JP3390756B2 - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JP3390756B2 JP2001088314A JP2001088314A JP3390756B2 JP 3390756 B2 JP3390756 B2 JP 3390756B2 JP 2001088314 A JP2001088314 A JP 2001088314A JP 2001088314 A JP2001088314 A JP 2001088314A JP 3390756 B2 JP3390756 B2 JP 3390756B2
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体電解質をゲー
トとして使用し、ダイヤモンドの水素終端表面をチャネ
ルとした電界効果トランジスタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor which uses a liquid electrolyte as a gate and uses a hydrogen-terminated surface of diamond as a channel.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
以下に記載されるものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique in such a field,
Some are listed below.

【0003】(1)H.Kawarada,Surfa
ce Science Reports 26(199
6)205 (2)G.W.Swain,Advanced Mat
erials,6,(1994)388 (3)藤嶋 昭;化学と工業51,(1998)207 ISFET(イオン感応性電界効果トランジスタ)はそ
の集積化、微細化のメリットから盛んに研究が進めら
れ、すでにSiを用いたものは市販されている。ダイヤ
モンドは物理的化学的に安定であることから、将来は生
体適合型バイオセンサとして期待されている。
(1) H. Kawarada, Surfa
ce Science Reports 26 (199
6) 205 (2) G.I. W. Swain, Advanced Mat
erials, 6, (1994) 388 (3) Fujishima A; Chemistry and Industry 51, (1998) 207 ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor) has been actively studied due to its merit of integration and miniaturization. Those using Si are commercially available. Since diamond is physically and chemically stable, it is expected as a biocompatible biosensor in the future.

【0004】ボロンドープされたダイヤモンドは、p型
の半導体的伝導性を示す。表面を水素で終端されたアン
ドープのダイヤモンドも表面にp型の伝導層を有する。
この水素終端表面伝導層は室温においても高い表面キャ
リア密度を示し(1013/cm2 )、温度依存性をほと
んど示さない。さらに、ほとんどのキャリアは表面から
の浅い領域に存在する(〜10nm)。このような構造
はFETの動作に有利であるため、本願発明者らはアン
ドープで水素終端処理を施したダイヤモンドを用いIS
FETの研究を行っている。
Boron-doped diamond exhibits p-type semiconducting conductivity. Undoped diamond whose surface is terminated with hydrogen also has a p-type conductive layer on the surface.
This hydrogen-terminated surface conductive layer exhibits a high surface carrier density (10 13 / cm 2 ) even at room temperature and exhibits almost no temperature dependence. Furthermore, most carriers are in the shallow region from the surface (~ 10 nm). Since such a structure is advantageous for the operation of the FET, the inventors of the present invention have used IS using undoped hydrogen-terminated diamond.
We are studying FETs.

【0005】また、水素終端構造はダイヤモンドの合成
にマイクロ波プラズマCVD法によりas grown
で得られるため、ボロンドープよりも容易にp型の半導
体的伝導性を得ることができる。ボロンドープのダイヤ
モンド電極は広い電位窓を持ち、溶存酸素の影響が少な
く、バックグラウンド電流が微小なことであるとの特徴
から、電極の研究は広い範囲で進歩している。本願発明
者らはアンドープ水素終端ダイヤモンドがボロンドープ
と同様に広い電位窓を持つことをすでに確認しており、
これを用いてダイヤモンドISFETの開発を世界では
じめて行った。
Further, the hydrogen-terminated structure has an as grown pattern by the microwave plasma CVD method for synthesizing diamond.
Therefore, p-type semiconductor conductivity can be obtained more easily than boron doping. Boron-doped diamond electrodes have a wide potential window, are less affected by dissolved oxygen, and have a small background current. Therefore, electrode research has advanced in a wide range. The inventors of the present application have already confirmed that undoped hydrogen-terminated diamond has a wide potential window like boron-doped diamond,
This was used to develop the diamond ISFET for the first time in the world.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】さらに、本願発明者ら
は研究をすすめた結果、ゲートとしての液体電解質のH
Cl、KCl等の水溶液中において、HCl、KClの
濃度が増加するに従いFETのドレイン電流の増加が見
られたことから、溶液の負イオン、特に、Cl-イオン
に高感度で感応することができる電界効果トランジスタ
を提供することを目的とする。
Further, as a result of further research by the present inventors, H of liquid electrolyte as a gate
In an aqueous solution of Cl, KCl, etc., the drain current of the FET was found to increase as the concentration of HCl, KCl increased, so that it is possible to sensitively react with the negative ions of the solution, particularly Cl ions. An object is to provide a field effect transistor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕電界効果トランジスタにおいて、ソース電極とド
レイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が露出した
チャネルと、このチャネルの露出したダイヤモンドの水
素終端表面に接触する負イオンを含むpH1−pH14
の溶液からなるゲートとを備え、前記pH1−pH14
の溶液の負イオンの濃度を検出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides [1] a field effect transistor, a channel in which a hydrogen-terminated surface of diamond is exposed between a source electrode and a drain electrode, and a channel of this channel. PH 1-pH 14 containing negative ions in contact with the hydrogen-terminated surface of exposed diamond
And a gate consisting of the solution of
It is characterized by detecting the concentration of negative ions in the solution.

【0008】〔2〕上記〔1〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記pH1−pH14の溶液のClイオ
ンの濃度に対して閾値電圧の変化を検出することを特徴
とする。
[2] The field effect transistor described in [1] is characterized in that a change in threshold voltage is detected with respect to the concentration of Cl ions in the solution of pH1 to pH14.

【0009】〔3〕上記〔2〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記溶液は、KClであることを特徴と
する。
[3] In the field effect transistor described in [2] above, the solution is KCl.

【0010】〔4〕上記〔2〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記溶液は、HClであることを特徴と
する。
[4] In the field effect transistor described in [2], the solution is HCl.

【0011】〔5〕上記〔2〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記溶液は、NaClであることを特徴
とする。
[5] In the field effect transistor described in [2], the solution is NaCl.

【0012】〔6〕上記〔1〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記チャネルはpチャネルであることを
特徴とする。
[6] In the field effect transistor described in [1] above, the channel is a p-channel.

【0013】〔7〕上記〔6〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記pチャネルはピンチオフすることを
特徴とする。
[7] In the field effect transistor described in [6], the p channel is pinched off.

【0014】〔8〕上記〔1〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記ダイヤモンドは、アンドープ水素終
端単結晶又は多結晶ダイヤモンド薄膜からなることを特
徴とする。
[8] In the field-effect transistor described in [1], the diamond is formed of an undoped hydrogen-terminated single crystal or polycrystalline diamond thin film.

【0015】[0015]

〔9〕上記〔1〕記載の電界効果トランジ
スタにおいて、前記ダイヤモンドの水素終端表面は広い
電位窓を有し、この電位窓の範囲で正確な動作を行うこ
とを特徴とする。
[9] In the field-effect transistor according to [1], the hydrogen-terminated surface of the diamond has a wide potential window, and operates accurately in the range of this potential window.

【0016】〔10〕上記〔1〕記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、閾値電圧が前記液体電解質のpHに略
依存しない特性を有することを特徴とする。
[10] The field effect transistor described in [1] above is characterized in that the threshold voltage has a characteristic that it does not substantially depend on the pH of the liquid electrolyte.

【0017】〔11〕上記〔1〕記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、閾値電圧が環境に影響されない特性を
有することを特徴とする。
[11] The field effect transistor according to the above [1] is characterized in that the threshold voltage has a characteristic that is not influenced by the environment.

【0018】水素終端ダイヤモンド表面は化学的に安定
であり、電位窓の広い電気化学的電極として、二次電池
やバイオセンサーの一部として注目されている。本発明
によれば、電界効果トランジスタが溶液の中の塩素等の
負イオンに対する高感度イオンセンサーとして期待され
る。
The hydrogen-terminated diamond surface is chemically stable and has attracted attention as an electrochemical electrode having a wide potential window as a part of a secondary battery and a biosensor. According to the present invention, a field effect transistor is expected as a highly sensitive ion sensor for negative ions such as chlorine in a solution.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0020】図1は本発明にかかる液体電解質ゲートダ
イヤモンドFET(pチャネルFET)の断面図、図2
はその平面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a liquid electrolyte gate diamond FET (p-channel FET) according to the present invention, FIG.
Is a plan view thereof.

【0021】これらの図において、1は基板としての多
結晶ダイヤモンド、2はチャネル(多結晶ダイヤモンド
終端表面:p型表面伝導層)、3はソース電極(Au電
極)、4はゲート(液体電解質:例えばKCl水溶
液)、5はゲート電極、6はドレイン電極(Au電
極)、7は保護膜、8は液槽(絶縁体)である。
In these figures, 1 is polycrystalline diamond as a substrate, 2 is a channel (polycrystalline diamond termination surface: p-type surface conductive layer), 3 is a source electrode (Au electrode), 4 is a gate (liquid electrolyte: For example, KCl aqueous solution), 5 is a gate electrode, 6 is a drain electrode (Au electrode), 7 is a protective film, and 8 is a liquid tank (insulator).

【0022】ドレイン電流はゲート電圧により制御さ
れ、完全にピンチオフできる。閾値電圧は、液体電解質
のpH1−14の変化に対し、±0.2V範囲内であ
り、ネルンスト応答せず、pH依存性がほとんどないと
いえる。FETの動作電圧範囲は、ダイヤモンドを電気
化学的電極とした場合の電位窓の範囲に対応するダイヤ
モンドの単結晶又は多結晶であり、表面は水素原子によ
り被覆されている。
The drain current is controlled by the gate voltage and can be completely pinched off. The threshold voltage is within a range of ± 0.2 V with respect to changes in pH 1-14 of the liquid electrolyte, does not make a Nernst response, and can be said to have little pH dependence. The operating voltage range of the FET is a single crystal or polycrystal of diamond corresponding to the range of the potential window when diamond is used as the electrochemical electrode, and the surface is covered with hydrogen atoms.

【0023】以下、その液体電解質ゲートダイヤモンド
FET(pチャネルFET)について詳細に説明する。
The liquid electrolyte gate diamond FET (p-channel FET) will be described in detail below.

【0024】マイクロ波プラズマCVD法により、Si
基板上に多結晶ダイヤモンドを成膜した。まず、Si基
板にダイヤモンドバウダーで超音波処理を施し、水素を
キャリアガスとしてメタン濃度1%(総流量200sc
cm)で20時間成膜を行った。成膜されたダイヤモン
ドは大気中で安定なp型の伝導性を示す。この膜の電気
的特性を評価するためにホール効果測定を行った。続い
て、電気化学的特性を評価するためにサイクリックボル
タンメトリー(CV)測定を行った。参照電極はAg/
AgCl電極を用い、対極にPt線を螺旋状にしたもの
を利用した。電極面積は1.15cm2 である。
Si was formed by the microwave plasma CVD method.
Polycrystalline diamond was deposited on the substrate. First, a Si substrate was subjected to ultrasonic treatment with a diamond bower, and hydrogen was used as a carrier gas to obtain a methane concentration of 1% (total flow rate: 200 sc).
cm) for 20 hours. The formed diamond film exhibits stable p-type conductivity in the atmosphere. Hall effect measurements were performed to evaluate the electrical properties of this film. Then, cyclic voltammetry (CV) measurement was performed to evaluate the electrochemical characteristics. The reference electrode is Ag /
A spiral Pt wire was used as the counter electrode using an AgCl electrode. The electrode area is 1.15 cm 2 .

【0025】FETの構造図は、図1と同様である。金
属マスクを用いソース・ドレイン電極をAuで真空蒸着
により形成させる。ゲートおよび金属電極部分を除いた
領域をAr+ イオン照射により素子分離し、チャネル部
分以外をエポキシで保護し、完成する。こうして作製さ
れたFETはチャネルが剥き出しになっており、絶縁膜
や特別な感応膜は堆積させない。このFETを、電解質
水溶液に直接浸けて、ソース接地回路を用いて静特性を
測定する。Ids−Vds特性は参照電極(Vgs)の電位を
一定にし、Vdsを変化させてIdsを計測する。Ids−V
gs特性はVdsを一定にし、Vgsを変化させIdsを計測す
る。得られたデータからFETの閾値電圧を求め、pH
などの依存性を調査した。
The structure of the FET is similar to that shown in FIG. The source / drain electrodes are formed of Au by vacuum evaporation using a metal mask. The region except the gate and the metal electrode part is isolated by Ar + ion irradiation, and the part other than the channel part is protected with epoxy to complete the process. In the FET thus manufactured, the channel is exposed, and the insulating film and the special sensitive film are not deposited. This FET is directly immersed in an aqueous electrolyte solution, and static characteristics are measured using a source ground circuit. For the I ds -V ds characteristic, the potential of the reference electrode (V gs ) is kept constant and V ds is changed to measure I ds . I ds -V
For the gs characteristic, V ds is kept constant, V gs is changed, and I ds is measured. The threshold voltage of the FET is calculated from the obtained data, and the pH
We investigated the dependency of such as.

【0026】以下、その結果について説明する。The results will be described below.

【0027】(1)電気的特性 ホール効果測定を行った結果、シート抵抗は10〜20
kΩ、シートキャリア密度は5×1013/cm2 であ
り、p型伝導性を示す。移動度は10cm2 /V・s程
度である。これによりアンドープでも表面に十分な伝導
性を有していることが分かる。
(1) Electrical characteristics As a result of the Hall effect measurement, the sheet resistance is 10 to 20.
It has a kΩ and a sheet carrier density of 5 × 10 13 / cm 2 and exhibits p-type conductivity. The mobility is about 10 cm 2 / V · s. From this, it can be seen that even if undoped, the surface has sufficient conductivity.

【0028】(2)CV測定 0.1M(pH12.6)のKOH溶液中でのCV測定
結果を図3に示す。
(2) CV measurement The CV measurement result in a 0.1 M (pH 12.6) KOH solution is shown in FIG.

【0029】これより水素発生電位は−1.8V、酸素
発生電位は+0.9Vで、その電位窓は約2.7Vであ
る。この結果からアンドープダイヤモンドでも十分な電
位窓が得られているのが分かる。また、窒素ガスによる
バブリングを行って再度測定した結果、溶存酸素の影響
が少ないことが分かり、ボロンドープダイヤモンドと同
様の結果が得られていることが分かる。作製したFET
のバイアスポイントは、ゲート絶縁膜を介していないた
め、ゲート漏れ電流を抑えるために、この電位窓内の電
位に設定しなければならない。従って、電位窓が広いほ
どFET動作には有利であるといえる。
From this, the hydrogen generation potential is -1.8 V, the oxygen generation potential is +0.9 V, and the potential window thereof is about 2.7 V. From this result, it can be seen that a sufficient potential window is obtained even with undoped diamond. In addition, as a result of performing bubbling with nitrogen gas and measuring again, it was found that the influence of dissolved oxygen was small, and it was found that the same result as that of boron-doped diamond was obtained. Fabricated FET
Since the bias point of (1) does not pass through the gate insulating film, it must be set to the potential within this potential window in order to suppress the gate leakage current. Therefore, it can be said that the wider the potential window is, the more advantageous for the FET operation.

【0030】(3)FET特性 作製した素子のFET動作を確認するためIds−Vds
定を行ったところ、チャネルの完全なピンチオフを確認
した。
(3) FET characteristics When I ds -V ds measurement was performed to confirm the FET operation of the manufactured device, complete pinch-off of the channel was confirmed.

【0031】図4はHCl溶液pH1での静特性を示す
図である。水素終端したダイヤモンドは表面の末結合手
が水素で終端されているために表面準位密度が小さく、
溶液に印加した電位によって表面伝導層のキャリアをコ
ントロールすることができた考えられる。
FIG. 4 is a diagram showing static characteristics of an HCl solution at pH 1. Hydrogen-terminated diamond has a low surface state density because the surface dangling bonds are terminated by hydrogen,
It is considered that the carrier applied to the surface conduction layer could be controlled by the potential applied to the solution.

【0032】また、KOH水溶液でpHをパラメータと
してIds−Vgs特性を測定したところ、図5に示すよう
な測定結果が得られた。
When the I ds -V gs characteristics were measured with a KOH aqueous solution using pH as a parameter, the measurement results shown in FIG. 5 were obtained.

【0033】これよりFETの閾値電圧はpH8−pH
12で0.2Vのほぼ一定値を示している。閾値電圧は
ドレイン電流が1μAのゲート電圧とした。
From this, the threshold voltage of the FET is pH8-pH.
12 shows a substantially constant value of 0.2V. The threshold voltage was a gate voltage with a drain current of 1 μA.

【0034】次に、酸性領域での閾値電圧を調査するた
めHCl溶液で測定を行った。
Next, in order to investigate the threshold voltage in the acidic region, measurement was carried out with an HCl solution.

【0035】Ids−Vds測定から同様にFET動作を確
認し、Ids−Vgs特性から閾値電圧を測定したところ、
pHの上昇に伴い閾値電圧は絶対値が増加する方向にシ
フトしていることが確認できた。これは、HCl溶液が
水素イオンのみならず塩素イオンを含むためで、ダイヤ
モンド表面がこの塩素イオンを感知していることによる
ものと考えられる。そこで、KCl溶液で濃度をパラメ
ータとして測定を行った結果が図6である。
[0035] When confirmed similarly FET operation from I ds -V ds measured, to measure the threshold voltage from the I ds -V gs characteristics,
It was confirmed that the threshold voltage shifted in the direction of increasing absolute value as the pH increased. It is considered that this is because the HCl solution contains not only hydrogen ions but also chlorine ions, and the diamond surface senses the chlorine ions. Therefore, FIG. 6 shows the result of measurement with the KCl solution using the concentration as a parameter.

【0036】図6より、KCl溶液ではモル濃度の減少
に伴って閾値電圧は絶対値が増加する方向にシフトして
いることが確認できる。HCl溶液の結果からもKCl
溶液の結果(図6)からもCl- イオン濃度の減少に伴
って、閾値電圧の絶対値が増加していることが確認でき
る。これはH+ (OH- )イオンよりもCl- がダイヤ
モンド表面に選択的に吸着し、ダイヤモンド内の正孔を
引き寄せているか、もしくはCl- イオンが直接ダイヤ
モンド表面の伝導性に対して、何らかの影響を及ぼして
いると考えられる。
From FIG. 6, it can be confirmed that in the KCl solution, the threshold voltage shifts in the direction in which the absolute value increases as the molar concentration decreases. From the results of the HCl solution, KCl
From the results of the solution (FIG. 6), it can be confirmed that the absolute value of the threshold voltage increases as the Cl ion concentration decreases. This is because Cl is selectively adsorbed on the diamond surface rather than H + (OH ) ions and attracts holes in the diamond, or Cl ions have some influence on the conductivity of the diamond surface directly. It is thought to be affecting.

【0037】以上の結果より、アンドープ水素終端ダイ
ヤモンド表面を利用したISFETはpHの変化には影
響を受けないが、Cl- イオンに対しては依存性がある
ことが確認でき、Cl- 感応性FETとして有望である
ことがわかる。
From the above results, it was confirmed that the ISFET using the undoped hydrogen-terminated diamond surface is not affected by the change in pH, but has a dependency on Cl - ions, and the Cl - sensitive FET. It turns out to be promising.

【0038】なお、NaCl溶液においても、同様の作
用効果を奏することができる。
The same effect can be obtained with a NaCl solution.

【0039】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、電界効果トランジスタがpH1−pH14溶液
の中の塩素等の負イオンに対する高感度イオンセンサー
としてその実用的効果は著大である。特に、KCl、N
aCl、HClのCl- の高感度イオンセンサーとして
期待される。
As described above in detail, according to the present invention, the field effect transistor has a remarkable practical effect as a highly sensitive ion sensor for negative ions such as chlorine in pH 1 to pH 14 solutions. is there. Especially KCl, N
It is expected as a high-sensitivity ion sensor - NaCl, HCl of Cl.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる液体電解質ゲートダイヤモンド
FET(pチャネルFET)の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid electrolyte gate diamond FET (p-channel FET) according to the present invention.

【図2】本発明にかかる液体電解質ゲートダイヤモンド
FET(pチャネルFET)の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a liquid electrolyte gate diamond FET (p-channel FET) according to the present invention.

【図3】0.1M(pH12.6)のKOH溶液中での
CV測定結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a CV measurement result in a 0.1 M (pH 12.6) KOH solution.

【図4】HCl溶液pH1での静特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing static characteristics of an HCl solution at pH 1.

【図5】KOH水溶液でpHをパラメータとしたIds
gs特性の測定結果を示す図である。
FIG. 5: I ds − with pH as a parameter in KOH aqueous solution
It is a figure which shows the measurement result of a Vgs characteristic.

【図6】本発明にかかる液体電解質ゲートダイヤモンド
FET(pチャネルFET)のKCl溶液で濃度をパラ
メータとして測定を行った結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the results of measurement with a KCl solution of a liquid electrolyte gate diamond FET (p-channel FET) according to the present invention using concentration as a parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多結晶ダイヤモンド 2 チャネル(多結晶ダイヤモンド終端表面:p型表
面伝導層) 3 ソース電極(Au電極) 4 ゲート(液体電解質:例えばKCl水溶液) 5 ゲート電極 6 ドレイン電極(Au電極) 7 保護膜 8 液槽(絶縁体)
1 Polycrystalline Diamond 2 Channel (Polycrystalline Diamond Termination Surface: p-Type Surface Conductive Layer) 3 Source Electrode (Au Electrode) 4 Gate (Liquid Electrolyte: For example, KCl Aqueous Solution) 5 Gate Electrode 6 Drain Electrode (Au Electrode) 7 Protective Film 8 Liquid tank (insulator)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/414 G01N 27/416 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/414 G01N 27/416

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(a)ソース電極とドレイン電極間にダイ
ヤモンドの水素終端表面が露出したチャネルと、(b)
該チャネルの露出したダイヤモンドの水素終端表面に接
触する負イオンを含むpH1−pH14の溶液からなる
ゲートとを備え、(c)前記pH1−pH14の溶液の
負イオンの濃度を検出することを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。
1. A channel in which a hydrogen-terminated surface of diamond is exposed between (a) a source electrode and a drain electrode, and (b)
A gate composed of a solution of pH 1 to pH 14 containing negative ions in contact with the hydrogen-terminated surface of the exposed diamond of the channel, and (c) detecting the concentration of negative ions in the solution of pH 1 to pH 14. Field effect transistor to be.
【請求項2】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記pH1−pH14の溶液のClイオンの濃
度に対して閾値電圧の変化を検出することを特徴とする
電界効果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein a change in the threshold voltage is detected with respect to the concentration of Cl ions in the solution of pH1 to pH14.
【請求項3】 請求項2記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記溶液は、KClであることを特徴とする電
界効果トランジスタ。
3. The field effect transistor according to claim 2, wherein the solution is KCl.
【請求項4】 請求項2記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記溶液は、HClであることを特徴とする電
界効果トランジスタ。
4. The field effect transistor according to claim 2, wherein the solution is HCl.
【請求項5】 請求項2記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記溶液は、NaClであることを特徴とする
電界効果トランジスタ。
5. The field effect transistor according to claim 2, wherein the solution is NaCl.
【請求項6】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記チャネルはpチャネルであることを特徴と
する電界効果トランジスタ。
6. The field effect transistor according to claim 1, wherein the channel is a p channel.
【請求項7】 請求項6記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記pチャネルはピンチオフすることを特徴と
する電界効果トランジスタ。
7. The field effect transistor according to claim 6, wherein the p channel is pinched off.
【請求項8】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記ダイヤモンドは、アンドープ水素終端単結
晶又は多結晶ダイヤモンド薄膜からなることを特徴とす
る電界効果トランジスタ。
8. The field effect transistor according to claim 1, wherein the diamond comprises an undoped hydrogen-terminated single crystal or polycrystalline diamond thin film.
【請求項9】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記ダイヤモンドの水素終端表面は広い電位窓
を有し、該電位窓の範囲で正確な動作を行うことを特徴
とする電界効果トランジスタ。
9. The field effect transistor according to claim 1, wherein the hydrogen-terminated surface of the diamond has a wide potential window, and operates accurately in the range of the potential window.
【請求項10】 請求項1記載の電界効果トランジスタ
において、閾値電圧が前記液体電解質のpHに依存しな
い特性を有することを特徴とする電界効果トランジス
タ。
10. The field effect transistor according to claim 1, wherein the threshold voltage has a characteristic that it does not depend on the pH of the liquid electrolyte.
【請求項11】 請求項1記載の電界効果トランジスタ
において、閾値電圧が環境に影響されない特性を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
11. The field effect transistor according to claim 1, wherein the threshold voltage has a characteristic that the threshold voltage is not influenced by the environment.
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