JP2012078180A

JP2012078180A - バイオセンサ

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Publication number: JP2012078180A
Application number: JP2010222959A
Authority: JP
Inventors: Takuya Higuchi; 樋口　　拓也; Katsuyuki Motai; 克行甕
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP5533523B2

Abstract

【課題】センシング部を、測定用の電界効果トランジスタから離れた位置に形成するバイオセンサを提供する。
【解決手段】複数のスキャンラインと複数のデータラインとを有し、センサ電極および前記センサ電極の上に配置された感応膜と、前記複数のスキャンラインのいずれかのスキャンラインと接続され前記いずれかのスキャンラインにより選択された場合に前記センサ電極と前記複数のデータラインのいずれかのデータラインとを電気的に接続する第１のトランジスタと、を含むセンシング部を複数有し、前記いずれかのスキャンラインによる選択により、前記いずれかのデータラインと電気的に接続された前記センシング部の前記センサ電極に前記いずれかのデータラインを介して電気的に接続されかつ絶縁膜を介して半導体膜に接しているゲート電極を有する第２のトランジスタを有するバイオセンサを提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、バイオセンサに関する。特に電界効果トランジスタ型バイオセンサに関する。

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ために、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（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＦＥＴという）型の測定用のトランジスタを用いたバイオセンサが知られ、特にＩＳＦＥＴ（Ｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅＦＥＴ）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（たとえば、特許文献１参照。）。

また、被測定物のセンシング結果を２次元画像として可視化するために、センシング部がアレイ状に配置されたバイオセンサも開発されている（たとえば、特許文献２参照。）。

国際公開ＷＯ０５／０９０９６１号特開２０１０−１２２０９０号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている技術では、センシング部の構造として、ゲート絶縁膜の上に感応膜があり、その上にバイオセンシング部が存在しているため、バイオセンシング部を、測定用のトランジスタ上にしか作れないという問題がある。

本発明の一実施形態として、複数のスキャンラインと複数のデータラインとを有し、センサ電極および前記センサ電極の上に配置された感応膜と、前記複数のスキャンラインのいずれかのスキャンラインと接続され前記いずれかのスキャンラインにより選択された場合に前記センサ電極と前記複数のデータラインのいずれかのデータラインとを電気的に接続する第１のトランジスタと、を含むセンシング部を複数有し、前記いずれかのスキャンラインによる選択により、前記いずれかのデータラインと電気的に接続された前記センシング部の前記センサ電極に前記いずれかのデータラインを介して電気的に接続されかつ絶縁膜を介して半導体膜に接しているゲート電極を有する第２のトランジスタを有するバイオセンサを提供する。

本発明によれば、センシング部を、測定用の電界効果トランジスタから離れた位置に形成することができる。これにより、複数のセンシング部を、センシング部の数よりも少ない個数の測定用のセンサトランジスタにより測定することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るバイオセンサの測定原理を説明するための図図１における断面線Ｉ−Ｉに沿ったバイオセンサのセンシング部と第１のトランジスタとの断面図図１における断面線ＩＩ−ＩＩに沿ったバイオセンサの第２のトランジスタの断面図第１のトランジスタおよびセンシング部の組を複数配置した本発明の一実施形態に係るバイオセンサの上面図データラインに沿って配置されたセンシング部について、参照電極に共通電位を与えるバイオセンサの上面図図５における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったバイオセンサのセンシング部と第１のトランジスタとの断面図本発明の一実施形態に係るバイオセンサに駆動回路を付加した回路図の一例図。負荷トランジスタと第２のトランジスタとの組の上面図と断面図

以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は、本明細書の記載に限定されることなく、種々の変形を加えて実施することが可能である。また、同じまたは同様の機能を有する部材などには、同じ符号を付し、説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態におけるバイオセンサの測定原理を説明するための図である。図１において、バイオセンサは、スキャンライン１０１と、データライン１０２と、第１のトランジスタ１０３と、センシング部と、第２のトランジスタ１２０とを有する。

図１において、スキャンライン１０１は、データライン１０２と略直交している。また、スキャンライン１０１の一部は、第１のトランジスタ１０３のゲート電極を構成する。言い換えると、第１のトランジスタ１０３のゲート電極は、スキャンライン１０１と電気的に接続されているということもできる。

データライン１０２の一部は、第１のトランジスタ１０３のソース電極とドレイン電極との一方を構成している。これは、第１のトランジスタ１０３のソース電極とドレイン電極との一方とデータライン１０２が電気的に接続されていると言い換えることもできる。また、データライン１０２の一部は、第２のトランジスタ１２０のゲート電極を構成する。これは、第２のトランジスタ１２０のゲート電極がデータライン１０２と電気的に接続されていると言い換えることもできる。

第１のトランジスタ１０３は、ソース電極またはレイン電極の一方がデータライン１０２の一部により構成されているとすると、ソース電極またはドレイン電極の他方が電極１０５により構成される。また、第１のトランジスタ１０３のソース電極およびドレイン電極の間には、半導体領域１０４とゲート電極となるスキャンライン１０１の一部とが配置されている。言い換えると、第１のトランジスタ１０３のゲート電極は、スキャンライン１０１と電気的に接続されているということもできる。

センシング部は、電極１０５と、電極１０５に電気的に接続されるセンサ電極１０６と、センサ電極１０６の上に形成されているイオン感応膜１０８とにより構成される。図１に示されるように、電極１０５とセンサ電極１０６とは、コンタクト１０７により接続されていてもよいし、電極１０５とセンサ電極１０６とが一体に形成されていてもよい。

第２のトランジスタ１２０は、ソース電極およびドレイン電極１１１、１１２との間に、半導体膜１１３とゲート電極となるデータライン１０２の一部とにより構成される。この構成により、データライン１０２の電位が変化することにより、半導体膜１１３のチャネルが変化する。これにより、ソース電極およびドレイン電極１１１、１１２間に所定の電圧を印加した場合の電流が変化することになる。

図１に示されるバイオセンサを用いて測定を行なう手順は次の通りとなる。まず、センシング部のイオン感応膜１０８の上に、被測定物を配置する。被測定物は、たとえば、細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質などの生体関連物質である。すると、イオン感応膜１０８を介して発生する被測定物の電位が、センサ電極１０６に伝達される。そこで、スキャンライン１０１の電圧を第１のトランジスタ１０３の閾値以上の電圧に設定し、第１のトランジスタ１０３をオン状態にして、第１のトランジスタ１０３を選択する。これにより、イオン感応膜１０８を介して発生する被測定物の電位がデータライン１０２に印加される。そこで、第２のトランジスタ１２０のソース電極およびドレイン電極１１１、１１２の間に、電源１２２により電圧を印加し、ソース電極およびドレイン電極１１１、１１２の間に流れる電流を電流計１２３により測定する。これにより、イオン感応膜１０８を介して発生する被測定物の状態が電流計１２３により測定されることになる。

なお、バイオセンサを用いて測定を行なう際には、参照電極１０９を被測定物に接触ないし挿入させ、ソース電極またはドレイン電極１１１、１１２の一方と参照電極１０９の間に、電源１２１により、定められた電位差を与えてもよい。

図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれは、図１における断面線Ｉ−Ｉに沿った断面を示す。図２（ａ）および図（ｂ）において、基材１００の上に、スキャンライン１０１の一部が配置され、第１のトランジスタ１０３のゲート電極が形成される。なお、基材１００は、絶縁性の材料で形成される。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。また、基材１００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。

基材１００がフレキシブルな材料である場合には、基材１００を曲げることが可能となり、測定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。

ゲート電極を形成するスキャンライン１０１の材料は、任意の導電性の材料を用いることができる。例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ２（酸化錫）などの導電性材料を用いることができる。また、ゲート電極を形成するスキャンライン１０１の材料は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）等の金属も用いることができる。また、ゲート電極を形成するスキャンライン１０１は、これらの材料の積層として形成されていてもよい。

ゲート電極の上には、ゲート絶縁膜１３１が配置される。たとえば、酸化珪素などが配置される。

ゲート絶縁膜１３１のゲート電極の上部には、半導体領域１０４が配置される。半導体領域１０４の材料としては、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、ここに、Ｍは、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ、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場合もある。ＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物は、室温から１５０°Ｃ程度の低温で製膜が可能であることから、基材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。

また、半導体領域１０４の別の材料としては、ＺｎＯを主成分とする酸化物半導体を用いることができる。ＺｎＯを主成分とする酸化物半導体には、真性の酸化物亜鉛のほかに、必要に応じてＬｉ、Ｎａ、Ｎ、Ｃなどのｐ型不純物およびＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどのｎ型不純物がドーピングされた酸化亜鉛であってもよい。また、Ｍｇ、ＢｅなどがドーピングされたＺｎＯが添加されていてもよい。さらに半導体領域１０４は、Ｓｎを添加したＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）またはＭｇＯ（酸化マグネシウム）などの酸化物半導体を材料として構成されていてもよい。

半導体領域１０４の両側には、データライン１０２と電極１０５とが配置される。データライン１０２及び電極１０５は、半導体領域１０４とオーミック接触している。これにより、ゲート電極を構成するスキャンライン１０１の電位により、半導体領域１０４に形成されるチャネルの形成が制御され、データライン１０２と電極１０５との間の電気的接続が制御される。

図２（ａ）において、第１のトランジスタ１０３の上には、パッシベーション膜１３２が形成され、パッシベーション膜１３２の上に、センサ電極１０６が配置され、コンタクト１０７により、電極１０５と電気的に接続される。

センサ電極１０６の上には、感応膜１０８が配置される。感応膜１０８は、被測定物に含まれるサンプル、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質などの生体関連物質を配置可能な材料により構成されている。感応膜１０８として、イオン感応膜を用いることができる。例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ４、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などにより構成される膜である。イオン感応膜の材料は、測定に関するイオン種に応じて適宜選択することができる。また、必要に応じて、イオン感応膜にＤＮＡタンパク質、糖鎖を固定するために表面が修飾されていてもよい。

図２（ｂ）は、コンタクト１０７を用いずに、電極１０５とセンサ電極１０６とを一体に形成する形態を示す。図２（ｂ）に示すように、電極１０５が、半導体領域１０４に対してデータライン１０２とは反対側へ延び、基材１００の上に形成されるゲート絶縁膜１３１の上に形成される。パッシベーション膜１３２は、電極１０５が延びている位置において、凹部を形成し、その凹部の内側に、感応膜１０８が形成されている。

なお、図２（ａ）、図２（ｂ）において、基材１００、ゲート絶縁膜１３１、電極１０６、感応膜１０８として透明な材料を選択することができる。ここで、透明とは感応膜１０８上に配置された生体関連物質などの被測定物を、顕微鏡などの光学的な観察機器を用いて基材１００の側から観察可能とすることができる程度に透明であればよい。また、透明には、半透明は含まれないこととしてもよい。これにより、被測定物を基材１００側から観察することが可能となる。

また、第１のトランジスタ１０３も透明な材料を用いて構成することができる。これにより、被測定物を基材１００側から観察する場合に良好な視野を提供することができる。

また、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）において、第１のトランジスタ１０３は１個だけ配置されているが、任意の個数を配置することができる。たとえば、２個の第１のトランジスタそれぞれのゲート電極をスキャンライン１０１により形成し、２個の第１のトランジスタのドレイン電極とソース電極とを接続し、２個の第１のトランジスタの半導体領域１０４に形成されるチャネルが直列に接続されるようにすることができる。このように複数の第１のトランジスタ１０３を配置することにより、第１のトランジスタ１０３がオフ状態となったときに、感応膜１０８の下に配置される電極１０５とデータライン１０２との電気的な分離を充分なものにすることができる。

上述のように、第１のトランジスタ１０３が任意個配置される場合を統一した概念で説明するために、データライン１０２とセンサ電極とは、第１のトランジスタを有する選択素子により接続されると記載する場合がある。

図３（ａ）、図３（ｂ）のそれぞれは、第２のトランジスタ１２０の断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面を示す。図３（ａ）において、基材１００の上にデータライン１０２が配置され、第２のトランジスタ１２０のゲート電極が形成される。ゲート電極の上には、ゲート絶縁膜が配置され、その上に半導体膜１１３が配置される。半導体領域１０４の両側には、第２のトランジスタ１２０のソース電極及びドレイン電極１１１、１１２とが配置される。第２のトランジスタのソース電極およびドレイン電極１１１、１１２は、半導体膜１１３とオーミック接触している。これにより、データライン１０２により形成されるゲート電極の電位により、半導体膜１１３のチャネル形成が制御され、ソース電極及びドレイン電極１１１、１１２の間の電流の流れを制御することができる。

図３（ｂ）においては、基材１００の上に、半導体膜１１３が配置されている。半導体膜１１３の材料は、上述した半導体領域１０４と同様の材料を用いることができる。ただし、半導体膜１１３の材料と半導体領域１０４の材料とが同一である必要はない。第１のトランジスタ１０３の好ましい特性と第２のトランジスタ１２０の好ましい特性とに応じて、適宜材料を選択することができる。

半導体膜１１３の両側には、第２のトランジスタのソース電極及びドレイン電極１１１、１１２とが配置される。第２のトランジスタのソース電極及びドレイン電極１１１、１１２は、半導体膜１１３とオーミック接触している。測定用トランジスタのソース電極及びドレイン電極１１１、１１２と半導体膜１１３との上には、ゲート絶縁膜１３１が形成され、ゲート絶縁膜１３１の上に、データライン１０２が配置され、測定用トランジスタのゲート電極が形成される。したがって、図３（ｂ）における測定用トランジスタにおいても、データライン１０２により形成されるゲート電極の電位により、半導体膜１１３のチャネル形成が制御され、ソース電極及びドレイン電極１１１、１１２の間の電流の流れを制御することができる。

なお、図１、図３（ａ）、図３（ｂ）において、データライン１０２が、第２のトランジスタ１２０のゲート電極を形成しているが、本発明はこれに限定されることはない。たとえば、データライン１０２と第２のトランジスタ１２０のゲート電極との間に、別のトランジスタなどを用いて構成されるスイッチ回路が配置されていてもよい。

図４は、スキャンライン１０１が２本略平行に配置され、また、データライン１０２がスキャンライン１０１と略直交して２本略平行に配置され、スキャンライン１０１とデータライン１０２との交点箇所に対応して、第１のトランジスタ１０３およびセンシング部が配置された構造を示す。すなわち、図１に示される第１のトランジスタ１０３およびセンシング部が複数マトリックス状に配置された構造を示す。図４においては、スキャンライン１０１とデータライン１０２とがそれぞれ２本配置されているが、スキャンライン１０１をｍ本配置し、データライン１０２をｎ本配置し、ｍ×ｎ組の第１のトランジスタおよびセンシング部を配置することが可能である。

また、個々の感応膜１０８の上に配置される被測定物を隔離して分離するために、感応膜１０８の間に隔壁を設けてもよい。これにより、被測定物が液体などであり、容易に移動してしまう場合でも、一つの感応膜１０８の上に位置を固定することができる。

図４に示すバイオセンサを用いてセンシング部の上に配置された被測定物について測定を行なうには、複数のスキャンライン１０１のうち一本の電位を、第１のトランジスタをオン状態にする電位とし第１のトランジスタ（あるいは選択素子）を選択する。また、他のスキャンライン１０１の電位を、第１のトランジスタをオフ状態にする電位とする。すると、第１のトランジスタをオン状態にする電位としたスキャンラインをゲート電極とする第１のトランジスタを介して、センシング部の電位がそれぞれのデータライン１０２に印加される。したがって、それぞれのデータライン１０２に第２のトランジスタ１２０を接続して、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を測定する。

なお、図１に示されるように、それぞれのデータラインに個々の第２のトランジスタが接続されていてもよい。また、一本のデータラインに複数の第２のトランジスタのゲート電極が接続され、複数の測定用トランジスタの中から好ましい特性を有する測定用トランジスタが選別され、測定に用いられるようになっていてもよい。

なお、上述したように、参照電極１０９を被測定物に接触させ、ソース電極およびドレイン電極１１１、１１２の一方との間に、電源１２１により、所定の電位を与えてもよい。このとき、測定されるのは、一本のスキャンラインに沿って配置されるセンシング部に配置された被測定物である。したがって、参照電極１０９による被測定物は、個々のセンシング部に個別に電位を与える必要はなく、それぞれのデータラインに沿って配置されたセンシング部について参照電極１０９に共通電位を与えることができる。

言い換えると、参照電極１０９を、データライン１０２毎にグループ分けすることができる。そして、同じグループ内では、参照電極１０９を同電位とすることができる。また、異なるグループ間では、参照電極１０９を異なる電位にすることができる。ここで、「グループ分け」とは、同一のデータライン１０２に選択素子を介して接続されるセンサ電極１０６の上に配置された感応膜の上に配置される参照電極１０９を同じグループに分類することをいう。

図５は、このグループ分けに従って、参照電極１０９に電位を与える構成の一例を示す。すなわち、データラインに沿って配置されたセンシング部について、共通電極に共通電位を与える構成の一例を示す。図５に示すように、データライン１０２に略平行に、参照電極線１１０が配置されている。

なお、隔壁を設ける場合には、個々の感応膜１０３の間に隔壁を設ける必要はない。すなわち、隣接するデータライン１０２に接続されるセンシング部の感応膜に配置される被測定物を隔離するように隔壁を設けることができる。すなわち、隣接するデータライン１０２に接続されるセンシング部の感応膜間に隔壁を設けることができる。これにより、隔壁を作成するコストを減少させることができる。また、この場合、参照電極は、個々の感応膜１０３に対応して設ける必要はなく、隔壁によって形成される部分に対応させて設ければよい。

図６（ａ）、図６（ｂ）それぞれは、図５における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったバイオセンサのセンシング部と第１のトランジスタとの断面図を示す。図６（ａ）は、図２（ａ）に対応しており、略平坦なパッシベーション膜の上に配置されたセンサ電極１０６がコンタクト１０７を介して、第１のトランジスタの電極１０５に接続されている形態である。この場合には、参照電極線１１０の一部が、感応膜１０８の上に、感応膜１０８と一体として（モノリシックに）形成され配置される。

また、図６（ｂ）は、図２（ｂ）に対応しており、ゲート絶縁膜１３１の上に、半導体膜に関してデータライン１０２とは反対側に電極１０５が延びてセンサ電極が形成されている。センサ電極の上に、パッシベーション膜の凹部が形成され、凹部の内部に感応膜１０８が配置されている形態である。この場合にも、参照電極線１１０の一部が、凹部の内部に配置された感応膜の上に配置される。

図６（ａ）、図６（ｂ）のいずれの場合も、感応膜１０８と参照電極線１１０との間に、絶縁膜が形成されていてもよい。また、図５、図６において、参照電極線１１０は、感応膜１０８の上に舌形状に形成されているが、任意の形状であってもよく、たとえば、センサ電極１０６の周囲を囲むようになっていてもよい。

図７は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサに駆動回路を付加した回路図の一例を示す。図７に示すように、複数本のスキャンラインと、それらに略直交する複数のデータラインとが配置されている。スキャンラインとデータラインとの交点に対応して、第１のトランジスタ１０３が配置される。第１のトランジスタ１０３は、ゲート電極がスキャンラインに接続され、ドレイン電極またはソース電極の一方がデータラインに接続され、ドレイン電極またはソース電極の他方がセンシング部の電極１０６に接続されている。実際には、上述したように、第１のトランジスタ１０３のゲート電極は、スキャンラインの一部により構成され、第１のトランジスタ１０３のドレイン電極およびソース電極の一方はデータラインの一部により構成することができる。

ゲートドライバにより、複数のスキャンラインの一本に、第１のトランジスタがオン状態となる電位が与えられる。そして、データドライバが、複数のデータラインそれぞれに第２のトランジスタ１２０のゲート電極を接続し、第２のトランジスタ１２０のドレイン電極とソース電極との間に流れる電流を測定する。

第２のトランジスタ１２０は、１本のデータラインごとに１つあるいはそれ以上設けられていてもよい。あるいは、データラインの本数よりも少数の個数の第２のトランジスタ１２０が設けられており、スイッチ回路などでデータラインと第２のトランジスタ１２０のゲート電極とを順次接続できるようになっていてもよい。

図７においては、第２のトランジスタ１２０のドレイン電極およびソース電極の一方に、増幅用トランジスタ７０１のドレイン電極またはソース電極の一方が接続されている。そして、増幅用トランジスタ７０１のゲート電極は、参照電極１０９に接続されている。また、増幅用トランジスタ７０１のドレイン電極またはソース電極の他方とゲート電極とには、電流源Ｉｉｎが接続されている。これにより、第２のトランジスタ１２０のドレイン電極およびソース電極の他方に流れる電流を測定することができる。

なお、増幅用トランジスタを負荷トランジスタと称する場合がある。本実施形態では、第２のトランジスタ１２０と増幅用トランジスタ７０１とが、いわゆるトランジスタ負荷接続されているからである。

図７のように増幅用トランジスタ７０１を用いる利点の一つは、第２のトランジスタ１２０のゲート電極と増幅用トランジスタ７０１のゲート電極とを配線７０２により接続し、カレントミラー回路を形成することができることである。これにより、第２のトランジスタ１２０の特性を前もって検出することができる。したがって、図７に示す増幅用トランジスタ７０１と第２のトランジスタ１２０との組を用いてカレントミラー回路を複数作成しておき、第２のトランジスタ１２０の特性を測定し、良好な特性を有する第２のトランジスタ１２０を選別し、配線７０２を切断して、測定を行なうことができる。

図８は、増幅用トランジスタ７０１と第２のトランジスタ１２０との組の上面図と断面図を示す。第２のトランジスタ１２０は、図１、図３に示すように、データライン１０２に接続されるゲート電極と、半導体膜１１３と、ドレイン電極およびソース電極１１１、８０１とを有する。また、増幅用トランジスタ７０１は、参照電極線１１０に接続されるゲート電極と、半導体膜８０３と、ソース電極およびドレイン電極８０１、８０２を有する。また、増幅用トランジスタ７０１と第２のトランジスタ１２０とが形成される時には、増幅用トランジスタ７０１のゲート電極と第２のトランジスタ１２０のゲート電極とを、配線７０２により接続し、カレントミラー回路を形成する。このカレントミラー回路により第２のトランジスタ１２０の特性を測定することができる。特性を測定した後は、配線７０２はレーザ光線などにより、切断することができる。これは、基材または／および配線７０２を覆う保護膜を透明な材料で形成し、配線７０２を透明以外の材料で形成することで実現することができる。

１０１スキャンライン、１０２データライン、１０３第１のトランジスタ、１０４半導体領域、１０５電極、１０６センサ電極、１０７コンタクト、１０８感応膜、１０９参照電極、１１１，１１２ドレイン電極およびソース電極、１１３半導体膜、１２０第２のトランジスタ、１２２電源、１２３電流計

Claims

複数のスキャンラインと複数のデータラインとを有し、
センサ電極および前記センサ電極の上に配置された感応膜と、前記複数のスキャンラインのいずれかのスキャンラインと接続され前記いずれかのスキャンラインにより選択された場合に前記センサ電極と前記複数のデータラインのいずれかのデータラインとを電気的に接続する第１のトランジスタと、を含むセンシング部を複数有し、
前記いずれかのスキャンラインによる選択により、前記いずれかのデータラインと電気的に接続された前記センシング部の前記センサ電極に前記いずれかのデータラインを介して電気的に接続されかつ絶縁膜を介して半導体膜に接しているゲート電極を有する第２のトランジスタを有するバイオセンサ。
前記感応膜の上に配置される被測定物と前記第２のトランジスタのドレイン電極またはソース電極との間に所定の電位差を与える参照電極を前記感応膜それぞれに対応して複数有し、
同一のデータラインに電気的に接続される前記センサ電極の上に配置された前記感応膜に対応する前記参照電極それぞれが、同電位に保たれることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
前記参照電極は、前記感応膜の上に前記感応膜と一体に形成され配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバイオセンサ。
隣接するデータラインに電気的に接続される前記センサ電極の上に配置された前記感応膜の間に隔壁が設けられたことを特徴とする請求項２または３に記載のバイオセンサ。
前記センシング部は、直列に接続された複数の前記第１のトランジスタを有し、隣接する前記第１のトランジスタのドレイン電極およびソース電極が接続されたことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
前記センサ電極および前記感応膜のいずれかまたは両方が透明であることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
さらに前記第１のトランジスタが透明な材料で形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバイオセンサ。
負荷トランジスタを有し、
前記負荷トランジスタのゲート電極と前記負荷トランジスタのドレイン電極または前記負荷トランジスタのソース電極の一方とが接続され、
前記負荷トランジスタのドレイン電極または前記負荷トランジスタのソース電極の一方が前記参照電極のいずれかとも接続され、
前記負荷トランジスタのドレイン電極または前記負荷トランジスタのソース電極の他方が前記第２のトランジスタのドレイン電極またはソース電極の一方と接続されたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のバイオセンサ。
前記第２のトランジスタのゲート電極と前記負荷トランジスタのゲート電極とが配線により接続されたことを特徴とする請求項８に記載のバイオセンサ。
前記配線が切断可能なことを特徴とする請求項９に記載のバイオセンサ。