JP2000055874A - Isfetアレイ - Google Patents
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Abstract
の影響を可及的に少なくしたISFETを提供するこ
と。 【解決手段】 ISFET2を二次元的に複数個配置し
てなるISFETアレイ1において、全てのISFET
2に常に電圧を印加し、全てのISFET2を常に動作
状態にしている。
Description
イオン濃度をFET(電界効果トランジスタ)の中を流
れる電流値に変換して測定するISFET(イオン感応
性電界効果トランジスタ)を縦横に複数個配置してなる
ISFETアレイに関する。
し、pHの二次元分布を測定するものとして、例えば、
特公平5−33745号公報に示すような水素イオン濃
度分布測定装置がある。図3は、この水素イオン濃度分
布測定装置におけるISFETアレイの構成を示すもの
で、このISFETアレイは、例えば9つのISFET
31〜39を3行3列に配置し、これらのISFET3
1〜39を、各行および各列に対応するスイッチ40〜
45のスイッチング動作により、それぞれの位置のpH
情報を電圧信号として取り出すようにしたもので、例え
ば、スイッチング素子40,43を閉じる(オンする)
ことにより、ISFET31がオンとなり、これによっ
て、ISFET31におけるpH情報が出力端子46に
出力される。なお、図3において、47は電流信号を電
圧信号として取り出すための抵抗、48はスイッチング
ゲート電圧電源である。
SFETはオンとなって出力が安定するまで多少の時間
がかかるといった性質があるが、上記従来のISFET
アレイにおいては、スイッチ40〜45をオンまたはオ
フして、特定のISFETにおけるpH情報を得ようと
した場合、そのISFETがオンまたはオフして、その
状態が安定せず、このため、その出力信号がスイッチン
グ動作の影響を大きく受け、出力が安定しないという不
都合があった。
たもので、その目的は、スイッチのオン、オフによるい
わゆるノイズの影響を可及的に少なくしたISFETを
提供することである。
め、この発明は、ISFETを二次元的に複数個配置し
てなるISFETアレイにおいて、全てのISFETに
常に電圧を印加し、全てのISFETを常に動作状態に
している。
オフしてないので、スイッチング動作によるノイズ影響
が大幅に低減される。
しながら説明する。図1は、この発明のISFETアレ
イ1の構成を概略的に示すもので、このISFETアレ
イ1は、例えば、溶液中の水素イオン濃度を電流値に変
換するISFET2と、このISFET2に直列に接続
されるスイッチ素子としてのMOSFET3とからなる
複数の単位センサ(画素ともいう)4を例えばシリコン
基板5(図2参照)の表面5aに二次元的に配置してな
るものである。より詳しくは、各単位センサ4におい
て、ISFET2のドレインとMOSFET3のソース
とが接続されている。これらの単位センサ4は、例えば
3行3列に二次元的に配列されている。そして、各IS
FET2のソースには、電源5によって常にソースドレ
イン電圧(Vd)が付与されるように構成されている。
そのゲート同士が互いに接続され、各行に対応して設け
られるスイッチ素子としてのMOSスイッチ6のドレイ
ンに接続されている。そして、各MOSスイッチ6のゲ
ートは、垂直走査回路7に接続されている。8はMOS
スイッチ6のゲートにスイッチングゲート電圧(Vg)
を付与する電源で、その正極は各MOSスイッチ6のソ
ースと接続され、負極は接地されている。
にそのドレイン同士が互いに接続され、各列に対応して
設けられるスイッチ素子としてのMOSスイッチ9のソ
ースに接続されている。そして、各MOSスイッチ9の
ゲートは、水平走査回路10に接続されている。また、
各MOSスイッチ9のドレイン同士は互いに接続される
とともに、出力端子11に接続されている。12は電流
信号を電圧信号として取り出すための抵抗である。
は、垂直走査回路7および水平走査回路10によって、
1行、1列のみのMOSスイッチ6,9をオンすること
により、装置の交叉している単位センサ4のみから信号
電流が出力される。例えば、図1において、1行目と1
列目のMOSスイッチ6,9をオンすることにより、左
上の単位センサ4からの信号電流を取り出すことができ
る。この場合、当該単位センサ4を含む全ての単位セン
サ4におけるISFET2には、電源5によってソース
ドレイン電圧Vdが印加されており、全てのISFET
2は常に動作状態になっている。つまり、ISFET2
自体はオンオフしてないので、MOSスイッチ6,9の
スイッチング動作によるノイズが殆どなくなり、その影
響が大幅に低減される。
おいては、ISFET2に直列に接続されるスイッチ3
としてMOSスイッチを用いているので、ISFETア
レイ1全体の構成が簡単になる。
pH二次元分布測定装置13によってpHの分布を測定
する状態を概略的に示す図で、この図において、14は
被検体としての寒天である。そして、この寒天14の表
面に、ISFETアレイ1が形成された基板5の表面5
aが密着している。15は寒天14に挿入される比較電
極である。16はISFETアレイ1の出力と比較電極
15の出力との差をとる電圧計で、その出力は演算制御
部としての画像処理可能なコンピュータ17に入力され
る。このコンピュータ17は、前記垂直走査回路7およ
び水平走査回路10を制御する機能をも備えていること
はいうまでもない。
13においては、コンピュータ17から垂直走査回路7
および水平走査回路10に適宜制御信号を送り、MOS
スイッチ6,9を順次オンオフ制御することにより、寒
天14におけるpHの二次元分布を測定することができ
る。そして、このとき得られる信号を適宜画像処理する
ことにより、pHの二次元分布画像を得ることができ
る。この場合、ISFETアレイ1においては、上述し
たようにスイッチノイズの影響をほとんど受けることが
ないので、高画質の二次元画像化を行うことができる。
ものではなく、ISFETアレイ1としては、単位セン
サ4をn×n(nは自然数)配置にしたもののみなら
ず、m×n(mは自然数)であってもよい。
いるMOSスイッチ3に代えて、オペアンプなどの応用
電子回路を用いてもよい。このようにすることにより、
個々のISFET2の特性の補正、出力電流の増幅、電
流電圧変換などを随時行うことができ、特に、早い段階
において増幅することによりS/Nを大きくすることが
でき、信号精度を向上させることができる。
以外の他のイオンに感応するものであってもよいことは
いうまでもない。
は、ISFETアレイを構成する全てのISFETに常
に電圧を印加し、全てのISFETを常に動作状態にし
ているので、スイッチング動作によるノイズ影響を受け
ることがなくなり、精度の高い測定を行うことができ
る。
示す図である。
測定装置の一例を概略的に示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 ISFETを二次元的に複数個配置して
なるISFETアレイにおいて、全てのISFETに常
に電圧を印加し、全てのISFETを常に動作状態にし
てあることを特徴とするISFETアレイ。
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