JP2002131276A - 化学イメージセンサ - Google Patents
化学イメージセンサInfo
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- JP2002131276A JP2002131276A JP2000328707A JP2000328707A JP2002131276A JP 2002131276 A JP2002131276 A JP 2002131276A JP 2000328707 A JP2000328707 A JP 2000328707A JP 2000328707 A JP2000328707 A JP 2000328707A JP 2002131276 A JP2002131276 A JP 2002131276A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は環境負荷を軽減し、使用勝手の良
い、安価なケミカルイメージセンサを実現する。 【解決手段】サファイヤ、石英等の透明基板上に半導体
層と絶縁層を積層し、該透明基板の裏面より断続した光
を照射して該半導体層内に電子−正孔対を発生させるこ
とにより該半導体層表面に生ずる表面光電圧を利用す
る。光アドレス電位応答センサを用いて、化学イメージ
センサセルを構成するのに、上記半導体層の表面上の一
部にセンサ信号電極端子部を設け、さらに上記センサ部
の同一面上に絶縁膜を介し且つセンサ部を囲むように参
照電極用及び対極用の電極材料膜を平面的に形成したこ
とを特徴とする。
い、安価なケミカルイメージセンサを実現する。 【解決手段】サファイヤ、石英等の透明基板上に半導体
層と絶縁層を積層し、該透明基板の裏面より断続した光
を照射して該半導体層内に電子−正孔対を発生させるこ
とにより該半導体層表面に生ずる表面光電圧を利用す
る。光アドレス電位応答センサを用いて、化学イメージ
センサセルを構成するのに、上記半導体層の表面上の一
部にセンサ信号電極端子部を設け、さらに上記センサ部
の同一面上に絶縁膜を介し且つセンサ部を囲むように参
照電極用及び対極用の電極材料膜を平面的に形成したこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は光アドレス電位応答セン
サを利用した化学イメージセンサの構成に関するもので
ある。
サを利用した化学イメージセンサの構成に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体の表面又は裏面よりその禁制帯幅
よりエネルギーのおおきな断続光を照射し、このとき生
じる光電流を測定してセンサに応用する方法は表面光電
圧（ＳＰＶ）と呼ばれている。図７にその構成図を示
す。この計測方法は、ガスやイオンや生物活性などの生
物化学検査や半導体製造プロセスにおける結晶欠陥測定
など物理・化学センサとしての応用が考えられている。
さらにこのセンサは微小領域のセンサ信号が検出できる
とともに、スキャニングすることによりセンサ信号を順
次収集して化学種の二次元分布像を得ることができるの
で、集積化センサとして有望な候補の一つである。
よりエネルギーのおおきな断続光を照射し、このとき生
じる光電流を測定してセンサに応用する方法は表面光電
圧（ＳＰＶ）と呼ばれている。図７にその構成図を示
す。この計測方法は、ガスやイオンや生物活性などの生
物化学検査や半導体製造プロセスにおける結晶欠陥測定
など物理・化学センサとしての応用が考えられている。
さらにこのセンサは微小領域のセンサ信号が検出できる
とともに、スキャニングすることによりセンサ信号を順
次収集して化学種の二次元分布像を得ることができるの
で、集積化センサとして有望な候補の一つである。
【０００３】さらに、透明なサファイア基板上の薄膜シ
リコン層を用いたSOS基板などと可視レーザー光との組
み合わせで、高解像度のケミカルイメージセンサが実現
できる。しかし、このセンサでケミカルイメージを測定
するには図２に示すように、電解溶液を用い参照電極と
対極を準備しなければならないので、測定のたびにセン
サのセットアップをしなければならなかった。また、こ
れを解消するためにあらかじめセンサと参照電極と対極
が組み込まれ一体になったセンサモジュールを成型し用
意することも考えられるが、高価な上に繰り返し使用で
きないので資源の無駄使いであった。そのため簡単に交
換できる安価なセンサデバイスが切望されていた。
リコン層を用いたSOS基板などと可視レーザー光との組
み合わせで、高解像度のケミカルイメージセンサが実現
できる。しかし、このセンサでケミカルイメージを測定
するには図２に示すように、電解溶液を用い参照電極と
対極を準備しなければならないので、測定のたびにセン
サのセットアップをしなければならなかった。また、こ
れを解消するためにあらかじめセンサと参照電極と対極
が組み込まれ一体になったセンサモジュールを成型し用
意することも考えられるが、高価な上に繰り返し使用で
きないので資源の無駄使いであった。そのため簡単に交
換できる安価なセンサデバイスが切望されていた。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】本発明は、環境負荷を軽減
し、使用勝手の良い、安価なケミカルイメージセンサを
実現する。
し、使用勝手の良い、安価なケミカルイメージセンサを
実現する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1の発明は、サファイヤ、石英等の透明基板上に
半導体層と絶縁層を積層し、該透明基板の裏面より断続
した光を照射して該半導体層内に電子−正孔対を発生さ
せることにより該半導体層表面に生ずる表面光電圧を利
用する。光アドレス電位応答センサを用いて化学イメー
ジセンサセルを構成するのに、上記半導体層の表面上の
一部にセンサ信号電極端子部を設け、さらにセンサ部の
同一面上に絶縁膜を介し且つセンサ部を囲むように参照
電極用及び対極用の電極材料膜を形成したことを特徴と
する。
請求項1の発明は、サファイヤ、石英等の透明基板上に
半導体層と絶縁層を積層し、該透明基板の裏面より断続
した光を照射して該半導体層内に電子−正孔対を発生さ
せることにより該半導体層表面に生ずる表面光電圧を利
用する。光アドレス電位応答センサを用いて化学イメー
ジセンサセルを構成するのに、上記半導体層の表面上の
一部にセンサ信号電極端子部を設け、さらにセンサ部の
同一面上に絶縁膜を介し且つセンサ部を囲むように参照
電極用及び対極用の電極材料膜を形成したことを特徴と
する。
【０００６】
【実施の態様】本発明は、半導体基板の表面上に絶縁層
を有する構造で、上記半導体の表面または裏面より断続
した光を照射して半導体内に電子−正孔対を発生させる
ことにより半導体表面に生ずる表面光電圧を用いた光ア
ドレス電位応答センサ（LAPS）において、サファイヤ、
石英等の透明基板上に薄膜半導体層を形成してなる上記
光アドレス電位応答センサを用いて化学イメージセンサ
セルを構成するのに、参照電極用及び対極用の電極材料
をセンサデバイス上に一体に形成しスライドガラス状に
するものである。
を有する構造で、上記半導体の表面または裏面より断続
した光を照射して半導体内に電子−正孔対を発生させる
ことにより半導体表面に生ずる表面光電圧を用いた光ア
ドレス電位応答センサ（LAPS）において、サファイヤ、
石英等の透明基板上に薄膜半導体層を形成してなる上記
光アドレス電位応答センサを用いて化学イメージセンサ
セルを構成するのに、参照電極用及び対極用の電極材料
をセンサデバイス上に一体に形成しスライドガラス状に
するものである。
【０００７】図1は本発明のpHイメージセンサの基本構
成を示す平面図、図2は同図１のA-A`断面図で図中は透
明基板2は該基板１の一つの面上に被着された薄膜シリ
コン層、3は絶縁膜、４は感応膜である。また、薄膜シ
リコン層の一部にセンサ信号電極端子部５を設け、さら
に上記センサ部の同一面上に絶縁膜３を介し且つセンサ
部を囲むように参照電極用６及び対極用の電極材料膜７
形成し配置した。参照電極はさらにゲル電解質等で被覆
することで構成される。ｐＨイメージセンサとしては、
これらのセンシング部と対極部と参照電極部が測定サン
プル溶液で被われることで実現できる。
成を示す平面図、図2は同図１のA-A`断面図で図中は透
明基板2は該基板１の一つの面上に被着された薄膜シリ
コン層、3は絶縁膜、４は感応膜である。また、薄膜シ
リコン層の一部にセンサ信号電極端子部５を設け、さら
に上記センサ部の同一面上に絶縁膜３を介し且つセンサ
部を囲むように参照電極用６及び対極用の電極材料膜７
形成し配置した。参照電極はさらにゲル電解質等で被覆
することで構成される。ｐＨイメージセンサとしては、
これらのセンシング部と対極部と参照電極部が測定サン
プル溶液で被われることで実現できる。
【０００８】図３は本発明のｐＨイメージセンサの実施
例のひとつで、平面的に配置されたセンサ部と参照電極
６と対極７とにおいて、外部への接続に利用される参照
電極と対極の箇所を除き、上記の平面的に配置されたセ
ンサ部と参照電極と対極の全面を電解溶液又はゲル状膜
８で被覆した。参照電極６と対極７をセンサ部と同一面
上に配置する。対極７はセンサ部を囲むように平面的に
配置する。参照電極６は対極７の外側に離れて配置す
る。つまり、中心にセンサ部、その回りに対極、最外部
に参照極６を配置し、ゲル状電解質膜８で全面を被うこ
とで構成される。測定はセンシング部の中心付近のゲル
状電解質膜上に測定サンプル溶液９を滴下することで、
ゲルに浸透し、センサ応答膜上で局在的に反応が進みセ
ンサ信号の面内分布に変化をもたらすことにより化学イ
メージセンサを実現できる。
例のひとつで、平面的に配置されたセンサ部と参照電極
６と対極７とにおいて、外部への接続に利用される参照
電極と対極の箇所を除き、上記の平面的に配置されたセ
ンサ部と参照電極と対極の全面を電解溶液又はゲル状膜
８で被覆した。参照電極６と対極７をセンサ部と同一面
上に配置する。対極７はセンサ部を囲むように平面的に
配置する。参照電極６は対極７の外側に離れて配置す
る。つまり、中心にセンサ部、その回りに対極、最外部
に参照極６を配置し、ゲル状電解質膜８で全面を被うこ
とで構成される。測定はセンシング部の中心付近のゲル
状電解質膜上に測定サンプル溶液９を滴下することで、
ゲルに浸透し、センサ応答膜上で局在的に反応が進みセ
ンサ信号の面内分布に変化をもたらすことにより化学イ
メージセンサを実現できる。
【０００９】図４は本発明のｐＨイメージセンサの他の
実施例で、上記例の中のゲル電解質の配置を変えた例で
ある。参照電極６と対極７をセンサ部と同一面上に配置
する。センサ部を中心に、その回りに対極７、最外部に
参照極６を配置しこれらをゲル状電解質膜８で被う場
合、センシング部と対極を除き、これを囲むように、参
照電極だけを被うようにゲル状電解質膜を貼り付けるこ
とにより構成されるセンサである。測定にはゲル状電解
質膜で囲われたウエルを測定サンプル溶液９で満たすこ
とで同時にセンシング部と参照電極も測定サンプル溶液
に接することにより測定でき、センサ応答膜上で局在的
に反応が進みセンサ信号の面内分布に変化をもたらすこ
とにより化学イメージセンサを実現できる。
実施例で、上記例の中のゲル電解質の配置を変えた例で
ある。参照電極６と対極７をセンサ部と同一面上に配置
する。センサ部を中心に、その回りに対極７、最外部に
参照極６を配置しこれらをゲル状電解質膜８で被う場
合、センシング部と対極を除き、これを囲むように、参
照電極だけを被うようにゲル状電解質膜を貼り付けるこ
とにより構成されるセンサである。測定にはゲル状電解
質膜で囲われたウエルを測定サンプル溶液９で満たすこ
とで同時にセンシング部と参照電極も測定サンプル溶液
に接することにより測定でき、センサ応答膜上で局在的
に反応が進みセンサ信号の面内分布に変化をもたらすこ
とにより化学イメージセンサを実現できる。
【００１０】図5は本発明のｐＨイメージセンサの他の
実施例を示す平面図 図6はそのA-A`断面図で本発明のｐＨイメージセンサの
脱着法の例を示す。センサの信号を外部に取り出したり
制御するための外部電気回路との接続は、簡単に脱着で
きるような構成にすることが肝要である。センサ信号電
極、参照電極、対極をそれぞれの電極材料でパターン形
成し平面的に配置し、その端部に金や白金などの金属膜
で外部へ接続するための端子部を形成する。さらに、セ
ンサ信号電極端子部と参照電極端子部と対極端子部と外
部電気回路との接続法は、図６に示すように外部回路の
接続用の金属電極ピン１０で電気的に接続する。この場
合、上記３電極端子は一線上に等間隔で配置するのが好
ましい。この構成により外部回路の接続用の金属電極ピ
ンの配置をセンサ側の電極端子の配置と合わせることに
より、センサの脱着は容易で繰り返し可能となる。
実施例を示す平面図 図6はそのA-A`断面図で本発明のｐＨイメージセンサの
脱着法の例を示す。センサの信号を外部に取り出したり
制御するための外部電気回路との接続は、簡単に脱着で
きるような構成にすることが肝要である。センサ信号電
極、参照電極、対極をそれぞれの電極材料でパターン形
成し平面的に配置し、その端部に金や白金などの金属膜
で外部へ接続するための端子部を形成する。さらに、セ
ンサ信号電極端子部と参照電極端子部と対極端子部と外
部電気回路との接続法は、図６に示すように外部回路の
接続用の金属電極ピン１０で電気的に接続する。この場
合、上記３電極端子は一線上に等間隔で配置するのが好
ましい。この構成により外部回路の接続用の金属電極ピ
ンの配置をセンサ側の電極端子の配置と合わせることに
より、センサの脱着は容易で繰り返し可能となる。
【００１１】本発明の参照電極６の材料としては、種々
のものが考えられる。水溶液系の測定では、銀−塩化銀
膜、水銀−塩化第１水銀膜、水銀−硫酸第１水銀膜など
が一般的に使用できる。また、非水溶液系では個別にそ
れぞれ工夫が必要になるが、本特許の構成のようにセン
シング部と平面的に配置することで全て用いることがで
きる。また、対極７材料は一般に白金や金などの貴金属
が使用できる。グラファイトやグラッシーカーボンやカ
ーボンペーストなどのカーボン類の材料も使用可能であ
る。
のものが考えられる。水溶液系の測定では、銀−塩化銀
膜、水銀−塩化第１水銀膜、水銀−硫酸第１水銀膜など
が一般的に使用できる。また、非水溶液系では個別にそ
れぞれ工夫が必要になるが、本特許の構成のようにセン
シング部と平面的に配置することで全て用いることがで
きる。また、対極７材料は一般に白金や金などの貴金属
が使用できる。グラファイトやグラッシーカーボンやカ
ーボンペーストなどのカーボン類の材料も使用可能であ
る。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、参照電極部と対極部と
が１枚のスライド状センサ部と一体の構成により、スラ
イドガラスの場合と同じように扱うことができ、簡単に
交換できるので大変有意義である。さらに従来は薄く加
工した単結晶シリコン基板を用いていたため機械的強度
が低く破壊しやすいという欠点があり、そのために補強
する必要がありプラスッチック成型などで高価になり、
安価なセンサデバイスが切望されていたが、この発明で
は透明基板上の半導体薄膜をセンサとして用いているこ
とで容易に構成され安価に製作できるので、その効果は
大である。また、本発明のセンサによれば、本センサを
使用した後も、センサ表面のゲルなどの電解質有機材料
を除去し洗浄した後、再度形成することで再利用できる
ので環境負荷を軽減できるので大変好ましいといえる。
が１枚のスライド状センサ部と一体の構成により、スラ
イドガラスの場合と同じように扱うことができ、簡単に
交換できるので大変有意義である。さらに従来は薄く加
工した単結晶シリコン基板を用いていたため機械的強度
が低く破壊しやすいという欠点があり、そのために補強
する必要がありプラスッチック成型などで高価になり、
安価なセンサデバイスが切望されていたが、この発明で
は透明基板上の半導体薄膜をセンサとして用いているこ
とで容易に構成され安価に製作できるので、その効果は
大である。また、本発明のセンサによれば、本センサを
使用した後も、センサ表面のゲルなどの電解質有機材料
を除去し洗浄した後、再度形成することで再利用できる
ので環境負荷を軽減できるので大変好ましいといえる。
図１ 本発明のｐＨイメージセンサの実施例を示す平
面図 図２ 図1のA-A`断面図 図3 本発明の他の実施例 図4 本発明の他の実施例 図５ 本発明の他の実施例を示す平面図 図６ 図５のA-A`断面図 図７ 表面光電圧を用いたケミカルイメージセンサの
原理図 図８ 従来例
面図 図２ 図1のA-A`断面図 図3 本発明の他の実施例 図4 本発明の他の実施例 図５ 本発明の他の実施例を示す平面図 図６ 図５のA-A`断面図 図７ 表面光電圧を用いたケミカルイメージセンサの
原理図 図８ 従来例
１ 透明基板 ２ 薄膜シリコン（半導体層） ３ 絶縁層 ４ 感応膜 ５ センサ信号電極 ６ 参照電極 ７ 対極 ８ ゲル電解質 ９ サンプル液 １０ 接続電極ピン
Claims (3)
- 【請求項１】 サファイヤ、石英等の透明基板上に半
導体層と絶縁層を積層し、該透明基板の裏面より断続し
た光を照射して該半導体層内に電子−正孔対を発生させ
ることにより該半導体層表面に生ずる表面光電圧を利用
する光アドレス電位応答センサを用いて、化学イメージ
センサセルを構成するのに、上記半導体層の表面上の一
部にセンサ信号電極端子部を設け、さらに上記センサ部
の同一面上に絶縁膜を介し且つセンサ部を囲むように参
照電極用及び対極用の電極材料膜を平面的に形成したこ
とを特徴とする化学イメージセンサ。 - 【請求項２】 上記の平面的に配置されたセンサ部と
参照電極と対極とにおいて、参照電極部と対極の一部の
外部回路への接続箇所を除き、上記の平面的に配置され
たセンサ部と参照電極と対極の一部または全てを電解質
溶液又は電解質を含むゲル状膜で被覆したことを特徴と
する請求項１の化学イメージセンサ。 - 【請求項３】 上記のセンサ信号電極端子部と参照電
極部と対極の外部接続用の金属電極膜箇所と外部電気回
路との接続を、金属電極ピンで電気的に接続することを
特徴とする請求項１又は請求項２の化学イメージセン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000328707A JP2002131276A (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 化学イメージセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000328707A JP2002131276A (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 化学イメージセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131276A true JP2002131276A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18805527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000328707A Pending JP2002131276A (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 化学イメージセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002131276A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008192770A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Toto Ltd | 光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサチップおよびそれを用いた測定装置 |
| EP2339632A1 (en) | 2009-12-28 | 2011-06-29 | Sony Corporation | Image sensor and method of manufacturing the same, and sensor device |
-
2000
- 2000-10-27 JP JP2000328707A patent/JP2002131276A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008192770A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Toto Ltd | 光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサチップおよびそれを用いた測定装置 |
| EP2339632A1 (en) | 2009-12-28 | 2011-06-29 | Sony Corporation | Image sensor and method of manufacturing the same, and sensor device |
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