CN110100176A - 离子浓度分布测定装置 - Google Patents
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Abstract
离子浓度分布测定装置，其具备：单元检测部10m,n，其输出与离子浓度相应的量的电荷；及积分电路20n，其输出与从单元检测部输出的电荷的量相应的信号值。单元检测部10m,n包括：MOS晶体管11、离子感应部12、第一电容部13及传送用开关14。积分电路20n包括：放大器21、第二电容部22及重置开关23。由此，能够实现不易受噪声的影响的离子浓度分布测定装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种测定离子浓度的分布的装置。
背景技术
作为测定溶液中的离子浓度的离子传感器，已知有使用离子敏感场效应晶体管(ISFET：Ion Sensitive Field Effect Transistor)的传感器。该离子传感器包括具有由离子感应膜覆盖的栅电极的FET。该离子传感器根据通过溶液中的离子活度而产生的离子感应膜的表面电位控制FET的漏极与源极之间的电流，通过检测该电流值而能够测定离子浓度。
另外，在专利文献1、2及非专利文献1中，记载了排列有分别检测离子浓度的多个单元检测部的离子浓度分布测定装置(离子影像传感器)。各单元检测部包括具有与离子感应膜电连接的栅电极的MOS晶体管。该离子浓度分布测定装置使与离子感应膜的表面电位相应的量的电荷在各单元检测部中产生，通过检测与该电荷量相应的电压值而能够测定离子浓度分布。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]国际公开第二016/114202号
[专利文献2]国际公开第二016/147798号
[非专利文献]
[非专利文献1]S.Watanabe et al.,“采用新型结构2Tr.型传感器实现的1.15μm螺距的pH成像(Realized pH Imaging with 1.15μM Pitch by New Structure 2Tr.TypeSensor)”,APCOT2016,3d.5,pp.135-136
发明内容
[发明所要解决的技术问题]
专利文献1、2及非专利文献1中记载的离子浓度分布测定装置与ISFET相比具有更优异的特性。然而，根据本发明人的见解，该离子浓度分布测定装置具有容易受噪声的影响的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种不易受噪声的影响的离子浓度分布测定装置。
[解决技术问题的技术手段]
本发明的离子浓度分布测定装置具备：检测部，其由分别输出与离子浓度相应的量的电荷的多个单元检测部在半导体基板上以一维方式或二维方式排列而形成；及信号处理部，其包括输出与从单元检测部输出的电荷的量相应的信号值的1个或2个以上的积分电路。
单元检测部包括：(1)MOS晶体管，其具有第一电极、第二电极与栅电极；(2)离子感应部，其与MOS晶体管的栅电极电连接，对栅电极赋予与离子浓度相应的电位；(3)第一电容部，其设置于MOS晶体管的第二电极与基准电位输入端子之间，蓄积与栅电极的电位相应的量的电荷；(4)传送用开关，其具有第一端及第二端，第一端与MOS晶体管的第二电极电连接，且将蓄积于第一电容部的电荷从第二端输出。另外，MOS晶体管的第一电极及第二电极中，一个为漏极电极，另一个为源极电极。
积分电路包括：(1)放大器，其具有：输入从多个单元检测部中的任一个单元检测部输出的电荷的第一输入端子、输入基准电位的第二输入端子、及输出信号值的输出端子；(2)第二电容部，其设置于放大器的第一输入端子与输出端子之间，蓄积输入至放大器的第一输入端子的电荷；(3)重置开关，其相对于第二电容部并联设置，并重置第二电容部的电荷蓄积。积分电路将与蓄积于第二电容部的电荷的量相应的信号值从放大器的输出端子输出。
[发明效果]
本发明的离子浓度分布测定装置不易受噪声的影响，能够高精度地测定离子浓度分布。
附图说明
图1是表示第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的整体构成的图。
图2是表示第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的单元检测部10m,n及积分电路20n的电路构成例的图。
图3是示意性地表示各单元检测部10m,n的截面构成例的图。
图4是表示第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的单元检测部10m,n及积分电路20n的动作例的时序图。
图5是表示模拟第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的单元检测部10m,n及积分电路20n的动作的结果的图。
图6是表示第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的整体构成的图。
图7是表示第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的单元检测部10m,n及积分电路20n的电路构成例的图。
图8是表示第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的单元检测部10m,n及积分电路20n的动作例的时序图。
图9是表示第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的整体构成的图。
图10是表示第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的单元检测部10m,n、积分电路20n及累积电路30n的电路构成例的图。
图11是表示模拟第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的单元检测部10m,n、积分电路20n及累积电路30n的动作的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。并且，在附图说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复说明。本发明并不限定于这些例示。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的整体构成的图。离子浓度分布测定装置1A具备：检测部2A、信号处理部3A及控制部4A。检测部2A形成于半导体基板上。优选在该半导体基板上还形成有信号处理部3A，另外，优选除此以外还形成有控制部4A。
检测部2A包括M×N个单元检测部101,1～10M,N。M×N个单元检测部101,1～10M,N具有共通的构成，以二维方式排列成M行N列。各单元检测部10m,n位于第m行第n列。各单元检测部10m,n基于从控制部4A提供的ID(m)信号及TG(m)信号而动作，将与离子浓度相应的量的电荷朝信号处理部3A输出。另外，M及N为2以上的整数，m为1以上M以下的各整数，n为1以上N以下的各整数。
信号处理部3A包括N个积分电路201～20N及N个开关401～40N。N个积分电路201～20N具有共通的构成。各积分电路20n与检测部2A的第n列的M个单元检测部101,n～10M,n连接。各积分电路20n基于从控制部4A提供的reset信号而动作，输入分别从第n列的M个单元检测部101,n～10M,n依次输出的电荷并蓄积，且输出与该蓄积电荷量相应的信号值。
各开关40n连接于积分电路20n的输出端子，基于从控制部4A提供的sel(n)信号而动作。N个开关401～40N通过依次成为导通状态，而将分别从N个积分电路201～20N输出的信号值依次朝共通的输出线输出。
控制部4A控制检测部2A及信号处理部3A各自的动作。控制部4A输出用于控制检测部2A的各单元检测部10m,n的动作的ID(m)信号及TG(m)信号。另外，控制部4A输出用于控制信号处理部3A的各积分电路20n的动作的reset信号，且输出用于控制信号处理部3A的各开关40n的动作的sel(n)信号。
图2是表示第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的单元检测部10m,n及积分电路20n的电路构成例的图。在该图中，代表性地显示M×N个单元检测部101,1～10M,N中的第m行第n列的单元检测部10m,n，并且，代表性地显示N个积分电路201～20N中的连接于单元检测部10m,n的积分电路20n。
各单元检测部10m,n包括：MOS晶体管11、离子感应部12、电容部(第一电容部)13及传送用开关14。
MOS晶体管11例如是NMOS晶体管，具有漏极电极(第一电极)、源极电极(第二电极)与栅电极。MOS晶体管11的漏极电极输入从控制部4A提供的ID(m)信号。
离子感应部12与MOS晶体管11的栅电极电连接，对该栅电极赋予与离子浓度相应的电位。作为离子感应部12，使用例如Si3N4或Ta2O5等。离子感应部12优选被设置为：覆盖MOS晶体管11及传送用开关14的双方或任一方的至少一部分，该情况下，能够减小半导体基板上的各单元检测部10m,n的配置面积。
电容部13设置于MOS晶体管11的源极电极与基准电位输入端子(例如，接地电位输入端子)之间，蓄积与MOS晶体管11的栅电极的电位相应的量的电荷。电容部13优选为寄生电容，该情况下，能够减小半导体基板上的各单元检测部10m,n的配置面积。另外，电容部13可以是有目的地制作的结构，例如，如果是MIM(Metal-Oxide-Metal，金属-氧化物-金属)电容的话，则能够减小半导体基板上的各单元检测部10m,n的配置面积。
传送用开关14具有第一端及第二端。传送用开关14的第一端与MOS晶体管11的源极电极电连接。传送用开关14基于从控制部4A提供的TG(m)信号而动作。各单元检测部10m,n的传送用开关14在导通状态时将蓄积于电容部13的电荷从第二端朝积分电路20n输出。传送用开关14可以由例如NMOS晶体管构成。
另外，以下将MOS晶体管11的源极电极的电位，即传送用开关14的第一端的电位称作“A电位”。该A电位成为与蓄积于电容部13的电荷的量相应的电位。
各积分电路20n包括放大器21、电容部(第二电容部)22及重置开关23，具有电容反馈跨阻放大器(CTIA:Capacitive Trans-Impedance Amplifier，电容跨阻放大器)的构成。各积分电路20n将与蓄积于电容部22的电荷的量相应的信号值从放大器21的输出端子输出。
放大器21具有反转输入端子(第一输入端子)、非反转输入端子(第二输入端子)及输出端子。各积分电路20n的放大器21的反转输入端子输入从单元检测部10m,n的传送用开关14输出的电荷。放大器21的非反转输入端子则输入inp电位(基准电位)。放大器21的输出端子输出out信号。
电容部22设置于放大器21的反转输入端子与输出端子之间，蓄积被输入至放大器21的反转输入端子的电荷。重置开关23相对于电容部22并联设置。重置开关23基于从控制部4A提供的reset信号而动作。在重置开关23为导通状态时，重置电容部22的电荷蓄积。在重置开关23为关闭状态时，电容部22能够进行电荷蓄积。
图3是示意性地表示各单元检测部10m,n的截面构成例的图。如该图所示，在P型半导体基板101的一个主面上形成有N+型区域111～113，在它们的上面形成有绝缘膜121，进一步在绝缘膜121上形成有栅电极131、132。N+型区域112的寄生电容被用作电容部13。
栅电极131位于N+型区域111与N+型区域112之间，由这些构成MOS晶体管11。N+型区域111从控制部4A被提供ID(m)信号。
栅电极132位于N+型区域112与N+型区域113之间，由这些构成传送用开关14。栅电极132从控制部4A被提供TG(m)信号。N+型区域113与积分电路20n电连接。
在这些的上面形成有绝缘层141，在该绝缘层141上形成有膜状的离子感应部12。离子感应部12与栅电极131通过导电材料151～153彼此电连接。
图4是表示第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的单元检测部10m,n及积分电路20n的动作例的时序图。该图中表示的是M×N个单元检测部101,1～10M,N中的第m行第n列的单元检测部10m,n、及N个积分电路201～20N中的积分电路20n的动作例。
另外，在该图中，从上到下依次表示的是：对单元检测部10m,n的传送用开关14提供的TG(m)信号；对积分电路20n的重置开关23提供的reset信号；对单元检测部10m,n的MOS晶体管11的漏极电极提供的ID(m)信号；单元检测部10m,n的MOS晶体管11的源极电极的A电位、及从积分电路20n的放大器21的输出端子输出的out信号。
时刻t1前为重置期间。时刻t1前的reset信号为H电平，在积分电路20n中重置开关23为导通状态，电容部22的电荷蓄积被初始化，且out信号成为初始值。另外，由于传送用开关14为导通状态，且因放大器21的反转输入端子与非反转输入端子具有虚短路(imaginaryshort)的关系，因此A电位被重置为inp电位电平。
时刻t1～t2的期间为待机期间。当在时刻t1out信号变为L电平时，在积分电路20n中重置开关23成为关闭状态，而电容部22能够进行电荷蓄积。TG(m)信号为H电平，ID(m)信号为inp电位电平，A电位扔保持为inp电位电平不发生变化，且out信号扔为初始值。其后，即便TG(m)信号变为L电平，该out信号仍维持初始值的状态。
时刻t2～t3的期间为电荷注入期间。由于TG(m)信号为L电平，传送用开关14为关闭状态，所以out信号扔为初始值。在时刻t2后的一定期间内，ID(m)信号成为接地电位电平，一定量的电荷注入于电容部13。然后，当ID(m)信号返回inp电位电平时，A电位(即，蓄积于电容部13的电荷的量)成为与MOS晶体管11的栅电极的电位(即，与离子感应部12相接触的被测定对象的离子浓度)相应的电位。
时刻t3～t4的期间为电荷传送期间。在时刻t3后的一定期间内，由于TG(m)信号成为H电平，传送用开关14为导通状态，所以，蓄积于电容部13的电荷经由传送用开关14被输入至积分电路20n，且蓄积于积分电路20n的电容部22。另外，由于放大器21的反转输入端子与非反转输入端子具有虚短路的关系，所以，A电位恢复为inp电位电平。
此后，通过重复电荷注入期间(时刻t4～t5)及电荷传送期间(时刻t5～t6)，在积分电路20n的电容部22中累积与离子浓度相应的量的电荷且不断蓄积。从积分电路20n输出与在电容部22累积且蓄积的电荷的量相应的电压值。
时刻t7后为重置期间。reset信号成为H电平，在积分电路20n中重置开关23成为导通状态，电容部22的电荷蓄积被初始化，out信号成为初始值。
图5是表示模拟第一实施方式的离子浓度分布测定装置1A的单元检测部10m,n及积分电路20n的动作的结果的图。此处，将inp电位电平设为1.5V，将电容部22的电容值设为0.1pF，将MOS晶体管11的栅电极的电位设为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V的各值。在某一重置期间与下一重置期间之间，将电荷注入期间及电荷传送期间的重复次数(即，朝积分电路20n的电容部22传送电荷的次数)设为3次。
在本实施方式的离子浓度分布测定装置1A中，与离子浓度相应的量的电荷从单元检测部10m,n朝积分电路20n传送，该电荷在积分电路20n中蓄积，且与该蓄积的电荷的量相应的值的out信号从积分电路20n输出。因此，对于离子浓度分布测定装置1A而言，即便是在从单元检测部10m,n至积分电路20n的信号线较长、该信号线的寄生电容较大的情况下，也不会使增益受损，所以，不易受噪声的影响，从而能够高精度地测定离子浓度分布。
另外，在非专利文献1中记载的现有的离子浓度分布测定装置中，在从单元检测部10m,n读取与离子浓度相应的电压值时，由于该电压值较小，且因输出信号线的电容而使增益受损，所以容易受噪声的影响。
另外，在本实施方式的离子浓度分布测定装置1A中，由于与离子浓度相应的量的电荷在积分电路20n的电容部22累积且蓄积，且能够将与累积地蓄积于该电容部22的电荷的量相应的信号值从积分电路20n输出，所以能够改善SN比。
另外，在本实施方式的离子浓度分布测定装置1A中，通过将离子感应部12设置为覆盖MOS晶体管11及传送用开关14的双方或任一方的至少一部分，从而能够减小半导体基板上的各单元检测部10m,n的配置面积。由此，能够减小半导体基板上的单元检测部的排列间距，从而能够提高离子浓度分布测定的空间分辨率。
另外，本实施方式的离子浓度分布测定装置1A也可以是：针对检测部2A的每一行依次在单元检测部10m,n中将与离子浓度相应的量的电荷蓄积于电容部13，且在其后从单元检测部10m,n朝积分电路20n传送电荷。
或者，本实施方式的离子浓度分布测定装置1A也可以是：在检测部2A的全部单元检测部101,1～10M,N中同时将与离子浓度相应的量的电荷蓄积于电容部13，其后，针对检测部2A的每一行依次从单元检测部10m,n朝积分电路20n传送电荷且从积分电路20n输出out信号。
(第二实施方式)
图6是表示第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的整体构成的图。离子浓度分布测定装置1B具备：检测部2B、信号处理部3B及控制部4B。与第一实施方式的构成相比，第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的不同点在于：各单元检测部10m,n的构成；从控制部4B不朝检测部2B提供ID(m)信号；并且，从控制部4B朝各积分电路20n提供的inp信号的电平并非是一定的。
图7是表示第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的单元检测部10m,n及积分电路20n的电路构成例的图。与第一实施方式的构成相比，第二实施方式的不同点在于：在各单元检测部10m,n中，MOS晶体管11的漏极电极(第一电极)与传送用开关14的第二端(与积分电路20n连接的一端)彼此电连接。另外，与第一实施方式的构成相比，第二实施方式的不同点在于：输入至各积分电路20n的放大器21的非反转输入端子的inp电位的电平以脉冲方式发生变化。
图8是表示第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B的单元检测部10m,n及积分电路20n的动作例的时序图。在该图中，从上到下依次表示的是：对单元检测部10m,n的传送用开关14提供的TG(m)信号；对积分电路20n的重置开关23提供的reset信号；输入至积分电路20n的放大器21的非反转输入端子的inp电位；单元检测部10m,n的MOS晶体管11的源极电极的A电位、及从积分电路20n的放大器21的输出端子输出的out信号。
时刻t1前为重置期间。时刻t1前的reset信号为H电平，在积分电路20n中重置开关23为导通状态，电容部22的电荷蓄积被初始化，out信号成为初始值。TG(m)信号为H电平，且传送用开关14为导通状态。另外，由于inp信号为H电平，且放大器21的反转输入端子与非反转输入端子具有虚短路的关系，所以，A电位为与inp信号相同的H电平。
时刻t1～t2的期间为待机期间。虽然TG(m)信号变为L电平，且传送用开关14成为关闭状态，但A电位仍为与inp信号相同的H电平，且out信号扔为初始值。
时刻t2～t3的期间为电荷注入期间。在该期间内，由于inp信号成为L电平，且放大器21的反转输入端子与非反转输入端子具有虚短路的关系，所以，对MOS晶体管11的漏极电极提供的电压成为inp信号的L电平，而一定量的电荷注入至电容部13。
时刻t3～t4的期间为电荷保持期间。在该期间内，inp信号成为H电平，A电位(即，蓄积于电容部13的电荷的量)成为与MOS晶体管11的栅电极的电位(即，与离子感应部12相接触的被测定对象的离子浓度)相应的电位。
时刻t4～t5的期间为待机期间。当在时刻t4reset信号变成L电平时，在积分电路20n中重置开关23成为关闭状态，电容部22能够进行电荷蓄积。
时刻t5～t6的期间为电荷传送期间。由于TG(m)信号成为H电平，且传送用开关14成为导通状态，所以，蓄积于电容部13的电荷经由传送用开关14被输入至积分电路20n，并蓄积于积分电路20n的电容部22。与蓄积于电容部22的电荷的量相应的电压值从积分电路20n输出。另外，由于放大器21的反转输入端子与非反转输入端子具有虚短路的关系，所以，A电位恢复为inp电位的H电平。
时刻t6后为重置期间。reset信号成为H电平，在积分电路20n中重置开关23成为导通状态，电容部22的电荷蓄积被初始化，out信号成为初始值。
第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B除了发挥与第一实施方式的情况相同的效果以外，还发挥如下效果。在第二实施方式中，由于无须从控制部4B朝检测部2B提供ID(m)信号，因此能够省略用于此的信号线，从而能够与其相应地减小半导体基板上的单元检测部的排列间距，从而能够进一步提高离子浓度分布测定的空间分辨率。
另外，在第二实施方式的离子浓度分布测定装置1B中，由于在电荷注入期间注入至单元检测部10m,n的电容部13的电荷的量是由输入至积分电路20n的放大器21的非反转输入端子的inp电位决定的，所以，能够抑制放大器失调的偏差的影响。
(第三实施方式)
图9是表示第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的整体构成的图。离子浓度分布测定装置1C具备检测部2C、信号处理部3C及控制部4C。与第二实施方式的构成相比，第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的不同点在于：信号处理部3C进一步包括N个累积电路301～30N；并且，从控制部4C朝各累积电路30n提供read信号、hold信号及reset2信号。第三实施方式的检测部2C具有与第二实施方式的检测部2B相同的构成。
在信号处理部3C中，各累积电路30n设置于积分电路20n与开关40n之间。各累积电路30n基于从控制部4C提供的read信号、hold信号及reset2信号而动作。各累积电路30n将从积分电路20n输出的信号值累积相加，且将该累积相加后的信号值朝开关40n输出。
图10是表示第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的单元检测部10m,n、积分电路20n及累积电路30n的电路构成例的图。第三实施方式的单元检测部10m,n具有与第二实施方式的单元检测部10m,n相同的构成。第三实施方式的积分电路20n具有与第二实施方式的积分电路20n相同的构成。
各累积电路30n包括：放大器31、电容部32、重置开关33、电容部34及开关35～38。累积电路30n的放大器31、电容部32及重置开关33具有与积分电路20n的放大器21、电容部22及重置开关23相同的构成(即，CTIA的构成)。重置开关33基于从控制部4C提供的reset2信号而动作。
电容部34及开关35～38构成开关电容电路。电容部34的一端经由开关35与积分电路20n的放大器21的输出端子连接，且经由开关36与基准电位输入端子连接。电容部34的另一端经由开关37与放大器31的反转输入端子连接，且经由开关38与基准电位输入端子连接。
开关35及开关38基于从控制部4C提供的hold信号而动作。开关36及开关37基于从控制部4C提供的read信号而动作。开关35、38与开关36、37不会同时成为导通状态。各累积电路30n在开关35、38为导通状态时，将与从积分电路20n输出的out1信号的值相应的量的电荷蓄积于电容部34，并且，在开关36、37为导通状态时，将蓄积于电容部34的电荷朝放大器31的反转输入端子传送且使其累积地蓄积于电容部32。
图11是表示模拟第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C的单元检测部10m,n、积分电路20n及累积电路30n的动作的结果的图。在该图中，从上到下依次表示的是：对积分电路20n的重置开关23提供的reset信号；对单元检测部10m,n的传送用开关14提供的TG(m)信号；输入至积分电路20n的放大器21的非反转输入端子的inp电位；单元检测部10m,n的MOS晶体管11的源极电极的A电位、及从积分电路20n的放大器21的输出端子输出的out1信号。进一步，还表示有：对累积电路30n的重置开关33提供的reset2信号；对累积电路30n的开关35、38提供的hold信号；对累积电路30n的开关36、37提供的read信号、及从累积电路30n的放大器31的输出端子输出的out2信号。
此处，将对开关36、38的一端提供的基准电位设为1.5V，将电容部22的电容值设为0.1pF，将MOS晶体管11的栅电极的电位设为1.8V、1.9V、2.0V、2.1V的各值。在某一重置期间与下一重置期间之间，将电荷注入期间及电荷传送期间的重复次数(即，朝积分电路20n的电容部22传送电荷的次数)设为4次。
第三实施方式的离子浓度分布测定装置1C除了发挥与第二实施方式的情况相同的效果以外，由于能够将与离子浓度相应的量的电荷累积地蓄积于累积电路30n的电容部32，且能够将与累积地蓄积于该电容部32的电荷的量相应的信号值从累积电路30n输出，所以能够改善SN比。
(变化例)
本发明并非限定于上述实施方式及构成例，可以进行各种变化。例如，在检测部中，多个单元检测部既可以二维方式排列，也可以一一维方式排列。在上述实施方式中，虽然与排列为M行N列的多个单元检测部中的各列的M个单元检测部对应地设置1个积分电路，但是，一般而言，也可以是与2个以上的单元检测部对应地设置1个积分电路，还可以是与1个单元检测部对应地设置1个积分电路。
在上述实施方式的离子浓度分布测定装置中，采用具备检测部及信号处理部的构成，其中，检测部由分别输出与离子浓度相应的量的电荷的多个单元检测部在半导体基板上以一维方式或二维方式排列而形成，信号处理部包括输出与从单元检测部输出的电荷的量相应的信号值的1个或2个以上的积分电路。
在上述构成的离子浓度分布测定装置中，单元检测部包括：(1)MOS晶体管，其具有第一电极、第二电极与栅电极；(2)离子感应部，其与MOS晶体管的栅电极电连接，对栅电极赋予与离子浓度相应的电位；(3)第一电容部，其设置于MOS晶体管的第二电极与基准电位输入端子之间，蓄积与栅电极的电位相应的量的电荷；(4)传送用开关，其具有第一端及第二端，第一端与MOS晶体管的第二电极电连接，且将蓄积于第一电容部的电荷从第二端输出。另外，MOS晶体管的第一电极及第二电极中，一个为漏极电极，另一个为源极电极。
在上述构成的离子浓度分布测定装置中，积分电路包括：(1)放大器，其具有：输入从多个单元检测部中的任一个单元检测部输出的电荷的第一输入端子，输入基准电位的第二输入端子，以及输出信号值的输出端子；(2)第二电容部，其设置于放大器的第一输入端子与输出端子之间，蓄积输入至放大器的第一输入端子的电荷；(3)重置开关，其相对于第二电容部并联设置，重置第二电容部的电荷蓄积。积分电路将与蓄积于第二电容部的电荷的量相应的信号值从放大器的输出端子输出。
在上述构成的离子浓度分布测定装置中，离子感应部可采用如下构成：即，离子感应部被设置为覆盖MOS晶体管及传送用开关的双方或任一方的至少一部分。
在上述构成的离子浓度分布测定装置中，可采用如下构成：即，与多个单元检测部的中的2个以上的单元检测部对应地设置1个积分电路。
在上述构成的离子浓度分布测定装置中，可采用下述构成：即，多个单元检测部以二维方式排列为M行N列(其中，M、N为2以上的整数)，信号处理部包括N个积分电路，与多个单元检测部的中的各列的M个单元检测部对应地设置有1个积分电路。
在上述构成的离子浓度分布测定装置中，单元检测部可采用如下构成：即，MOS晶体管的第一电极与传送用开关的第二端彼此电连接。另外，此时，信号处理部可采用如下构成：即，其进一步包括将从积分电路输出的信号值累积相加的累积电路。
[产业上的利用的可能性]
本发明可用作不易受噪声的影响的离子浓度分布测定装置。
[符号说明]
1A～1C 浓度分布测定装置
2A～2C 检测部
3A～3C 信号处理部
4A～4C 控制部
101,1～10M,N 单元检测部
11 MOS晶体管
12 离子感应部
13 电容部
14 传送用开关
201～20N 积分电路
21 放大器
22 电容部
23 重置开关
301～30N 累积电路
31 放大器
32 电容部
33 重置开关
34 电容部
35～38 开关。
Claims (6)
1.一种离子浓度分布测定装置，其中，
包括：
检测部，其由分别输出与离子浓度相应的量的电荷的多个单元检测部在半导体基板上以一维方式或二维方式排列而形成；及
信号处理部，其包括输出与从所述单元检测部输出的电荷的量相应的信号值的1个或2个以上的积分电路，
所述单元检测部包括：
MOS晶体管，其包括第一电极、第二电极与栅电极；
离子感应部，其与所述MOS晶体管的所述栅电极电连接，对所述栅电极赋予与离子浓度相应的电位；
第一电容部，其设置于所述MOS晶体管的所述第二电极与基准电位输入端子之间，蓄积与所述栅电极的电位相应的量的电荷；及
传送用开关，其具有第一端及第二端，所述第一端与所述MOS晶体管的所述第二电极电连接，且将蓄积于所述第一电容部的电荷从所述第二端输出，
所述积分电路包括：
放大器，其具有：输入从所述多个单元检测部中的任一个单元检测部输出的电荷的第一输入端子、输入基准电位的第二输入端子、及输出信号值的输出端子；
第二电容部，其设置于所述放大器的所述第一输入端子与所述输出端子之间，蓄积输入至所述放大器的所述第一输入端子的电荷；及
重置开关，其相对于所述第二电容部并联设置，并重置所述第二电容部的电荷蓄积，并且，
将与蓄积于所述第二电容部的电荷的量相应的信号值，从所述放大器的所述输出端子输出。
2.如权利要求1所述的离子浓度分布测定装置，其中，
所述离子感应部被设置为覆盖所述MOS晶体管及所述传送用开关的双方或任一方的至少一部分。
3.如权利要求1或2所述的离子浓度分布测定装置，其中，
与所述多个单元检测部的中的2个以上的单元检测部对应地设置有1个所述积分电路。
4.如权利要求1或2所述的离子浓度分布测定装置，其中，
所述多个单元检测部排列成M行N列的二维，
所述信号处理部包括N个所述积分电路，
与所述多个单元检测部的中的各列的M个单元检测部对应地设置有1个所述积分电路，
其中，M、N为2以上的整数。
5.如权利要求1～4中任一项所述的离子浓度分布测定装置，其中，
所述单元检测部中，所述MOS晶体管的所述第一电极与所述传送用开关的所述第二端彼此电连接。
6.如权利要求5所述的离子浓度分布测定装置，其中，
所述信号处理部进一步包括将从所述积分电路输出的信号值累积相加的累积电路。
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