JP2004109020A

JP2004109020A - ｐチャネル電界効果トランジスタ

Info

Publication number: JP2004109020A
Application number: JP2002274343A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawarada; 川原田　洋
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP3910512B2

Abstract

【課題】オゾン処理による高い閾値電圧を有する特性の良好なｐチャネル電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】液体電解質をゲート８として使用し、オゾン処理２により水素終端表面を部分的に酸化し、水素終端と酸素終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとしてなるｐチャネル電界効果トランジスタを得る。
【選択図】　図１

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、水素終端と酸素終端あるいは水素終端とアミノ終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとしたｐチャネル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、市販のＳｉＭＯＳＦＥＴを基礎とするイオン感応性ＦＥＴ（ＩＳＦＥＴ）は、酸化膜や酸化膜／Ｓｉ界面へのイオンの侵入による動作不良を防止するため、Ｓｉ酸化膜をＳｉ窒化膜で覆う構造となっている。このＳｉ酸化膜を覆うＳｉ窒化膜表面が感応部となることから、感応部が酸化膜／Ｓｉ界面から離れることになり、表面の電位変化に対応する電流変化が小さく、高感度化が困難である。
【０００３】
これに対応するため、感応膜や保護膜としてのシリコン窒化膜やアルミナ膜の稠密性を上げ、レーザーアブレーション等を使用し、膜厚を薄くして感応性を高くする成膜技術を用いている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｒｅｐｏｒｔｓ　２６（１９９６）２０５
【非特許文献２】
Ｇ．Ｗ．Ｓｗａｉｎ，Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，６，（１９９４）３８８
【非特許文献３】
藤嶋　昭；化学と工業５１，（１９９８）２０７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、オゾン処理した表面で、チャネルの抵抗が上昇し、それを用いたｐチャネル電界効果トランジスタを作製した。さらに閾値電圧が負の方向に移動することを見い出した。その時に、チャネルとしてのダイヤモンド表面が酸素終端されていることを光電子分光（ＸＰＳ）により、明らかにした。
【０００６】
そして、かかる電界効果トランジスタとしては、
（１）トランジスタ動作は液体電解質中のさまざまなイオンに影響を受け過ぎるため、イオン感応性のない表面チャネルを有する電界効果トランジスタが基準電位を決定するトランジスタとして必要である。
【０００７】
（２）任意の有機分子、生体分子を感応チャネルに直接固定できるトランジスタ形成技術が必要とされる。
【０００８】
このような分野の技術としては、上記した非特許文献１〜３がある。
【０００９】
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。
【００１０】
また、ボロンドープされたダイヤモンドは、ｐ型の半導体的導電性を示す。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型の導電層を有する。この水素終端表面導電層は室温においても高い表面キャリア密度を示し（１０^１３／ｃｍ^２）、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ＩＳＦＥＴの研究を行っている。
【００１１】
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型の半導体的導電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ダイヤモンド電極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。
【００１２】
上記したように、本願発明者らは更にチャネルの構成の研究をすすめた結果、本発明は、オゾン処理による高い閾値電圧を有する特性の良好なｐチャネル電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
【００１３】
【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〕ｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、液体電解質をゲートとして使用し、オゾン処理により水素終端表面を部分的に酸化し、水素終端と酸素終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとするようにしたものである。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記酸素の被覆率を高くすることにより閾値電圧を負の方向にシフト可能にすることを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記液体電解質のｐＨ１−ｐＨ１４の変化およびアルカリイオン等の正イオン、ハロゲンイオン等の負イオン１０^−１から１０^−６モル／リットルに対して閾値電圧が±０．１Ｖ範囲内で変化しないようにしたことを特徴とする。
【００１６】
〔４〕ｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、液体電解質をゲートとして使用し、水素と窒素の混合プラズマにより水素終端表面をアミノ化し、水素終端とアミノ終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとするようにしたものである。
【００１７】
〔５〕上記〔４〕記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記アミノ終端にペプチド結合にて２価カルボン酸を作用させ、カルボキシル化を行うことを特徴とする。
【００１８】
〔６〕上記〔５〕記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記アミノ終端にペプチド結合によるカルボキシル化を行った上で、さらにペプチド結合によるＤＮＡを固定することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、従来の研究から本発明に至るまでを詳細に説明する。
【００２０】
ダイヤモンドはその広帯域ギャップ、高い移動度、高い熱導電性や広い電位窓から様々なデバイスへの適用の要求に応えられる材料である。ダイヤモンドを用いたデバイスが、初めて作製され〔参考文献［１］：Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，Ｍ．Ａｏｋｉ　ａｎｄ　Ｍ．Ｉｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５，１５６３（１９９４）〕、ダイヤモンドはハイパワーな高周波デバイス〔参考文献［２］：Ｐ．Ｇｌｕｃｈｅ，Ａ．Ａｌｅｋｓｏｖ，Ａ．Ｖｅｓｃａｎ，Ｗ．Ｅｂｅｒｔ　ａｎｄ　Ｅ．Ｋｏｈｎ，ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１１（１９９７）、参考文献［３］：Ｈ．Ｔａｎｉｕｃｈｉ，Ｈ．Ｕｍｅｚａｗａ，Ｔ．Ａｒｉｍａ，Ｍ．Ｔａｃｈｉｋｉ　ａｎｄ　Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．８（２００１）〕、やバイオセンサーへの適用が可能である。
【００２１】
ドーピング無しの水素終端により、高い表面キャリア密度（〜１０^１３ｃｍ^−２）を持つ水素終端構造のダイヤモンドのｐ型表面導電層を得ることができた。これは１５０Ｋ〜４００Ｋの温度幅でも安定であった〔参考文献［４］：Ｋ．Ｈａｙａｓｈｉ，Ｓ．Ｙａｍａｎａｋａ，Ｈ．Ｏｋｕｓｈｉ　ａｎｄ　Ｋ．Ｋａｊｉｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８，３７６（１９９６）〕。
【００２２】
高導電層は、化学的クリーニングや酸素で周囲を覆うアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）や酸素プラズマ処理によって除去することができる〔参考文献［５］：Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｒｅｐｏｒｔｓ２６，２０５（１９９６）〕。この高導電層の除去は、水素原子が酸素原子により化学的に表面に吸収される置換により起こるものである。
【００２３】
エンハンスモード（ノーマリー・オフ）の電界効果トランジスタもデプレッションモード（ノーマリー・オン）の電界効果トランジスタも水素終端構造のダイヤモンド表面におけるゲート金属により実現可能である（上記参考文献［５］）。ここでは、閾値電圧のダイヤモンド電界効果トランジスタとしての機能を犠牲にせずに、ゲート金属のみで、閾値電圧のコントロールを試みた。しかしながら、ダイヤモンド導電層の閾値電圧（Ｖｔｈ）のコントロールは、今のところ実現されていない。
【００２４】
さらに、気相成長法によってマイクロ波ブラズマをアシストすることにより、シリコン基板上に多結晶のダイヤモンドフィルムが合成され、その上に液体電解質ゲートダイヤモンド電界効果トランジスタが作製された〔参考文献［６］：Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，Ｙ．Ａｒａｋｉ，Ｔ．Ｓａｋａｉ，Ｔ．Ｏｇａｗａ　ａｎｄ　Ｈ．Ｕｍｅｚａｗａ，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ　Ｓｏｌｉｄｉ　Ａ１８５，７９（２００１）〕。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施例を示すオゾン（Ｏ_３）処理を施した電界効果トランジスタの模式図、図２はそのオゾン（Ｏ_３）処理を施したチャネル部の模式図（図１の点線部分の拡大図）、図３はそのゲートとしてのＫＣｌ溶液濃度〔Ｍ〕に対する閾値電圧〔Ｖ〕の特性図である。
【００２７】
図１，図２において、１は高抵抗表面チャネル、２はオゾン（Ｏ_３）処理、３はｐ型表面導電層、４はソース電極、５はドレイン電極、６はソース電極４を被覆するエポキシ樹脂、７はドレイン電極５を被覆するエポキシ樹脂、８は液体電解質としてのＫＣｌからなるゲート、９は参照電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）、１０はアンドープ多結晶ダイヤモンド層である。
【００２８】
この実施例では、図１に示すように、高抵抗表面チャネル１を有するダイヤモンド電界効果トランジスタ（ＦＥＴｓ）をオゾン（Ｏ_３）処理２することにより作製した。このオゾン処理２により、ダイヤモンドの表面導電層が徐々に失われた。図３に示すように、６０分間のオゾン処理ｃの後、シート抵抗はオゾン処理をしなかったｄ表面の２０〜３０倍となり、０．４４Ｖの閾値電圧（Ｖｔｈ）のシフトを引き起こした。閾値電圧の絶対値は、オゾン処理の時間の増加に伴い増加した。よって、閾値電圧がオゾン処理によりコントロールできることが分かった。なお、図３におけるａはオゾン処理２０分後、ｂはオゾン処理４０分後を示している。
【００２９】
ドレイン電極５とソース電極４は、液体電解質８とオゾン処理（Ｏ_３）２より保護するために、エポキシ樹脂６，７で覆われる。ダイヤモンド表面のエポキシ樹脂６，７で覆われていないチャネル領域は、直接液体電解質８と酸化物オゾンと接触する。
【００３０】
参照電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）９がゲート電極として用いられた。全てのデバイスがエンハンスメントモードで、ｐ型表面導電層３に作製され、チャネルの長さは５００μｍで、幅は１０ｍｍであった。
【００３１】
水素終極構造を持つダイヤモンドは塩化物イオン（Ｃｌ⁻）に対し、感応性を示すと報告されてきた〔参考文献［７］：Ｔ．Ｓａｋａｉ，Ｈ．Ｋａｎａｚａｗａ，Ｙ．Ａｒａｋｉ，Ｈ．Ｕｍｅｚａｗａ，Ｍ．Ｔａｃｈｉｋｉ　ａｎｄ　Ｈ．Ｋａｗａｒａｄａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４８，２５９５（２００２）〕。
【００３２】
したがって、ここでは塩化物イオンの使用により容易に表面の変化を評価できるので、高濃度（１０^−２モル／リットル）の塩化カリウム（ＫＣｌ）溶液を液体電解質として、また、ＦＥＴは、電位窓が約３Ｖのダイヤモンド内にバイアスされた〔参考文献［８］：Ｒ．Ｔｅｎｎｅ，Ｋ．Ｐａｔｅｌ，Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ａ．Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ　３４７，４０９（１９９３）〕。
【００３３】
前述した６０分のオゾン処理ｃ（図３参照）の後、シート抵抗はオゾン処理しなかったｄ（図３参照）表面の２０〜３０倍の高さを示した。６０分間のオゾン処理ｃ（図３参照）前後のＩ_ＤＳ（ドレイン−ソース間電流）−Ｖ_ＤＳ（ドレイン−ソース間電圧）特性を図４（ａ），図４（ｂ）に示す。
【００３４】
このＩ_ＤＳ−Ｖ_ＤＳ特性は、定性的に従来のＭＩＳＦＥＴｓと一致する。ここでは、ゲート電圧（Ｖ_ＧＳ）をコントロールすることで、ドレイン電流を−８０μＡでＶ_ＤＳ＝−０．４Ｖあたりで維持しようと試みた。６０分間のオゾン処理ｃ（図３参照）の後、Ｖ_ＧＳは−０．７Ｖ〔図４（ａ）参照〕から−１．１Ｖ〔図４（ｂ）参照〕へシフトした。オゾン処理によりチャネルが高抵抗になったので、ゲート電圧（Ｖ_ＧＳ）の絶対値はドレイン電流を維持するために増加する。オゾン処理後の相互コンダクタンス（ｇ_ｍ）は処理前と同じであった。ドレイン側及びソース側のキャリアは、大きな負のチャネルバイアスのため、表面導電層を作るためにチャネルへ移動した。
【００３５】
水素終端構造のダイヤモンドのエネルギー帯は、図５（ａ）に示すように蓄積層（ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ）を作るために上方へ曲がる。いくつかのモデル〔参考文献［９］：Ｓ．Ｇ．Ｒｉ，Ｔ．Ｍｉｚｕｍａｓａ，Ｙ．Ａｋｉｂａ，Ｙ．Ｈｉｒｏｓｅ，Ｔ．Ｋｕｒｏｓｕ　ａｎｄ　Ｍ．Ｉｉｄａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４，５５５０（１９９５）、参考文献［１０］：Ｆ．Ｍａｉｅｒ，Ｍ．Ｒｉｅｄｅｌ，Ｂ．Ｍａｎｔｅｌ，Ｊ．Ｒｉｓｔｅｉｎａｎｄ　Ｌ．Ｌｅｙ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８５，３４７２（２００２）〕は提示されているが、表面上方エネルギー帯曲がりの原因はここでは明らかにできなかった。
【００３６】
図２に示すように、オゾンは分解し、酸素遊離基を生成する。水素原子が、酸素遊離基により化学的に表面に吸収され部分的に置換するため、表面導電性は減少する。酸素終端構造を持つダイヤモンド表面は、一般に絶縁性を示し、シート抵抗はオゾン処理の後増加する。したがって、水素終端構造を持つダイヤモンド表面は、オゾン処理により部分的に酸素終端構造を持ったといえる。部分的に酸素終端構造を持ったダイヤモンド表面のエネルギー帯曲がりは、図５（ｂ）に示すように、ホールにデプレッション層を作るために減少する。オゾン処理により、導電ダイヤモンド層チャネルのキャリア濃度はＰ^＋からＰへと変化した。
【００３７】
正の表面電荷を持つ水素終端構造のダイヤモンド表面はＣｌ⁻イオンに感応性を示す（上記参考文献［７］参照）。しかし、６０分間のオゾン処理ｃ（図３参照）の後、表面状態は、上述のように、部分的に酸素終端構造となり、表面電荷はニュートラルとなったので、液体電解質のＣｌ⁻イオンは部分的に酸素終端構造となったダイヤモンド表面に吸着されない。つまり、図６に示すように、部分的に酸素終端構造となったダイヤモンド表面はＣｌ⁻イオンに対し不感応である。
【００３８】
Ｖ_ＤＳ＝−０．４Ｖの時の閾値電圧を図６（ｂ）に示す。閾値電圧は、キャリア濃度の減少に伴い、より負の値へとシフトしていく。絶対閾値電圧は、オゾン処理の時間の増加に伴い、増加していく。ここでは、電解質のイオン濃度が高い（ＫＣｌ　１０^−２モル／リットル）ので、溶液の拡散層（グイ層　Ｇｏｕｙ　ｌａｙｅｒ）キャパシタンス値の変化は無視してもよいと考えられる〔参考文献［１１］：Ｒ．Ｍｅｍｍｉｎｇ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｗｉｌｅｙ　Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ，２００１，ｐ．８４．〕。
【００３９】
したがって、閾値電圧のシフトはオゾン処理時間とダイヤモンドチャネル表面の酸素終端構造の率に依存する。オゾン処理の利点は、閾値電圧がコントロールできることと、表面電荷がニュートラルになることである。したがって、チャネルとして有効である。
【００４０】
ダイヤモンドの酸化は、Ｓｉの酸化とは異なる。Ｓｉの酸化はＳｉ｜ＳｉＯ_２界面状態で連続的にＳｉＯ_２フィルムを作製し続ける。一方、オゾン処理によるダイヤモンド表面の酸化は、表面層に限定される。
【００４１】
図７はダイヤモンド表面を光電子分光（ＸＰＳ）により観察した結果を示す図である。図７（ａ）はオゾン処理をしない水素終端状態のダイヤモンド表面、図７（ｂ）は６０分間のオゾン処理の後のダイヤモンド表面の光電子分光（ＸＰＳ）による観察結果であり、横軸に拘束エネルギー（ｅＶ）、縦軸にスペクトル強度（相対単位）を示している。
【００４２】
この結果より、６０分間のオゾン処理の後のダイヤモンド表面には明らかに酸素が生成していることが分かる。
【００４３】
このダイヤモンド表面の酸素の量は、オゾン処理時間の増加に伴い増加する。このように、オゾン処理によって、表面導電チャネルが全て除去されれば、ノーマリーオフモードにおいてゲート金属に関係なく、Ｐ^＋（ソース）−ｉ（チャネル）−Ｐ^＋（ドレイン）構造のダイヤモンド電界効果トランジスタが実現できる。
【００４４】
次に、本発明のバイオセンサーへの適用例である水素終端とアミノ終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとしてなるｐチャネル電界効果トランジスタについて説明する。
【００４５】
なお、電解質溶液としては、ＫＣｌに代えて、ＫＢｒを用いても良好な結果を示すことができた。その特性図を図８に示す。
【００４６】
図８（ａ）はＫＣｌの場合、図８（ｂ）はＫＢｒの場合であり、横軸にモル濃度（Ｍ）、縦軸は閾値電圧（Ｖ）を示している。
【００４７】
図８（ａ）に示すように、ＫＣｌのオゾン処理を行う前ｂでは、低い閾値電圧であったが、５０分のオゾン処理を行った結果ａ、閾値電圧を高くすることができた。また、図８（ｂ）に示すように、ＫＢｒの場合も、オゾン処理を行う前ｂでは、低い閾値電圧であったが、５０分のオゾン処理を行った結果ａ、閾値電圧を高くすることができた。
【００４８】
また、これら以外のアルカリイオン等の正イオン、ハロゲンイオン等の負イオンを有する電解質溶液であってもよい。
【００４９】
さらに、液体電解質のｐＨ１−ｐＨ１４の変化およびアルカリイオン等の正イオン、ハロゲンイオン等の負イオン１０^−１から１０^−６モル／リットルに対して閾値電圧が±０．１Ｖ範囲内で変化しないようにしている。
【００５０】
次に、水素終端とアミノ終端を有するバイオセンサー機能を有するｐチャネル電界効果トランジスタへの適用について説明する。
【００５１】
図９は本発明の実施例を示す水素終端とアミノ終端を有するｐチャネル電界効果トランジスタの模式図、図１０はそのアミノ終端への各種のバイオ生体の作用状態を示す模式図である。
【００５２】
図９において、１１はアンドープ多結晶ダイヤモンド層、１２は酸素（フッ素）終端絶縁領域、１３は水素終端領域、１４はナノ改質領域、１５はソース電極、１６はドレイン電極、１７はソース電極を被覆するエポキシ樹脂、１８はドレイン電極を被覆するエポキシ樹脂、１９はＤＮＡ，生体分子、２０は液体電解質である。
【００５３】
ここでは、液体電解質２０をゲートとして使用し、水素と窒素の混合プラズマにより水素終端表面をアミノ化し、水素終端とアミノ終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとしてなるｐチャネル電界効果トランジスタとしている。
【００５４】
図１０（ａ）に示すように、シリコンよりも高密度なアミノ化が行われたダイヤモンド表面２１には、２価カルボン酸（コハク酸）２２が作用する。
【００５５】
また、図１０（ｂ）に示すように、ダイヤモンド表面２１には、ペプチド結合２３により、カルボキシル化が行われる。
【００５６】
更に、ダイヤモンド表面２１には、図１０（ｃ）に示すように、図１０（ｂ）におけるカルボキシル化したものに、ペプチド結合２４により、ＤＮＡ２５が結合さる。
【００５７】
このように、チャネル部へのＤＮＡ，生体分子１９の結合により、かかるｐチャネル電界効果トランジスタの閾値電圧を変化させることができ、バイオセンサーとしての道を開くものである。
【００５８】
なお、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。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６０】
（１）イオン感応性のない表面チャネルを有する電界効果トランジスタが作製でき、それを基礎に所望の感応性を有する有機分子、生体分子を固定し、選択性の高いイオンセンサーやバイオセンサーを作製することができる。
【００６１】
（２）生体分子の固定には水素終端構造ではなく、他の終端構造（酸素終端、アミノ終端）が必要であるが、そのような終端構造でもトランジスタが動作することが分かり、表面へ任意の分子を固定する道筋ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すオゾン（Ｏ_３）処理を施した電界効果トランジスタの模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すオゾン（Ｏ_３）処理を施したチャネル部の模式図である。
【図３】本発明の実施例を示すゲートとしてのＫＣｌ溶液濃度〔Ｍ〕に対する閾値電圧〔Ｖ〕の特性図である。
【図４】本発明の実施例を示す電界効果トランジスタのＩ_ＤＳ−Ｖ_ＤＳ特性図である。
【図５】本発明の実施例を示す電界効果トランジスタの水素終端構造のダイヤモンドのエネルギー帯を示す図である。
【図６】部分的に酸素終端構造となったダイヤモンド表面のＣｌ⁻イオンに対する感応状態を示す図である。
【図７】電界効果トランジスタのダイヤモンド表面を光電子分光（ＸＰＳ）により観察した結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例を示す電界効果トランジスタの電解質溶液のモル濃度（Ｍ）に対する閾値電圧（Ｖ）の特性を示す図である。
【図９】本発明の実施例を示す水素終端とアミノ終端を有するｐチャネル電界効果トランジスタの模式図である。
【図１０】本発明の実施例を示すｐチャネル電界効果トランジスタのアミノ終端への各種のバイオ生体の作用状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　高抵抗表面チャネル
２　　オゾン（Ｏ_３）処理
３　　ｐ型表面導電層
４，１５　　ソース電極
５，１６　　ドレイン電極
６，１７　　ソース電極を被覆するエポキシ樹脂
７，１８　　ドレイン電極を被覆するエポキシ樹脂
８　　液体電解質としてのＫＣｌからなるゲート
９　　参照電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）
１０，１１　　アンドープ多結晶ダイヤモンド層
１２　　酸素（フッ素）終端絶縁領域
１３　　水素終端領域
１４　　ナノ改質領域
１９　　ＤＮＡ，生体分子
２０　　液体電解質
２１　　ダイヤモンド表面
２２　　２価カルボン酸（コハク酸）
２３，２４　　ペプチド結合
２５　　ＤＮＡ

Claims

液体電解質をゲートとして使用し、オゾン処理により水素終端表面を部分的に酸化し、水素終端と酸素終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとしてなるｐチャネル電界効果トランジスタ。
請求項１記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記酸素の被覆率を高くすることにより閾値電圧を負の方向にシフト可能にすることを特徴とするｐチャネル電界効果トランジスタ。
請求項１記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記液体電解質のｐＨ１−ｐＨ１４の変化およびアルカリイオン等の正イオン、ハロゲンイオン等の負イオン１０^−１から１０^−６モル／リットルに対して閾値電圧が±０．１Ｖ範囲内で変化しないようにしたことを特徴とするｐチャネル電界効果トランジスタ。
液体電解質をゲートとして使用し、水素と窒素の混合プラズマにより水素終端表面をアミノ化し、水素終端とアミノ終端が混在したダイヤモンド表面をチャネルとしてなるｐチャネル電界効果トランジスタ。
請求項４記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記アミノ終端にペプチド結合にて２価カルボン酸を作用させ、カルボキシル化を行うことを特徴とするｐチャネル電界効果トランジスタ。
請求項５記載のｐチャネル電界効果トランジスタにおいて、前記アミノ終端にペプチド結合によるカルボキシル化を行った上で、さらにペプチド結合によリＤＮＡを固定することを特徴とするｐチャネル電界効果トランジスタ。