JP6644336B2 - イオン濃度センサ - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1について図1〜図5を用いて説明すれば、以下のとおりである。
図1は、実施形態1に係るイオンセンサ100の構成を示す平面図である。
図2の(a)は、イオンセンサ100におけるイオンセンシングアレイ1のセル10A(第1セル)の構成を示す等価回路図である。
図2の(b)は、イオンセンサ100におけるイオンセンシングアレイ1の他のセル10B(第2セル)の構成を示す等価回路図である。
図3は、イオンセンサ100のイオンセンシングアレイ1におけるセル10の一部の構成を示す縦断面図である。
3、またはTa2O5からなる。SiO2膜12および表面膜13により、イオンセンシング面が形成されている。
セル10Aの動作について説明する。
図4は、イオンセンサ100におけるイオンセンシングアレイ1と周辺回路部との構成を示す縦断面図である。なお、図4は、図3に示すリセットゲート14、転送ゲート15および電荷注入制御ゲート16のうち、転送ゲート15のみが現れる断面構造を示している。
ここで、本実施形態の比較例について説明する。図5は、本実施形態の比較例に係るイオンセンサのイオンセンシングアレイにおけるセルの構成を示す縦断面図である。
イオンセンサ100は、セル10の表面における電位レベルの変化に伴うチャネル電位レベル変化量を検出するX−Yアドレス型イオンセンサである。これにより、高S/Nかつ高速信号読み出しが可能なイオンセンサを提供することができる。このようなイオンセンサにより、例えばi-PS細胞など微細な1つの細胞内の局所的な活動や性質に関する知見を得ることができる。人のDNAが30億個であり、そのうち病気に関係するDNAが5億個あると言われているが、イオンセンサ100を用いれば、7mm□程度のチップで2000万セルの同時測定が可能となり、短時間で塩基配列の解析を完了させることができる。
本発明の実施形態2について図6および図7を用いて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態において、前述の実施形態1における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
本発明の実施形態3について図8を用いて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態において、前述の実施形態1および2における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
本発明の態様1に係るイオン濃度センサは、支持基板9と、検体OJTと接するセンシング面(イオンセンシング面1a)を有し、前記検体OJTのイオンに感応する複数のセンシング部(セル10)と、前記支持基板9と前記センシング部との間に設けられた半導体層(シリコン基板11)と、前記センシング部が感応したイオンの量に応じた信号を読み出して転送する複数のトランジスタ(電荷注入制御トランジスタTc,転送トランジスタTt,増幅トランジスタTa,アドレストランジスタTd,リセットトランジスタTr)と、前記トランジスタから転送されるアナログの前記信号をデジタルに変換するアナログ/デジタル変換回路(A/D変換回路6)とを備え、前記センシング部と、前記トランジスタと、前記アナログ/デジタル変換回路とは前記支持基板9の上に形成され、前記トランジスタは、前記半導体層に形成されるとともに、前記半導体層の一方の第1面に形成されるゲートを有しており、前記アナログ/デジタル変換回路は、前記半導体層に形成され、前記センシング面は前記半導体層における前記第1面とは反対側の第2面に形成されている。
1a イオンセンシング面(センシング面)
6 A/D変換回路(アナログ/デジタル変換回路)
9 支持基板
11 シリコン基板
10,10A〜10E セル(センシング部)
14 リセットゲート(ゲート)
15 転送ゲート(ゲート)
16 電荷注入制御ゲート(ゲート)
17 多層配線層
20 仕切壁(壁)
100 イオンセンサ
201,202 仕切壁(壁)
Claims (7)
- シリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面に検体と接するセンシング面を有し、前記検体のイオンに感応するセンシング部とを備え、
前記シリコン基板における前記センシング面と反対の面に、前記センシング部が感応したイオンの量に応じた信号を読み出して転送するトランジスタを備え、
前記シリコン基板の前記トランジスタを備える面を第1面とし、
前記シリコン基板の前記センシング面が存在する面を第2面とし、
前記トランジスタは、前記第2面において感応したイオンの量に応じて増減した、前記第1面から注入された電荷を、前記第2面から前記第1面に、前記センシング部が感応したイオンの量に応じた信号として転送することを特徴とするイオン濃度センサ。 - 前記シリコン基板が、
前記トランジスタから転送されるアナログの信号をデジタルに変換するアナログ/デジタル変換回路を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のイオン濃度センサ。 - 支持基板上に、前記シリコン基板と、
前記トランジスタから転送されるアナログの信号を、前記アナログ/デジタル変換回路に伝送する配線が4層以上の層構造に形成される多層配線層を備えていることを特徴とする請求項2に記載のイオン濃度センサ。 - 前記センシング部は、壁によって複数に区分されていることを特徴とする請求項1に記載のイオン濃度センサ。
- 前記センシング部は、行列状に配置され、
前記シリコン基板には、前記センシング部を列単位で選択する垂直選択回路と、当該垂直選択回路によって選択された前記センシング部から出力された前記信号を行単位で順次出力する水平選択回路とがさらに形成されていることを特徴とする請求項4に記載のイオン濃度センサ。 - 前記センシング部は、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜または酸化タンタル膜によって形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のイオン濃度センサ。
- 前記センシング部の表面における電位レベルの変化に伴う、前記トランジスタにおけるチャネルの電位レベル変化量を検出することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のイオン濃度センサ。
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