JPH01263550A - イオンセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はイオンセンサ、詳しくは接合型ＦＥＴ原理を用
いたＦＥＴのゲート部、特にゲート部の延長配線又は導
電材で延長された導電性層上に、イオン感応層を被覆す
るイオンセンサに関するものである。

［従来の技術］ 電界効果を用いた半導体デバイスは、 （１）　Ｍ　ＯＳ　（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ　５ｅｎ
ｔ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造 （２）接合型ＦＥＴ（ｊｕｎｃｔｉｏｎ　　ＦＥＴ）（
３）ショットキーゲートＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｓｃｈｏｔｔｋ
ｙ　ｇａｔｅＦＥＴ） （４）静電誘導形トランジスタ（Ｓ　Ｉ　Ｔ　：　１ｎ
ｄｕｃｔ−ｔｏｎ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ） などのように分類できる。

従来は、ＭＯＳＦＥＴの使用が一般的であったが、接合
型ＦＥＴは低周波領域での雑音特性に優れ、又、ショッ
トキーゲートＦＥＴなどは高速動作に優れ、これからの
光を使用する半導体技術にとって大きな期待の持てるＩ
Ｃ技術である。

しかし、水、蒸気などのように水分に接触して使用する
イオンセンサ、又、可視光などがあたる所での使用には
半導体として問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、雑音
特性あるいは高速動作に優れ、水分との接触及び可視光
などによる影響の無いイオンセンサを提供することにあ
る。

又、同時に多種のイオン濃度を測定できる雑音特性ある
いは高速動作に優れたイオンセンサを提供することにあ
る。

更に、測定されたイオン濃度の温度補償等が可能な雑音
特性あるいは高速動作に優れたイオンセンサを提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段及び作用］この課題を解決
するために、本発明のイオンセンサは、接合型ＦＥＴと
、該接合型ＦＥＴの分離ゲート部またはゲート部からの
延長配線部の少なくとも一部を被覆する導電性層と、該
導電性層の表面を被覆するイオン感応層とを備える。

又、複数個の接合型ＦＥＴと、該複数個の接合型ＦＥＴ
の分離ゲート部またはゲート部からの延長配線部の少な
くとも一部を被覆する導電性層と、該導電性層上を被覆
するそれぞれ異種イオンのイオン感応層とを備える。

［実施例］ まず、ＦＥＴの種別について詳細に説明する。

（１）　Ｍ　ＯＳ　（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍ
ｉ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造薄く不純物を拡散させた
Ｐ型Ｓｉ基板上に１０μｍ程度離して濃く不純物を拡散
させたｎ０領域を作り、これをドレイン、ソース電極と
する。その表面を熱酸化し数千人の厚さの絶縁層（５ｉ
０２）を成長させ、その上に金属を蒸着してゲートｍｈ
とする。Ｓｉｎ、層を介してゲートとソース間に電圧Ｖ
。Ｓを印加し、ドレインとソース間のチャネルの導電率
を変えることができ、増幅作用が可能となる。このよう
に、半導体基板（Ｓ＋）の表面に酸化物（Ｓｔ（ｈ）薄
層と金属　（Ａ１など）の薄層を形成させた構造で、現
在のｉ積回路（ＩＣ）の基本的構造の１つである。

（２）接合型Ｆ　Ｅ　Ｔ　（ＪｕｎｃｔｉｏｎＦ　Ｅ　
Ｔ　；以下、Ｊ−ＦＥＴと記す） このＦＥＴはチャネルとなる比較的高抵抗なｎ型半導体
の両端にソース及びドレインと呼ばれるオーム性接触電
極を有し、さらにその中間にゲートと呼ばれるチャネル
と整流性接触する第３の電極を有する。したがって、ド
レインとソース間を流れる電流１０５はＶａｓ（ゲート
電圧）によって制御される。そして、ゲートは通常強く
順バイアスされることは無いのでゲート電流は極めて小
さく、能動素子として動作する。ＭＯＳ−ＦＥＴにくら
べ本半導体は低周波領域での雑音特性に優れている。

（３）ショットキーゲートＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｓｃｈｏｔｔ
ｋｙ　ｇａｔｅＦＥＴ） ショットキーゲートＦＥＴは金属と半導体との接触から
なるショットキー接触をゲートとする一種の接合型ＦＥ
Ｔである。実際の素子は高抵抗基板結晶上にチャネルと
なる半導体結晶層が形成されたブレーナ構造であり、半
導体としてはＳｉ。

ＧａＡｓ、　ＩｎＰなどが用いられる。特に、電子穆動
度の大きいＧａＡｓを用いて高周波特性の優れた素子や
高速動作（例えば光などを利用する場合）の集積回路で
ある。

（４）静電誘導形トランジスタ（Ｓ　Ｉ　Ｔ　：　Ｉｎ
ｄｕｃｔ−ｉｏｎ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ） ＳＩＴは、チャネルの負帰還作用（Ｊ−ＦＥＴにおいて
ドレイン電圧をＯｖから増加してゆくとき、ドレイン電
流は直線的増加から徐々により小さな増加となってゆく
、これはチャネル部の抵抗がドレイン電流の増加と共に
大きくなるという作用）を出来る限り小さくし、ゲート
電圧だけでなくドレイン電圧による静電話導効果によっ
てもドレイン電流を制御する素子である。

その特徴としては、 （ｉ）ドレイン電流はゲート電圧に対して指数関数的に
変化し、またドレイン電圧に対しても同様である。その
出力特性はドレイン電圧に対して指数関数的に変化する
非飽和特性となる。

（ｉ　ｉ）温度特性：温度増加と共にドレイン電流は増
加する。一方、ドレイン電流が増加し、Ｒ３（ソースと
電位障壁間の抵抗）の効果が顕著となる大電流領域では
、Ｒ，は半導体の抵抗であり温度と共に増大するため温
度特性は負となる。

以上のように、ＦＥＴを分類できる。

本実施例では、接合型ＦＥＴのゲートから張り出した延
長配線上に導電性層と該導電性層上にイオン感応層及び
又はイオン選択性層を被覆したイオンセンサを説明する
。そして、この接合型ＦＥＴの特徴である低周波領域の
雑音特性に優れ、又、ショットキー接触）−ＦＥＴなど
のようにさらに高速動作に優れるため、光９半導体技術
に利用出来うるＦＥＴ基盤と、その表面に高分子層（イ
オン感応層など）を被覆することにより、水分を含む検
体即ち電解質液中のイオン濃度を安定に測定できる。

Ｊ−ＦＥＴは第６図（ａ）に示すようにチャネルとなる
比較的高抵抗なｎ形半導体の両端にソース及びドレイン
と呼ばれるオーム性接触電極を有し、さらに、その中間
部にゲートとチャネルの接合部には空乏層が生じるがそ
の空乏層の幅をゲート電圧Ｖ。３で制御することにより
チャネルと呼ばれ電気的中性状態にあるｎ影領域の抵抗
が制御される。したがって、ドレイン、ソース間を流れ
る電圧ｆＤＩｉはＶａＳによって制御され、また、ゲー
トは通常強く順バイアスされることはないのでゲート電
流は極小さく能動素子として操作する。

第７図にＳｔを使ったＪ−ＦＥＴの作成方法の一例を示
す、まず、ｐ−ｎが接合したエピタキシャルウェハのｎ
型の表面を酸化してＳ　ｉ　Ｏｚの膜を作る。次にｐｏ
の側壁拡散を行い、ｎ型上にｐ型のゲート部を拡散する
。ゲート部の両側にｎｏのコンタクトを拡散させ、ゲー
ト部とｎ３のコンタクト部上の５ｉ０２を取り除き、そ
れぞれの電極を形成してＪ−ＦＥＴが完成する０作成技
法としては゛、従来のブレーナ技術やイオン注入技術等
が利用される。

又、第６図（ｂ）に示すように、ショットキーケートＦ
ＥＴは金属と半導体との接触からなるショットキー接触
をゲートとする一種の接合形ＦＥＴであり、実際の素子
は高抵抗基板結晶上にチャネルとなる半導体結晶層が形
成されたプレート構造である。ゲート長の微細化が出来
、特に電子移動の大きいＧａＡｓを用いて高周波特性の
優れた素子や高速動作の集積回路が得られる。

以下図面に従って、本実施例のイオンセンサを説明する
。

第１図（ａ）　〜（Ｃ）は本実施例のＪ−ＦＥＴセンサ
の構成を示す構造模式図である。

サファイア基盤１上に、上述したＪ−ＦＥＴ２を形成す
る。このＪ−ＦＥＴ２はｎ型２ｂの両端がソース３及び
ドレイン４に接続され、ｎ型上に形成されたｐ型をゲー
ト部５とする。Ｊ−ＦＥＴ２の電極外の表面は５ｉ０２
膜６によって被覆されている。ゲート部５から導電性層
７、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーテ
ィング法、ＣＶＤ法、イオンビームスパック法等を用い
て形成された導電性炭素層、あるいはイリジウムオキサ
イド層やパラジウムオキサイド層によりゲート部を引き
出しＪ−ＦＥＴより分離する。

そして、ソース端子、ドレイン端子と分離ゲート部の導
電性ＦＩ７　ａを除いて、全体を絶縁性樹脂１０で被覆
する。分離ゲート部の導電性層７ａ上に、所望のイオン
に感応するイオン感応層が形成される。本実施例では、
イオン感応層は酸化還元機能を発現する酸化還元機能層
８と、イウオンキャリャ物質を含有して所望のイオンを
適化するイオン選択性層９とからなる。このようにして
、Ｊ−ＦＥＴセンサ３０が作成される。

第２図には、複数個の接合型ＦＥＴからなる多種イオン
濃度を同時に測定するイオンセンサの構造模式図を示す
、複数個の接合型ＦＥＴ２１のゲート部からリード線２
２ａ〜２２ｅを引き出し、これらリード線２２ａ〜２２
ｅを異種イオンに感応するイオン□感応層２０ａ〜２０
ｅに被覆されたイオン感応部である分離ゲート部２０に
、それぞれ接続したものである。尚、第２図では分離ゲ
ート部２０は拡大されて示されているが、このようにゲ
ート部を分離することにより、非常に微少なイオン感応
部が作成できる。

本実施例で酸化還元機能層とは、これを導電性基体の表
面に被着してなる電極が酸化還元反応によって導電性基
体に一定電位を発生しつる性質を有するものであり、特
に酸素ガス分圧によって電位が変動しないものが好まし
い、斯かる酸化還元機能としては、例えば■キノンーヒ
ドロキノン型の酸化還元反応を行なうことができる有機
化合物膜若しくは高分子膜、■アミンーキノイド型の酸
化還元反応を行なうことができる有機化合物膜若しくは
高分子膜、■ポリ（ビロール）、ポリ（チェニレン）等
の導電性物質等が好適なものとして挙げられる。なお、
ここでキノン−ヒドロキノン型の酸化還元反応とは、重
合体の場合を例にとれば、例えば次の反応式で表わされ
るものをいう。

ＯＯＨ （式中、Ｒ，、Ｒ，は例えば芳香族含有構造の化合物を
示す） また、アミン−キノイド型の酸化還元反応とは、前記同
様重合体の場　合を例にとれば、例えば次の反応式で表
わされるものをいう。

（式中、Ｆｔ５．Ｒ４は例えば芳香族含有構造の化合物
を示す） このような酸化還元機能層を形成しつる酸化還元を発現
する化合物としては、例えば次の（ａ）〜（ｄ）の化合
物が挙げられる。

（ａ）　　　　　（ＯＨ）□ 「 Ａｒｔ　　　　　（Ｒｓ）ｎ２ （式中、Ａｒ、は芳香核、各Ｒ３は置換基、ｍ２は１な
いしＡｒ、の有効原子価数、ｎ２は０ないしＡｒｌの有
効原子価数−１を示す） で表わされるヒドロキシ芳香族化合物。

Ａｒ、の芳香核は、例えばベンゼン核のように単環のも
のであっても、アントラセン核、ピレン核、クリセン核
、ペリレン核、コロネン核等のように多環のものであっ
てもよく、またベンゼン骨核のみならず複素環骨核のも
のであってもよい。

置換基Ｒ６としては、例えばメチル基等のアルキル基、
フェニル基等のアリール基、およびハロゲン原子等が挙
げられる。具体的には、例えばジメチルフェノール、フ
ェノール、ヒドロキシピリジン、０−またはｍ−ベンジ
ルアルコール、０−ｌｍ−またはｐ−ヒドロキシベンズ
アルデヒド、０−またはｍ−ヒドロキシアセトフェノン
、０−ｌｍ−またはｐ−ヒドロキシプロピオフェノン、
ｏ　−、ｍ−またはｐ−ヒドロキシベンゾフェノン、ｏ
　＋、　ｍ−またはｐ−カルボキシフェノール、ジフェ
ニルフェノール、２−メチル−８−ヒドロキシキノリン
、５−ヒドロキシ−１，４＝ナフトキノン、４−（ｐ−
ヒドロキシフェニル）２−ブタノン、１．５−ジヒドロ
キシ−１，２゜３．４−テトラヒドロナフタレン、ビス
フェノールＡ、サリチルアニリド、５−ヒドロキシキノ
リン、８−ヒドロキシキノリン、１．８−ジヒドロキシ
アントラキノン、５−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノ
ン等が挙げられる。

（ｂ）次式 ％式％） （式中、Ａｒ２は芳香核、各Ｒ６は置換基、ｍ。

は１ないしＡｒ２の有効原子価数、ｎｓはＯないしＡｒ
２の有効原子価数−１を示す） で表わされるアミノ芳香族化合物。

Ａｒ、の芳香核、置換基Ｒ６としては化合物（ａ）にお
けるＡｒ、、置換基ＲＳと夫々同様のものが使用される
。アミノ芳香族化合物の具体例を挙げると、アニリン、
１．２−ジアミノベンゼン、アミノピレン、ジアミノピ
レン、アミノクリセン、ジアミノクリセン、１−アミノ
フェナントレン、９−アミノフェナントレン、９．１０
−ジアミノフェナントレン、１−アミノアントラキノン
、ｐ−フェノキシアニリン、０−フェニレンジアミン、
ｐ−クロロアニリン、３．５−ジクロロアニリン、２，
４．６−ドリクロロアニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ
−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン等である。

（Ｃ）１．６−ピレンキノン、１，２，５．８−テトラ
ヒドロキシナリザリン、フェナントレンキノン、１−ア
ミノアントラキノン、プルプリン、１−アミノ−４−ヒ
ドロキシアントラキノン、アントラルフィン等のキノン
類。

これらの化合物のうち、特に２．６−キシレノール、１
−アミノピレンが好ましい。

（ｄ）ピロールおよびその誘導体（例えばＮ−メチルビ
ロール）、チオフェンおよびその誘導体（例えば、メチ
ルチオフェン）等である。

更に、酸化還元機能を発現しつる化合物としては、ポリ
（Ｎ−メチルアニリン）［大賞、転円、小山、日本化学
会誌、１８０１−１８０９　（１９８４）］、ポリ（２
，６−シメチルー１．４−フェニレンエーテル）、ポリ
（０−フェニレンジアミン）、ポリ（フェノール）、ポ
リキシレノール；ピラゾロキノン系ビニル七ツマ−の重
合体、イソアロキサジン系ビニル千ツマ−の重合体等の
キノン系ビニルポリマー縮重合化合物のような（ａ）〜
（ｄ）の化合物を含有する有機化合物、（ａ）〜（ｄ）
の化合物の低重合度高分子化合物（オリゴマー）、ある
いは（ａ）〜（ｄ）をポリビニル化合物、ポリアミド化
合物等の高分子化合物に固定したもの等の当該酸化還元
反応性を有するものが挙げられる。なお、重合体という
語は単独重合体及び共重合体等の相互重合体の双方を含
む。

支持電解質として、例えば過塩素酸ナトリウム、硫酸、
硫酸二ナトリウム、リン酸、ホウ酸、テトラフルオロリ
ン酸カリウム、４級アンモニウム塩などが好適なものと
して挙げられる。

溶媒としては、例えばアセトニトリル、水、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボ
ネートメタノール等が使用され、テトラヒドロフラン（
ＴＨＦ）がとくに好ましい。

本実施例において、層上の酸化還元機能層を形成しうる
化合物を導電性層上に被着するためには、アミノ芳香族
化合物、ヒドロキシ芳香族化合物等を電解酸化重合法ま
たは電解析出法によって導電性炭素、貴金属等の導電性
基体層上で合成した重合体あるいは電子線照射、光、熱
などの適用によって合成した重合体を溶媒に溶解したも
のを、導電性層上に塗布または浸漬により被着させる方
法、真空下気相中で反応させ直接導電性層上に析出させ
被着する方法、光・熱・放射線等を照射して直接導電性
層上に被着する方法等を取ることができる。これらの方
法の中では特に、電解酸化重合法によるのが好ましい。

電解酸化重合法は、溶媒中で適当な支持電解質の存在下
、アミノ芳香族化合物、ヒドロキシ芳香族化合物等を電
解酸化重合させ、導電性層の表面に重合体層が被覆され
ることにより実施される。

溶媒としては、例えばアセトニトリル、水、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボ
ネートメタノール等が、また支持電解質としては、例え
ば過塩素酸ナトリウム、硫酸、硫酸二ナトリウム、リン
酸、ホウ酸、テトラフルオロリン酸カリウム、４級アン
モニウム塩などが好適なものとして挙げられる。

酸化還元機能層の膜厚は０．０１μｍ〜１．０ｍｍ、特
に０．１μｍ〜０．１ｍｍとなるようにするのが好まし
い。０．０１μｍより薄い場合には、本実施例の効果を
十分奏さず、また、１．０ｍｍより厚くすることはセン
サを小型化するうえで好ましくない。

また、本発明の酸化還元機能層は、これに電解質を含浸
させて使用することができる。電解質としては、例えば
リン酸、リン酸水素二カリウム、過塩素酸ナトリウム、
硫酸、テトラフルオロホウ酸塩、テトラフェニルホウ酸
塩等が挙げられる。

酸化還元機能層に電解質を含浸させるには、酸化還元機
能層が形成されたのち、これを電解質溶液に浸漬する方
法が簡便である。

イオンキャリヤ物質としては、被検イオンに応じて例え
ば次のものが使用される。

（ｉ）水素イオン 水素イオンキャリヤ物質としては、次の物質が使用され
た０例えば次式 （式中、Ｒ７、ａａおよびＲ９は同一もしくは異なった
アルキル基を示し、そのうち少なくとも２つは炭素数８
〜１８のアルキル基を示す）で表わされるアミン類、お
よび次式 （式中、ＲＩＧは炭素数８〜１８のアルキル基を示す） で表わされる化合物等を挙げることがで幹、好ましいも
のとしてはトリーｎ−ドデシルアミンが挙げられる。こ
の中では特にトリドデシルアミンが好ましい。

（ｉｔ）カリウムイオン パリノマイシン；ノナクチン、モナクチン；ジシクロへ
キシル−１８−クラウン−６、ナフト−１５−クラウン
−５、ビス（１５−クラウン−５）等のクラウンエーテ
ル化合物等が挙げられ、就中、パリノマイシン、ビス（
１５−クラウン−５）が好適である。

（ＩＩＩ）ナトリウムイオン 芳香族系アミドもしくはジアミド類、脂肪族系アミドも
しくはジアミド類、クラウン化合物、例えばビス［（１
２−クラウン−４）メチルＪドデシルマロネート、Ｎ、
Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラプロピル−３，６−シオキサネート
　ジアミド、Ｎ。

Ｎ、Ｎ’　、Ｎ’−テトラベンジル−１，２−エチレン
ジオキシジアセトアミド、Ｎ、Ｎ’　−ジベンジル−Ｎ
、Ｎ’−ジフェニル−１，２−フェニレンジアセトアミ
ド、Ｎ、Ｎ’　、Ｎ’　−トリへブチル−Ｎ、Ｎ’　、
Ｎ′−トリメチル−４，４’　。

４″−プロピリジントリス（３−オキサブチルアミド）
、３−メトキシ−Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラプロピル−１
，２−フェニレンジオキシジアセトアミド、（−）−（
Ｒ，Ｒ）−４，５−ジメチル−Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラ
プロピル−３，６−ジオキサオクタン　ジアミド、４−
メチル−Ｎ。

Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラプロピル−３，６−シオキサオクタ
ン　ジアミド、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラプロピル−１，
２−フェニレンジオキシジアセトアミド、Ｎ、Ｎ、Ｎ、
Ｎ−テトラプロピル−２゜３−ナフタレンジオキシジア
セトアミド、４−ｔ−ブチル−Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラ
プロピル−１，２−シクロヘキサンジオキシ−ジアセト
アミド、シスーＮ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラプロピル−１，
２−シクロヘキサンジオキシジアセトアミド、トランス
−Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−テトラプロピル−１，２−シクロヘ
キサンジオキシジアセトアミド等が挙げられ、就中、ビ
ス［（１２−クラウン−４）メチル］ドデシルマロネー
トが好適に使用される。

（ｌｖ）塩素イオン 次式 ％式％ （式中、ＲＩＩ＋　Ｒｓ＊＊　Ｒｒｓは各々同−若しく
は異なって炭素数８〜１８のアルキル基を、Ｒ１４は水
素または炭素数１〜８のアルキル基を示す）で表わされ
る４級アンモニウムの塩及び次式で表わされるトリフェ
ニルスズクロライド等が挙げられる。

（Ｖ）カルシウムイオン カルシウム　ビス［ジー（ｎ−オクチルフェニル）ホス
フェート］、（−）−（Ｒ，Ｒ）−Ｎ。

Ｎ′−ビス［（１１−エトキシカルボニル）ウンデシル
］　−Ｎ、Ｎ’　、４．５−テトラメチル−３，６−シ
オキサオクタンージアミド、カルシウムビス［ジ（ｎ−
デシル）ホスフェート］等が好適なものとして挙げられ
る。

（ｖｉ）炭素水素イオン 次式 ％式％ （式中、ＲＩＳ＋　Ｒ１８＋　Ｒ１７は各々同−又は異
なって炭素数８〜１８のアルキル基を、Ｒ１♂は水素原
子又は炭素数１〜４のアルキル基を、Ｘ−はＣｌ−１Ｂ
ｒ’″又はＯＨ−を示す） で表わされる４級アンモニウム塩；次式（式中、Ｒ１１
１はフェニル基、水素原子又はメチル基を、Ｒ２゜は水
素原子又はメチル基を、Ｒ２１は水素原子、メチル基又
はオクタデシル基を示す）で表わされる３級アミン化合
物； 更に次式 ％式％ で表わされる化合物等が挙げられる。

（ｖｌｉ）アンモニウムイオン ノナクチンにモナクチンあるいはテトラメチル等を加え
たものが好適なものとして挙げられる。

電解質塩としては、例えばナトリウムテトラキス（ｐ−
フルロフェニル）ボレート、カリウムテトラキス（ｐ−
クロロフェニル）ボレート、および次式 ％式％ （式中、Ｒ１８はアルキル基、好ましくは炭素数２〜６
のアルキル基を示す） で表わされる化合物が挙げられる。

この中では、水素イオン、カリウムイオン、ナトリウム
イオン、炭酸水素イオンに対してはテトラキス（ｐ−ク
ロロフェニル）ホウ酸カリウム、塩素イオンに対しては
テトラクロロボレート、カルシラミオンに対してはジー
（ｎ−オクチルフェニル）ホスフェートがとくに好まし
い。

また、イオンキャリヤ物質を担持せしめる層材について
は高分子化合物として、例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビ
ニル−エチレン共重合体、ポリエステル、ポリアクリル
アミド、ポリウレタンなどの有機高分子化合物およびシ
リコーン樹脂んどの無機高分子化合物を挙げることがで
きる。この中ではとくに塩化ビニルが好ましい。

使用される可塑剤は、溶出しにくいものが使用される。

このような可塑剤としては、例えばセバシン酸ジオクチ
ルエステル、アジピン酸ジオクチルエステル、マレイン
酸ジオクチルエステル、ジ−ｎ−オクチルフェニルホス
ホネート等が挙げられる。この中ではセバシン酸ジオク
チル（ＤＯ３）、セバシン酸ジ（２−エチルヘキシル）
が好ましい。

また溶媒としては、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）がと
くに好ましい。イオン選択性層が被覆されるには例えば
テトラヒドロフラン等の溶媒に高分子化合物、可塑剤、
イオンキャリヤ物質を溶かした溶液中に酸化還元電極を
漫潰後に引き上げ、風乾そして乾燥という工程を繰り返
し、所望の厚さに調整することにより得られる。

イオン選択性層の厚さとしては０．１μｍ〜１０ｍｍ、
特に０．４〜２．０ｍｍとなるようにするのが好ましい
。

〈実施例１．２〉 Ｊ−ＦＥＴ基板はｐ形シリコンウェーハ上にホトリング
ラフイーを用いる一般的なブレーナ技術を利用して作製
した。

このようにして作製したＪ−ＦＥＴのゲート部の表面に
イオンビームスパッタ法を用いて炭素皮層（２０００人
）を形成した。次にこの炭素皮層の一端を金製の接触子
により電気的接続を行い、下記に示す電解液中、条件下
で電解酸化を行うことによてって重合体層を被着した。

（電解液） ０．５Ｍ２．６−シメチルフエノール ０．２Ｍ　過塩素酸ナトリウム アセトニトリル　溶媒 （電解条件） Ｏｖから＋１．５Ｖ（対５ＳＣＥ）まで５０　ｍ　Ｖ　
／　ｓ　ｅ　ｃ　３回電位走査ののち、＋１．５Ｖで１
０分間電解 尚、接触子の触れていた部分には、絶縁性の接着剤を被
着して電気的絶縁を計った。このようにしてキノン−キ
ノイド型酸化還元反応を行う重合体層（約１０μｍ）を
形成した。

次にイオンキャリアを含有する高分子層（０，３〜１ｍ
ｍ層厚）を被覆した。

（イオン選択性層の組成） 〈実施例１〉として トリドデシルアミン　　　　　　　　２ｍｇ／ｍｉカリ
ウムテトラキス（ｐ−クロロフェニル）ボレート１．２
ｍｇ／ｍｊ２ ポリ塩化ビニル（平均重合度１０５０）６５．６ｍｇ／
＋ｊ２ セパチン酸ジ（２−エチルヘキシル） １３１．２ｍｇ／ｍｊ２ テトラヒドロフラン（溶媒） 〈実施例２〉として パリノマイシン　　　　　　　　　３．２ｍｇ／ｍＩＬ
ポリ塩化ビニル（重合度１０５０）　　６５．６ｍｇ／
ｍＪ２セバシン酸ジ（２−エチルヘキシル） １３１．２Ｂ／ｍｆＬ テトラヒドロフラン（溶媒） く実験例１〉 実施例１（イオン選択性層の厚さ０．４ｍｍ）のＪ−Ｆ
ＥＴセンサの特性を第３図に示す測定回路及び装置を用
いて、飽和塩化ナトリウム飽和カロメル電極（ＳＳＣＥ
）に対するＪ−ＦＥＴセンサのソース電圧（Ｖｏｕｔ）
を測定した。

第３図において、３０は本実施例のＪ−ＦＥＴセンサ、
３１は上記５ＳＣＥ電極、３２は檀、３３は被測定溶液
、３４は攪拌器、３５は測定回路図である。

尚、ソース電圧（出力）の測定にはディジタルボルトメ
ータ（ＴＲ６２４１ニアトノ（ンテスト社）を用い、測
定溶液には５０　ｍ　Ｍリン酸塩緩衝溶液を用いｐＨ５
−９で測定を保った。溶液の温度３７℃で、攪拌しなが
ら、大気中で光照度−窓中で行った。

ｐＨに対する応答の特性は、Ｅ＝Ｅ’　−３ｘｐ）！で
示されるネルンスト式に従う直線関係を示し、Ｅ’　＝
１１００ｍＶ　（対５ＳＣＥ）、Ｓ＝６１ｍＶ／ｐＨと
倫理値に近い応答が得られた。

また、９９％応答は５秒以内と応答が速い。

光照度を（０−１００００ルクス）変化させても、出力
電圧の変化は実験誤差（±１　ｍＶ）以内で一定であっ
た。

次に特性の経時変化を調べた結果は第４図（ａ）、（ｂ
）に示すように、１ケ月以上安定であった。

第４図（ａ）、（ｂ）において、破線はゲート絶縁部に
直接イオンキャリア層を被着したＭＯ３ＦＥＴセンサの
特性の経時変化を示す。以上のように本実施例により安
定なイオンセンサを提供できる。

〈実験例２〉 実験例１と同様に第３図に示す装置を用い、ＫＣＪＩ溶
液を用いてカリウム濃度を変えてカリウムイオン濃度に
対する応答特性を調べた。

本実施例のイオンセンサには、カリウムイオン選択性層
０．４ｍｍが被覆しである。

出力電圧（Ｖｏｕ５）とカリウムイオン濃度とは、１０
−’Ｍない５Ｘ１０−’Ｍの範囲で極めて良い直線関係
を示し、その直線の傾きは、６０ｍＶ／交ｏｇｐ［ｋ“
］であり、また応応答度は９５％応答が１秒以内と極め
て速いことがわかった。また、光照度の変化を受は難い
こともわかった。更に、特性が実施例１同様に１ケ月以
上安定であることがわかった。

〈実施例３〜８〉 第１表に示したイオン選択性層組成物を用いた以外は、
実施例１．２と同様の方法でＪ−ＦＥＴセンサを作製し
、そのセンサ特性を調べた結果、実験例１．２と同様の
安定した特性が得らえた。

−以下余白− 実施例１で作製したＪ−ＦＥＴセンサと、比較例として
ＭＯＳ−ＦＥＴ基板上に実施例１の層をゲート絶縁層上
に被覆したＭＯＳ−ＦＥＴセンサとの雑音特性を比較し
た結果を第５図に示す。

Ｊ−ＦＥＴセンサの応答速度は、従来のＭＯＳＦＥＴを
使用したものと同様であるが、（１）１〜ｔｏｏ　（ｍ
ｇ／ｄｉ）という、低濃度の被検液に対して測定が可能
である。

（２）低周波数領域での雑音特性が優れている。

などの特性があることが明らかとなった。

尚、水素イオン、カリウムイオンのイオンセンサについ
て説明したが、他のイオンセンサやバイオセンサにも適
用できるのも自明である。

［発明の効果］ 本発明により、雑音特性あるいは高速動作に優れ、水分
との接触及び可視光などによる影習の無いイオンセンサ
を提供できる。

又、同時に多種のイオン濃度を測定できる雑音特性ある
いは高速動作に優れたイオンセンサを提供できる。

更に、測定されたイオン濃度の温度補償等が可能な雑音
特性あるいは高速動作に優れたイオンセンサを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本実施例のＪ−ＦＥＴセンサの
構造模式図、 第２図は本実施例の多種イオンのＪ−ＦＥＴセンチの構
造模式図、 第３図は本実施例のＪ−ＦＥＴセンサによるイオン濃度
測定回路を示す図、 第４図（ａ）、（ｂ）は本実施例のＪ−ＦＥＴセンサの
特性の経時変化を示す図、 第５図は本実施例のＪ−ＦＥＴセンサと、ＭＯＳ−ＦＥ
Ｔセンサとの雑音特性の比較を示す図、 第６図（ａ）はＪ−ＦＥＴの模式図、 第６図（ｂ）はショットキーゲートＦＥＴの模式図、 第７図はＪ−ＦＥＴの作成手順の一例を示す図である。 図中、１・・・サファイア基盤、２・・・Ｊ−ＦＥＴ、
２ａ・”ｐ型、２ｂ・・・ｎ型、３・・・ソース、４・
・・ドレイン、５・・・ゲート部（ｐ型）、６・・・Ｓ
ｉＯ２＠、７・・・導電性層、７ａ・・・分離ゲート部
の導電性層、８・・・酸化還元機能層、９・・・イオン
選択性層、１０・・・絶縁性樹脂、２０・・・分離ゲー
ト部、２０ａ〜２０ｅ・・・イオン感応層、２１・・・
複数個の接合型ＦＥＴ、２２ａ〜２２ｅ・・・リード線
、３０・・・Ｊ−ＦＥＴセンサである。 第１　図（ａ） 第１　図（１）） 第１図（Ｃ） 第２図 第３図 第４図 第６図（０） 第６図（ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）接合型ＦＥＴと、 該接合型ＦＥＴの分離ゲート部またはゲート部からの延
   長配線部の少なくとも一部を被覆する導電性層と、 該導電性層の表面を被覆するイオン感応層とを備えるこ
   とを特徴とするイオンセンサ。
2. （２）複数個の接合型ＦＥＴと、 該複数個の接合型ＦＥＴの分離ゲート部またはゲート部
   の一端からの延長配線部の少なくとも一部を被覆する導
   電性層と、 該導電性層上を被覆するそれぞれ異種イオンのイオン感
   応層とを備えることを特徴とするイオンセンサ。