JP2002286692A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐＨ１−ｐＨ１４の溶液の負イオンに高感度
で感応することができる電界効果トランジスタを提供す
る。 【解決手段】 電界効果トランジスタにおいて、ソース
電極とドレイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が
露出したチャネルと、このチャネルの露出したダイヤモ
ンドの水素終端表面に接触する負イオン（Ｃｌ- ）を含
むＫＣｌ溶液からなるゲートとを備え、前記ＫＣｌ溶液
の負イオン（Ｃｌ- ）の濃度を検出する。
で感応することができる電界効果トランジスタを提供す
る。 【解決手段】 電界効果トランジスタにおいて、ソース
電極とドレイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が
露出したチャネルと、このチャネルの露出したダイヤモ
ンドの水素終端表面に接触する負イオン（Ｃｌ- ）を含
むＫＣｌ溶液からなるゲートとを備え、前記ＫＣｌ溶液
の負イオン（Ｃｌ- ）の濃度を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体電解質をゲー
トとして使用し、ダイヤモンドの水素終端表面をチャネ
ルとした電界効果トランジスタに関するものである。
トとして使用し、ダイヤモンドの水素終端表面をチャネ
ルとした電界効果トランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
以下に記載されるものがある。
以下に記載されるものがある。
【０００３】（１）Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，Ｓｕｒｆａ
ｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｐｏｒｔｓ ２６（１９９
６）２０５ （２）Ｇ．Ｗ．Ｓｗａｉｎ，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ，６，（１９９４）３８８ （３）藤嶋 昭；化学と工業５１，（１９９８）２０７ ＩＳＦＥＴ（イオン感応性電界効果トランジスタ）はそ
の集積化、微細化のメリットから盛んに研究が進めら
れ、すでにＳｉを用いたものは市販されている。ダイヤ
モンドは物理的化学的に安定であることから、将来は生
体適合型バイオセンサとして期待されている。
ｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｐｏｒｔｓ ２６（１９９
６）２０５ （２）Ｇ．Ｗ．Ｓｗａｉｎ，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ，６，（１９９４）３８８ （３）藤嶋 昭；化学と工業５１，（１９９８）２０７ ＩＳＦＥＴ（イオン感応性電界効果トランジスタ）はそ
の集積化、微細化のメリットから盛んに研究が進めら
れ、すでにＳｉを用いたものは市販されている。ダイヤ
モンドは物理的化学的に安定であることから、将来は生
体適合型バイオセンサとして期待されている。
【０００４】ボロンドープされたダイヤモンドは、ｐ型
の半導体的伝導性を示す。表面を水素で終端されたアン
ドープのダイヤモンドも表面にｐ型の伝導層を有する。
この水素終端表面伝導層は室温においても高い表面キャ
リア密度を示し（１０13／ｃｍ2 ）、温度依存性をほと
んど示さない。さらに、ほとんどのキャリアは表面から
の浅い領域に存在する（〜１０ｎｍ）。このような構造
はＦＥＴの動作に有利であるため、本願発明者らはアン
ドープで水素終端処理を施したダイヤモンドを用いＩＳ
ＦＥＴの研究を行っている。
の半導体的伝導性を示す。表面を水素で終端されたアン
ドープのダイヤモンドも表面にｐ型の伝導層を有する。
この水素終端表面伝導層は室温においても高い表面キャ
リア密度を示し（１０13／ｃｍ2 ）、温度依存性をほと
んど示さない。さらに、ほとんどのキャリアは表面から
の浅い領域に存在する（〜１０ｎｍ）。このような構造
はＦＥＴの動作に有利であるため、本願発明者らはアン
ドープで水素終端処理を施したダイヤモンドを用いＩＳ
ＦＥＴの研究を行っている。
【０００５】また、水素終端構造はダイヤモンドの合成
にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりａｓ ｇｒｏｗｎ
で得られるため、ボロンドープよりも容易にｐ型の半導
体的伝導性を得ることができる。ボロンドープのダイヤ
モンド電極は広い電位窓を持ち、溶存酸素の影響が少な
く、バックグラウンド電流が微小なことであるとの特徴
から、電極の研究は広い範囲で進歩している。本願発明
者らはアンドープ水素終端ダイヤモンドがボロンドープ
と同様に広い電位窓を持つことをすでに確認しており、
これを用いてダイヤモンドＩＳＦＥＴの開発を世界では
じめて行った。
にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりａｓ ｇｒｏｗｎ
で得られるため、ボロンドープよりも容易にｐ型の半導
体的伝導性を得ることができる。ボロンドープのダイヤ
モンド電極は広い電位窓を持ち、溶存酸素の影響が少な
く、バックグラウンド電流が微小なことであるとの特徴
から、電極の研究は広い範囲で進歩している。本願発明
者らはアンドープ水素終端ダイヤモンドがボロンドープ
と同様に広い電位窓を持つことをすでに確認しており、
これを用いてダイヤモンドＩＳＦＥＴの開発を世界では
じめて行った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】さらに、本願発明者ら
は研究をすすめた結果、ゲートとしての液体電解質のＨ
Ｃｌ、ＫＣｌ等の水溶液中において、ＨＣｌ、ＫＣｌの
濃度が増加するに従いＦＥＴのドレイン電流の増加が見
られたことから、溶液の負イオン、特に、Ｃｌ-イオン
に高感度で感応することができる電界効果トランジスタ
を提供することを目的とする。
は研究をすすめた結果、ゲートとしての液体電解質のＨ
Ｃｌ、ＫＣｌ等の水溶液中において、ＨＣｌ、ＫＣｌの
濃度が増加するに従いＦＥＴのドレイン電流の増加が見
られたことから、溶液の負イオン、特に、Ｃｌ-イオン
に高感度で感応することができる電界効果トランジスタ
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕電界効果トランジスタにおいて、ソース電極とド
レイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が露出した
チャネルと、このチャネルの露出したダイヤモンドの水
素終端表面に接触する負イオンを含むｐＨ１−ｐＨ１４
の溶液からなるゲートとを備え、前記ｐＨ１−ｐＨ１４
の溶液の負イオンの濃度を検出することを特徴とする。
成するために、 〔１〕電界効果トランジスタにおいて、ソース電極とド
レイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が露出した
チャネルと、このチャネルの露出したダイヤモンドの水
素終端表面に接触する負イオンを含むｐＨ１−ｐＨ１４
の溶液からなるゲートとを備え、前記ｐＨ１−ｐＨ１４
の溶液の負イオンの濃度を検出することを特徴とする。
【０００８】〔２〕上記〔１〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記ｐＨ１−ｐＨ１４の溶液のＣｌイオ
ンの濃度に対して閾値電圧の変化を検出することを特徴
とする。
スタにおいて、前記ｐＨ１−ｐＨ１４の溶液のＣｌイオ
ンの濃度に対して閾値電圧の変化を検出することを特徴
とする。
【０００９】〔３〕上記〔２〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記溶液は、ＫＣｌであることを特徴と
する。
スタにおいて、前記溶液は、ＫＣｌであることを特徴と
する。
【００１０】〔４〕上記〔２〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記溶液は、ＨＣｌであることを特徴と
する。
スタにおいて、前記溶液は、ＨＣｌであることを特徴と
する。
【００１１】〔５〕上記〔２〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記溶液は、ＮａＣｌであることを特徴
とする。
スタにおいて、前記溶液は、ＮａＣｌであることを特徴
とする。
【００１２】〔６〕上記〔１〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記チャネルはｐチャネルであることを
特徴とする。
スタにおいて、前記チャネルはｐチャネルであることを
特徴とする。
【００１３】〔７〕上記〔６〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記ｐチャネルはピンチオフすることを
特徴とする。
スタにおいて、前記ｐチャネルはピンチオフすることを
特徴とする。
【００１４】〔８〕上記〔１〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記ダイヤモンドは、アンドープ水素終
端単結晶又は多結晶ダイヤモンド薄膜からなることを特
徴とする。
スタにおいて、前記ダイヤモンドは、アンドープ水素終
端単結晶又は多結晶ダイヤモンド薄膜からなることを特
徴とする。
【００１５】
〔９〕上記〔１〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記ダイヤモンドの水素終端表面は広い
電位窓を有し、この電位窓の範囲で正確な動作を行うこ
とを特徴とする。
スタにおいて、前記ダイヤモンドの水素終端表面は広い
電位窓を有し、この電位窓の範囲で正確な動作を行うこ
とを特徴とする。
【００１６】〔１０〕上記〔１〕記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、閾値電圧が前記液体電解質のｐＨに略
依存しない特性を有することを特徴とする。
ジスタにおいて、閾値電圧が前記液体電解質のｐＨに略
依存しない特性を有することを特徴とする。
【００１７】〔１１〕上記〔１〕記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、閾値電圧が環境に影響されない特性を
有することを特徴とする。
ジスタにおいて、閾値電圧が環境に影響されない特性を
有することを特徴とする。
【００１８】水素終端ダイヤモンド表面は化学的に安定
であり、電位窓の広い電気化学的電極として、二次電池
やバイオセンサーの一部として注目されている。本発明
によれば、電界効果トランジスタが溶液の中の塩素等の
負イオンに対する高感度イオンセンサーとして期待され
る。
であり、電位窓の広い電気化学的電極として、二次電池
やバイオセンサーの一部として注目されている。本発明
によれば、電界効果トランジスタが溶液の中の塩素等の
負イオンに対する高感度イオンセンサーとして期待され
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明にかかる液体電解質ゲートダ
イヤモンドＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）の断面図、図２
はその平面図である。
イヤモンドＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）の断面図、図２
はその平面図である。
【００２１】これらの図において、１は基板としての多
結晶ダイヤモンド、２はチャネル（多結晶ダイヤモンド
終端表面：ｐ型表面伝導層）、３はソース電極（Ａｕ電
極）、４はゲート（液体電解質：例えばＫＣｌ水溶
液）、５はゲート電極、６はドレイン電極（Ａｕ電
極）、７は保護膜、８は液槽（絶縁体）である。
結晶ダイヤモンド、２はチャネル（多結晶ダイヤモンド
終端表面：ｐ型表面伝導層）、３はソース電極（Ａｕ電
極）、４はゲート（液体電解質：例えばＫＣｌ水溶
液）、５はゲート電極、６はドレイン電極（Ａｕ電
極）、７は保護膜、８は液槽（絶縁体）である。
【００２２】ドレイン電流はゲート電圧により制御さ
れ、完全にピンチオフできる。閾値電圧は、液体電解質
のｐＨ１−１４の変化に対し、±０．２Ｖ範囲内であ
り、ネルンスト応答せず、ｐＨ依存性がほとんどないと
いえる。ＦＥＴの動作電圧範囲は、ダイヤモンドを電気
化学的電極とした場合の電位窓の範囲に対応するダイヤ
モンドの単結晶又は多結晶であり、表面は水素原子によ
り被覆されている。
れ、完全にピンチオフできる。閾値電圧は、液体電解質
のｐＨ１−１４の変化に対し、±０．２Ｖ範囲内であ
り、ネルンスト応答せず、ｐＨ依存性がほとんどないと
いえる。ＦＥＴの動作電圧範囲は、ダイヤモンドを電気
化学的電極とした場合の電位窓の範囲に対応するダイヤ
モンドの単結晶又は多結晶であり、表面は水素原子によ
り被覆されている。
【００２３】以下、その液体電解質ゲートダイヤモンド
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）について詳細に説明する。
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）について詳細に説明する。
【００２４】マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ
基板上に多結晶ダイヤモンドを成膜した。まず、Ｓｉ基
板にダイヤモンドバウダーで超音波処理を施し、水素を
キャリアガスとしてメタン濃度１％（総流量２００ｓｃ
ｃｍ）で２０時間成膜を行った。成膜されたダイヤモン
ドは大気中で安定なｐ型の伝導性を示す。この膜の電気
的特性を評価するためにホール効果測定を行った。続い
て、電気化学的特性を評価するためにサイクリックボル
タンメトリー（ＣＶ）測定を行った。参照電極はＡｇ／
ＡｇＣｌ電極を用い、対極にＰｔ線を螺旋状にしたもの
を利用した。電極面積は１．１５ｃｍ2 である。
基板上に多結晶ダイヤモンドを成膜した。まず、Ｓｉ基
板にダイヤモンドバウダーで超音波処理を施し、水素を
キャリアガスとしてメタン濃度１％（総流量２００ｓｃ
ｃｍ）で２０時間成膜を行った。成膜されたダイヤモン
ドは大気中で安定なｐ型の伝導性を示す。この膜の電気
的特性を評価するためにホール効果測定を行った。続い
て、電気化学的特性を評価するためにサイクリックボル
タンメトリー（ＣＶ）測定を行った。参照電極はＡｇ／
ＡｇＣｌ電極を用い、対極にＰｔ線を螺旋状にしたもの
を利用した。電極面積は１．１５ｃｍ2 である。
【００２５】ＦＥＴの構造図は、図１と同様である。金
属マスクを用いソース・ドレイン電極をＡｕで真空蒸着
により形成させる。ゲートおよび金属電極部分を除いた
領域をＡｒ+ イオン照射により素子分離し、チャネル部
分以外をエポキシで保護し、完成する。こうして作製さ
れたＦＥＴはチャネルが剥き出しになっており、絶縁膜
や特別な感応膜は堆積させない。このＦＥＴを、電解質
水溶液に直接浸けて、ソース接地回路を用いて静特性を
測定する。Ｉds−Ｖds特性は参照電極（Ｖgs）の電位を
一定にし、Ｖdsを変化させてＩdsを計測する。Ｉds−Ｖ
gs特性はＶdsを一定にし、Ｖgsを変化させＩdsを計測す
る。得られたデータからＦＥＴの閾値電圧を求め、ｐＨ
などの依存性を調査した。
属マスクを用いソース・ドレイン電極をＡｕで真空蒸着
により形成させる。ゲートおよび金属電極部分を除いた
領域をＡｒ+ イオン照射により素子分離し、チャネル部
分以外をエポキシで保護し、完成する。こうして作製さ
れたＦＥＴはチャネルが剥き出しになっており、絶縁膜
や特別な感応膜は堆積させない。このＦＥＴを、電解質
水溶液に直接浸けて、ソース接地回路を用いて静特性を
測定する。Ｉds−Ｖds特性は参照電極（Ｖgs）の電位を
一定にし、Ｖdsを変化させてＩdsを計測する。Ｉds−Ｖ
gs特性はＶdsを一定にし、Ｖgsを変化させＩdsを計測す
る。得られたデータからＦＥＴの閾値電圧を求め、ｐＨ
などの依存性を調査した。
【００２６】以下、その結果について説明する。
【００２７】（１）電気的特性 ホール効果測定を行った結果、シート抵抗は１０〜２０
ｋΩ、シートキャリア密度は５×１０13／ｃｍ2 であ
り、ｐ型伝導性を示す。移動度は１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ程
度である。これによりアンドープでも表面に十分な伝導
性を有していることが分かる。
ｋΩ、シートキャリア密度は５×１０13／ｃｍ2 であ
り、ｐ型伝導性を示す。移動度は１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ程
度である。これによりアンドープでも表面に十分な伝導
性を有していることが分かる。
【００２８】（２）ＣＶ測定 ０．１Ｍ（ｐＨ１２．６）のＫＯＨ溶液中でのＣＶ測定
結果を図３に示す。
結果を図３に示す。
【００２９】これより水素発生電位は−１．８Ｖ、酸素
発生電位は＋０．９Ｖで、その電位窓は約２．７Ｖであ
る。この結果からアンドープダイヤモンドでも十分な電
位窓が得られているのが分かる。また、窒素ガスによる
バブリングを行って再度測定した結果、溶存酸素の影響
が少ないことが分かり、ボロンドープダイヤモンドと同
様の結果が得られていることが分かる。作製したＦＥＴ
のバイアスポイントは、ゲート絶縁膜を介していないた
め、ゲート漏れ電流を抑えるために、この電位窓内の電
位に設定しなければならない。従って、電位窓が広いほ
どＦＥＴ動作には有利であるといえる。
発生電位は＋０．９Ｖで、その電位窓は約２．７Ｖであ
る。この結果からアンドープダイヤモンドでも十分な電
位窓が得られているのが分かる。また、窒素ガスによる
バブリングを行って再度測定した結果、溶存酸素の影響
が少ないことが分かり、ボロンドープダイヤモンドと同
様の結果が得られていることが分かる。作製したＦＥＴ
のバイアスポイントは、ゲート絶縁膜を介していないた
め、ゲート漏れ電流を抑えるために、この電位窓内の電
位に設定しなければならない。従って、電位窓が広いほ
どＦＥＴ動作には有利であるといえる。
【００３０】（３）ＦＥＴ特性 作製した素子のＦＥＴ動作を確認するためＩds−Ｖds測
定を行ったところ、チャネルの完全なピンチオフを確認
した。
定を行ったところ、チャネルの完全なピンチオフを確認
した。
【００３１】図４はＨＣｌ溶液ｐＨ１での静特性を示す
図である。水素終端したダイヤモンドは表面の末結合手
が水素で終端されているために表面準位密度が小さく、
溶液に印加した電位によって表面伝導層のキャリアをコ
ントロールすることができた考えられる。
図である。水素終端したダイヤモンドは表面の末結合手
が水素で終端されているために表面準位密度が小さく、
溶液に印加した電位によって表面伝導層のキャリアをコ
ントロールすることができた考えられる。
【００３２】また、ＫＯＨ水溶液でｐＨをパラメータと
してＩds−Ｖgs特性を測定したところ、図５に示すよう
な測定結果が得られた。
してＩds−Ｖgs特性を測定したところ、図５に示すよう
な測定結果が得られた。
【００３３】これよりＦＥＴの閾値電圧はｐＨ８−ｐＨ
１２で０．２Ｖのほぼ一定値を示している。閾値電圧は
ドレイン電流が１μＡのゲート電圧とした。
１２で０．２Ｖのほぼ一定値を示している。閾値電圧は
ドレイン電流が１μＡのゲート電圧とした。
【００３４】次に、酸性領域での閾値電圧を調査するた
めＨＣｌ溶液で測定を行った。
めＨＣｌ溶液で測定を行った。
【００３５】Ｉds−Ｖds測定から同様にＦＥＴ動作を確
認し、Ｉds−Ｖgs特性から閾値電圧を測定したところ、
ｐＨの上昇に伴い閾値電圧は絶対値が増加する方向にシ
フトしていることが確認できた。これは、ＨＣｌ溶液が
水素イオンのみならず塩素イオンを含むためで、ダイヤ
モンド表面がこの塩素イオンを感知していることによる
ものと考えられる。そこで、ＫＣｌ溶液で濃度をパラメ
ータとして測定を行った結果が図６である。
認し、Ｉds−Ｖgs特性から閾値電圧を測定したところ、
ｐＨの上昇に伴い閾値電圧は絶対値が増加する方向にシ
フトしていることが確認できた。これは、ＨＣｌ溶液が
水素イオンのみならず塩素イオンを含むためで、ダイヤ
モンド表面がこの塩素イオンを感知していることによる
ものと考えられる。そこで、ＫＣｌ溶液で濃度をパラメ
ータとして測定を行った結果が図６である。
【００３６】図６より、ＫＣｌ溶液ではモル濃度の減少
に伴って閾値電圧は絶対値が増加する方向にシフトして
いることが確認できる。ＨＣｌ溶液の結果からもＫＣｌ
溶液の結果（図６）からもＣｌ- イオン濃度の減少に伴
って、閾値電圧の絶対値が増加していることが確認でき
る。これはＨ+ （ＯＨ- ）イオンよりもＣｌ- がダイヤ
モンド表面に選択的に吸着し、ダイヤモンド内の正孔を
引き寄せているか、もしくはＣｌ- イオンが直接ダイヤ
モンド表面の伝導性に対して、何らかの影響を及ぼして
いると考えられる。
に伴って閾値電圧は絶対値が増加する方向にシフトして
いることが確認できる。ＨＣｌ溶液の結果からもＫＣｌ
溶液の結果（図６）からもＣｌ- イオン濃度の減少に伴
って、閾値電圧の絶対値が増加していることが確認でき
る。これはＨ+ （ＯＨ- ）イオンよりもＣｌ- がダイヤ
モンド表面に選択的に吸着し、ダイヤモンド内の正孔を
引き寄せているか、もしくはＣｌ- イオンが直接ダイヤ
モンド表面の伝導性に対して、何らかの影響を及ぼして
いると考えられる。
【００３７】以上の結果より、アンドープ水素終端ダイ
ヤモンド表面を利用したＩＳＦＥＴはｐＨの変化には影
響を受けないが、Ｃｌ- イオンに対しては依存性がある
ことが確認でき、Ｃｌ- 感応性ＦＥＴとして有望である
ことがわかる。
ヤモンド表面を利用したＩＳＦＥＴはｐＨの変化には影
響を受けないが、Ｃｌ- イオンに対しては依存性がある
ことが確認でき、Ｃｌ- 感応性ＦＥＴとして有望である
ことがわかる。
【００３８】なお、ＮａＣｌ溶液においても、同様の作
用効果を奏することができる。
用効果を奏することができる。
【００３９】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００４０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、電界効果トランジスタがｐＨ１−ｐＨ１４溶液
の中の塩素等の負イオンに対する高感度イオンセンサー
としてその実用的効果は著大である。特に、ＫＣｌ、Ｎ
ａＣｌ、ＨＣｌのＣｌ- の高感度イオンセンサーとして
期待される。
よれば、電界効果トランジスタがｐＨ１−ｐＨ１４溶液
の中の塩素等の負イオンに対する高感度イオンセンサー
としてその実用的効果は著大である。特に、ＫＣｌ、Ｎ
ａＣｌ、ＨＣｌのＣｌ- の高感度イオンセンサーとして
期待される。
【図１】本発明にかかる液体電解質ゲートダイヤモンド
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）の断面図である。
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）の断面図である。
【図２】本発明にかかる液体電解質ゲートダイヤモンド
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）の平面図である。
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）の平面図である。
【図３】０．１Ｍ（ｐＨ１２．６）のＫＯＨ溶液中での
ＣＶ測定結果を示す図である。
ＣＶ測定結果を示す図である。
【図４】ＨＣｌ溶液ｐＨ１での静特性を示す図である。
【図５】ＫＯＨ水溶液でｐＨをパラメータとしたＩds−
Ｖgs特性の測定結果を示す図である。
Ｖgs特性の測定結果を示す図である。
【図６】本発明にかかる液体電解質ゲートダイヤモンド
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）のＫＣｌ溶液で濃度をパラ
メータとして測定を行った結果を示す図である。
ＦＥＴ（ｐチャネルＦＥＴ）のＫＣｌ溶液で濃度をパラ
メータとして測定を行った結果を示す図である。
１ 多結晶ダイヤモンド ２ チャネル（多結晶ダイヤモンド終端表面：ｐ型表
面伝導層） ３ ソース電極（Ａｕ電極） ４ ゲート（液体電解質：例えばＫＣｌ水溶液） ５ ゲート電極 ６ ドレイン電極（Ａｕ電極） ７ 保護膜 ８ 液槽（絶縁体）
面伝導層） ３ ソース電極（Ａｕ電極） ４ ゲート（液体電解質：例えばＫＣｌ水溶液） ５ ゲート電極 ６ ドレイン電極（Ａｕ電極） ７ 保護膜 ８ 液槽（絶縁体）
Claims (11)
- 【請求項１】（ａ）ソース電極とドレイン電極間にダイ
ヤモンドの水素終端表面が露出したチャネルと、（ｂ）
該チャネルの露出したダイヤモンドの水素終端表面に接
触する負イオンを含むｐＨ１−ｐＨ１４の溶液からなる
ゲートとを備え、（ｃ）前記ｐＨ１−ｐＨ１４の溶液の
負イオンの濃度を検出することを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。 - 【請求項２】 請求項１記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記ｐＨ１−ｐＨ１４の溶液のＣｌイオンの濃
度に対して閾値電圧の変化を検出することを特徴とする
電界効果トランジスタ。 - 【請求項３】 請求項２記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記溶液は、ＫＣｌであることを特徴とする電
界効果トランジスタ。 - 【請求項４】 請求項２記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記溶液は、ＨＣｌであることを特徴とする電
界効果トランジスタ。 - 【請求項５】 請求項２記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記溶液は、ＮａＣｌであることを特徴とする
電界効果トランジスタ。 - 【請求項６】 請求項１記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記チャネルはｐチャネルであることを特徴と
する電界効果トランジスタ。 - 【請求項７】 請求項６記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記ｐチャネルはピンチオフすることを特徴と
する電界効果トランジスタ。 - 【請求項８】 請求項１記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記ダイヤモンドは、アンドープ水素終端単結
晶又は多結晶ダイヤモンド薄膜からなることを特徴とす
る電界効果トランジスタ。 - 【請求項９】 請求項１記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記ダイヤモンドの水素終端表面は広い電位窓
を有し、該電位窓の範囲で正確な動作を行うことを特徴
とする電界効果トランジスタ。 - 【請求項１０】 請求項１記載の電界効果トランジスタ
において、閾値電圧が前記液体電解質のｐＨに依存しな
い特性を有することを特徴とする電界効果トランジス
タ。 - 【請求項１１】 請求項１記載の電界効果トランジスタ
において、閾値電圧が環境に影響されない特性を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
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