JPH01201152A - 差動型半導体化学センサ - Google Patents
差動型半導体化学センサInfo
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- JPH01201152A JPH01201152A JP63023700A JP2370088A JPH01201152A JP H01201152 A JPH01201152 A JP H01201152A JP 63023700 A JP63023700 A JP 63023700A JP 2370088 A JP2370088 A JP 2370088A JP H01201152 A JPH01201152 A JP H01201152A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野〕
本発明は、半導体化学センサに係り、特に溶液中の特定
化学物質濃度を測定するための電界効果トランジスタを
利用した半導体化学センサに関する。
化学物質濃度を測定するための電界効果トランジスタを
利用した半導体化学センサに関する。
従来の半導体を用いた化学センサであるイオン選択用電
界効果トランジスタ(ISFET)は、そのゲート構造
としては、“センサ・アンド・アクチュエータ、第1巻
、(1981)第77−96頁(Sensor and
Actuators、1(1981) 77−96)
’″に記載のように、シリコン基板表面にS i Oz
/ S iaN+を積層した構造が広く用いられてい
る。また、さらに絶縁ゲート上に導伝性の電極を設はイ
オン選択性膜を形成したExteudeolGate
l5FETが、″センサ・アンド・アクチュエータ、第
4巻(1983)第291−298頁パに記載されてい
る。
界効果トランジスタ(ISFET)は、そのゲート構造
としては、“センサ・アンド・アクチュエータ、第1巻
、(1981)第77−96頁(Sensor and
Actuators、1(1981) 77−96)
’″に記載のように、シリコン基板表面にS i Oz
/ S iaN+を積層した構造が広く用いられてい
る。また、さらに絶縁ゲート上に導伝性の電極を設はイ
オン選択性膜を形成したExteudeolGate
l5FETが、″センサ・アンド・アクチュエータ、第
4巻(1983)第291−298頁パに記載されてい
る。
上述した従来技術tr基づ<l5FETの出力は比較的
大きな温度特性を持っており、この主な原因は半導体特
性におけるしきい値電圧やキャリア移動の温度特性によ
る。これら温度特性の補償については従来配慮されてい
なかった。
大きな温度特性を持っており、この主な原因は半導体特
性におけるしきい値電圧やキャリア移動の温度特性によ
る。これら温度特性の補償については従来配慮されてい
なかった。
本発明は、温度補償の容易な半導体化学センサを提供す
ることを目的としている。
ることを目的としている。
上記目的は、半導体パラメータの温度特性が等しい一対
のFETを用い、一つはイオン応答するI S F E
Tと、もう1つは1′オン応答をしない’IO3FE
Tとをセンサチップ桟板tに形成し、各々の出力電圧も
しくは電流の差動甜定を行うことにより達成される。
のFETを用い、一つはイオン応答するI S F E
Tと、もう1つは1′オン応答をしない’IO3FE
Tとをセンサチップ桟板tに形成し、各々の出力電圧も
しくは電流の差動甜定を行うことにより達成される。
I 5FETのゲート部しこ5上部表面に酸化層を形成
した白金族金属を、あるいはさらにイオン選択性膜を被
覆したM榛夕用いることにより基本的1こはl S l
’ I:Tメノー)構造y qospgτとすることが
できる。 ・h、同−基板−1−【、形成したMOSF
ETはl5FETと同じ金属材料及びゲート絶縁膜から
なっているのでl5FETと同一の半導体パラメータを
有する。このため各々の里導体パラメータの温度特性は
同一となり、両者の差動をとることにより完全に温度補
償することができる。
した白金族金属を、あるいはさらにイオン選択性膜を被
覆したM榛夕用いることにより基本的1こはl S l
’ I:Tメノー)構造y qospgτとすることが
できる。 ・h、同−基板−1−【、形成したMOSF
ETはl5FETと同じ金属材料及びゲート絶縁膜から
なっているのでl5FETと同一の半導体パラメータを
有する。このため各々の里導体パラメータの温度特性は
同一となり、両者の差動をとることにより完全に温度補
償することができる。
本発明の望ましい実施例では、シリコン基板の表面又は
表面近傍に、ある間隔をおいて、該シリコシとは異なる
伝導形の領域を2対設はソースおよびドレインとする。
表面近傍に、ある間隔をおいて、該シリコシとは異なる
伝導形の領域を2対設はソースおよびドレインとする。
2対の該領域にわたってシリコン表面に絶縁膜を形成し
、これをゲート絶縁膜とし、該ゲート絶縁膜上にゲート
電極を一対設けた電界効果トランジスタ(FET)を同
一基板上に2個形成する。一方のFETにはゲート電極
として上部表面に酸化層を設けた白金族金a k 設け
、さらにイオン選択性膜を被覆した電極を設けろ6他方
のFETにはゲート電極として白金族金属あるいは上部
表面に酸化層を設けた白金族金属を用い、さらにゲート
電極上部には耐水膜を設ける。かくして差動型半導体化
学センサを構成する。
、これをゲート絶縁膜とし、該ゲート絶縁膜上にゲート
電極を一対設けた電界効果トランジスタ(FET)を同
一基板上に2個形成する。一方のFETにはゲート電極
として上部表面に酸化層を設けた白金族金a k 設け
、さらにイオン選択性膜を被覆した電極を設けろ6他方
のFETにはゲート電極として白金族金属あるいは上部
表面に酸化層を設けた白金族金属を用い、さらにゲート
電極上部には耐水膜を設ける。かくして差動型半導体化
学センサを構成する。
本発明の望ましい実施例では、ゲート絶縁膜Si○2あ
るいはSi○2膜上に5iaN4膜を積層した膜である
。また、該白金族金属は、ロジウム、ルテニウム、イリ
ジウムまたは白金である。
るいはSi○2膜上に5iaN4膜を積層した膜である
。また、該白金族金属は、ロジウム、ルテニウム、イリ
ジウムまたは白金である。
本発明の一実施例を第1図により説明する。第1図はカ
リウムイオン測定用I S F E T (K+l5F
ET)の断面構造を示している。p型Si基板1上にヒ
素をイオン注入して形成したn十拡散層28〜2dを設
は各FETのソースとドレインとした。
リウムイオン測定用I S F E T (K+l5F
ET)の断面構造を示している。p型Si基板1上にヒ
素をイオン注入して形成したn十拡散層28〜2dを設
は各FETのソースとドレインとした。
l5FETとMOSFETのゲート絶縁膜は等しく 5
iOz層3,5i3Na層4を積層した構造とした。
iOz層3,5i3Na層4を積層した構造とした。
I S F E ’r側には、)、、部表面に酸化白金
層5aを設けた白金6aをゲート電極とし、さらにポリ
塩化ビニルを母材として可塑剤及びイオン感応物質であ
るバリツマ1′シンを分散させたカリウムイオン選択性
膜7を形成した。この膜7は液体試料受入用凹部を有す
る9 一方、MOSFET側は、l5FETと同じ材質の白金
6bをゲート電極J・シ、二の白金層には酸化層5bを
形成し、さらに上部には溶液から保護するための耐水性
膜であ、りポリイミド膜8を形成した。
層5aを設けた白金6aをゲート電極とし、さらにポリ
塩化ビニルを母材として可塑剤及びイオン感応物質であ
るバリツマ1′シンを分散させたカリウムイオン選択性
膜7を形成した。この膜7は液体試料受入用凹部を有す
る9 一方、MOSFET側は、l5FETと同じ材質の白金
6bをゲート電極J・シ、二の白金層には酸化層5bを
形成し、さらに上部には溶液から保護するための耐水性
膜であ、りポリイミド膜8を形成した。
第2図に第1図に示したセンサチップを実装した図へ示
す。セン竹チノゾ9の先端にI S FET10M05
F訂目を並へ、゛コ′配置し、センサ出力端子i2をチ
ップ反対個に配=した。出力端子12はポンディングワ
イヤ13を通して差動増幅器を有する外部開穿回路し−
接続されたリード線14に接続している。これら電気的
配線部分は弗素樹脂チューブ15とエボキン樹脂16に
よって保護する。
す。セン竹チノゾ9の先端にI S FET10M05
F訂目を並へ、゛コ′配置し、センサ出力端子i2をチ
ップ反対個に配=した。出力端子12はポンディングワ
イヤ13を通して差動増幅器を有する外部開穿回路し−
接続されたリード線14に接続している。これら電気的
配線部分は弗素樹脂チューブ15とエボキン樹脂16に
よって保護する。
外部測定回路により、出力電圧もしくは出力電流の差信
号を得て5力リウムイオン濃度を演算し、表示する。
号を得て5力リウムイオン濃度を演算し、表示する。
第3図に第2図の装置を用いたときのカリウムイオンに
対するセンサの応答を示す。結果から感度として57
m V / decadeが得られた。
対するセンサの応答を示す。結果から感度として57
m V / decadeが得られた。
第4図には温度変化に対する出力電圧変化を示す。直線
Aは本センサにおけるl5FET単体のときの温度特性
を示す、一方、直線Bは同−基板上に形成したMOSF
ETとの出力差をとるようにしてd(り定したもので、
温度係数−0、05m V / ’Cと1SFET単体
で測定した場合に比べ温度係数が小さい。
Aは本センサにおけるl5FET単体のときの温度特性
を示す、一方、直線Bは同−基板上に形成したMOSF
ETとの出力差をとるようにしてd(り定したもので、
温度係数−0、05m V / ’Cと1SFET単体
で測定した場合に比べ温度係数が小さい。
(発明の効果〕
本発明によれば、従来のl5FET単体で問題であった
温度特性を補償できるので、液体試料中のイオン濃度を
高精度で測定できる。
温度特性を補償できるので、液体試料中のイオン濃度を
高精度で測定できる。
第1図は本発明の一実施例のカリウムセンサの断面構造
を示す図、第2図は第1図のセンサチツプの実装図、第
3図は本発明に基づくセンサのカリウム応答を示す図、
第4図は本発明のセンサの温度特性を示す図である。 1・・・p型Si基板、3・・・5iOz、4・・5i
3Na、5・・・酸化白金層、6・・・白金、7・・・
イオン選択性膜、8・・・耐水膜、9・・・センサチッ
プ、10・・・l5FET、11・・MOSFET、1
2・・・出力端子。 代理人 弁理士 小川勝馬、l−ミ゛\佑1図 寓4−図 51度(C) 手続補正書(自発) 昭和 6漏 5月11 []
を示す図、第2図は第1図のセンサチツプの実装図、第
3図は本発明に基づくセンサのカリウム応答を示す図、
第4図は本発明のセンサの温度特性を示す図である。 1・・・p型Si基板、3・・・5iOz、4・・5i
3Na、5・・・酸化白金層、6・・・白金、7・・・
イオン選択性膜、8・・・耐水膜、9・・・センサチッ
プ、10・・・l5FET、11・・MOSFET、1
2・・・出力端子。 代理人 弁理士 小川勝馬、l−ミ゛\佑1図 寓4−図 51度(C) 手続補正書(自発) 昭和 6漏 5月11 []
Claims (1)
- 1、二対のソースおよびドレインを形成したシリコン基
板上に共通のゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜
上に同じ材料からなる一対のゲート電極を形成し、一方
のゲート電極上にはイオン感応膜を設け、他方のゲート
電極上には耐水性膜を設けたことを特徴とする差動型半
導体化学センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63023700A JPH0684951B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 差動型半導体化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63023700A JPH0684951B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 差動型半導体化学センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01201152A true JPH01201152A (ja) | 1989-08-14 |
JPH0684951B2 JPH0684951B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=12117661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63023700A Expired - Lifetime JPH0684951B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 差動型半導体化学センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0684951B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8502277B2 (en) | 2003-08-29 | 2013-08-06 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57161541A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Toshiba Corp | Ion sensor |
JPS6073353A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-25 | Hitachi Ltd | 化学fetセンサ |
-
1988
- 1988-02-05 JP JP63023700A patent/JPH0684951B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57161541A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Toshiba Corp | Ion sensor |
JPS6073353A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-25 | Hitachi Ltd | 化学fetセンサ |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8502277B2 (en) | 2003-08-29 | 2013-08-06 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
US8766326B2 (en) | 2003-08-29 | 2014-07-01 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor |
US8772099B2 (en) | 2003-08-29 | 2014-07-08 | Japan Science And Technology Agency | Method of use of a field-effect transistor, single-electron transistor and sensor |
US9506892B2 (en) | 2003-08-29 | 2016-11-29 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0684951B2 (ja) | 1994-10-26 |
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