JP2012073103A - Biosensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a differential amplifier type biosensor allowing selection of a transistor having no variation of properties for a differential pair to improve measurement accuracy.SOLUTION: According to this invention, there is provided a biosensor comprising an FET sensor on a substrate and a differential pair consisting of FETs. The FET sensor comprises a first source electrode and a first drain electrode arranged on the substrate, a first semiconductor film in ohmic contact with the first source electrode and the first drain electrode and arranged on the substrate, a first insulator film arranged on the first semiconductor film, a first gate electrode arranged on the first insulator film, and a second insulator film which is arranged with the first insulator film interposed between the first source electrode/the first drain electrode and the second insulator film, and on which an object to be measured is placed. To the first gate electrode, a voltage is applied during measurement of a difference between a threshold value voltage property of the FET sensor and a threshold value voltage property of the FETs.

Description

本発明はバイオセンサに関し、特に、電界効果トランジスタを利用したバイオセンサに関する。   The present invention relates to a biosensor, and more particularly to a biosensor using a field effect transistor.

血液や細胞等の生体試料やその中の特定成分について迅速かつ簡便に濃度等を測定する方法として、電気化学的検出手段によるバイオセンサが実用化されている。その一つとして、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor、以下、FETという)を用いたバイオセンサが知られ、特にISFET(Ion−sensitive FET)と呼ばれている。ISFETを用いたDNAやタンパク質等の生体成分、細胞などの検出系への応用が盛んに研究されている。   Biosensors using electrochemical detection means have been put to practical use as methods for quickly and simply measuring concentrations and the like of biological samples such as blood and cells and specific components therein. As one of them, a biosensor using a field effect transistor (hereinafter referred to as an FET) is known, and is particularly called an ISFET (Ion-sensitive FET). The application of ISFETs to detection systems for biological components such as DNA and proteins, and cells has been actively studied.

近年、バイオセンサに用いるトランジスタを差動対構成とし、差動対の片方をISFETとするバイオセンサが登場している(例えば、特許文献1)。差動対の片方をISFETとするバイオセンサでは、ISFETの変化をある基準電圧との電圧差として信号を取り出すことが可能となるともに、差動対の増幅度設定によりISFETの微小変化を増幅することが可能となる。   In recent years, a biosensor has been developed in which a transistor used in a biosensor has a differential pair configuration, and one of the differential pairs is an ISFET (for example, Patent Document 1). In a biosensor using one of the differential pairs as an ISFET, a signal can be extracted with the change in the ISFET as a voltage difference from a certain reference voltage, and a small change in the ISFET is amplified by setting the amplification level of the differential pair. It becomes possible.

ISFETの変化を基準電圧との電圧差として信号を取り出したり、ISFETの微小変化を増幅したりするためには、差動対でトランジスタの特性のバラつきがあるのは好ましくない。差動対でトランジスタの特性にバラつきが存在すると、差動特性のオフセットとして、信号がシフトしてしまうことがあるが、そのシフト量がISFETの変化量に近いため、オフセットなのか、ISFETの変化なのか区別がつかないため、測定精度が低くなる、という問題がある。   In order to extract a signal by using a change in ISFET as a voltage difference from a reference voltage, or to amplify a minute change in ISFET, it is not preferable that there is a variation in transistor characteristics between differential pairs. If there are variations in the transistor characteristics of the differential pair, the signal may shift as an offset of the differential characteristics, but the shift amount is close to the change amount of the ISFET. There is a problem that the measurement accuracy is low because it cannot be distinguished.

特許第4063770号公報Japanese Patent No. 4063770

そこで、本発明においては、差動増幅器タイプのバイオセンサにおいて、測定精度を高めることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to increase measurement accuracy in a differential amplifier type biosensor.

本発明の一実施形態として、基材上のFETセンサ及びFETから成る差動対により構成されたバイオセンサであって、前記FETセンサは、前記基材上に配置された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、前記第1のソース電極および前記第1のドレイン電極にオーミック接触して前記基材上に配置された第1の半導体膜と、前記第1の半導体膜上に配置された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に配置された第1のゲート電極と、前記第1の半導体膜と第1のゲート電極との重畳部分に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、を備え、前記FETは、前記基材上に配置された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、前記第2のソース電極および前記第2のドレイン電極にオーミック接触して前記基材上に配置された第2の半導体膜と、第2の半導体膜上に配置された第2のゲート電極と、を備え、前記第1のゲート電極は、前記FETセンサ及び前記FETの特性測定時に電圧が印加されることを特徴とするバイオセンサが提供される。   As one embodiment of the present invention, a biosensor configured by a FET sensor on a substrate and a differential pair comprising FETs, the FET sensor comprising: a first source electrode disposed on the substrate; A first drain electrode; a first semiconductor film disposed on the substrate in ohmic contact with the first source electrode and the first drain electrode; and disposed on the first semiconductor film. A first insulating film, a first gate electrode disposed on the first insulating film, and an overlapping portion of the first semiconductor film and the first gate electrode; A second insulating film disposed on the substrate; the second source electrode and the second drain electrode; and the second source electrode and the second drain. Placed on the substrate in ohmic contact with the electrode A second semiconductor film, and a second gate electrode disposed on the second semiconductor film, and a voltage is applied to the first gate electrode when measuring characteristics of the FET sensor and the FET. A biosensor is provided.

また、本発明の一実施形態として、基材上のFETセンサ及びFETから成る差動対により構成されたバイオセンサであって、前記FETセンサは、前記基材上の第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極上に第1の絶縁膜を介して配置される第1の半導体膜と、前記第1の半導体膜にオーミック接触して配置された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、前記第1のゲート電極と第1の半導体膜の重畳部分に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、を備え、前記FETは、前記基材上の第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極上に配置される第2の半導体膜と、前記第2の半導体膜にオーミック接触して配置された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、を備え、前記第1のゲート電極は、前記FETセンサ及び前記FETの特性測定時に電圧が印加され、被測定物の特性測定時にフローティング状態であることを特徴とするバイオセンサが提供される。   Further, as one embodiment of the present invention, a biosensor configured by a FET sensor on a base material and a differential pair consisting of FETs, the FET sensor includes a first gate electrode on the base material, A first semiconductor film disposed on the first gate electrode via a first insulating film, and a first source electrode and a first drain disposed in ohmic contact with the first semiconductor film An FET, and a second insulating film that is disposed in an overlapping portion of the first gate electrode and the first semiconductor film, and on which the object to be measured is disposed. A gate electrode, a second semiconductor film disposed on the second gate electrode, a second source electrode and a second drain electrode disposed in ohmic contact with the second semiconductor film, The first gate electrode includes the FET sensor A voltage is applied during characteristic measurement of the fine the FET, the biosensor, which is a floating state during characteristic measurement of the object to be measured is provided.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサにおいて、前記FETセンサは、前記第1のソース電極及び前記第1のドレイン電極と絶縁され、かつ、前記被測定物に可変電圧を印加する参照電極を備えてもよい。   In the biosensor according to an embodiment of the present invention, the FET sensor includes a reference electrode that is insulated from the first source electrode and the first drain electrode and applies a variable voltage to the object to be measured. May be.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサにおいて、前記FETセンサにより測定される電圧の変化を増幅するカレントミラー回路及び差動増幅回路を備えてもよい。   The biosensor according to an embodiment of the present invention may include a current mirror circuit and a differential amplifier circuit that amplify a change in voltage measured by the FET sensor.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサにおいて、前記FETセンサにより測定される電圧の変化を増幅する増幅段を備えてもよい。   The biosensor according to an embodiment of the present invention may include an amplification stage that amplifies a change in voltage measured by the FET sensor.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサにおいて、前記第1の半導体膜、前記第2の半導体膜、前記第1のソース電極、前記第1のドレイン電極及び前記第1のゲート電極のうち1つ以上が透明であってもよい。   In the biosensor according to the embodiment of the present invention, one of the first semiconductor film, the second semiconductor film, the first source electrode, the first drain electrode, and the first gate electrode. The above may be transparent.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサにおいて、前記第2の絶縁膜上に親水性を有する親水性領域を設けてもよい。   In the biosensor according to one embodiment of the present invention, a hydrophilic region having hydrophilicity may be provided on the second insulating film.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサにおいて、前記第2の絶縁膜は、イオン感応膜であってもよい。   In the biosensor according to the embodiment of the present invention, the second insulating film may be an ion sensitive film.

また、本発明の他の実施形態として、本発明の一実施形態に係るバイオセンサと、本発明の一実施形態に係るバイオセンサと電気的に接続される前記FETセンサ及び前記FETの特性測定用の測定装置と、本発明の一実施形態に係るバイオセンサと電気的に接続される被測定物測定用の測定装置とを備えることを特徴とするバイオセンサ装置が提供される。   As another embodiment of the present invention, the biosensor according to one embodiment of the present invention, the FET sensor electrically connected to the biosensor according to one embodiment of the present invention, and for measuring the characteristics of the FET And a measuring device for measuring an object electrically connected to the biosensor according to one embodiment of the present invention.

本発明によると、差動対を構成するトランジスタについて、特性にバラつきのないトランジスタを選別し、選別された特性にバラつきのないトランジスタを用いて差動対を構成しバイオセンサとして使用して、センサの測定精度を高めることができる。   According to the present invention, for transistors constituting a differential pair, a transistor having no variation in characteristics is selected, a differential pair is configured using a transistor having no variation in the selected characteristics, and the sensor is used as a biosensor. Measurement accuracy can be increased.

(a)は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ100の断面図であり、(b)はその上面図である。(A) is sectional drawing of the biosensor 100 which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is the top view. (a)は本発明の他の実施形態に係るバイオセンサ200の配線パターンの一例を示す図であり、(b)は(a)のA−A’に沿った断面図であり、(c)は(a)のB−B’に沿った断面図である。(A) is a figure which shows an example of the wiring pattern of the biosensor 200 which concerns on other embodiment of this invention, (b) is sectional drawing along AA 'of (a), (c) FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. (a)は本発明の一実施形態に係るバイオセンサ100及び200の回路図であり、(b)は配線パターンを示す図である。(A) is a circuit diagram of biosensor 100 and 200 concerning one embodiment of the present invention, and (b) is a figure showing a wiring pattern. 本発明の一実施形態に係るバイオセンサをカレントミラー構成として、差動増幅器型のバイオセンサとした回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit which used the biosensor which concerns on one Embodiment of this invention as a current mirror structure, and was set as the differential amplifier type | mold biosensor. 図4の回路を用いてトランジスタの選別を行う際の入力電圧と出力電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the input voltage at the time of selecting a transistor using the circuit of FIG. 4, and an output current. 本発明の一実施形態に係るバイオセンサに増幅段を設けた回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit which provided the amplification stage in the biosensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るバイオセンサを用いた測定装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measuring apparatus using the biosensor which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明に係るバイオセンサ及びその製造方法について説明する。但し、本発明のバイオセンサは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, a biosensor and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the biosensor of the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples shown below. Note that in the drawings referred to in this embodiment mode and examples, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

図1は本発明の一実施形態に係るバイオセンサ100の断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a biosensor 100 according to an embodiment of the present invention.

本実施形態に係るバイオセンサ100は、基材101の素子形成面である上部表面に、FETセンサ100a及びFET100bを有する。FETセンサ100aは、第1の半導体膜131a、第1のドレイン電極113a及び第1のソース電極115a、第1のゲート電極111a、第1の絶縁膜141、第2の絶縁膜151を有する。FET100bは、第2の半導体膜131b、第2のドレイン電極113b及び第2のソース電極115b、第2のゲート電極111b、第1の絶縁膜141を有する。バイオセンサ100は、第1の絶縁膜141及び第2の絶縁膜151の上部に被測定物191を配置するため、第1の絶縁膜141の上部に隔壁161をさらに形成してもよい。   The biosensor 100 according to the present embodiment includes an FET sensor 100a and an FET 100b on the upper surface, which is an element formation surface of the base material 101. The FET sensor 100a includes a first semiconductor film 131a, a first drain electrode 113a, a first source electrode 115a, a first gate electrode 111a, a first insulating film 141, and a second insulating film 151. The FET 100b includes a second semiconductor film 131b, a second drain electrode 113b, a second source electrode 115b, a second gate electrode 111b, and a first insulating film 141. In the biosensor 100, the partition 161 may be further formed on the first insulating film 141 in order to dispose the measurement object 191 on the first insulating film 141 and the second insulating film 151.

基材101は絶縁性の材料である。例えば、ガラスなどの無機材料や、PENまたはPETなどのプラスチック(ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂)に代表される有機材料であってもよい。基材101は、透明であることが好ましい。この透明とは、顕微鏡などの観察機器を用いて基材101から第2の絶縁膜151上に配置された被測定物191を観察することができる程度に透明であればよく、半透明のものは含まれない。   The base material 101 is an insulating material. For example, inorganic materials such as glass, plastics such as PEN or PET (polyester resin, polyethylene resin, polypropylene resin, ABS resin, nylon, acrylic resin, fluororesin, polycarbonate resin, polyurethane resin, methylpentene resin, phenol resin, melamine Resin, epoxy resin, vinyl chloride resin) may be used. The substrate 101 is preferably transparent. The transparent means only needs to be transparent to the extent that the object to be measured 191 disposed on the second insulating film 151 can be observed from the substrate 101 using an observation device such as a microscope, and is translucent. Is not included.

また、基材101の形状は特に限定されることはなく、平板、平膜、フィルム、多孔質膜などの平坦な形状、シリンダ、スタンプ、マルチウェルプレート、マイクロ流路などの立体的な形状であってもよい。フィルムを使用する場合には、その厚さは特に限定されることはないが、例えば、1μm以上1mm以下であってもよい。   In addition, the shape of the substrate 101 is not particularly limited, and it is a flat shape such as a flat plate, a flat membrane, a film, and a porous membrane, and a three-dimensional shape such as a cylinder, a stamp, a multiwell plate, and a microchannel. There may be. In the case of using a film, the thickness is not particularly limited, but may be, for example, 1 μm or more and 1 mm or less.

基材101がフレキシブルな材料である場合には、基材101を曲げることが可能となり、測定時のFETセンサの設置などの自由度が増加する。また、ロールトゥロールでのバイオセンサの形成が可能となり、低コストでのバイオセンサの製造が可能となる。   When the base material 101 is a flexible material, the base material 101 can be bent, and the degree of freedom such as installation of an FET sensor during measurement increases. In addition, the biosensor can be formed by roll-to-roll, and the biosensor can be manufactured at a low cost.

なお、基材101上に他の絶縁膜が配置され形成されていてもよい。この場合には、FETセンサはその基材101上の他の絶縁膜上に形成される。基材101が導電性を有する場合に、基材101を流れる電流を小さくすることなどができる。また、この場合には、他の絶縁膜の材料は透明であることが好ましい。   Note that another insulating film may be disposed and formed over the substrate 101. In this case, the FET sensor is formed on another insulating film on the substrate 101. When the substrate 101 has conductivity, the current flowing through the substrate 101 can be reduced. In this case, the other insulating film material is preferably transparent.

以下、FETセンサ100aの構成について説明する。   Hereinafter, the configuration of the FET sensor 100a will be described.

第1のソース電極115a及び第1のドレイン電極113aは、基材101上に配置される。   The first source electrode 115 a and the first drain electrode 113 a are disposed on the base material 101.

第1のドレイン電極113a及び第1のソース電極115aには、導電性材料を用いる。例えば、チタン、アルミ、銅、金等を用いることができるが、特に透明な導電性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)等を用いることができる。第1のドレイン電極113a及び第1のソース電極115aの厚さは、20nm〜200nmが好ましい。   A conductive material is used for the first drain electrode 113a and the first source electrode 115a. For example, titanium, aluminum, copper, gold, or the like can be used, but it is particularly preferable to use a transparent conductive material, for example, indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO). Alternatively, zinc oxide (GZO) to which gallium is added can be used. The thickness of the first drain electrode 113a and the first source electrode 115a is preferably 20 nm to 200 nm.

第1の半導体膜131aは、基材101上に配置されている。また、第1の半導体膜131aは、第1のソース電極115aと第1のドレイン電極113aとの間に、配置されている。そして、第1の半導体膜131aは、第1のソース電極115aと第1のドレイン電極113aとにオーミック接触している。   The first semiconductor film 131 a is disposed on the base material 101. In addition, the first semiconductor film 131a is disposed between the first source electrode 115a and the first drain electrode 113a. The first semiconductor film 131a is in ohmic contact with the first source electrode 115a and the first drain electrode 113a.

第1の半導体膜131aの材料としては、第1の絶縁膜141を積層可能な材料であればよく、例えばアモルファス酸化物を用いることができる。そのようなアモルファス酸化物の主成分は、InMZnOと表すことができ、ここで、Mは、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)、Fe(鉄)のうち少なくとも1種である。この中でも、アモルファス酸化物としては、MがGaであるInGaZnO系のものを用いるのが好ましい。InGaZnO系のアモルファス酸化物は、室温から150°C程度の低温で成膜が可能であることから、基材101が耐熱性に乏しいプラスチックやガラスにより構成されている場合でも使用することができる。また、InGaZnO系のアモルファス酸化物には、必要に応じて、Al、Fe、Snなどが加えられていてもよい。   As a material of the first semiconductor film 131a, any material can be used as long as the first insulating film 141 can be stacked. For example, an amorphous oxide can be used. The main component of such an amorphous oxide can be expressed as InMZnO, where M is at least one of Ga (gallium), Al (aluminum), and Fe (iron). Among these, as the amorphous oxide, it is preferable to use an InGaZnO-based material in which M is Ga. Since an InGaZnO-based amorphous oxide can be formed at room temperature to a low temperature of about 150 ° C., it can be used even when the substrate 101 is made of plastic or glass having poor heat resistance. In addition, Al, Fe, Sn, or the like may be added to the InGaZnO-based amorphous oxide as necessary.

また、第1の半導体膜131aの別の材料としては、酸化物亜鉛(ZnO)を主成分とする酸化物半導体から用いられていてもよい。ZnOを主成分とする場合には、真性の酸化物亜鉛の他に、必要に応じて、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、窒素(N)及び炭素(C)等のp型ドーパント及びホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)等のn型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛及びマグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などがドーピングされた酸化亜鉛を加えたものであってもよい。さらに、第1の半導体膜131は、錫を添加した酸化インジウム(インジウム錫オキサイド:ITO)、インジウム亜鉛オキサイド(IZO)または酸化マグネシウム(MgO)などの酸化物半導体から形成されていてもよい。   Another material of the first semiconductor film 131a may be an oxide semiconductor containing zinc oxide (ZnO) as a main component. When ZnO is the main component, in addition to intrinsic oxide zinc, p-type dopants such as lithium (Li), sodium (Na), nitrogen (N) and carbon (C), and boron, if necessary (B), zinc oxide doped with n-type dopants such as aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and zinc oxide doped with magnesium (Mg), beryllium (Be), etc. It may be. Further, the first semiconductor film 131 may be formed of an oxide semiconductor such as indium oxide to which tin is added (indium tin oxide: ITO), indium zinc oxide (IZO), or magnesium oxide (MgO).

第1の半導体膜131は、透明であることが好ましい。この透明とは、基材101と同様に、顕微鏡などの観察機器を用いて基材101から第2の絶縁膜151に配置された被測定物191が観察することができる程度に透明であればよく、半透明のものは含まれない。   The first semiconductor film 131 is preferably transparent. This transparent means that, as with the substrate 101, it is transparent to the extent that the object 191 placed on the second insulating film 151 can be observed from the substrate 101 using an observation device such as a microscope. Well, translucent ones are not included.

第1の絶縁膜141は、第1のソース電極115a、第1のドレイン電極113aおよび第1の半導体膜131aの上に積層して配置される。   The first insulating film 141 is stacked over the first source electrode 115a, the first drain electrode 113a, and the first semiconductor film 131a.

第1の絶縁膜141は、絶縁性材料が用いられるが、特に、透明な絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素等を用いることができる。また、プラスチック基板のような透明な有機樹脂からなる基板、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミドのような透明なフィルム等を用いてもよい。第1の絶縁膜141の厚さは、50nm〜1μmの範囲で適宜選択することができる。なお、この透明とは、基材101と同様に、顕微鏡などの観察機器を用いて基材101から第2の絶縁膜151に配置された被測定物191が観察することができる程度に透明であればよく、半透明のものは含まれない。   An insulating material is used for the first insulating film 141, and it is particularly preferable to use a transparent insulating material. For example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like can be used. Further, a substrate made of a transparent organic resin such as a plastic substrate, a transparent film such as polypropylene, polyester, vinyl, polyvinyl fluoride, vinyl chloride, polyester, and polyamide may be used. The thickness of the first insulating film 141 can be appropriately selected within a range of 50 nm to 1 μm. Note that this transparent is transparent to the extent that the object to be measured 191 placed on the second insulating film 151 can be observed from the base 101 using an observation device such as a microscope, as with the base 101. It only has to be, and translucent ones are not included.

第2の絶縁膜151は、第1の絶縁膜141と接触し、第1の半導体膜131aと前記第1のゲート電極111aとの重畳部分の上方に配置される。また、第2の絶縁膜151は、第1の絶縁膜141を介して、間接的に第1の半導体膜131aと接触して配置される。例えば、第2の絶縁膜151は、第1の絶縁膜141を覆って配置されてもよい。第2の絶縁膜151は、被測定物191に添加された試料に含まれる被検出物、例えば、細胞、DNA、糖鎖、タンパク質等を配置可能なものである。イオン感応層151は、透明な絶縁材料を用い、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化タンタル、酸化アルミニウム等を用いることができる。   The second insulating film 151 is in contact with the first insulating film 141 and is disposed above the overlapping portion of the first semiconductor film 131a and the first gate electrode 111a. In addition, the second insulating film 151 is disposed in contact with the first semiconductor film 131a indirectly through the first insulating film 141. For example, the second insulating film 151 may be disposed so as to cover the first insulating film 141. The second insulating film 151 can arrange an object to be detected, for example, a cell, DNA, sugar chain, protein, or the like included in the sample added to the object to be measured 191. The ion sensitive layer 151 is made of a transparent insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, tantalum oxide, or aluminum oxide.

第1のゲート電極111aは、第1の絶縁膜141と第2の絶縁膜151との間に配置される。第1のゲート電極111aには、導電性材料を用いる。例えば、チタン、アルミ、銅、金等を用いることができるが、特に透明な導電性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)等を用いることができる。第1のゲート電極111a、第1のドレイン電極113a及び第1のソース電極115aの厚さは、20nm〜200nmが好ましい。   The first gate electrode 111 a is disposed between the first insulating film 141 and the second insulating film 151. A conductive material is used for the first gate electrode 111a. For example, titanium, aluminum, copper, gold, or the like can be used, but it is particularly preferable to use a transparent conductive material, for example, indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO). Alternatively, zinc oxide (GZO) to which gallium is added can be used. The thickness of the first gate electrode 111a, the first drain electrode 113a, and the first source electrode 115a is preferably 20 nm to 200 nm.

また、第1のゲート電極111aは、バイオセンサによる被測定物の特性測定時には、フローティング電極として用いることができる。   In addition, the first gate electrode 111a can be used as a floating electrode when measuring the characteristics of an object to be measured by a biosensor.

第1のゲート電極111a、第1のドレイン電極113a及び第1のソース電極115aの電極材料が透明であると、より確実にサンプルを顕微鏡で観察することが可能となるため、被測定物191の配置箇所に応じて、これらの電極の電極材料の1つ以上が透明であることが好ましい。この透明とは、基材101と同様に、顕微鏡などの観察機器を用いて基材101から第2の絶縁膜151に配置された被測定物191が観察することができる程度に透明であればよく、半透明のものは含まれない。   If the electrode material of the first gate electrode 111a, the first drain electrode 113a, and the first source electrode 115a is transparent, the sample can be more reliably observed with a microscope. Depending on the location, it is preferred that one or more of the electrode materials of these electrodes is transparent. This transparent means that, as with the substrate 101, it is transparent to the extent that the object 191 placed on the second insulating film 151 can be observed from the substrate 101 using an observation device such as a microscope. Well, translucent ones are not included.

隔壁161は、被測定物191を配置するためのもので、例えば、ガラス、プラスチック等を用いることができる。なお、図1(b)においては、隔壁161を上方から見た場合に、四角くなっているが、これに限られず、例えば円形などでもよい。   The partition wall 161 is for placing the object to be measured 191, and for example, glass, plastic or the like can be used. In FIG. 1B, the partition wall 161 is square when viewed from above, but is not limited thereto, and may be, for example, circular.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサ100は、第1のドレイン電極113a及び第1のソース電極115aと絶縁された参照電極117を被測定物191に接触させることで被測定物191から出力される電気信号の測定を行ってもよい。参照電極117は、被測定物191に挿入してもよいし、パターンとして形成してもよい。   The biosensor 100 according to the embodiment of the present invention is output from the device under test 191 by bringing the reference electrode 117 insulated from the first drain electrode 113a and the first source electrode 115a into contact with the device under test 191. An electrical signal may be measured. The reference electrode 117 may be inserted into the object to be measured 191 or may be formed as a pattern.

次に、FET101bの構成について説明する。第2のソース電極115b及び第2のドレイン電極113bは、基材101上に配置される。第2の半導体膜131bは、基材101上に配置されている。また、第2の半導体膜131bは、第2のソース電極115bと第2のドレイン電極113bとの間に、配置されている。そして、第2の半導体膜131bは、第2のソース電極115bと第1のドレイン電極113bとにオーミック接触している。第1の絶縁膜141は、第2のソース電極115b、第2のドレイン電極113bおよび第2の半導体膜131bの上にも積層して配置される。第1の絶縁膜141上に、第2のゲート電極111bが配置される。   Next, the configuration of the FET 101b will be described. The second source electrode 115 b and the second drain electrode 113 b are disposed on the base material 101. The second semiconductor film 131 b is disposed on the base material 101. In addition, the second semiconductor film 131b is disposed between the second source electrode 115b and the second drain electrode 113b. The second semiconductor film 131b is in ohmic contact with the second source electrode 115b and the first drain electrode 113b. The first insulating film 141 is also stacked over the second source electrode 115b, the second drain electrode 113b, and the second semiconductor film 131b. A second gate electrode 111b is disposed on the first insulating film 141.

FET100bを構成する第2のソース電極115b、第2のドレイン電極113b、第2の半導体膜131b、第2のゲート電極111bに用いられる材料については、それぞれ第1のソース電極115a、第1のドレイン電極113a、第1の半導体膜131a、第1のゲート電極111aと同様であるから、説明を省略する。   Regarding the materials used for the second source electrode 115b, the second drain electrode 113b, the second semiconductor film 131b, and the second gate electrode 111b constituting the FET 100b, the first source electrode 115a and the first drain electrode are used. The description is omitted because it is similar to the electrode 113a, the first semiconductor film 131a, and the first gate electrode 111a.

なお、FETセンサ100a及びFET100bの第1、第2のドレイン電極113a、b及び第1・第2のソース電極115a、bの配置は一例であって、図1においては、第1のソース電極115aと第2のドレイン電極113bが一体形成されているが、これに限られず、例えばFETセンサ100a及びFET100bの第1のソース電極115aと第2のソース電極115bとが隣接するように配置してもよいし、一体に形成せず分離して配置してもよい。   The arrangement of the first and second drain electrodes 113a, b and the first and second source electrodes 115a, b of the FET sensor 100a and FET 100b is an example, and in FIG. 1, the first source electrode 115a is shown. And the second drain electrode 113b are integrally formed. However, the present invention is not limited to this, and for example, the first source electrode 115a and the second source electrode 115b of the FET sensor 100a and the FET 100b may be disposed adjacent to each other. Alternatively, they may be arranged separately without being integrally formed.

図2(a)は本発明の他の実施形態に係るバイオセンサ200の配線パターンを示す図であり、図2(b)は図2(a)のA−A’に沿った断面図、図2(c)は図2(a)のB−B’に沿った断面図である。第1のゲート電極111aをフローティング電極として利用することで、第1のゲート電極111aを延伸し、第2の絶縁膜151を第1の半導体膜131aの真上ではない箇所へと被測定物191を自由に配設することができる。また、本発明の他の実施形態に係るバイオセンサ200においては、第1の半導体膜131aや第1のゲート電極111aを透明にすることにより、被測定物を顕微鏡等で観察することが可能となる。   2A is a diagram showing a wiring pattern of a biosensor 200 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 2 (c) is a cross-sectional view taken along the line BB 'in FIG. 2 (a). By using the first gate electrode 111a as a floating electrode, the first gate electrode 111a is extended, and the second insulating film 151 is moved to a place not directly above the first semiconductor film 131a. Can be freely arranged. Moreover, in the biosensor 200 according to another embodiment of the present invention, the first semiconductor film 131a and the first gate electrode 111a can be made transparent so that the object to be measured can be observed with a microscope or the like. Become.

バイオセンサ200のFETセンサ200a及びFET200bに用いられる材料の特徴は、上述したバイオセンサ100と同様であるため、記載を省略する。   Since the characteristics of the material used for the FET sensor 200a and the FET 200b of the biosensor 200 are the same as those of the biosensor 100 described above, description thereof is omitted.

ここで、図3を参照して、本発明の実施形態に係るバイオセンサの回路構成について説明する。図3(a)は本発明の一実施形態に係るバイオセンサ100及び200の回路図であり、(b)は配線パターンを示す図である。
本発明の一実施形態に係るバイオセンサ100及びバイオセンサ200においては、図3に示されているように、トランジスタ選別用電極180を有する。FETセンサ100aの第1のゲート電極111aが、トランジスタ選別用電極180として用いられ、参照電極117と選択的にFETセンサ100a、200aに接続される。この構成により、被測定物191の特性測定を行う前に、トランジスタ選別用電極180を用いて、差動対を構成するFETセンサ100a、200a及びFET100b、200bとして用いるトランジスタの特性を測定し、バイオセンサによるセンシングの事前にトランジスタの選別を行うことができる。これにより、バラつきのないトランジスタにより差動対が構成されたバイオセンサを用いて、高精度の測定を行うことができる。
Here, a circuit configuration of the biosensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a circuit diagram of biosensors 100 and 200 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing a wiring pattern.
The biosensor 100 and the biosensor 200 according to an embodiment of the present invention include a transistor selection electrode 180 as shown in FIG. The first gate electrode 111a of the FET sensor 100a is used as the transistor selection electrode 180, and is selectively connected to the reference electrode 117 to the FET sensors 100a and 200a. With this configuration, before measuring the characteristics of the object 191 to be measured, the transistor selection electrodes 180 are used to measure the characteristics of the transistors used as the FET sensors 100a and 200a and the FETs 100b and 200b that constitute the differential pair. Transistors can be selected in advance of sensing by a sensor. Thereby, it is possible to perform highly accurate measurement using a biosensor in which a differential pair is configured by transistors without variation.

また、トランジスタの選別に用いたゲート電極111aは、前述のとおり、バイオセンサによりセンシングを行う際には、フローティング電極として用いてもよい。   In addition, as described above, the gate electrode 111a used for transistor selection may be used as a floating electrode when sensing with a biosensor.

図4の回路図に示すように、本発明の一実施形態に係るバイオセンサにカレントミラー回路410を加えるとともに、増幅回路400を設け、差動増幅器型のバイオセンサとしてもよい。これにより、FETセンサ100a、200aにおける変化を電圧信号として出力することができるとともに、出力された電圧信号を増幅し、微小な電圧変化を測定することが可能となり、被測定物191における微小な変化が測定可能となる。   As shown in the circuit diagram of FIG. 4, a current mirror circuit 410 may be added to the biosensor according to an embodiment of the present invention, and an amplifier circuit 400 may be provided to provide a differential amplifier type biosensor. As a result, changes in the FET sensors 100a and 200a can be output as voltage signals, and the output voltage signals can be amplified to measure minute voltage changes, so that minute changes in the device under test 191 can be measured. Can be measured.

ここで、図5を参照して、図4の差動増幅器型のバイオセンサにおけるトランジスタ選別動作の一例を説明する。   Here, an example of the transistor selection operation in the differential amplifier type biosensor of FIG. 4 will be described with reference to FIG.

図4の差動増幅器型のバイオセンサにおいて、トランジスタ選別用電極180より、入力信号を送ると、Qより出力される。トランジスタ選別用電極180へと0からVddの電圧を順次印加した場合、差動対を構成するトランジスタ素子がオフセットを生じないしきい値電圧特性にバラつき(しきい値電圧特性の差)がないトランジスタ素子の場合には、曲線mに示すように、Vdd/2を中心に、出力電流が急激に変化する。一方、しきい値電圧特性にバラつきのあるトランジスタ素子の場合、オフセットが生じ、曲線nに示すように、出力電流が急激に変化する点がVdd/2とは異なる点となる。従って、出力電流が変化するのが、Vdd/2の電圧を印加した時点であるか否かにより、トランジスタ素子のしきい値電圧特性にバラつきがないかを判別することができ、トランジスタ素子の選別が可能となる。   In the differential amplifier biosensor of FIG. 4, when an input signal is sent from the transistor selection electrode 180, it is output from Q. Transistor elements that do not vary in threshold voltage characteristics (difference in threshold voltage characteristics) in which the transistor elements constituting the differential pair do not cause an offset when a voltage of 0 to Vdd is sequentially applied to the transistor selection electrode 180 In this case, as shown by the curve m, the output current changes abruptly around Vdd / 2. On the other hand, in the case of a transistor element having a variation in threshold voltage characteristics, an offset occurs, and as shown by the curve n, the point where the output current changes abruptly is different from Vdd / 2. Therefore, it is possible to determine whether or not the threshold voltage characteristics of the transistor elements are varied depending on whether or not the output current changes when the voltage of Vdd / 2 is applied. Is possible.

さらに、図6の回路図に示すように、本発明の一実施形態に係るバイオセンサについて、図4に示された増幅器400に加えて増幅段500a、500bを設けてもよい。
これにより、FETセンサ100a、200aにより出力された電圧信号をさらに増幅することが可能となり、より信号の変化が確認しやすくなる。
Furthermore, as shown in the circuit diagram of FIG. 6, the biosensor according to the embodiment of the present invention may be provided with amplification stages 500a and 500b in addition to the amplifier 400 shown in FIG.
Thereby, it becomes possible to further amplify the voltage signal output by the FET sensors 100a and 200a, and it becomes easier to confirm the change of the signal.

本発明の一実施形態に係るバイオセンサは、第2の絶縁膜106の上部に親和層171(図示せず)を備えてもよい。   The biosensor according to the embodiment of the present invention may include an affinity layer 171 (not shown) on the second insulating film 106.

親和層171は、第2の絶縁膜151に被測定物191に対する親和性を付与するものであって、第2の絶縁膜151における検出効率を向上させるものである。被測定物191に対する親和性を付与するために、親和層171は、例えば、親水性を有する。親和層171は、親水性高分子で形成することができ、イオン感応層151に親水性の官能基を化学修飾することで形成することもできる。また、親和層171は、被検出物に対する結合特性を有する透明な材料を用いて形成してもよい。親和層171の材料は、被検出物との結合特性を考慮して適宜設定可能である。逆に、親和層171を形成せずに、第2の絶縁膜151以外の第1の絶縁膜141に疎水性の材料を用い、第2の絶縁膜151には疎水性の材料を用いず、第1の絶縁膜141の上部表面に疎水性膜を形成したりしてもよい。例えば、第1の絶縁膜141をシリコーンでコーティングしてもよい。また、第1の絶縁膜141に被検出物に対する結合阻害特性、例えば、細胞接着阻害特性を有する材料を用いて形成してもよい。   The affinity layer 171 provides the second insulating film 151 with affinity for the measurement object 191 and improves the detection efficiency of the second insulating film 151. In order to provide affinity for the measurement object 191, the affinity layer 171 has hydrophilicity, for example. The affinity layer 171 can be formed of a hydrophilic polymer, and can also be formed by chemically modifying the ion sensitive layer 151 with a hydrophilic functional group. Further, the affinity layer 171 may be formed using a transparent material having a binding property to an object to be detected. The material of the affinity layer 171 can be appropriately set in consideration of the binding characteristics with the object to be detected. Conversely, without forming the affinity layer 171, a hydrophobic material is used for the first insulating film 141 other than the second insulating film 151, and a hydrophobic material is not used for the second insulating film 151, A hydrophobic film may be formed on the upper surface of the first insulating film 141. For example, the first insulating film 141 may be coated with silicone. Alternatively, the first insulating film 141 may be formed using a material having binding inhibition characteristics with respect to an object to be detected, for example, cell adhesion inhibition characteristics.

親和層171の材料は、例えば、水溶性高分子、水溶性オリゴマー、水溶性有機化合物、界面活性物質、両親媒性物質等を用いることができる。水溶性高分子材料としては、ポリアルキレングリコール及びその誘導体、ポリアクリル酸及びその誘導体、ポリメタクリル酸及びその誘導体、ポリアクリルアミド及びその誘導体、ポリビニルアルコール及びその誘導体、双性イオン型高分子、多糖類、等を挙げることができる。分子形状は、直鎖状、分岐を有するもの、デンドリマー等を挙げることができる。具体的には、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体、例えば、Plutonic F108、Plutonic F127、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリ(メタクリロイルオキシエチルフォスフォリルコリン)、メタクリロイルオキシエチルフォスフォリルコリンとアクリルモノマーの共重合体、デキストラン、及びヘパリンが挙げられるがこれらには限定されない。水溶性オリゴマー材料や水溶性低分子化合物としては、アルキレングリコールオリゴマー及びその誘導体、アクリル酸オリゴマー及びその誘導体、メタクリル酸オリゴマー及びその誘導体、アクリルアミドオリゴマー及びその誘導体、酢酸ビニルオリゴマーの鹸化物及びその誘導体、双性イオンモノマーからなるオリゴマー及びその誘導体、アクリル酸及びその誘導体、メタクリル酸及びその誘導体、アクリルアミド及びその誘導体、双性イオン化合物、水溶性シランカップリング剤、水溶性チオール化合物等を挙げることができる。具体的には、エチレングリコールオリゴマー、(N−イソプロピルアクリルアミド)オリゴマー、メタクリロイルオキシエチルフォスフォリルコリンオリゴマー、低分子量デキストラン、低分子量ヘパリン、オリゴエチレングリコールチオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、2−〔メトキシ(ポリエチレンオキシ)−プロピルトリメトキシシラン、及びトリエチレングリコール−ターミネーティッド−チオールが挙げられるがこれらには限定されない。   As the material of the affinity layer 171, for example, a water-soluble polymer, a water-soluble oligomer, a water-soluble organic compound, a surfactant, an amphiphilic substance, or the like can be used. Water-soluble polymer materials include polyalkylene glycol and derivatives thereof, polyacrylic acid and derivatives thereof, polymethacrylic acid and derivatives thereof, polyacrylamide and derivatives thereof, polyvinyl alcohol and derivatives thereof, zwitterionic polymers, polysaccharides , Etc. Examples of the molecular shape include a straight chain, a branched one, and a dendrimer. Specifically, polyethylene glycol, a copolymer of polyethylene glycol and polypropylene glycol, such as Plonic F108, Plonic F127, poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-vinyl-2-pyrrolidone), poly (2-hydroxy). Ethyl methacrylate), poly (methacryloyloxyethylphosphorylcholine), copolymers of methacryloyloxyethylphosphorylcholine and acrylic monomers, dextran, and heparin, but are not limited thereto. Examples of water-soluble oligomer materials and water-soluble low-molecular compounds include alkylene glycol oligomers and derivatives thereof, acrylic acid oligomers and derivatives thereof, methacrylic acid oligomers and derivatives thereof, acrylamide oligomers and derivatives thereof, saponified vinyl acetate oligomers and derivatives thereof, Examples include oligomers composed of zwitterionic monomers and derivatives thereof, acrylic acid and derivatives thereof, methacrylic acid and derivatives thereof, acrylamide and derivatives thereof, zwitterionic compounds, water-soluble silane coupling agents, and water-soluble thiol compounds. . Specifically, ethylene glycol oligomer, (N-isopropylacrylamide) oligomer, methacryloyloxyethylphosphorylcholine oligomer, low molecular weight dextran, low molecular weight heparin, oligoethylene glycol thiol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol , 2- [methoxy (polyethyleneoxy) -propyltrimethoxysilane, and triethyleneglycol-terminated-thiol, but are not limited thereto.

親和層171の平均厚さは、0.8nm以上500μm以下が好ましく、0.8nm以上100μm以下がより好ましく、1nm以上10μm以下がより好ましく、1.5nm以上1μm以下が最も好ましい。平均厚さが0.8nm以上であれば、タンパク質の吸着や細胞の接着において、親和層171で覆われていない領域の影響を受けにくいため好ましい。また、平均厚さが500μm以下であればコーティングが比較的容易である。親和層171の形状や面積は、配置する被測定物191の面積、性質を考慮して適宜設定可能である。例えば、被測定物が細胞である場合、親和層171の凹部の大きさを細胞1つが配置可能な大きさとすることで、1つの細胞だけからの測定が可能である。   The average thickness of the affinity layer 171 is preferably 0.8 nm to 500 μm, more preferably 0.8 nm to 100 μm, more preferably 1 nm to 10 μm, and most preferably 1.5 nm to 1 μm. An average thickness of 0.8 nm or more is preferable because it is difficult to be affected by a region not covered with the affinity layer 171 in protein adsorption or cell adhesion. Moreover, if the average thickness is 500 μm or less, coating is relatively easy. The shape and area of the affinity layer 171 can be appropriately set in consideration of the area and properties of the object to be measured 191 to be arranged. For example, when the object to be measured is a cell, it is possible to measure from only one cell by setting the size of the recess of the affinity layer 171 to a size that allows one cell to be arranged.

なお、図示しないが、本実施形態に係る親和層171は、バイオセンサ200にも適用可能である。すなわち、第2の絶縁膜151の上部表面に親和層171を形成してもよい。   Although not shown, the affinity layer 171 according to the present embodiment is also applicable to the biosensor 200. That is, the affinity layer 171 may be formed on the upper surface of the second insulating film 151.

本実施形態に係るバイオセンサでは、親和層により被検出物に対する親和性を第2の絶縁膜に付与することで、被測定物をイオン感応層の上部に選択的に設置することが可能で、高精度の測定が可能となる。   In the biosensor according to the present embodiment, it is possible to selectively install the object to be measured on the ion sensitive layer by providing the second insulating film with affinity for the object to be detected by the affinity layer. High-precision measurement is possible.

図7を参照して、本発明の一実施形態に係るバイオセンサを用いた測定装置の一例を示す。   With reference to FIG. 7, an example of the measuring apparatus using the biosensor which concerns on one Embodiment of this invention is shown.

図7に示されるように、バイオセンサ100やバイオセンサ200を例として説明したバイオセンサを、外部の測定装置と接続することにより、トランジスタ選別用装置及び被測定物の特性測定用装置として用いることができる。   As shown in FIG. 7, the biosensor described using the biosensor 100 or the biosensor 200 as an example is used as an apparatus for transistor selection and an apparatus for measuring characteristics of an object to be measured by connecting to an external measurement apparatus. Can do.

すなわち、図7に示されるように、FETセンサやFETとして用いられるトランジスタの選別時には、カレントミラー構成としたバイオセンサと、測定装置1000とを接続する。測定装置1000は、トランジスタ素子選別時には、トランジスタの特性を測定する測定装置として用いることができる。また、バイオセンサによる被測定物の特性測定時には、被測定物の特性測定用装置として用いることができる。バイオセンサの外部の測定装置に、特性測定のための回路の大半をもたせることにより、バイオセンサ自体の回路が簡略化され、バイオセンサの量産が容易になるとともに、バイオセンサの製造についてのコストが低減される。   That is, as shown in FIG. 7, when a transistor used as an FET sensor or FET is selected, a biosensor having a current mirror configuration is connected to the measurement apparatus 1000. The measuring apparatus 1000 can be used as a measuring apparatus for measuring transistor characteristics when selecting transistor elements. Further, when measuring the characteristics of an object to be measured by a biosensor, it can be used as an apparatus for measuring characteristics of the object to be measured. By providing the measuring device outside the biosensor with most of the circuit for characteristic measurement, the circuit of the biosensor itself is simplified, the mass production of the biosensor is facilitated, and the cost for manufacturing the biosensor is reduced. Reduced.

以上説明したように、本発明に係るバイオセンサは、差動対において特性のバラつきのないトランジスタを選別し、特性のバラつきのないトランジスタを差動増幅器タイプのバイオセンサとして使用して測定精度を高めることが出来る。 As described above, the biosensor according to the present invention selects transistors having no characteristic variation in the differential pair, and uses the transistors having no characteristic variation as a differential amplifier type biosensor to increase measurement accuracy. I can do it.

100 バイオセンサ
100a FETセンサ
100b FET
101 基材
111a 第1のゲート電極
111b 第2のゲート電極
113a 第1のドレイン電極
113b 第2のドレイン電極
115a 第1のソース電極
115b 第2のソース電極
117 参照電極
131a 第1の半導体膜
131b 第2の半導体膜
141 第1の絶縁膜
151 第2の絶縁膜
161 隔壁
180 トランジスタ選別用電極
191 被測定物
200 バイオセンサ
200a FETセンサ
200b FET
100 biosensor 100a FET sensor 100b FET
101 base material 111a first gate electrode 111b second gate electrode 113a first drain electrode 113b second drain electrode 115a first source electrode 115b second source electrode 117 reference electrode 131a first semiconductor film 131b first Two semiconductor films 141 First insulating film 151 Second insulating film 161 Bulkhead 180 Transistor selection electrode 191 Device 200 Biosensor 200a FET sensor 200b FET

Claims (10)

基材上のFETセンサ及びFETから成る差動対により構成されたバイオセンサであって、
前記FETセンサは、
前記基材上に配置された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、
前記第1のソース電極および前記第1のドレイン電極にオーミック接触して前記基材上に配置された第1の半導体膜と、
前記第1の半導体膜上に配置された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に配置された第1のゲート電極と、
前記第1の半導体膜と前記第1のゲート電極との重畳部分に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、
を備え、
前記FETは、
前記基材上に配置された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、
前記第2のソース電極および前記第2のドレイン電極にオーミック接触して前記基材上に配置された第2の半導体膜と、
前記第2の半導体膜上に配置された第2のゲート電極と、
を備え、
前記第1のゲート電極は、前記FETセンサのしきい値電圧特性と前記FETのしきい値電圧特性との差の測定時に電圧が印加される
ことを特徴とするバイオセンサ。
A biosensor constituted by a differential pair consisting of an FET sensor and an FET on a substrate,
The FET sensor is
A first source electrode and a first drain electrode disposed on the substrate;
A first semiconductor film disposed on the substrate in ohmic contact with the first source electrode and the first drain electrode;
A first insulating film disposed on the first semiconductor film;
A first gate electrode disposed on the first insulating film;
A second insulating film disposed in an overlapping portion of the first semiconductor film and the first gate electrode, and a device under test being disposed;
With
The FET is
A second source electrode and a second drain electrode disposed on the substrate;
A second semiconductor film disposed on the substrate in ohmic contact with the second source electrode and the second drain electrode;
A second gate electrode disposed on the second semiconductor film;
With
The biosensor according to claim 1, wherein a voltage is applied to the first gate electrode when measuring a difference between a threshold voltage characteristic of the FET sensor and a threshold voltage characteristic of the FET.
基材上のFETセンサ及びFETから成る差動対により構成されたバイオセンサであって、
前記FETセンサは、
前記基材上の第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極上に第1の絶縁膜を介して配置される第1の半導体膜と、
前記第1の半導体膜にオーミック接触して配置された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、
前記第1のゲート電極と前記第1の半導体膜の重畳部分に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、
を備え、
前記FETは、
前記基材上の第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極上に配置される第2の半導体膜と、
前記第2の半導体膜にオーミック接触して配置された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、
を備え、
前記第1のゲート電極は、前記FETセンサのしきい値電圧特性と前記FETのしきい値電圧特性との差の測定時に電圧が印加され、被測定物の測定時にフローティング状態である
ことを特徴とするバイオセンサ。
A biosensor constituted by a differential pair consisting of an FET sensor and an FET on a substrate,
The FET sensor is
A first gate electrode on the substrate;
A first semiconductor film disposed on the first gate electrode via a first insulating film;
A first source electrode and a first drain electrode disposed in ohmic contact with the first semiconductor film;
A second insulating film that is disposed in an overlapping portion of the first gate electrode and the first semiconductor film and in which a device under test is disposed;
With
The FET is
A second gate electrode on the substrate;
A second semiconductor film disposed on the second gate electrode;
A second source electrode and a second drain electrode disposed in ohmic contact with the second semiconductor film;
With
A voltage is applied to the first gate electrode when measuring a difference between a threshold voltage characteristic of the FET sensor and a threshold voltage characteristic of the FET, and the first gate electrode is in a floating state when measuring an object to be measured. A biosensor.
前記FETセンサは、前記第1のソース電極及び前記第1のドレイン電極と絶縁され、かつ、前記被測定物に可変電圧を印加する参照電極を備えることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のバイオセンサ。 3. The FET sensor according to claim 1, further comprising a reference electrode that is insulated from the first source electrode and the first drain electrode and applies a variable voltage to the object to be measured. The biosensor according to crab. 前記FETセンサにより測定される電圧の変化を増幅するカレントミラー回路及び差動増幅回路を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のバイオセンサ。 The biosensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a current mirror circuit and a differential amplifier circuit for amplifying a change in voltage measured by the FET sensor. 前記FETセンサにより測定される電圧の変化を増幅する増幅段を備えることを特徴とする請求項4に記載のバイオセンサ。 The biosensor according to claim 4, further comprising an amplification stage that amplifies a change in voltage measured by the FET sensor. 前記第1の半導体膜、前記第2の半導体膜、前記第1のソース電極、前記第1のドレイン電極及び前記第1のゲート電極のうち1つ以上が透明であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のバイオセンサ。 The one or more of the first semiconductor film, the second semiconductor film, the first source electrode, the first drain electrode, and the first gate electrode are transparent. The biosensor according to any one of 1 to 5. 前記第2の絶縁膜上に親水性を有する親水性領域を設けたことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1, wherein a hydrophilic region having hydrophilicity is provided on the second insulating film. 前記第2の絶縁膜における前記被測定物が配置される周囲に配置された隔壁を備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のバイオセンサ。 The biosensor according to any one of claims 1 to 7, further comprising a partition wall arranged around the measurement object in the second insulating film. 前記第2の絶縁膜は、イオン感応膜であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1, wherein the second insulating film is an ion-sensitive film. 請求項1から9のいずれかに記載のバイオセンサと、
前記請求項1から9のいずれかに記載のバイオセンサと電気的に接続される前記FETセンサ及び前記FETの特性測定用の測定装置と、
前記請求項1から9のいずれかに記載のバイオセンサと電気的に接続される被測定物測定用の測定装置と
を備えることを特徴とするバイオセンサ装置。
The biosensor according to any one of claims 1 to 9,
The FET sensor electrically connected to the biosensor according to any one of claims 1 to 9 and a measurement device for measuring the characteristics of the FET,
A biosensor device comprising: a measuring device for measuring an object electrically connected to the biosensor according to any one of claims 1 to 9.
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