JP2012088118A - Transistor type sensor, and measurement method using the same - Google Patents

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克行 甕
Takuya Higuchi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transistor type sensor which is preferably used as a biosensor and the like and can perform measurement stably with high accuracy.SOLUTION: A transistor type sensor comprises: a base material; transistor sections each having a function as a thin-film transistor; and a sensor section which is composed of a detecting electrode and an ion-sensitive film made of an insulation material and formed on the detecting electrode. The transistor sections and the sensor section are arranged so that alignment thereof is made on the same surface of the base material. Also, a plurality of the transistor sections is used and the plurality of the transistor sections is electrically connected to a single sensor section.

Description

本発明は、バイオセンサ等として好適に用いることができるトランジスタ型センサ、およびこれを用いた測定方法に関するものである。   The present invention relates to a transistor type sensor that can be suitably used as a biosensor and the like, and a measurement method using the same.

近年、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、または、食品若しくは環境モニタ等の目的で、DNA、糖鎖、たんぱく質等の生体関連物質の検査をするための種々の方法が開発されており、特に、電気的な信号によって生体分子(biomolecule)を検出するバイオセンサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とMEMS(Micro Electro Mechanical System)の接続が容易であるという観点から、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor、以下、「FET」ともいう。)を使用して生物学的な反応を検出するバイオセンサについて多くの研究が為されている。   In recent years, various methods have been developed for testing biologically relevant substances such as DNA, sugar chains, and proteins for the purpose of disease diagnosis, detection of individual differences in drug metabolism, or food or environmental monitoring. In particular, research on biosensors that detect biomolecules using electrical signals is in progress. Recently, a field effect transistor (hereinafter also referred to as “FET”) is used from the viewpoint that electrical signal conversion is fast and the connection between an integrated circuit and a MEMS (Micro Electro Mechanical System) is easy. Much research has been done on biosensors that are used to detect biological responses.

従来、FETを用いたバイオセンサは、MOSFETからゲート電極を除去し、絶縁膜の上にイオン感応膜を被着した構造を有しており、「ISFET(Ion Sensitive FET)」と呼ばれている。そして、イオン感応膜に酸化還元酵素、各種タンパク質、DNA、抗原または抗体などを配置することによって、各種バイオセンサとして機能するようになっている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, a biosensor using an FET has a structure in which a gate electrode is removed from a MOSFET and an ion-sensitive film is deposited on an insulating film, which is called “ISFET (Ion Sensitive FET)”. . And it arrange | positions an oxidoreductase, various proteins, DNA, an antigen, or an antibody etc. to an ion sensitive film | membrane, and functions as various biosensors (for example, patent document 1).

具体的には、バイオセンサに用いられるFETは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜を形成し、ソース電極とドレイン電極間のゲート絶縁物表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、DNAプローブとアルカンチオールが配置されている。実際に測定を行う場合には、金属電極と、金属電極の表面上に配置されたDNAプローブ及びアルカンチオールと、参照電極とが測定セル内の反応溶液中に配置されるようになっており、参照電極を介して電圧が印加されると、反応溶液中に含まれるターゲットDNAとDNAプローブとの結合の前後で変化する絶縁ゲート電界効果トランジスタの電気特性変化、すなわち、ソースとドレインとの間を流れる電流値の変化を検出することにより、反応溶液中に含まれるターゲットDNAの伸長の有無を検出することができるようになっている。   Specifically, an FET used for a biosensor has a source electrode, a drain electrode, and a gate insulating film formed on the surface of a silicon substrate, and a metal electrode on the surface of the gate insulator between the source electrode and the drain electrode. . A DNA probe and alkanethiol are disposed on the surface of the metal electrode. When actually performing the measurement, the metal electrode, the DNA probe and alkanethiol arranged on the surface of the metal electrode, and the reference electrode are arranged in the reaction solution in the measurement cell, When a voltage is applied through the reference electrode, the electrical characteristics of the insulated gate field effect transistor change before and after the binding between the target DNA and the DNA probe contained in the reaction solution, that is, between the source and the drain. By detecting a change in the value of the flowing current, it is possible to detect the presence or absence of extension of the target DNA contained in the reaction solution.

ところで、上述したバイオセンサ等に用いられるトランジスタ型センサにおいては、一つのイオン感応膜に対して、一つのトランジスタが接続された構成を有するのが一般的である。しかしながら、このようにトランジスタとイオン感応膜とが一対一となるような構成においては、当該トランジスタが何らかの原因で作動しない場合、または作動はするもの性能に欠陥がある場合等においては、当該トランジスタ型センサを用いて正確なデータを取得することができないという問題点があった。   By the way, a transistor type sensor used in the above-described biosensor or the like generally has a configuration in which one transistor is connected to one ion sensitive film. However, in such a configuration in which the transistor and the ion sensitive film are in a one-to-one relationship, if the transistor does not operate for some reason, or if the transistor operates but has a defective performance, the transistor type There was a problem that accurate data could not be acquired using a sensor.

また、上述したバイオセンサ等に用いられるトランジスタ型センサにおいては、トランジスタを構成するゲート電極を除去し、ゲート絶縁膜の上にイオン感応膜を被着した積層構造を有しているのが一般的である。しかしながら、このような積層構成を有するトランジスタ型センサにおいては、イオン感応膜を形成できる領域がトランジスタ上に限られることから、より広い面積のイオン感応膜を形成することができないという問題点があった。また、上記積層構造を有する場合、イオン感応膜上に測定対象となる試料を付与した場合に、当該試料がイオン感応膜直下に配置されているトランジスタに浸透し、当該トランジスタの機能が損なわれるという問題点もあった。このようなことから、上記積層構造を有するトランジスタ型センサにおいては安定的に測定を行うことが困難であるという問題点があった。さらには、上記積層構造を有するトランジスタ型センサにおいては、製造工程が複雑になってしまうという問題点も指摘されていた。   The transistor-type sensor used in the above-described biosensor or the like generally has a laminated structure in which the gate electrode constituting the transistor is removed and an ion-sensitive film is deposited on the gate insulating film. It is. However, the transistor type sensor having such a laminated structure has a problem that an ion sensitive film having a wider area cannot be formed because the region where the ion sensitive film can be formed is limited on the transistor. . In addition, in the case of having the above laminated structure, when a sample to be measured is provided on the ion sensitive film, the sample penetrates into the transistor arranged immediately below the ion sensitive film, and the function of the transistor is impaired. There was also a problem. For this reason, there is a problem in that it is difficult to perform stable measurement in the transistor type sensor having the laminated structure. Furthermore, the transistor type sensor having the above laminated structure has also been pointed out that the manufacturing process becomes complicated.

特開2007−108160号公報JP 2007-108160 A

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バイオセンサ等として好適に用いられ、安定的に精度の高い測定を行うことが可能なトランジスタ型センサを提供することを主目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a transistor type sensor that can be suitably used as a biosensor or the like and can perform stable and highly accurate measurement. Is.

上記課題を解決するために本発明は、基材と、薄膜トランジスタとしての機能を有するトランジスタ部と、検知用電極、および上記検知用電極上に形成され、絶縁性材料からなるイオン感応膜を有するセンサ部と、を有し、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一表面上に並列するように配置されており、かつ、上記トランジスタ部が複数用いられており、単一の上記センサ部に対して複数の上記トランジスタ部が電気的に接続されていることを特徴とするトランジスタ型センサを提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a sensor having a base material, a transistor portion having a function as a thin film transistor, a detection electrode, and an ion-sensitive film formed on the detection electrode and made of an insulating material. And the transistor part and the sensor part are arranged in parallel on the same surface of the base material, and a plurality of the transistor parts are used. A transistor type sensor is provided in which a plurality of the transistor parts are electrically connected to the sensor part.

本発明のトランジスタ型センサによれば、単一のセンサ部に対して複数のトランジスタ部が電気的に接続されていることにより、複数のトランジスタ部の中に動作しないもの、または動作不良のものが含まれていたとしても、他のトランジスタ部によって正常なデータ取得を行うことができる。また、複数のトランジスタ部で取得されたデータを比較検討することが可能になるため、異常値を容易に判別することができ、これを排除することにより正確な評価を行うことが可能になる。さらに、複数のトランジスタ部によるデータ取得が可能であることから、例えば、各トランジスタ部で得られた測定データを統計処理することにより精度の高い評価をすることができる。
また、本発明のトランジスタ型センサにおいては、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一表面上に並列するように配置されていることから、上記センサ部におけるイオン感応膜を形成する面積に制約が少ない。したがって、本発明においては、広い面積でイオン感応膜を形成することができる。また、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一表面上に並列するように配置されていることから、イオン感応膜上に測定対象となる試料を付与した場合に、当該試料によってトランジスタ部の機能が劣化してしまうという問題点がない。
このようなことから、本発明によれば安定的に精度の高い測定を行うことが可能なトランジスタ型センサを提供することができる。
According to the transistor-type sensor of the present invention, a plurality of transistor portions are electrically connected to a single sensor portion, so that a plurality of transistor portions do not operate or malfunction. Even if it is included, normal data acquisition can be performed by other transistor portions. In addition, since data obtained by a plurality of transistor portions can be compared and examined, an abnormal value can be easily discriminated, and accurate evaluation can be performed by eliminating this abnormal value. Furthermore, since data acquisition by a plurality of transistor portions is possible, for example, highly accurate evaluation can be performed by statistically processing measurement data obtained in each transistor portion.
Moreover, in the transistor type sensor of the present invention, the transistor part and the sensor part are arranged so as to be arranged in parallel on the same surface of the base material, so that an ion sensitive film is formed in the sensor part. There are few restrictions on the area to be used. Therefore, in the present invention, the ion sensitive film can be formed in a wide area. In addition, since the transistor part and the sensor part are arranged in parallel on the same surface of the base material, when the sample to be measured is applied on the ion sensitive film, the sample Therefore, there is no problem that the function of the transistor portion deteriorates.
For this reason, according to the present invention, it is possible to provide a transistor type sensor capable of stably performing highly accurate measurement.

本発明のトランジスタ型センサにおいては、上記基材が透明性を有するものであり、かつ上記検知用電極が透明性を有するものであり、さらに上記イオン感応膜が透明性を有するものであることが好ましい。これにより、本発明のトランジスタ型センサを用いて測定を行う際に、電圧変化の測定のみではなく、センサ部のイオン感応膜上に付与された試料を透過光による目視観察を行うことが可能になるからである。また、従来のバイオセンサ等に用いられていた積層構造を有するトランジスタ型センサにおいては、イオン感応膜上の試料を透過光で目視観察するには、半導体として透明性を有するものを使用しなければならないという制約があった。しかしながら、本発明においては、トランジスタ部とセンサ部とが基材上の同一表面上に並列するように配置されていることから、トランジスタ部に用いられる半導体層の種類に関わらず、目視観察をすることができるという利点がある。   In the transistor-type sensor of the present invention, the base material has transparency, the detection electrode has transparency, and the ion-sensitive film has transparency. preferable. As a result, when measuring using the transistor type sensor of the present invention, it is possible not only to measure the voltage change, but also to visually observe the sample applied on the ion sensitive film of the sensor unit with transmitted light. Because it becomes. In addition, in a transistor type sensor having a laminated structure used for a conventional biosensor or the like, in order to visually observe a sample on an ion sensitive film with transmitted light, a transparent semiconductor must be used. There was a restriction that it was not possible. However, in the present invention, since the transistor portion and the sensor portion are arranged so as to be arranged in parallel on the same surface on the base material, visual observation is performed regardless of the type of semiconductor layer used in the transistor portion. There is an advantage that you can.

また本発明は、上記本発明に係るトランジスタ型センサを用いた測定方法であって、複数の上記トランジスタ部で測定データを取得するデータ取得工程と、上記データ取得工程で取得された測定データを処理するデータ処理工程と、を有することを特徴とする、測定方法を提供する。   Further, the present invention is a measurement method using the transistor type sensor according to the present invention, wherein a data acquisition step of acquiring measurement data by a plurality of the transistor units, and processing the measurement data acquired in the data acquisition step And a data processing step. A measurement method is provided.

本発明によれば、上記データ取得工程において本発明のトランジスタ型センサが備える複数のトランジスタ部から測定データを取得することにより、仮に複数のトランジスタ部の一部に動作しないもの、または動作不良のものが含まれていたとしても、他のトランジスタ部から正常値のデータ取得を行うことができる。また、複数のトランジスタ部で取得されたデータを比較検討することが可能になるため、異常値を容易に判別することができ、これを排除することにより正確な評価を行うことできる。さらに、上記データ処理工程において複数のトランジスタ部から取得された測定データを処理することにより、精度の高い測定結果を得ることができる。   According to the present invention, in the above data acquisition step, measurement data is acquired from a plurality of transistor units included in the transistor type sensor of the present invention, so that it does not operate on a part of the plurality of transistor units, or operates poorly. Even if included, normal value data can be obtained from other transistor portions. Further, since it becomes possible to compare and examine data acquired by a plurality of transistor portions, an abnormal value can be easily determined, and accurate evaluation can be performed by eliminating this abnormal value. Furthermore, by processing the measurement data acquired from the plurality of transistor portions in the data processing step, a highly accurate measurement result can be obtained.

本発明のトランジスタ型センサは、バイオセンサ等として好適に用いられ、安定的に精度の高い測定を行うことができるという効果を奏する。   The transistor type sensor of the present invention is suitably used as a biosensor or the like, and has an effect of being able to perform highly accurate measurement stably.

本発明のトランジスタ型センサの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the transistor type sensor of this invention. 本発明のトランジスタ型センサの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the transistor type sensor of this invention. 本発明のトランジスタ型センサの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the transistor type sensor of this invention. 本発明のトランジスタ型センサの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the transistor type sensor of this invention. 本発明のトランジスタ型センサの評価方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the evaluation method of the transistor type sensor of this invention. トランジスタのしきい値電圧のシフトの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the shift of the threshold voltage of a transistor. センサ部による測定データを示す表である。It is a table | surface which shows the measurement data by a sensor part. 本発明のトランジスタ型センサの具体例を示す概略図である。It is the schematic which shows the specific example of the transistor type sensor of this invention.

本発明は、トランジスタ型センサ、およびこれを用いた測定方法に関するものである。
以下、各発明について順に説明する。
The present invention relates to a transistor type sensor and a measurement method using the same.
Hereinafter, each invention will be described in order.

A.トランジスタ型センサ
まず、本発明のトランジスタ型センサについて説明する。本発明のトランジスタ型センサは、基材と、薄膜トランジスタとしての機能を有するトランジスタ部と、検知用電極、および上記検知用電極上に形成され、絶縁性材料からなるイオン感応膜を有するセンサ部と、を有するものであり、上記トランジスタ部と上記センサ部とが、上記基材の同一表面上に並列するように配置されており、かつ、上記トランジスタ部が複数用いられており、単一の上記センサ部に対して複数の上記トランジスタ部が電気的に接続されていることを特徴とするものである。
A. Transistor type sensor First, the transistor type sensor of the present invention will be described. The transistor-type sensor of the present invention includes a base material, a transistor portion having a function as a thin film transistor, a detection electrode, and a sensor portion having an ion-sensitive film formed on the detection electrode and made of an insulating material, The transistor part and the sensor part are arranged in parallel on the same surface of the base material, and a plurality of the transistor parts are used. A plurality of the transistor portions are electrically connected to the portion.

このような本発明のトランジスタ型センサについて図を参照しながら説明する。図1は、本発明のトランジスタ型センサの一例を示す概略図である。ここで、図1(b)は、図1(a)におけるX−X’線矢視断面図である。図1(a)に例示するように本発明のトランジスタ型センサ1は、基材10と、薄膜トランジスタとしての機能を有するトランジスタ部20と、センサ部30と、を有するものである。ここで、図1(b)に例示するように、上記センサ部30は、検知用電極31、および上記検知用電極31上に形成され、絶縁性材料からなるイオン感応膜32を有するものである。また、図1に例示するトランジスタ部20は、ボトムゲート・トップコンタクト型構造を有する薄膜トランジスタからなるものであり、ゲート電極21、ゲート絶縁層22、半導体層23、ソース電極24およびドレイン電極25からなる(図1(b))。
このような例において本発明のトランジスタ型センサ1は、図1(b)に例示するように、上記トランジスタ部20と上記センサ部30とが、上記基材10の同一表面上に並列するように配置されており、かつ、図1(a)に例示するように上記トランジスタ部20が複数用いられており、単一の上記センサ部30に対して複数(図1(a)では8個。)の上記トランジスタ部20が電気的に接続されていることを特徴とするものである。ここで、図1(b)に例示するように、本発明のトランジスタ型センサにおいては、通常、センサ部30の検知用電極31に、トランジスタ部20のゲート電極21が接続されるように配置される。
Such a transistor type sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a transistor type sensor of the present invention. Here, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. As illustrated in FIG. 1A, the transistor type sensor 1 of the present invention includes a base material 10, a transistor unit 20 having a function as a thin film transistor, and a sensor unit 30. Here, as illustrated in FIG. 1B, the sensor unit 30 includes a detection electrode 31 and an ion-sensitive film 32 formed on the detection electrode 31 and made of an insulating material. . Further, the transistor portion 20 illustrated in FIG. 1 includes a thin film transistor having a bottom gate / top contact type structure, and includes a gate electrode 21, a gate insulating layer 22, a semiconductor layer 23, a source electrode 24, and a drain electrode 25. (FIG. 1 (b)).
In such an example, the transistor type sensor 1 of the present invention is configured so that the transistor unit 20 and the sensor unit 30 are arranged in parallel on the same surface of the substrate 10 as illustrated in FIG. As shown in FIG. 1A, a plurality of the transistor portions 20 are used, and a plurality of the transistor portions 20 are provided for the single sensor portion 30 (eight in FIG. 1A). The transistor portion 20 is electrically connected. Here, as illustrated in FIG. 1B, in the transistor type sensor of the present invention, it is usually arranged so that the gate electrode 21 of the transistor unit 20 is connected to the detection electrode 31 of the sensor unit 30. The

本発明のトランジスタ型センサによれば、単一のセンサ部に対して複数のトランジスタ部が電気的に接続されていることにより、複数のトランジスタ部の中に動作しないもの、または動作不良のものが含まれていたとしても、他のトランジスタ部によって正常なデータ取得を行うことができる。また、複数のトランジスタ部で取得されたデータを比較検討することが可能になるため、異常値を容易に判別することができ、これを排除することにより正確な評価を行うことが可能になる。さらに、複数のトランジスタ部によるデータ取得が可能であることから、例えば、各トランジスタ部で得られた測定データを統計処理することにより精度の高い評価をすることができる。
また本発明のトランジスタ型センサにおいては、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一表面上に並列するように配置されていることから、上記センサ部におけるイオン感応膜を形成する面積に制約が少ない。したがって、本発明においては、広い面積でイオン感応膜を形成することができる。また、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一表面上に並列するように配置されていることから、イオン感応膜上に測定対象となる試料を付与した場合に、当該試料によってトランジスタ部の機能が劣化してしまうという問題点がない。
このようなことから、本発明によれば安定的に精度の高い測定を行うことが可能なトランジスタ型センサを提供することができる。
According to the transistor-type sensor of the present invention, a plurality of transistor portions are electrically connected to a single sensor portion, so that a plurality of transistor portions do not operate or malfunction. Even if it is included, normal data acquisition can be performed by other transistor portions. In addition, since data obtained by a plurality of transistor portions can be compared and examined, an abnormal value can be easily discriminated, and accurate evaluation can be performed by eliminating this abnormal value. Furthermore, since data acquisition by a plurality of transistor portions is possible, for example, highly accurate evaluation can be performed by statistically processing measurement data obtained in each transistor portion.
Moreover, in the transistor type sensor of the present invention, since the transistor part and the sensor part are arranged in parallel on the same surface of the base material, an ion sensitive film is formed in the sensor part. There are few restrictions on the area. Therefore, in the present invention, the ion sensitive film can be formed in a wide area. In addition, since the transistor part and the sensor part are arranged in parallel on the same surface of the base material, when the sample to be measured is applied on the ion sensitive film, the sample Therefore, there is no problem that the function of the transistor portion deteriorates.
For this reason, according to the present invention, it is possible to provide a transistor type sensor capable of stably performing highly accurate measurement.

本発明のトランジスタ型センサは、少なくとも上記トランジスタ部、センサ部、および基材を有するものであり、必要に応じて他の構成を有してもよいものである。
以下、本発明に用いられる各構成について順に説明する。
The transistor type sensor of the present invention has at least the above-mentioned transistor part, sensor part, and base material, and may have other configurations as necessary.
Hereafter, each structure used for this invention is demonstrated in order.

1.センサ部
まず、本発明に用いられるセンサ部について説明する。本発明に用いられるセンサ部は、検知用電極と、上記検知用電極上に形成されたイオン感応膜とを有するものである。また、本発明に用いられるセンサ部は、後述する複数のトランジスタ部が電気的に接続されたものである。
1. Sensor Unit First, the sensor unit used in the present invention will be described. The sensor unit used in the present invention has a detection electrode and an ion-sensitive film formed on the detection electrode. In addition, the sensor unit used in the present invention is one in which a plurality of transistor units described later are electrically connected.

(1)イオン感応膜
センサ部に用いられるイオン感応膜としては、絶縁性材料からなり、所望のイオンに対する感応性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本発明のトランジスタ型センサの用途や、本発明のトランジスタ型センサを用いて評価したい対象に応じて適宜選択して用いることができる。本発明におけるセンサ部に用いられる絶縁性材料としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO)シリコン窒化膜(Si)、タンタル酸化膜(Ta)または酸化アルミニウム膜(Al)等を挙げることができる。本発明においては、これらの絶縁性材料のいずれであっても好適に用いることができる。
(1) Ion-sensitive film The ion-sensitive film used in the sensor part is not particularly limited as long as it is made of an insulating material and has sensitivity to desired ions. It can be appropriately selected and used depending on the application and the object to be evaluated using the transistor type sensor of the present invention. Examples of the insulating material used for the sensor unit in the present invention include a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), or an aluminum oxide film (Al 2 O). 3 ). In the present invention, any of these insulating materials can be suitably used.

本発明のトランジスタ型センサがバイオセンサとして用いられる場合、上記イオン感応膜に用いられる絶縁性材料としては、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ものが用いられる。このような絶縁性材料としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO)シリコン窒化膜(Si)、タンタル酸化膜(Ta)または酸化アルミニウム膜(Al)等を挙げることができる。
なお、本発明のトランジスタ型センサがバイオセンサとして用いられる場合は、必要に応じて、イオン感応膜の表面にDNAタンパク質、糖鎖を固定化する為の表面修飾がなされていてもよい。このような表面修飾の例としては、例えば、金チオール反応やシランカップリング材を使った結合、LB膜、などの自己組織化単分子膜の形成方法や、静電吸着、物理吸着等を挙げることができる。
When the transistor-type sensor of the present invention is used as a biosensor, as the insulating material used for the ion-sensitive membrane, a material capable of arranging a biological substance such as a cell, DNA, sugar chain, or protein is used. Examples of such an insulating material include a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), and an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ). be able to.
When the transistor-type sensor of the present invention is used as a biosensor, surface modification for immobilizing DNA proteins and sugar chains may be performed on the surface of the ion sensitive membrane as necessary. Examples of such surface modifications include, for example, methods for forming self-assembled monolayers such as gold thiol reaction, bonding using silane coupling materials, LB films, electrostatic adsorption, physical adsorption, and the like. be able to.

上記センサ部においてイオン感応膜が形成されている態様としては、個々のセンサ部毎に独立して形成されている態様や、後述するトランジスタ部の構成要素の一部と一体として形成されている態様等を挙げることができる。本発明におけるイオン感応膜は、これらのいずれの態様で形成されているものであってもよいが、トランジスタ部の構成要素の一部と一体として形成されている態様であることが好ましい。イオン感応膜がこのような態様で形成されていることにより、本発明のトランジスタ型センサの構成をより簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるからである。本発明のトランジスタ型センサにおいて、イオン感応膜がトランジスタ部の構成要素の一部と一体として形成されている態様の例としては、例えば、ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタからなるトランジスタ部を用い、当該トランジスタ部のゲート絶縁層と一体として形成されている態様、および同じくボトムゲート型構造の薄膜トランジスタからなるトランジスタ部を用い、当該トランジスタ部のパッシベーション層と一体として形成されている態様等を挙げることができる。これらの態様の詳細については、後述する「4.トランジスタ型センサの構成」の項において詳述する。
なお、上記「一体として」とは、上記イオン感応膜と、トランジスタ部の構成要素の一部とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
As an aspect in which the ion-sensitive film is formed in the sensor part, an aspect in which each sensor part is formed independently, or an aspect in which the sensor part is formed integrally with some of the components of the transistor part described later. Etc. The ion-sensitive film in the present invention may be formed in any of these embodiments, but is preferably formed in one piece with some of the components of the transistor portion. Since the configuration of the transistor type sensor of the present invention can be further simplified by forming the ion sensitive film in this manner, a transistor type sensor that can be manufactured by a simpler process is provided. Because it can. In the transistor type sensor of the present invention, as an example of an aspect in which the ion sensitive film is formed integrally with a part of the components of the transistor portion, for example, a transistor portion composed of a bottom gate type thin film transistor is used. And a mode in which a transistor portion made of a thin film transistor having a bottom-gate structure is used, and a mode in which the transistor is formed integrally with a passivation layer of the transistor portion. Details of these aspects will be described in detail in the section “4. Configuration of Transistor-Type Sensor” described later.
Note that the term “integrally” means that the ion-sensitive film and a part of the constituent elements of the transistor portion are formed as a single member having both functions.

(2)検知用電極
次に、センサ部に用いられる検知用電極について説明する。本発明に用いられる検知用電極は、電極として機能するものである。また、本発明においては、通常、後述する複数のトランジスタ部のゲート電極が、検知用電極に接続するように形成される。
(2) Detection Electrode Next, the detection electrode used for the sensor unit will be described. The detection electrode used in the present invention functions as an electrode. In the present invention, the gate electrodes of a plurality of transistor portions, which will be described later, are usually formed so as to be connected to the detection electrodes.

本発明に用いられる検知用電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではない。本発明に用いられる検知用電極としては、例えば、Alなどの一般的な金属材料に加え、ITOなどの透明電極も使用することが出来る。また本発明に用いられる検知用電極の厚みは、通常、50nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。   The detection electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it functions as an electrode. As a detection electrode used in the present invention, for example, in addition to a general metal material such as Al, a transparent electrode such as ITO can also be used. The thickness of the detection electrode used in the present invention is usually preferably in the range of 50 nm to 500 nm.

上記センサ部において検知用電極が形成されている態様としては、個々のセンサ部毎に独立して形成されている態様や、後述するトランジスタ部の構成要素の一部と一体として形成されている態様等を挙げることができる。本発明における検知用電極は、これらのいずれの態様で形成されているものであってもよいが、トランジスタ部の構成要素の一部と一体として形成されていることが好ましく、特に、ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタからなるトランジスタ部を用い、当該トランジスタ部のゲート電極と一体として形成されている態様であることが好ましい。検知用電極がこのような態様で形成されていることにより、本発明のトランジスタ型センサの構成を簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるからである。ここで、上記「一体として」とは、上記検知用電極と、上記ゲート電極とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
なお、検知用電極が、ゲート電極と一体として形成されている態様の詳細については、後述する「4.トランジスタ型センサの構成」の項において詳述する。
As an aspect in which the detection electrode is formed in the sensor part, an aspect in which each sensor part is formed independently, or an aspect in which a part of the components of the transistor part described later is formed integrally. Etc. The detection electrode in the present invention may be formed in any of these embodiments, but is preferably formed integrally with a part of the components of the transistor portion, in particular, the bottom gate type. It is preferable that a transistor portion formed of a thin film transistor having a structure is used and formed integrally with a gate electrode of the transistor portion. Since the configuration of the transistor type sensor of the present invention can be simplified by forming the detection electrode in this manner, a transistor type sensor that can be manufactured by a simpler process is provided. Because you can. Here, the term “as an integral unit” means that the detection electrode and the gate electrode are formed as a single member having both functions.
The details of the aspect in which the detection electrode is formed integrally with the gate electrode will be described in detail in the section of “4. Configuration of transistor type sensor” described later.

(3)センサ部
本発明のトランジスタ型センサを用いて測定を行う場合は、センサ部のイオン感応膜上に測定対象となる試料を付与し、これに伴う電圧変化を後述するトランジスタ部で検知することになる。ここで、本発明のトランジスタ型センサの用途によっては、単に電圧変化を評価するのみではなく、イオン感応膜上に付与された測定対象試料の形態変化も同時に行えることが望ましい場合がある。特に、本発明のトランジスタ型センサをバイオセンサとして用いる場合には、生物関連資料を上記イオン感応膜上に付与することになるが、当該生物関連試料の評価に際しては、単に電圧変化を評価することにより、pH等の変化を測定することのみならず、生物関連試料の経時的な形態変化の評価を同時に行えることが望ましい場合がある。また、このような場合において、イオン感応膜上の生物関連試料の形態を観察する方法としては、生物関連試料は、例えば細胞等のサイズが微小なものである場合が多いことから、顕微鏡観察が行えることがより好ましいといえる。このような観点から、本発明に用いられるセンサ部は、上記検知用電極、およびイオン感応膜が透明性を有するものであることが好ましい。これにより、イオン感応膜上の生物関連試料を、例えば、倒立型の透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。なお、この場合、後述する基材も、透明性を有することが必要となる。
ここで、上述した検知用電極に用いられる材料のうち、透明性を有する検知用電極を形成可能なものとしては、例えば、ITO、IZO、ZnO等を挙げることができる。また、上述したイオン感応膜に用いられる絶縁性材料のうち、透明性を有するイオン感応膜を形成可能なものとしては、例えば、SiO、Si、Ta、Al等を挙げることができる。
(3) Sensor part When measuring using the transistor type sensor of this invention, the sample used as a measuring object is provided on the ion sensitive film | membrane of a sensor part, and the voltage change accompanying this is detected in the transistor part mentioned later. It will be. Here, depending on the use of the transistor type sensor of the present invention, it may be desirable not only to evaluate voltage change but also to simultaneously change the shape of the sample to be measured provided on the ion sensitive film. In particular, when the transistor-type sensor of the present invention is used as a biosensor, biological materials are provided on the ion-sensitive membrane. When evaluating the biological samples, simply evaluate voltage changes. Thus, it may be desirable not only to measure changes in pH and the like, but also to simultaneously evaluate morphological changes over time of biological samples. In such a case, as a method for observing the form of the biological sample on the ion-sensitive membrane, the biological sample is often small in size, such as a cell. More preferably, it can be done. From such a viewpoint, it is preferable that the sensor part used in the present invention is such that the detection electrode and the ion sensitive film have transparency. This is because the biological sample on the ion sensitive membrane can be observed using, for example, an inverted transmission microscope. In this case, it is necessary that the substrate described later also has transparency.
Here, among the materials used for the detection electrode described above, examples of materials that can form a transparent detection electrode include ITO, IZO, and ZnO. In addition, among the insulating materials used for the ion sensitive film described above, examples of materials that can form a transparent ion sensitive film include, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3. Etc.

本発明に用いられるセンサ部は、少なくとも上記検知用電極、およびイオン感応膜を有するものであるが、必要に応じて他の構成を有するものであってもよい。上記他の構成としては、センサ部の機能を損なうものでなければ特に限定されるものではなく、所望の機能を備える構成を適宜選択して用いることができる。このような他の構成として、本発明に好適に用いられるものとしては、例えば、上記検知用電極および上記イオン感応膜の間に形成され、絶縁性材料からなる絶縁層を挙げることができる。なお、センサ部に上記絶縁層を形成する場合には、本発明のトランジスタ型センサを簡略化するという観点から、後述するトランジスタ部の構成要素の一部と一体として形成されていることが好ましく、特にボトムゲート型構造の薄膜トランジスタからなるトランジスタ部を用い、当該トランジスタ部のゲート絶縁層と一体として形成されていることが好ましい。   The sensor unit used in the present invention includes at least the detection electrode and the ion sensitive film, but may have other configurations as necessary. The other configuration is not particularly limited as long as the function of the sensor unit is not impaired, and a configuration having a desired function can be appropriately selected and used. As such another configuration, an example of a material suitably used in the present invention is an insulating layer formed between the detection electrode and the ion sensitive film and made of an insulating material. In the case where the insulating layer is formed in the sensor portion, it is preferable that the insulating layer is formed integrally with some of the components of the transistor portion described later from the viewpoint of simplifying the transistor type sensor of the present invention. In particular, it is preferable that a transistor portion formed of a thin film transistor having a bottom-gate structure is used and formed integrally with a gate insulating layer of the transistor portion.

2.トランジスタ部
次に、本発明に用いられるトランジスタ部について説明する。本発明に用いられるトランジスタ部は、薄膜トランジスタとしての機能を有するものである。また、本発明のトランジスタ型センサにおいては複数のトランジスタ部が用いられており、単一のセンサ部に対して複数のトランジスタ部が電気的に接続された構成を有している。
2. Transistor Part Next, the transistor part used in the present invention will be described. The transistor portion used in the present invention has a function as a thin film transistor. In the transistor type sensor of the present invention, a plurality of transistor portions are used, and a plurality of transistor portions are electrically connected to a single sensor portion.

本発明に用いられるトランジスタ部としては、薄膜トランジスタとして機能するものであれば特に限定されるものではない。したがって、本発明に用いられるトランジスタ部は、ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなるものであってもよく、あるいはトップゲート構造からなる薄膜トランジスタからなるものであってもよい。ここで、トップゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、通常、半導体としての性質を有する半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを有する。一方、ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、通常、ゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成され、半導体しての機能を有する半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを有する。   The transistor portion used in the present invention is not particularly limited as long as it functions as a thin film transistor. Therefore, the transistor portion used in the present invention may be composed of a thin film transistor having a bottom gate type structure, or may be composed of a thin film transistor having a top gate structure. Here, a thin film transistor having a top-gate structure usually includes a semiconductor layer having a semiconductor property, a source electrode and a drain electrode formed so as to be in contact with and opposed to the semiconductor layer, and on the semiconductor layer. And a gate electrode formed on the gate insulating layer. On the other hand, a thin film transistor having a bottom gate type structure is usually a gate electrode, a gate insulating layer formed so as to cover the gate electrode, and a semiconductor layer formed on the gate insulating layer and functioning as a semiconductor. And a source electrode and a drain electrode formed to be in contact with the semiconductor layer and to face each other.

なお、本発明においては、複数のトランジスタ部が、センサ部に電気的に接続された構成を有するが、通常は、各トランジスタ部を構成するゲート電極が、上記センサ部の検知用電極に接続されるように形成される。   In the present invention, the plurality of transistor portions are configured to be electrically connected to the sensor portion. Normally, however, the gate electrode constituting each transistor portion is connected to the detection electrode of the sensor portion. It is formed so that.

本発明においては、上記ボトムゲート型構造、または上記トップゲート型構造のいずれの構造を有する薄膜トランジスタからなるトランジスタ部であっても好適に用いることができるが、なかでもボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなるものが用いられることが好ましい。本発明に用いられるトランジスタ部が、ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタ部からなることにより、トランジスタ部の構成要素の一部と、上記センサ部の構成要素の一部とを、一体として形成することが容易になり、構成が簡略化され、簡易な工程で製造可能なトランジスタ型センサを容易に得ることができるからである。   In the present invention, a transistor portion comprising a thin film transistor having either the bottom gate structure or the top gate structure can be preferably used. Are preferably used. By forming the transistor portion used in the present invention from a thin film transistor portion having a bottom-gate structure, a part of the components of the transistor portion and a portion of the components of the sensor portion can be integrally formed. This is because the transistor type sensor that can be easily manufactured by a simple process can be easily obtained.

以下、ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなるトランジスタ部について詳細に説明する。なお、トップゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなるトランジスタ部については、一般的に公知の薄膜トランジスタを用いることができる。   Hereinafter, a transistor portion including a thin film transistor having a bottom gate structure will be described in detail. Note that a generally known thin film transistor can be used for a transistor portion including a thin film transistor having a top-gate structure.

上述したように、ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなるトランジスタ部としては、通常、ゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成され、半導体しての機能を有する半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、を有するものが用いられる。   As described above, a transistor portion formed of a thin film transistor having a bottom-gate structure usually has a gate electrode, a gate insulating layer formed so as to cover the gate electrode, and a semiconductor formed on the gate insulating layer. And a semiconductor layer having such a function, and a source electrode and a drain electrode formed so as to be in contact with the semiconductor layer and to face each other.

(1)ゲート電極
まず、上記ゲート電極について説明する。本発明に用いられるゲート電極としては、電極としての機能を有するものであれば特に限定されるものではない。このようなゲート電極としては、例えば、Alなどの一般的な金属材料に加え、ITOなどの透明電極も使用することが出来る。また本発明に用いられるゲート電極の厚みは、通常、50nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。
(1) Gate electrode First, the gate electrode will be described. The gate electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it has a function as an electrode. As such a gate electrode, for example, a transparent electrode such as ITO can be used in addition to a general metal material such as Al. The thickness of the gate electrode used in the present invention is usually preferably in the range of 50 nm to 500 nm.

(2)ゲート絶縁層
次に、上記ゲート絶縁層について説明する。本発明に用いられるゲート絶縁層は、上述したゲート電極上に形成されるものであり、ゲート電極とトランジスタ部に用いられる他の構成要素とを絶縁する機能を有するものである。したがって、本発明に用いられるゲート絶縁層としては、所望の絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。このようなゲート絶縁層としては、例えば、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、窒化酸化珪素(SiO)などのシリコン酸化物、若しくはシリコン窒化物からなるもの等を挙げることができる。また本発明に用いられるゲート絶縁層の厚みは、通常、50nm〜1μmの範囲内であることが好ましい。
(2) Gate Insulating Layer Next, the gate insulating layer will be described. The gate insulating layer used in the present invention is formed on the above-described gate electrode and has a function of insulating the gate electrode from other components used in the transistor portion. Therefore, the gate insulating layer used in the present invention is not particularly limited as long as it has a desired insulating property. Examples of such a gate insulating layer include those made of silicon oxide such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), silicon nitride oxide (SiO x N y ), or silicon nitride. be able to. The thickness of the gate insulating layer used in the present invention is usually preferably in the range of 50 nm to 1 μm.

本発明に用いられるゲート絶縁層は、上記センサ部のイオン感応膜と一体として形成されていてもよい。すなわち、上述したようにゲート絶縁層は絶縁性材料からなるものが用いられ、かつ上記イオン感応膜としても絶縁性材料からなるものが用いられることから、イオン感応膜として用いられる絶縁性材料は、ゲート絶縁層に用いることも可能な場合がある。したがって、絶縁性材料の種類を選択することにより、上記ゲート絶縁層と上記イオン感応膜とを一体として形成することができる。ゲート絶縁層とイオン感応膜とが一体として形成されていることにより、本発明のトランジスタ型センサの構成をより簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるという利点がある。ここで、ゲート絶縁層とイオン感応膜とが一体として形成されている態様の詳細については、後述する「4.トランジスタ型センサの構成」の項において詳述する。
なお、上記「一体として」とは、上記ゲート絶縁層と、上記検知用電極とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
The gate insulating layer used in the present invention may be formed integrally with the ion sensitive film of the sensor unit. That is, as described above, since the gate insulating layer is made of an insulating material, and the ion sensitive film is also made of an insulating material, the insulating material used as the ion sensitive film is In some cases, the gate insulating layer may be used. Therefore, the gate insulating layer and the ion sensitive film can be integrally formed by selecting the type of insulating material. Since the configuration of the transistor type sensor of the present invention can be further simplified because the gate insulating layer and the ion sensitive film are integrally formed, a transistor type sensor that can be manufactured in a simpler process is provided. There is an advantage that it can be provided. Here, the details of the aspect in which the gate insulating layer and the ion sensitive film are integrally formed will be described in detail in the section of “4. Configuration of transistor type sensor” described later.
The term “integrally” means that the gate insulating layer and the detection electrode are formed as a single member having both functions.

ゲート絶縁層が、イオン感応膜と一体として形成される場合、当該ゲート絶縁層兼イオン感応膜に用いられる絶縁性材料としては、例えば、SiO、Si、Ta、Al等を挙げることができる。 When the gate insulating layer is formed integrally with the ion sensitive film, examples of the insulating material used for the gate insulating layer / ion sensitive film include SiO 2 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , and Al 2. O 3 etc. can be mentioned.

(3)半導体層
次に、上記半導体層について説明する。本発明に用いられる半導体層は、上記ゲート絶縁層上に形成されるものであり、半導体特性を示すものである。本発明に用いられる半導体層としては、半導体としての機能を有する材料からなるものであれば特に限定されるものではない。
ここで、従来のバイオセンサ等に用いられていた積層構造を有するトランジスタ型センサにおいては、センサ部のイオン感応膜上の試料を透過光で目視観察するには、半導体層として透明性を有するものを使用しなければならないという制約があった。しかしながら、本発明においては、トランジスタ部とセンサ部とが基材上の同一表面上に並列するように配置されていることから、トランジスタ部に用いられる半導体層の種類に関わらず、目視観察をすることができるという利点がある。このことを換言すると、本発明のトランジスタ型センサは、その用途等に関わらず、半導体層に用いられる材料に制約がないという利点がある。
(3) Semiconductor layer Next, the semiconductor layer will be described. The semiconductor layer used in the present invention is formed on the gate insulating layer and exhibits semiconductor characteristics. The semiconductor layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is made of a material having a function as a semiconductor.
Here, in a transistor type sensor having a laminated structure used for a conventional biosensor or the like, in order to visually observe the sample on the ion sensitive film of the sensor portion with transmitted light, the semiconductor layer has transparency There was a restriction that must be used. However, in the present invention, since the transistor portion and the sensor portion are arranged so as to be arranged in parallel on the same surface on the base material, visual observation is performed regardless of the type of semiconductor layer used in the transistor portion. There is an advantage that you can. In other words, the transistor-type sensor of the present invention has an advantage that there is no restriction on the material used for the semiconductor layer regardless of its application.

このように、本発明における半導体層に用いられる材料に関しては特に制約がないことから、半導体層に用いられる材料は透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。透明性を有する材料としては、例えば、InMZnO(Mはガリウム(Ga),アルミニウム(Al),鉄(Fe)のうち少なくとも1種)を主成分とするアモルファス酸化物等を挙げることができる。この場合、特に、MがGaであるInGaZnO系のアモルファス酸化物が好ましい。また、このInGaZnO系のアモルファス酸化物を用いる場合には、必要に応じて、Al、Fe、Sn等を構成元素として加えたものであってもよい。また、上記透明性を有する材料としては、酸化物亜鉛(ZnO)を主成分とする酸化物半導体を用いることもできる。このZnOを主成分とする材料には、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、上記透明性を有する材料としては、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)などの材料を用いることもできる。
一方、上記透明性を有さない材料の例としては、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、有機半導体等を挙げることができる。
Thus, since there is no restriction | limiting in particular regarding the material used for the semiconductor layer in this invention, the material used for a semiconductor layer may have transparency, or may be opaque. As a material having transparency, for example, amorphous oxide mainly containing InMZnO (M is at least one of gallium (Ga), aluminum (Al), and iron (Fe)) can be given. In this case, an InGaZnO-based amorphous oxide in which M is Ga is particularly preferable. Further, when this InGaZnO-based amorphous oxide is used, it may be added Al, Fe, Sn or the like as a constituent element, if necessary. As the material having transparency, an oxide semiconductor containing zinc oxide (ZnO) as a main component can also be used. In addition to the intrinsic zinc oxide, the ZnO-based material may include p-type dopants such as lithium (Li), sodium (Na), nitrogen (N), and carbon (C), if necessary. Added zinc oxide doped with n-type dopants such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) and zinc oxide doped with magnesium (Mg), beryllium (Be), etc. It may be a thing. Furthermore, as the material having transparency, a material such as indium oxide added with tin (indium tin oxide: ITO), indium zinc oxide (IZO), or magnesium oxide (MgO) can be used.
On the other hand, examples of the material having no transparency include amorphous silicon, polysilicon, organic semiconductor, and the like.

本発明に用いられる半導体層の厚みは、構成材料の種類等に応じて所望の半導体特性を実現できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、5nm〜100nmの範囲内とされる。   The thickness of the semiconductor layer used in the present invention is not particularly limited as long as desired semiconductor characteristics can be realized according to the type of constituent material, etc., but is usually in the range of 5 nm to 100 nm. The

(4)ソース電極およびドレイン電極
次に、上記ソース電極およびドレイン電極について説明する。本発明に用いられるソース電極、およびドレイン電極は、上記半導体層と接し、かつ互いに対向するように形成されたものである。本発明に用いられるソース電極、およびドレイン電極は、透明性を有するものであってもよく、または透明性を有さないものであってもよい。透明性を有するソース電極およびドレイン電極としては、例えば、インジウム錫オキサイド(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等からなるものを挙げることができる。また透明性を有さないソース電極およびドレイン電極としては、例えば、Ti、Mo、Cr、Wからなるもの等を挙げることができる。本発明に用いられるソース電極およびドレイン電極の厚みは特に限定されるものではないが、通常、20nm〜200nmの範囲内が好ましい。
(4) Source and drain electrodes Next, the source and drain electrodes will be described. The source electrode and the drain electrode used in the present invention are formed so as to be in contact with the semiconductor layer and opposed to each other. The source electrode and drain electrode used in the present invention may have transparency or may not have transparency. Examples of the transparent source electrode and drain electrode include those made of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and the like. Moreover, as a source electrode and a drain electrode which do not have transparency, what consists of Ti, Mo, Cr, W etc. can be mentioned, for example. The thicknesses of the source electrode and the drain electrode used in the present invention are not particularly limited, but are usually preferably in the range of 20 nm to 200 nm.

(5)トランジスタ部
本発明に用いられるトランジスタ部がボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなる場合においても、上記トランジスタ部には、必要に応じて上記以外の他の構成を有してもよい。上記他の構成としては、トランジスタ部の機能を損なうものでなければ特に限定されるものではなく、所望の機能を備える構成を適宜選択して用いることができる。このような他の構成として、本発明に好適に用いられるものとしては、例えば、トランジスタ部の最上部に形成されるパッシベーション層を挙げることができる。当該パッシベーション層が用いられることにより、トランジスタ部の経過時劣化を防止できるという利点がある
(5) Transistor portion Even when the transistor portion used in the present invention is formed of a thin film transistor having a bottom-gate structure, the transistor portion may have another configuration other than the above as necessary. The other configuration is not particularly limited as long as the function of the transistor portion is not impaired, and a configuration having a desired function can be appropriately selected and used. As such another configuration, as a material suitably used in the present invention, for example, a passivation layer formed on the uppermost portion of the transistor portion can be cited. By using the passivation layer, there is an advantage that deterioration of the transistor portion can be prevented during the passage.

本発明に用いられるパッシベーション層としては、例えば、SiO、Si、Ta、Alからなるものを挙げることができる。また、本発明に用いられるパッシベーション層の厚みは特に限定されるものではないが、通常、50nm〜1μmの範囲内とされる。 Examples of the passivation layer used in the present invention include those composed of SiO 2 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , and Al 2 O 3 . The thickness of the passivation layer used in the present invention is not particularly limited, but is usually in the range of 50 nm to 1 μm.

上記トランジスタ部にパッシベーション層が形成されている態様としては、個々のトランジスタ部毎に独立して形成されている態様や、上述したセンサ部の構成要素の一部と一体として形成されている態様を挙げることができる。本発明におけるパッシベーション層は、これらのいずれの態様で形成されているものであってもよいが、センサ部の構成要素の一部と一体として形成されていることが好ましく、特に、センサ部のイオン感応膜と一体として形成されている態様であることが好ましい。パッシベーション層がこのような態様で形成されていることにより、本発明のトランジスタ型センサの構成をより簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるからである。
なお、上記「一体として」とは、上記パッシベーション層と、上記イオン感応膜とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
As an aspect in which the passivation layer is formed in the transistor part, an aspect in which each transistor part is independently formed, or an aspect in which it is formed integrally with some of the components of the sensor part described above. Can be mentioned. The passivation layer in the present invention may be formed in any of these aspects, but is preferably formed integrally with some of the components of the sensor unit, and in particular, the ions of the sensor unit. It is preferable that it is the aspect formed integrally with the sensitive film | membrane. Since the passivation layer is formed in such a manner, the configuration of the transistor type sensor of the present invention can be further simplified, and therefore a transistor type sensor that can be manufactured by a simpler process is provided. Because you can.
Note that the term “integrally” means that the passivation layer and the ion-sensitive film are formed as a single member having both functions.

ここで、上記パッシベーション層がセンサ部のイオン感応膜と一体として形成されている場合、当該パッシベーション層は、イオン感応膜としても機能する材料からなるものであること要するが、このようなパッシベーション層としては、例えば、SiO、Si、Ta、Alからなるもの等を挙げることができる。 Here, when the passivation layer is formed integrally with the ion-sensitive film of the sensor unit, the passivation layer is required to be made of a material that also functions as an ion-sensitive film. However, as such a passivation layer, Examples thereof include those composed of SiO 2 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , and Al 2 O 3 .

なお、上記パッシベーション層がセンサ部のイオン感応膜と一体として形成されている態様については、後述する「4.トランジスタ型センサの構成」の項において詳述する。   The aspect in which the passivation layer is formed integrally with the ion sensitive film of the sensor part will be described in detail in the section of “4. Configuration of transistor type sensor” described later.

3.基材
次に、本発明に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材としては、上述したトランジスタ部、およびセンサ部を支持できるものであれば特に限定されるものではない。このような基材としては、例えば、具体的には、ガラス等の無機材料、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)で代表される有機材料を挙げることができる。また、本発明に用いられる基材の形状も限定されるものではなく、例えば、平板、平膜、フィルム、多孔質膜等の平坦な形状や、シリンダ、スタンプ、マルチウェルプレート、マイクロ流路等の立体的な形状が挙げられる。フィルムを使用する場合、その厚さは特に制限されないが、通常、1μm〜1mmの範囲内とされる。
3. Next, the substrate used in the present invention will be described. The base material used in the present invention is not particularly limited as long as it can support the above-described transistor portion and sensor portion. Specific examples of such a base material include inorganic materials such as glass, plastics such as PEN or PET (polyester resin, polyethylene resin, polypropylene resin, ABS resin, nylon, acrylic resin, fluororesin, and polycarbonate resin. , Polyurethane resin, methylpentene resin, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, vinyl chloride resin). In addition, the shape of the substrate used in the present invention is not limited, for example, flat shapes such as flat plates, flat membranes, films, porous membranes, cylinders, stamps, multiwell plates, microchannels, etc. These three-dimensional shapes are mentioned. When using a film, the thickness is not particularly limited, but is usually in the range of 1 μm to 1 mm.

なお、本発明に用いられる基材は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。もっとも、本発明のトランジスタ型センサの用途等に応じて、上記センサ部において電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、上記基材も透明性を有するものを用いることを要する。   In addition, the base material used for this invention may have transparency, or may be opaque. However, when evaluating not only the voltage change but also the shape change of the sample in the sensor section according to the application of the transistor type sensor of the present invention, it is necessary to use the substrate having transparency as well. .

4.トランジスタ型センサの構成
次に、本発明のトランジスタ型センサの構成について説明する。本発明のトランジスタ型センサは、少なくとも次の2点において構成上の特徴を有するものである。
まず第1に、本発明のトランジスタ型センサは、複数のトランジスタ部と、センサ部とが上記基材の同一表面上に並列するように配置されているという特徴を有する。このような特徴を有することにより、本発明のトランジスタ型センサは、上記センサ部におけるイオン感応膜を形成する面積に制約が少なく、広い面積でイオン感応膜を形成することができること、およびイオン感応膜上に測定対象となる試料を付与した場合に、当該試料によってトランジスタ部の機能が劣化してしまうという問題点がないという効果を奏するものとなっている。ここで、本発明においては、基材上に、センサ部と複数のトランジスタ部とが配置されているが、本発明においてはセンサ部と、複数のトランジスタ部の全てが上記基材の同一表面上に形成されたものになっている。
第2に、本発明のトランジスタ型センサは、複数のトランジスタ部が用いられており、単一の上記センサ部に対して複数の上記トランジスタ部が電気的に接続されているという特徴を有する。このような特徴を有することにより本発明のトランジスタ型センサは、複数のトランジスタ部の中に動作しないもの、または動作不良のものが含まれていたとしても、他のトランジスタ部によって正常値のデータ取得を行うことができ、また、複数のトランジスタ部で取得されたデータを比較検討することが可能になるため、異常値を容易に判別することができ、これを排除することにより正確な評価を行うことが可能になるという効果を奏する。さらに、複数のトランジスタ部によるデータ取得が可能であることから、例えば、各トランジスタ部で得られた測定データを統計処理することにより精度の高い評価をすることができるという効果も奏する。
4). Next, the configuration of the transistor type sensor of the present invention will be described. The transistor type sensor of the present invention has structural features in at least the following two points.
First, the transistor type sensor of the present invention has a feature that a plurality of transistor portions and a sensor portion are arranged in parallel on the same surface of the substrate. By having such characteristics, the transistor type sensor of the present invention has less restrictions on the area where the ion sensitive film is formed in the sensor section, and can form the ion sensitive film over a wide area, and the ion sensitive film. When a sample to be measured is applied on top, there is an effect that there is no problem that the function of the transistor portion deteriorates due to the sample. Here, in the present invention, the sensor part and the plurality of transistor parts are arranged on the base material. However, in the present invention, the sensor part and the plurality of transistor parts are all on the same surface of the base material. It has been formed.
Second, the transistor type sensor of the present invention has a feature that a plurality of transistor portions are used, and the plurality of transistor portions are electrically connected to a single sensor portion. By having such characteristics, the transistor type sensor of the present invention can obtain normal value data by other transistor units even if a plurality of transistor units do not operate or malfunction. In addition, since it is possible to compare and examine data acquired by a plurality of transistor portions, an abnormal value can be easily distinguished, and accurate evaluation is performed by eliminating this abnormal value. There is an effect that it becomes possible. Furthermore, since data acquisition by a plurality of transistor units is possible, for example, the measurement data obtained in each transistor unit can be statistically processed to perform highly accurate evaluation.

本発明において、単一のセンサ部に対して、複数のトランジスタ部が電気的に接続されている態様としては、単一のセンサ部に対して少なくとも2以上のトランジスタ部が電気的に接続されている態様であれば特に限定されるものではない。少なくとも2以上のトランジスタ部が電気的に接続されていれば、複数のトランジスタ部の中に動作しないもの、または動作不良のものが含まれていたとしても、他のトランジスタ部によって正常値のデータ取得を行うことができるからである。もっとも、本発明においては、より精度の高い測定が可能になるという観点から、3以上のトランジスタ部が単一のセンサ部に電気的に接続されていることが好ましい。高精度で測定を行うには、複数のトランジスタ部によって正常なデータを取得し、当該データを統計処理等することが望ましいといえるところ、3以上のトランジスタ部が用いられていれば、そのうちの1つが異常であったとしても、残りの2つのトランジスタ部によって取得された正常なデータに平均化処理等を行うことによって、精度の高い測定値を得ることができるからである。ここで、3以上のトランジスタ部が単一のセンサ部に電気的に接続されている場合、トランジスタ部の数の上限値は特に限定されるものではなく、本発明のトランジスタ型センサの用途等に応じて適宜決定することができる。   In the present invention, as a mode in which a plurality of transistor parts are electrically connected to a single sensor part, at least two or more transistor parts are electrically connected to a single sensor part. There is no particular limitation as long as it is an embodiment. If at least two or more transistor parts are electrically connected, even if some of the transistor parts do not operate or malfunction, the other transistor parts acquire normal value data. It is because it can be performed. However, in the present invention, it is preferable that three or more transistor portions are electrically connected to a single sensor portion from the viewpoint of enabling measurement with higher accuracy. In order to perform measurement with high accuracy, it can be said that it is desirable to obtain normal data by a plurality of transistor portions and perform statistical processing on the data. However, if three or more transistor portions are used, one of them is used. This is because even if one of them is abnormal, a highly accurate measurement value can be obtained by performing averaging processing or the like on normal data acquired by the remaining two transistor portions. Here, when three or more transistor portions are electrically connected to a single sensor portion, the upper limit value of the number of transistor portions is not particularly limited, and is suitable for the use of the transistor type sensor of the present invention. It can be determined accordingly.

本発明において、基材上にセンサ部と、複数のトランジスタ部とが配置されている態様としては、単一のセンサ部に複数のトランジスタ部を電気的に接続可能な態様であれば特に限定されるものではないが、単一のセンサ部の周囲に均等な間隔で複数のトランジスタが配置されていることが好ましい。このような態様としては、例えば、センサ部が円形である場合には、均等な角度毎にトランジスタ部が配置されている態様を挙げることができ、またセンサ部が正方形である場合には、各辺に同数のトランジスタ部が配置されており、かつ、各辺におけるトランジスタ部の間隔が均一である態様を挙げることができる。さらに、多角形のセンサ部のそれぞれの辺の中央に一つずつトランジスタ部が配置された態様も挙げることができる。   In the present invention, the mode in which the sensor unit and the plurality of transistor units are arranged on the base material is not particularly limited as long as the plurality of transistor units can be electrically connected to the single sensor unit. Although not intended, it is preferable that a plurality of transistors be arranged at equal intervals around a single sensor unit. As such an aspect, for example, when the sensor part is circular, the aspect in which the transistor parts are arranged at equal angles can be cited, and when the sensor part is square, An example in which the same number of transistor portions are arranged on the sides and the intervals of the transistor portions on each side are uniform can be given. Furthermore, an aspect in which one transistor portion is arranged at the center of each side of the polygonal sensor portion can be given.

本発明に用いられるトランジスタ部として、上述したボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタからなるものが用いられる場合、本発明のトランジスタ型センサは、トランジスタ部に用いられる一部の構成要素と、センサ部に用いられる一部の構成要素とを、一体として形成しやすくなる。そして、トランジスタ部に用いられる一部の構成要素と、センサ部に用いられる一部の構成要素とを、一体として形成することにより、本発明のトランジスタ型センサの構成を簡略化し、簡易な工程で製造可能になるという利点がある。なお、このような利点は、本発明においてセンサ部とトランジスタ部とが基材の同一表面上に形成されていることにも基づくものである。   When the transistor portion used in the present invention includes the above-described thin film transistor having the bottom-gate structure, the transistor type sensor of the present invention is used for some components used in the transistor portion and the sensor portion. This makes it easy to form a part of the components as a unit. Then, by forming a part of the constituent elements used in the transistor part and a part of the constituent elements used in the sensor part as one body, the structure of the transistor type sensor of the present invention is simplified, and the process is simplified. There is an advantage that it can be manufactured. Such an advantage is also based on the fact that the sensor portion and the transistor portion are formed on the same surface of the substrate in the present invention.

本発明のトランジスタ型センサにおいて、トランジスタ部に用いられる一部の構成要素と、センサ部に用いられる一部の構成要素とが一体として形成されている態様としては、例えば、(ア)トランジスタ部のゲート電極と、センサ部の検知用電極とが、一体として形成されている態様、(イ)トランジスタ部のゲート絶縁層と、センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されている態様、(ウ)トランジスタ部のパッシベーション層と、センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されている態様を挙げることができる。また、上記(ウ)の態様においては、さらにトランジスタ部のゲート絶縁層と、センサ部の絶縁層とが一体として形成されている態様を挙げることができる。また、上記(ア)の態様は、上記(イ)または(ウ)の態様と組み合わせて採用することもできる。ここで、上記(ア)の態様は、トランジスタ型センサの構成を簡略化し、簡易な工程で製造可能になるという利点に加えて、電気的な接続信頼性が向上するという利点もある。   In the transistor-type sensor of the present invention, as an aspect in which some components used in the transistor portion and some components used in the sensor portion are integrally formed, for example, A mode in which the gate electrode and the detection electrode of the sensor unit are integrally formed; (b) a mode in which the gate insulating layer of the transistor unit and the ion sensitive film of the sensor unit are formed integrally; ) A mode in which the passivation layer of the transistor part and the ion sensitive film of the sensor part are integrally formed can be mentioned. Further, in the above aspect (c), an aspect in which the gate insulating layer of the transistor part and the insulating layer of the sensor part are integrally formed can be exemplified. In addition, the above aspect (a) can be employed in combination with the above aspect (a) or (c). Here, the above aspect (a) has the advantage that the electrical connection reliability is improved in addition to the advantage that the structure of the transistor-type sensor is simplified and can be manufactured by a simple process.

上述した各態様について図を参照しながら説明する。図2は、本発明のトランジスタ型センサにおいて、トランジスタ部のゲート電極と、センサ部の検知用電極とが一体として形成されている態様の一例を示す概略断面図である。図2に例示するように、本発明のトランジスタ型センサ1においては、トランジスタ部20のゲート電極21と、センサ部30の検知用電極31とが一体として形成されていてもよい。   Each aspect mentioned above is demonstrated referring a figure. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the gate electrode of the transistor portion and the detection electrode of the sensor portion are integrally formed in the transistor type sensor of the present invention. As illustrated in FIG. 2, in the transistor type sensor 1 of the present invention, the gate electrode 21 of the transistor unit 20 and the detection electrode 31 of the sensor unit 30 may be integrally formed.

図3は、本発明のトランジスタ型センサにおいて、トランジスタ部のゲート絶縁層と、センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されている態様の一例を示す概略断面図である。図3に例示するように、本発明のトランジスタ型センサ1においては、トランジスタ部20ゲート絶縁層22と、センサ部のイオン感応膜32とが一体として形成されていてもよい。なお、図3においては、トランジスタ部20のゲート電極21と、センサ部30の検知用電極31とが一体として形成されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a mode in which the gate insulating layer of the transistor part and the ion sensitive film of the sensor part are integrally formed in the transistor type sensor of the present invention. As illustrated in FIG. 3, in the transistor type sensor 1 of the present invention, the transistor part 20 gate insulating layer 22 and the ion sensitive film 32 of the sensor part may be integrally formed. In FIG. 3, the gate electrode 21 of the transistor unit 20 and the detection electrode 31 of the sensor unit 30 are integrally formed.

また、図4は、本発明のトランジスタ型センサにおいて、トランジスタ部のパッシベーション層と、センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されている態様の一例を示す概略断面図である。ここで、図4(a)は、トランジスタ部のパッシベーション層と、センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されている代表例を示すものであり、図4(b)は、さらにトランジスタ部のゲート絶縁層と、センサ部の絶縁層とが一体として形成されている態様の一例を示すものである。図4(a)に示すように、本発明のトランジスタ型センサ1においては、トランジスタ部20のパッシベーション層26と、センサ部30のイオン感応膜32とが一体として形成されていてもよいものであり、さらに、図4(b)に例示するように、トランジスタ部20のゲート絶縁層22と、センサ部30の絶縁層33とが一体として形成されていてもよいものである。
なお、図4においては、トランジスタ部20のゲート電極21と、センサ部30の検知用電極31とが一体として形成されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a mode in which the passivation layer of the transistor part and the ion sensitive film of the sensor part are integrally formed in the transistor type sensor of the present invention. Here, FIG. 4A shows a representative example in which the passivation layer of the transistor portion and the ion sensitive film of the sensor portion are integrally formed, and FIG. 4B further shows the transistor portion. An example in which the gate insulating layer and the insulating layer of the sensor portion are integrally formed is shown. As shown in FIG. 4 (a), in the transistor type sensor 1 of the present invention, the passivation layer 26 of the transistor unit 20 and the ion sensitive film 32 of the sensor unit 30 may be integrally formed. Furthermore, as illustrated in FIG. 4B, the gate insulating layer 22 of the transistor unit 20 and the insulating layer 33 of the sensor unit 30 may be integrally formed.
In FIG. 4, the gate electrode 21 of the transistor unit 20 and the detection electrode 31 of the sensor unit 30 are integrally formed.

5.トランジスタ型センサの用途
本発明のトランジスタ型センサは、トランジスタ部のソース電極−ドレイン電極間に易一定の電圧を印加しつつ、センサ部のイオン感応膜上に試料を付与し、当該試料内に挿入した参照電極を介して可変電圧(参照電圧)を試料に印加すると、イオン感応膜に生ずる電位(以下、「膜電位」ともいう。)の変化に応じて、半導体層に形成されるチャネル領域が変化し、ドレイン電流の変化を検出することができるものである。この結果、参照電圧に基づくドレイン電流の変化、すなわち、トランジスタとしての電流−電圧特性を、予め測定した標準試料における電流−電圧特性と比較することによって試料に含まれるサンプルの種別を特定することができるようになっている。
5. Applications of the transistor type sensor The transistor type sensor of the present invention applies a sample to the ion sensitive film of the sensor unit while applying a constant voltage between the source electrode and the drain electrode of the transistor unit, and inserts the sample into the sample. When a variable voltage (reference voltage) is applied to the sample via the reference electrode, the channel region formed in the semiconductor layer is changed according to the change in potential (hereinafter also referred to as “membrane potential”) generated in the ion sensitive film. Change, and a change in drain current can be detected. As a result, it is possible to specify the type of sample included in the sample by comparing the change in drain current based on the reference voltage, that is, the current-voltage characteristic as a transistor, with the current-voltage characteristic in a standard sample measured in advance. It can be done.

また、本発明のトランジスタ型センサは、上記基材、検知用電極、およびイオン感応膜として透明性を有するものを用いることにより、イオン感応膜上の形態観察も行うことが可能になる。すなわち、イオン感応膜上に付与された試料に対して、上部から光を照射し、その透過光を利用して、基材側から顕微鏡その他の光学観察機器によって観察することができる。また、必要に応じて明視野観察の他に位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡等を用いることも可能である。   Moreover, the transistor type sensor of this invention can also perform the form observation on an ion sensitive film | membrane by using what has transparency as said base material, a detection electrode, and an ion sensitive film | membrane. That is, the sample provided on the ion-sensitive film can be observed with a microscope or other optical observation equipment from the substrate side by irradiating light from above and using the transmitted light. In addition to bright field observation, a phase contrast microscope, a differential interference microscope, or the like can be used as necessary.

本発明のトランジスタ型センサは、このようにして動作するものであることから、あらゆる資料の評価に用いることが可能なものであるが、特に細胞、DNA、糖鎖、タンパク質等の生物関連物質を評価対象とする、バイオセンサとして好適に用いることができる。   Since the transistor-type sensor of the present invention operates in this way, it can be used for the evaluation of all materials. In particular, biological-related substances such as cells, DNA, sugar chains, and proteins can be used. It can be suitably used as a biosensor to be evaluated.

6.トランジスタ型センサの製造方法
次に、本発明のトランジスタ型センサの製造方法について説明する。本発明のトランジスタ型センサは、例えば、次のような方法によって形成することができる。すなわち、まず、スパッタ法等により基材上に金属膜を形成した後、フォトリソグラフィー等によって当該金属膜をパターニングすることによりゲート電極兼検知用電極を形成する。このとき、金属膜のパターニングは、単一の検知用電極に複数のゲート電極が電気的に接続されるような形状とする。次に、そのゲート電極兼検知用電極を覆うようにゲート絶縁層兼イオン感応膜を基材上の全面に形成する。次に、スパッタ法等により、ゲート絶縁膜兼イオン感応膜を覆うように、基材上の全面に半導体膜を形成し、当該半導体膜をフォトリソグラフィー法等によってパターニングすることにより、半導体層を形成する。次に、上記半導体層上の全面に、スパッタ法等により、金属膜を形成し、当該金属膜をフォトリソグラフィー法等によってパターニングすることによって、ソース電極およびドレイン電極を形成する。このような方法によれば、トランジスタ部のゲート絶縁層と、センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されている態様のトランジスタ型センサを製造することができる。
6). Next, a method for manufacturing a transistor type sensor according to the present invention will be described. The transistor type sensor of the present invention can be formed by the following method, for example. That is, first, after forming a metal film on a substrate by sputtering or the like, the metal film is patterned by photolithography or the like to form a gate electrode / detecting electrode. At this time, the metal film is patterned so that a plurality of gate electrodes are electrically connected to a single detection electrode. Next, a gate insulating layer / ion sensitive film is formed on the entire surface of the substrate so as to cover the gate electrode / detection electrode. Next, a semiconductor film is formed on the entire surface of the substrate so as to cover the gate insulating film / ion-sensitive film by sputtering or the like, and the semiconductor film is patterned by photolithography or the like to form a semiconductor layer. To do. Next, a metal film is formed on the entire surface of the semiconductor layer by sputtering or the like, and the metal film is patterned by photolithography or the like to form a source electrode and a drain electrode. According to such a method, it is possible to manufacture a transistor type sensor in which the gate insulating layer of the transistor part and the ion sensitive film of the sensor part are integrally formed.

B.測定方法
次に、本発明の測定方法について説明する。上述したように本発明の測定方法は、上記本発明に係るトランジスタ型センサを用いた測定方法であって、複数の上記トランジスタ部で測定データを取得する、データ取得工程と、上記データ取得工程で取得された、測定データを処理するデータ処理工程と、を有することを特徴とするものである。
B. Measurement Method Next, the measurement method of the present invention will be described. As described above, the measurement method of the present invention is a measurement method using the transistor type sensor according to the present invention, and includes a data acquisition step of acquiring measurement data by a plurality of the transistor units, and the data acquisition step. And a data processing step for processing the acquired measurement data.

本発明によれば、上記データ取得工程において本発明のトランジスタ型センサが備える複数のトランジスタ部から測定データを取得することにより、仮に複数のトランジスタ部の一部に動作しないもの、または動作不良のものが含まれていたとしても、他のトランジスタ部から正常値のデータ取得を行うことができる。また、複数のトランジスタ部で取得されたデータを比較検討することが可能になるため、異常値を容易に判別することができ、これを排除することにより正確な評価を行うことできる。さらに、上記データ処理工程において複数のトランジスタ部から取得された測定データを処理することにより、精度の高い測定結果を得ることができる。   According to the present invention, in the above data acquisition step, measurement data is acquired from a plurality of transistor units included in the transistor type sensor of the present invention, so that it does not operate on a part of the plurality of transistor units, or operates poorly. Even if included, normal value data can be obtained from other transistor portions. Further, since it becomes possible to compare and examine data acquired by a plurality of transistor portions, an abnormal value can be easily determined, and accurate evaluation can be performed by eliminating this abnormal value. Furthermore, by processing the measurement data acquired from the plurality of transistor portions in the data processing step, a highly accurate measurement result can be obtained.

本発明の測定方法は、少なくとも上記データ取得工程と、データ処理工程とを有するものであり、必要に応じて他の工程を有してもよいものである。
以下、本発明に用いられる各工程について順に説明する。
The measurement method of the present invention includes at least the data acquisition step and the data processing step, and may include other steps as necessary.
Hereafter, each process used for this invention is demonstrated in order.

1.データ取得工程
まず、本発明に用いられるデータ取得工程について説明する。本工程は、上記本発明に係るトランジスタ型センサを用い、当該トランジスタ型センサが備える複数のトランジスタ部で測定データを取得する工程である。本工程において複数のトランジスタ部で測定データを取得す方法は、測定対象に応じて適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、複数のトランジスタ部で同時に測定データを取得する方法や、複数のトランジスタで順次に測定データを取得する方法等を挙げることができる。
1. Data Acquisition Step First, the data acquisition step used in the present invention will be described. This step is a step of using the transistor-type sensor according to the present invention to obtain measurement data with a plurality of transistor portions included in the transistor-type sensor. In this step, the method for acquiring measurement data with a plurality of transistor portions can be appropriately determined according to the measurement target, and is not particularly limited. Examples of such a method include a method of simultaneously obtaining measurement data with a plurality of transistor portions, a method of sequentially obtaining measurement data with a plurality of transistors, and the like.

2.データ処理工程
次に、本発明に用いられるデータ処理工程について説明する。本工程は、上記データ取得工程において上記トランジスタ部を通して取得された複数の測定データを処理して、測定結果を得る工程である。
2. Data Processing Step Next, the data processing step used in the present invention will be described. This step is a step of obtaining a measurement result by processing a plurality of measurement data acquired through the transistor unit in the data acquisition step.

本工程において、測定データを処理する方法としては、本発明の測定方法の目的等に応じて所望の測定結果を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。ここで、本発明に用いられるトランジスタ部の数は多い方が望ましいが、レイアウト上の制約から多くのトランジスタ部を配置接続出来ない場合がある。したがって、トランジスタ部の数に応じて適宜適切なデータ処理方法を選択して用いることが好ましい。例えば、2個のトランジスタ部が用いられる場合には、データ処理方法として、それぞれのトランジスタ部の測定データの平均値を算出する方法を挙げることができる。また、3個のトランジスタ部が用いられる場合は、3つの測定データの平均値をとるか、もしくは目的に応じて他の二つのそれぞれの値に比べて極端に大きい、小さい場合はそれを除いて二つの平均値をとるなどが挙げられる。このとき、排除するべき測定データの判断基準としては、例えば全ての平均値から15%以上大きい、もしくは小さい場合は異常値とするなどが挙げられる。この15%という値はプロセスの信頼性などで任意に設定出来る。この様に設定した場合トランジスタがその配線が断線しているなどの不具合で電流が流れていないなどの場合には弾くことが出来る。4個以上のトランジスタ部が用いられる場合は、基本的には3個のトランジスタ部が用いられる場合と同様のデータ処理方法を採用することができる。   In this step, the method for processing the measurement data is not particularly limited as long as a desired measurement result can be obtained according to the purpose of the measurement method of the present invention. Here, it is desirable that the number of transistor portions used in the present invention be large, but there are cases where many transistor portions cannot be arranged and connected due to layout restrictions. Therefore, it is preferable to select and use an appropriate data processing method according to the number of transistor portions. For example, when two transistor portions are used, a data processing method may include a method of calculating an average value of measurement data of each transistor portion. In addition, when three transistor parts are used, the average value of the three measurement data is taken, or it is extremely larger than the other two values depending on the purpose. Take the average of the two. In this case, as a criterion for determining the measurement data to be excluded, for example, an abnormal value may be used when the average value is 15% or more greater than or smaller than all average values. This value of 15% can be set arbitrarily depending on the reliability of the process. When set in this way, the transistor can be played in the case where no current is flowing due to a problem such as disconnection of the wiring. When four or more transistor portions are used, basically the same data processing method as when three transistor portions are used can be employed.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

本実施例では、ボトムゲート・トップコンタクト構造のトランジスタ型センサをガラス基板上に作製した。先ず、全面に厚さ100nmのゲート電極膜をスパッタ成膜した後、レジストパターンをフォトリソグラフィーで形成した後にエッチングし、ゲート電極膜を所定パターンにパターニングしてゲート電極を形成した。次に、そのゲート電極を覆うように厚さ300nmの酸化ケイ素をゲート絶縁膜として全面に形成した。このゲート絶縁膜は、RFマグネトロンスパッタリング装置を用い、8インチのSiOターゲットに投入電力:2.0kW(=6W/cm)、圧力:0.3Pa、OとArの混合ガスにて形成した。この後、ドライエッチングによりコンタクトホールを形成した。 In this example, a transistor type sensor having a bottom gate / top contact structure was formed on a glass substrate. First, a gate electrode film having a thickness of 100 nm was formed on the entire surface by sputtering, then a resist pattern was formed by photolithography and then etched, and the gate electrode film was patterned into a predetermined pattern to form a gate electrode. Next, silicon oxide having a thickness of 300 nm was formed as a gate insulating film on the entire surface so as to cover the gate electrode. This gate insulating film is formed using an RF magnetron sputtering apparatus with an input power of 2.0 kW (= 6 W / cm 2 ), a pressure of 0.3 Pa, and a mixed gas of O 2 and Ar using an 8-inch SiO 2 target. did. Thereafter, contact holes were formed by dry etching.

次に、ゲート絶縁膜を覆うように、全面に、In:Ga:Znが1:1:1のInGaZnO系IGZO半導体膜(InGaZnO)を厚さ25nmとなるように形成した。IGZO半導体膜は、RFマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温(25℃)、Ar:Oを30:50とした条件下で、4インチのInGaZnO(In:Ga:Zn=1:1:1)ターゲットを用いて形成した。次に、このIGZO半導体膜上にレジストパターンをフォトリソグラフィーで形成した後、シュウ酸溶液でウェットエッチングし、そのIGZO半導体膜をパターニングし、所定パターンからなるIGZO半導体膜を形成した。 Next, an InGaZnO-based IGZO semiconductor film (InGaZnO 4 ) with an In: Ga: Zn ratio of 1: 1: 1 was formed on the entire surface so as to cover the gate insulating film so as to have a thickness of 25 nm. The IGZO semiconductor film is a 4-inch InGaZnO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1) target using an RF magnetron sputtering apparatus under conditions of room temperature (25 ° C.) and Ar: O 2 of 30:50. Formed using. Next, after forming a resist pattern on the IGZO semiconductor film by photolithography, wet etching was performed with an oxalic acid solution, and the IGZO semiconductor film was patterned to form an IGZO semiconductor film having a predetermined pattern.

次に、IGZO半導体膜上の全面に厚さ200nmのチタニウム膜をソース電極及びドレイン電極とするためにスパッタ成膜した後、レジストパターンをフォトリソグラフィーで形成した後に過酸化水素水とアンモニアの混合溶液でウェットエッチングし、チタニウム膜を所定パターンにパターニングしてソース電極及びドレイン電極を形成した。このとき、ソース電極及びドレイン電極は、IGZO半導体膜上であってIGZO半導体膜の中央部直上以外に離間したパターンとなるように形成した。   Next, after forming a 200 nm-thick titanium film on the entire surface of the IGZO semiconductor film by sputtering to form a source electrode and a drain electrode, a resist pattern is formed by photolithography, and then a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia Wet etching was performed, and the titanium film was patterned into a predetermined pattern to form a source electrode and a drain electrode. At this time, the source electrode and the drain electrode were formed on the IGZO semiconductor film so as to have a pattern apart from other than just above the central portion of the IGZO semiconductor film.

次に、ソース電極、ドレイン電極及びIGZO半導体膜の全てを覆うように、厚さ100nmの酸化ケイ素をパッシベーション層としてRFマグネトロンスパッタリング法で形成し、ドライエッチングによりコンタクトホールを形成した。その後300℃・60分間の熱処理を大気雰囲気下で行った。こうしてトランジスタ型センサを作製した。本実施例で作製したトランジスタ型センサは、図8に示すように、正方形状のセンサ部30の1辺にそれぞれ2個ずつトランジスタ部20が接続された構成を有するものであった。   Next, 100 nm thick silicon oxide was formed as a passivation layer by RF magnetron sputtering so as to cover all of the source electrode, drain electrode, and IGZO semiconductor film, and contact holes were formed by dry etching. Thereafter, heat treatment at 300 ° C. for 60 minutes was performed in an air atmosphere. Thus, a transistor type sensor was produced. As shown in FIG. 8, the transistor type sensor manufactured in this example had a configuration in which two transistor units 20 were connected to one side of a square sensor unit 30.

評価の為、図5に示すようにセンサ部表面上にガラス筒を接着させ、pHが10のアルカリ溶液を筒内へ入れた。図6に溶液投入前後のトランジスタのトランスファー特性をそれぞれ示した。図6は溶液を投入することによってセンサ部で発生した帯電現象が横方向に走るゲート電極を伝わって、トランジスタのしきい値電圧のシフトとして観測された一例である。   For evaluation, a glass tube was adhered on the surface of the sensor unit as shown in FIG. 5, and an alkaline solution having a pH of 10 was put into the tube. FIG. 6 shows the transfer characteristics of the transistor before and after the addition of the solution. FIG. 6 shows an example in which the charging phenomenon generated in the sensor unit by introducing the solution is transmitted through the gate electrode running in the lateral direction and observed as a shift in the threshold voltage of the transistor.

続いて上記の評価のシフト量を6点で計測した場合の平均化処理について説明する。例えば図7の表に示す様な結果が得られた場合にすべての平均値は1.27Vとなる。この1.27Vの例えば±15%は1.08Vから1.46Vとなる。この基準から4番以外のトランジスタは正常で、4番のトランジスタは異常と判断出来る。この4番を除いて今一度平均値をとると、1.51Vとなり、この平均値をこのイオン感応領域のシフト量を判断することが出来る。なお、本実施例において作製したトランジスタ型センサには図8に示すように、1個のセンサ部に対して、8個のトランジスタ部が接続されているが、その中の一つはゲート電極での断線、もう一つはトランジスタ上での異物が確認されたことから、目視検査からそれらを除いた6点の計測を行った。もっとも、目視検査による計測点からの除外は任意に行うことが可能である。   Next, an averaging process when the shift amount of the above evaluation is measured at 6 points will be described. For example, when the results as shown in the table of FIG. 7 are obtained, all the average values are 1.27V. For example, ± 15% of 1.27V is changed from 1.08V to 1.46V. From this reference, it can be determined that the transistors other than No. 4 are normal and the No. 4 transistor is abnormal. If the average value is taken once again except for No. 4, it becomes 1.51 V, and this average value can be used to determine the shift amount of the ion sensitive region. As shown in FIG. 8, the transistor type sensor manufactured in this example has eight transistor parts connected to one sensor part, and one of them is a gate electrode. Since another foreign matter on the transistor was confirmed, six points were excluded from visual inspection. However, it is possible to arbitrarily exclude from the measurement points by visual inspection.

1 … トランジスタ型センサ
10 … 基材
20 … トランジスタ部
21 … ゲート電極
22 … ゲート絶縁層
23 … 半導体層
24 … ソース電極
25 … ドレイン電極
26 … パッシベーション層
30 … センサ部
31 … 検知用電極
32 … イオン感応膜
33 … 絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transistor type sensor 10 ... Base material 20 ... Transistor part 21 ... Gate electrode 22 ... Gate insulating layer 23 ... Semiconductor layer 24 ... Source electrode 25 ... Drain electrode 26 ... Passivation layer 30 ... Sensor part 31 ... Detection electrode 32 ... Ion Sensitive film 33 ... Insulating layer

Claims (3)

基材と、
薄膜トランジスタとしての機能を有するトランジスタ部と、
検知用電極、および前記検知用電極上に形成され、絶縁性材料からなるイオン感応膜、を有するセンサ部と、
を有し、
前記トランジスタ部と前記センサ部とが、前記基材の同一表面上に並列するように配置されており、かつ、前記トランジスタ部が複数用いられており、単一の前記センサ部に対して複数の前記トランジスタ部が電気的に接続されていることを特徴とする、トランジスタ型センサ。
A substrate;
A transistor portion having a function as a thin film transistor;
A sensor unit having a detection electrode and an ion-sensitive film formed on the detection electrode and made of an insulating material;
Have
The transistor part and the sensor part are arranged in parallel on the same surface of the substrate, and a plurality of the transistor parts are used, and a plurality of the transistor parts are used for a single sensor part. A transistor-type sensor, wherein the transistor portion is electrically connected.
前記基材が透明性を有するものであり、かつ前記検知用電極が透明性を有するものであり、さらに前記イオン感応膜が透明性を有するものであることを特徴とする、請求項1に記載のトランジスタ型センサ。   2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate has transparency, the detection electrode has transparency, and the ion-sensitive membrane has transparency. Transistor type sensor. 請求項1または請求項2に記載のトランジスタ型センサを用いた測定方法であって、
複数の前記トランジスタ部で測定データを取得する、データ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された測定データを処理する、データ処理工程と、
を有することを特徴とする、測定方法。
A measurement method using the transistor type sensor according to claim 1 or 2,
A data acquisition step of acquiring measurement data with a plurality of the transistor portions;
A data processing step for processing the measurement data acquired in the data acquisition step;
A measurement method characterized by comprising:
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61176845A (en) * 1985-01-31 1986-08-08 Nok Corp Film deposited by evaporation for immobilization of physiologically active material and field effect transistor urea sensor using said film
JPH03137552A (en) * 1989-10-23 1991-06-12 Terumo Corp Fet sensor
JPH0450648A (en) * 1990-06-12 1992-02-19 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Biochemical sensor
JP2003322633A (en) * 2002-05-01 2003-11-14 Seiko Epson Corp Sensor cell, biosensor, and manufacturing method therefor
EP1808692A1 (en) * 2006-01-13 2007-07-18 Seiko Epson Corporation Biochip, biosensor and inspection system
JP2008258594A (en) * 2007-03-09 2008-10-23 Hokkaido Univ Method of manufacturing carbon nanotube field-effect transistor, and biosensor device
JP2009288214A (en) * 2008-06-02 2009-12-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Field effect type sensor
WO2010106800A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 国立大学法人豊橋技術科学大学 Spectral device and method for controlling same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61176845A (en) * 1985-01-31 1986-08-08 Nok Corp Film deposited by evaporation for immobilization of physiologically active material and field effect transistor urea sensor using said film
JPH03137552A (en) * 1989-10-23 1991-06-12 Terumo Corp Fet sensor
JPH0450648A (en) * 1990-06-12 1992-02-19 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Biochemical sensor
JP2003322633A (en) * 2002-05-01 2003-11-14 Seiko Epson Corp Sensor cell, biosensor, and manufacturing method therefor
EP1808692A1 (en) * 2006-01-13 2007-07-18 Seiko Epson Corporation Biochip, biosensor and inspection system
JP2008258594A (en) * 2007-03-09 2008-10-23 Hokkaido Univ Method of manufacturing carbon nanotube field-effect transistor, and biosensor device
JP2009288214A (en) * 2008-06-02 2009-12-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Field effect type sensor
WO2010106800A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 国立大学法人豊橋技術科学大学 Spectral device and method for controlling same

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