本发明涉及存储器件和形成存储器件的方法。

由于光刻技术的限制，硅芯片上有源器件的尺寸缩小正接近极 限。例如，诸如干涉和衍射的光波特性能够限制器件大小和密度。对 如何克服光刻技术的极限已经进行了大量研究。

研究已经集中在通过移相光刻解决所存问题和发展其它新的方 法。结果是，借助这种研究，已经发展了在利用小体积中电子限制的 器件设计。这种器件设计的三种基本类别是量子点(QD)、谐振隧道 器件(RTD)和单电子晶体管(SET)。R.Turton在The Quantum Dot，Oxford，U.K.，Oxford University Press，1995中较详细地讨论 了量子点；A.C.Seabaugh等人在Future Electron Devices(FED) J.，Vol. 3，Suppl.1，pp.9-20，(1993)中较详细地讨论了谐振隧道器 件；M.A.Kastner在Rev.Mod.Phys.，Vol. 64，pp.849-858，(1992) 中较详细地讨论了单电子晶体管；在此所有这些公开的引用是作为 参考。

本发明提供了包括至少一对空间隔离开的导体的存储器件。铁电 材料配置在该对导体之间。该导体空间隔离足够的距离以允许在其之 间有隧道电流。

本发明另一方案提供了用于形成存储器件的方法。该方法包括在 基片上提供至少一对空间隔离开的导体。铁电材料提供在该对导体之 间。该对导体空间隔离足够的距离以允许在其之间有隧道电流。

从下面详细的说明中本领域技术人员将容易清楚本发明的其它 目的和优点，其中下面说明仅仅是简单地通过完成本发明最佳模式设 计来展示和说明本发明实施例的。正如将要实现的，在不脱离本发明 的情况下，本发明能够有其它的不同实施例，并且其几个细节能够在 各种显而易见的方案中进行修改。因此，附图和说明书实质上是作为 说明而不是作为限制。

当结合附图考虑时，本发明的上述目的和优点将可以被更为清楚 地理解。

图1表示根据本发明的铁电存储器件实施例的剖面图；

图2A，图2B和图2C表示根据本发明的铁电存储器件之实施例的 剖面图，说明了该实施例的工作；

图3A，图3B，图3C和图3D说明用于形成根据本发明的铁电存 储器件的工艺之实施例的各个阶段的剖面图；

图4表示根据本发明的铁电存储器件实施例的顶视图；

图5表示根据本发明的铁电存储器件另一实施例的剖面图；

图6放大表示在图5说明的本发明实施例一部分的剖面图；

图7表示在进一步处理之后图6说明的本发明实施例的剖面图；

图8表示根据本发明可以利用的DNA分子实施例；

图9-11表示在根据本发明的工艺实施例的各个阶段上根据本发 明的器件实施例的剖面图。

本发明提供了铁电存储读写存储器。通常，根据本发明的存储器 件包括在两电极之间的薄铁电层。铁电层的厚度一般要足以允许隧道 效应。

通过对直铁电层的电偶极子，数据可以存储在根据本发明的存储 器件中。偶极子的不同对直状态可以认为是“上闭(up close)”或 “下闭(down)”。通过控制铁电层的电偶极子，可以控制隧道电流。

通过施加产生超过阈值内场Ec之电场的足够高的电压，数据可 以被写入根据本发明的铁电存储器件中。至少和Ec一样大的电压将 改变铁电材料的内偶极子的方向。对偶极子的不同状态可以指定不同 的值。一个状态可指定为“0”值，而另一状态可指定为“1”值。因 此，该存储器件允许信息的存储。

读根据本发明的存储器件是用大大低于要求产生等于或高于Ec 值电场之电压的电压完成的，结果使得在铁电材料中产生的电场小于 Ec。因此，在这个较低的电压下，铁电材料的偶极子在读期间不改变 方向。

使用根据本发明存储器件进行存储的通用方法利用了铁电材料 的高介电常数的特性，通过场晶体管类型结构，存电荷和“读”所存 电荷。为更详细地考虑本发明的这个方案，在此引用参考了美国专利 US 5,487,029所公开的全部内容。

本发明还包括用于形成存储器件的方法。概括地说，方法可以描 述为提供至少一对空间隔离开的导体和在该对导体之间提供铁电材 料。该对导体被空间隔离足够的距离以允许在此之间的隧道电流。

图1表示根据本发明的铁电存储读写存储器件的例子。图1所说 明的实施例一般地表示了根据本发明的高密度存储的方案。按照这些 方式，图1说明的实施例展示了根据本发明的单“存储单元”的本质 特征。这样，图1所说明的器件是能够存储一位数据即0或1的单存 储单元。

在图1说明的实施例中，根据本发明的存储器件可以被描述为与 铁电材料3相互连接的两个空间隔离开的电极1和2。根据本发明的 存储器件的确切结构可以变化很大。但是，铁电材料中的电极作为结 构的一部分将可看作是相同的。

根据本发明的结构可以被嵌入介质层中。一般讲，围绕根据本发 明存储器件的介质材料能够具有大约1到大约10的介电常数。这种 介质材料的例子包括具有介电常数为1的空气；具有介电常数为7的 氮化硅；具有介电常数为大约9.2到大约9.4的氧化铝；以及具有介 电常数为3.9的二氧化硅。这些是介电常数的例子。考虑到介质可以 是空气的事实，显然根据本发明的存储器件可以简单地形成在基片 上，不需要上覆或邻近器件侧面的材料。

图1所说明实施例中的电极1和2在这里通常称作为导体，它可 以由各种不同的材料制成。按照这些方式，导体或电极1和2一般用 导电材料制成。例如，电极可以是金属或掺杂半导体。可以用作为电 极的金属例子包括一个或多个铝、金、银、铜或/和包括任何一个或 多个这些金属的合金。半导体的例子包括硅和硅-锗。

尽管根据本发明的存储单元的物理尺寸可以变化，一般来说，电 极1和2具有的线宽在大约1nm到大约500nm的范围，厚度在大约 100nm到大约1000nm的范围。此外，铁电材料能够是具有小于大约 10nm厚度的薄膜。

用于根据本发明的铁电材料3的成分可以变化。可以影响铁电材 料成分的一个因素是器件期望的读写电压。控制读写电压的一个方法 是控制铁电材料的居里温度。按照这些方式，具有较高居里温度的铁 电材料能够分别提高读电压Vr和写电压Vw。根据本发明可以利用的 铁电材料例子包括具有居里温度Tc为120℃的钛酸钡；具有居里温 度为490℃的钛酸铅；具有居里温度为415℃的铌酸钾；具有居里温 度为49℃的次氨基三乙酸硫酸盐(tri-glycine sulphate)；具有 居里温度为23℃的罗谢尔盐(酒石酸纳钾)；以及具有居里温度为 112℃的铌酸铅铁。

正如上述，写根据本发明的存储器件通常包括施加具有足够值的 写电压Vw足以产生电场Ec来控制铁电材料的内部偶极子。在铁电材 料中产生的电场应该是至少高达铁电材料的场程(the course of field)Ec。Vw的值可以依赖于铁电材料的成分。Vw的值还可以依赖 于铁电材料的居里温度和工作温度之间的温度差。

例如，一般地说，温度差愈小，写或转换偶极子的阈值电压愈低。 例如，如果铁电材料包括钛酸钡，室温下改变该材料偶极子方向的典 型电场低于10,000V/cm。对于这里所说明的厚度，该电场可以从大 约1000V/cm变化到大约10,000V/cm。根据一个例子，对于铁电材 料的厚度大约为100nm，则改变偶极子方向所需的电压是在大约 100mV之上。

在写根据本发明的存储器件中，铁电材料的每个偶极矩可以被指 定为一个值。例如，一个状态可以是值为“0”的标记，另一状态可 指定为“1”值。图2A表示了其中铁电材料3的偶极子μ在图2A取 向中指向下的状态。这个状态可以指定为“0”值。为了将偶极矩改 变到状态“1”，在电极1和2之间可以施加对应于大于Vw之电压的 向上电场，如图2B所示。

如图2C所示，作为施加写电压的结果，铁电材料的偶极矩已经 被逆向。该状态可以被指定为“1”值。

读根据本发明的存储器件可以非常类似于写根据本发明的存储 器件进行。读方法和写方法之间的一个差别是读存储器所施加的电压 Vr要远远小于写电压Vw。为了读根据本发明的存储器件，在两电极1 和2之间施加读电压并且测量隧道电流。根据一个例子，读电压Vr 在电极1上为正，在电极2上为负。根据这个例子，对于给定的Vr， 隧道电流I在图2C所示的状态1将为高，在图2A所示的状态0将为 低。对应于存储器件的两个状态，所测量的隧道电流通过电子电路可 以被转换成电压。

正如从上述说明能够理解的，利用相同的电路系统可以进行读和 写根据本发明的存储器件。这是本发明的一个优点。本发明的另一个 优点是存储可以是永久的。

一般地说，读电压是大大低于改变偶极子方向所要求的阈值电压 以便确保读电压不会改变存储器件的状态。例如，对于钛酸钡作为铁 电材料，为了在不改变偶极矩的情况下读存储器件，读电压可以低于 大约100mV。该读电压可以从大约1mV变化到大约100mV。

通过在导体之间施加写或偏置电压可以感生偶极矩或剩余极 化。如果偏置电压足以在铁电材料中产生高于铁电材料场程(the course of the field)的电场，则该偏置电压能够认为是写电压。 铁电材料的剩余极化可以被逆向，即通过改变导体之间偏置电压的符 号可以被改变方向。

另一方面，如果偏置电压产生低于铁电材料场程的电场，将不会 改变铁电材料的剩余极化。该偏置电压可以被认为是读偏置电压。可 以检测和分析由读偏置电压产生的隧道电流以确定铁电材料的剩余 极化，因此确定存储器件的状态。

换言之，通过确定隧道电流，可以确定存储器件是否具有“0” 状态或“1”状态。按照这些方式，当隧道电流为高时，它可以具有 大约0.1mA到大约10mA范围的上半范围之值。当为小于一半写偏置 电压的读偏置电压是反平行于剩余极化时，隧道电流为高。一般地 说，读偏置电压将是小于大约一半的写偏置电压。

另一方面，当为小于一半写偏置电压的“读”偏置电压是平行于 铁电材料的剩余极化时，隧道电流为“低”。在这种情况下，隧道电 流可以具有大约0.1mA到大约10mA的下半范围之值。

借助施加读偏置电压的同时，热可以局部地施加到铁电材料。铁 电材料的升高温度可以降低矫顽场，其在居里温度下全部到达0或接 近0。根据一个例子，利用光阻加热，热量可以局部地施加到铁电材 料。根据一个例子，光阻加热利用了激光。温度可以是超过室温最多 到大约特殊材料之居里温度的任何温度。

本发明包括结合了上述的含有至少两个空间隔离开的导体的本 发明之通用结构的多个结构。导体可以配置在相同平面上。导体也可 以配置在不同平面上。如果它们不配置在相同平面上，该对导体可以 在垂直方向上以最多到大约10nm的距离分开。

铁电材料配置在导体之间。铁电材料可以具有最多到大约10nm 的厚度。铁电材料可以包括至少一个由任何上述讨论的材料制成的铁 电晶体。铁电材料可以具有大约23℃到大约490℃的居里温度。另 外，铁电材料可以具有使得转换铁电材料偶极子所要求的电压为从大 约100mV到大约10,000mV的性质。读存储器件所要求的偏置电压可 以低于大约10mV。

介质材料可以包围导体和铁电材料。介质材料可以具有大约1到 大约10的介电常数。

图1表示了根据本发明的存储器件的通用简视图，图3D和4表 示了包括多个诸如图1所示之结构的较大器件。按照这些方式，图3D 和4表示的本发明实施例包括多个第一平行导体5和多个第二平行导 体9。在图3D和4表示的实施例中，第二平行导体9垂直于第一平 行导体5并且叠加在第一平行导体5上。铁电材料8至少沉积在第一 平行导体5和第二平行导体9之间。

正如能够从上述讨论和从图3D和4所知道的，本发明可以包括 多个第一导体5和仅仅一个第二导体9。另外，本发明能够包括一个 第一导体5，并具有配置在第一导体5之上的多个第二导体9。在图 3D和4表示的实施例中，第二组导体9的导体与第一组导体5的导 体相叠置处的每个结将是存储单元。这样，在导体重叠处和铁电材料 之间的每个位置代表诸如图1所示的一对导体。每个存储单元的大小 将至少部分地由导体宽度和间距控制。

正如从图3D和4说明的实施例所清楚表示的，多个空间隔离导 体可以提供在基片和在导体之间的铁电材料上。在诸如图3D和4表 示的实施例中，虽然实施例包括多个导体5和多个导体9，这些导体 组的任何一个都可以仅包括一个导体。

在形成诸如图3D和4表示的实施例中，可以首先在基片上提供 粘结层。第一金属层可以提供在该粘结层6上。第一光致抗蚀剂层可 以提供在该第一金属层上。

可以曝光该光致抗蚀剂层以形成期望图形。然后可以显影该光致 抗蚀剂。光致抗蚀剂的显影在第一导电层之上形成了掩膜。利用该光 致抗蚀剂掩膜，可以刻蚀该第一导电层5。然后可以去掉或剥离显影 后剩余的光致抗蚀剂。

接着，一层铁电材料可以提供在所刻蚀的第一导电层的剩余部分 的至少一个部分上。铁电材料可以沉积在所刻蚀的第一导电层的多个 部分上。铁电材料还可以提供在通过刻蚀第一导电层所暴露的基片 上。第一导电层的刻蚀还可以去掉并不位于光致抗蚀剂下面的粘结层 部分和位于光致抗蚀剂下面的第一导电层。

然后第二导电层可以提供在铁电材料层上和在导电材料第一层 剩余部分之间基片的可能部分上，以及在导电材料第一层剩余部分之 间的区域上，不管这些区域是在基片之上或在粘结促进剂之上。第二 层光致抗蚀剂提供在第二层导电材料上。曝光和显影第二层光致抗蚀 剂并刻蚀第二层导电材料。然后可以剥离第二层光致抗蚀剂。

根据本发明的另一实施例，导体组的至少一个包括了有机分子。 有机分子的一个例子是DNA，如图5-7说明的实施例中。图7表示根 据本发明这个方案的实施例例子的剖面图。图5表示在进行附加处理 以形成图7所示最终实施例之前图7所示实施例的放大视图。正如图 5所示，图7所示存储单元可以包括多个导体10和11。图5-7所示 的实施例中，DNA串(strand)或者其它有机分子起一个导体作用。 在通常于图1表示的空间隔离开的导体对中，导体11起另一导体作 用。

在图1表示的本发明实施例中，是图1A所示的导体和铁电材料 部分形成了根据本发明存储器件的隧道结/间隙。在图7表示的本发 明实施例中，电极11和导电材料18之间的隧道间隙19由纳米粒子 和纳米粒子与导体或电极11之间的分子提供。根据这种实施例，存 储单元包括开关，这里DNA和栅电极11之间的隧道电流由铁电纳米 粒子的极化状态调制。用该实施例存储的位是静态的。读和写单元是 用相同电路系统完成的。单元大小可以通过栅电极的尺寸限制。

当将图5-7所示的实施例与图4说明的实施例比较时，导体5的 至少一个和/或导体9的至少一个可以用至少一个有机分子替代。换 言之，图1所示电极对中的至少一个电极可以用至少一个有机分子替 代。铁电材料将仍然被沉积在有机分子和另一电极之间。铁电材料将 可配置在有机分子和另一电极之间。

铁电材料可以配置在至少一个有机分子上。按照这些方式，诸如 通过粘结或其它方法，铁电材料可以附着到至少一个有机分子上。例 如，导电材料还可以附着到至少一个有机分子上以将导电特性提供给 有机分子，以便提供图4说明实施例中导体9的功能。

至少一个有机分子可以包括至少一个低聚物(oligomer)，其附 着到至少一个有机分子上的至少一个位置。在附着到至少一个有机分 子之至少一个部分的低聚物单分子层中，可以包括至少一个低聚物。

如果至少一个有机分子是DNA分子，该DNA分子可以是单串或双 串的。图5到7所示的实施例包括双串DNA分子。根据一个例子，该 DNA是λ-DNA。然而，根据本发明，可以利用具有任何序列基(any sequence of bases)的任何DNA分子。换言之，可以主观上选择DNA。

至少一个DNA分子可以包括至少一个R-环(R-loop)。一般地 说，至少一个R-环被形成在有至少一个DNA分子配置于其上的至少 一个导体上面，例如其为导体11。

正如上述，可以包括在根据本发明之结构中的DNA分子可以包括 R-环。R-环的说明可以见Asai和Kogoma的D-loops and R-loops： Alternative Mechanisms for the Initiation of Chromosome Replication in Escherichia coli，JOURNAL OF BACTERIOLOGY，Apr.1994，pp.1807-1812；Landgraf等人的R-loop stability as a function of RNA structure and size，NUCLEIC ACIDS RESEARCH，1995，Vol23，No.7，pp.3516-3523；Landgraf等人 的Double stranded scission of DNA directed through sequence-specific R-loop formation，NUCLEIC ACIDS RESEARCH，1995，Vol 23，No.7，pp.3524-3530；以及Masai和Arai 的Mechanisms of primer RNA synthesis and D-loop/R-loop dependent DNA replication in Escherichia coli，BIOCHEMIE(1996) 78，PP.1109-1117，所有这些内容在此引用作为参考。

正如下面将要较详细说明的，为纳米粒子附着到DNA分子上，R- 环可以用作提供地点。每个R-环可以包括至少一个粘结到在R-环内 一部分DNA的纳米粒子。除了包括超过一个R-环之外，超过一个的 纳米粒子应能附着到每个R-环内的一部分DNA分子上。下面将较详 细地讨论将纳米粒子附着到R-环上的步骤。

根据任何已知的形成R-环的技术可以形成R-环，例如采用在上 面参考科学文献中公开的技术。在R-环的形成中可以利用至少一个 具有与该DNA分子至少一个部分互补的序列的RNA分子。正如上述， DNA分子可以包括超过一个R-环。因此，可以利用超过一个RNA分子 来形成DNA分子中的R-环。每个RNA分子可以具有对不同序列DNA 分子互补的序列。

可以控制RNA分子的序列来控制R-环产生的地方。例如，如果 DNA分子将包括一个R-环并且该R-环将是位于DNA分子中心，该RNA 分子可以具有对DNA分子序列互补的序列，使得RNA分子将基本上在 DNA分子的中心，到R-环形成的DNA分子的末端是等距离的。DNA分 子可以具有允许期望数目的R-环形成在期望位置的任何序列。

按照DNA分子相对于可以处在DNA分子下面之电极的定位，在形 成R-环中可以被利用的RNA分子的序列可以变化。按照这些方式， RNA分子可以具有使得R-环可以定位在下面电极之上的序列。如果本 发明包括超过一个R-环且每个R-环都在电极的上面，则在形成R-环 中所利用的RNA分子可以具有使得R-环将定位在下面电极之上的序 列，例如该电极是图5-7说明实施例中的电极11。

按照该实施例，R-环的长度可以变化。根据一个例子，R-环的长 度，换言之至少一个R-环占有的DNA分子上的核甙酸基(nucleotide bases)的数目，可以依赖于配置在形成R-环之DNA分子下面的导体 或电极11的宽度。根据一个例子，形成R-环的RNA 15可以是大约 10到大约1500个基长(base long)。这对应于大约3到大约500nm 的长度。一般地说，形成RNA的R-环具有大约30到大约300个基的 长度，对应于大约10到大约100nm的长度。

铁电材料可以附着到R-环内的DNA分子上。根据这种实施例，铁 电材料一般附着到R-环中DNA分子的未键合到形成RNA 15之R-环的 部分。

至少一个化学成分(chemical moiety)可以被附着到至少一个R- 环中的至少一个核甙酸上。至少一个化学成分可以包括铁电材料。通 过至少一个氢键和/或至少一个共价键，至少一个化学成分可以附着 到R-环中的DNA分子上。

附着到有机分子上的至少一个化学成分的性质从实施例到实施 例是可以变化的。根据一个实施例，至少一个化学成分包括至少一个 核甙酸。根据一些实施例，该至少一个化学成分可以包括多个化学成 分。该多个化学成分的至少一个一般能够键合在至少一个R-环中的 至少一个核甙酸。根据一些实施例，该至少一个化学成分包括至少一 个酸基和至少一个醇基。

至少一个化学成分可以附加地或选择地附着到R-环中至少一个 DNA分子上的至少一个酰胺基(amide group)上。该至少一个化学成 分可以包括两个核甙酸，这两个核甙酸键合R-环中DNA分子上的两 个核甙酸。这两个分子包括在该化学成分中，并且包括2-氨基-6羟 嘌呤(guanine)和胞嘧啶(cytosine)或胸腺嘧啶(thymine)和6-氨基 嘌呤(adenine)。

正如所述，化学成分可以包括纳米粒子。纳米粒子可以包括铁电 材料。纳米粒子可以具有小于大约10nm的最大宽度。

该至少一个化学成分可以包括至少一个纳米粒子。为容易将纳米 粒子键合到有机结构，纳米粒子可以包括附着到该纳米粒子的一个或 多个原子或化学基团。通过附着一个或多个这种原子或基团，该纳米 粒子可以被“功能化”。

在有机结构包括DNA分子的情况下，至少一个核甙酸可以被附着 到该纳米粒子上。在没有附着到RNA分子的R-环部分上，附着到纳 米粒子的该至少一个核甙酸对DNA分子R-环中的至少一个核甙酸是 互补的。因此，附着到纳米粒子的核甙酸可以依赖于DNA分子的序列 和纳米粒子附着到DNA分子的期望位置。纳米粒子和纳米粒子对DNA 分子的附着在上面进行了较详细地讨论。

纳米粒子可以附着在R-环内任何地方的DNA分子部分上。根据一 个实施例，纳米粒子附着在大约位于R-环内部分的中心处的DNA上。 因此，R-环的位置可以依赖于R-环的位置。例如，如果DNA分子包 括一个基本上在DNA分子中心的R-环，则纳米粒子可以附着在DNA 分子末端之间中部的DNA分子上。

不管本发明是否包括如图5到7所说明实施例中的有机分子或者 如图3D和4所说明实施例中的典型光刻定义的导体，本发明典型地 形成在基片上。其上可以形成本发明的基片例子包括玻璃和/或陶 瓷。这种材料的例子包括石英，氧化铝和PYREX。

另外，不管本发明是否包括如图5到7所说明实施例中的DNA分 子或者如图3D和4所说明实施例中的典型光刻定义的导体，本发明 可以包括配置在导体和基片之间的粘结层。图3D表示粘结层的例 子。导体和基片之间的粘结层可以包括至少一种导电材料。例如，粘 结层可以包括铬和/或钛。粘结层还可以配置在第二导体9和基片之 间，这里第二导体9是临近基片而不是配置在第一导体5之上。在图 5-7说明的实施例中，在将DNA分子配置在导体11之上以前，粘结 促进剂14可以提供在导体11的表面上。

根据本发明存储器件的导体，不管它们是诸如图3D和4中说明 的导体5和9的导体或者是诸如图5到7中所说明的导体10和11 以及基于导体的有机分子，彼此都可以通过大约50nm到大约5000nm 的距离分开。另外，每种类型的导体可以具有大约50nm到大约5000 nm的宽度。

另外，每种类型的导体可以是相互平行的。例如，所有的导体5 可以是相互平行的或者所有的导体9可以是相互平行的。一种类型的 导体还可以彼此等距离地配置。另外，一种类型的所有导体可以与相 同类型的另外导体不是相同距离的。

有机分子，或者换个说法，有机结构可以连接到基片表面上的电 极，例如为图5说明实施例中的电极10。上面较详细地说明了该电 极。该连接可以用各种各样的方式实现。例如，通过在电极上提供有 机结构可以附着的地点(sites)可以实现该连接。

通过各种各样的结构可以提供该附着点。例如，一个或多个原子 或分子可以提供在一个或多个电极上。根据一个例子，至少一个有机 分子被提供在至少一个电极上。有机分子能键合到电极表面。

根据一个例子，其中有机结构包括在电极10之间延伸的DNA分 子，至少一个DNA和/或RNA分子可以附着到图5所示的电极10上。 在有机结构包括DNA的情况下，DNA一般被提供在电极10上。DNA 可以用各种方法提供在电极上。

根据一个例子，DNA键合到容易与电极连接的原子或分子上。例 如，DNA能够是硫端接的(sulfur terminated)。硫端接端能够附 着到金电极表面。S-端接化合物键合金表面是公知的。

在电极10之间延伸的DNA分子可以键合电极上的DNA和/或 RNA。例如，将在两电极之间延伸的DNA分子和正如上述例子中的附 着到电极上的DNA分子两者能够具有单串部分(single stranded portion)。在电极之间延伸的DNA分子上和附着到电极的DNA分子上 的单串部分可以具有方便它们相互键合的互补端。

根据一个实施例，附着到电极的DNA分子是单串硫端接DNA。不 管单串或双串DNA或RNA是否键合电极，DNA和/或RNA可以包括从 大约30到大约30,000个基。然而，DNA可以长达大约10,000个 基对(base pairs)，RNA分子能包括大约40个基。

另外，不管单串或双串DNA或RNA是否键合电极，附着到一个电 极10的DNA和/或RNA分子可以比附着到另一个电极10的DNA和/ 或RNA分子具有不同的基序列。另一方面，其DNA是在电极之间延伸 的一部分DNA和/或RNA分子可以具有不同的序列，而不是整个DNA 和/或RNA分子。

根据实施例，其中DNA分子附着到电极上且DNA分子包括键合到 从电极10之间延伸的DNA分子的基序列，在电极10之间延伸的DNA 分子可以包括“粘附端(sticky ends)”，其具有对附着电极的DNA 是互补的基序列。

图8表示在电极10之间延伸的DNA分子21的实施例。为容易理 解本发明的这个方案，图8仅表示在电极10之间的一个电极11。DNA 分子21被展示为线性结构。在DNA分子的末端上提供有粘附端23 和25。

在构造或者换句话说获得了将被附着在电极10的DNA分子之 后，它们可以被附着在电极上。可以形成溶液，其中将加入DNA分子。 首先，形成盐的水溶液。盐的一个例子是氯化钠。然后，可以将每个 DNA分子加到该溶液中，这里不同的分子将被附着到每个电极10上。

在溶液形成之后，在一个电极10上可以放置一些一种溶液43， 在另一个电极10上可以放置一些另一种溶液45。哪种溶液放置到哪 种电极上可以依赖于期望将在电极之间延伸的DNA分子是如何定向 的。沉积在每个电极上的溶液量可以依赖于溶液中DNA，RNA和/或其 它分子的浓度。

在确定上面因素中，所得最终结构是重要的。即应该形成电极10 之间的一个DNA分子。体积浓度一般是第二位的。也能利用流动溶 液。

在将溶液应用到电极以将期望的分子沉积在电极上之后，可以去 掉溶液。通常，为了使要附着到电极上的一些分子容易在两电极之间 形成有机结构附着，允许溶液保留在电极上足够的时间。一般溶液保 留大约10分钟到大约20分钟。

去掉溶液可以采用若干方法。例如，可以洗掉溶液。例如，可以 利用水来洗掉溶液。通常溶液用液体洗掉，该液体不包括任何附着到 -S-Au键的成分。另一方面，溶液能允许在不需加热的情况下干燥。 根据一个例子，能够利用空气枪。

图10表示已经去掉溶液的电极。分子47和49保留附着到电极。

在锚定分子(the anchoring molecules)附着到电极上之后，将 在电极10之间延伸的结构可以应用于诸如图10所示的结构。在有机 结构包括DNA的情况下，DNA可以应用到在电极之上的基片并且隔开 电极。有机结构能够应用于溶液。用于产生桥接电极之DNA的一种方 法由Braun等人在DNA-templated assembly and electrode attachment of a conducting silver wire， Nature，Vol.391，pp.775-777，February 19，1998中公开，这里引 用全部内容作为参考。

在将那些在电极之间延伸的DNA分子应用到基片和电极之后，它 们可以键合附着到电极的有机结构，例如为锚定分子。为了促进DNA 分子关于电极和诸如上述DNA之锚定分子的期望定向，在电极之间延 伸的DNA可以经过使它们趋于对直的处理。该处理包括使DNA分子经 过E场或流场。如果利用E场，其可以是从大约104到106V/cm。另 一方面，如果利用流场，V可以是从大约1到100cm/sec。

激励DNA以特殊方式对直有助于确保至少一个DNA分子将在电极 之间延伸。通常，如何在电极之间仅形成“DNA桥”。另一方面，一 般没有DNA桥延伸到图11所示DNA桥所在区域的外部。

为容易DNA桥的形成，可以利用荧光染料标记DNA。实验是在显 微镜下做的。一旦形成了一个桥，包含DNA的溶液可以从电极区域中 洗除。

诸如电极11上或之上的图5到7所示DNA分子的有机分子的固 定可以通过在DNA分子和导体之间配置粘结促进剂来实现。粘结促进 剂可以是任何促使DNA分子在导体上固定的材料。根据一个例子，粘 结促进剂是分子，其包括在一端为硫原子且在第二端为OH基。硫原 子可以接触和键合导体11。另一方面，OH基可以接触一部分DNA分 子。包括硫分子和粘结促进剂是特别有用的，在这里导体/电极11包 括金或者含金合金。

在DNA分子与电极键合之后，至少一个R-环可以形成在形成电极 之间“桥接”的每个DNA分子中。通常，R-环形成在电极10之间DNA 分子的区域中，电极10被配置在诸如上述电极11的另一个电极之 上。上面也说明了R-环的形成。图5表示在电极10之间延伸的DNA 分子13，其中DNA分子包括每个电极11之上的DNA分子区域中的R- 环20。

R-环形成之后，至少一个纳米粒子可以键合到DNA分子。至少一 个纳米粒子可以键合到位于每个R-环之内且未附着到RNA分子的一 部分DNA分子上。为了实现纳米粒子对DNA分子的附着，可以形成悬 浮的纳米粒子。该悬浮物可以包括具有改性表面的纳米粒子，这正如 上述。纳米粒子可以以大约0.1％到大约10％的浓度悬浮于水中。

溶液形成之后，其可以分散到R-环上的区域中。然后，附着到纳 米粒子的促进剂17可以键合R环内的DNA。通常，大约1到大约10000 个核甙酸附着到纳米粒子以促进纳米粒子对DNA分子的粘结。正如上 面较详细说明的，附着到纳米粒子的核甙酸可以是对R-环内一个或 多个核甙酸的互补。

在纳米粒子上的核甙酸键合DNA分子的情况下，纳米粒子上的核 甙酸可以氢键合到DNA分子的核甙酸上。

在纳米粒子附着到电极10之间延伸的DNA分子之后，导电材料 可以提供在DNA分子上。导电材料可以包括任何的导电材料。根据一 个例子，银可以形成具有有机结构的盐。金属银还可以提供在有机结 构上。

图7表示本发明的例子，其中，除了在DNA分子粘附到导体/电 极11处包括R-环的一部分DNA分子之外，导电材料18配置在DNA 分子的两侧。DNA分子上的导电材料能够包括与DNA分子磷酸基键合 的银离子。另一方面，导电材料可以包括与DNA分子键合的金属银。 当在电极10之间延伸的DNA分子上沉积银时，由于银离子的较低密 度，在R-环上不会发生银的显著接种和沉积。

Ag+离子与磷酸离子，在DNA主链形成盐。在双螺旋中，磷酸离 子的O-围绕双螺旋均匀分布。但是，在形成R-环的串中密度大约低 50％。另外，由于热振动，随着Ag离子还原成R-环上的Ag，它将迁 移到高密度区，即双螺旋区。

有机结构上的导电材料提供了有机结构上的导体。在有机结构包 括DNA、DNA中的R-环和附着到R-环中DNA分子之纳米粒子的情况 下，有机结构上的导电材料可以将导体提供给DNA分子上的R-环两 侧。

通过将有机结构浸入含有银离子的溶液，可以将导电涂层涂在有 机结构上。然后，溶液中的银离子可以形成具有有机结构的银盐。在 有机结构包括DNA的情况下，银可以形成具有DNA分子磷酸基的盐。 盐形成之后，盐中的银可以还原成具有还原剂的金属银。可以利用的 还原剂例子包括氢醌(hydroquinone)/OH-，继之以氢醌/OH+。

图3D和4说明实施例中铁电材料的沉积可以通过后激光沉积 (PLD)来实现。后激光沉积是可以完成每种元素各种化学成分之层 层沉积的方法。后激光沉积的化学计量法可以通过烧蚀每种元素靶材 的校准量来控制。尽管图3A到3D说明的方法是形成根据本发明之结 构的一个方法，替换方法可以利用标准“搬走(lift-off)”法，这里 光致抗蚀剂起直接沉积金属线的掩膜作用。搬走可以允许获得较高的 分辨率。但是，利用搬走法可能比图3A到3D说明的标准光刻法更复 杂。

本发明的前述说明表示和说明了本发明。另外，公开只展示和说 明了本发明的优选实施例，但是作为前述，应当理解本发明能够用于 各种其它组合、修改和设施，并且在这里表述之本发明的概念范围 内，对应于上述指示，和/或借助相关领域的经验或知识，能够进行 变化或修改。上述实施例用于解释实现本发明的已知最好模式，并能 使本领域其它技术人员以这种或其它实施例利用本发明，以及具有由 本发明的特殊应用或使用所要求的各种修改。因此，说明书不局限于 本发明在这里所公开的形式。而且，所附权利要求应当是解释包括的 选择实施例。