[发明专利]用于测量在生物的、化学的或者其他试样处的小的电压和电势的设备和方法

权利要求书

1.用于测量试样的小的电压和电势或者其他电参量的设备，包括至少一个具有源极、漏极和栅极的场效应晶体管，所述栅极与试样接触，并且通过栅极电介质与场效应晶体管的导电的沟道绝缘，以及包括用于在源极和漏极之间施加电压的装置和用于对栅极加载偏置电压的装置，其特征在于，

所述栅极电介质在其内部具有至少一个积聚点，所述积聚点能够从沟道捕获载流子，并且相反地将载流子发出给沟道，其中当由波动引起的、由在离散电流能级之间的突然的分级跃迁构成的有效信号的特征改变时，其中所述跃迁的时间点分别以统计方式分布，这仅通过由试样引起的电势变化而决定并且不受试样的另外的特性影响，以及其中所述栅极的为了与液相试样接触所设置的面在至少一个笛卡尔空间维度中具有在20和500 nm之间的尺寸，其中所述其他电参量对应于PH值。

2.按照权利要求1所述的设备， 其特征在于，积聚点是栅极电介质中的局部缺陷。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述缺陷通过以下方式被引入到栅极电介质中：

通过栅极电介质的化合物元素的局部耗尽和/或晶格缺陷，和/或

通过退火，和/或

通过不同介电材料的组合，和/或

通过机械应力或者在沟道和其他材料之间的其他表面状态，和/或

通过利用电离辐射或者电子辐射对栅极电介质的局部损害，和/或

通过将异质离子植入到栅极电介质中，和/或

通过机械压应力和/或拉应力，和/或

通过在场效应晶体管的临时过载的情况下将来自沟道的热的载流子注入到栅极电介质中。

4.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，积聚点与场效应管的导电的沟道相距最高2nm。

5.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于由漏极电流的统计的分级波动分析用于通过积聚点捕获和/或用于发出载流子的时间常数的装置，所述波动从积聚点出发。

6.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于分析在漏极电流的时间变化过程中不同长度的峰和/或谷的频率分布的装置。

7.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于分析漏极电流的频谱的装置。

8.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，试样在以下面上与场效应晶体管的栅极接触，所述面在至少一个笛卡尔空间维度中具有20和100nm之间的尺寸。

9.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述栅极的为了与液相试样接触所设置的面在两个笛卡尔空间维度中具有在20和500 nm之间的尺寸。

10.按照权利要求3所述的设备，其特征在于，所述缺陷通过氧的局部耗尽和/或晶格缺陷被引入到栅极电介质中。

11.用于测量试样的小的电压和电势或者其他电参量的方法，其中所述试样与场效应晶体管的栅极接触，电压施加在所述场效应晶体管的源极和漏极之间，并且在漏极和源极之间驱动的电流的统计的分级波动被分析，所述波动从布置在试样和场效应晶体管的导电的沟道之间的积聚点出发，所述积聚点从沟道捕获载流子并且相反地将载流子发出给沟道，其特征在于，由用于通过积聚点捕获和/或用于发出载流子的一个或多个时间常数来分析电压或者电势，其中当由波动引起的、由在离散电流能级之间的突然的分级跃迁构成的有效信号的特征改变时，其中所述跃迁的时间点分别以统计方式分布，这仅通过由试样引起的电势变化而决定并且不受试样的另外的特性影响。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，由漏极电流中的不同长度的峰和/或谷的频率分布来分析至少一个时间常数。