液体基电子器件制造技术

一种电子器件，包括：至少一个通道，该通道具有可填充流体的通道内部和至少部分地围绕通道内部的电绝缘壁，使用时，该通道内部包含电荷载流子，该电子器件进一步包括：至少一个控制电极，该电极与通道内部电隔离，并且与通道内部电容性接触。此外，这种电子器件的使用方法，例如混合或分离流体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

和专利技术背景本专利技术涉及电子器件。本专利技术进一步涉及包括这种电子器件的集成电路和使用这种电子器件的方法。本专利技术还涉及用于控制电子器件的电学特性的控制器件和计算机程序产品。现代技术的实质部分是基于操纵固态半导体例如晶体管和集成电路(IC)中的电荷载流子的流动的电子器件，所述电荷载流子例如是“空穴”和“电子”。通过半导体器件的物理特性(“状态”)和器件端子的状态确定这些半导体器件中的电荷载流子的流动，在所述器件端子处，控制半导体器件(或其一部分)的电压，并且施加电流。半导体器件的物理特性在很大程度上由确定固定电荷、即(或多或少)独立于局部电场的电荷分布的杂质(“掺杂”)的轮廓(profile)来依次确定。由于通过相当精细的化学和物理处理来制备，因此掺杂轮廓被设置到半导体器件中，并且固定不变。在制造该器件之后，或多或少，都不可能改变掺杂轮廓。该掺杂轮廓是器件的定性性质的重要决定因素，即该器件是否是双极型晶体管、场效应晶体管、可控硅整流器等。一旦制造，绝大多数这些器件都不能从一种类型转变到另一种类型。可以将已知的大部分半导体器件基本上归类为两类，单极型和双极型。在单极型器件中，掺杂为单个类型，例如正或者负。单极型器件的例子为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和肖特基二极管。双极型器件具有相反类型的掺杂，例如正和负，可以在分离的区域中设置这些类型，由此形成n-p结。双极型器件的例子为双极结型晶体管和PN结二极管。器件端子的物理状态大部分由施加给它们的电压(和电流)确定。通过大范围的模拟和数字电路可以容易地及时控制电压和电流，所述模拟和数字电路反过来可以利用在计算机系统中可以广泛获得的集成电路以高分辨率来控制。通过使用端子阵列可以进一步在空间上控制电压和电流，其中每个端子都接收独立的电流和/或电压，例如来自计算机控制下的运算放大器输出的电流和/或电压。实际上，可以通过几乎相同的电路和控制门阵列和存储芯片的计算机系统(硬件和软件)来控制端子的阵列。使用该领域的技术状态，利用2002年可获得技术的保守估计，在10纳米和更大以及100纳秒和更长的数量级上，可以在空间上和时间上控制端子的物理特性。尽管器件端子的状态易于控制，但是器件特性的另一个主要决定因素-半导体自身的状态、即其掺杂轮廓-是难以控制的。不论已知电子器件相当大的复杂性，它们都具有不可变性的重要缺点。一旦在制造过程中将掺杂轮廓设置到半导体器件中，如果不是不可能，也是很难改变该轮廓。当制造时，就彻底地确定了半导体的物理状态。除了主要的电流载流子是空穴和电子的半导体器件之外，还已知水溶液中的离子为主要的电流载流子的器件。这两类器件具有下列优点电子和空穴天性非常快，而离子允许利用化学特性。离子型集成电路(IIC’s)是实现了溶剂(主要是水，但不排除其它)中的离子的控制流动的器件。由于离子电流流动的平衡与半导体中电子和空穴电流流动的平衡(几乎)一致，因此可以建立模仿固态集成电路的IIC[1，8-16]。通过主宰固定电荷分布的掺杂的空间分布确定IC的特性，而例如，可以沿着蛋白质(protein)通道的壁或者碳纳米管的壁通过聚合物基质中的固定电荷的空间分布来确定IIC的特性。例如，如果IC或者IIC中的固定电荷在一个区域是正的，并且在相邻区域是负的，则产生了一个PN结二极管，这可以通过其电流-电压特性立即识别出。然而，IIC也具有缺点，即当制造器件时，IIC中的掺杂就被彻底地设置。掺杂是器件的物理和化学结构的结果，因此IIC中的掺杂就像半导体器件中的掺杂，一旦形成了器件，就不能被改变。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种更灵活的器件，具体地说，具有时间或者空间上可改变的掺杂轮廓的器件。因此，本专利技术提供一种根据权利要求1的电子器件。根据本专利技术的电子器件是灵活的，因为可以通过电极上的电荷或者电压控制通道中的掺杂。此外，本专利技术提供一种根据权利要求24的集成电路和根据权利要求25-28的方法。这种集成电路和方法也是灵活的，因为用在该集成电路或者方法中的器件中的掺杂是灵活的。本专利技术还提供一种控制器件，用于控制根据本专利技术的电子器件的控制电极的电学特性。本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括当在可编程器件上运行时执行根据本专利技术的方法步骤的程序代码。在从属权利要求中阐述了本专利技术的具体实施例。本专利技术的进一步细节、方案和实施例将参考附图描述。附图简述附图说明图1示意性示出了根据本专利技术的器件实施例的一个例子的截面图；图2示意性示出了沿着线II-II截取的图1的例子的截面图；图3示意性示出了连接到控制电路的图1的例子的框图；图4示意性示出了具有彼此连接的两个通道的器件实施例的一个例子的截面图；图5示意性示出了根据本专利技术用作单极型器件的器件实施例的一个例子的截面图； 图6示意性示出了根据本专利技术用作双极型器件的器件实施例的一个例子的截面图；图7示意性示出了根据本专利技术用作具有电流注入的双极型器件的器件实施例的一个例子的截面图；图8示意性示出了根据本专利技术可以用于化学反应或者催化剂的器件实施例的一个例子的截面图；图9示意性示出了根据本专利技术在集成电路中实施的器件实施例的一个例子的截面图；图10示意性示出了根据本专利技术具有环形通道的器件实施例的一个例子的截面图。详细描述下面利用器件和方法的例子更详细地说明本专利技术，其中离子是电荷载流子的主要类型。然而，本专利技术同样可以应用于电子和/或空穴作为电荷载流子的主要类型的IC。具体地说，但不排除其他，在速度不是优点的限定特征(defining figure)的应用中，利用电子和空穴作为电荷载流子的主要类型，可以在对灵活性和控制具有实质优点的情况下使用本专利技术。此外，这里使用的术语“流体”包括任何非固态的介质，例如液体、气体、(部分)真空、等离子等。在图1中示出了根据本专利技术的器件实施例的例子。该器件包括被电绝缘壁11围绕的通道10。壁11具有面向通道内部14的内壁面12和从通道内部远离的外壁面13。在外壁面13上，安置大量的电触点或者焊盘15。焊盘15可以为金属或者半导体材料，并且与通道内部14电绝缘，但是与至少一部分通道内部14电容性接触。焊盘可以通过导体或者导线18连接到控制电路，例如图3所示的控制电路。在使用该器件时，电荷载流子存在于通道10的内部14。该电荷载流子例如可以是液体中的离子，所述液体例如是包含盐离子，如Na+和Cl-的水溶液。通过导体或者导线18，可以控制焊盘15的电荷或者电压。在图1的例子中，每个焊盘15都与分离的导线18连接，因此可以独立于其它焊盘15上的电压或者电荷来控制每个焊盘上的电压或者电荷。由此，例如，图1中左手焊盘对15可以具有与中央对上的电压不同的电压，所述中央对上的电压可以再与右手对的电压不同，由此控制沿着通道的掺杂轮廓。由于控制焊盘上的电荷或者电压，因此控制了焊盘附近的通道的电学特性。更具体地说，在该例子中，焊盘15与通道内部14电容性接触。由此每个焊盘15作为电容器极板，而焊盘15附近的通道内部14也作为电容器极板。通道壁11作为电容器极板之间、例如焊盘15和通道内部14的各个部分之间的电介质。因此，通过改变一个或者多个焊盘15上的电荷或者电压，通道内部14将执行其作为电容器极板的角色，并且改变了通道10中的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子器件，包括：至少一个通道，具有可填充流体的通道内部和至少部分地围绕该通道内部的电绝缘壁，在使用时，该通道内部包含电荷载流子，该电子器件进一步包括：一个控制电极，该电极与所述通道内部电绝缘，并且 与所述通道内部电容性接触。

【技术特征摘要】
1.一种电子器件，包括至少一个通道，具有可填充流体的通道内部和至少部分地围绕该通道内部的电绝缘壁，在使用时，该通道内部包含电荷载流子，该电子器件进一步包括一个控制电极，该电极与所述通道内部电绝缘，并且与所述通道内部电容性接触。2.如权利要求1所述的电子器件，其中在使用时所述至少一个通道包含其中存在电荷载流子的液体。3.如权利要求1或2所述的电子器件，其中该电荷载流子包括离子。4.如权利要求2或者权利要求2和3所述的电子器件，其中该液体是水溶液。5.如权利要求3和4所述的电子器件，其中该离子包括盐离子。6.如权利要求1所述的电子器件，其中该电荷载流子包括电子。7.如前述任意一项权利要求所述的电子器件，其中所述至少一个通道具有通道入口，和通道出口，在该通道入口和通道出口设置控制电极，每个所述控制电极都电连接到为控制所述通道入口和出口的电学特性而设置的控制器件。8.如前述任意一项权利要求所述的电子器件，包括至少两个平行通道。9.如权利要求8和权利要求1-7中任意一项所述的电子器件，其中两个平行通道通过至少一个相交通道连接。10.如权利要求1-9中任意一项所述的电子器件，其中所述控制电极中的至少两个在所述通道的相对侧上布置成彼此相对。11.如权利要求10所述的电子器件，其中所述至少两个相对的控制电极彼此电连接。12.如权利要求1-11中任意一项所述的电子器件，其中所述控制电极中的至少两个彼此电绝缘。13.如权利要求1-12中任意一项所述的电子器件，进一步包括通信地连接到所述控制电极的控制器件，设置该控制器件来控制所述电极的电学特性。14.如权利要求13所述的电子器件，其中所述控制器件包括软件可编程装置。15.如前述任意一项权利要求所述的电子器件，进一步包括至少一个与所述通道内部导电接触的直接电极(direct electrode)。16.如权利要求9所述的电子器件，其中当在所述通道的纵向上观察时，所述相交通道位于至少一个所述通道的两个相邻电极之间。17.如前述任意一项权利要求所述的电子器件，其中至少一个所述电极是栅电极。18.如前述任意一项权利要求所述的电子器件，其中至少一个通道具有矩形截面。19.如前述任意一项权利要求所述的电子器件，其中至少一个通道基本上是直的通道。20.如权利要求1-18中任意一项所述的电子器件，其中至少一个通道具有弯曲形状。21.如权利要求20所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特施姆艾森伯格，
申请(专利权)人：分子生物物理公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]