS結(jié)構(gòu)的功能特性的影響對(duì)于專業(yè)人士是容易理解的并且可能在不同的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)導(dǎo)電的材料的所有納米團(tuán)簇都位于相同被選的大小范圍內(nèi)時(shí)，形成具有特別均勻的特性的覆層。變換地，在TEMPOS結(jié)構(gòu)的軌跡中和表面上也可以引入單分散的并且等距離的納米團(tuán)簇，這樣在每個(gè)單個(gè)的軌跡中的量子效應(yīng)都清楚地可見并且疊加在經(jīng)典的特征曲線上。通過單分散的表現(xiàn)型，團(tuán)簇的均勻分布可以沒有對(duì)面接觸地簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)，這樣也可以引起相應(yīng)的均勻的特性。隨后被分類的納米團(tuán)簇沿著軌跡方向如由量子點(diǎn)構(gòu)成的平行鏈那樣起作用，并且產(chǎn)生階梯形的電流-電壓特性，這些特性通過在考慮到庫侖阻塞效應(yīng)和單個(gè)電子的諧振隧道的雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電能力理論而被確定。由此，基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件的應(yīng)用種類被顯著擴(kuò)展。
在被蝕刻的離子軌跡中作為納米微粒的還有金屬摻雜的斑巖分子(Porphyren-Moleküle)，它們?cè)谄浯笮》植忌鲜菃畏稚⒌?，并且或多或少被等距離地排布。視這些分子是否以沒有未成對(duì)的或帶有未成對(duì)的自旋的金屬被摻雜而定地，該納米團(tuán)簇鏈的電阻具有不同的溫度依賴性。在第一情況中，電阻隨溫度線性地上升，在第二情況中，它首先很快地下降，然后接著又微弱地上升。由此產(chǎn)生另外一種制訂TEMPOS結(jié)構(gòu)的溫度依賴性的可能性。
團(tuán)簇可以被相對(duì)簡(jiǎn)單地制造，并且在其大小和組合中可以簡(jiǎn)單地被改變。作為在平坦的離子軌跡表面上以及在內(nèi)部的離子軌跡表面上制造單分散的并且等距離的納米團(tuán)簇的方法，例如有●制造自組織的結(jié)構(gòu)，它們可以通過在濕潤的和不濕潤的液體(例如單體、聚合物溶液等)之間的相互作用實(shí)現(xiàn)●沉積單分散的金團(tuán)簇的膠質(zhì)溶液●沉積液相中的(相對(duì)單分散的-7±3nm的)CuO2納米團(tuán)簇●以有規(guī)律的排布沉積鐵納米微?！癯练e由Pd561Nin核殼微粒構(gòu)成的有序的導(dǎo)線●在非常低的(液氮-)溫度下氣相淀積金；可能有前面的帶有有機(jī)薄膜的涂蓋層除了納米微粒，在孔隙中還可以構(gòu)造由富勒烯(Fullerenen)構(gòu)成的納米小管(巴基管)，其中優(yōu)選的是，鎳納米晶體被作為胚芽電鍍地施加在前面被露出的半導(dǎo)體襯底上，并且在其上，在被蝕刻的離子軌跡中生長納米小管。其中納米小管優(yōu)選地不是從電弧放電中，而是通過其它的技術(shù)、例如從等離子中被淀積，以減少附加的無定形碳層的沉積并且能夠?qū)崿F(xiàn)這種等離子結(jié)構(gòu)，納米小管沉積優(yōu)選地在被蝕刻的離子軌跡中進(jìn)行。但是其中納米小管可以根據(jù)起毛(Haaren)的方式從孔隙中生長出來。具有被集成的巴基管的TEMPOS結(jié)構(gòu)不但具有通常的TEM-POS特性，而且由此還耦合了納米小管的機(jī)械和電子特性。例如納米小管的每個(gè)運(yùn)動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)元器件的電容改變，這可以被用于開關(guān)過程。由此可以例如測(cè)量最微小的加速和氣流(例如作為在人類呼吸系統(tǒng)中的探頭應(yīng)用)；該元器件可以作為納米天平使用(例如用于病毒、蛋白質(zhì)等)，其中每個(gè)納米小管被作為天平梁使用。如果小管在局部被絕緣體覆蓋，則可由此測(cè)定出靜電場(chǎng)；由磁性材料構(gòu)成的局部覆蓋則會(huì)將該元器件做成為磁場(chǎng)的傳感器。
在離子軌跡中也可以引入由硒、碲或其它材料構(gòu)成的納米導(dǎo)線?？蓮澢膶?dǎo)線的機(jī)械改變可以通過電容性的耦合作為電子信號(hào)被獲得。在此特別有利的是，Se和Te是壓電的。
對(duì)于覆層適用于任何電阻足夠高的導(dǎo)電的材料。在太高的固有導(dǎo)電能力的情況下，例如如果該材料在直接應(yīng)用中將導(dǎo)致短路，如金屬，則導(dǎo)電能力可以被有目的地降低，使得該材料不是同質(zhì)地，而是以空間上互相分離的分散的團(tuán)簇或者管被沉積。隨后該材料的導(dǎo)電能力通過肖特基發(fā)射、穿隧或者類似方式被引起，并且比在同質(zhì)涂覆中的原始的導(dǎo)電能力低非常多的數(shù)量級(jí)。其中特別有利的是，該導(dǎo)電的材料是一種分散分布的金屬(例如銀、鎢、銅或者鋁銅合金)，半導(dǎo)體化合物(例如III/V族半導(dǎo)體如GaAs或者II/IV族半導(dǎo)體如CdS)，碳同素異形體(如鉆石、石墨、類石墨碳、無定形碳以及富勒烯(巴基球和巴基管))，氧化物的半導(dǎo)體(例如ZnO，TiO2，SnO)，導(dǎo)電的氧化物(例如ITO(銦錫氧化物))或者其中的一種混合形式。含鐵流體(Ferrofluide)由于其電學(xué)上差的導(dǎo)電的膠質(zhì)結(jié)構(gòu)而可以使用。特別是銀可以簡(jiǎn)單地以團(tuán)簇形式被淀積并且可提供大量附加的載流子供使用。不同的金屬的混合形式結(jié)合了單個(gè)組分的好的特性。在導(dǎo)電能力足夠小的情況下，即足夠高的電阻情況下，替代分散分布的團(tuán)簇形式的導(dǎo)電材料，也可以使用非常高電阻的材料如富勒烯的貫穿層。
此外，由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的覆層也對(duì)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的功能成形起重要作用。其中該導(dǎo)電的材料可以通過對(duì)一種特殊的物質(zhì)、特別是對(duì)濕氣和蒸氣敏感(sensoraktiv)的具有導(dǎo)電能力的材料補(bǔ)充或者替代，這樣TEMPOS結(jié)構(gòu)的感應(yīng)功能性可以被形成，由此開辟了對(duì)于TEMPOS結(jié)構(gòu)的全新應(yīng)用領(lǐng)域。通過例如在金屬覆層或ITO覆層的形成中，通過用傳感器材料-在此也可能是附加材料中的以及與導(dǎo)電材料組合的任意混合形式-對(duì)導(dǎo)電材料的替換或補(bǔ)充，合適的環(huán)境影響可以使得TEMPOS結(jié)構(gòu)的開關(guān)狀態(tài)的直接改變，而無需為此還要附加的電路。在此可以舉例a)制造由離散的鈀(Pd)-納米晶體構(gòu)成的導(dǎo)電的覆層因?yàn)镻d的歐姆電阻取決于注入的氫濃度，所以TEMPOS結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)換為氫傳感器。其中靈敏度還可以通過沉積被離子輻射的并且被蝕刻的聚碳酸酯層而提高，因?yàn)樗瑯泳哂袑?duì)氫敏感的特性。氫傳感器例如在氫能量?jī)?chǔ)存器中具有應(yīng)用可能性。
b)由巴基球富勒烯(C60)構(gòu)成的、高電阻的、導(dǎo)電覆層的應(yīng)用因?yàn)椴坏獵60的歐姆電阻，而且富勒烯層的電容都取決于環(huán)境濕氣、溫度和光輻射，所以TEMPOS結(jié)構(gòu)可以通過使用富勒烯化例如成為濕氣探測(cè)器、溫度探測(cè)器、酒精探測(cè)器、丙酮探測(cè)器和/或光電探測(cè)器。在此，這些單個(gè)參數(shù)的大部分不但可以被分離地，而且也可以被同時(shí)地檢測(cè)，因?yàn)樗鼈兛梢曰趯?duì)相應(yīng)的元器件特性不同的影響而互相區(qū)別開。在此附加地還可能將相應(yīng)的元器件作為電壓源(光電池，“濕度電池”，“有機(jī)物電池”)應(yīng)用，因?yàn)樗诠庹杖胫蠡蛘叱潆娭螅柚鷿穸然蛴袡C(jī)的氣體建立大約+0.5V或-0.5V的電壓。
c)同樣還可能，富勒烯覆層的導(dǎo)電能力通過離子輻射局部地或者完全地從n型導(dǎo)體向p型導(dǎo)體轉(zhuǎn)換，并且這樣TEMPOS結(jié)構(gòu)的特性通過附加的pn結(jié)的建立而有目的地調(diào)整。組合的溫度傳感器和濕度傳感器在工業(yè)和家庭中的、在濕環(huán)境中的、非常多電氣和電子儀器和機(jī)器中得到應(yīng)用，例如在洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)、水泵、在船上、在游泳池中、化學(xué)工廠等等。
d)由碳納米小管(“巴基管”)構(gòu)成的高電阻的導(dǎo)電的覆層的應(yīng)用因?yàn)橛砂突軜?gòu)成的毛氈狀的層在其機(jī)械變形中不但電阻而且電容都被改變，所以在此可能將TEMPOS結(jié)構(gòu)應(yīng)用在壓力傳感器、聲學(xué)傳感器和移動(dòng)傳感器中。這種傳感器例如在真空技術(shù)和高壓技術(shù)、音響工業(yè)、醫(yī)藥以及汽車工業(yè)中得到應(yīng)用。由于巴基管也可能作為晶體管或發(fā)光器使用，所以在此與TEMPOS結(jié)構(gòu)的組合中還有其它應(yīng)用。
e)向?qū)щ姷母矊又凶⑷胛幢惠椛涞幕蛘弑惠椛涞奶?Ptc)層。由此TEMPOS結(jié)構(gòu)可以視Ptc層的規(guī)劃而定地被作為酒精、甲烷、天然氣和類似物質(zhì)的傳感器而應(yīng)用。在天然氣工業(yè)中，從開采階段到家庭階段都有應(yīng)用可能性。
f)以電子倍增材料如碘化銫(Csiumjodid)涂上被蝕刻的、更長的、傾斜注入的離子軌跡的內(nèi)壁作為孔隙(參見后文)。由此被蝕刻的離子軌跡可以被作為光電倍增器使用，這樣以相應(yīng)的TEMPOS結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建多通道放大器盤，其中整個(gè)尺寸相對(duì)于現(xiàn)在商業(yè)上可獲得的商品按比例縮小一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)。通過至導(dǎo)電的襯底(硅通道)中的被蝕刻的離子軌跡出現(xiàn)的電子群集在所屬的元器件電路中被轉(zhuǎn)換為模擬的電子脈沖，這樣它可以作為輻射探測(cè)器使用。顯著的尺寸減少對(duì)于在宇宙空間中的衛(wèi)星應(yīng)用和對(duì)于便攜系統(tǒng)特別有意義。在作為電子倍增通道的離子軌跡中的電子的、由于更小的尺寸而減小的平均自由路程長度能夠減少對(duì)所屬的真空系統(tǒng)的要求，這導(dǎo)致了進(jìn)一步的費(fèi)用節(jié)約和重量降低。此外，電子脈沖的持續(xù)時(shí)間由此被減少到皮秒范圍內(nèi)，這樣借助這種新型探測(cè)器類型可以實(shí)現(xiàn)特別快的測(cè)量電子設(shè)備。
g)以被封閉(verkapseln)的形式添加感應(yīng)原料。當(dāng)這些接觸也同時(shí)被好地封閉時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的可制造的傳感器也在液態(tài)介質(zhì)中、例如似水的溶液中達(dá)到好的功能。由此，應(yīng)用領(lǐng)域可以被顯著擴(kuò)大。
h)在被蝕刻的軌跡中注入嵌入流體的(fluessigkeitseingebetteten)含鐵流體或者磁性納米微粒作為孔隙。因?yàn)樵陔x子軌跡內(nèi)，鐵磁膠體成為鏈或者更高維的形狀的連接及其定向敏感地取決于外部施加的磁場(chǎng)，這從它那方面而言導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的電阻性的和電容性的改變，在此有可能構(gòu)造新型的磁性傳感器。然而在這種情況下，被液體填充的離子軌跡還是必須被封閉。這例如可以通過表面地覆蓋蠟納米微粒層并且接著將它熔化成為連續(xù)的、密封的隔絕薄膜而實(shí)現(xiàn)。由于蠟層的小的厚度，在這種情況下至少保證了已經(jīng)在低頻工作中的足夠的電容性電流耦合。
i)以激發(fā)器材料(Aktuator-Material)、例如鋯鈦酸鉛、PZT、聚合物泡沫(Ploymerschumen)、彈性體和液晶向列的(nematisch)凝膠填充離子軌跡和覆蓋TEMPOS結(jié)構(gòu)的表面。在此主要涉及壓電材料，它們例如可以按照Sol-Gel方法或者從氣相中(例如通過氣相淀積或者類似方法)被沉淀。通過將激發(fā)器材料引入孔隙中以及置于表面上，一方面可以將基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件的輸入信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械的變形或者運(yùn)動(dòng)(例如轉(zhuǎn)換為聲音)(或者反向轉(zhuǎn)換)，另一方面激發(fā)器層也能夠?qū)崿F(xiàn)將壓力或者聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。在此，激發(fā)器和TEMPOS結(jié)構(gòu)的組合的優(yōu)點(diǎn)在于TEMPOS結(jié)構(gòu)的能力，由于其復(fù)雜性，它在不同的物理量之間作為介質(zhì)物起作用，以使進(jìn)行這樣的直接轉(zhuǎn)換，例如從聲音至光、從光至壓力、從溫度至運(yùn)動(dòng)、從濕度至變形、從聲音至被調(diào)制的射頻或者類似轉(zhuǎn)換，并且同時(shí)信號(hào)始終被電子地繼續(xù)處理。
j)此外，用于可開關(guān)的化學(xué)的、生物學(xué)的和醫(yī)學(xué)的識(shí)別和防御傳感器的導(dǎo)電覆層對(duì)于特別是安全技術(shù)是令人感興趣的，這些傳感器可以以類似的方式集成到具有參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件中。相應(yīng)的覆層本身還可具有非常高的電阻，這顯著地?cái)U(kuò)展了可以考慮的材料的選擇。例如作為傳感器材料可以向軌跡中加入來自溶液的MoO3-聚吡咯化合物，它用作對(duì)于多種廢氣、例如對(duì)于甲醛樹脂(Formaldehyd)、甲醇、乙醇的傳感器。此外還可以向孔隙中嵌入熱反應(yīng)的(thermoresponsible)凝膠?；谄浔欢ㄖ频乜烧{(diào)整的能力，即在臨界溫度下膨脹，它可以通過這種方式直到一個(gè)確定的臨界溫度通過封閉孔隙在某種程度上阻止TEMPOS結(jié)構(gòu)的功能，并且只有在該溫度之上才使之活動(dòng)。這種傳感器可例如作為火焰探測(cè)器以及用于家庭設(shè)備使用。與合適的激發(fā)器相結(jié)合，可以以這種方式制造小型化的警報(bào)器或者類似產(chǎn)品。
k)通過在共同的、具有TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件中并行使用合適的傳感器材料，可以不僅以電阻性的而且以電容性的途徑同時(shí)測(cè)量預(yù)給定的測(cè)量量(例如溫度、壓力、濕度、光或者化學(xué)物質(zhì))。在現(xiàn)有技術(shù)中(參見J.Wang等的出版物III“Dualamperometric-potentiometric biosensor detection system for monitoringorganophosphorus neurotoxins”，Analytica Chimica Acta 49(2002)197-203)僅僅公開了一種具有兩種不同的測(cè)量配置的變換的電阻性或者電容性測(cè)量，在這些配置中，兩種分開的測(cè)量途徑在要求之下互相比較，以由此通過重合來實(shí)現(xiàn)更好的響應(yīng)靈敏度。此外孔隙可以以由阿拉伯膠和鉻鹽構(gòu)成的具有大約10-6S/cm的導(dǎo)電能力的合成物填充。
帶有參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)的、可能的生物傳感器的原理上的工作方式例如可以如下進(jìn)行。特殊的熒光分子的、例如結(jié)合在該結(jié)構(gòu)上的、對(duì)生的(konjugiert)聚合體的光被通過確定的被集成的分子(“猝熄物(Quencher)”)抑制。若一個(gè)合適的生物分子、例如抗體與猝熄物接觸，則它們互相結(jié)合并且一同釋放出熒光分子，該分子隨后開始發(fā)光。通過在對(duì)于電絕緣的層合適的波長范圍中的熒光分子的選擇，并且通過使用特殊的氮氧化硅層(下面被稱為“SiON”)，SiON的光致發(fā)光被利用，這樣開始了被加強(qiáng)的光發(fā)射，它進(jìn)一步提高了生物的檢測(cè)靈敏度。光電池的總效率相應(yīng)地提高。但是，在成功的檢測(cè)之后，這種傳感器類型必須通過連接上新的猝熄物分子而被再次激活。為了在具有TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件中的實(shí)現(xiàn)，在SiON中錐形地被蝕刻的離子軌跡推薦更大的外徑(＞＞1um)在其內(nèi)壁上可以結(jié)合熒光分子，并且在其細(xì)胞聯(lián)合體(Zellverbandes)內(nèi)部的生物分子可以暫時(shí)地靠在其上。軌跡的錐形伸展的結(jié)構(gòu)另一方面起這樣的作用，即在至襯底層、例如硅的邊界面上，被生成的熒光被集中，這樣可以實(shí)現(xiàn)高的發(fā)光效率。
為了能夠探測(cè)生物武器，與在構(gòu)建TEMPOS結(jié)構(gòu)作為生物傳感器的相同的概念被應(yīng)用，-區(qū)別是，相應(yīng)的猝熄物必須被定制到相應(yīng)的病毒、細(xì)菌、真菌等上。針對(duì)爆炸武器，TEMPOS結(jié)構(gòu)可以被作為“人工鼻”使用。在此，所有常見的炸藥的特性都被利用，由于其具有高含量的亞穩(wěn)的有機(jī)氮化合物而在室溫下始終具有一定的蒸氣壓力，這樣它們?cè)砩峡梢酝ㄟ^其排氣產(chǎn)物被證明。即當(dāng)TEMPOS結(jié)構(gòu)被設(shè)置有一個(gè)相應(yīng)的、排氣產(chǎn)物被連接至其上的接收器時(shí)，并且在此接收器在它那方面中具有足夠明顯的其電氣特性(例如電阻、介電常數(shù)、極性、電荷狀態(tài))的改變，則可以相應(yīng)地制造炸藥探測(cè)器。對(duì)毒氣也適用相同的原理。在所有情況下，為了提高反應(yīng)靈敏度，相應(yīng)地以接收器修改的TEMPOS結(jié)構(gòu)都可以被設(shè)置到其對(duì)此最佳的工作點(diǎn)上。該工作點(diǎn)通常位于這樣的區(qū)域的邊界，在該區(qū)域中使用局部的負(fù)性差分電阻(見下面)。隨后，由于武器材料的存在而導(dǎo)致的工作電壓的非常小的改變可以將特性推移到局部的負(fù)性區(qū)域中，這樣結(jié)果產(chǎn)生非常大的信號(hào)。
從前面的描述中出發(fā)，第二大類的參數(shù)組也清楚了。在此涉及在電絕緣層中的孔隙的尺寸和分布?？梢愿淖兊某朔植济芏戎膺€有孔隙直徑、孔隙至層中的進(jìn)入深度(孔隙可以貫穿地或者作為“基本孔”構(gòu)造)以及孔隙外形(孔隙可以是圓柱型或者也可以是錐形地伸展)。對(duì)于專業(yè)人士清楚的是，通過這些參數(shù)的相應(yīng)的規(guī)劃可以產(chǎn)生分別不同的遷移關(guān)系，它們可導(dǎo)致復(fù)合結(jié)構(gòu)的原則上不同的功能。TEMPOS結(jié)構(gòu)的其它的參數(shù)位于電絕緣層的范圍中和半導(dǎo)體襯底中。根據(jù)另一種發(fā)明實(shí)施形式，有利的是，電絕緣材料是一種硅化合物，特別是氮氧化硅，或者一種碳同素異形體或者一種聚合體，特別是光致抗蝕劑或者聚酰亞胺。其中SiON特別地顯示出已經(jīng)談及的特別的光致發(fā)光特性，這在應(yīng)用中由于電致發(fā)光而導(dǎo)致強(qiáng)勁的光發(fā)射。屬于碳同素異形體的還有富勒烯，它可以以特別的方式被摻雜，以及金剛石層和類金剛石的層。光致抗蝕劑或者聚酰亞胺給出了較早的傳統(tǒng)的絕緣層，但是它們可以被簡(jiǎn)單地構(gòu)造。此外根據(jù)下一個(gè)發(fā)明擴(kuò)展方案，半導(dǎo)體襯底可以是稀氧的硅或者切克勞斯基-硅(Czochralski-Silizium)。特別是在后者中其對(duì)于氧氣的高補(bǔ)償能力具有重要意義。此外襯底可以根據(jù)功能規(guī)定而相應(yīng)地被摻雜。
許多在TEMPOS結(jié)構(gòu)中作為導(dǎo)電的、然而高電阻地形成的覆層和/或孔隙填充物使用的材料不僅對(duì)于一個(gè)物理-化學(xué)量，而且對(duì)于其中的許多都具有傳感器特性。由此在可疑情況下可能很困難，將由在一個(gè)元器件中的單個(gè)TEMPOS結(jié)構(gòu)發(fā)出的電學(xué)信號(hào)明確地歸于確定的源。在這種情況下，根據(jù)下一種發(fā)明擴(kuò)展方案有利的是，不同的參數(shù)確定的、特別是關(guān)于導(dǎo)電材料的選擇的區(qū)域相鄰地布置在共同的半導(dǎo)體襯底上，這些區(qū)域分別覆蓋不同的物理-化學(xué)量的多樣的范圍。由此，多個(gè)以不同的覆層設(shè)置的TEMPOS結(jié)構(gòu)可以同時(shí)作為傳感器使用并且其信號(hào)被相互比較。其中還重要的是，要注意相應(yīng)的傳感器信號(hào)的符號(hào)。組合的覆層(Belge)可以設(shè)置有相應(yīng)的評(píng)估電子設(shè)備，這樣通過這種方式形成多功能傳感器(“人工感官”)，它們能夠同時(shí)并且具有高可靠性地覆蓋不同物理-化學(xué)量的整個(gè)范圍。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是具有銀團(tuán)簇層的TEMPOS結(jié)構(gòu)，它們只是光敏感的。與此相對(duì)，具有導(dǎo)電的、但是高阻值的富勒烯層的TEMPOS結(jié)構(gòu)對(duì)于光、濕度、酒精和丙酮蒸氣是敏感的，其中濕度導(dǎo)致正信號(hào)，光和有機(jī)蒸氣相反導(dǎo)致負(fù)信號(hào)。當(dāng)一個(gè)富勒烯TEMPOS結(jié)構(gòu)、即一個(gè)MOSBIT結(jié)構(gòu)提供一個(gè)負(fù)信號(hào)，并且同時(shí)一個(gè)銀團(tuán)簇TEMPOS結(jié)構(gòu)沒有提供信號(hào)時(shí)，則源可以明確地確定為有機(jī)蒸氣，排除光入射作為原因。若相反，則在兩個(gè)傳感器的同時(shí)響應(yīng)中確信地假設(shè)為光入射；附加地存在有機(jī)蒸氣現(xiàn)在也可能，但是不確信。一種第三的、在此為了比較的目的而提及的傳感器、例如具有SnO覆層的TEMPOS結(jié)構(gòu)，可以用于確定比率。當(dāng)它響應(yīng)時(shí)，則除了光入射還存在酒精蒸氣。此外還可能將其它的參數(shù)、例如孔隙密度，按區(qū)域地改變。
另外的參數(shù)是在由電絕緣材料構(gòu)成的層的表面上的導(dǎo)電覆層的結(jié)構(gòu)的構(gòu)型。其中特別要提及這樣的實(shí)施形式，其中在兩個(gè)表面觸點(diǎn)之間的覆層被完全地?cái)嚅_，這樣在兩個(gè)表面觸點(diǎn)之間的貫穿的導(dǎo)電連接只能通過至由電絕緣材料構(gòu)成的層的介面附近的、在半導(dǎo)體襯底中被掩埋的導(dǎo)電溝道給出。該溝道穿過其余的表面覆層和導(dǎo)電的離子軌跡地被控制。在該成形中也涉及可運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，其特性曲線強(qiáng)烈地相似于普通二極管特性曲線，并且通過施加一個(gè)柵極電壓可以被移動(dòng)。這種方式構(gòu)造的、基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件以有很強(qiáng)的光敏感性而出眾。在日照的輻射下，它在阻塞方向就已經(jīng)非常強(qiáng)地導(dǎo)電，因?yàn)榕c大多數(shù)傳統(tǒng)的TEMPOS結(jié)構(gòu)不同，在此被掩埋的導(dǎo)電溝道大部分相對(duì)于光入射并不被光學(xué)地遮蓋，而是曝露的。根據(jù)工作點(diǎn)而定地，它們可使用這些結(jié)構(gòu)作為光電阻或者作為光二極管或者光電池，與傳統(tǒng)的光敏元件不同，它們的反應(yīng)能力可以通過所施加的柵極電壓被控制。
另外一個(gè)參數(shù)是在半導(dǎo)體襯底上的介電層的材料。作為在半導(dǎo)體襯底(一般是硅)上的絕緣材料不僅可以考慮二氧化硅、氮氧化硅、金剛石、聚合物等等，而且還有多孔氧化鋁(Al2O3)。為此，鋁例如可以通過濺射沉積被施加至硅晶圓上，并且該層隨后被陽極地氧化。在鋁的氧化中，生長出一種具有極其平行的孔隙的有規(guī)則的排布的材料，其典型直徑為20nm至200nm。當(dāng)鋁被耗盡至硅上時(shí)，該Al2O3生長停止。在這種情況下，不再需要隨后的離子注入和蝕刻過程。然而Al2O3的孔隙沒有貫穿至半導(dǎo)體襯底；在其上還有剩余的鋁層以及薄的鋁氧化物層。因?yàn)楹笳呖梢宰鳛樗淼绖?shì)壘起作用，所以它不一定是有害的，而是相反可能正好對(duì)于在TEMPOS結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的量子電子元器件(見下文)的生成是有用的。在氧化鋁的孔隙中，可以如通常那樣又引入不同的材料。對(duì)此雖然可以承受非常高的處理溫度，然而不能承受酸性或者堿性的介質(zhì)，因?yàn)樗鼈儠?huì)分解氧化鋁。此外，在Al2O3孔隙中可以生長例如巴基管，它可以被作為傳感器或類似器件使用(見上文)。
替代具有被引入的被蝕刻的離子軌跡的SiO2層或者SiON層，也可以在半導(dǎo)體材料上淀積所謂的“分子篩”，例如介孔(mesopores)的二氧化硅，它包含由2.7nm寬的孔隙構(gòu)成的規(guī)則圖案。(半)導(dǎo)電的材料可以被引入這些納米溝道中，例如通過電鍍方法。根據(jù)是否納米溝道可以(通過結(jié)合相應(yīng)的有機(jī)膜)被聯(lián)網(wǎng)或者不能被聯(lián)網(wǎng)而定地，形成納米導(dǎo)線或者納米珍珠鏈(“納米項(xiàng)鏈”)，它們具有其導(dǎo)電能力的不同參數(shù)依賴性。在原理上，斑巖(Porphyrene)也可以為此而被使用。
此外在確定的結(jié)構(gòu)性布置中，特別是在相對(duì)狹窄的孔隙直徑、金屬團(tuán)簇或者黃銅礦(Chalkopyrit)團(tuán)簇(例如Ag納米微?；蛘逤dS納米微粒)的情況下，在由電絕緣材料構(gòu)成的層的孔隙中以及表面上的TEMPOS結(jié)構(gòu)具有其電流-電壓特性的局部不穩(wěn)定性。該效應(yīng)可能是量子電子效應(yīng)的后果并且通常與光發(fā)射相耦合。該不穩(wěn)定性可以作為輕微的噪音而引人注意，該噪音在一定的電流強(qiáng)度之上響起。在此噪音由在特性中的小尖峰構(gòu)成，它們?cè)诟叩碾娏飨聝A向于更小的電壓。有時(shí)在電流-電壓特性中的這些尖峰在某個(gè)點(diǎn)表現(xiàn)得特別強(qiáng)。這是一種與Esaki二極管或者隧道二極管的特性非常相近的特性。最后，也在一個(gè)確定的臨界電壓之上，電流顯著變大，而沒有在一個(gè)更高的值上又穩(wěn)定下來。電流變大伴隨著電壓的一定程度的降低，這樣元器件具有一個(gè)非常強(qiáng)的、出現(xiàn)的負(fù)性差分電阻。在電子電路中通過直流電壓或者直流電流設(shè)置的工作點(diǎn)中，電阻雖然是正的，在小的(差分的)電壓上升時(shí)，電流仍然下降。對(duì)于小部分重疊的交流電流或者交流電壓，相應(yīng)的元器件像一個(gè)小的負(fù)性電阻一樣起作用。這些具有局部負(fù)性差分電阻的、基于孔隙的結(jié)構(gòu)可以恰當(dāng)?shù)匾允鬃帜缚s寫“NERPOS”(“NEgative Resistance of Pores in Oxide onSemiconductors”)表示。每個(gè)具有局部負(fù)性差分電阻的結(jié)構(gòu)都可以已公開地被用于構(gòu)建例如放大器、在數(shù)字技術(shù)中使用的觸發(fā)器以及振蕩器。因?yàn)槠裨谑袌?chǎng)上主要只有Esaki二極管或者普通的隧道二極管作為具有負(fù)性電阻的元器件，所以這些應(yīng)用方面迄今還被保留?，F(xiàn)在該領(lǐng)域也可以被具有納米微粒的有源的NERPOS元器件開拓。
TEMPOS結(jié)構(gòu)的另外的參數(shù)是電極外形。在基本布置中，在TEMPOS結(jié)構(gòu)的表面的兩個(gè)位置以及在背面的一個(gè)位置處設(shè)置了電極用于接觸。這樣構(gòu)造的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)隨后可以作為基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的、根據(jù)參數(shù)確定可以調(diào)整功能的元器件被使用。此外關(guān)于電極布置可能的是，將經(jīng)典的場(chǎng)效應(yīng)-晶體管概念與TEMPOS結(jié)構(gòu)的概念結(jié)合。為此必須僅在TEMPOS結(jié)構(gòu)的上表面再設(shè)置一個(gè)源電極(Source-Elektrode)和漏極電極(Drain-Elektrode)。這些電極可以一方面直接被設(shè)置在被摻雜的半導(dǎo)體襯底上，其方式是在那里首先將鄰接的、由電絕緣材料構(gòu)成的、具有高阻值覆層(例如富勒烯或者分散的納米晶體)的層去除。然而如在FET晶體管中那樣，這要求在源極接觸結(jié)構(gòu)和漏極接觸結(jié)構(gòu)中附加地?fù)诫s，以便在那里在半導(dǎo)體中形成一個(gè)導(dǎo)電區(qū)域。當(dāng)源極電極和漏極電極通過在由電絕緣的材料構(gòu)成的層中的、薄的高導(dǎo)電的離子軌跡直接被集成至基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件中時(shí)，該開銷可以被避免，因?yàn)楣柽吔鐚右呀?jīng)通過在氧化物層中的固有載流子的感應(yīng)變成導(dǎo)電了。借助所提及的組合，兩個(gè)元器件的特性可以有益地統(tǒng)一。這樣從源極電極至漏極電極的電流可以通過三個(gè)基本電極v、w、和/或o的每一個(gè)作為控制電極(柵極)地控制。在基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件的上表面的高阻導(dǎo)電的層的電容性或者電阻性的改變也影響源極-漏極電流。反過來，可以通過源極或漏極的載流子注入影響TEMPOS特性。這能夠在單個(gè)元器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯電路的構(gòu)建。
此外，在由電絕緣材料構(gòu)成的層中的、以半導(dǎo)電的或者導(dǎo)電材料填充的孔隙也與薄的、電絕緣的層相鄰，這樣可以形成隧道勢(shì)壘，并且量子電子的納米元件可以基于隧道效應(yīng)而獲得。其中薄的絕緣體層可以以不同方式制造。
在由電絕緣材料構(gòu)成的層中的貫穿的離子軌跡的表面蝕刻之后，在離子軌跡內(nèi)被露出的半導(dǎo)體襯底、例如硅，在確定的溫度和時(shí)間下被氧化，這樣在襯底表面上在離子軌跡的區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)非常薄的、確定厚度的氧化物膜，厚度典型地在1nm和5nm之間。在正常氣氛中的更長工作下，在被蝕刻的離子軌跡的底部的被露出的半導(dǎo)體襯底已經(jīng)可以通過自然的侵蝕過程轉(zhuǎn)化為足夠厚的氧化物層。替代在半導(dǎo)體襯底上通過氧化產(chǎn)生薄的絕緣體層，整個(gè)被蝕刻的離子軌跡還可以以1至5nm厚的絕緣體薄膜覆蓋，這例如可以通過由聚奈二甲酸二乙酯(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或者類似材料構(gòu)成的抗蝕劑的沉積進(jìn)行。此外，在由電絕緣材料(電介體)構(gòu)成的層中的離子軌跡可以不貫穿蝕刻至半導(dǎo)體襯底，而是將蝕刻過程在將要貫穿時(shí)停止，這樣在軌跡尖端和半導(dǎo)體襯底之間留有大約1nm至5nm的距離(“基本孔孔隙”)。該距離可以在蝕刻過程中通過在半導(dǎo)體襯底和被蝕刻劑填充的離子軌跡之間的電容的測(cè)量來控制。作為另外的制造替代方案，該電介體也可以雙層地被構(gòu)造，其中位于在半導(dǎo)體襯底上的1nm至5nm厚的層難以被蝕刻(例如由氮氧化硅SiON構(gòu)成)，并且位于其上的、顯著更厚的層(例如由SiO2構(gòu)成)更容易蝕刻。隨后借助弱蝕刻劑的軌跡蝕刻過程在到達(dá)邊界層時(shí)停止，這樣形成具有到半導(dǎo)體襯底前的剩余絕緣體層的被蝕刻的軌跡。
接下來，這樣制造的結(jié)構(gòu)的孔隙以導(dǎo)電材料填充。該材料可以是高阻值的或者低阻值的。該結(jié)構(gòu)的表面以高阻的導(dǎo)電材料被覆蓋-優(yōu)選地以與在被蝕刻的軌跡中相同的材料覆蓋，如果它是高阻值的話。良好導(dǎo)電的材料的使用導(dǎo)致另外的電流/電壓特性。由此可視材料的所選的電阻而定地，結(jié)構(gòu)可具有不同的電子特性。接觸可以通過在結(jié)構(gòu)的表面的兩個(gè)觸點(diǎn)以及在硅上的反面接觸(Rückontakt)以相同的方式來進(jìn)行，如已經(jīng)在基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的不同元器件中所描述過的那樣。當(dāng)在被蝕刻的離子軌跡中嵌入的導(dǎo)體由分散的、(半)導(dǎo)電的納米晶體構(gòu)成時(shí)，具有了另外的制造可能性。納米晶體可以在填充至離子軌跡之前被絕緣層包圍(核-殼結(jié)構(gòu))，這樣它們接下來不會(huì)與半導(dǎo)體襯底直接導(dǎo)電地接觸。在這種情況下，在軌跡中可以不構(gòu)建隧道層。當(dāng)在構(gòu)建基本孔孔隙(見上文)時(shí)，導(dǎo)電的納米團(tuán)簇、例如通過離子沉積被集成到在孔隙和半導(dǎo)體襯底之間的、由電絕緣材料構(gòu)成的、剩余的貫穿的層中時(shí)，隧道層的構(gòu)建也可以被省略。隨后在納米團(tuán)簇的上方和下方分別形成一個(gè)關(guān)于位于其上的孔隙的隧道勢(shì)壘。通過這種措施，單個(gè)電子晶體管(SET)的結(jié)構(gòu)可以被集成到TEMPOS結(jié)構(gòu)中。通過這種方式，每個(gè)單個(gè)軌跡的特性變得明確得多，這樣，基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件的整體特性可以被根本上更好地復(fù)制。這特別適用于具有負(fù)性的、差分電阻的TEMPOS元器件。在這種情況下，傳統(tǒng)的柵極控制被通過兩個(gè)存在的觸點(diǎn)的組合控制所承擔(dān)。
在這種情況下，即層由一種由金剛石或者聚硅烷(Polysilanen)構(gòu)成的電絕緣材料構(gòu)成時(shí)，(這樣離子軌跡具有一個(gè)固有的導(dǎo)電能力，即不再需要以導(dǎo)電材料填充)，對(duì)于制造可以僅使用雙層的電介體(1nm至5nm SiO2、SiON光刻膠或類似材料)以及(由金剛石、聚硅烷或者類似材料構(gòu)成的)更厚的層。在重離子輻射之后，雙層層的離子軌跡具有結(jié)構(gòu)(SiO2，SiON或者類似材料)/(包含sp2的碳，SiC或者類似材料)，因此由在半導(dǎo)體襯底和差的導(dǎo)電性的離子軌跡之間的薄絕緣體薄膜構(gòu)成。
這樣以不同方式在半導(dǎo)體襯底和在半導(dǎo)體襯底上構(gòu)建的導(dǎo)電溝道之間所引入的1nm至5nm的薄絕緣體層用作溝道勢(shì)壘。其理論已經(jīng)公開了數(shù)十年；大約十年來，它們成為電子研究的焦點(diǎn)。在上述的建議中涉及這樣的策略，即向(半)導(dǎo)電的零維或者一維結(jié)構(gòu)中插入隧道勢(shì)壘，以通過這種方式獲得穿隧效應(yīng)或者完全的庫侖阻塞。這些結(jié)構(gòu)一方面可以僅在單個(gè)的離子軌跡中實(shí)現(xiàn)(這對(duì)于用于實(shí)現(xiàn)高的元器件密度的納米電子設(shè)備是有利的)，也可以是在一個(gè)像素(Pixel)中的多個(gè)借助一種棋盤狀的接觸被提及，或者可能有非常多的(典型地幾個(gè)106至108/cm2)類似的元器件并行地被組合并且被同時(shí)接觸。
同時(shí)，此外被公開的是，被引入巴基管中的缺陷例如彎折或者類似缺陷如隧道勢(shì)壘那樣起作用。在具有兩個(gè)相鄰的缺陷(例如兩個(gè)彎折)的巴基管中，庫侖阻塞可以被實(shí)現(xiàn)，這樣可以構(gòu)造隧道二極管。在上面已經(jīng)提及在孔隙中的巴基管的生長。通過在其生長階段的合適期間向巴基管中構(gòu)造缺陷(例如在其生長過程中通過氣相淀積向小管中短期地引入異質(zhì)原子)可以有目的地將隧道勢(shì)壘引入其中。由此隨后基于巴基管，可以在離子軌跡內(nèi)生成隧道二極管或者SET類似的結(jié)構(gòu)。替代地，巴基管在其從被蝕刻的離子軌跡(或者其它孔隙)中生長出來之后，可以為了制造隧道效應(yīng)而被彎折并且表面地被接觸。其中巴基管可以從離子軌跡中生長出直至μm或者mm的長度。隨后它一方面可以作為用于非常短的微波或者非常長波的紅外線的天線，另一方面作為細(xì)微的共振器用于非常高頻的超聲波。在最后一種情況中，機(jī)械振蕩轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)通過系統(tǒng)的電容改變進(jìn)行(在離子軌跡中的巴基管觸點(diǎn))。最后巴基管也可以被納米或者微觀的物體(例如細(xì)胞或者酶)覆蓋，這導(dǎo)致納米小管的固有振蕩頻率的改變。該頻率改變?cè)瓌t上是可電子測(cè)量的。由此巴基管-離子軌跡元器件可以作為生物傳感器使用(參見上文)。
用于制造參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)基本上包含下列工藝步驟I.將由電絕緣的材料構(gòu)成的層施加至一個(gè)p型或者n型摻雜的半導(dǎo)體襯底上II.在由電絕緣的材料構(gòu)成的層中生成摻雜溝道III.在摻雜溝道中以及在由電絕緣的材料構(gòu)成的層上施加由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的覆層，并且IV.在由電絕緣的材料構(gòu)成的層上和半導(dǎo)體襯底上沉積電極。
其中單個(gè)的工藝步驟可以以已公開的方法執(zhí)行。特別是工藝步驟I，其中電絕緣的氧化物層可以通過傳統(tǒng)的熱氧化制造，然而也可以優(yōu)選地借助等離子化學(xué)氣相沉積在200℃至300℃的溫度范圍中的過程溫度下執(zhí)行。在該沉積技術(shù)中，即其中材料從等離子狀態(tài)中被沉淀，適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷮?dǎo)致顯著的能源節(jié)省。在此可以通過準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)等離子參數(shù)來確定優(yōu)選地待制造的、發(fā)射光的SiON層的化學(xué)計(jì)算的組成，這不但確定了必要時(shí)需要的可蝕刻性，而且還確定了發(fā)光量。此外無需真空技術(shù)和凈化室技術(shù)用于制造TEMPOS結(jié)構(gòu)，這同樣降低費(fèi)用。
在工藝步驟II中的摻雜溝道例如可以傳統(tǒng)地通過有掩膜和無掩膜的光刻技術(shù)方法、例如以電子射線制造，其中在此可實(shí)現(xiàn)100nm范圍內(nèi)的下結(jié)構(gòu)邊界。因此為了形成作為納米級(jí)的孔隙的摻雜溝道，工藝方法II可以優(yōu)選地借助以高能重離子輻射由電絕緣的材料構(gòu)成的層來地執(zhí)行，其中這些孔隙具有在由電絕緣的材料構(gòu)成的層中的、可選擇的、統(tǒng)計(jì)的分布，并且具有可選擇的孔隙直徑、孔隙深度和孔隙形狀，其中這些孔隙參數(shù)可以通過輻射參數(shù)的選擇調(diào)節(jié)。通過使用離子輻射，特別是具有高精度的納米級(jí)的孔隙可以被相對(duì)簡(jiǎn)單地制造并且在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上預(yù)先大量生產(chǎn)。其中一方面可以直接通過離子輻射實(shí)現(xiàn)將在孔隙區(qū)域中的不導(dǎo)電的材料轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電材料，例如在將不導(dǎo)電的、具有sp3結(jié)構(gòu)(金剛石結(jié)構(gòu))的碳轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電的具有sp2結(jié)構(gòu)(類石墨結(jié)構(gòu))的碳的情況中。此外根據(jù)本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案，在方法中也可以考慮，在工藝步驟II中為了形成摻雜溝道，進(jìn)行緊隨在輻射之后的離子軌跡的蝕刻，其中孔隙參數(shù)可以通過選擇蝕刻參數(shù)、特別是蝕刻持續(xù)時(shí)間來調(diào)節(jié)。由此孔隙參數(shù)不但可以通過輻射，而且還可以通過蝕刻被調(diào)節(jié)。
在對(duì)由導(dǎo)電的襯底和電絕緣的層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)、例如SiO2/Si或者SiON/Si結(jié)構(gòu)以高能重離子輻射時(shí)，離子地點(diǎn)和離子能量的選擇視為了待制造的孔隙的、通過接下來的蝕刻要達(dá)到的軌跡幾何形狀而定。其中在此要說明的是，孔隙制造可以通過需要粒子加速器的離子輻射通過儲(chǔ)進(jìn)的(bevorratende)半成品制造而驚人地-特別是相對(duì)傳統(tǒng)的制造方法-廉價(jià)地來進(jìn)行。例如在一個(gè)典型的、具有輻射流為109離子/s的重離子加速器上，在假設(shè)的費(fèi)用為每小時(shí)輻射時(shí)間為1000歐元時(shí)，用于對(duì)具有10cm直徑的晶圓片進(jìn)行輻射以產(chǎn)生每cm2107個(gè)離子軌跡，費(fèi)用僅為約20歐分。在非常重的投射離子(Projektilionen)(例如Xe、Au)和高能量(大約幾百M(fèi)eV至幾GeV)情況下，可以通過接下來的在合適的材料中、如SiON中的蝕刻生成具有近似圓柱形幾何形狀的孔隙，在中等原子序數(shù)的投射離子(例如Ar、Kr)和小能量(大約幾十MeV至大約100MeV)情況下，蝕刻結(jié)構(gòu)變成針形(錐形)或者漏斗形。以非常輕的投射離子，特別的結(jié)構(gòu)的向外蝕刻(Heraustzen)是不可能的。根據(jù)應(yīng)用而定地，離子輻射可以或者覆蓋整個(gè)表面或者借助光刻技術(shù)二維地被構(gòu)造。在此，該構(gòu)造例如可以設(shè)計(jì)將孔隙分配給待安置在由電絕緣的材料構(gòu)成的層上的電極。在離子軌跡的必要時(shí)、后繼的蝕刻中，蝕刻劑通常是氫氟酸，蝕刻劑濃度和蝕刻持續(xù)時(shí)間的選擇根據(jù)待蝕刻的材料(例如SiO2、SiON)和它們的確切的化學(xué)組成確定。視應(yīng)用而定地，離子軌跡可以通過蝕刻持續(xù)時(shí)間的變化在整個(gè)長度上的、即直到襯底邊界層地被蝕刻，或者只是部分地作為針型空腔地表面蝕刻，或者離子軌跡可以以不同的直徑被打開。若孔隙沒有完全地穿透電絕緣的層，則載流子注入主要在電絕緣層中進(jìn)行，這特別在SiON中導(dǎo)致升高的光輸出。這個(gè)概念由此特別適用于光電元器件。蝕刻持續(xù)時(shí)間由此通過孔隙長度和孔隙直徑?jīng)Q定了從中開發(fā)的結(jié)構(gòu)的功能，例如作為npn型晶體管或者pnp型晶體管。因此，在TEMPOS結(jié)構(gòu)中，第一次可以制造與借助異質(zhì)原子的摻雜不同的典型的結(jié)構(gòu)。
在基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件中，對(duì)于極度的微型化和更高的孔隙密度，將來精確的孔隙定位是不可缺少的；在TEMPOS結(jié)構(gòu)中的通常的統(tǒng)計(jì)上的孔隙分布在此是不夠的。為此例如可以或者使用納米光刻技術(shù)；每個(gè)離子被以合適的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)單個(gè)地寫在基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元器件上，或者多孔的氧化鋁被直接地或者作為掩膜被使用，用于對(duì)在半導(dǎo)體襯底上的介電層的離子輻射。
特別是在SiO2層或SiON層上以及在被蝕刻的離子軌跡中根據(jù)工藝步驟III施加導(dǎo)電的、但是高阻的層，例如可以通過銀蒸鍍或者銀或者其它的導(dǎo)電材料的化學(xué)氣相淀積進(jìn)行。還可能的是，在相應(yīng)的被設(shè)置的膠體上從液相中淀積。在沉積中，覆層在其導(dǎo)電能力中應(yīng)該這樣設(shè)置，使得它一方面可以通過離子軌跡實(shí)現(xiàn)良好的、向位于其下的Si中的電荷注入，而另一方面在表面上具有不可忽視的電阻，這樣在表面上的多次接觸也不可能在這些觸點(diǎn)之間有短路(“部分導(dǎo)電能力”)。例如分散分布的、由金屬或者導(dǎo)電氧化物如銦錫氧化物(ITO)構(gòu)成的納米團(tuán)簇可能作為合適的導(dǎo)電層，后者由于ITO的透明特別用于光學(xué)應(yīng)用。部分導(dǎo)電層可以-根據(jù)應(yīng)用而定地-或者覆蓋整個(gè)樣品，或者借助光刻技術(shù)被二維地構(gòu)造。接著在工藝步驟IV中，被制造的TEMPOS結(jié)構(gòu)以已公開的方式與對(duì)于所期望的功能而策略性地適合的位置接觸并電連接。根據(jù)孔隙、導(dǎo)電層和電觸點(diǎn)的幾何布置而定地，由此可以進(jìn)行從簡(jiǎn)單的模擬或數(shù)字電路技術(shù)向多級(jí)邏輯元器件過渡。
與具有局部被改變的參數(shù)的組合TEMPOS結(jié)構(gòu)類似，根據(jù)一種方法擴(kuò)展方案還有利的是，在工藝步驟III中由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的不同的覆層被施加在摻雜溝道中以及被施加在由電絕緣的材料構(gòu)成的層上。由此，在其參數(shù)中幾乎可以制造任意選擇的并且連續(xù)和/或不連續(xù)伸展的TEMPOS結(jié)構(gòu)。
參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于其顯著的普遍性和靈活性，這導(dǎo)致形成非常不同的元器件，還具有不同的物理功能原理，然而仍然具有統(tǒng)一的外觀。新的TEMPOS結(jié)構(gòu)作為統(tǒng)一的原始材料，適用于實(shí)踐中的納米級(jí)的、在有源和無源的以及在模擬的和數(shù)字的實(shí)施形式中的電子和光電子基本元器件的實(shí)現(xiàn)，例如晶體管、SET(單電極晶體管)，F(xiàn)ET(場(chǎng)效應(yīng)管，還有聯(lián)合的JFET)、放大器、發(fā)生器、振蕩器、觸發(fā)存儲(chǔ)器、電阻、電流控制電阻、電容、二極管、S-隧道二極管、熱敏電阻、熱敏電容、光電阻、光電容、光電二極管、雙極型(光敏)晶體管、光電池、發(fā)光二極管、濕敏電阻、濕敏電容、濕敏二極管、濕敏電池、有機(jī)氣體電阻、有機(jī)氣體電容、有機(jī)氣體二極管以及有機(jī)氣體電池。參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)的一種有利的應(yīng)用特征由此在于，在一個(gè)具有盡可能少數(shù)目的附加開關(guān)元件的簡(jiǎn)單的電路布置中的作為電子的、有源或無源的元器件的功能，特別是以作為晶體管、電容器、電阻、放大器或者振蕩回路(高頻元件)的構(gòu)型的功能，作為光電元件的功能，特別是以作為光發(fā)射器或者光檢測(cè)器的構(gòu)造的功能，作為濕電子元件的功能，特別是以作為濕敏電池的構(gòu)造的功能，或者作為傳感器的元件的構(gòu)造的功能，特別是以作為傳感器細(xì)胞的構(gòu)造的功能，作為數(shù)字元件的功能，特別是作為觸發(fā)器的功能，或者作為這些元器件的組合的功能，其中相應(yīng)的功能性的形成通過TEMPOS結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定，特別是通過以孔隙和覆層形式的摻雜溝道的形成以及通過工作點(diǎn)的通過施加量的變化的部分地調(diào)節(jié)以及通過電極的排布形成，其中覆層由以納米團(tuán)簇形式的導(dǎo)電材料構(gòu)成。專門的實(shí)施例將在專門的描述部分給出。
原則上，TEMPOS結(jié)構(gòu)不只表現(xiàn)無源的特性，而且還表現(xiàn)有源的特性。在被實(shí)現(xiàn)的具有無源特性的電子元器件中，存在的信號(hào)在信號(hào)的貫常的衰減下被修改，在有源元件中信號(hào)被生成并且產(chǎn)生放大器功能。相對(duì)于傳統(tǒng)的電路布置，在所有被實(shí)現(xiàn)的電路中對(duì)附加的電路元件的需求顯著變小。TEMPOS結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出真正的晶體管效應(yīng)。由此TEMPOS結(jié)構(gòu)有利地根據(jù)其結(jié)構(gòu)上的布局不但可以作為有源的、而且也可以作為無源的電子元件使用。還有參數(shù)組合(例如在在p型Si上的無光致發(fā)光的SiON；離子軌跡50s被蝕刻，帶有Ag團(tuán)簇)，它們導(dǎo)致具有強(qiáng)烈負(fù)性電阻的特性。這種參數(shù)組合是光抗的，即光入射意味著IV/VVW特性的建立，這樣放大系數(shù)強(qiáng)烈地變大。從一個(gè)臨界光強(qiáng)開始，例如在日光和1mW激光的光之間，電阻變?yōu)檎⑶曳糯笙禂?shù)崩潰。由于非常陡峭的特性，元件對(duì)于在光強(qiáng)中的極小的區(qū)別極其敏感地反應(yīng)，這樣在此提供了非常敏感的光度計(jì)的構(gòu)造。另外的應(yīng)用可能性是通過利用特性曲線變化的下降部分的、具有TEMPOS結(jié)構(gòu)的模擬的和數(shù)字的雙向放大器作為隧道二極管或者Esaki二極管意義上的去阻尼部分(Entdmpfungsglied)。該雙向性給出了一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)以一個(gè)傳統(tǒng)的晶體管，電路只能在單向工作，例如從麥克風(fēng)至揚(yáng)聲器。以基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元件，從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的該相反方向也可以被使用。一種來自于有源放大器功能的另外的應(yīng)用例如是一個(gè)振蕩器。此外基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的、具有緊密的、以金屬的或者半導(dǎo)體團(tuán)簇填充的孔隙的實(shí)施形式局部具有差分負(fù)性的電阻(NERPOS)。通過該特性，數(shù)字的元件、例如觸發(fā)器和存儲(chǔ)器可以被設(shè)計(jì)，這樣數(shù)字技術(shù)也可以被考慮作為TEMPOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明的構(gòu)造形式為了其進(jìn)一步的理解在以下借助概要的附圖詳細(xì)說明。其中

圖1在截面中示出了具有貫穿的圓柱型孔隙的、根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(TEMPOS結(jié)構(gòu))的原理性構(gòu)造，圖2示出了根據(jù)圖1制造的TEMPOS結(jié)構(gòu)的SEM拍攝圖，圖3示出了具有未貫穿的、錐形孔隙的TEMPOS結(jié)構(gòu)的原理性構(gòu)造，圖4示出了擴(kuò)展的TEMPOS結(jié)構(gòu)的電子工作原理的原理示意圖，其中集成了源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)，圖5示出了由TEMPOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成的元件的第一等效網(wǎng)絡(luò)，圖5A示出了由帶有負(fù)性差分電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成的元件的第二等效網(wǎng)絡(luò)，圖6示出了作為在室溫下非線性電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線，圖7示出了作為在升高的環(huán)境溫度下的非線性電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線，圖8示出了作為npn型晶體管的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖9示出了作為pnp型晶體管的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖10示出了作為npn光電晶體管的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖11示出了作為依賴于入射的光強(qiáng)的光電二極管的TEMPOS結(jié)構(gòu)的電容和導(dǎo)電性，圖12示出了具有由銀團(tuán)簇構(gòu)成的中斷的覆蓋層的TEMPOS結(jié)構(gòu)的第一特征曲線族，圖13示出了具有由銀團(tuán)簇構(gòu)成的中斷的覆蓋層的TEMPOS結(jié)構(gòu)的第二特征曲線族，圖14示出了作為濕度傳感器的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖15示出了在一個(gè)確定的電壓閾值之上具有噪音的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖16示出了具有局部形成的負(fù)性差分電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖17示出了示出了具有強(qiáng)烈的負(fù)性差分電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，圖18示出了TEMPOS結(jié)構(gòu)的譜系，以及圖19示出了TEMPOS結(jié)構(gòu)的參數(shù)表并且下面的附圖示出了具有導(dǎo)電的納米團(tuán)簇的TEMPOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的電路布置，其中TEMPOS結(jié)構(gòu)被應(yīng)用為圖20熱敏電容傳感器-振蕩器，圖21本機(jī)振蕩器的光敏電容遠(yuǎn)程控制裝置，圖22低頻噪聲源，圖23光敏電阻傳感器，圖24光敏電容傳感器，圖25帶通的光敏電容遠(yuǎn)程控制裝置，圖26低通的光敏電容遠(yuǎn)程控制裝置，
圖27高通的光敏電容遠(yuǎn)程控制裝置，圖28信號(hào)頻率倍增器，圖29幅度調(diào)制器，圖30不穩(wěn)定的多諧振蕩器，圖31熱敏電阻傳感器，圖32光敏晶體管級(jí)，圖33光電納米團(tuán)簇輻射，以及圖34振蕩回路并且下面的附圖示出了具有負(fù)性電阻(NERPOS)的TEMPOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的電路布置，其中TEMPOS結(jié)構(gòu)被應(yīng)用為圖35模擬的、雙向放大器(上半為電路結(jié)構(gòu)，下半為電壓放大器，M1為輸入的電壓曲線，M2為放大器之后的輸出信號(hào))，圖36與傳統(tǒng)的晶體管電子設(shè)備(下)相比的簡(jiǎn)單的NERPOS振蕩器(上)，圖37復(fù)式(Tandem)-雙串聯(lián)低頻振蕩器，圖38幅度調(diào)制的振蕩器(上半為電路結(jié)構(gòu)，下半為信號(hào)變化曲線，MNF為調(diào)制信號(hào)，MAM為已調(diào)的載波頻率)，圖39鋸齒波發(fā)生器(上半為電路結(jié)構(gòu)，下半為鋸齒形輸出信號(hào))以及作為圖40光電的觸發(fā)器(上半為電路結(jié)構(gòu)，下半為電壓變化曲線)并且下面的附圖示出了具有濕度敏感的富勒烯(MOSBIT)的TEMPOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的電路布置，其中TEMPOS結(jié)構(gòu)被應(yīng)用為圖41頻率數(shù)字的(frequenzdigitale)氣體傳感器，圖42模擬導(dǎo)電的氣體傳感器放大器，圖43模擬的氣體-電流-轉(zhuǎn)換放大器，圖44模擬-電阻性的氣體傳感器放大器，圖45模擬的氣體-電壓-轉(zhuǎn)換放大器，
圖46氣體-電壓電池，以及作為圖47太陽能電池在上面已經(jīng)提及，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)一般地都可以以“TEMPOS”作為“Tunable Electronic Material with Pores OnSemiconductors”的縮略語表示。與此類似，具有作為在電絕緣的層上的導(dǎo)電的、然而高阻的覆層的、具有濕度敏感的富勒烯的TEMPOS結(jié)構(gòu)可以以縮略語“MOSBIT”表示，其中涉及名稱“MOisture Sensoringwith Buckminsterfullerene in Ion Tracks”的縮略語。此外具有局部的負(fù)性差分電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)可以以“NERPOS”作為“NEgativeResistance of Pores in Oxide on Semiconductors”的縮略語表示。而通過使用這些概念并沒有將本發(fā)明限制在特定的、已導(dǎo)致該概念選擇的實(shí)施形式上。
圖1在截面圖中概要地示出了具有半導(dǎo)體襯底SCS和由電絕緣的材料構(gòu)成的相鄰的層EIL的參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)。TEMPOS結(jié)構(gòu)通過三個(gè)電極o、v、w(以“端子”或者“抽頭”在電學(xué)上意義相同)被電接觸。在由電絕緣的材料構(gòu)成的EIL層中集成了納米級(jí)的孔隙VP形式的垂直定向的摻雜溝道。其中孔隙VP的分布、孔隙直徑、孔隙深度和孔隙形狀都可以自由選擇。在所選的實(shí)施例中，圓柱型的孔隙VP在不同大小的、被分配給上電極o、w的組中被示出，這些孔隙VP完全貫穿由電絕緣的材料構(gòu)成的EIL層并且這樣能夠?qū)崿F(xiàn)附加的載流子的特別是進(jìn)入半導(dǎo)體襯底SCS的簡(jiǎn)單的遷移。這些附加的載流子可由一種導(dǎo)電材料ECM提供，該材料在所示的實(shí)施例中以分散的納米微粒DNP的形式被施加在孔隙VP內(nèi)以及被施加在由電絕緣的材料構(gòu)成的EIL層的表面上。其中分散的納米微粒DNP在電極o、w之間形成高阻的電阻梯度，這樣在此防止了短路。而附加載流子可通過由電絕緣的材料構(gòu)成的EIL層基本上垂直地遷移。具有分散的納米微粒NP的孔隙VP在TEMPOS結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)了特別大量的針形半導(dǎo)體結(jié)區(qū)，這樣TEMPOS結(jié)構(gòu)可以被稱為“多尖端二極管布置(Mulitspitzendiodenanordnung)”。它可以電學(xué)上通過具有相應(yīng)二極管布置的等效電路圖表示。
在圖2中示出了借助光柵電子顯微鏡SEM的拍攝圖。上面可以見到由電絕緣的材料構(gòu)成的層，在此為SiO2，許多不同直徑的孔隙以分散的分布集成在其中。在孔隙中的深色中間區(qū)域表示位于其下的半導(dǎo)體襯底，在此為Si。在所示的實(shí)施例中，孔隙是貫穿蝕刻的。在孔隙周圍的明亮邊沿示出了其錐形的伸展。在SEM拍攝圖中可以看到的白色點(diǎn)是由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的團(tuán)簇，在此為銀，它被施加在孔隙內(nèi)以及被施加在由電絕緣的材料構(gòu)成的層的表面上。
圖3與圖1類似概要示出了參數(shù)確定的TEMPOS結(jié)構(gòu)的截面圖，然而在此具有錐形延伸的孔隙VP，這些孔隙VP沒有完全貫穿由電絕緣的材料構(gòu)成的EIL層。在這種方案中，附加的載流子更多地向由電絕緣的材料構(gòu)成的層中遷移。在此例如涉及光敏的氮氧化硅SiON，它在TEMPOS結(jié)構(gòu)的光輻射中放大地成為光發(fā)射，該光發(fā)射可以在測(cè)量中被相應(yīng)地使用。
圖4示出了TEMPOS結(jié)構(gòu)的電子工作原理的原理示意圖。至少兩個(gè)水平的和許多垂直的電流路徑(見插入部分)互相競(jìng)爭(zhēng)，其中在結(jié)區(qū)形成二極管。每個(gè)電流通路通過不同的電位比互相區(qū)別。圖中示出了高阻的覆蓋層T，各向異性導(dǎo)電的層A，半導(dǎo)體襯底S，在A-S邊界層附近的半導(dǎo)體S中的導(dǎo)電溝道C，兩個(gè)上方觸點(diǎn)Ko、Kw，一個(gè)下方觸點(diǎn)Kv。源極觸點(diǎn)Ks和漏極觸點(diǎn)KD在使用水平溝道C的條件下、對(duì)于附加集成的可控晶體管的結(jié)構(gòu)化構(gòu)造可選地被表示。層A的各向異性在TEMPOS結(jié)構(gòu)中通常通過在絕緣體層中互相平行地定向的、主要是垂直的導(dǎo)電路徑生成。那些路徑可以這樣a)通過以(半)導(dǎo)電材料填充在絕緣體中包含的被蝕刻的離子軌跡，b)如果潛在的離子軌跡是導(dǎo)電的，則通過這些潛在的離子軌跡，以及c)通過類似構(gòu)建的自組織結(jié)構(gòu)，被形成。由此原理上除了異質(zhì)的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明還可以使用異質(zhì)和均質(zhì)的單一結(jié)構(gòu)，它們呈現(xiàn)其導(dǎo)電性的強(qiáng)烈的各向異性(與它們的表面平行地最高是一個(gè)非常小的、將近電絕緣的導(dǎo)電性，并且垂直或者與它們的表面有一個(gè)夾角方向呈現(xiàn)出至少高出106因子的導(dǎo)電性。)TEMPOS結(jié)構(gòu)的理論描述。人們進(jìn)行了第一嘗試，為新的TEMPOS結(jié)構(gòu)的工作原理進(jìn)行物理的解釋。為此假設(shè)了按照?qǐng)D5的等效網(wǎng)絡(luò)，然而其中只是涉及TEMPOS結(jié)構(gòu)擴(kuò)展方案的一種特殊情況(壓控電阻)。對(duì)于TEMPOS結(jié)構(gòu)的其它很有價(jià)值的特性(例如負(fù)性差分電阻特性)，以特別是在量子效應(yīng)領(lǐng)域中的另外的物理觀點(diǎn)建立其它的等效網(wǎng)絡(luò)。盡管如此，在壓控電阻的特殊情況中也已經(jīng)可以獲得基礎(chǔ)的和指明方向的認(rèn)識(shí)。以根據(jù)圖5的等效網(wǎng)絡(luò)，例如從觸點(diǎn)o至觸點(diǎn)w或v的電流通路可以被跟蹤。電流或者可以直接通過表面覆層流向w，或者可以通過位于其下的軌跡流入位于其下的硅中。軌跡可以通過電阻Ro以及具有漏電流電阻Rox的二極管Dox描述。在氧化物層之下可以建立增強(qiáng)區(qū)、貧瘠區(qū)或者反向區(qū)。在施加的電壓附近，一個(gè)這種層(被稱為“溝道”)的存在依賴于氧化物的泄漏特性，這可以通過軌跡電阻Rt和二極管參數(shù)Dox和Rox描述。對(duì)于低阻的Rt、Dox和Rox，通過Cox上的場(chǎng)效應(yīng)，可只有少許的或者根本沒有電荷控制。溝道電阻通過Rc描述。在確定的偏壓條件下，至端子v方向的電流必須克服從溝道至基極硅的電位勢(shì)壘，這通過帶有泄漏電阻RL的附加二極管DL描述。為了比較，傳統(tǒng)的已公開的、沒有軌跡的MOS電容在二極管DL的位置通過依賴于偏壓的電容來示出，該電容例如通過從反向?qū)又粱鶚O硅的過渡區(qū)給出，因?yàn)檫@里沒有流過直流電流。在觸點(diǎn)o和w處有不同極性電壓的情況中，還必須考慮在硅表面上有一個(gè)附加的pn結(jié)。
以這種方式，單個(gè)元件的貢獻(xiàn)可以被估計(jì)。在此特別令人感興趣的是軌跡電阻Rt，因?yàn)樗拇笮】刂屏司哂凶杂奢d流子的層的存在或不存在，即反向?qū)踊蛘吒患瘜?，并且由此也控制Rc、DL和RL的值。根據(jù)該模型的IV-VVW特性的詳細(xì)描述提供了至少在質(zhì)上與觀察一致的結(jié)果。在此兩種情況必須被區(qū)分，它們以類型1或類型2標(biāo)識(shí)。在類型1中，軌跡僅僅少許地被蝕刻，這樣Rt很大。類型2相應(yīng)于較小的Rt的情況，這可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)地通過更長的軌跡蝕刻持續(xù)時(shí)間被實(shí)現(xiàn)。在類型1和類型2中，電子和空穴的角色交換了，這樣出現(xiàn)互補(bǔ)的特性?？梢钥闯觯暿┘拥碾妷憾ǖ?，元件或者可以被視為弱的非線性電阻，或者可以被視為通過側(cè)向的場(chǎng)被感應(yīng)的pn結(jié)。在特性中經(jīng)常出現(xiàn)劇烈的非對(duì)稱，以及彎曲和/或陡峭的上升。不但貧瘠區(qū)，而且反向區(qū)和增強(qiáng)區(qū)都可以各根據(jù)被施加的電壓在表面觸點(diǎn)下方被生成，這樣就可能，將電流從一個(gè)觸點(diǎn)接通到另一個(gè)。在某個(gè)工作點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)具有負(fù)性差分電阻，這樣它包含pnp型晶體管(在類型1中)或者npn型(在類型2中)晶體管的特性。在此迄今被觀察到達(dá)到因子24的功率放大系數(shù)。晶體管效應(yīng)可以被復(fù)現(xiàn)并且經(jīng)常伴隨點(diǎn)狀的光發(fā)射。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的TEMPOS結(jié)構(gòu)的工作原理的借助于根據(jù)圖5的等效網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)出的理論的第一基本嘗試給出了對(duì)于電流/電壓特性的粗略近似關(guān)系IO＝β(R/(R+2))(VV+VW)(VO-VW)其中β＝COXμW/L，R是電阻比Rc/Rt，μ是載流子可動(dòng)性，W是溝道寬度，L是溝道長度，以及VV、VO、VW是在觸點(diǎn)v、o和W處施加的電壓。這一關(guān)系只適用于小電壓VV，因?yàn)镽被假定為恒定的。然而由于通過場(chǎng)效應(yīng)在溝道中產(chǎn)生的電荷，Rc隨著增加的電壓VV而降低，這導(dǎo)致被觀察到的非線性。在非常強(qiáng)的負(fù)電壓Vow下，通過增長的場(chǎng)效應(yīng)，類型1的電流/電壓特性變?yōu)閽佄锞€形，這樣就接近傳統(tǒng)的MOS晶體管的特性。
圖5A示出了第二等效網(wǎng)絡(luò)，借助于它，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的、在具有負(fù)性差分電阻的特殊構(gòu)造中的TEMPOS結(jié)構(gòu)(NERPOS)的電子特性的說明應(yīng)該更深入。灰色表示的是直接在氮氧化物上方的一個(gè)另外的薄的并且高阻值的銀層，它也填滿了離子軌跡。本討論僅明確限于最簡(jiǎn)單的情況，即使用p型襯底。這有的優(yōu)點(diǎn)是，在所使用的電壓范圍中，襯底被保持在堆積物(Akkumulation)中，并且無需考慮由于反向?qū)拥某霈F(xiàn)而產(chǎn)生的附加的并發(fā)情況。簡(jiǎn)化的等效電路由p-Si的與觸點(diǎn)v相連的帶阻Rv、基本地描述沿著氧化物界面的電流擴(kuò)散的帶阻Rw和Ro、肖特基二極管Dw和Do以及在金屬化的核軌跡(Kemspuren)中的帶阻(Bahnwiderstand)RKo和RKv(后面的未被示出)構(gòu)成。在p型硅上的銀的肖特基特性的證明是公知的并且例如由Smith和Rhoderick記錄。當(dāng)在o處為負(fù)電壓并且在v處為正電壓的情況下，二極管Do被接通(offen)，形成一個(gè)電流帶v-o，它由于該帶阻而有歐姆的特性。在假定的在o處為負(fù)電壓，并且在v處為小的正電壓的情況時(shí)，則在核軌跡w下顯示出負(fù)電壓，這樣二極管Dw被反向極化。隨著增加的v的正電壓而出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處w之下向下降的電壓是正的。二極管Dw導(dǎo)通。向相鄰的p型區(qū)域中注入了少數(shù)載流子(電子)。要注意的是，電阻Rw基本上集中在硅中的核軌跡周圍的圍繞著空穴(Austrittsloch)的區(qū)域上。這種情況可以與靠在半導(dǎo)體上的金屬尖端的電位走向(Potenzialverlauf)相比較。被注入的少數(shù)載流子導(dǎo)致電阻Rw的降低并且由此導(dǎo)致二極管上的正電壓的升高。二極管重新注入更多的電流等等。在理想情況下，帶阻通過注入被這樣地“淹沒”(überschwemmt)，即它消失并且電流只是還由二極管限制。這樣出現(xiàn)了在低阻狀態(tài)中由高阻狀態(tài)構(gòu)成的開關(guān)效應(yīng)，它使得自己作為逆行的特征曲線或者差分負(fù)性電阻而引人注目。
以下的觀察說明，開關(guān)電壓v隨著負(fù)電壓o減小。對(duì)于二極管Dw在w下的硅中一直使用同樣的正電壓，以將其接通。開關(guān)電壓v的降低由此只能意味著，在硅中的帶阻變小并且更好地“輸送”電位v。該降低通過這種方式實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)電壓o被降低時(shí)，在二極管Do上調(diào)節(jié)更高的前向電壓。由此二極管更強(qiáng)地注入。這一思想的前提是，在離子軌跡中的帶阻RK比硅的帶阻更大。要注意的是，Dw的注入不僅在電阻Rw和Rv上采用，而且還在Ro上采用。借助二極管Dw的接通，在二極管Do上的電壓降也改變；它被繼續(xù)接通并且由此動(dòng)用到Dw上的提高的注入。
迄今的說明是對(duì)于p型硅進(jìn)行的。然而還公開的是，具有銀金屬化的n型硅也具有肖特基特性(例如在Rhoderick和Williams的文章中)。由此可以假設(shè)對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的具有由n型材料構(gòu)成的襯底的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)也具有類似的開關(guān)特性。
在圖6中示出了在室溫RT下測(cè)量的、在作為可控的半導(dǎo)體電阻的方案中的、具有3min的蝕刻持續(xù)時(shí)間的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線。在電流-電壓特性的測(cè)量中，顯示出阻擋層半導(dǎo)體元器件的典型的I、U特性曲線變化。它的溫度依賴性可以根據(jù)圖7證明，圖7示出了在環(huán)境溫度為60℃時(shí)，具有蝕刻持續(xù)時(shí)間為3min的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線。明顯可以看到特征曲線的所期待的平坦化。在這里要說明的是，控制嘗試以類似的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)已進(jìn)行過，然而該結(jié)構(gòu)沒有孔隙。它們沒有示出TEMPOS結(jié)構(gòu)的所描述的特性，而是只是普通的高阻電阻的特性，這指明了本發(fā)明基本的特別是在被蝕刻的離子軌跡的方案中、在TEMPOS結(jié)構(gòu)中的電絕緣的層中的導(dǎo)電的孔隙的存在。
圖8示出了從TEMPOS結(jié)構(gòu)中以7分鐘的蝕刻持續(xù)時(shí)間(在氫氟酸溶液HF中蝕刻7分鐘)制造的npn型晶體管的特征曲線族，在該晶體管中，在TEMPOS結(jié)構(gòu)的銀覆蓋的表面上的兩個(gè)電極o、w和在其上覆蓋鋁的背面上的電極v都是銀導(dǎo)電粘貼接觸的(silberleitkleberkontaktiert)。在本應(yīng)用中，在電極v、w之間實(shí)現(xiàn)npn型晶體管的控制電流回路并且在電極o、w之間實(shí)現(xiàn)npn型晶體管的負(fù)載電流回路。隨著在負(fù)載電流回路中增加的電壓Uow，負(fù)載電流Io也增加，并且此外可以借助控制電壓UVW控制。這種npn型晶體管功能以在圖8中同樣示出的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單二極管等效電路圖給出，該等效電路原則上由三個(gè)多尖峰二極管復(fù)合體(Multispitzendiodenkomplexen)構(gòu)成。與此類似，根據(jù)圖9，在一個(gè)具有10min蝕刻持續(xù)時(shí)間的TEMPOS結(jié)構(gòu)中在一個(gè)擴(kuò)展的負(fù)載電流區(qū)域中進(jìn)行可比較的實(shí)驗(yàn)室研究，結(jié)果是，以TEMPOS結(jié)構(gòu)的不變的接觸只能通過延長的蝕刻持續(xù)時(shí)間生成和制造pnp型晶體管。相應(yīng)于等效電路圖，半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)-雙極型晶體管在考慮到極性下在一階近似中同樣由三個(gè)多尖峰二極管復(fù)合體組合而成。
在圖10中示出了在具有光敏的電絕緣層、例如SiON的、作為npn型光電晶體管的形式中的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族。為了支持光敏感性，蝕刻持續(xù)時(shí)間HF只有5min，這樣錐形的、不貫穿的孔隙被生成。光入射流以Φ表示。明顯可以看出的是特征曲線隨著變大的光入射而上升。圖11示出了在作為光電二極管的形式中具有蝕刻持續(xù)時(shí)間HF為10min的TEMPOS結(jié)構(gòu)的、依賴于入射的光功率的電容改變。這也可以在光傳感器中通過可變的電壓的測(cè)量而求得。
在圖12中示出了根據(jù)本發(fā)明的光敏TEMPOS結(jié)構(gòu)(p摻雜的硅，示出的只是暗電流)的特征曲線族(電流-電壓-特性)，如針對(duì)在結(jié)構(gòu)表面(見添加處)上的兩個(gè)表面觸點(diǎn)之間的中斷的覆層得出的曲線那樣。在兩個(gè)表面觸點(diǎn)之間的貫穿的導(dǎo)電連接由此僅僅通過在靠近到由電絕緣的材料構(gòu)成的層的介面的半導(dǎo)體襯底中的被掩埋的導(dǎo)電溝道給出。該溝道穿過其余的表面覆層以及導(dǎo)電的離子軌跡地被控制。這些特征曲線非常相似于普通的二極管特征曲線并且可以通過施加?xùn)艠O電壓而分開。圖13示出了根據(jù)圖12的、p摻雜的光敏TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，它通過以不同強(qiáng)度的可見光的輻射來控制。第一曲線示出了依賴電壓的暗電流。附加地，施加了柵極電壓。所形成的元件的特性如光電二極管或光電池一樣。沒有施加?xùn)艠O電壓時(shí)，形成的元件表現(xiàn)光敏電阻的特性。在圖13中示出了光對(duì)具有中斷的表面覆層的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線的影響?？梢钥闯龅氖?，光以與圖12中不同的方式使特征曲線下降，這樣濕度和光的影響可以明顯地互相區(qū)分開。對(duì)于作為有機(jī)氣體傳感器的TEMPOS結(jié)構(gòu)得出與光類似的特征曲線族。如乙醇或者丙酮?dú)怏w與光以類似的方式使特征曲線下降。然而這兩種氣體不能僅僅以具有富勒烯的TEMPOS結(jié)構(gòu)相互區(qū)分開。為了使得這成為可能，必須以一個(gè)另外的、例如乙醇特定的探測(cè)器(例如具有高阻的SnO覆層和孔隙填充物的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu))進(jìn)行相符測(cè)量。
在圖14中示出了在作為濕度傳感器的形式中的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特征曲線族，其中該濕度傳感器具有高阻的、導(dǎo)電的材料作為在由電絕緣的材料和由富勒烯構(gòu)成的孔隙填充物(MOSBIT)構(gòu)成的層上的覆層。特征曲線具有二極管型的變化。明顯可以看出的是特征曲線隨著增加的濕度而上升。其中在存在濕度時(shí)，沒有施加的電壓而電流自己電流流動(dòng)，這意味著，具有富勒烯的TEMPOS結(jié)構(gòu)可以自己產(chǎn)生電壓并且作為能量?jī)?chǔ)存器。其原因是在富勒烯和作為襯底的硅之間的依賴環(huán)境的觸點(diǎn)電位差。
基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元件在確定的結(jié)構(gòu)布置中，特別是在使用金屬團(tuán)簇以及在更高的、被施加的電場(chǎng)強(qiáng)度下具有其電流-電壓特性的不穩(wěn)定性。圖15示出了對(duì)具有輕微噪聲的TEMPOS結(jié)構(gòu)的特性的特征曲線族，該噪聲在一定的電流強(qiáng)度之上開始。在此，該噪聲由在特性中的小尖峰構(gòu)成，這些尖峰使得在更高電流時(shí)傾向于更小的電壓。圖16示出了一個(gè)特性(在Vow＝2V以及Vov＝10V時(shí))，其中這些尖峰在一個(gè)確定的點(diǎn)處極其強(qiáng)地被形成。在此涉及一個(gè)特性，它與在數(shù)字技術(shù)中使用的Esaki二極管或者隧道二極管的特性非常相似。最后圖17示出了一個(gè)電流-電壓特性，其中在一個(gè)確定的閾值電壓之上電流顯著增大，而不是在一個(gè)更高的值處再穩(wěn)定。電流增大伴隨著電壓的一定的減小，這樣基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的元件具有非常強(qiáng)的顯著的負(fù)性差分電阻(縮略語“NERPOS”＝“NEgative Resistance of Pores inOxide on Semiconductors”)。
圖18示出了一個(gè)試驗(yàn)的示圖，它在一個(gè)譜系中表示出了通過不同的參數(shù)確定可以生成的不同可能的TEMPOS結(jié)構(gòu)相互之間的族系(genealogische)關(guān)系，只要它們今天已經(jīng)被公開或者在開發(fā)中。不同的開放箭頭示出了在其中還期待將來的擴(kuò)展的主要區(qū)域。在圖19中以表格形式將TEMPOS結(jié)構(gòu)的可自由選擇的參數(shù)組織在一起。被記入的還有與其適合的材料和其應(yīng)用領(lǐng)域。該表格相應(yīng)于認(rèn)知的當(dāng)前狀態(tài)并且示出了將來擴(kuò)展的空間。
在圖6和圖7中示出的3min HF TEMPOS結(jié)構(gòu)的溫度依賴性可以在10min HF TEMPOS結(jié)構(gòu)中關(guān)于其內(nèi)部電容(熱敏電容)和內(nèi)部并聯(lián)電阻(熱敏電阻)非常簡(jiǎn)單地作為確定頻率的元件(熱敏電容)被安裝進(jìn)根據(jù)圖20的功能電路和應(yīng)用電路中，并且被實(shí)踐地應(yīng)用，其中圖20示出了具有10min HF TEMPOS結(jié)構(gòu)的熱敏電容的傳感器-振蕩器的電學(xué)電路圖。該傳感器-振蕩器的頻率對(duì)于待測(cè)量的溫度是直接的、數(shù)字的量度。測(cè)量技術(shù)上可以這樣在室溫和80℃環(huán)境溫度之間在相應(yīng)的分析器頻譜中確定190kHz的振蕩器頻率區(qū)別。在7min HF半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中得出201kHz的振蕩器頻率區(qū)別，并且在5min HF TEMPOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中得出188kHz的振蕩器頻率區(qū)別，這樣對(duì)于該溫度測(cè)量范圍得出大約3kHz/℃的溫度傳感器靈敏度。在圖21中示出了一個(gè)本機(jī)振蕩器的光電容(optokapazitiven)的遠(yuǎn)程控制的電路圖。其中具有蝕刻持續(xù)時(shí)間HF為10min的TEMPOS結(jié)構(gòu)的光電效應(yīng)被應(yīng)用在光電npn型晶體管級(jí)的構(gòu)造中。若禁止在該結(jié)構(gòu)中的直流電流(開路)，則在光輻射的輸入(Einkopplung)時(shí)關(guān)于電容性的改變的測(cè)量結(jié)果根據(jù)圖11在電極o、w或v、w處按照數(shù)量級(jí)地被確認(rèn)。光電TEMPOS結(jié)構(gòu)的這種特別的特性根據(jù)圖21借助一個(gè)10minHF半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)被技術(shù)上地應(yīng)用在用于具有頻率為f＝3.88756MHz的本機(jī)振蕩器的光電容的控制的功能電路中。在一個(gè)保持較小的、大約百分之一的電容改變的頻率調(diào)整區(qū)域中，在基頻f＝3.88756MHz時(shí)，該本機(jī)振蕩器的頻率改變?yōu)棣＝16.5kHz。
圖22示出了具有預(yù)給定的蝕刻持續(xù)時(shí)間(這里和在根據(jù)后面的附圖的電路布置中可以相應(yīng)地選擇)的TEMPOS結(jié)構(gòu)對(duì)于低頻噪音源的應(yīng)用，其中在TEMPOS結(jié)構(gòu)中的高的局部電場(chǎng)強(qiáng)度引起隨機(jī)的、經(jīng)常的電學(xué)放電和再組合(Rekombination)，并且因此在分支點(diǎn)產(chǎn)生可測(cè)量的噪音電壓。如根據(jù)圖10的測(cè)量示出的那樣，隨著光輻射的輸入Φ、λ，在I、U特征曲線族中的斜率也改變，即半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的差分電學(xué)電阻(光敏電阻)也改變，并且根據(jù)圖23使得作為光敏電阻傳感器的應(yīng)用成為可能。輸入的光輻射的改變?cè)诖嗽陔娏骰芈分幸痣娏鞲淖?，并且由此引起在電極處可利用的相應(yīng)的電壓改變。在根據(jù)圖24的作為光敏電容傳感器的應(yīng)用中，半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)作為光電二極管借助串聯(lián)電容C1在光敏電容的改變中無直流電流地空載運(yùn)行(leerlaufbetrieben)，并且待測(cè)量的輸入光輻射在兩個(gè)分支點(diǎn)被轉(zhuǎn)化為可計(jì)數(shù)的數(shù)字頻率。除了根據(jù)圖21的通信技術(shù)應(yīng)用，半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的通信技術(shù)應(yīng)用還可以通過光耦合的這些類型實(shí)踐地實(shí)現(xiàn)用于根據(jù)圖25的帶通濾波器的光敏電容的遠(yuǎn)程控制、用于根據(jù)圖26的低通濾波器和根據(jù)圖27的高通濾波器的光敏電容的遠(yuǎn)程控制，以便有利地完全禁止干擾的電磁的外來影響。
在調(diào)節(jié)根據(jù)作為按照?qǐng)D28的、借助在大的特征曲線彎曲的區(qū)域中在作為雙極型晶體管的TEMPOS結(jié)構(gòu)上所施加的直流電壓的、作為信號(hào)頻率倍增器的應(yīng)用的I、U工作點(diǎn)時(shí)，輸入的信號(hào)電壓失真并且其頻率、信號(hào)頻率被倍增并且為兩個(gè)電極可用。根據(jù)圖29的應(yīng)用使用了根據(jù)圖10的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)，用于在加性的混合中將兩個(gè)信號(hào)電壓相乘，這相應(yīng)于調(diào)幅器的實(shí)踐的、簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，其中調(diào)制電壓隨后在兩個(gè)電極處可為通信技術(shù)的進(jìn)一步處理利用。若選擇了在作為npn型隧道晶體管的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用中的I、U工作點(diǎn)，則通過彎曲特性曲線標(biāo)識(shí)的隧道效應(yīng)在大約2V/1mA時(shí)被調(diào)節(jié)出(S-隧道二極管)。隨后在根據(jù)圖30的TEMPOS結(jié)構(gòu)的連接中得出作為在隧道效應(yīng)中的不穩(wěn)定的多諧振蕩器的應(yīng)用，并且作為借助該半導(dǎo)體元器件的下一個(gè)開發(fā)階段產(chǎn)生射頻振蕩器和雙向高頻放大器。
根據(jù)圖31的在溫度測(cè)量技術(shù)中的另外的應(yīng)用示出一個(gè)工作點(diǎn)被調(diào)節(jié)的TEMPOS結(jié)構(gòu)晶體管作為熱敏電阻，即一個(gè)熱敏電阻性傳感器，其在兩個(gè)電極處的輸出電壓是對(duì)輸入的溫度的直接的度量。根據(jù)圖32的應(yīng)用示出了一種光電晶體管級(jí)，其在兩個(gè)電極處的輸出電壓是對(duì)輸入的輻射的直接的尺度，如根據(jù)圖10對(duì)于由TEMPOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成的元件被典型地測(cè)量的那樣。根據(jù)圖33的應(yīng)用涉及一種SiON/n-Si(II)和SiON/p-Si(I)的TEMPOS結(jié)構(gòu)作為彩色光電納米團(tuán)簇輻射器，它們相應(yīng)的波長λ＝4*n*1依賴于折射率n和孔隙溝道的相應(yīng)的長度或者深度1，其中這兩種結(jié)構(gòu)在端子o、w之間以大約15mA被供電。其中試樣(Probe)(1)例如以大約150個(gè)輻射的納米團(tuán)簇產(chǎn)生大約1.4nW的光輻射通量。在該應(yīng)用中，相應(yīng)的TEMPOS結(jié)構(gòu)在附加的輸入光輻射通量時(shí)如光電二極管那樣反應(yīng)，這樣在下一個(gè)開發(fā)步驟中，可以實(shí)現(xiàn)基于TEMPOS結(jié)構(gòu)的、用于通信技術(shù)應(yīng)用的光電收發(fā)器的結(jié)構(gòu)。在圖34中示出了TEMPOS結(jié)構(gòu)的作為頻率可變的振蕩回路的應(yīng)用。通過所施加的電壓的變化(電壓控制的納米團(tuán)簇電容)可以實(shí)現(xiàn)至少在下高頻范圍500MHz和800MHz之間內(nèi)可確定的振蕩回路。由此TEMPOS結(jié)構(gòu)也是能用于高頻的。
圖35示出了一種具有基于帶有負(fù)性差分電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)(NERPOS結(jié)構(gòu))的元件的簡(jiǎn)單放大器。在圖的下半部分示出了電壓放大系數(shù)的結(jié)果。對(duì)于一個(gè)放大器，只需要基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件的兩個(gè)觸點(diǎn)(例如v和o)；第三觸點(diǎn)(例如w)，為了不會(huì)產(chǎn)生未定義的電位關(guān)系而特別地被置于相鄰觸點(diǎn)的電位上或者置為零電位。這樣的事實(shí)，即只要兩個(gè)基于NERPOS結(jié)構(gòu)的新元件的接觸結(jié)構(gòu)(Kontaktiemngen)就足夠?qū)崿F(xiàn)放大電路，與晶體管電路(見下文)相比極大地簡(jiǎn)化了電路的布線。由于根據(jù)圖35的放大器電路中不需要第三觸點(diǎn)，一方面具有這樣的可能性，即將在元件的孔隙面(例如o)上唯一需要的觸點(diǎn)大面積地設(shè)置在整個(gè)絕緣體表面(對(duì)于反面的觸點(diǎn)(v)也一樣做)，以形成高性能的元件。另一方面在放大器電路中不需要的、基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件的第三觸點(diǎn)(例如w)被這樣使用，使得與通過觸點(diǎn)v和o實(shí)現(xiàn)的根據(jù)圖35的放大器平行地、借助觸點(diǎn)v和w驅(qū)動(dòng)一個(gè)第二同類型的放大器。在該復(fù)式放大器電路中，基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件可以并行完成兩個(gè)不同的任務(wù)。在這種情況下，由于在元件內(nèi)部的電容耦合雖然可能出現(xiàn)差拍(Schwebung)，然而它可以通過NERPOS結(jié)構(gòu)的合適的結(jié)構(gòu)的布置被最小化。
在上文已經(jīng)提及了具有根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的元件的特別的優(yōu)點(diǎn)，即所屬的電路需要顯著更少的附加元件并且由此相對(duì)傳統(tǒng)的電路被顯著更簡(jiǎn)化地構(gòu)造。在圖36中示出了簡(jiǎn)單的、具有基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件的振蕩器電路和傳統(tǒng)的具有晶體管電子設(shè)備的振蕩器電路之間的比較。具有基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件的電路(上圖)只需要四個(gè)元件，而在傳統(tǒng)的電路中(下圖)需要兩倍數(shù)量的元件。
借助NERPOS結(jié)構(gòu)也可以構(gòu)建振蕩器。在這種情況下還是只需要標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施形式中三個(gè)觸點(diǎn)中的兩個(gè)，這樣還可能構(gòu)建復(fù)式振蕩器(參見圖37)。在這種情況下也要注意的是，差拍的形成通過合適的電容去耦合在基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件的規(guī)劃中已經(jīng)被防止了。自然，由基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件生成的振蕩也可以通過外部施加的信號(hào)調(diào)制，如在圖38中(上圖為電路結(jié)構(gòu)，下圖為信號(hào)變化曲線)在幅度調(diào)制的低頻振蕩器(＝無線電發(fā)射機(jī))的情況中示出的那樣，這樣原則上示出了在發(fā)送機(jī)處所有類型的、基于NERPOS結(jié)構(gòu)的元件的應(yīng)用。
此外圖39以鋸齒波發(fā)生器的電路示圖(上圖)指明了，不僅可以實(shí)現(xiàn)正弦形振蕩，而且還可以以NERPOS結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其它的振蕩形式，如鋸齒波振蕩(下圖為信號(hào)變化曲線)。
最后NERPOS結(jié)構(gòu)的負(fù)性差分電阻還能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)數(shù)字電子設(shè)備，如在圖40中借助光電觸發(fā)器(沒有光入射也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)普通的電子觸發(fā)器)所示出的那樣(S/R置位/復(fù)位)。在圖40的下半部分示出了電流-電壓特性曲線。假設(shè)工作點(diǎn)在A1上(FF打開觸發(fā)器)。隨后工作點(diǎn)通過一個(gè)短(在此負(fù)的)脈沖向左移，這樣它進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)并且只有在A2處(SF關(guān)閉觸發(fā)器)又穩(wěn)定下來，其中A2的位置可以通過外部電阻調(diào)節(jié)。類似地，短的正脈沖可以將工作點(diǎn)又推向A1。開關(guān)時(shí)間非常?。凰谄っ氲臄?shù)量級(jí)。還可以以NERPOS結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)的電路，如在具有晶體管的數(shù)字電子設(shè)備中早已公開的那樣。由此在原則上可能，基于具有負(fù)性差分電阻的TEMPOS結(jié)構(gòu)、即所謂的NERPOS結(jié)構(gòu)，為無晶體管的計(jì)算機(jī)構(gòu)造有源元件。極快的開關(guān)時(shí)間以及比在相應(yīng)的晶體管電路中顯著更小的元件和布線開銷可以使得這種方式構(gòu)建的計(jì)算機(jī)具有競(jìng)爭(zhēng)力。
接下來的圖41至47涉及MOSBIT結(jié)構(gòu)，即在由電絕緣材料構(gòu)成的層的表面上以富勒烯作為導(dǎo)電的材料、并且在孔隙中布置的TEMPOS結(jié)構(gòu)。與光入射類似，MOSBIT結(jié)構(gòu)也在具有濕度時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓在濕度降低時(shí)又消失。因?yàn)闈穸让舾械膫鞲衅鞑牧螩60(富勒烯)被表面很薄地涂覆，并且不是作為厚層，所以在富勒烯中的水蒸氣的擴(kuò)散過程被減小到最小程度，這樣該傳感器具有非常短的、小于一秒的響應(yīng)時(shí)間。這種基于MOSBIT結(jié)構(gòu)的濕敏電池的電壓的原因可以歸于依賴于環(huán)境的C60/Si接觸電壓。該特性可以被利用于構(gòu)造濕度電壓驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)濕敏電池被放置于乙醇或者丙酮濕蒸氣中時(shí)，它同樣產(chǎn)生電壓，然而其符號(hào)是相反的。由此，有機(jī)氣體蒸氣的濕度可以被區(qū)分開。如具有納米團(tuán)簇的TEMPOS結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的那樣，MOSBIT結(jié)構(gòu)也可以識(shí)別電阻的、電感的以及電容的傳感器特性。相應(yīng)地，不但可以制造例如濕度-電阻性-傳感器、濕度-電感性-傳感器，而且還可以制造濕度-電容性-傳感器。最后，將電容性的變化轉(zhuǎn)換為頻率變化是有意義的。最后MOSBIT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電能力的變化也可以被用于產(chǎn)生濕度電流轉(zhuǎn)換。
在圖41中示出了一種頻率數(shù)字氣體傳感器，其中以富勒烯(C60)被表面涂覆的、并且無直流電流地驅(qū)動(dòng)的、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)以其依賴于氣體的電容在MHz范圍內(nèi)控制振蕩回路。由此在兩個(gè)分支點(diǎn)處可用的振蕩頻率是對(duì)于氣體濃度的一個(gè)直接的數(shù)字度量。
在圖42中示出了一個(gè)模擬電感性氣體傳感器放大器，它將以C60覆蓋表面的、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)的、依賴于氣體濃度的電導(dǎo)值的改變直接轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電壓，并且提供給兩個(gè)分支點(diǎn)。
在圖43中示出了一個(gè)模擬的氣體-電流-轉(zhuǎn)換放大器，它將以C60覆蓋表面的、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)中的、依賴于氣體濃度的生成的(generatorisch)短路電流直接轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電壓并且提供給兩個(gè)分支點(diǎn)。
在圖44中示出了一個(gè)模擬電阻性氣體傳感器放大器，它將以C60覆蓋表面的、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)的、依賴于氣體濃度的電阻改變直接轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電壓，并且提供給兩個(gè)分支點(diǎn)。
在圖45中示出了一個(gè)模擬的氣體-電壓-轉(zhuǎn)換放大器，它將以C60覆蓋的表面、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)的、依賴于氣體濃度的并且生成的空載電壓可負(fù)載低阻地提供給兩個(gè)分支點(diǎn)。
在圖46中示出了以C60表面覆蓋的、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)的氣體電壓電池，它在應(yīng)用更大的氣體濃度情況下可以通過使用電壓支路被應(yīng)用于電流供應(yīng)。
在圖47中示出了以C60表面覆蓋的、具有納米團(tuán)簇的MOSBIT結(jié)構(gòu)的太陽能電池，它在輸入光輻射時(shí)不但作為輻射接收器，而且也可以通過使用電壓支路作為電流供應(yīng)而被應(yīng)用。在光入射(通過φ表示)時(shí)出現(xiàn)特征曲線的移動(dòng)。在相同的入射光強(qiáng)時(shí)，該移動(dòng)是與波長(通過λ表示)相關(guān)的，這樣由此可以實(shí)現(xiàn)沒有移動(dòng)部分的、新型緊湊的光學(xué)的分光計(jì)的構(gòu)造。
總的看來，在前面描述的、廣泛的、然而并不是視為結(jié)束的半導(dǎo)體元器件的種類中，可以看出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的巨大的靈活性及其統(tǒng)一的應(yīng)用形式。與根據(jù)本發(fā)明的新型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)結(jié)合，由此也可以提供新的、價(jià)廉的、簡(jiǎn)單可制造以及可控制的半導(dǎo)體元器件的種類。不考慮大型加速器用于生成離子軌跡，這些結(jié)構(gòu)的制造只需要濕化學(xué)，而無須凈化室條件和真空條件。
參考標(biāo)號(hào)列表DNP 納米微粒ECM 導(dǎo)電材料EIL 由電絕緣材料構(gòu)成的鄰接層MOSBIT在離子軌跡中具有巴基球富勒烯的濕傳感性NERPOS在半導(dǎo)體上在氧化物中孔隙的負(fù)性電阻o、v、w 電極、端子SCS 半導(dǎo)體襯底TEMPOS在半導(dǎo)體上具有孔隙的、可調(diào)的電子材料VP孔隙
權(quán)利要求
1.參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有至少一個(gè)半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有可選擇的p型或n型摻雜以及導(dǎo)電能力和一個(gè)鄰接的平面的層，該平面的層由電絕緣的、具有基本上垂直集成的摻雜溝道的材料構(gòu)成，具有可選擇的導(dǎo)電能力的一種導(dǎo)電材料被置入這些摻雜溝道中，其中載流子在該半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)中遷移，及該復(fù)合結(jié)構(gòu)還具有由多個(gè)在由電絕緣材料構(gòu)成的所述層上和在所述半導(dǎo)體襯底上設(shè)置的電極構(gòu)成的電接觸結(jié)構(gòu)，其特征在于，這些摻雜溝道被構(gòu)造為在所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)中具有可選擇的分布、以及具有可選擇的孔隙直徑、孔隙深度和孔隙形狀的納米級(jí)的孔隙(VP)，并且所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)的表面以置入這些孔隙(VP)中的材料或者以另外的、導(dǎo)電的但是表現(xiàn)高阻特性的材料(ECM)在產(chǎn)生一個(gè)可選擇的電阻的情況下覆蓋，該電阻阻止了載流子在兩個(gè)位于所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)上、互相之間隔開地設(shè)置的、結(jié)構(gòu)化的上電極(o，v)之間的基本上水平的遷移，在這兩個(gè)電極之間，通過不同的電位的可選擇的施加而產(chǎn)生一個(gè)可選擇的電位變化，然而該電阻支持在該半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(PSC)中載流子向被設(shè)置在該半導(dǎo)體襯底上的、結(jié)構(gòu)化的下電極(w)的基本上垂直的遷移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電的材料(ECM)以納米團(tuán)簇(DNC)的形式以可選擇的大小被構(gòu)造，并且以可選擇的分散密度被置入所述孔隙(VP)中以及被施加在所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電的材料(ECM)的所有納米團(tuán)簇(DNC)位于相同的被選擇的尺寸范圍內(nèi)和/或被等距離地分布地設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電的材料(ECM)是一種均勻分布的或者分散分布的金屬、一種半導(dǎo)體材料或其化合物、一種硫?qū)僭?Chalkogen)或其化合物、一種碳同素異形體、一種氧化物半導(dǎo)體、一種導(dǎo)電的氧化物、金屬摻雜的斑巖化合物或者聚吡咯化合物、一種激勵(lì)器材料、一種由阿拉伯橡膠和一種金屬鹽構(gòu)成的混合物或者它們的一種混合形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，這樣的納米團(tuán)簇(DNC)被設(shè)置在一些窄的孔隙(VP)中，使得該參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的特征曲線顯示出局部的差分負(fù)電阻特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電的材料(ECM)被一種對(duì)特定的物質(zhì)敏感的、具有導(dǎo)電能力的材料補(bǔ)充或者替代。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該特定的物質(zhì)是濕度、蒸汽或者一種氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，納米小管由在這些孔隙(VP)中的富勒烯生長出來，其中該生長可以由鎳-納米晶體開始并且超過這些孔隙(VP)的邊沿地行進(jìn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，這些納米小管在預(yù)先確定的位置具有彎折或者其它的缺陷。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至7之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，由一種金屬或者一種半導(dǎo)體構(gòu)成的可彎曲的納米線被置入這些孔隙(VP)內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)的表面以該導(dǎo)電的材料(ECM)島狀地覆蓋，其中在這兩個(gè)上電極(o，v)之間的覆層被完全斷開。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電絕緣的材料(EIL)是一種硅化合物、特別是氮氧化硅，或者一種碳同素異形體、特別是金剛石，或者一種聚合物、特別是光刻膠或者聚酰亞胺。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電絕緣的材料(EIL)被構(gòu)造為多孔的金屬氧化物、特別是氧化鋁，或者被構(gòu)造為分子篩、特別是介孔氧化硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該半導(dǎo)體襯底(SCS)是稀氧的硅或者是切克勞斯基-硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，分別覆蓋不同的物理-化學(xué)參量的范圍的、特別是在該導(dǎo)電的材料(ECM)的選擇方面不同參數(shù)確定的區(qū)域被相鄰地設(shè)置在一個(gè)共同的半導(dǎo)體襯底(SCS)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在表面上除了兩個(gè)上電極(o，v)外還設(shè)置了一個(gè)源極電極和一個(gè)漏極電極，其中它們或者具有與在該半導(dǎo)體襯底中的摻雜的區(qū)域的直接接觸，或者通過低阻地形成的孔隙與未摻雜的半導(dǎo)體襯底接觸，并且這三個(gè)電極(o，v，w)之一附加地被構(gòu)造為控制電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述以半導(dǎo)電的或者導(dǎo)電的材料填充的孔隙在由所述電絕緣的材料構(gòu)成的層中以一個(gè)薄的、電絕緣的層與該半導(dǎo)體襯底(SCS)鄰接，其中該薄的、電絕緣的層被構(gòu)造為氧化物薄膜或者絕緣體薄膜、被構(gòu)造為所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)的剩余層或者被構(gòu)造為具有一個(gè)可以容易地蝕刻的層和一個(gè)難以蝕刻的層的雙層層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在這些孔隙(VP)中導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的納米團(tuán)簇(DNC)以一種電絕緣的殼層被圍繞。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18之一的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)中不貫穿地構(gòu)造的并且導(dǎo)電或者半導(dǎo)電的被填充的孔隙(VP)與該半導(dǎo)體襯底(SCS)之間沉積了金屬團(tuán)簇。
20.用于特別是根據(jù)權(quán)利要求1至19的、制造參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，該半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有可選擇的p型或n型摻雜以及導(dǎo)電能力和一個(gè)鄰接的平面的層，該平面的層由電絕緣的、具有基本上垂直集成的摻雜溝道的材料構(gòu)成，具有可選擇的導(dǎo)電能力的一種導(dǎo)電材料被置入這些摻雜溝道中，其互補(bǔ)的載流子遷移進(jìn)入該半導(dǎo)體襯底中，該復(fù)合結(jié)構(gòu)還具有由多個(gè)在所述由電絕緣材料構(gòu)成的層上和在該半導(dǎo)體襯底上設(shè)置的電極構(gòu)成的電接觸結(jié)構(gòu)，具有這些工藝步驟I.將一個(gè)由電絕緣的材料構(gòu)成的層施加到一個(gè)p型或者n型摻雜的半導(dǎo)體襯底上II.在該由電絕緣的材料構(gòu)成的層中產(chǎn)生摻雜溝道III.在這些摻雜溝道中和在該由電絕緣的材料構(gòu)成的層上施加由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的一個(gè)覆層，并且IV.在該由電絕緣的材料構(gòu)成的層上和在該半導(dǎo)體襯底上施加電極，其特征在于，工藝步驟I借助一種等離子化學(xué)氣相淀積在溫度范圍為200℃至300℃中的工藝溫度下進(jìn)行，和/或工藝步驟II借助對(duì)所述由該電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)以高能重離子輻射來執(zhí)行，以將摻雜溝道構(gòu)造為納米級(jí)的孔隙(VP)，這些孔隙具有在由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)中可選擇的分布，并且具有可選擇的孔隙直徑、孔隙深度和孔隙形狀，其中這些孔隙參數(shù)可以通過輻射參數(shù)的選擇來調(diào)節(jié)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，在所述工藝步驟II中為了構(gòu)造摻雜溝道，接著所述輻射之后進(jìn)行離子軌跡的蝕刻，其中這些孔隙參數(shù)可以通過蝕刻參數(shù)的選擇、特別是蝕刻持續(xù)時(shí)間的選擇來調(diào)節(jié)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或者21的方法，其特征在于，在所述工藝步驟III中，由導(dǎo)電的材料構(gòu)成的不同的覆層被施加在這些摻雜溝道中以及施加在該由電絕緣的材料構(gòu)成的層上。
23.特別是根據(jù)權(quán)利要求1至19中之一的、參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其中該半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有可選擇的p型或n型摻雜以及導(dǎo)電能力和一個(gè)鄰接的平面的層，該平面的層由電絕緣的、具有基本上垂直集成的摻雜溝道的材料構(gòu)成，具有可選擇的導(dǎo)電能力的導(dǎo)電材料被置入這些摻雜溝道中，其互補(bǔ)的載流子遷移進(jìn)入該半導(dǎo)體襯底中，該復(fù)合結(jié)構(gòu)還具有由多個(gè)在所述由電絕緣材料構(gòu)成的層上和在半導(dǎo)體襯底上設(shè)置的電極構(gòu)成的電接觸結(jié)構(gòu)，其特征在于一種功能，該功能是在一個(gè)簡(jiǎn)單的、具有盡可能少數(shù)量的附加的開關(guān)元件的電路布置中作為電子的、有源的或者無源的元件，特別是在作為晶體管、電容器、電阻、放大器或者振蕩回路的構(gòu)造中，作為光電元件、特別是在作為光發(fā)射器或者光檢測(cè)器的構(gòu)造中，作為濕電子元件、特別是在作為濕敏電池的構(gòu)造中，或者作為傳感器的元件、特別是在作為傳感器電池的構(gòu)造中，作為數(shù)字元件，特別是作為觸發(fā)器，或者作為這些元件的組合，其中相應(yīng)的功能的形成通過該半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(PSC)的參數(shù)確定，特別是通過孔隙(VP)和覆層形式的摻雜溝道的形成以及通過工作點(diǎn)的、通過施加參量的變化的部分地調(diào)節(jié)以及通過結(jié)構(gòu)化和通過電極(o，v，w)的配置構(gòu)成，其中覆層由以納米團(tuán)簇(DNC)形式的導(dǎo)電材料(ECM)構(gòu)成。
全文摘要
已公開的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)單一功能地工作。為了在同時(shí)最大的一致性下實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)確定的半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(TEMPOS)具有作為摻雜溝道的納米級(jí)的孔隙(VP)以及在由電絕緣的材料構(gòu)成的層(EIL)的表面上的孔隙(VP)之間的、由導(dǎo)電的材料(ECM)構(gòu)成的高阻的覆層，其中形成電阻，它支持附加的載流子在半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(PSC)中垂直的遷移，然而阻止在同一側(cè)的電極(o，w)之間的水平遷移。用于半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(TEMPOS)的功能調(diào)節(jié)的基本參數(shù)涉及孔隙(VP)的構(gòu)造以及導(dǎo)電的材料(ECM)的構(gòu)造，其中該半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)(TEMPOS)還可以包括差分負(fù)電阻(NERPOS)。優(yōu)選的是孔隙(VP)可以通過離子輻射借助隨后的蝕刻而產(chǎn)生，其中蝕刻持續(xù)時(shí)間決定了孔隙深度和孔隙直徑。導(dǎo)電的材料(ECM)可以優(yōu)選地由導(dǎo)電的納米團(tuán)簇(DNC)或者濕度敏感的富勒烯(MOSBIT)構(gòu)成。應(yīng)用涉及在模擬和數(shù)字實(shí)施形式中的、電子的、光電的、濕電子的以及傳感器的半導(dǎo)體元器件，這些半導(dǎo)體元器件具有有源的和無源的、熱學(xué)的、電阻性的、電容性的、頻率相關(guān)的、化學(xué)的和/或抗輻射的特性。
文檔編號(hào)H01L51/00GK1802758SQ200480015110
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月31日
發(fā)明者迪特馬爾·芬克, 屈特·霍佩, 亞歷山大·彼得羅夫, 沃爾夫?qū)し柤{, 亞歷山大·烏利亞申, 伯恩哈德·斯坦斯基, 烏爾里?！ど５聨炖?申請(qǐng)人:哈恩-邁特納研究所柏林有限公司