JP5293660B2 - Biosensor with field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界効果トランジスタを具備するバイオセンサに関する。 The present invention relates to a biosensor including a field effect transistor.
従来、電界効果トランジスタ素子を備えたバイオセンサが提案されている(特許文献1〜3を参照)。一般に、電界効果トランジスタ素子を備えるバイオセンサでは、半導体基板の絶縁膜上に、ソース電極/ドレイン電極およびチャネルが形成されており、さらにチャネルや、半導体基板の絶縁膜などに反応場が配置されていることが多い。反応場には、被検出物質認識分子が固定されることが多い。 Conventionally, a biosensor provided with a field effect transistor element has been proposed (see Patent Documents 1 to 3). In general, in a biosensor including a field effect transistor element, a source electrode / drain electrode and a channel are formed on an insulating film of a semiconductor substrate, and a reaction field is arranged on the channel or the insulating film of the semiconductor substrate. There are many. In many cases, the substance to be detected is immobilized on the reaction field.
図7Aおよび図7Bには、従来の電界効果トランジスタ素子を備えたバイオセンサの例が示される。図7Aおよび図7Bに示されるバイオセンサ1は、半導体基板2と、絶縁膜3aおよび絶縁膜3bと、絶縁膜3b上に配置されたソース電極4とドレイン電極5とチャネル6と、絶縁膜3a上に配置されたゲート電極8と反応場10とを有する。反応場10には検出物質を認識することができる被検出物質認識分子9が固定されている。
7A and 7B show an example of a biosensor having a conventional field effect transistor element. A biosensor 1 shown in FIGS. 7A and 7B includes a
ソース電極4とドレイン電極5の間には、外部配線を介して電源Vds及び電流計7が接続されている。これにより、電源Vdsによってソース電極4とドレイン電極5との間に所定の電圧が印加され、電流計7によってチャネル6に流れる電流が測定される。また、ゲート電極8には所定の電圧を印加することができる。
A power source Vds and an
反応場に固定された被検出物質認識分子に被検出物質を認識させ、そのときのソース−ドレイン電流を測定することで、反応場に提供された被検出物質の有無や濃度を測定する。 The presence / absence and concentration of the substance to be detected provided in the reaction field are measured by making the substance to be detected recognized by the molecule to be detected fixed in the reaction field and measuring the source-drain current at that time.
前記の通り、電界効果トランジスタを備えたバイオセンサは、電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流に基づいて、被検出物質の有無や濃度を測定する。ところが、電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流は、その測定環境の変化によって、ばらつきが大きい。ばらつきの原因となる測定環境の例には、その周囲環境の明るさ(光の量)がある。特に、チャネルがシリコンチャネル(例えばポリシリコンチャネル)である電界効果トランジスタ素子の特性は、光の影響に影響を受けやすいことが見出された。周囲環境の明るさの変化によってソース−ドレイン電流がばらついてしまうと、精確な検出が行えなくなる。 As described above, a biosensor equipped with a field effect transistor measures the presence and concentration of a substance to be detected based on the source-drain current of the field effect transistor. However, the source-drain current of field effect transistors varies greatly due to changes in the measurement environment. An example of a measurement environment that causes variation is the brightness (amount of light) of the surrounding environment. In particular, it has been found that the characteristics of a field effect transistor element in which the channel is a silicon channel (for example, a polysilicon channel) is susceptible to the influence of light. If the source-drain current varies due to changes in the brightness of the surrounding environment, accurate detection cannot be performed.
そこで本発明は、電界効果トランジスタを備えたバイオセンサでありながら、測定環境の明るさに係わらずに、精確な検出が実現できるバイオセンサを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a biosensor that can realize accurate detection regardless of the brightness of the measurement environment, even though the biosensor includes a field effect transistor.
本発明は、電界効果トランジスタを具備するバイオセンサにおいて、電界効果トランジスタ素子のチャネル領域を周囲から遮光して、光が侵入しないようにしていることを特徴とする。 The present invention is characterized in that, in a biosensor including a field effect transistor, the channel region of the field effect transistor element is shielded from the surroundings so that light does not enter.
[1] 半導体基板と、前記半導体基板面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された電界効果トランジスタ素子と、前記電界効果トランジスタ素子のチャネル領域を覆う遮光膜と、前記半導体基板面に配置された反応場と、を具備するバイオセンサ。
[2] 前記絶縁膜に埋め込まれた遮光部材であって、前記電界効果トランジスタ素子のチャネル領域の周囲の少なくとも一部に配置された遮光部材をさらに具備する、[1]に記載のバイオセンサ。
[3] 前記電界効果トランジスタ素子は、前記絶縁膜上に配置された配置されたソース電極およびドレイン電極ならびにソース電極とドレイン電極とを接続するチャネルと、前記チャネルを制御可能なゲート電極と、を含む[1]または[2]に記載のバイオセンサ。
[4] 前記チャネルは、ポリシリコンチャネルである、[1]〜[3]のいずれかに記載のバイオセンサ。
[1] A semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a field effect transistor element disposed on the insulating film, a light shielding film covering a channel region of the field effect transistor element, and the semiconductor substrate A biosensor comprising a reaction field disposed on a surface.
[2] The biosensor according to [1], further comprising a light shielding member embedded in the insulating film and disposed at least at a part of the periphery of the channel region of the field effect transistor element.
[3] The field effect transistor element includes a source electrode and a drain electrode arranged on the insulating film, a channel connecting the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode capable of controlling the channel. The biosensor according to [1] or [2].
[4] The biosensor according to any one of [1] to [3], wherein the channel is a polysilicon channel.
本発明の電界効果トランジスタを具備するバイオセンサによれば、測定環境における周囲の明るさに係わらず、高精度な検出が可能となる。よって、電界効果トランジスタ素子を具備するバイオセンサの実用性を高めることができる。 According to the biosensor including the field effect transistor of the present invention, high-precision detection is possible regardless of the ambient brightness in the measurement environment. Therefore, the practicality of a biosensor including a field effect transistor element can be improved.
また本発明のバイオセンサによれば、検出装置本体に、バイオセンサに光を侵入させないための遮光部材を設ける必要がないので、検出装置本体を簡便にすることができる。 Further, according to the biosensor of the present invention, since it is not necessary to provide the detection device body with a light shielding member for preventing light from entering the biosensor, the detection device body can be simplified.
本発明のバイオセンサは、半導体基板と、その表面に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に配置された電界効果トランジスタ素子と、電界効果トランジスタのチャネル領域を覆う遮光膜と、反応場と、を有する。 The biosensor of the present invention includes a semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface thereof, a field effect transistor element disposed on the insulating film, a light shielding film covering a channel region of the field effect transistor, a reaction field, Have
半導体基板は、通常はシリコン基板であるが、特に限定されず、SOI基板や化合物半導体基板でもよい。半導体基板の表面に形成された絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはハフニウム酸化膜などである。絶縁膜の厚さは、50〜1000nmの範囲であればよいが、必ずしも限定されない。 The semiconductor substrate is usually a silicon substrate, but is not particularly limited, and may be an SOI substrate or a compound semiconductor substrate. The insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a hafnium oxide film, or the like. The thickness of the insulating film may be in the range of 50 to 1000 nm, but is not necessarily limited.
電界効果トランジスタ素子は、前記絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、両電極を接続するチャネルと、さらにチャネルを制御可能なゲート電極と、を有する。チャネルは、例えばポリシリコンチャネルやアモルファスシリコンチャネル、またはカーボンナノチューブチャネルなどであるが、特に限定されない。 The field effect transistor element has a source electrode and a drain electrode arranged on the insulating film, a channel connecting both electrodes, and a gate electrode capable of controlling the channel. The channel is, for example, a polysilicon channel, an amorphous silicon channel, or a carbon nanotube channel, but is not particularly limited.
ポリシリコンチャネルに流れる電流は、周囲環境の明るさによってばらつきの程度が大きいので、本発明の効果がより効果的に発現される。ポリシリコンチャネルである場合には、NPN型であっても、PNP型であっても、NiN型であっても、PiP型であってもよい。 Since the current flowing through the polysilicon channel varies greatly depending on the brightness of the surrounding environment, the effect of the present invention is more effectively exhibited. In the case of a polysilicon channel, it may be NPN type, PNP type, NiN type, or PiP type.
ゲート電極は、チャネルに流れる電流を制御可能であるように配置されればよい。ゲート電極は、例えば、1)半導体基板の表面のうち、チャネルが配置される面とは反対の面に配置されていてもよいし(バックゲート型、図1参照)、2)半導体基板の表面のうち、チャネルが配置される面に配置されていてもよいし(サイドゲート型、図2および図3参照)、または3)チャネルの上に、絶縁膜を介して配置されてもよい(トップゲート型)。 The gate electrode may be arranged so that the current flowing through the channel can be controlled. For example, the gate electrode may be disposed on the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the channel is disposed (back gate type, see FIG. 1), or 2) the surface of the semiconductor substrate. Among them, it may be arranged on the surface where the channel is arranged (side gate type, see FIGS. 2 and 3), or 3) may be arranged on the channel via an insulating film (top) Gate type).
さらに、本発明のバイオセンサは、半導体基板表面の絶縁膜上に配置されたチャネルを覆う遮光膜を有する。遮光膜とは、光を透過しない膜であれば特に制限されない。遮光膜は、例えば金属膜であってもよいし、光非透過性樹脂膜であってもよい。光非透過性樹脂とは、例えば光を透過させないフィラーを添加した樹脂などである。樹脂とは、例えばエポキシ樹脂である。 Furthermore, the biosensor of the present invention has a light shielding film that covers a channel disposed on the insulating film on the surface of the semiconductor substrate. The light shielding film is not particularly limited as long as it does not transmit light. The light shielding film may be, for example, a metal film or a light impermeable resin film. The light non-transparent resin is, for example, a resin to which a filler that does not transmit light is added. The resin is, for example, an epoxy resin.
チャネルを覆う遮光膜は、チャネルに接している必要はなく、例えば、チャネルをパッシベーション絶縁膜で保護して、その上を遮光膜で被覆してもよい。 The light shielding film covering the channel does not need to be in contact with the channel. For example, the channel may be protected with a passivation insulating film and may be covered with the light shielding film.
遮光膜により、周囲の光がチャネルへ侵入することが抑制されるが、必ずしもそれだけでは十分に遮光できないことがある。本発明者は、チャネルを遮光膜で覆っているにも係わらず、周囲の明るさの影響を受けて、電界効果トランジスタの特性がばらついてしまうことがあることを見出し、その原因を検討した。その結果、チャネルが配置される絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)が光透過性であるために、周囲の光が絶縁膜を通ってチャネルにまで侵入することが原因の一つであることを見出した。このように、絶縁膜を介して侵入するわずかな光であっても、電界効果トランジスタの特性に大きな影響を与えることがわかった。 Although the light shielding film suppresses ambient light from entering the channel, it may not always be sufficient to shield the light. The present inventor has found that the characteristics of the field-effect transistor may vary due to the influence of ambient brightness even though the channel is covered with a light-shielding film, and investigated the cause. As a result, since the insulating film (for example, silicon oxide film) in which the channel is disposed is light-transmitting, it has been found that one of the causes is that ambient light enters the channel through the insulating film. It was. Thus, it was found that even a small amount of light entering through the insulating film has a great influence on the characteristics of the field effect transistor.
図4は、遮光膜でチャネルを被覆した電界効果トランジスタであっても、周囲の光(明るさ)によって素子特性が変化しうることを示すグラフである。図4に示されるように、測定室の室内照明を点灯した環境でのソース-ドレイン電流Ids(グラフ左側「ライトON」)と、測定室の室内照明を消灯した環境でのソース-ドレイン電流Ids(グラフ右側「ライトOFF」)を示す。図4に示すように、照明を消灯することでソース-ドレイン電流Idsが急激に低下している。このように、電界効果トランジスタの特性は周囲の光の影響を受けて変化しやすい。 FIG. 4 is a graph showing that element characteristics can be changed by ambient light (brightness) even in a field effect transistor in which a channel is covered with a light shielding film. As shown in FIG. 4, the source-drain current Ids (“light ON” on the left side of the graph) in an environment in which the room illumination in the measurement room is turned on, and the source-drain current Ids in an environment in which the room illumination in the measurement room is turned off. (Right side of graph “light OFF”). As shown in FIG. 4, the source-drain current Ids is drastically decreased by turning off the illumination. Thus, the characteristics of the field effect transistor are likely to change due to the influence of ambient light.
そこで本発明のバイオセンサでは、半導体基板表面に形成された絶縁膜の一部に遮光部材を埋め込み、遮光部材によってチャネルの領域の少なくとも一部を囲んでいることが好ましい。遮光部材は、チャネルの領域を完全に囲んでいてもよいが(図1および図2を参照)、一部だけを囲んでいてもよい(図3を参照)。絶縁膜に埋め込む遮光部材とは、例えば金属や遮光用顔料を添加した樹脂(エポキシ樹脂など)などである。 Therefore, in the biosensor of the present invention, it is preferable that a light shielding member is embedded in a part of the insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, and at least a part of the channel region is surrounded by the light shielding member. The light shielding member may completely surround the channel region (see FIG. 1 and FIG. 2), or may partially surround (see FIG. 3). The light shielding member embedded in the insulating film is, for example, a metal or a resin (epoxy resin or the like) to which a light shielding pigment is added.
本発明のバイオセンサにおける遮光膜は、光非透過性樹脂(遮光性顔料を含有したエポキシ樹脂等)を、インサート射出成形またはホットメルトモールディングで、チャネルを被覆し、チャネル周囲に形成された溝に埋め込むことで作製することができる。また、遮光膜を金属膜(アルミニウム、金、チタニウム、タングステンや合金等)で形成する場合はスパッタリング法、蒸着法、CVD法などによって作製することができる。 The light-shielding film in the biosensor of the present invention is made of a light-impermeable resin (such as an epoxy resin containing a light-shielding pigment) coated with a channel by insert injection molding or hot melt molding, and formed in a groove formed around the channel. It can be produced by embedding. In the case where the light shielding film is formed using a metal film (aluminum, gold, titanium, tungsten, alloy, or the like), the light shielding film can be formed by a sputtering method, an evaporation method, a CVD method, or the like.
本発明における、遮光膜と遮光部材を有する電界効果トランジスタの作製プロセスの例を、図5および図6を参照して説明する。 An example of a manufacturing process of a field effect transistor having a light shielding film and a light shielding member in the present invention will be described with reference to FIGS.
図5では、半導体基板15を準備し(図5A)、絶縁膜20とチャネル23を形成する(図5B)。チャネル23を層間絶縁膜60で被覆する(図5C)。層間絶縁膜60に電極用スルーホール70と、遮光部材用スルーホール75とを形成する(図5D)。図5Eに示されるように、電極用スルーホール70内部にソース電極21とドレイン電極22を形成するのと同時に、遮光部材用スルーホール75に遮光部材41を形成することができる。この場合には、遮光部材41の材質は電極部材(例えば金属)でありうる。或いは、電極用スルーホール70内部に、ソース電極21とドレイン電極22を形成する前または形成した後に、遮光部材用スルーホール75に遮光部材41を埋め込む。この場合には、遮光部材41の材質は任意に設定できる。ソース電極21とドレイン電極22と遮光部材41とを覆う表面保護膜80を形成する(図5F)。表面保護膜80の一部を除去して、ソース電極21とドレイン電極22の一部を露出させて、ボンディング用窓77と遮光部材用溝78を形成する(図5G)。最後に、遮光膜40を形成する(図5H)。遮光部材用溝78は、遮光膜40により埋め込まれる。
In FIG. 5, the
尚、本実施例では、チャネルへの横からの光の進入を阻止するだけでなく、斜め上からの光の進入も阻止するように、遮光部材用溝78を形成して(図5Gを参照)、遮光部材用溝78に対応する位置に遮光部材を配置している(図5Hを参照)。しかしながら、チャネルへの横からの光の進入を阻止すれば、斜め上からの光の進入があっても、トランジスタ特性の変動が十分に抑えられる場合もある。その場合には、遮光溝部材用溝78を形成する必要はない。
In this embodiment, a light shielding
図6では、半導体基板15を準備し(図6A)、絶縁膜20とチャネル23を形成する(図6B)。チャネル23を層間絶縁膜60で被覆する(図6C)。層間絶縁膜60に電極用スルーホール70を形成し、チャネル23の一部を露出させる。電極用スルーホール70に、ソース電極21とドレイン電極22を形成する(図6E)。ソース電極21とドレイン電極22とを覆う表面保護膜80を形成する(図6F)。表面保護膜80に遮光部材用スルーホール75と、ボンディング用窓77とを形成する(図6G)。次に、遮光膜40或いは遮光部材41を形成する(図6H)。
In FIG. 6, the
さらに、本発明のバイオセンサは、検出対象である被検出物質を含むサンプルが提供される反応場を有する。反応場は、被検出物質認識分子が固定されているか、または被検出物質認識分子を固定することができるように表面処理されている。被検出物質認識分子の例には、抗体、酵素、レクチンなどのタンパク質、拡散、オリゴ糖または多糖、あるいはそれらの構造を有する物質が含まれる。被検出物質認識分子を反応場に固定することで、特定のタンパク質や化学物質などを特異的に検出することができる。 Furthermore, the biosensor of the present invention has a reaction field in which a sample containing a target substance to be detected is provided. The reaction field is surface-treated so that the target substance recognition molecule is fixed or the target substance recognition molecule can be fixed. Examples of the target substance recognition molecule include antibodies, enzymes, proteins such as lectins, diffusion, oligosaccharides or polysaccharides, or substances having a structure thereof. A specific protein or chemical substance can be specifically detected by immobilizing the substance-recognizing molecule to the reaction field.
特に制限されるわけではないが、反応場の近傍にゲート電極を配置することが好ましい。ゲート電極を反応場の近傍に配置することで、バイオセンサの検出感度を高めることができる。また、ゲート電極25で反応場24を囲んでもよい(図1〜3を参照)。ゲート電極25で反応場24を囲むことで、検出フローにおいて反応場24に提供された試料(通常は溶液である)を反応場24にとどめることができる。
Although not particularly limited, it is preferable to dispose the gate electrode in the vicinity of the reaction field. By arranging the gate electrode in the vicinity of the reaction field, the detection sensitivity of the biosensor can be increased. Moreover, you may surround the
図1Aおよび図1Bには、本発明のバイオセンサの第一の例が示される。図1Aは、バイオセンサ100のチャネル配置面の上面図であり;図1Bは、バイオセンサ100のA−A’断面図である。
1A and 1B show a first example of the biosensor of the present invention. 1A is a top view of a channel arrangement surface of the
図1Aおよび図1Bに示されるように、バイオセンサ100は、半導体基板15(図1B参照)の表面に形成された絶縁膜20と、その上に配置されたソース電極21と、ドレイン電極22と、チャネル23と、を有する。さらに、絶縁膜20上の点線で囲まれる領域には、ソース電極21とドレイン電極22とチャネル23とを覆う遮光膜40が配置されている。遮光膜40は、少なくともチャネル23の領域を覆っていればよいが、図1Aに示されるようにソース電極21とドレイン電極22をも覆っていることが好ましい。チャネル23への光の侵入をより確実に防ぐためである。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
さらに、遮光膜40で覆われた領域の絶縁膜20の一部には、ソース電極21とドレイン電極22とチャネル23とを囲む遮光部材41が埋め込まれている。絶縁膜20を通過しての光のチャネルへの侵入を防ぐためである。
Further, a
また、図1Bに示されるように、バイオセンサ100の半導体基板15の、チャネル23が配置された面とは反対の面にも、絶縁膜27が形成されている。絶縁膜27は、絶縁膜20と同一の材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。絶縁膜27の厚みも、絶縁膜20と同程度であればよい。絶縁膜27上には、反応場24と、反応場24を囲むゲート電極25と、反応場24に配置された被検出物質認識分子26とが配置される。
Further, as shown in FIG. 1B, an insulating
バイオセンサ100のゲート電極25は、いわゆるバックゲート型のゲート電極である。ゲート電極25、絶縁膜27、半導体基板15は、金属−絶縁体−半導体(Metal-Insulator-Semiconductor:MIS)構造を有しており、ゲート電圧は半導体基板15に直接印加されない。このように、ゲート電極25を反応場24の近傍に配置することで、バイオセンサ10の検出感度を高めることができる。また、ゲート電極25を反応場24で囲むことで、検出フローにおいて反応場24に提供した試料(通常は溶液である)を、反応場24にとどめることができる。
The
図2Aおよび図2Bには、本発明のバイオセンサの第二の例が示される。図2Aは、バイオセンサ100’のチャネル配置面の上面図であり;図2Bは、バイオセンサ100’のA−A’断面図である。
2A and 2B show a second example of the biosensor of the present invention. FIG. 2A is a top view of the channel placement surface of
図2Aおよび図2Bに示されるように、バイオセンサ100’は、半導体基板15(図2B参照)の表面に形成された絶縁膜20と、その上に配置されたソース電極21と、ドレイン電極22と、チャネル23と、を有する。さらに、バイオセンサ100’は、絶縁膜20上に配置された反応場24と、反応場24を囲むゲート電極25と、反応場24に配置された被検出物質認識分子26とを有する。バイオセンサ100’のゲート電極25は、いわゆるサイドゲート型のゲート電極である。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図1に示されるバイオセンサ100と同様に、バイオセンサ100’の絶縁膜20上の点線で囲まれる領域には、ソース電極21とドレイン電極22とチャネル23とを覆う遮光膜40が配置されている。遮光膜40は、少なくともチャネル23の領域を覆っていればよいが、ソース電極21とドレイン電極22をも覆っていることが好ましく、さらに好ましくは、図2Aに示されるように反応場24との境界まで覆っている。チャネル23への光の侵入をより確実に防ぐためである。
Similar to the
さらに、図1に示されるバイオセンサ100と同様に、遮光膜40で覆われた領域の絶縁膜20の一部には、ソース電極21とドレイン電極22とチャネル23とを囲む遮光部材41が埋め込まれている。
Further, similarly to the
図3Aおよび図3Bには、本発明のバイオセンサの第三の例が示される。図3Aは、バイオセンサ100”のチャネル配置面の上面図であり;図3Bは、バイオセンサ100”のA−A’断面図である。
3A and 3B show a third example of the biosensor of the present invention. FIG. 3A is a top view of the channel placement surface of the
図3Aおよび図3Bに示されるように、バイオセンサ100”の基本構成は、図2に示されるバイオセンサ100’と同様であるが;実装基板50を有し、かつ遮光膜40や遮光部材41の配置態様が異なる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the basic configuration of the
バイオセンサ100”は実装基板50を有し、実装基板50の上にシリコン基板15が実装されている。実装基板50には、図示されないが、ソース電極やドレイン電極、ゲート電極からの引き出し配線や、検出装置本体へ装着するための外部端子などが配置されうる。
The
バイオセンサ100”の遮光膜40は、実装基板50にまではみ出していることが好ましい。絶縁膜20は、光を透過させる恐れがあるので、絶縁膜20の端部20αをも遮光膜40で被覆すると、より確実に遮光できるからである。一方、バイオセンサ100”の遮光部材41は、チャネルを完全に囲むことなく、一部にだけ、より具体的には、反応場24とチャネル23の領域とを区切るように配置されている。バイオセンサ100”の遮光膜40によっても、反応場24とチャネル23との間の絶縁膜20から、チャネル23に光が侵入する恐れがあるので、遮光部材41によりその光を遮っている。
It is preferable that the
本発明のバイオセンサを用いた検出フロー
本発明のバイオセンサを用いて被検出物質を検出フローの例を記載する。まず、バイオセンサの反応場に被検出物質を含みうるサンプル(通常は溶液)を提供する。それによりサンプル中の被検出物質と、反応場に固定された被検出物質認識分子とを反応させる。その後、必要に応じて反応場から、サンプル中の溶媒などを除去する。
Detection Flow Using Biosensor of the Present Invention An example of a detection flow for detecting a substance to be detected using the biosensor of the present invention will be described. First, a sample (usually a solution) that can contain a substance to be detected in the reaction field of the biosensor is provided. As a result, the detection target substance in the sample reacts with the target substance recognition molecule fixed in the reaction field. Thereafter, the solvent or the like in the sample is removed from the reaction field as necessary.
バイオセンサの電界効果トランジスタ素子のゲート電極に、所定のゲート電圧を印加する。そのときの電界効果トランジスタ素子のソース−ドレイン電流を測定する。測定された電流値に基づいて、サンプル中の被検出物質の有無またはその濃度を求める。このとき、本発明のバイオセンサでは、測定環境における周囲の光がチャネルに侵入しないので、測定環境の明るさに係わらず、一定の検出結果を得ることができる。 A predetermined gate voltage is applied to the gate electrode of the field effect transistor element of the biosensor. The source-drain current of the field effect transistor element at that time is measured. Based on the measured current value, the presence or absence or the concentration of the substance to be detected in the sample is determined. At this time, in the biosensor of the present invention, since ambient light in the measurement environment does not enter the channel, a constant detection result can be obtained regardless of the brightness of the measurement environment.
本発明のバイオセンサによれば、電界効果トランジスタの特性を活かして高感度な検出を実現することができるとともに、光の影響による電界効果トランジスタの特性のばらつきも抑制されるので、高精度な検出が実現される。 According to the biosensor of the present invention, high-sensitivity detection can be realized by making use of the characteristics of the field-effect transistor, and variations in the characteristics of the field-effect transistor due to the influence of light are suppressed, so that high-precision detection is possible. Is realized.
1 バイオセンサ
2 半導体基板
3a,3b 絶縁膜
4 ソース電極
5 ドレイン電極
6 チャネル
7 電流計
8 ゲート電極
9 被検出物質認識分子
10 反応場
15 半導体基板
20 絶縁膜
20α 絶縁膜の端部
21 ソース電極
22 ドレイン電極
23 チャネル
24 反応場
25 ゲート電極
26 被検出物質認識分子
27 絶縁膜
40 遮光膜
41 遮光部材
50 実装基板
60 層間絶縁膜
70 電極用スルーホール
75 遮光部材用スルーホール
77 ボンディング用窓
78 遮光部材用溝
80 表面保護膜
100,100’,100” バイオセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記半導体基板面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置された電界効果トランジスタ素子と、
前記電界効果トランジスタ素子のチャネル領域を覆う遮光膜と、
前記半導体基板面に配置された反応場と、
少なくとも前記電界効果トランジスタ素子のチャネル領域の周囲において前記絶縁膜に埋め込まれた遮光部材と、
を具備するバイオセンサ。 A semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate surface;
A field effect transistor element disposed on the insulating film;
A light shielding film covering a channel region of the field effect transistor element;
A reaction field disposed on the semiconductor substrate surface;
A light shielding member embedded in the insulating film at least around the channel region of the field effect transistor element;
A biosensor comprising:
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