JP6891658B2 - Sensor transistor drive circuit - Google Patents

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本明細書が開示する技術は、センサ用トランジスタの駆動回路に関する。 The techniques disclosed herein relate to drive circuits for sensor transistors.

測定対象に依存して変化するチャネル抵抗に基づいて電気信号を出力するように構成されているセンサ用トランジスタが開発されている。例えば、特許文献1は、絶縁ゲート部上に配置された試料溶媒内に含まれるターゲット生分子を検出するセンサ用トランジスタを開示する。このセンサ用トランジスタでは、ターゲット生分子に特異的に結合するプローブ生分子が絶縁ゲート部の表面に固定されている。プローブ生分子にターゲット生分子が結合すると、ターゲット分子の電荷に依存してセンサ用トランジスタのチャネル抵抗が変化する。このセンサ用トランジスタでは、そのチャネル抵抗の変化を測定することで、ターゲット生分子を検出することができる。また、特許文献2は、絶縁ゲート部上に配置された試料溶媒のpHを測定するセンサ用トランジスタを開示する。このセンサ用トランジスタでは、ゲート絶縁膜がイオン感応膜として作用し、試料溶媒のpHに依存してセンサ用トランジスタのチャネル抵抗が変化する。このセンサ用トランジスタでは、そのチャネル抵抗の変化を測定することで、試料溶媒のpHを測定することができる。 Sensor transistors have been developed that are configured to output electrical signals based on channel resistance that changes depending on the measurement target. For example, Patent Document 1 discloses a sensor transistor that detects a target biomolecule contained in a sample solvent arranged on an insulated gate portion. In this sensor transistor, probe biomolecules that specifically bind to target biomolecules are fixed to the surface of the insulated gate. When the target biomolecule is bound to the probe biomolecule, the channel resistance of the sensor transistor changes depending on the charge of the target molecule. In this sensor transistor, the target biomolecule can be detected by measuring the change in the channel resistance. Further, Patent Document 2 discloses a sensor transistor for measuring the pH of a sample solvent arranged on an insulated gate portion. In this sensor transistor, the gate insulating film acts as an ion-sensitive film, and the channel resistance of the sensor transistor changes depending on the pH of the sample solvent. In this sensor transistor, the pH of the sample solvent can be measured by measuring the change in the channel resistance.

特開2007−304089号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-304089 特開2012−202864号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-202864

これらのセンサ用トランジスタでは、例えば接地電位に固定された参照電極が試料溶媒に浸漬され、参照電極とセンサ用トランジスタのベース電極の間に固定電源が接続されて用いられる。これにより、参照電極とセンサ用トランジスタのベース電極の間の電圧は、固定電源の電圧に初期設定される。しかしながら、このように参照電極とセンサ用トランジスタのベース電極の間の電圧を初期設定しても、例えばセンサ用トランジスタの性能バラツキ(例えば、閾値電圧等)により、センサ用トランジスタを意図した領域(例えば線形領域)で動作させることができない事態が生じ得る。この結果、センサ用トランジスタの性能の信頼性が悪化する。本明細書は、センサ用トランジスタの性能の信頼性を向上させる技術を提供する。 In these sensor transistors, for example, a reference electrode fixed at the ground potential is immersed in a sample solvent, and a fixed power supply is connected between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor. As a result, the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor is initially set to the voltage of the fixed power supply. However, even if the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor is initially set in this way, the region intended for the sensor transistor (for example, the threshold voltage, etc.) due to the performance variation of the sensor transistor (for example, the threshold voltage) There may be situations where it cannot be operated in the linear region). As a result, the reliability of the performance of the sensor transistor deteriorates. The present specification provides a technique for improving the reliability of the performance of a transistor for a sensor.

本明細書は、絶縁ゲート部上に試料溶媒が配置されるとともにその試料溶媒に参照電極が浸漬して用いられるセンサ用トランジスタの駆動回路を開示する。本明細書が開示するセンサ用トランジスタは、様々な用途に用いられ、その用途を特に限定するものではない。例えば、センサ用トランジスタは、試料溶媒内の細胞の活動の様子を観察する目的で用いられ得る。また、センサ用トランジスタは、絶縁ゲート部上にプローブ生分子を固定することで、試料溶媒内のターゲット生分子を検出する目的で用いられ得る。この駆動回路は、参照電極とセンサ用トランジスタのベース電極の間の電圧を調整する電圧調整回路部を備えることができる。電圧調整回路部は、実計測に先立って、センサ用トランジスタの出力電圧が設定電圧に一致するように、参照電極とセンサ用トランジスタのベース電極の間の電圧を負帰還制御するように構成されている。このような負帰還制御によって、センサ用トランジスタの出力電圧が設定電圧、即ち、初期電圧に一致することができる。これにより、例えばセンサ用トランジスタの性能バラツキ(例えば、閾値電圧等)が存在しても、センサ用トランジスタを意図した領域(例えば線形領域)で動作させることを保証でき、センサ用トランジスタの性能の信頼性を向上させることができる。 The present specification discloses a drive circuit of a sensor transistor in which a sample solvent is arranged on an insulating gate and a reference electrode is immersed in the sample solvent. The transistor for a sensor disclosed in the present specification is used for various purposes, and the use is not particularly limited. For example, a sensor transistor can be used for the purpose of observing the activity of cells in a sample solvent. Further, the sensor transistor can be used for the purpose of detecting the target biomolecule in the sample solvent by fixing the probe biomolecule on the insulating gate portion. This drive circuit may include a voltage adjusting circuit unit that adjusts the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor. The voltage adjustment circuit unit is configured to negatively feedback control the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor so that the output voltage of the sensor transistor matches the set voltage prior to the actual measurement. There is. By such negative feedback control, the output voltage of the sensor transistor can match the set voltage, that is, the initial voltage. As a result, even if there are variations in the performance of the sensor transistor (for example, the threshold voltage), it is possible to guarantee that the sensor transistor operates in the intended region (for example, the linear region), and the performance of the sensor transistor is reliable. The sex can be improved.

参照電極の材料が、銅又はアルミニウムであってもよい。試料溶媒の電位を安定させるためには、試料溶媒中のイオンに対して不活性材料である例えば銀又は白金が参照電極に用いられるのが望ましい。しかしながら、このような材料は高価であり、センサ用トランジスタのコストを増加させる。一方、本願明細書が開示する駆動回路は、参照電極が試料溶媒中のイオンに反応して試料溶媒の電位が変動する結果、センサ用トランジスタの出力電圧が変動するような場合でも、負帰還制御によってそのセンサ用トランジスタの出力電圧を実計測に先立って補正することができる。換言すれば、本願明細書が開示する駆動回路は、試料溶媒中のイオンに反応するような参照電極の材料、銅又はアルミニウムの使用を許容することができる。このように、本願明細書が開示する駆動回路は、安価な参照電極を備えるセンサ用トランジスタに好適に用いることができる。 The material of the reference electrode may be copper or aluminum. In order to stabilize the potential of the sample solvent, it is desirable that, for example, silver or platinum, which is an inert material for ions in the sample solvent, is used for the reference electrode. However, such materials are expensive and increase the cost of sensor transistors. On the other hand, the drive circuit disclosed in the present specification is negative feedback control even when the output voltage of the sensor transistor fluctuates as a result of the reference electrode reacting with the ions in the sample solvent and the potential of the sample solvent fluctuates. Therefore, the output voltage of the sensor transistor can be corrected prior to the actual measurement. In other words, the drive circuit disclosed herein can allow the use of a reference electrode material, copper or aluminum, that reacts with ions in the sample solvent. As described above, the drive circuit disclosed in the present specification can be suitably used for a sensor transistor provided with an inexpensive reference electrode.

電圧調整回路部は、参照電極とセンサ用トランジスタのベース電極の間に接続されている調整用トランジスタを有していてもよい。電圧調整回路部は、調整用トランジスタのゲート電圧を制御することにより、参照電極とセンサ用トランジスタのベースの間の電圧を負帰還制御するように構成されている。 The voltage adjustment circuit unit may have an adjustment transistor connected between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor. The voltage adjustment circuit unit is configured to negatively feedback control the voltage between the reference electrode and the base of the sensor transistor by controlling the gate voltage of the adjustment transistor.

センサ用トランジスタの要部断面図の概略を示す。The outline of the cross-sectional view of the main part of the transistor for a sensor is shown. センサ用トランジスタに接続される回路構成を示す。The circuit configuration connected to the sensor transistor is shown.

図1に、細胞の活動の様子を観察するためのセンサ用トランジスタ10を示す。センサ用トランジスタ10は、シリコン基板20、ベース電極32、ソース電極34、ドレイン電極36、絶縁膜37、ゲート絶縁膜38、容器42及び参照電極44を備える。 FIG. 1 shows a sensor transistor 10 for observing the state of cell activity. The sensor transistor 10 includes a silicon substrate 20, a base electrode 32, a source electrode 34, a drain electrode 36, an insulating film 37, a gate insulating film 38, a container 42, and a reference electrode 44.

シリコン基板20は、p型のドリフト領域22、n+型のソース領域24及びn+型のドレイン領域26を有する。ソース領域24及びドレイン領域26は、シリコン基板20の表層部に設けられており、相互に離れて配置されている。ソース領域24とドレイン領域26の間にはドリフト領域22の一部が配置されており、このドリフト領域22の一部を特にチャネル領域CHという。 The silicon substrate 20 has a p-type drift region 22, an n + -type source region 24, and an n + -type drain region 26. The source region 24 and the drain region 26 are provided on the surface layer portion of the silicon substrate 20, and are arranged apart from each other. A part of the drift area 22 is arranged between the source area 24 and the drain area 26, and a part of the drift area 22 is particularly referred to as a channel area CH.

ベース電極32は、シリコン基板20の裏面を被覆しており、ドリフト領域22に接触している。ソース電極34は、シリコン基板20の表面の一部を被覆しており、ソース領域24に接触している。ドレイン電極36は、シリコン基板20の表面の一部を被覆しており、ドレイン領域26に接触している。 The base electrode 32 covers the back surface of the silicon substrate 20 and is in contact with the drift region 22. The source electrode 34 covers a part of the surface of the silicon substrate 20 and is in contact with the source region 24. The drain electrode 36 covers a part of the surface of the silicon substrate 20 and is in contact with the drain region 26.

絶縁膜37は、シリコン基板20の表面の一部を被覆しており、ソース電極34とドレイン電極36の間に配置されている。換言すると、絶縁膜37の一部に開口が形成されており、その開口を介してソース電極34がソース領域24に接触し、ドレイン電極36がドレイン領域26に接触する。ゲート絶縁膜38は、シリコン基板20の表面の一部を被覆しており、チャネル領域CHに接触している。ゲート絶縁膜38の厚みは、例えば0.5〜5nmである。ゲート絶縁膜38の材料は、例えば酸化シリコン(SiO2)、酸化ハフニウム(HfO2)又は過酸化亜鉛(ZnO2)である。このように、シリコン基板20には、n型チャネルのMOSFETが構成されている。 The insulating film 37 covers a part of the surface of the silicon substrate 20, and is arranged between the source electrode 34 and the drain electrode 36. In other words, an opening is formed in a part of the insulating film 37, the source electrode 34 contacts the source region 24, and the drain electrode 36 contacts the drain region 26 through the opening. The gate insulating film 38 covers a part of the surface of the silicon substrate 20 and is in contact with the channel region CH. The thickness of the gate insulating film 38 is, for example, 0.5 to 5 nm. The material of the gate insulating film 38 is, for example, silicon oxide (SiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ) or zinc peroxide (ZnO 2 ). As described above, the silicon substrate 20 is configured with an n-type channel MOSFET.

容器42は、ゲート絶縁膜38の周囲を一巡するように絶縁膜37上に設けられており、筒状の形態を有する。容器42は、その一端が絶縁膜37の表面に固定されており、培養液52を充填するための空間を画定する。複数の細胞が、ゲート絶縁膜38の表面38aに接着している。培養液52は、本願明細書が開示する試料溶媒の一例である。 The container 42 is provided on the insulating film 37 so as to go around the gate insulating film 38, and has a tubular shape. One end of the container 42 is fixed to the surface of the insulating film 37, and defines a space for filling the culture solution 52. A plurality of cells are adhered to the surface 38a of the gate insulating film 38. The culture solution 52 is an example of the sample solvent disclosed in the present specification.

参照電極44は、容器42内に満たされている培養液52に浸漬して配置されている。参照電極44の材料は、化学的に安定な不活性材料であり、例えば銀又は白金が用いられている。参照電極44は、接地電位に固定されている。 The reference electrode 44 is arranged by immersing it in the culture solution 52 filled in the container 42. The material of the reference electrode 44 is a chemically stable inert material, for example silver or platinum is used. The reference electrode 44 is fixed to the ground potential.

ゲート絶縁膜38の表面38aに接着している細胞が特定の刺激を受けて活性化すると、細胞の生体膜のイオンチャネルが開いて培養液52に含まれるイオンが細胞内に流入し、細胞の膜電位が変化する。これにより、チャネル領域CHのチャネル抵抗が変化する。センサ用トランジスタ10では、このチャネル抵抗の変化が出力電圧の変化として測定される。このようにして、センサ用トランジスタ10は、細胞の活動の様子を観察することができる。 When the cells adhering to the surface 38a of the gate insulating film 38 are activated by receiving a specific stimulus, the ion channels of the biological membrane of the cells are opened and the ions contained in the culture solution 52 flow into the cells, and the cells of the cells The membrane potential changes. As a result, the channel resistance of the channel region CH changes. In the sensor transistor 10, this change in channel resistance is measured as a change in output voltage. In this way, the sensor transistor 10 can observe the state of cell activity.

図2に、センサ用トランジスタ10に接続される駆動回路100を示す。駆動回路100は、ボルテージフォロア回路部60及び電圧調整回路部70を有する。ここで、図中「B」は図1に示すセンサ用トランジスタ10のベース電極32及びソース電極34に対応しており、図中「D」は図1に示すセンサ用トランジスタ10のドレイン電極36に対応しており、図中「G」は図1に示す参照電極44に対応している。センサ用トランジスタ10のドレイン電極36(D)は第1抵抗素子R1を介して電源の正極端子に接続されており、センサ用トランジスタ10のベース電極32(B)は第2抵抗素子R2を介して電源の負極端子に接続されている。第1抵抗素子R1とセンサ用トランジスタ10が分圧回路を構成しており、その中間ノードから第1出力電圧VOUT1が出力される。第1出力電圧VOUT1はボルテージフォロア回路部60でインピーダンス変換され、第2出力電圧VOUT2として出力端子に出力される。 FIG. 2 shows a drive circuit 100 connected to the sensor transistor 10. The drive circuit 100 includes a voltage follower circuit unit 60 and a voltage adjusting circuit unit 70. Here, "B" in the figure corresponds to the base electrode 32 and the source electrode 34 of the sensor transistor 10 shown in FIG. 1, and "D" in the figure corresponds to the drain electrode 36 of the sensor transistor 10 shown in FIG. Corresponding, "G" in the figure corresponds to the reference electrode 44 shown in FIG. The drain electrode 36 (D) of the sensor transistor 10 is connected to the positive electrode terminal of the power supply via the first resistance element R1, and the base electrode 32 (B) of the sensor transistor 10 is connected via the second resistance element R2. It is connected to the negative electrode terminal of the power supply. The first resistance element R1 and the sensor transistor 10 form a voltage dividing circuit, and the first output voltage V OUT1 is output from the intermediate node thereof. The first output voltage V OUT1 is impedance-converted by the voltage follower circuit unit 60, and is output to the output terminal as the second output voltage V OUT2.

電圧調整回路部70は、コンパレータ71、カウンタ回路72、ラッチ回路73、DA変換器74、調整用トランジスタ75及び第2抵抗素子R2を有する。コンパレータ71は、非反転入力端子に第1出力電圧VOUT1が入力し、反転入力端子に設定電圧VREFが入力し、出力端子がカウンタ回路72に接続されるように構成されている。カウンタ回路72は、コンパレータ71の出力信号がローのときにクロック信号CLKに同期してカウントアップし、カウンタ値を示すNビットの第1デジタル信号D1を出力する。ラッチ回路73は、コンパレータ71の出力信号がローからハイに切り替わったときのカウンタ回路72の第1デジタル信号D1を保持する。ラッチ回路73は、後述するように、保持する第1デジタル信号D1に相当する第2デジタル信号D2を実計測モードにおいてDA変換器74に出力する。DA変換器74は、第1デジタル信号D1又は第2デジタル信号D2を入力し、その第1デジタル信号D1又は第2デジタル信号D2をアナログ信号の調整用電圧Vに変換し、調整用トランジスタ75のゲートに出力する。調整用トランジスタ75は、n型チャネルのMOSFETであり、参照電極44(G)とセンサ用トランジスタ10のベース電極32(B)の間に接続されている。さらに、調整用トランジスタ75と第2抵抗素子R2は、参照電極44(G)と電源の負極端子の間で直列に接続されており、分圧回路を構成している。この分圧回路の中間ノードがセンサ用トランジスタ10のベース電極32(B)に接続されている。 The voltage adjustment circuit unit 70 includes a comparator 71, a counter circuit 72, a latch circuit 73, a DA converter 74, an adjustment transistor 75, and a second resistance element R2. The comparator 71 is configured such that the first output voltage V OUT1 is input to the non-inverting input terminal, the set voltage V REF is input to the inverting input terminal, and the output terminal is connected to the counter circuit 72. When the output signal of the comparator 71 is low, the counter circuit 72 counts up in synchronization with the clock signal CLK and outputs an N-bit first digital signal D1 indicating the counter value. The latch circuit 73 holds the first digital signal D1 of the counter circuit 72 when the output signal of the comparator 71 is switched from low to high. As will be described later, the latch circuit 73 outputs the second digital signal D2 corresponding to the first digital signal D1 to be held to the DA converter 74 in the actual measurement mode. The DA converter 74 inputs the first digital signal D1 or the second digital signal D2, converts the first digital signal D1 or the second digital signal D2 into the adjustment voltage VA of the analog signal, and adjusts the transistor 75. Output to the gate of. The adjusting transistor 75 is an n-type channel MOSFET, and is connected between the reference electrode 44 (G) and the base electrode 32 (B) of the sensor transistor 10. Further, the adjusting transistor 75 and the second resistance element R2 are connected in series between the reference electrode 44 (G) and the negative electrode terminal of the power supply to form a voltage dividing circuit. The intermediate node of this voltage dividing circuit is connected to the base electrode 32 (B) of the sensor transistor 10.

次に、駆動回路100の動作について説明する。駆動回路100は、電圧調整モードと実計測モードの2モードで動作する。電圧調整モードは、実計測モードに先立って実施される。まず、電圧調整モードでは、カウンタ回路72の第1デジタル信号D1のカウンタ値が「0」又は所定値にリセットされ、DA変換器74が出力する調整用電圧VAが小さく調整される。このため、n型チャネルのMOSFETである調整用トランジスタ75は高抵抗である。これにより、参照電極44(G)とセンサ用トランジスタ10のベース電極32(B)の間の電圧が大きくなり、センサ用トランジスタ10が低抵抗に調整される。この結果、センサ用トランジスタ10の第1出力電圧VOUT1は小さく調整される。したがって、コンパレータ71はローを出力するので、カウンタ回路72はクロック信号CLKに同期してカウントアップする。カウンタ回路72の第1デジタル信号D1が増加すると、DA変換器74が出力する調整用電圧Vも増加し、これに伴って、センサ用トランジスタ10の第1出力電圧VOUT1が上昇する。センサ用トランジスタ10の第1出力電圧VOUT1が設定電圧VREFに達すると、コンパレータ71の出力信号がローからハイに切り替わり、カウンタ回路72のカウントアップが停止し、ラッチ回路73が第1デジタル信号D1をラッチし、電圧調整モードが終了する。このように、電圧調整モードでは、センサ用トランジスタ10のVOUT1が設定電圧VREFに一致するように負帰還制御される。 Next, the operation of the drive circuit 100 will be described. The drive circuit 100 operates in two modes, a voltage adjustment mode and an actual measurement mode. The voltage adjustment mode is implemented prior to the actual measurement mode. First, in the voltage adjustment mode, the counter value of the first digital signal D1 of the counter circuit 72 is reset to "0" or a predetermined value, and the adjustment voltage VA output by the DA converter 74 is adjusted to be small. Therefore, the adjusting transistor 75, which is an n-type channel MOSFET, has a high resistance. As a result, the voltage between the reference electrode 44 (G) and the base electrode 32 (B) of the sensor transistor 10 becomes large, and the sensor transistor 10 is adjusted to a low resistance. As a result, the first output voltage V OUT1 of the sensor transistor 10 is adjusted to be small. Therefore, since the comparator 71 outputs low, the counter circuit 72 counts up in synchronization with the clock signal CLK. When the first digital signal D1 of the counter circuit 72 increases, the adjustment voltage VA output by the DA converter 74 also increases, and the first output voltage V OUT1 of the sensor transistor 10 increases accordingly. When the first output voltage V OUT1 of the sensor transistor 10 reaches the set voltage V REF , the output signal of the comparator 71 is switched from low to high, the count-up of the counter circuit 72 is stopped, and the latch circuit 73 is the first digital signal. Latch D1 and end the voltage adjustment mode. As described above, in the voltage adjustment mode, the negative feedback control is performed so that the V OUT 1 of the sensor transistor 10 matches the set voltage V REF.

次に、電圧調整モードが終了後に、実計測モードが実施される。実計測モードでは、カウンタ回路72の動作が停止しており、ラッチ回路73の第2デジタル信号D2がDA変換器74に入力する。DA変換器74は、第2デジタル信号D2に相当する調整用電圧Vを調整用トランジスタ75のゲートに入力する。実計測モードでは、調整用トランジスタ75のゲートに調整用電圧Vを印加した状態で実施される。 Next, after the voltage adjustment mode is completed, the actual measurement mode is executed. In the actual measurement mode, the operation of the counter circuit 72 is stopped, and the second digital signal D2 of the latch circuit 73 is input to the DA converter 74. The DA converter 74 inputs the adjustment voltage VA corresponding to the second digital signal D2 to the gate of the adjustment transistor 75. In the actual measurement mode, the adjustment voltage VA is applied to the gate of the adjustment transistor 75.

センサ用トランジスタ10は、実計測モードにおいて、例えば線形領域で動作するように保証されることが望まれる。一方、センサ用トランジスタ10は、性能バラツキ(例えば、閾値電圧等)を含んでいる。例えば、センサ用トランジスタ10の閾値電圧が設計値よりも高くなった場合、参照電極44とセンサ用トランジスタ10のベース電極32(B)の間の電圧が予め決められた固定値であると、センサ用トランジスタ10が飽和領域で動作してしまうことが懸念される。しかしながら、上記の駆動回路100は、実計測モードに先立って電圧調整モードを実施し、センサ用トランジスタ10の第1出力電圧VOUT1が設定電圧VREFに一致するように負帰還制御し、参照電極44とセンサ用トランジスタ10のベース電極32(B)の間の電圧を相対的に高い値に補正する。これにより、センサ用トランジスタ10の閾値電圧が設計値よりも高くなった場合でも、センサ用トランジスタ10が線形領域で動作することが保証される。このように、上記の駆動回路100によると、センサ用トランジスタ10の性能バラツキを補正してセンサ用トランジスタ10が線形領域で動作することを保証することができ、センサ用トランジスタ10の性能の信頼性が向上する。 It is desired that the sensor transistor 10 is guaranteed to operate in, for example, a linear region in the actual measurement mode. On the other hand, the sensor transistor 10 includes performance variations (for example, threshold voltage and the like). For example, when the threshold voltage of the sensor transistor 10 becomes higher than the design value, the sensor determines that the voltage between the reference electrode 44 and the base electrode 32 (B) of the sensor transistor 10 is a predetermined fixed value. There is a concern that the transistor 10 will operate in the saturation region. However, the drive circuit 100 performs a voltage adjustment mode prior to the actual measurement mode, performs negative feedback control so that the first output voltage V OUT1 of the sensor transistor 10 matches the set voltage V REF, and controls the reference electrode. The voltage between 44 and the base electrode 32 (B) of the sensor transistor 10 is corrected to a relatively high value. This guarantees that the sensor transistor 10 operates in the linear region even when the threshold voltage of the sensor transistor 10 becomes higher than the design value. As described above, according to the above-mentioned drive circuit 100, it is possible to correct the performance variation of the sensor transistor 10 and guarantee that the sensor transistor 10 operates in the linear region, and the reliability of the performance of the sensor transistor 10 can be guaranteed. Is improved.

また、上記の駆動回路100は、参照電極44の性能バラツキも補正してセンサ用トランジスタ10が線形領域で動作することを保証することができる。参照電極44は、そのインピーダンス及び容量成分に係る性能バラツキを含んでいる。この結果、参照電極44が浸漬される培養液52の電位がセンサ用トランジスタ10毎にバラツキ、センサ用トランジスタ10を意図した線形領域で動作させることができない事態が生じ得る。このような場合でも、駆動回路100の負帰還制御によって、センサ用トランジスタ10が線形領域で動作することを保証することができる。 Further, the drive circuit 100 can correct the performance variation of the reference electrode 44 and guarantee that the sensor transistor 10 operates in the linear region. The reference electrode 44 includes performance variations related to its impedance and capacitance components. As a result, the potential of the culture solution 52 in which the reference electrode 44 is immersed may vary depending on the sensor transistor 10, and the sensor transistor 10 may not be able to operate in the intended linear region. Even in such a case, the negative feedback control of the drive circuit 100 can guarantee that the sensor transistor 10 operates in the linear region.

また、上記実施形態では、参照電極44の材料が化学的に安定な不活性材料である銀又は白金であった。この例に代えて、参照電極44は、より安価な材料のアルミニウム又は銅であってもよい。アルミニウム又は銅の参照電極44を用いると、参照電極44が培養液52中のイオンに反応して培養液52の電位が変動する。駆動回路100は、実計測モードに先立って電圧調整モードを実施することにより、このような培養液52の電位の変動を抑えることができる。換言すれば、駆動回路100は、培養液52中のイオンに反応するような参照電極44の材料、銅又はアルミニウムの使用を許容することができる。このように、駆動回路100は、安価な参照電極44を備えるセンサ用トランジスタ10に好適に用いることができる。 Further, in the above embodiment, the material of the reference electrode 44 is silver or platinum, which is a chemically stable inert material. Instead of this example, the reference electrode 44 may be a cheaper material, aluminum or copper. When the reference electrode 44 made of aluminum or copper is used, the reference electrode 44 reacts with the ions in the culture solution 52 to fluctuate the potential of the culture solution 52. By executing the voltage adjustment mode prior to the actual measurement mode, the drive circuit 100 can suppress such fluctuations in the potential of the culture solution 52. In other words, the drive circuit 100 can allow the use of a reference electrode 44 material, copper or aluminum, that reacts with ions in the culture solution 52. As described above, the drive circuit 100 can be suitably used for the sensor transistor 10 provided with the inexpensive reference electrode 44.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

10:センサ用トランジスタ、 20:シリコン基板、 22:ドリフト領域、 24:ソース領域、 26:ドレイン領域、 32:ベース電極、 34:ソース電極、 36:ドレイン電極、 37:絶縁膜、 38:ゲート絶縁膜、 42:容器、 44:参照電極、 52:培養液、 60:ボルテージフォロア回路部、 70:電圧調整回路部、 71:コンパレータ、 72:カウンタ回路、 73:ラッチ回路、 74:DA変換器、 75:調整用トランジスタ、 100:駆動回路 10: Transistor for sensor, 20: Silicon substrate, 22: Drift region, 24: Source region, 26: Drain region, 32: Base electrode, 34: Source electrode, 36: Drain electrode, 37: Insulating film, 38: Gate insulation Membrane, 42: Container, 44: Reference electrode, 52: Culture solution, 60: Voltage follower circuit, 70: Voltage adjustment circuit, 71: Comparator, 72: Counter circuit, 73: Latch circuit, 74: DA converter, 75: Adjustment transistor, 100: Drive circuit

Claims (3)

絶縁ゲート部上に試料溶媒が配置されるとともにその試料溶媒に参照電極が浸漬して用いられるセンサ用トランジスタの駆動回路であって、
前記参照電極と前記センサ用トランジスタのベース電極の間の電圧を調整する電圧調整回路部を備えており、
前記電圧調整回路部は、実計測に先立って、前記センサ用トランジスタの出力電圧が設定電圧に一致するように、前記参照電極と前記センサ用トランジスタの前記ベース電極の間の電圧を調整するように構成されている、駆動回路。
A drive circuit for a sensor transistor used in which a sample solvent is placed on an insulated gate and a reference electrode is immersed in the sample solvent.
It is provided with a voltage adjustment circuit unit that adjusts the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor.
Prior to the actual measurement, the voltage adjusting circuit unit adjusts the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor so that the output voltage of the sensor transistor matches the set voltage. The drive circuit that is configured.
前記参照電極の材料が、銅又はアルミニウムである、請求項1に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the material of the reference electrode is copper or aluminum. 前記電圧調整回路部は、前記参照電極と前記センサ用トランジスタの前記ベース電極の間に接続されている調整用トランジスタを有しており、
前記電圧調整回路部は、前記調整用トランジスタのゲート電圧を制御することにより、前記参照電極と前記センサ用トランジスタの前記ベース電極の間の電圧を調整するように構成されている、請求項1又は2に記載の駆動回路。
The voltage adjustment circuit unit has an adjustment transistor connected between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor.
The voltage adjusting circuit unit is configured to adjust the voltage between the reference electrode and the base electrode of the sensor transistor by controlling the gate voltage of the adjusting transistor, according to claim 1 or 2. The drive circuit according to 2.
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