JPH06249825A - Ｆｅｔセンサ - Google Patents
ＦｅｔセンサInfo
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- JPH06249825A JPH06249825A JP5062673A JP6267393A JPH06249825A JP H06249825 A JPH06249825 A JP H06249825A JP 5062673 A JP5062673 A JP 5062673A JP 6267393 A JP6267393 A JP 6267393A JP H06249825 A JPH06249825 A JP H06249825A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電流計や電圧計などの測定器や、電流−電圧
変換回路や増幅回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥ
Ｔセンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出すると
ともに外部に大きな電圧信号として出力することができ
るＦＥＴセンサを提供する。 【構成】 Ｐ型ＦＥＴ２のドレイン端子とＮ型ＦＥＴ３
のドレイン端子とを点５で接続し、検出すべき物質の濃
度に応じた電圧を点５に接続した端子９から出力する。
変換回路や増幅回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥ
Ｔセンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出すると
ともに外部に大きな電圧信号として出力することができ
るＦＥＴセンサを提供する。 【構成】 Ｐ型ＦＥＴ２のドレイン端子とＮ型ＦＥＴ３
のドレイン端子とを点５で接続し、検出すべき物質の濃
度に応じた電圧を点５に接続した端子９から出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中のイオン濃度や
気体中のガス濃度などを検出するＦＥＴセンサに関す
る。
気体中のガス濃度などを検出するＦＥＴセンサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＦＥＴ（絶縁ゲート型ＦＥＴ）のゲ
ート金属を取り去りＳｉＯ2 などを感応膜として用いる
とともに参照電極を設けて、各種イオンの濃度を検出す
るイオンセンサや、ＩＧＦＥＴのゲート金属としてＰｄ
を用いてＰｄ−ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造を有し、各種ガスの
濃度を検出するガスセンサなどがＦＥＴセンサとして従
来から知られている。
ート金属を取り去りＳｉＯ2 などを感応膜として用いる
とともに参照電極を設けて、各種イオンの濃度を検出す
るイオンセンサや、ＩＧＦＥＴのゲート金属としてＰｄ
を用いてＰｄ−ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造を有し、各種ガスの
濃度を検出するガスセンサなどがＦＥＴセンサとして従
来から知られている。
【０００３】ここでＦＥＴセンサの動作原理についてＦ
ＥＴセンサの１つであるガスセンサに関して説明する。
たとえば検出すべき水素ガス（Ｈ2 ）はＰｄ表面で吸
着、解離されて原子状水素（Ｈ）となる。このＨ原子は
拡散によってＰｄ−ＳｉＯ2 界面に達して界面電位を発
生し、この結果ＦＥＴの特性パラメータであるしきい値
電圧が変化する。しきい値電圧が変化すると、ＦＥＴの
ドレイン電流が変化し、この電流変化を測定することに
より水素ガス（Ｈ2 ）の濃度を検出することができる。
ＥＴセンサの１つであるガスセンサに関して説明する。
たとえば検出すべき水素ガス（Ｈ2 ）はＰｄ表面で吸
着、解離されて原子状水素（Ｈ）となる。このＨ原子は
拡散によってＰｄ−ＳｉＯ2 界面に達して界面電位を発
生し、この結果ＦＥＴの特性パラメータであるしきい値
電圧が変化する。しきい値電圧が変化すると、ＦＥＴの
ドレイン電流が変化し、この電流変化を測定することに
より水素ガス（Ｈ2 ）の濃度を検出することができる。
【０００４】ところで、このガスの濃度の変化によるＦ
ＥＴのドレイン電流の変化は微小であるためその変化を
認識することが難しく、従来では、この微小なドレイン
電流の変化を測定するために高精度の電流計を用いて精
密に測定したり、後処理のしやすさのために、微小な電
流の変化を一旦電流−電圧変換回路により電圧の変化に
変換し、この電流−電圧変換回路の出力である微小な電
圧の変化を増幅回路を用いて増幅して外部に出力してい
た。
ＥＴのドレイン電流の変化は微小であるためその変化を
認識することが難しく、従来では、この微小なドレイン
電流の変化を測定するために高精度の電流計を用いて精
密に測定したり、後処理のしやすさのために、微小な電
流の変化を一旦電流−電圧変換回路により電圧の変化に
変換し、この電流−電圧変換回路の出力である微小な電
圧の変化を増幅回路を用いて増幅して外部に出力してい
た。
【０００５】ＦＥＴセンサを用いてたとえばガス濃度を
検出する別の方法としては、ＦＥＴのドレイン電流が一
定になるようにＦＥＴのゲートに印加する電圧を変化さ
せ、このゲートに印加する電圧の変化によりガス濃度を
検出する方法がある。この場合であってもゲートに印加
する電圧の変化は微小であるために、高精度の電圧計を
用いて精密に測定したり、微小な電圧の変化を増幅回路
を用いて増幅して外部に出力していた。
検出する別の方法としては、ＦＥＴのドレイン電流が一
定になるようにＦＥＴのゲートに印加する電圧を変化さ
せ、このゲートに印加する電圧の変化によりガス濃度を
検出する方法がある。この場合であってもゲートに印加
する電圧の変化は微小であるために、高精度の電圧計を
用いて精密に測定したり、微小な電圧の変化を増幅回路
を用いて増幅して外部に出力していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえばガス
濃度の検出に高精度の電流計や電圧計を用いたり、増幅
回路を設けたりすることは、ＦＥＴセンサを用いてシス
テムを構築する場合システムの小型化のネックとなって
しまう。
濃度の検出に高精度の電流計や電圧計を用いたり、増幅
回路を設けたりすることは、ＦＥＴセンサを用いてシス
テムを構築する場合システムの小型化のネックとなって
しまう。
【０００７】また、ＦＥＴセンサを用いたシステムを小
型化するために、微小なドレイン電流の変化を増幅する
ための増幅回路などの回路とＦＥＴセンサとをワンチッ
プ上に一体化することが考えられるが、その場合にも次
のような問題がある。
型化するために、微小なドレイン電流の変化を増幅する
ための増幅回路などの回路とＦＥＴセンサとをワンチッ
プ上に一体化することが考えられるが、その場合にも次
のような問題がある。
【０００８】ワンチップ上に一体化するということは既
存の増幅回路などが使えず、新たにワンチップ上の回路
すべての設計から行うということであり、つまり、ま
ず、設計段階において、ＦＥＴセンサとは別に増幅回路
などの回路の設計やシミュレーションなどが必要にな
る。
存の増幅回路などが使えず、新たにワンチップ上の回路
すべての設計から行うということであり、つまり、ま
ず、設計段階において、ＦＥＴセンサとは別に増幅回路
などの回路の設計やシミュレーションなどが必要にな
る。
【０００９】また、製作段階において、ＦＥＴセンサの
製作工程とは別に増幅回路などの回路の製作工程が加わ
る。そのため、単に全体の製作工程が多くなるだけでは
なく、ＦＥＴセンサの製作工程と増幅回路などの回路の
製作工程とが互いに影響を及ぼさないような工夫が必要
になり、全体の製作工程が複雑になる。
製作工程とは別に増幅回路などの回路の製作工程が加わ
る。そのため、単に全体の製作工程が多くなるだけでは
なく、ＦＥＴセンサの製作工程と増幅回路などの回路の
製作工程とが互いに影響を及ぼさないような工夫が必要
になり、全体の製作工程が複雑になる。
【００１０】さらに、完成した増幅回路などの回路とＦ
ＥＴセンサとのワンチップについて見てみると、ワンチ
ップ上にＦＥＴセンサ以外に増幅回路などがあるため
に、ワンチップ上にＦＥＴセンサだけを製作した場合と
比べて、ＦＥＴセンサのチップのサイズが大きくなって
しまい、狭い場所でのガス濃度検出やイオン濃度検出な
どに不向きとなってしまう。
ＥＴセンサとのワンチップについて見てみると、ワンチ
ップ上にＦＥＴセンサ以外に増幅回路などがあるため
に、ワンチップ上にＦＥＴセンサだけを製作した場合と
比べて、ＦＥＴセンサのチップのサイズが大きくなって
しまい、狭い場所でのガス濃度検出やイオン濃度検出な
どに不向きとなってしまう。
【００１１】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、高精度の電流計や電圧計などの測定器や、電流−
電圧変換回路や増幅回路などの付属回路を必要とせず、
ＦＥＴセンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出す
るとともに外部に大きな電圧信号として出力し得るＦＥ
Ｔセンサを提供することを目的とする。
ので、高精度の電流計や電圧計などの測定器や、電流−
電圧変換回路や増幅回路などの付属回路を必要とせず、
ＦＥＴセンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出す
るとともに外部に大きな電圧信号として出力し得るＦＥ
Ｔセンサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、検出すべき物質に感応する感応膜を有す
るＰ型ＦＥＴと、前記検出すべき物質に感応する感応膜
を有するＮ型ＦＥＴとを備え、前記Ｐ型ＦＥＴのゲート
端子および前記Ｎ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加し、前記Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子と前記Ｎ型Ｆ
ＥＴのドレイン端子とを接続し、この接続点から前記検
出すべき物質の濃度に応じた電圧を出力するようにＦＥ
Ｔセンサを構成した。
成するために、検出すべき物質に感応する感応膜を有す
るＰ型ＦＥＴと、前記検出すべき物質に感応する感応膜
を有するＮ型ＦＥＴとを備え、前記Ｐ型ＦＥＴのゲート
端子および前記Ｎ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加し、前記Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子と前記Ｎ型Ｆ
ＥＴのドレイン端子とを接続し、この接続点から前記検
出すべき物質の濃度に応じた電圧を出力するようにＦＥ
Ｔセンサを構成した。
【００１３】
【作用】本発明は以上の構成によって、Ｐ型ＦＥＴのゲ
ート端子およびＮ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加したとき、Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子と前記Ｎ型
ＦＥＴのドレイン端子との接続点において、検出すべき
物質の濃度に応じた電圧を出力する。
ート端子およびＮ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加したとき、Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子と前記Ｎ型
ＦＥＴのドレイン端子との接続点において、検出すべき
物質の濃度に応じた電圧を出力する。
【００１４】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【００１５】図１は、本発明によるＦＥＴセンサをＨ2
ガス（水素ガス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサと
して用いた場合の概略構成図である。
ガス（水素ガス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサと
して用いた場合の概略構成図である。
【００１６】本発明の第１の実施例に係るＦＥＴガスセ
ンサ１（破線で囲んで示す）はＰ型ＦＥＴ２およびＮ型
ＦＥＴ３から成り、Ｐ型ＦＥＴ２のドレイン端子とＮ型
ＦＥＴ３のドレイン端子とは点５で互いに接続されると
ともに端子９に接続されている。また、Ｐ型ＦＥＴ２の
ソース端子は端子６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ３のソース
端子は端子８に接続されている。さらに、Ｐ型ＦＥＴ２
のゲート端子とＮ型ＦＥＴ３のゲート端子とは点４で互
いに接続されるとともに端子７に接続されている。
ンサ１（破線で囲んで示す）はＰ型ＦＥＴ２およびＮ型
ＦＥＴ３から成り、Ｐ型ＦＥＴ２のドレイン端子とＮ型
ＦＥＴ３のドレイン端子とは点５で互いに接続されると
ともに端子９に接続されている。また、Ｐ型ＦＥＴ２の
ソース端子は端子６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ３のソース
端子は端子８に接続されている。さらに、Ｐ型ＦＥＴ２
のゲート端子とＮ型ＦＥＴ３のゲート端子とは点４で互
いに接続されるとともに端子７に接続されている。
【００１７】Ｐ型ＦＥＴ２およびＮ型ＦＥＴ３のゲート
金属１０および１１には同じものが用いられ、ここで
は、Ｈ2 ガスに感応するＰｄを用いている。ゲート金属
１０および１１には、検出したいガスに応じてそのガス
に感応する材質を用いることができ、たとえばＰｔ、Ｉ
ｒ、ＳｎＯ2 などが用いられる。
金属１０および１１には同じものが用いられ、ここで
は、Ｈ2 ガスに感応するＰｄを用いている。ゲート金属
１０および１１には、検出したいガスに応じてそのガス
に感応する材質を用いることができ、たとえばＰｔ、Ｉ
ｒ、ＳｎＯ2 などが用いられる。
【００１８】端子６には電圧ＶDD（たとえば５Ｖ）が印
加され、端子８には電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）が印加さ
れ、端子７には所定のバイアス電圧ＶBIASが印加され
る。端子９からはガス濃度に応じた電圧ＶOUT が出力さ
れる。
加され、端子８には電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）が印加さ
れ、端子７には所定のバイアス電圧ＶBIASが印加され
る。端子９からはガス濃度に応じた電圧ＶOUT が出力さ
れる。
【００１９】Ｐ型ＦＥＴ２およびＮ型ＦＥＴ３は一般的
によく知られているＭＯＳプロセス（酸化、リソグラフ
ィ、エッチング、成膜等）を応用してＳｉ単結晶基板上
に製作される。Ｐ型ＦＥＴ２とＮ型ＦＥＴ３とはワンチ
ップ上に製作され、基板としてＮ型Ｓｉ単結晶ウェハを
用いる場合にはＰ型ＦＥＴ２は直接Ｎ型Ｓｉ単結晶ウェ
ハ上に製作され、Ｎ型ＦＥＴ３はＮ型Ｓｉ単結晶ウェハ
上に作られたＰウェル上に製作される。また、基板とし
てＰ型Ｓｉ単結晶ウェハを用いる場合にはＮ型ＦＥＴ３
は直接Ｐ型Ｓｉ単結晶ウェハ上に製作され、Ｐ型ＦＥＴ
２はＰ型Ｓｉ単結晶ウェハ上に作られたＮウェル上に製
作される。またこの他に、ドープされた不純物濃度がき
わめて薄いＳｉ単結晶ウェハ（Ｎ型であるかＰ型である
かは問わない）を基板として用いる場合には、Ｐ型ＦＥ
Ｔ２はＳｉ単結晶ウェハ上に作られたＮウェル上に製作
され、Ｎ型ＦＥＴ３はＳｉ単結晶ウェハ上に作られたＰ
ウェル上に製作される。
によく知られているＭＯＳプロセス（酸化、リソグラフ
ィ、エッチング、成膜等）を応用してＳｉ単結晶基板上
に製作される。Ｐ型ＦＥＴ２とＮ型ＦＥＴ３とはワンチ
ップ上に製作され、基板としてＮ型Ｓｉ単結晶ウェハを
用いる場合にはＰ型ＦＥＴ２は直接Ｎ型Ｓｉ単結晶ウェ
ハ上に製作され、Ｎ型ＦＥＴ３はＮ型Ｓｉ単結晶ウェハ
上に作られたＰウェル上に製作される。また、基板とし
てＰ型Ｓｉ単結晶ウェハを用いる場合にはＮ型ＦＥＴ３
は直接Ｐ型Ｓｉ単結晶ウェハ上に製作され、Ｐ型ＦＥＴ
２はＰ型Ｓｉ単結晶ウェハ上に作られたＮウェル上に製
作される。またこの他に、ドープされた不純物濃度がき
わめて薄いＳｉ単結晶ウェハ（Ｎ型であるかＰ型である
かは問わない）を基板として用いる場合には、Ｐ型ＦＥ
Ｔ２はＳｉ単結晶ウェハ上に作られたＮウェル上に製作
され、Ｎ型ＦＥＴ３はＳｉ単結晶ウェハ上に作られたＰ
ウェル上に製作される。
【００２０】図２は、図１に示したＦＥＴガスセンサ１
のチップ構造を示す。図１と同じ構成部分に関しては同
じ参照番号を付してある。
のチップ構造を示す。図１と同じ構成部分に関しては同
じ参照番号を付してある。
【００２１】本実施例では、Ｎ型Ｓｉ基板１５上にＦＥ
Ｔガスセンサ１を製作しており、Ｐ型ＦＥＴ２（破線で
囲んで示す）は直接Ｎ型Ｓｉ基板１５上に製作され、Ｎ
型ＦＥＴ３（破線で囲んで示す）はＮ型Ｓｉ基板１５上
に作られたＰウェル１２上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ２
およびＮ型ＦＥＴ３の絶縁膜としては、Ａｌ2 Ｏ3 膜１
３およびＳｉＯ2 膜１４を用いている。
Ｔガスセンサ１を製作しており、Ｐ型ＦＥＴ２（破線で
囲んで示す）は直接Ｎ型Ｓｉ基板１５上に製作され、Ｎ
型ＦＥＴ３（破線で囲んで示す）はＮ型Ｓｉ基板１５上
に作られたＰウェル１２上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ２
およびＮ型ＦＥＴ３の絶縁膜としては、Ａｌ2 Ｏ3 膜１
３およびＳｉＯ2 膜１４を用いている。
【００２２】図３は、図１に示したＦＥＴガスセンサ１
のバイアス電圧−出力電圧特性を示す。
のバイアス電圧−出力電圧特性を示す。
【００２３】一定の濃度のＨ2 ガスの中にＦＥＴガスセ
ンサ１を設置して、図１に示した端子６に印加するＶDD
を５Ｖにし、端子８に印加するＶSSを０Ｖにしたとき、
端子７に印加するバイアス電圧ＶBIASを０〜５Ｖまで変
化させると、端子９の出力電圧ＶOUT は図３に示した曲
線の値を示す。
ンサ１を設置して、図１に示した端子６に印加するＶDD
を５Ｖにし、端子８に印加するＶSSを０Ｖにしたとき、
端子７に印加するバイアス電圧ＶBIASを０〜５Ｖまで変
化させると、端子９の出力電圧ＶOUT は図３に示した曲
線の値を示す。
【００２４】図４は、Ｈ2 ガスの濃度を変化させた場合
の、図１に示したＦＥＴガスセンサ１のバイアス電圧−
出力電圧特性の変化を示す。
の、図１に示したＦＥＴガスセンサ１のバイアス電圧−
出力電圧特性の変化を示す。
【００２５】曲線Ａは、濃度が３００ｐｐｍのＨ2 ガス
の中に図１に示したＦＥＴガスセンサ１を設置した場合
のバイアス電圧−出力電圧特性であり、曲線Ｂは、濃度
が４００ｐｐｍのＨ2 ガスの中に図１に示したＦＥＴガ
スセンサ１を設置した場合のバイアス電圧−出力電圧特
性である。
の中に図１に示したＦＥＴガスセンサ１を設置した場合
のバイアス電圧−出力電圧特性であり、曲線Ｂは、濃度
が４００ｐｐｍのＨ2 ガスの中に図１に示したＦＥＴガ
スセンサ１を設置した場合のバイアス電圧−出力電圧特
性である。
【００２６】図４からわかるように、Ｈ2 ガスの濃度が
３００ｐｐｍから４００ｐｐｍに変化すると、ＦＥＴガ
スセンサ１のバイアス電圧−出力電圧特性の曲線は０．
０２Ｖだけ左にシフトする。
３００ｐｐｍから４００ｐｐｍに変化すると、ＦＥＴガ
スセンサ１のバイアス電圧−出力電圧特性の曲線は０．
０２Ｖだけ左にシフトする。
【００２７】つまり、Ｈ2 ガスの濃度を３００ｐｐｍに
してバイアス電圧ＶBIASを２．２Ｖにすると図１の端子
９には出力電圧ＶOUT として３．６Ｖの電圧が出力され
る。ここで、バイアス電圧ＶBIASを変えずにＨ2 ガスの
濃度が４００ｐｐｍに変化すると、端子９には出力電圧
ＶOUT として１．１Ｖの電圧が出力される。
してバイアス電圧ＶBIASを２．２Ｖにすると図１の端子
９には出力電圧ＶOUT として３．６Ｖの電圧が出力され
る。ここで、バイアス電圧ＶBIASを変えずにＨ2 ガスの
濃度が４００ｐｐｍに変化すると、端子９には出力電圧
ＶOUT として１．１Ｖの電圧が出力される。
【００２８】このように、本実施例によれば、Ｈ2 ガス
の濃度が３００ｐｐｍから４００ｐｐｍに変化したとき
に、出力電圧ＶOUT が２．５（＝３．６−１．１）Ｖの
変化を示し、わずかなＨ2 ガス濃度の変化（３００ｐｐ
ｍ→４００ｐｐｍ）を、付属検出回路を必要とせずに大
きな出力電圧の変化（２．５Ｖ）として検出することが
できる。
の濃度が３００ｐｐｍから４００ｐｐｍに変化したとき
に、出力電圧ＶOUT が２．５（＝３．６−１．１）Ｖの
変化を示し、わずかなＨ2 ガス濃度の変化（３００ｐｐ
ｍ→４００ｐｐｍ）を、付属検出回路を必要とせずに大
きな出力電圧の変化（２．５Ｖ）として検出することが
できる。
【００２９】図５は、本発明によるＦＥＴセンサをＨ+
イオン（水素イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセ
ンサとして用いた場合の概略構成図である。
イオン（水素イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセ
ンサとして用いた場合の概略構成図である。
【００３０】本発明の第２の実施例に係るＦＥＴイオン
センサ１０１（破線で囲んで示す）はＰ型ＦＥＴ１０２
およびＮ型ＦＥＴ１０３から成り、Ｐ型ＦＥＴ１０２の
ドレイン端子とＮ型ＦＥＴ１０３のドレイン端子とは点
１０５で互いに接続されるとともに端子１０９に接続さ
れている。また、Ｐ型ＦＥＴ１０２のソース端子は端子
１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３のソース端子は端
子１０８に接続されている。さらに、Ｐ型ＦＥＴ１０２
およびＮ型ＦＥＴ１０３にバイアス電圧を印加するため
の参照電極１２０が設けられ、この参照電極１２０は端
子１０７に接続されている。
センサ１０１（破線で囲んで示す）はＰ型ＦＥＴ１０２
およびＮ型ＦＥＴ１０３から成り、Ｐ型ＦＥＴ１０２の
ドレイン端子とＮ型ＦＥＴ１０３のドレイン端子とは点
１０５で互いに接続されるとともに端子１０９に接続さ
れている。また、Ｐ型ＦＥＴ１０２のソース端子は端子
１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３のソース端子は端
子１０８に接続されている。さらに、Ｐ型ＦＥＴ１０２
およびＮ型ＦＥＴ１０３にバイアス電圧を印加するため
の参照電極１２０が設けられ、この参照電極１２０は端
子１０７に接続されている。
【００３１】Ｐ型ＦＥＴ１０２およびＮ型ＦＥＴ１０３
のゲートは感応膜（後に図６に示す）から成り、Ｐ型Ｆ
ＥＴ１０２の感応膜およびＮ型ＦＥＴ１０３の感応膜に
は同じものが用いられ、ここでは、Ｈ+ イオンに感応す
るＳｉ3 Ｎ4 （窒化シリコン）を用いている。感応膜に
は、検出したいイオンに応じてそのイオンに感応する材
質を用いることができ、たとえばＴａ2 Ｏ5 、ＮＡＳガ
ラスなどが用いられる。
のゲートは感応膜（後に図６に示す）から成り、Ｐ型Ｆ
ＥＴ１０２の感応膜およびＮ型ＦＥＴ１０３の感応膜に
は同じものが用いられ、ここでは、Ｈ+ イオンに感応す
るＳｉ3 Ｎ4 （窒化シリコン）を用いている。感応膜に
は、検出したいイオンに応じてそのイオンに感応する材
質を用いることができ、たとえばＴａ2 Ｏ5 、ＮＡＳガ
ラスなどが用いられる。
【００３２】端子１０６には電圧ＶDD（たとえば５Ｖ）
が印加され、端子１０８には電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）
が印加され、端子１０７には所定のバイアス電圧ＶBIAS
が印加される。端子１０９からはイオン濃度に応じた電
圧ＶOUT が出力される。
が印加され、端子１０８には電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）
が印加され、端子１０７には所定のバイアス電圧ＶBIAS
が印加される。端子１０９からはイオン濃度に応じた電
圧ＶOUT が出力される。
【００３３】Ｐ型ＦＥＴ１０２およびＮ型ＦＥＴ１０３
は、図１に示したＰ型ＦＥＴ２およびＮ型ＦＥＴ３と同
様に一般的によく知られているＭＯＳプロセス（酸化、
リソグラフィ、エッチング、成膜等）を応用してＳｉ単
結晶基板上に製作される。
は、図１に示したＰ型ＦＥＴ２およびＮ型ＦＥＴ３と同
様に一般的によく知られているＭＯＳプロセス（酸化、
リソグラフィ、エッチング、成膜等）を応用してＳｉ単
結晶基板上に製作される。
【００３４】図６は、図５に示したＦＥＴイオンセンサ
１０１のチップ構造を示す。図５と同じ構成部分に関し
ては同じ参照番号を付してある。
１０１のチップ構造を示す。図５と同じ構成部分に関し
ては同じ参照番号を付してある。
【００３５】本実施例では、Ｎ型Ｓｉ基板１１５上にＦ
ＥＴイオンセンサ１０１を製作しており、Ｐ型ＦＥＴ１
０２は直接Ｎ型Ｓｉ基板１１５上に製作され、Ｎ型ＦＥ
Ｔ１０３はＮ型Ｓｉ基板１１５上に作られたＰウェル１
１２上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ１０２およびＮ型ＦＥ
Ｔ１０３の絶縁膜としてはＳｉＯ2 膜１１４を用い、Ｐ
型ＦＥＴ１０２およびＮ型ＦＥＴ１０３の感応膜として
はＳｉ3 Ｎ4 膜１２１を用いている。
ＥＴイオンセンサ１０１を製作しており、Ｐ型ＦＥＴ１
０２は直接Ｎ型Ｓｉ基板１１５上に製作され、Ｎ型ＦＥ
Ｔ１０３はＮ型Ｓｉ基板１１５上に作られたＰウェル１
１２上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ１０２およびＮ型ＦＥ
Ｔ１０３の絶縁膜としてはＳｉＯ2 膜１１４を用い、Ｐ
型ＦＥＴ１０２およびＮ型ＦＥＴ１０３の感応膜として
はＳｉ3 Ｎ4 膜１２１を用いている。
【００３６】一定の濃度のＨ+ イオンの中にＦＥＴイオ
ンセンサ１０１を設置して、図５に示した端子１０６に
印加するＶDDを５Ｖにし、端子１０８に印加するＶSSを
０Ｖにしたとき、端子１０７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを０〜５Ｖまで変化させると、端子１０９の出力電
圧ＶOUT は、図３と同じ曲線による値を示す。
ンセンサ１０１を設置して、図５に示した端子１０６に
印加するＶDDを５Ｖにし、端子１０８に印加するＶSSを
０Ｖにしたとき、端子１０７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを０〜５Ｖまで変化させると、端子１０９の出力電
圧ＶOUT は、図３と同じ曲線による値を示す。
【００３７】濃度がｐＨ６のＨ+ イオンの中に図５に示
したＦＥＴイオンセンサ１０１を設置した場合のバイア
ス電圧−出力電圧特性は、図４の曲線Ａと同じであり、
濃度がｐＨ５．５のＨ+ イオンの中に図５に示したＦＥ
Ｔイオンセンサ１０１を設置した場合のバイアス電圧−
出力電圧特性は、図４の曲線Ｂと同じである。
したＦＥＴイオンセンサ１０１を設置した場合のバイア
ス電圧−出力電圧特性は、図４の曲線Ａと同じであり、
濃度がｐＨ５．５のＨ+ イオンの中に図５に示したＦＥ
Ｔイオンセンサ１０１を設置した場合のバイアス電圧−
出力電圧特性は、図４の曲線Ｂと同じである。
【００３８】よって、図４と同様に、Ｈ+ イオンの濃度
がｐＨ６からｐＨ５．５に変化すると、ＦＥＴイオンセ
ンサ１０１のバイアス電圧−出力電圧特性は０．０２Ｖ
だけ左にシフトする。
がｐＨ６からｐＨ５．５に変化すると、ＦＥＴイオンセ
ンサ１０１のバイアス電圧−出力電圧特性は０．０２Ｖ
だけ左にシフトする。
【００３９】つまり、Ｈ+ イオンの濃度をｐＨ６にして
バイアス電圧ＶBIASを２．２Ｖにすると図５に示した端
子１０９には出力電圧ＶOUT として３．６Ｖの電圧が出
力される。ここで、バイアス電圧ＶBIASを変えずにＨ+
イオンの濃度がｐＨ５．５に変化すると、図５に示した
端子１０９には出力電圧ＶOUT として１．１Ｖの電圧が
出力される。
バイアス電圧ＶBIASを２．２Ｖにすると図５に示した端
子１０９には出力電圧ＶOUT として３．６Ｖの電圧が出
力される。ここで、バイアス電圧ＶBIASを変えずにＨ+
イオンの濃度がｐＨ５．５に変化すると、図５に示した
端子１０９には出力電圧ＶOUT として１．１Ｖの電圧が
出力される。
【００４０】このように、本実施例によれば、Ｈ+ イオ
ンの濃度がｐＨ６からｐＨ５．５に変化したときに、出
力電圧ＶOUT が２．５（＝３．６−１．１）Ｖの変化を
示し、わずかなＨ+ イオン濃度の変化（ｐＨ６→ｐＨ
５．５）を、付属検出回路を必要とせずに大きな出力電
圧の変化（２．５Ｖ）として検出することができる。
ンの濃度がｐＨ６からｐＨ５．５に変化したときに、出
力電圧ＶOUT が２．５（＝３．６−１．１）Ｖの変化を
示し、わずかなＨ+ イオン濃度の変化（ｐＨ６→ｐＨ
５．５）を、付属検出回路を必要とせずに大きな出力電
圧の変化（２．５Ｖ）として検出することができる。
【００４１】以上の第１の実施例ではＦＥＴガスセンサ
に関し、第２の実施例ではＦＥＴイオンセンサに関して
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、た
とえばＦＥＴの感応膜に抗原、抗体反応を起すような有
機膜を用いて様々な生化学物質を検出するＦＥＴバイオ
センサなどにも適用できる。
に関し、第２の実施例ではＦＥＴイオンセンサに関して
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、た
とえばＦＥＴの感応膜に抗原、抗体反応を起すような有
機膜を用いて様々な生化学物質を検出するＦＥＴバイオ
センサなどにも適用できる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度の電流計や電圧計などの測定器や、電流−電圧変
換回路や増幅回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥＴ
センサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出するとと
もに外部に大きな電圧信号として出力し得るＦＥＴセン
サを提供することができる。
高精度の電流計や電圧計などの測定器や、電流−電圧変
換回路や増幅回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥＴ
センサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出するとと
もに外部に大きな電圧信号として出力し得るＦＥＴセン
サを提供することができる。
【００４３】また、ＦＥＴセンサのチップ上に増幅回路
などが必要でないので、ワンチップ上に増幅回路などの
回路とＦＥＴセンサとを製作した場合と比べて、ＦＥＴ
センサのチップのサイズを小さくすることができ、狭い
場所でのガス濃度検出やイオン濃度検出などを行うこと
もできる。
などが必要でないので、ワンチップ上に増幅回路などの
回路とＦＥＴセンサとを製作した場合と比べて、ＦＥＴ
センサのチップのサイズを小さくすることができ、狭い
場所でのガス濃度検出やイオン濃度検出などを行うこと
もできる。
【図１】本発明によるＦＥＴセンサをＨ2 ガス（水素ガ
ス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサとして用いた場
合の概略構成図である。
ス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサとして用いた場
合の概略構成図である。
【図２】図１に示したＦＥＴガスセンサのチップ構造を
示す。
示す。
【図３】図１に示したＦＥＴガスセンサのバイアス電圧
−出力電圧特性を示す。
−出力電圧特性を示す。
【図４】Ｈ2 ガスの濃度を変化させた場合の、図１に示
したＦＥＴガスセンサのバイアス電圧−出力電圧特性の
変化を示す。
したＦＥＴガスセンサのバイアス電圧−出力電圧特性の
変化を示す。
【図５】本発明によるＦＥＴセンサをＨ+ イオン（水素
イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセンサとして用
いた場合の概略構成図である。
イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセンサとして用
いた場合の概略構成図である。
【図６】図５に示したＦＥＴイオンセンサのチップ構造
を示す。
を示す。
１ ＦＥＴガスセンサ ２ Ｐ型ＦＥＴ ３ Ｎ型ＦＥＴ １０、１１ ゲート金属
Claims (1)
- 【請求項１】 検出すべき物質に感応する感応膜を有す
るＰ型ＦＥＴと、前記検出すべき物質に感応する感応膜
を有するＮ型ＦＥＴとを備え、前記Ｐ型ＦＥＴのゲート
端子および前記Ｎ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加し、前記Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子と前記Ｎ型Ｆ
ＥＴのドレイン端子とを接続し、該接続点から前記検出
すべき物質の濃度に応じた電圧を出力するようにしたこ
とを特徴とするＦＥＴセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5062673A JPH06249825A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Ｆｅｔセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5062673A JPH06249825A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Ｆｅｔセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249825A true JPH06249825A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=13207045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5062673A Withdrawn JPH06249825A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Ｆｅｔセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06249825A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008026168A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Horiba Ltd | Ｆｅｔセンサ |
| JP2013516613A (ja) * | 2010-01-04 | 2013-05-13 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 超低消費電力ｃｍｏｓベースのバイオセンサ回路 |
| CN103210307A (zh) * | 2010-10-08 | 2013-07-17 | Dna电子有限公司 | Isfet器件 |
| JP2014508915A (ja) * | 2010-10-28 | 2014-04-10 | ディーエヌエー エレクトロニクス エルティーディー | 化学的検出デバイス |
| US10629019B2 (en) | 2013-04-02 | 2020-04-21 | Avigilon Analytics Corporation | Self-provisioning access control |
| KR102623577B1 (ko) * | 2022-10-12 | 2024-01-11 | 한국과학기술원 | 2단자 가변 저항 메모리 소자 기반의 바이오 트랜스듀서 및 그 동작 방법 |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP5062673A patent/JPH06249825A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008026168A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Horiba Ltd | Ｆｅｔセンサ |
| JP2013516613A (ja) * | 2010-01-04 | 2013-05-13 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 超低消費電力ｃｍｏｓベースのバイオセンサ回路 |
| CN103210307A (zh) * | 2010-10-08 | 2013-07-17 | Dna电子有限公司 | Isfet器件 |
| JP2013539049A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-10-17 | ディーエヌエー エレクトロニクス エルティーディー | Ｉｓｆｅｔ装置 |
| JP2014508915A (ja) * | 2010-10-28 | 2014-04-10 | ディーエヌエー エレクトロニクス エルティーディー | 化学的検出デバイス |
| JP2017006132A (ja) * | 2010-10-28 | 2017-01-12 | ディーエヌエー エレクトロニクス エルティーディー | 化学的検出デバイス |
| US10629019B2 (en) | 2013-04-02 | 2020-04-21 | Avigilon Analytics Corporation | Self-provisioning access control |
| KR102623577B1 (ko) * | 2022-10-12 | 2024-01-11 | 한국과학기술원 | 2단자 가변 저항 메모리 소자 기반의 바이오 트랜스듀서 및 그 동작 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |