制造用于分析生化材料的分析单元的底部的方法和分析单元与流程

现有技术

本发明基于根据独立权利要求的种类的方法或装置。

已知通过原子层沉积（也称为原子层沉积或简称为ald）和由前体分子形成的所谓的自组装单层（也称为自组装单层膜或简称为sam）来制造层。在此，前体分子（也称为前体或前体分子）例如在硅或玻璃表面上的结合位点处对接，其中，取决于前体，也可以发生前体分子彼此的交联。这些过程通常是自限性的，也就是说，在沉积了一个单层并占据了表面上所有可用的结合位点之后，就不会发生使用相同前体的进一步沉积。

在原子层沉积的情况下，通过至少一种其它前体实现了，在沉积的第一单层上重新形成结合位点，以使得由于第一前体可以随后沉积其它单层。可以如此经常地重复多种前体的这一次序，直到沉积了所需层厚度或数量的单层。

反之，在自组装单层的情况下，在表面上仅形成单个单层，并且通常在其内部也交联。一旦整个表面被覆盖，其中该表面的所有可用的结合位点也饱和，就不再有前体分子沉积在表面上。这种行为通常是通过前体分子选择性地对接在亲水性表面上而实现的，在此自身生成疏水性表面，从而自动停止进一步的沉积，因为其它前体分子不再能够对接在疏水性表面上。

这种工艺是众所周知的并且可良好控制的。成熟的设备技术既可用于ald层，也可用于自组装单层。通常，对于这两种工艺类型甚至可以使用同一设备。

自组装单层也可以借助合适的溶剂，例如己烷或庚烷从液相中沉积。但由于前体化学的较高纯度以及沉积的层的较好品质和可再现性，气相沉积已经获得承认。在此，将以液体形式存储的前体分子例如通过加热前体液体而被转移到气相中。在反应室中调节到所需的前体分压，并使之与基底接触。已知有或没有载气（惰性气体或稀有气体，例如n2或ar）的方法。

还已知可以将晶片上的某些sam涂层转化为高品质的石墨烯层。为此，在基底表面上沉积之后，将sam涂层例如通过蒸镀用例如由镍或铜制成的300nm厚的金属层涂覆，然后在800至1000℃的高温下转化为石墨烯。

发明公开

在这种背景下，借助这里提出的方案，提出根据主权利要求的制造用于分析生化材料的分析单元的底部的方法和分析单元。通过从属权利要求中列出的措施，独立权利要求中给出的装置的有利扩展和改进是可能的。

例如，可以借助由石墨烯制成的膜或纳米厚度的ald层（其在用于定量聚合酶链式反应（简称为qpcr）的阵列单元的底部分别具有一个或几个纳米孔）对生物化学材料，特别是dna片段进行测序。在此，测序的准备可以例如通过阵列单元中的late-qpcr（late=指数后线性）实现，其中所述阵列单元具有严重不对称数量的对于各个阵列单元而言特征性的正向和反向引物（对于各个特征性dna片段而言特异性）与根据桑格测序方法的对于各个阵列单元而言特征性的a*、t*、c*或g*型终止核苷酸的组合。当尤其在聚合酶链式反应的线性阶段期间产生的序列特异性的dna片段（其通过分别对于阵列单元而言特征性的终止核苷酸封端）穿过各个qpcr阵列单元的底部的纳米孔时，可以测量电流流量的变化，从而确定各个dna片段穿过纳米孔的穿过时间。因此可以确定穿过的片段的各个长度。具有相同引物和a*、t*、c*或g*型终止核苷酸（在四个阵列单元的每个中各一个类型）的各四个阵列的所有片段长度的总和得出由引物确定的相应dna片段的整个dna序列。

这里提出的方案现在能够便宜、简单且快速地在石墨烯层或ald层中制造此类纳米孔，这通过使具有疏水性封端物的贫碳前体分子以特定混合比与富碳前体分子富集在基底上，其中，贫碳前体分子有助于在所得层中形成空隙作为纳米孔。生成纳米孔的相应方法普遍地既适用于ald层，也适用于基于自组装单层生成石墨烯，并且可用于两者。富碳前体分子和贫碳前体分子可以在前体分子所包含的碳原子数上不同，其中，富碳前体分子可以具有更大数量的碳原子。

贫碳前体分子（也称为前体）对于随后的转化反应以形成石墨烯状层而言贡献较少或完全不贡献。富碳前体相应地贡献很多碳原子。

贫碳前体分子的实例：

cl3-si-ch3（每个前体仅一个碳原子）

cl3-si-nh2、cl3-si-h、cl2-si-h2、sicl4……（每个前体完全没有碳原子）

贫碳前体分子的实例：

cl3-si-c6h5、cl3-si-(cnh2n+1)、cl2-si-(cnh2n+1)-(cmh2m+1)……（n、m可以是>10的大数字）。

提出了制造用于分析生化材料的分析单元的底部的方法，其中，该方法包括以下步骤：

以特定混合比将富碳前体分子和贫碳前体分子沉积在基底上，以形成前体层，其中，所述贫碳前体分子具有特定大小和疏水性封端物；并且

对所述前体层进行后处理，以将所述底部制成具有至少一个孔的层，该孔具有取决于所述特定大小的孔径和取决于所述特定混合比的孔数。

分析单元通常可以理解为用于存储生化材料，例如用于进行聚合酶链式反应的空腔。例如，分析单元可以构造为qpcr阵列单元。底部可以理解为具有至少一个开口的壁部分，生化材料可以通过该开口从分析单元离开，例如以确定生化材料的各个片段的长度或对生化材料进行测序。生化材料可以例如是核苷酸序列，例如dna等。前体分子（也称为前体分子）可以理解为用于将层沉积在基底上的形成层的起始材料的分子。这样的前体可以是例如有机三氯硅烷、三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷，例如辛基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、辛基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷。三氯硅烷是特别合适的，因为由于它们的高化学反应性，它们非常迅速地水解并结合在亲水性表面的羟基上，并且也迅速交联。但是，也可以使用甲氧基硅烷或乙氧基硅烷。苯基硅烷，特别是三氯苯基硅烷特别适合于生成石墨烯，因为这些前体分子已经含有对应于稍后的石墨烯结构的芳族碳环。在苯基三氯硅烷的情况下，起始材料在其结构方面已经类似于目标材料，这有助于芳族碳环随后热转化为石墨烯。

基底可以理解为例如硅基底或玻璃基底。视实施方案而定，前体分子的沉积可以在气相或液相中进行。前体层可以理解为例如自组装单层或通过原子层沉积生成的层，也称为ald层。贫碳前体分子可以理解为与富碳前体分子相反地缺乏碳的分子。例如，贫碳前体分子可以是无碳的或具有仅仅很少的碳原子。贫碳前体分子可以例如基于三氯硅烷化学，并且被氮基团或氨基疏水性封端。孔可以理解为直径在纳米范围内的纳米孔。

例如，后处理可以理解为前体层的化学、热或机械后处理。在此例如，贫碳前体分子中的至少一个可以在石墨烯层中形成代表孔的空隙。替代地，可以在后处理期间例如借助蚀刻将贫碳前体分子至少部分地从前体层去除。

根据一个实施方案，在后处理步骤中，可以将前体层热转化为具有孔的石墨烯层。由此能够以高纯度和高重复精确度快速地制造所述底部。

根据另一个实施方案，在后处理步骤中可将贫碳前体分子至少部分地从前体层去除，以生成孔。通过该实施方案，也能够以高纯度和高重复精确度快速地制造所述底部，尤其当借助原子层沉积形成前体层时。

此外有利的是，在沉积步骤中使贫碳前体分子以纳米颗粒的形式沉积。纳米颗粒可以理解为尺寸在纳米范围内的预制颗粒，例如基于硅的纳米颗粒，也称为二氧化硅珠，或类似合适的可商购纳米颗粒。由此能够特别便宜地制造所述底部。

所述方法可以包括在液相中由至少两个贫碳前体分子形成分子簇的步骤。在此，在沉积步骤中，可以将分子簇沉积在基底上，以形成前体层。由此可以以相对少的花费非常精确且受控地调节到要在底部中生成的孔的直径。

在此，分子簇可以在所述形成步骤中通过缩聚和/或聚合形成。由此可以特别容易且快速地形成分子簇。

根据另一个实施方案，在沉积步骤中可以以特定混合比沉积富碳前体分子和贫碳前体分子，该特定混合比使得在所述后处理步骤中将所述底部制成具有最多三个孔的层。由此可以防止制造具有过多数量的孔的底部。

根据另一个实施方案，可以在沉积步骤中形成富含贫碳前体分子的自组装单层作为前体层。通过该实施方案可以确保，将底部制成具有尽可能少缺陷且均匀结构化的层。

此外，在预处理步骤中可以预处理所述基底，以生成所述基底的疏水性表面。在施加步骤中可以将水蒸气施加到疏水性表面上，以生成以统计方式富含oh基团的表面。最后，在所述沉积步骤中，可以将贫碳前体分子以统计方式沉积在以统计方式富含oh基团的表面上，以随后由贫碳前体分子生成具有疏水性岛的亲水性表面。在此，可以将富碳前体分子沉积在随后成为亲水性的表面上，以形成前体层。由此可以特别高的纯度和品质制造所述底部。

因此可以实施“表面的疏水性预处理”。在此，可以例如使用氢氟酸使得表面整面成为疏水性的。然后可以使整面疏水性的表面以统计方式成为亲水性的。这可以理解为恰好不使表面成为均匀亲水性的，而是通过水蒸气的作用在表面上生成以统计方式均匀分布的少量亲水性岛。在此，以下事实对于通过水蒸气生成的亲水性岛的以统计方式的分布而言特别有利：氧化硅表面的这种亲水化是在氢氟酸处理后从相对于通常占优势的氢封端物而言在表面上以统计方式分布的氟原子开始的，并然后从这些“核”出发缓慢地在氧化硅表面上扩散，直至在实现所需的亲水岛性大小时停止该亲水化过程。因此，在该工艺参数的范围内所述岛的布置可以是随机的。随后，可以将这些以统计方式均匀分布的亲水性岛然后通过用被固定在那里的贫碳前体涂覆而变成贫碳的。接着可以使表面的剩余部分例如通过水蒸气作用而成为完全亲水性的。接着可以将表面的剩余部分由于富碳前体而涂覆成富碳的。

根据另一实施方案，在沉积步骤中，可以将贫碳前体分子在5至30℃的温度下沉积。附加地或替代地，在沉积步骤中，可以将富碳前体分子在大于40℃的温度下沉积。由此实现所述底部的相对简单的温度受控的制造。

例如，在沉积步骤中，在将贫碳前体分子沉积后，在已沉积的贫碳前体分子在交联温度下彼此交联和/或与所述基底交联的交联时间结束后，沉积富碳前体分子。由此可以在牢固交联的结构上沉积富碳前体分子。

视实施方案而定，可以在沉积步骤中，借助原子层沉积、气相沉积、液相沉积或借助所提到的多个涂覆方法来沉积所述富碳前体分子和/或所述贫碳前体分子。由此能够高效、便宜地制造所述底部。

根据另一实施例，在沉积步骤中，可以沉积被至少一个氮基团和/或至少一个氨基疏水性封端物的贫碳前体分子。由此能够简单地合成所述贫碳前体分子。

这里提出的方案最后创建了用于分析生化材料的分析单元，其具有底部，该底部在根据前述权利要求中的任一项所述的方法中制成具有至少一个孔的层。

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中更详细地解释。其中：

图1示出了根据一个实施例的分析单元的示意图；

图2示出了用于根据一个实施例的方法中的贫碳前体分子的结构的示意图；并且

图3示出了根据一个实施例的方法的流程图。

在本发明的有利实施例的以下描述中，对不同附图中示出并且相似地起作用的元件使用相同或相似的附图标记，其中，省去了对这些元件的重复描述。

在下文中，详细描述了示例性用于在石墨烯中生成纳米孔的方法。然而，对于本领域技术人员可以理解的是，该方法也可以在ald工艺中操作，并且可以不受限制地应用于ald工艺。

图1示出了根据一个实施例的分析单元100的示意图。用于分析生化材料101的分析单元100，例如用于执行定量聚合酶链式反应的阵列单元被制成具有底部102的空腔。底部102具有孔104，生化材料101可以通过该孔从分析单元100离开，例如以测序或确定片段长度。孔104被设计为纳米孔。根据该实施例，底部102作为石墨烯层制成，其中，在将相应的前体层热转化为石墨烯层，例如自组装单层时，借助具有疏水性封端物的贫碳前体分子生成孔104。在此，主要由富碳前体分子组成的前体层在合适的涂覆方法，例如原子层沉积、气相沉积或液相沉积中已富含贫碳前体分子。在此，贫碳前体分子已以特定混合比混入前体层，通过该混合比限定了底部102中的孔104的平均数量，例如最多三个孔104的平均数量。此外，贫碳前体分子具有特定大小，由此又限定了孔104的大小。通过相应地后处理前体层（这里通过加热该前体层），在加热期间形成的石墨烯层的碳结构中，在贫碳前体分子中至少一个的并入位点处形成空隙。该空隙是孔104。

这里所述的方案的基本思想是，向自组装单层（其用作在相应基底的表面上生成石墨烯层的起始材料）中以统计方式分布地并入第二前体类型的分子或分子簇（其对于石墨烯层的形成而言不贡献或仅贡献非常少的碳原子。如果将这样足够大的前体分子（也称为前体分子）与其它前体分子，例如苯基三氯硅烷一起并入单层中，则在随后热处理和单层转化为石墨烯层时，在无碳或贫碳分子或分子簇的位置处产生空隙，其在那里导致在石墨烯层中形成纳米孔。该无碳前体分子不仅应具有足够的大小，而且还应具有疏水性封端物，例如通过氮基团（n）或氨基（nh2）。氮原子或氨基还在特定前体分子的位置处生成疏水性表面。由于该疏水性封端物，在已经完成并入前体分子的位置处也实现了自停止性能，也就是说，在那里或在其之上也不再沉积进一步的富碳前体分子。

图2示出了用于根据一个实施例的方法的无碳前体分子的结构200的示意图。合适的前体分子例如基于三氯硅烷化学，如图2中的示例性所示。前体分子[cl-si(nh2)-o-]4的基础结构已经对应于[-o-si(nh2)-o-]型的基础单元，该基础单元在沉积过程中周期性地形成在基底上。替代地，也可以使用其它分子，其以统计方式嵌入例如由苯基三氯硅烷形成的单层中并确保表面的疏水性封端物。也可以使用不同于氮的无碳或至少贫碳的封端物，例如每个硅原子单个碳原子。在下文中，术语“无碳”等同于缺乏碳，这也一同包括术语“贫碳”。

稍后生成的石墨烯层中的“缺陷”或纳米孔的大小取决于特定无碳前体分子的大小，其中，根据一个实施例，基础结构的多个单位晶胞在合成中相互连接以扩大分子，例如作为[cl-si(nh2)-o-]4n形式的分子，其中n=1、2、3……。

这里作为实例列举的氯硅烷化学的使用按意义也可以转用于甲氧基硅烷化学或乙氧基硅烷化学，这通过用och3或oc2h5代替cl来进行。

在单层的热诱导的转化过程中，碳虽然达到了一定的活动性，即碳原子可以在基底表面上在基底顶面和金属底面之间相对自由地移动并且重组为石墨烯层。尽管具有这种可移动性，但可用的碳仍不能覆盖较大的无碳分子簇，因此在那里形成纳米孔，该纳米孔的大小或直径与特定无碳前体分子的大小——与局部碳缺乏的范围——相关联。

纳米孔的数量又与无碳前体分子与富碳前体分子（例如苯基三氯硅烷的类型）的相对比例相关联。混入的无碳前体分子越多，则在石墨烯层中由此生成的纳米孔的密度越高。有利地这样地调节纳米孔的密度，以使得在分析单元的空腔底部的面上平均分别存在1至3个纳米孔，特别是1至2个纳米孔。因此，分析单元的每个底部应包含至少一个和最多两个纳米孔。也可以每个分析单元安置更多数量的纳米孔。但是，如果dna片段同时在多个纳米孔中移动，则可能发生非特异性穿过事件。可以借助流量曲线毫无疑问地识别出这种情况，并且再次消除受涉数据集以进行校正。但是，在这样的情况下，每次丢失恰好穿过孔的dna片段的长度信息。阵列单元之外的纳米孔，即不存在于空腔底部的纳米孔是无意义的且没有作用。它们不干扰将纳米孔用于确定dna片段的长度，该dna片段从qpcr单元穿过空腔底部的纳米孔。视实施例而定，将具有纳米孔的石墨烯层从载体基底复制，即转移到阵列单元晶片上，或通过使用附加的牺牲层技术或用于drie工艺的停止层（drie=深反应离子蚀刻；“反应离子深度蚀刻”）例如以sio2停止层的形式直接在阵列单元晶片上进行沉积。

所述单层的沉积例如从具有溶剂，例如己烷或庚烷的液相中进行，或特别有利的是从前体分子的气相或蒸气相中进行。在液相沉积的情况下，简单地将相应比例的苯基三氯硅烷（或另一合适的sam前体）和无碳的氯硅烷混入溶剂中。在蒸气相沉积的情况下，通过两个前体分子的分压来调节到相应的比例，所述分压通常在百帕范围内变化。由于所述原因，无碳前体分子比例如苯基三氯硅烷明显更大且更重，因此在给定温度下也具有相应较低的蒸气压。但是，这没有危害，因为它们也仅以明显较低的浓度或明显较低的分压被需要。为了调节分压，相应地选择各自的前体温度和因此各自的蒸气压，或使用质量流量控制器来输入这两种分子类型。替代地，一次性或周期性地将相应的气体体积从相应尺寸的储气罐转移到实际的反应室中。

在原子层沉积的情况下，除了主要前体之外，还使用其它的少数前体分子来生成纳米孔，这些少数前体分子例如使得在其已完成并入的位点和位置不可能进一步沉积，也就是说，在转换到第二种主要前体时在少数前体分子的并入位点处不开启新的结合位点。在结束ald工艺之后，例如选择性地去除，例如选择性地蚀刻该少数前体分子，从而在所涉位点处产生纳米孔。

因此，可以以简单、快速且便宜的方法制造具有预定大小和密度的纳米孔的均匀分布的石墨烯层或ald层。除了使用特定的前体分子之外，不需要半导体工厂或mems工厂中不总存在的特殊设备和装置。由此可以将该方法用于工业上已广泛确立的结构。

在一个变体中，单层在小于20℃，特别是在10℃的低沉积温度下例如以岛状的形式进行生长。下面以气相沉积为例描述这样的生长。

所述岛的生长是基于：在低温下通过sam前体分子以统计方式分布地发生基底表面的自发成核，该sam前体分子尽管在表面上在一定时间内是可活动的，特别是在大于40℃的较高温度下，但由于低温似乎被冻结在其对接位点，并随着时间的推移横向生长。相反，在较高温度，例如70℃下，由于前体在基底表面上的高活动性，通过sam前体分子发生均匀覆盖。

在低温下在基底表面上产生的岛的密度取决于前体体系的反应性、前体分子的分压、沉积时间、表面本身的性质，尤其是表面上可用的亲水性成核位点的密度。在岛生长过程中，其它前体分子对接在曾经在表面上形成的核上，并通过硅烷醇基团的缩合反应与它们交联。

r-si-(oh)3+r-si-(oh)3→r-si(oh)2-o-si(oh)2-r+h2o

以此方式，越来越多的前体分子在表面上建立了越来越大的分子簇。在例如10℃的低温下可为数小时的一定时间之后，分子既与彼此，也与基底的交联变得不可逆，也就是说，既在分子之间，也与基底的结合位点建立了-si-o-si-形式的化学键。

如下控制成核位点的密度。如果用稀氢氟酸hf蚀刻硅基底或玻璃基底或sio2表面，则该表面上的亲水性oh基团消失，并被通过h原子和f原子的疏水性封端物替代。该表面不是长期稳定的，并且因此例如通过水蒸气的作用而缓慢地转化回oh封端的表面。该过程在时间尺度上以统计方式均匀分布在表面上进行。然后，在重新形成的oh基团上对接作为核的sam前体分子，由其开始进一步的岛生长。

这里提出的方案的一个实施例现在在于，首先在第一步骤中用第一类型的无碳或至少贫碳的前体来生长这样的岛。例如，这可以通过非常简单的前体分子，例如hsicl3、h3csicl3、h3csi(ch3o)3、nh2si(ch3o)3或nh2si(c2h5o)3进行。存在大量这样的小硅烷，其按照所述机理生长并且可以提供没有或仅有少量碳原子的疏水性表面封端物。为此，如上所述，通过用稀氢氟酸hf预处理而将晶片基底整面地设为具有疏水性表面。然后将晶片基底送入sam涂覆设备，并用引入的水蒸气进行预处理。在此，在该时间内受控地导致均匀且以统计方式分布在表面上的亲水性oh基团的密度增长。也就是说，以统计方式均匀分布地在表面上形成少量亲水性岛。然后在10至20℃的低温下使用第一类型的无碳前体分子开始sam涂覆，这导致表面上形成无碳或至少贫碳的分子簇，即岛，它们随时间横向生长。

一旦形成了足够的所需尺寸的岛，就中断涂覆过程的第一步骤，并且将晶片基底储存在低温下，例如在大气中24小时。在这一时间过程中，前体分子与彼此和与基底表面的不可逆交联通过化学键的形成而发生。另外，在这段时间中，通过空气中的水分或通过受控输入的水蒸气而使基底表面上的所有疏水性基团（h或f）都转化为亲水性oh基团。结果产生了具有疏水性无碳分子簇的亲水性晶片，所述分子簇均匀地以统计方式分布且固定地存在于基底表面上。

在下一步骤中，将晶片基底再次送入sam涂覆设备中，并用水蒸气再次调理。在高于40℃的高温下，例如在70℃下，现在借助合适的第二类型的富碳前体分子进行第二个sam涂覆步骤，然后将所述富碳前体分子通过在金属层（例如由铜或镍制成）下方进行高温处理而转化为石墨烯层。为此，例如使用辛基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、苯基三氯硅烷或相应的烷氧基硅烷。重要的是，所述层仅在表面的不存在无碳分子簇或无碳岛的亲水性部分上生长，因为在那里存在疏水性表面，在该表面上不能生长其它前体分子。因此，生成了具有适合于生成石墨烯的前体物类的基底表面，该前体物类被限定随后的纳米孔的无碳分子簇或岛中断。

如已经描述的，可以将不同前体类型的分子簇以统计方式分布地并入单层（其用作在基底表面上生成石墨烯层的起始材料）中，其中，所述分子簇对于石墨烯的形成而言不贡献或仅贡献非常少的碳。相对大的纳米分子簇的形成通过如下方式进行：例如以自组装的方式由小的、简单构造且容易可得的贫碳或无碳硅烷优选在液相中反应，然后与要涂覆的基底表面发生接触并且在基底表面上以统计方式沉积所形成的分子簇。如果这样足够大的前体分子簇与例如随后施加的苯基三氯硅烷前体分子一起存在于基底表面上的单层中，则在随后的热处理和单层转化为石墨烯层时，在无碳分子簇的位置产生空隙，其在那里在石墨烯层中形成纳米孔。该无碳前体分子簇除了具有足够的大小外，还具有疏水性封端物，例如通过氮（n）、氨基（nh2）、甲基、碳基团或氢基团。这些基团还在特定的前体分子簇的位置处生成疏水性表面，从而在涂覆过程的第二沉积步骤中出现自停止作用，也就是说，在那里或在其之上也不再沉积进一步的sam前体分子。

根据另一个实施例，液相沉积用于在基底表面上的无碳或贫碳前体分子簇的第一次沉积。在液相中，与在气相中相比，可以更好地控制无碳或贫碳前体分子形成分子簇。在此受控地利用如下事实：溶解的无碳或贫碳前体分子与共反应物附聚以形成纳米颗粒或纳米分子簇，以及其随后沉积在基底表面上，以在随后热生成的石墨烯层中限定纳米孔。目的是避免明确合成大硅烷。相反，这些纳米分子簇也应在自组装过程中由小的、简单构造且容易可得的硅烷形成，并随后以统计方式分布地沉积在基底表面上。这例如通过将少量水添加到第一类型的前体分子在合适的溶剂，例如己烷、庚烷或氯碳化合物（氯代烃）中的溶液中来引发。

相反，除了已存在的具有富碳硅烷前体的无碳或贫碳分子簇外，整个基底表面的实际的sam涂覆看起来优选在第二次沉积中通过气相沉积进行，以获得尽可能少缺陷且明确限定的sam层，其随后可以提供少缺陷的石墨烯层。

用于在溶液中形成纳米分子簇的低级硅烷的引发反应是通过同样少量添加的水的水解：

r-si-(cl)3+3h2o→r-si(oh)3+3hcl(r=ch3、nh2、h、c……)

视可用的水含量而定，水解也可以仅部分地发生，即在后一种情况下，oh和cl基团都留在分子上。

由此，一定量的在所选实施例中使用的三氯硅烷转化为羟基硅烷，也就是说，取决于溶解的三氯硅烷的量和尤其取决于添加的水量，在液相中形成缩合核。缩合核的浓度取决于共反应物的量，尤其取决于添加的水量。随后和随着反应时间的流逝，硅烷醇分子发生缩聚以形成硅烷醇分子纳米簇。在此，硅烷醇和（未反应的）氯硅烷都可以附加地加成在分子簇上并扩大分子簇。最终，通过时间参数来控制应达到纳米分子簇的何种大小。在下面列出缩聚反应的一些实例。

r-si-(oh)3+r-si-(oh)3→r-si(oh)2-o-si(oh)2-r+h2o

r-si-cl3+r-si-(oh)3→r-si-(oh)2-o-sicl2-r+hcl

r-si-cl3+r-si(oh)2-o-si(oh)2-r→r-si(oh)2-o-si(oh)-r-o-sicl2-r+hcl

r-si-(oh)3+r-si(oh)2-o-si(oh)2-r→r-si(oh)2-o-si(oh)-r-o-si(oh)2-r+h2o

r-si-(oh)3+r-si(oh)2-o-sicl2-r→r-si(oh)2-o-sicl-r-o-si(oh)2-r+hcl

因此，在处于构建中的分子簇上发生水解或部分水解的分子（硅烷醇）的缩合反应且伴随着水的释放，这可以在处于构建中的分子簇邻近附近使其它三氯硅烷水解，或者三氯硅烷直接加成到处于构建中的分子簇上。因此，分子簇的密度和大小在一定程度上可解耦并彼此独立地控制。

当液相中的纳米分子簇的大小对应于所需的值范围时，使要涂覆的基底与液相接触，并且纳米分子簇由于其oh键或其cl基团而对接在基底表面上，为此亲水性结合位点（在基底表面上的oh基团）或所谓的成核位点特别有吸引力。作为用于影响应结合到基底表面上的纳米分子簇的密度的另一辅助参数，可以改变基底表面上这样的成核位点的密度。如果用稀氢氟酸hf蚀刻硅基底或玻璃基底或sio2表面，则表面上的亲水性oh基团消失，并被通过h原子和f原子的疏水性封端物替代。所述表面不是长期稳定的，并且例如通过水蒸气的作用或在潮湿的气氛中缓慢地转化回oh封端的表面。该过程在时间尺度上以统计方式均匀分布在表面上进行。然后，在重新形成的oh基团上特别好地对接纳米分子簇，这是除了纳米分子簇在液相中的密度之外的另一个影响参数。

为此，如上所述，通过用稀氢氟酸hf预处理而将晶片基底整面地设为具有疏水性表面。然后将晶片基底在一定的时间内暴露于含水蒸气的气氛中。在此，在该时间内受控地导致在表面上均匀地以统计方式分布的亲水性oh基团的密度的增长。然后将晶片基底在优选10至20℃的低温下引入液相中，在其中，事先已由第一类型的硅烷前体和相应量的水生成了硅烷纳米分子簇的所需的密度和大小。在基底晶片暴露于液相期间，纳米分子簇对接在基底表面的羟基上，并形成了贫碳岛，其由于低温而具有低活动性，并且最终完全固定在基底表面上。

然后将晶片基底在例如10至20℃的优选低温下储存，例如在大气下24小时。在这段时间内，通过化学键的形成，纳米分子簇与基底表面进行不可逆交联。此外，在这一时间段内，通过空气中的水分或通过受控输入的水蒸气而使基底表面的所有疏水性基团（h或f）转化为亲水性oh基团，并且所有氯原子都通过水解而从层中去除。结果产生了具有疏水性无碳分子簇的亲水性晶片，所述分子簇均匀地以统计方式分布且固定地存在于基底表面上。

在下一步骤中，将晶片基底送入气相sam涂覆设备。在高于40℃的高温下，例如在70℃下，现在通过合适的第二类型的富碳前体分子进行第二个sam涂覆步骤，其随后通过高温处理在同样随后施加的例如由铜或镍制成的金属层下方转化为石墨烯层。为此，例如使用辛基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、苯基三氯硅烷或相应的烷氧基硅烷。重要的是，所述层仅在表面的不存在无碳分子簇的亲水性部分上生长，因为在那里存在疏水性表面，在该表面上不能生长其它前体分子。结果，产生了具有适合于生成石墨烯的前体物类的基底表面，该前体物类被限定随后的纳米孔的无碳分子簇中断。

纳米孔的数量又与无碳或贫碳前体分子簇的数量相关联。表面上存在的无碳前体分子簇越多，则由此在石墨烯层中生成的纳米孔的密度越高。在沉积之前无碳前体分子簇已缩聚或聚合得越大，则各自的纳米孔变得更大。

替代地，通过使用纳米颗粒生成底部，所述纳米颗粒可商购并在工业上便宜地制成。由此可以实现简单的操作以及良好和简单的过程控制。

在此，纳米颗粒用于在基底表面上的第一次沉积。特别有利的是，可以以简单的方式确定它们的数量、密度和大小，并且从整个过程中消除了现场生产的不确定性。该过程在明确限定且良好受控的条件下开始，这涉及所施加的纳米颗粒的大小和数量。

许多供应商提供了直径从约10纳米起的具有不同大小且由各种材料制成的工业制造的纳米颗粒的大量选择，其可以以低价大量获得。尽管原则上许多材料适合于所提出的方法，但是使用由sio2制成的硅酸盐纳米颗粒看起来是特别有利的。在这样的纳米颗粒的大小和品质方面存在大量替代品，直至可装载其它物质的多孔纳米颗粒。

有利地，首先根据已知方法之一使要涂覆的基底表面亲水化。然后在表面上施加溶液，该溶液包含悬浮体形式的所需数量的纳米颗粒，也就是说，具有分散的一定浓度的这类纳米颗粒。这些是例如前述的二氧化硅珠。水或有机溶剂，例如醇、己烷、庚烷或氯碳化合物（氯代烃）用作珠悬浮体的溶剂或载体。通过溶剂的蒸发，预定数量的纳米颗粒，优选硅酸盐纳米颗粒留在基底表面上。作为施加和干燥的替代方式，例如用晶片离心涂镀机将珠分散体离心涂镀。当基底是硅晶片时，则后者例如是有利的。在离心涂镀法中，表面上的纳米颗粒的密度根据实验和取决于离心涂镀机转数和转数变化来确定，因为在离心涂镀过程中损失含纳米颗粒的溶液的一部分，即在干燥之前就进行离心涂镀。

在基底表面干燥之后，纳米颗粒通过粘附力结合到表面上并固定在那里。在使用二氧化硅珠时存在由于羟基的范德华力，其中，由于缩合反应还可以在基底表面和纳米颗粒之间就已形成第一化学键。因此，纳米颗粒掩蔽了它们所固定的基底表面的一些部分。

位于基底表面上的纳米颗粒在sam涂覆过程中充当掩蔽物，也就是说，在它们所处的地方不进行基底表面的涂覆。由于其是接近球形的纳米颗粒，因此被掩蔽或覆盖的面积小于纳米颗粒的直径。就此而言，硅酸盐纳米颗粒的10至20nm的直径完全适合用作生成缺陷的掩蔽物，该缺陷应导致石墨烯中的纳米孔。

在此，位于基底表面上的纳米颗粒本身是否被单层涂覆并不重要。硅酸盐纳米颗粒可以通过其羟基而实际上用sam前体进行涂覆。在其它材料的情况下可能不发生涂覆。

在sam涂覆过程结束后，单层以牢固化学结合的形式存在基底表面上。通过si-o-si桥在基底表面上的化学结合以及硅烷醇基团彼此之间的交联是不可逆的。

在这种状态下，将纳米颗粒从基底表面去除。在此优选使用机械力，例如在低于空化阈值的超声浴中对晶片进行超声清洁或对晶片进行兆声清洁，即频率在兆赫范围内的超声清洗，其在兆声浴中不产生空化现象，并且特别好地适用于从基底表面去除最小颗粒或纳米颗粒。也可以用压缩空气或其它气体吹扫晶片，用冷冻的二氧化碳或冷冻的氩气（例如通过来自喷嘴的焦耳-汤姆森膨胀而冷冻）轻柔吹扫，或用水射束或其它流动液体冲洗。在此，纳米颗粒从基底表面去除，而单层由于其与基底表面的稳定化学结合而保持完好。为了保护单层免受损坏，应绝对避免强力作用，例如空化效应。

除了使用由例如基本上与半导体兼容的sio2的材料制成的可商购且在工业上大规模制造的纳米颗粒外，不需要半导体工厂或mems工厂中不总存在的特殊设备和装置。由此可以将该方法用于工业中已广泛确立的结构。

图3示出了根据一个实施例的方法300的流程图。用于制造分析单元，例如借助图1描述的分析单元的底部的方法300包括步骤310，在其中，将富碳和贫碳前体分子（以上也称为前体分子）沉积在合适的基底上。在此，形成前体层，例如自组装单层作为用于制造石墨烯层或ald层的起始层。在进一步的步骤320中，对前体层进行后处理。在此，将前体层转化为用作底部的具有至少一个孔的层，其中，孔径由所述贫碳前体分子的特定大小来限定，并且孔数由特定混合比来限定，所述富碳和贫碳前体分子以该特定混合比沉积在基底上。

如果一个实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”连接词，则这如下解读：该实施例根据一个实施方案既具有第一特征又具有第二特征，而根据另一实施方案仅具有第一特征或仅具有第二特征。