JP2007205914A - 濃度分布測定装置及びそれを用いた濃度分布測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速測定が可能で、センサデバイスの配置に関する制約が小さい濃度測定分布装置及びそれを用いた濃度分布測定方法を提供する。
【解決手段】濃度分布測定装置１０は、絶縁性基板１６と、複数の走査線１７及び複数の信号線１８と、複数の走査線１７と複数の信号線１８との各交差部に設けられて全体としてマトリクスを構成する複数のセンサ部２１と、複数の走査線１７と複数の信号線１８との各交差部において、各交差部の対応する走査線１７、信号線１８及びセンサ部２１のそれぞれに電気的に接続されたスイッチング素子２２と、を備えたアクティブマトリクス基板１１と、アクティブマトリクス基板１１の複数のセンサ部２１に交流のプローブ光７０を照射するように設けられた光源１３と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、濃度分布測定装置及びそれを用いた濃度分布測定方法に関する。

従来より、液体、或いは固体中に含まれる液体中に溶け込んだ物質の濃度を二次元的に計測する装置の研究・開発が行われている。この二次元濃度分布の計測を行う手法の一つに、ＬＡＰＳ（Light Addressable Potentiometric Sensor）で構成された濃度分布測定装置がある。図８に、一般的な、ＬＡＰＳで構成された濃度分布測定装置１００を示す。

濃度分布測定装置１００は、一方の面側に絶縁膜が形成された半導体基板、及び、半導体基板の表面に形成されたイオン感応膜、で構成されたセンサ部と、半導体基板の他方の面側からプローブ光を照射するための光源と、試料である電解質及びセンサ部に電圧を印加するための印加手段と、装置を制御するための制御部と、で構成されている。

印加手段は、電解質にそれぞれ一端が挿入される作用・参照電極と、半導体基板に一端が接続される電極と、これらの電極の他端が接続されてセンサ部に所定のバイアス電圧を印加するためのポテンシオスタットと、で構成されている。

濃度分布測定装置１００は、電解質及びセンサ部に電圧を印加した状態で、半導体基板にプローブ光を照射する。プローブ光を照射すると、電解質中の目的とする物質の濃度により各領域で異なる半導体表面の空乏層に光電流が生じる。光電流は、表面電位に比例した起電力を生じさせる。この起電力を読み取ることにより、試料の濃度分布を測定している。

しかしながら、上記の一般的な濃度分布測定装置１００は、図９に示すように、光源の移動手段が主にＸ−Ｙステージで移動させるものであるため、装置の構造が複雑であることや点順次走査であるために測定に時間がかかるという問題がある。

このような問題に対する濃度分布測定装置として、特許文献１には、ダイオード特性を示す半導体基板の一方の面にＭＩＳ構造のセンシング部を形成するとともに、半導体基板の他方の面にセンシング部に対応するように固体光放射部を複合構造または一体構造で設け、この固体光放射部によってセンシング部にプローブ用の光を適宜照射するように構成したものが開示されている。そして、これによれば、構造が簡単、かつ安定に動作する安価な光走査型デバイスを提供することができる、と記載されている。

さらに、特許文献２には、センサ部を、複数の短冊状のセンサを互いに並列に配置してなるセンサアレイと、センサの配置方向と直交する方向に互いに並列に配置され同時点灯する複数のＬＥＤアレイからなる光照射部とから構成するとともに、高速の信号処理および画像処理のソフトウェアを備えたものが開示されている。そして、これによれば、微小領域における現象を高速かつ精度よく測定することができるコンパクトな構成の光走査型二次元濃度分布測定装置を提供することができる、と記載されている。

また、特許文献３には、ＳＯＩ基板の一方の面に、電気的に分離された複数のセンサアレイからなるセンシング部を形成するとともに、ＳＯＩ基板１の他方の面に、ＳＯＩ基板の裏面側からプローブ光を照射するための固体発光エレメントアレイからなるプローブ光照射部を設け、さらに、センサアレイから信号を取り出すためのシフトレジスタをＳＯＩ基板を構成する半導体基板にモノリシックに設けたものが開示されている。そして、これによれば、構成が簡単かつ高性能な光走査型二次元濃度分布測定装置を提供することができる、と記載されている。
特開平08-213580号公報 特開平11-094793号公報 特開平09-292365号公報

しかしながら、特許文献１に開示された濃度分布測定装置は、図１０に示すように、センサ部はパターニングせずに光源をアレイ状に配置して光源を順次点灯することによりプローブ光を照射している。このため、Ｘ−Ｙステージで光源を移動させるものに比べれば構造は簡単となるが、点順次走査であることには変わりなく、測定に時間がかかり、経時変化測定に向かないという問題がある。また、ＬＥＤ等の高密度実装には物理的な制約があるため、光源アレイの密度には限界があり、結果として解像度が限定されてしまう、という問題もある。

また、特許文献２及び３に開示された濃度分布測定装置は、図１１及び１２に示すように、センサ部を短冊状に加工し、光源アレイを正しい濃度分布を得るために直交するように配置して光源を線順次走査するものであるため、短冊状のセンサ部と光源アレイとを高精度に配置しなければならない制約があるという問題がある。また、特許文献１と同様に、光源のアレイ化には物理的な制約が大きいという問題もある。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高速測定が可能で、センサデバイスの配置に関する制約が小さい濃度測定分布装置及びそれを用いた濃度分布測定方法を提供することである。

本発明に係る濃度分布測定装置は、絶縁性基板と、絶縁性基板上に、互いに平行に延びるように設けられた複数の走査線と、絶縁性基板上の複数の走査線とは異なる層に、該複数の走査線と直交する方向に互いに平行に延びるように設けられた複数の信号線と、複数の走査線と複数の信号線との各交差部に設けられて全体としてマトリクスを構成し、各々が半導体層を有する複数のセンサ部と、複数の走査線と複数の信号線との各交差部において、各交差部の対応する走査線、信号線及びセンサ部のそれぞれに電気的に接続されたスイッチング素子と、を備えたアクティブマトリクス基板と、アクティブマトリクス基板の複数のセンサ部に交流のプローブ光を照射するように設けられた光源と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、マトリクスを構成する複数のセンサ部のそれぞれに順次電圧を印加させておき、所定の箇所に固定した光源から交流のプローブ光を照射して濃度分布を測定するため、線順次走査が可能となり、試料の二次元濃度分布の高速測定が可能となる。また、光源アレイを用いなくてよく、光源の配置に物理的な制約がない。さらに、センサ部と光源アレイとを高精度に配置する必要がなく、製造効率が良好となる。また、センサ部は複数に分離されているため、センサ部の半導体層のキャリア拡散が発生した際に測定領域がぼやけても、測定精度に影響を与えない。

また、本発明に係る濃度分布測定装置は、半導体層が多結晶半導体で形成されていてもよい。

このような構成によれば、センサ部の半導体層が多結晶半導体で形成されているため、半導体層内を電子が移動しやすく、高い感度が期待できる。また、スイッチング素子の半導体層にもポリシリコンを用いれば、スイッチング素子形成と同時に、走査線、および信号線にそれぞれ繋がる走査線制御回路、および信号線制御回路を基板上に工程数を増やすことなく形成することができる。そのため、駆動用のICドライバーをセンサアレイ作成後に実装する必要が無く、部品点数の減少による信頼性・コスト力の向上が望める。また、アクティブマトリクス基板として液晶ディスプレイなどで使用される大型ガラス基板を用いることができるため、Siウェハーを使用する従来の方法に比べ、大面積を要するデバイスが作製でき、また多面取りによる低価格化が期待できる。

さらに、本発明に係る濃度分布測定装置は、絶縁性基板上には、複数の走査線のそれぞれが電気的に接続された走査線制御回路が形成されていると共に、複数の信号線のそれぞれが電気的に接続された信号線制御回路が形成されていてもよい。

このような構成によれば、絶縁性基板上に走査線制御回路及び信号線制御回路がそれぞれ形成されているため、これらを別の基板上に形成するものと比較して、部品点数を減らすことができる。

また、本発明に係る濃度分布測定装置は、複数のセンサ部のそれぞれは、電気抵抗の相対的に高い上層側半導体層と電気抵抗の相対的に低い下側半導体層とを有していてもよい。

このような構成によれば、複数のセンサ部のそれぞれが、電気抵抗の相対的に高い上層側半導体層と電気抵抗の相対的に低い下側半導体層とを有しているため、電極とセンサ部の半導体層とが直接接することによる直列抵抗を減少させることができる。従って、センサ部の半導体層を介して取り出した信号の波形の鈍化や信号遅延の発生を抑制することができる。

さらに、本発明に係る濃度分布測定装置は、複数のセンサ部のそれぞれが、それに対応したスイッチング素子に絶縁膜を介して設けられており、コンタクトホールを通じて該スイッチング素子に電気的に接続されていてもよい。

このような構成によれば、複数のセンサ部のそれぞれがそれに対応したスイッチング素子と隣接して設けなくてよいため、スイッチング素子に阻害されず濃度分布測定装置の試料を載置するセル内の表面ほぼ全体に亘り形成することができる。このため、センサ部の面積がその分増大するためセンサの感度と精度を確保できる。従って、測定効率が良好となる。

本発明に係る濃度分布測定方法は、マトリクス状に配設された複数のセンサ部に電圧を順次印加するステップと、電圧を印加した複数のセンサ部に交流のプローブ光を照射して光電流を発生させるステップと、発生した光電流を検知して濃度分布を導き出すステップと、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、マトリクスを構成する複数のセンサ部のそれぞれに順次電圧を印加させておき、所定の箇所に固定した光源から交流のプローブ光を照射して濃度分布を測定するため、線順次走査が可能となり、試料の二次元濃度分布の高速測定が可能となる。また、光源アレイを用いなくてよく、光源の配置に物理的な制約がない。さらに、センサ部と光源アレイとを高精度に配置する必要がなく、製造効率が良好となる。また、センサ部は複数に分離されているため、センサ部の半導体層のキャリア拡散が発生した際に測定領域がぼやけても、測定精度に影響を与えない。

以上説明したように、本発明によれば、高速測定が可能で、センサデバイスの配置に関する制約が小さい濃度測定分布装置及びそれを用いた濃度分布測定方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置及びそれを用いた濃度分布測定方法について図面を用いて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（実施形態）
（濃度分布測定装置１０の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置１０の断面図を示す。図２は、濃度分布測定装置１０の平面図を示す。濃度分布測定装置１０は、アクティブマトリクス基板１１、ホルダ１２、光源１３、印加手段１４及び制御部１５で構成されている。

アクティブマトリクス基板１１は、数十〜数百ｃｍ四方の大きさのガラス又はプラスチック等の透明の絶縁性基板１６と、絶縁性基板１６上に設けられた走査線１７、信号線１８、走査線制御回路１９、信号線制御回路２０、センサ部２１及びスイッチング素子２２等で構成されている。

走査線１７は、互いに平行に延びるように設けられている。信号線１８は、絶縁性基板１６上において走査線１７とは異なる層設けられている。信号線１８は、走査線１７と直交する方向に互いに平行に延びるように設けられている。

走査線制御回路１９及び信号線制御回路２０は、それぞれアクティブマトリクス基板１１の端部に設けられており、それぞれ複数の走査線１７又は信号線１８が電気的に接続されている。

センサ部２１は、それぞれ数〜数百μｍ四方の大きさに形成されており、走査線１７と信号線１８との交差部に設けられて全体としてマトリクスを構成している。センサ部２１は、後述する透明導電膜３０上に形成されて電気的に接続されている。センサ部２１は、半導体層３１、半導体層３１の上に形成された絶縁膜３２、絶縁膜３２の上に形成されたイオン感応膜３３で構成されている。

センサ部２１の半導体層３１は、電気抵抗の相対的に高い上層側半導体層３４と電気抵抗の相対的に低い下側半導体層３５とで構成されている。具体的には、上層側にアモルファスシリコンで形成された半導体層が、下層側にアモルファスシリコンで形成された半導体に不純物をドープしたものが設けている。

絶縁膜３２は酸化ケイ素等で、また、イオン感応膜３３は窒化シリコン等で形成されている。

スイッチング素子２２は、走査線１７と信号線１８との各交差部において、各交差部の対応する走査線１７、信号線１８及びセンサ部２１のそれぞれに電気的に接続されている。スイッチング素子２２は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成されている。スイッチング素子２２は、ゲート電極４０、ゲート電極４０を覆う窒化シリコン等で形成されたゲート絶縁膜４１、ゲート絶縁膜４１上に形成された真性アモルファスシリコン層４２及びｎ＋アモルファスシリコン層４３の半導体層３１、これらの半導体層３１上にそれぞれ形成されたソース電極４４およびドレイン電極４５等で構成されている。

ＴＦＴのゲート電極４０は、互いに平行で行方向に延びる走査線１７と電気的に接続され、ＴＦＴのソース電極４４は、互いに平行で列方向に延びる信号線１８と電気的に接続されている。ＴＦＴのドレイン電極４５は、ゲート絶縁膜４１上に形成された透明導電膜３０によってセンサ部２１と電気的に接続されている。

走査線１７、信号線１８及びスイッチング素子２２には、それらを覆うように絶縁膜４６が形成されており、試料と直接接触しないように構成されている。

ホルダ１２は、アクティブマトリクス基板１１を側面から狭持するように設けられ、センサ部２１の表面とホルダ１２とで試料を載置するセルを構成している。ホルダ１２は、例えば樹脂製材料等で形成されている。

光源１３は、アクティブマトリクス基板１１の下面側に設けられている。光源１３は、アクティブマトリクス基板１１の全面を照射するような面状光源を構成している。

印加手段１４は、試料にそれぞれ一端が挿入される作用・参照電極４７と、作用・参照電極４７とアクティブマトリクス基板１１のスイッチング素子２２の各電極、走査線１７及び信号線１８とを接続してセンサ部２１に所定のバイアス電圧を印加するためのポテンシオスタット４８で構成されている。

制御部１５は、ポテンシオスタット４８、各走査線１７、スイッチング素子２２の各電極及び光源１３に接続されており、電圧の印加や光の照射を制御する。

（濃度分布測定装置１０の製造方法）
次に、本実施形態に係る濃度分布測定装置１０の製造方法について説明する。

まず、ガラス基板等の絶縁性基板１６上の基板全体に、アルミニウム等からなる金属膜（厚さ２００ｎｍ程度）をスパッタリング法により成膜し、その後、フォトリソグラフィー技術（Photo Engraving Process、以下、「ＰＥＰ技術」と称する）によりパターン形成して、走査線１７、ゲート電極４０及び制御部の接続線を形成する。

次いで、走査線１７等が形成された基板全体に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により窒化シリコン膜（厚さ４００ｎｍ程度）等を成膜し、ゲート絶縁膜４１を形成する。

次に、ゲート絶縁膜４１が形成された基板全体に、ＣＶＤ法により真性アモルファスシリコン層４２（厚さ５００Å程度）を成膜し、その後、ＰＥＰ技術によりゲート電極４０上にパターン形成する。

次に、真性アモルファスシリコン層４２が形成された基板全体に、リンがドープされたｎ＋アモルファスシリコン層４３（厚さ５０ｎｍ程度）を成膜し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して、ソース電極４４及びドレイン電極４５を形成する。

次いで、ソース電極４４及びドレイン電極４５が形成されたゲート絶縁膜４１上の基板全体に、アルミニウム等からなる金属膜（厚さ２００ｎｍ程度）をスパッタリング法により成膜し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成してソース線及び制御部の接続線を形成する。

次に、ゲート絶縁膜４１上であってドレイン電極４５と電気的に接続するように、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で構成される透明導電膜３０を形成する。

次いで、スイッチング素子２２を覆うように絶縁膜４６を形成し、アクティブマトリクス基板１１を作製する。

次に、アクティブマトリクス基板１１の透明導電膜３０上であって、複数の走査線１７と複数の信号線１８との各交差部に設けられて全体としてマトリクスを構成するようにｎ＋アモルファスシリコン半導体層３５を形成する。ｎ＋アモルファスシリコン半導体層３５は、ＣＶＤ法により（厚さ５００Å程度）成膜し、これをＰＥＰ技術により島状にパターン形成した後、リン等をドープすることにより形成する。

次いで、ｎ＋アモルファスシリコン半導体層３５上に、同形状となるようにアモルファスシリコン半導体層３４を形成する。アモルファスシリコン半導体層３４は、ＣＶＤ法により（厚さ２０００Å程度）成膜し、これをＰＥＰ技術により島状にパターン形成する。これにより、センサ部２１の半導体層３１を形成する。

次に、半導体層３１上に、酸化ケイ素等で構成された絶縁膜３２及び窒化シリコン等で構成されたイオン感応膜３３をそれぞれＣＶＤ法により（厚さそれぞれ５００Å程度）成膜し、これをＰＥＰ技術により島状にパターン形成する。このようにして、センサ部２１を作製する。

次いで、アクティブマトリクス基板１１の側面にホルダ１２を形成し、裏面側に光源１３を設ける。

次に、アクティブマトリクス基板１１の制御部の接続線、光源１３、作用・参照電極４７及び作用・参照電極４７と電気的に接続したポテンシオスタット４８をそれぞれ制御部１５に電気的に接続して、濃度分布測定装置１０を作製する。

また、濃度分布測定装置は、上述した構成のものに限らず、図３及び４に示したようなものでもよい。

図３は、濃度分布測定装置５０の断面図を示す。図４は、濃度分布測定装置５０の平面図を示す。ここで、以下、濃度分布測定装置１０と同様の構成要素については同符号を用いて表し、その説明を省略する。

濃度分布測定装置５０は、複数のセンサ部５１のそれぞれが、それに対応したスイッチング素子２２に絶縁膜５５を介して設けられている。

センサ部５１は、絶縁膜５５を介してスイッチング素子２２上をも覆っているため、アクティブマトリクス基板１１上のセンサ部２１の総面積が濃度分布測定装置１０に比べて増大している。センサ部２１の下層には、透明導電膜５２が形成されている。

絶縁膜５５は、酸化ケイ素等で形成されている。絶縁膜５５にはコンタクトホール５６が形成されている。センサ部２１の半導体層３１及び透明導電膜５２は、このコンタクトホール５６内を通るように形成されている。センサ部２１の透明導電膜５２は、絶縁膜５５のコンタクトホール５６を通ってアクティブマトリクス基板１１上の透明導電膜３０と接触しており、これによりセンサ部２１とスイッチング素子２２とが電気的に接続されている。

さらに、濃度分布測定装置は、スイッチング素子及びセンサ部の両方にポリシリコンを用いて構成されていてもよい。ここで、図５に、スイッチング素子及びセンサ部に用いる半導体層として、その両方にポリシリコンを用いた濃度分布測定装置８０のセンサ部８１及びスイッチング素子８２の断面構造を示す。なお、ホルダ、光源、印加手段及び制御装置等については濃度分布測定装置１０又は５０と同様であり、ここでは説明を省略する。

濃度分布測定装置８０のセンサ部８１は、ポリシリコン半導体層８３、絶縁膜８４及びイオン感応膜８５が、この順に後述の透明導電膜８６上に形成されることにより構成されている。

濃度分布測定装置８０のスイッチング素子８２は、絶縁膜９６上に形成されたポリシリコン半導体層８７、ポリシリコン半導体層８７の外側に形成された低濃度不純物層８８及びｎ+高濃度不純物層８９、これらを覆うように形成されたゲート絶縁膜９０、ゲート絶縁膜９０上に形成されたゲート電極９１、絶縁膜９２、及び、絶縁膜９２上に形成されてそれぞれコンタクトホール９３を通じてｎ+高濃度不純物層８９に接しているソース電極９４及びドレイン電極９５等で構成されている。ドレイン電極９５は、絶縁膜９２上に形成された透明導電膜８６によってセンサ部８１と電気的に接続されている。

また、ポリシリコンをセンサ部及びスイッチング素子の両方に用いた装置であって、濃度分布測定装置５０に対応するような開口率の高いものとして、図６に示すような濃度分布測定装置１１０であってもよい。尚、図６において、濃度分布測定装置８０と同様の構成要素については同符号を付し、その説明を省略する。

濃度分布測定装置１１０は、センサ部１１１が、それに対応したスイッチング素子１１２に絶縁膜１１３を介して設けられている。センサ部１１１の下層には透明導電膜１１４が形成されている。絶縁膜１１３にはコンタクトホール１１５が形成されている。センサ部１１１のポリシリコン半導体層１１６及び透明導電膜１１４は、このコンタクトホール１１５を通るように形成されている。センサ部１１１の透明導電膜１１４は、絶縁膜１１３のコンタクトホール１１５を通ってドレイン電極９５と接触しており、これによりセンサ部１１１とスイッチング素子１１２とが電気的に接続されている。

（濃度分布測定装置１０を用いた濃度分布測定方法）
次に、濃度分布測定装置１０を用いた濃度分布測定方法について説明する。

まず、測定対象の液状又はゲル状等の試料６０を濃度分布測定装置１０のセル内に滴下又は載置する。

次に、制御部１５からの信号によりポテンシオスタット４８からの直流電圧を印加して、アクティブマトリクス基板１１及びセンサ部２１に所定のバイアス電圧を印加する。このとき、制御部１５は走査線１７及び信号線１８に制御信号を送ることにより、マトリクス状に配置されたセンサ部２１が、マトリクスの列ごとに順次印加されていく。

マトリクス状に配置されたセンサ部２１が印加されるとすぐに、制御部１５からの制御信号により光源１３が点灯し、プローブ光７０がアクティブマトリクス基板１１裏面側から照射される。

ここで、図７にプローブ光７０の点滅とシグナルの相関関係を示す。図７に示すように、プローブ光７０の点滅（ｏｎ／ｏｆｆ）に応じてＬＡＰＳの光応答シグナルが変形する。このとき、キャリアの再結合や拡散にある程度の時間を要するために、入光に対してその応答が少し遅れる。

このように、プローブ光７０は一定周期（例えば１０ｋＨｚ）で断続的に照射されてセンサ部２１に交流光電流を発生させる。照射されたプローブ光７０は、透明材料で形成された絶縁性基板１６を透過し、センサ部２１へと到達する。センサ部２１へ到達したプローブ光７０は、センサ部２１でその直上部分の試料６０のｐＨ値に対応した光電流を発生させて検出する。

次に、制御部１５からの信号により、次の列のセンサ部２１にポテンシオスタット４８による電圧印加を開始する。その後、再度光源１３からプローブ光７０を照射させて、それぞれのセンサ部２１の直上部分における試料６０のｐＨ値に対応した光電流を発生させて検出する。

このようにして順次電圧印加を走査することにより、すべてのセンサ部２１から光電流を発生させて検出する。検出した光電流により、試料６０に形成されるｐＨ分布の状態を表す２次画像を得て、これから試料６０の濃度分布を測定する。

（作用効果）
次に作用効果について説明する。

本実施形態に係る濃度分布測定装置１０，５０は、絶縁性基板１６と、絶縁性基板１６上に、互いに平行に延びるように設けられた複数の走査線１７と、絶縁性基板１６上の複数の走査線１７とは異なる層に、複数の走査線１７と直交する方向に互いに平行に延びるように設けられた複数の信号線１８と、複数の走査線１７と複数の信号線１８との各交差部に設けられて全体としてマトリクスを構成し、各々が半導体層３１を有する複数のセンサ部２１，５１と、複数の走査線１７と複数の信号線１８との各交差部において、各交差部の対応する走査線１７、信号線１８及びセンサ部２１，５１のそれぞれに電気的に接続されたスイッチング素子２２と、を備えたアクティブマトリクス基板１１と、アクティブマトリクス基板１１の複数のセンサ部２１，５１に交流のプローブ光７０を照射するように設けられた光源１３と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、マトリクスを構成する複数のセンサ部２１，５１のそれぞれに順次電圧を印加させておき、所定の箇所に固定した光源１３から交流のプローブ光７０を照射して濃度分布を測定するため、線順次走査が可能となり、試料６０の二次元濃度分布の高速測定が可能となる。また、光源アレイを用いなくてよく、光源１３の配置に物理的な制約がない。さらに、センサ部２１，５１と光源アレイとを高精度に配置する必要がなく、製造効率が良好となる。また、センサ部２１，５１は複数に分設されているため、センサ部２１，５１の半導体層３１のキャリア拡散が発生した際に測定領域がぼやけても、測定精度に影響を与えない。

また、本実施形態に係る濃度分布測定装置１０，５０は、半導体層３１が多結晶半導体で形成されていてもよい。

このような構成によれば、センサ部２１，５１の半導体層３１が多結晶半導体で形成されているため、半導体層３１内を電子が移動しやすく、高い感度が期待できる。また、スイッチング素子２２の半導体層にもポリシリコンを用いれば、スイッチング素子２２形成と同時に、走査線、および信号線にそれぞれ繋がる走査線制御回路１９、および信号線制御回路２０を基板上に工程数を増やすことなく形成することができる。そのため、駆動用のICドライバーをセンサアレイ作成後に実装する必要が無く、部品点数の減少による信頼性・コスト力の向上が望める。また、アクティブマトリクス基板として液晶ディスプレイなどで使用される大型ガラス基板を用いることができるため、Siウェハーを使用する従来の方法に比べ、大面積を要するデバイスが作製でき、また多面取りによる低価格化が期待できる。

さらに、本実施形態に係る濃度分布測定装置１０，５０は、絶縁性基板１６上には、複数の走査線１７のそれぞれが電気的に接続された走査線制御回路１９が形成されていると共に、複数の信号線１８のそれぞれが電気的に接続された信号線制御回路２０が形成されていてもよい。

このような構成によれば、絶縁性基板１６上に走査線制御回路１９及び信号線制御回路２０がそれぞれ形成されているため、これらを別の基板上に形成するものと比較して、部品点数を減らすことができる。

また、本実施形態に係る濃度分布測定装置１０，５０は、複数のセンサ部２１，５１のそれぞれが、電気抵抗の相対的に高い上層側半導体層３４と電気抵抗の相対的に低い下側半導体層３５とを有していてもよい。

このような構成によれば、複数のセンサ部２１，５１のそれぞれが、電気抵抗の相対的に高い上層側半導体層３４と電気抵抗の相対的に低い下側半導体層３５とを有しているため、電極とセンサ部２１，５１の半導体層３１とが直接接することによる直列抵抗を減少させることができる。従って、センサ部２１，５１の半導体層３１を介して取り出した信号の波形の鈍化や信号遅延の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る濃度分布測定装置１０は、複数のセンサ部２１のそれぞれが、それに対応したスイッチング素子２２に絶縁膜３２を介して設けられており、コンタクトホールを通じて該スイッチング素子２２に電気的に接続されていてもよい。

このような構成によれば、図３で示した濃度分布測定装置５０のように、複数のセンサ部５１のそれぞれがそれに対応したスイッチング素子２２と隣接して設けなくてよいため、スイッチング素子２２に阻害されず濃度分布測定装置の試料６０を載置するセル内の表面ほぼ全体に亘り形成することができる。このため、センサ部５１の面積がその分増大するためセンサの感度と精度を確保できる。従って、測定効率が良好となる。

本実施形態に係る濃度分布測定方法は、マトリクス状に配設された複数のセンサ部２１，５１に電圧を順次印加するステップと、電圧を印加した複数のセンサ部２１，５１に交流のプローブ光７０を照射して光電流を発生させるステップと、発生した光電流を検知して濃度分布を導き出すステップと、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、マトリクスを構成する複数のセンサ部２１，５１のそれぞれに順次電圧を印加させておき、所定の箇所に固定した光源１３から交流のプローブ光７０を照射して濃度分布を測定するため、線順次走査が可能となり、試料６０の二次元濃度分布の高速測定が可能となる。また、光源アレイを用いなくてよく、光源１３の配置に物理的な制約がない。さらに、センサ部２１，５１と光源アレイとを高精度に配置する必要がなく、製造効率が良好となる。また、センサ部２１，５１は複数に分離されているため、センサ部２１，５１の半導体層３１のキャリア拡散が発生した際に測定領域がぼやけても、測定精度に影響を与えない。

以上説明したように、本発明は、濃度分布測定装置及びそれを用いた濃度分布測定方法について有用である。

本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置１０の断面図である。 本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置１０の平面図である。 本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置５０の断面図である。 本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置５０の平面図である。 本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置８０の断面図である。 本発明の実施形態に係る濃度分布測定装置９０の断面図である。 ＬＡＰＳの光応答電流波形図である。 一般的な、ＬＡＰＳで構成された濃度分布測定装置１００の断面図である。 濃度分布測定装置１００の光源移動手段を示す図である。 特許文献１に記載された濃度分布測定装置のセンサ部及び光源の平面図である。 特許文献２及び３に記載された濃度分布測定装置の断面図である。 特許文献２及び３に記載された濃度分布測定装置のセンサ部及び光源の平面図である。

符号の説明

１０，５０ 濃度分布測定装置
１１ アクティブマトリクス基板
１３ 光源
１６ 絶縁性基板
１７ 走査線
１８ 信号線
１９ 走査線制御回路
２０ 信号線制御回路
２１，５１ センサ部
２２ スイッチング素子
３１ 半導体層
３２，５５ 絶縁膜
３４ 上層側半導体層
３５ 下側半導体層
５６ コンタクトホール
７０ プローブ光

Claims (6)

1. 絶縁性基板と、
   上記絶縁性基板上に、互いに平行に延びるように設けられた複数の走査線と、
   上記絶縁性基板上の上記複数の走査線とは異なる層に、該複数の走査線と直交する方向に互いに平行に延びるように設けられた複数の信号線と、
   上記複数の走査線と上記複数の信号線との各交差部に設けられて全体としてマトリクスを構成し、各々が半導体層を有する複数のセンサ部と、
   上記複数の走査線と上記複数の信号線との各交差部において、各交差部の対応する走査線、信号線及びセンサ部のそれぞれに電気的に接続されたスイッチング素子と、
   を備えたアクティブマトリクス基板と、
   上記アクティブマトリクス基板の複数のセンサ部に交流のプローブ光を照射するように設けられた光源と、
   を備えた濃度分布測定装置。
2. 請求項１に記載された濃度分布測定装置において、
   上記半導体層が多結晶半導体で形成されている濃度分布測定装置。
3. 請求項１に記載された濃度分布測定装置において、
   上記絶縁性基板上には、上記複数の走査線のそれぞれが電気的に接続された走査線制御回路が形成されていると共に、上記複数の信号線のそれぞれが電気的に接続された信号線制御回路が形成されている濃度分布測定装置。
4. 請求項１に記載された濃度分布測定装置において、
   上記複数のセンサ部のそれぞれは、電気抵抗の相対的に高い上層側半導体層と電気抵抗の相対的に低い下側半導体層とを有する濃度分布測定装置。
5. 請求項１に記載された濃度分布測定装置において、
   上記複数のセンサ部のそれぞれは、それに対応したスイッチング素子に絶縁膜を介して設けられており、コンタクトホールを通じて該スイッチング素子に電気的に接続されている濃度分布測定装置。
6. マトリクス状に配設された複数のセンサ部に電圧を順次印加するステップと、
   上記電圧を印加した複数のセンサ部に交流のプローブ光を照射して光電流を発生させるステップと、
   上記発生した光電流を検知して濃度分布を導き出すステップと、
   を備えた濃度分布測定方法。

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