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DE10247679A1 - Halbleitergrundstruktur für Molekularelektronik und Molekularelektronik-basierte Biosensorik - Google Patents

Halbleitergrundstruktur für Molekularelektronik und Molekularelektronik-basierte Biosensorik Download PDF

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DE10247679A1
DE10247679A1 DE10247679A DE10247679A DE10247679A1 DE 10247679 A1 DE10247679 A1 DE 10247679A1 DE 10247679 A DE10247679 A DE 10247679A DE 10247679 A DE10247679 A DE 10247679A DE 10247679 A1 DE10247679 A1 DE 10247679A1
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semiconductor basic
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Marc Dr. Tornow
Gerhard Prof. Dr. Abstreiter
Shozo Fujita
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine strukturierte Halbleiteroberfläche als Basis für Molekularelektronik oder Molekularelektronik-basierte Biosensorik. Ausgangspunkt ist eine Heterostruktur, welche aus zwei undotierten Schichten eines Halbleitermaterials besteht, die durch eine extrem dünne (wenige nm) leitfähige Schicht eines anderen Halbleitermaterials getrennt sind. Dieser Materialstapel wird senkrecht zu den Schichtebenen gespalten und die mittlere Schicht selektiv geätzt. Durch Bedampfung mit einem Metalldünnfilm werden Source- und Drain-Kontakte für leitfähige organische "Drähte" gebildet. Die mittlere, leitfähige Schicht kann als elektrostatisches Gate eingesetzt werden. Eine Anordnung zur Kontaktierung weniger bis hin zu einzelnen Drähte(n) kann durch zwei sequentielle Spaltungen und Bedampfungen erhalten werden. Mögliche organische Drähte sind z. B. Moleküle mit konjugiertem PI-Elektronensystem, DNA-Oligonukleotide oder Kohlenstoffnanoröhren. Durch weitere Funktionalisierung mit Rezeptoren für biomolekulare Erkennung (Antikörper, Proteine) wird ein Einsatz als hochempfindlicher Biosensor zur Detektion, Analyse und Quantifizierung spezieller Biomoleküle und deren gegenseitiger Wechselwirkung möglich (z. B. DNA-Protein Wechselwirkung).

Description

  • 1. Gegenstand der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine strukturierte Halbleiteroberfläche als Basis für Molekularelektronik oder Molekularelektronikbasierte Biosensorik.
  • 2. Stand der Technik
  • Verschiedene Ansätze zur Molekularelektronik (ME) wurden in der Literatur berichtet. Unter den neueren sind Leitfähigkeitsuntersuchungen durch einzelne konjugierte Moleküle (M.A. Reed et a1., Science 1999, J. Reichert et a1., Phys. Rev. Lett. 2002) oder durch ganze Monolagen, welche zwischen zwei Au-Elektroden nahe einem Silizium-Gate eingebettet sind (J.H. Schön et al., Nature 2001). Die Elektrodenherstellung basiert entweder auf der Metall-Bruch-Verbindungstechnik („metal break junction") bei welcher der Elektrodenabstand an die Moleküllänge angepasst werden muss oder erfolgt durch Metallabscheidung (Bedampfung) auf eine zuvor präparierte Molekülmonolage.
  • Aktuell angewendete oder vorgeschlagene Techniken zur Biomolekül- (speziell Protein-) Detektion, Analyse, Quantifizierung oder zu Wechselwirkungsuntersuchungen schließen Veröffentlichungen und Patente ein z.B. klassischer zweidimensionaler Gel-Elektrophorese, elektrokinetischen Mikrokapillar-Trenntechniken mit Fluoreszenz-Auslesung, Mikroarrays analog zu DNA-Arrays (MacBeath G. and Schreiber SL, Science 2000), Plasmonen-Resonanz, Quartz „microbalance", Silizium-basierten, kapazitiven Messtechniken (Berggren et al., Electroanalysis 2001), Licht-addressierbaren, potentiometrischen Sensoren (George et al., Sensors and Acuators, 2000), Silizium FETs (Schöning and Lüth, 2001, Cloarec et al., Sensors and Acuators, 1999, Snow et al. US2002012937), zur Detektion auf Grundlage mechanischer Verspannung mit Si Cantilevern (Fritz et al., Science, 2000) oder zu funktionalisierten, chemisch abgeschiedenen Si-Nanostrukturen (Cui et al., Science 2001). In einer kürzlich eingereichten Patentanmeldung schlagen einige der Erfinder dieser Anmeldung die Anwendung funktionalisierter, hoch-sensitiver lateraler Feldeffekt-Transistoren mit sub-μm-Abmessungen vor, auf der Grundlage von „Silicon-on-Insulator" (SOI)-Technologie (G. Abstreiter, A.R. Bausch, K. Buchholz, S. Luber, M.G. Nikolaides, S. Rauschenbach, E. Sackmann, M. Tornow: Silicon-on-Insulator biosensor device, DPA 102 21 799.8). Die Anwendung elektrochemisch basierter ME für Biosensorik wurde kürzlich von E. Boon et al., Nature Biotech. (2002), demonstriert. Ein reiner ME-Ansatz jedoch, bei welchem der detektierende organische Draht beidseitig an Festkörperelektroden kontaktiert ist, ist den Autoren nicht bekannt.
  • 3. Technische Probleme oder Nachteile, welche durch die Erfindung gelöst werden
  • In den meisten Verfahren für ME werden die Metall-Elektroden an den organischen Draht kontaktiert, nachdem dieser gebildet und positioniert wurde. Entweder eine obere Elektrode wird auf einen Molekül-Monolagenfilm abgeschieden. Bei diesem Verfahren besteht das Risiko, dass der empfindliche Film beschädigt wird durch die Erzeugung von „Pin-Holes", Defekten oder durch die Einlagerung von Metallclustern. Dies kann das Bauelement entweder zerstören (Kurzschluss) oder leicht Anlass für Artefakte sein wie z.B. Tunnelleitfähigkeit durch Metall-Inseln anstelle durch den molekularen Draht. Beim anderen Hauptverfahren (Metall-Bruch-Verbindungstechnik) muss der Elektrodenabstand dynamisch an die Moleküllänge angepasst werden gemäß der Strom-Spannungskennlinie, welche gleichzeitig aufgezeichnet wird. Der aufwändige Aufbau kann nicht auf einfache Weise in ein Array auf Chip-Ebene integriert werden und weiterhin ist der schließlich eingestellte Elektrodenabstand nicht absolut bekannt sondern kann nur indirekt über die gemessene Leitfähigkeit geschlossen werden.
  • Der entgegengesetzte Ansatz, bei welchem zuerst das miniaturisierte Elektrodendesign vorbereitet wird, an welchem dann die Molekulardrähte angebunden werden, war bislang limitiert auf relativ lange Moleküle wie DNA oder Kohlenstoff-Nanoröhren (Gruppe C. Dekker, TU Delft) aufgrund der Grenzen auch fortgeschrittener Techniken (wie z.B. Elektronenstrahllithographie), welche kaum Strukturen mit Abmessungen unterhalb einiger weniger 10 nm erzeugen können.
  • Biomolekulare Reaktionen wurden durch verschiedene Techniken studiert, welche auf Fluoreszenz-Marker angewiesen sind und so die Bindungsreaktion zwischen spezifischen Molekülpartnern nachweisen. Der direkte Einfluss der Bindungsreaktion auf die elektronische Konfiguration der beteiligten Reaktionspartner kann jedoch zugänglich werden durch die beschriebene Methode, bei welcher die Leitfähigkeit einer der Moleküle in Echtzeit gemessen wird – während der Bindungsreaktion an ein Analyt-Molekül.
  • 4. Lösung
  • Die zugrundeliegenden Probleme werden gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1, insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12.
  • 5. Detailierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorgeschlagene Halbleitergrundstruktur für Molekularelektronik (ME) und ME-basierte Biosensorik-Anwendungen besteht aus einer strukturierten Halbleiterheterostruktur-Oberfläche, welche die Source-, Drain- und Gatekontakte für leitfähige organische „Drähte" in elektronischen Bauelementen wie Transistoren bildet. Diese Drähte können z.B. organische Moleküle mit konjugiertem n-Elektronensystem, DNA-Oligonukleotide oder Kohlenstoffnanoröhren sein. Durch die ggf. weitere Funktionalisierung des organischen Drahtes dieses Hybridsystems mit z.B. Rezeptoren für biomolekulare Erkennung (Antikörper, Proteine) kann das Bauelement als hochempfindlicher Biosensor zur Detektion, Analyse und Quantifizierung spezieller Biomoleküle und deren gegenseitiger Wechselwirkung eingesetzt werden (z.B. DNA-Protein Wechselwirkung).
  • Ausgangspunkt für die Bauelement-Basis-Präparation ist eine Halbleiterheterostruktur, welche epitaktisch mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) gewachsen werden kann und aus zwei dicken (typisch mehrere 100 nm) undotierten Schichten eines Materials „A" besteht, welche durch eine extrem dünne (wenige nm) leitfähige Schicht eines anderen Halbleitermaterials „B" (oder einer anderen Zusammensetzung bei Verbindungshalblei tern) getrennt sind. Dieser Materialstapel wird senkrecht zu den Schichtebenen gespalten und daraufhin derart selektiv geätzt, dass lediglich die mittlere dünne Schicht „B" einige nm tief in die Spaltebene hinein entfernt wird. Schließlich wird ein dünner (wenige nm) Metallfilm auf die geätzte Spaltfläche abgeschieden, um leitfähige Source- und Drain-Kontakte auf Material „A" zu bilden, welche nur durch das sehr kurze, Grabenartige „Nano-Gap" getrennt sind.
  • Die aktive Region welche durch die Drähte überbrückt wird kann weiter reduziert werden auf wenige Quadrat-nm durch ein weiteres Spalten senkrecht zur ersten Richtung vor dem selektiven Ätzen. Im Anschluss daran folgen dann zwei sequentielle Aufdampfschritte aus verschiedenen Richtungen sodass sich die Fläche des minimalen Elektrodenabstandes exakt an der Bauelementecke befindet. Wie in 3 dargestellt, stehen sich die Seitenwandmetallisierungen der gegenüberliegenden Seiten des Grabens nur hier gegenüber.
  • Das ME-Bauelement wird auf Grundlage dieser Basisstruktur dadurch präpariert, dass Source- und Drain-Kontakt mit organischen Drähten verbunden werden. Diese Drähte können (halb-) leitende, typisch Kettenartige (Bio-) Moleküle sein, deren Länge gerade die Überbrückung des kurzen Gaps ermöglicht. Abhängig von der Probenbasisstruktur tragen viele tausend Moleküle parallel bei, oder es werden lediglich einige wenige bis hin zu einem einzelnen Draht gemessen, wodurch die Empfindlichkeit maximiert wird. Die gewählte Drahtsorte muss durch chemische Endgruppen abgeschlossen sein, welche die kovalente Bindung an die Metallelektroden ermöglichen (z.B. Thiolgruppen (-SH) welche S-Au-Bindungen im Falle von Gold oder Goldhaltigen Legierungselektroden ausbilden). Die Molekülabscheidung kann durch Selbstassemblierungstechniken aus Lösung oder durch Festkörperquellenverdampfung im Ultrahochvakuum erfolgen. Diese Verfahren werden i.A. die gesamten Metallflächen mit gebundenen Molekülen bedecken, von welchen allerdings die Mehrzahl weder zur Funktion des Bauelements beiträgt noch diese stört. Der Source-Drain-Strom wird lediglich durch den kleinen Anteil an Molekülen getragen, welcher das Gap zwischen Source und Drain überbrückt. Die Leitfähigkeit kann elektrostatisch kontrolliert werden mittels der leitfähigen dünnen Schicht „B" am Boden des Grabens. Hierzu wird an diese eine elektrische Spannung gegenüber Source oder Drain angelegt, in Analogie zu standard Feldeffekttransistoren (FETs).
  • Die selektive Bindung eines Bio-molekularen Analyts an den organischen Draht, entweder direkt im Falle von Protein-DNA-Bindung oder über die Drahtfunktionalisierung mit speziellen Rezeptorplätzen, kann seine delokalisierte Elektronenverteilung verändern. Dies wiederum sollte direkt die molekulare Leitfähigkeit verändern und damit die Anwendung als empfindlicher Biosensor ermöglichen oder die Untersuchung grundlegender molekularer Bindungskinetik im Detail und in Echtzeit erlauben.
  • 6. Hauptzweck der Erfindung
  • Die beschriebene Halbleiterheterostruktur dient als Basis zur Herstellung eines ME-Bauelements wie z.B. eines Dreizuleitungs-Systems (Transistor). Mit unvergleichbarer Präzision und Flexibilität können Elektrodenabstand und die durch die leitfähigen organischen Drähte (konjugierte organische Drähte, DNA, Kohlenstoff-Nanodrähte,...) zu überbrückenden, aktiven Regionen auf der nm-Skala gefertigt werden. Dies schließt speziell Abstände von der Größenordnung weniger nm ein, welche besonders wichtig zu Untersuchung einer ganzen Klasse von kurzen (1-3 nm) organischen konjugierten Molekülen sind, wie z.B. Oligophenyle. Diese Abstände sind nicht durch lithographische Techniken vom Stand der Technik zugänglich. Indem man den organischen Draht mit spezifischer Funktionalität (Rezeptor-Untereinheiten) versieht, kann die resultierende hybride Struktur als empfindlicher Detektor für Biomoleküle eingesetzt werden oder als ein direktes Werkzeug zum Studium spezifischer biomolekularer Wechselwirkungen.
  • 7. Wesentliche Neuerung
  • Die beschriebene Bauelement-Basisstruktur ermöglicht die extrem präzise Präparation von Kontaktierungsanordnungen, welche benötigt werden, um (wenig nm lange) Drahtartige Moleküle für ME oder ME-basierte Biosensorik einzusetzen. Ultra-nah benachbarte Elektroden werden mit der Funktionalität eines eingebetteten Gates kombiniert, um die Molekülleitfähigkeit mittels des elektrostatischen Feldeffekts abzustimmen. Die hohe Präzision und die Reproduzierbarkeit basiert auf A) der Ausgangs-Vielschichtstruktur des Halbleiters, welche mit atomarer Präzision hergestellt werden kann, B) der (der zweimaligen) Spaltung des Schichtstapel-Einkristalls, welcher schließlich die atomar flachen und scharfen Spaltflächen und -ecken aufweist, c) der selektiven nasschemischen Ätzung, die Selektivitätverhältnisse von 1:100 übersteigen kann und d) der (aufeinanderfolgenden) Abscheidung der glatten Metallkontaktschichten mit Oberflächenrauheiten von der Größenordnung ∽1 nm.
  • Aufbauend auf diesem ME-Konzept kann das Drahtsystem weiter mit spezifischen Rezeptoreinheiten zum selektiven Einfang von Biomolekülen funktionalisiert werden. Die Bindungsreaktion sollte die Molekülleitfähigkeit ändern, woraus sich eine Anwendung des Hybridsystems als Biosensor ergibt.
  • 8. Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1: Bauelement-Basis-Präparation. a) Halbleiterheterostruktur-Stapel A/B/A; Kristallographisches Spalten b) Querschnitt, nach selektiver Ätzung und Metall-Winkelbedampfung 2: Bauelement-Betriebs-Anordnung. a) konjugierte Moleküle (Beispiel Dithiolbiphenyle) überbrücken das Elektroden-Gap; Transistor-Betrieb-Anordnung. b) Imrmobilisierte Moleküle mit spezifischer bio-molekularer Bindungsgruppe (z.B., DNA Nukleotide) für Biosensorik.
  • 3: Wenige (einzelne) Molekül-Anordnung. Ecke der Heterostruktur nach zwei senkrecht zueinander durchgeführten Spaltungen und zwei nacheinander ausgeführten Winkelbedampfungen. Die schraffierte Fläche markiert das Gebiet minimalen Elektrodenabstands.
  • 4: Kontaktschema. Beispielbauelement (Querschnitt) mit lithographisch definierten Kontakten an externe elektrische Verdrahtung/Aufbauten (s. Abschnitt 9.)
  • 8. Ausführungsbeispiel
  • Zur Herstellung der Basisstruktur sind Heterostrukturen aus allen Materialien geeignet, welche zugleich mit Monolagenpräzision hergestellt werden können, die atomar glatt entlang (zweier senkrechter) Kristallrichtungen gespalten werden können und mit größter Selektivität geätzt werden können. Im folgenden wird der Herstellungsprozess am Beispiel einer GaAs/AlGaAs Heterostruktur dargestellt. In diesem Fall kann der Stapel aus einer undotierten AlGaAs-Schicht (Dicke 300 nm), einer hoch n-dotierten (Si 1018cm–3) GaAs-Schicht (5 nm) und einer zweiten undotierten AlGaAs-Schicht (300 nm) bestehen, welche alle auf ein Standard semi-isolierendes GaAs <100> Substrat (650 μm) mittels MBE aufgewachsen wurden. Als Ausführungsbeispiel wird ein Probenstück der Fläche weniger mm2 aus dem gewachsenen Wafer herausgeschnitten. Vor dem ersten Spaltschritt werden alle benötigten großen elektrischen Kontaktflächen (Größenordnung 100μm) präpariert, welche die Verbindungen zur äußeren Verdrahtung/Aufbau darstellen. Dies erfolgt durch Standardauflösung-Photolithograhie, Ätzen und Metallisieren. Wie skizziert in 4 können die Kontakte für Source und Drain auf der Vorder- und Rückseite das Wafers abgeschieden werden, während der Gate-Kontakt auf einer stufenartigen Struktur auf der Vorderseite definiert wird, welche zuvor bis nahe an die n-dotierte GaAs-Schicht geätzt wurde. Das Source- und Drain-Kontaktmetall kann aus TiAu bestehen. Für den Gate-Kontakt ist ein Ohmsches Kontakt-Schema wie z.B. einlegiertes NiGeAu am besten geeignet, um wenigstens ein flaches Eindiffundieren des Metalls in den Halbleiter zu ermöglichen zwecks zuverlässiger Kontaktierung der dotierten GaAs-Schicht. Source- und Drain-Kontakte werden mit ihren entsprechenden Dünnfilm-Metallschichten (welche die tatsächlichen Molekül-Source und Drain-Kontakte darstellen) direkt verbunden durch die spätere Bedampfung dieses Dünnfilms. Hierdurch kann der kritische Prozess des Anbringens von makroskopischen Kontakten auf die schmalen Spaltflächen vermieden werden.
  • Im folgenden Schritt wird die Probe mechanisch entlang einer kristallographischen < 110 > Richtung gespalten. Die genaue Position der Spaltung muss durch eine kurze Oberflächeneinkerbung am Probenrand vorher definiert werden. Diese sollte ausreichend weit außerhalb der beabsichtigten, elektrisch aktiven Region liegen. Der AlGaAs/GaAs-Stapel spaltet präzise entlang einer atomar flachen Fläche. Im folgenden wird die dünne GaAs-Schicht an der erhaltenen Spaltfläche selektiv gegenüber Alx– Ga1–xAs nasschemisch geätzt, bis zu einer Tiefe von ungefähr 10 nm (maximale Selektivität 120:1 wurde für x=0.3 berichtet, mit einem Rezept aus Zitronensäure und H2O2, Ref. G.C. DeSalvo et al., JECS 1992). Schließlich erfolgt die Source- und Drain-Kontaktmetallisierung durch thermische oder Elektronenstrahlverdampfung (ca. 4 nm Dicke) im Ultrahochvakuum (UHV). Hierbei sichert die Bedampfung unter einem Winkel, dass kein Kurzschluss zwischen den Elektroden entsteht und dass die hochdotierte GaAs-Schicht isoliert vom Metall verbleibt. Für die angegebenen Beispieldicken von 5 nm GaAs und 4 nm nomineller Metallabscheidung erhält man eine resultierende Gap-Breite von ∽2nm bei einer 45° Bedampfung. Ein geeignetes Metall mit einer besonders geringen Oberflächenrauhigkeit (≈ nm) bei gleichzeitigen guten Adhäsionseigenschaften ist eine Palladium-Gold (PdAu) Legierung der Zusammensetzung 20:80.
  • Im Falle der vorgeschlagenen Präparation von Bauelementen mit wenigen (ggf. einzelnen) Molekülen muss die Heterostruktur-Probe zunächst zweifach gespalten werden, entlang zweier senkrechter Kristallrichtungen. Nach selektiver Ätzung folgen zwei Dünnfilm-Bedampfungen, aus unterschiedlichen Winkeln (s. 3) sodass genau und ausschließlich an der Ecke der zwei Spaltflächen sich die Seitenwandbedampfungen der gegenüberliegenden Seiten des Grabens gegenüberstehen. Hier haben, auf einer minimalen Fläche von typisch wenigen nm2 die Source- und Drain-Kontakte ihren geringsten Abstand.
  • Im Anschluss an die beschriebene Bauelement-Basis-Herstellung können die entsprechenden organischen Molekül-Nanodrähte abgeschieden werden. Beispiele sind Dithiol-Oligophenyle (beidseitig durch Thiolgruppen abgeschlossen, vgl. 2 im Falle von Biphenylen), welche aus Lösung (Ethanol) selbst-assembliert werden. Andere mögliche Drähte sind vielfachgeladene Spezies wie doppelsträngige DNA-Oligonukleotide, welche aus wässrigen, ggf. Elektrolyt-, Lösungen abgeschieden werden. In bezug auf die Molekülabscheidung aus wässrigen Lösungen ist die Notwendigkeit der Passivierung von AlGaAs gegen Oxidation/Zersetzung Gegenstand derzeitiger Untersuchungen.
  • Nach Anordnung der parallel ausgerichteten Drähte, die das Gap überbrücken und bedecken, wird die Leitfähigkeit zwischen Source und Drain als Funktion der Gatespannung gemessen. Bei Anwendung des Bauelements als Biosensor in physiologischen Pufferlösungen, etwa zum Studium der spezifischen Bindung von Proteinen an DNA-Stränge, muss die Notwendigkeit der Passivierung der PdAu-Elektroden geklärt werden.

Claims (12)

  1. Halbleiter-Grundstruktur für Molekularelektronik und Molekularelektronik-basierte Biosensor-Anwendungen, gekennzeichnet durch eine strukturierte Halbleiter-Heterostrukturoberfläche welche die Source-, Drain- und Gate-Kontakte zum Aufbau von elektronischen Bauelementen, wie z.B. Transistoren aus leitfähigen, organischen „Drähten", darstellt.
  2. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen „Drähte" orga- nische Moleküle mit konjugiertem n-Elektronen-System, DNA-' Oligonukleotide oder Kohlenstoff-Nanoröhren sind.
  3. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Draht dieses Hybridsystems weiter funktionalisiert wird mit z.B. Rezeptoren für biomolekulare Erkennung wie z.B. Antikörpern oder Proteinen oder Rezeptoren aus Biomolekülen, welche bioaktive Moleküle wie Hormone, Polysaccharide, Lipide oder Pharmazeutika erkennen sodass das Bauelement als hochempfindlicher Biosensor zur Erkennung, Analyse und Quantifizierung von speziellen Biomolekülen und ihren gegenseitigen Wechselwirkungen eingesetzt werden kann.
  4. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Halbleiter-Heterostruktur die aus zwei dicken (typisch 50 nm – 1 μm) undotierten Schichten eines Materials "A" besteht, welche durch eine extrem dünne typisch lnm – 20 nm) hoch-leitfähige Schicht eines anderen Halbleitermaterials "B" (oder einer anderen Zusammensetzung im Falle von Verbindungshalbleitern) getrennt sind, und dadurch dass dieser Stapel senkrecht zu den Schichtebenen gespalten wird und daraufhin selektiv geätzt wird, so dass nur die dünne mittlere Schicht "B" typisch 1 nm – 50 nm tief entfernt wird und eine Metallschicht auf die geätzte Spaltfläche aus einem Winkel abgeschieden wird um leitfähige Source- und Drain-Kontakte auf Material "A" zu bilden der art, dass diese nur durch das sehr kurze, grabenartige "Nano-Gap" getrennt sind.
  5. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beschriebene Spaltung zweimalig durchgeführt wird entlang verschiedener, vorzugsweise senkrecht zueinander stehender Kristallrichtungen und dass zwei Metallschichten sequentiell aus unterschiedlichen Winkeln derart abgeschieden werden, dass der Bereich des kleinsten Elektrodenabstands exakt und ausschließlich an der Ecke der beiden Spaltflächen ausgebildet wird.
  6. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterheterostruktur mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen wird.
  7. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, selektiv geätzte Schicht die Funktion einer Feldeffekt-Gateelektrode erfüllt bei Betrieb des molekularelektronischen oder Biosensor-Bauelements.
  8. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte aus (halb-) leitenden, typischerweise kettenartigen (Bio-) Molekülen bestehen, deren Länge der Gap-Länge entspricht oder diese übersteigt und dass diese durch chemische Endgruppen abgeschlossen sind, welche die kovalente Bindung an die Metallelektroden ermöglichen, und dass diese durch Selbstassemblierungstechniken aus Lösung oder durch Festkörperquellenverdampfung im Ultrahochvakuum abgeschieden werden.
  9. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Bindung eines biomolekularen Analyts an den organischen Nanodraht die Elektronenaffinität des Rezeptors gegenüber dem Draht ändert derart, dass dessen delokalisierte Elektronenverteilung modifiziert wird und sich in der Folge die molekulare Leitfähigkeit ändert.
  10. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heterostrukturstapel aus undotiertem AlGaAs für die dicken Schichten und dotiertem GaAs für die dünne mittlere Schicht besteht.
  11. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschiedene Metall eine Legierung aus Pd und Au ist.
  12. Halbleiter-Grundstruktur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalisierten organischen Drähte DNA- Oligo-Nukleotide sind.
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