JPH0213843A - ペーハーセンサ及びその分割部品 - 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〕 本発明は、水素イオン感応部を改善したペーハーセンサ
及びその分割部品に関する。

〔従来の技術〕

検体中の水素イオン濃度、すなわちｐＨ（ぺ−ハー）を
測定するために、水素イオン感応性電界効果型トランジ
スタ（以下ｌ５ＦＥＴと称する）を用いたペーハーセン
サ（以下ｐＨセンサという）がある。

このｌ５ＦＥＴは、半導体表面上に設けた感応膜と溶液
との界面に生じる電界の変化に応じて半導体表面近傍の
電導度が変化することを利用したものである。

ところで、一般に、ｐＨ測定装置のｐＨ電極としては、
これまでガラス（例えばＬｉｚｏ　２８モル％、Ｃ！１
０２２モル％、Ｂａ０５モル％、Ｌａ２Ｏ３２モル％、
５ｔ０２６３モル％の組成からなるガラス）、窒化ケイ
素、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ルビジウ
ムなどの窒化物や酸化物が知られている。

特に水素イオン感応性ガラスを用いた場合、水素イオン
に感応する応答性、イオン選択性、電気抵抗、化学的耐
久性の点で優れている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、　ｌ５ＦＥＴを用いたｐＨセンサは、電
界効果型トランジスタ（ＰＥＴ）のゲート絶縁膜上に水
素イオン感応膜を設けるものであるので、上記組成のガ
ラス薄膜をゲート絶縁膜上に形成する場合には物理的衝
撃に弱かったり、ガラス組成によってその特性が大きく
左右されるという問題があり、さらに感応性ガラスのｉ
膜化、成形などの細工、微小化が難しく、生産の機械化
なども進んでいない、そのため、これまでは窒化珪素や
酸化アルミニウム薄膜が用いられてきた。しかし、これ
らの水素イオン感応性物質の場合、熱酸化、ＣＶＤ方な
どにより作成するために、薄膜化や微小加工はできるも
のの、高価な材料や装置を用いなければならないという
問題があった。

本発明の目的は、安価かつ性能の良い水素イオン感応膜
を有するｌ５ＦＥＴからなるペーハーセンサを提供する
ことにある。

課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、水素イオン感応
部による検体液の感応値を電界効果型トランジスタで検
出できるようにしたペーハーセンサにおいて、上記水素
イオン感応部をクロム電極により構成したことを特徴と
するペーハーセンサを提供するものである。また、バイ
オセンサ機能を同一基板に組み込み、ゲート電極を延長
して分離ゲート電極を形成し、これに水素イオン感応膜
としてクロム電極を設け、これと比較電極を相対したペ
ーハーセンサ、また、これから比較電極を除いた部品、
さらには比較電極とクロム電極を有する分離ゲート電極
を分割して独立させた部品を提供するものである。

作用 クロム電極表面に自然に形成する酸化膜がｐＨ応答に寄
与していると考えられるが、詳細は明らかでない。

実施例 次に一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明する
。

まず、第１図、第２図に示すようにコーニング社製７０
５９ガラス基板１上に電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）によ
り分離ゲート用クロム電極２及びこれを延長してゲート
電極用接続端子３を形成する。この際、クロム膜形成後
、室温まで冷却してから大気中に放置した０分離ゲート
用クロム電極２の厚さは１０００〜５０００人とする。

この後、分離ゲート用クロム電極２の中央部とゲート電
極用接続端子３を除いてエポキシ樹脂により試料滴下窓
枠４を形成する。このようにして水素イオン感応部チッ
プ５を得る。

一方、第３図、第４図に示すようにガラス繊維強化エポ
キシ樹脂基板６上にパターン形成されたソース電極７、
ドレイン電極８及びゲート電極９にＰＥＴ　１０をハン
ダ付けにより固定する。このようにしてペーハーセンサ
本体１１を作成する。

次に上記ペーハーセンサ本体１１のゲート電極９の端部
と上記水素イオン感応部チップ５のゲート電極用接続端
子３とを超音波ハンダ付は法によるハンダ層１２により
接続し、さらにゲート電極９の全部と、ソース電極７及
びドレイン電極８の端部を除いた部分にエポキシ樹脂か
らなる絶縁膜１３を形成する。このようにしてペーハー
センサ１４が出来上がる。

このペーハーセンサ１４を第５図のフォロワー回路１５
に接続し、上記試料滴下窓枠４内の分離ゲート用クロム
電極２と比較電極１６をｐｉ緩衝溶液に浸漬し、分離ゲ
ート用クロム電極２の電位変化を調べた。なお、比較電
極１６にはＡｇ／ＡｇＣＪ　、またｐＨ緩衡溶液には５
０　ｍＭ酢酸緩衝溶液（ｐ＋（５，０，５，５）、５０
間Ｎリン酸緩衝溶液（ｐＨ６，３，７，０，７，５）、
５０　ｍＭホウ酸緩衝溶液（ｐＨ９，０）を用いた。な
お、ｐｔ＋緩衝溶液には０．１ＭのＫＣｊｌを加えた。

このようにして測定されたｐＨ出力電位をプロットし第
６図に実線で示す、なお、ｐＨ７，０における出力をＯ
ｍＶとして示しである。

また、比較のため、上記と同様のｐＨ緩衝溶液に■堀場
製作所製ガラス電極を用いてそのｐＨ出力電位を測定し
た結果を第６図に点線で示す。

なお、測定は電極をｐＨ緩衝溶液に浸漬して１分後の値
を取った。

これらの結果から、本実施例の分離ゲート用クロム電極
はガラス電極とほぼ同じ性能を示し、その出力特性には
違いが見られず、５６　ｍＶ／ｐＨの特性を示した。

本発明に係わるクロム電極は、水素イオン感応膜として
のクロム電極をＦｌ！Ｔのゲート絶縁膜（耐水性膜が好
ましい）上に構成した構造のペーハーセンサ（実願昭６
２−１９８０１４号）、ゲートを延長してＦＥＴ本体よ
り分離しかつ比較電極を同一基板上に組み込んだ分離ゲ
ート型ＦＥＴ構造のペーハーセンサ（実願昭６２−１５
５６２５号明細書に記載されたもの）、また、これから
さらに比較電極を別体に構成した完全分離ゲート型ＦＨ
Ｔ構造のペーハーセンサ、さらにはＦＥＴ等と組み合わ
せて使用する、別体の検体液に接触する電極部分のみを
分離した感応膜センサープレート（実願昭６３−７１０
３号明細書に記載されているもの）等いずれのものにも
使用できる。

また、クロム電極の作成法としては、ＥＢ蒸着法のほか
に、抵抗加熱蒸着、スパッタ法、メツキ法等によっても
同様な性質を有するクロム膜を形成できる。

また、ガラス基板のみならず、シリコン基板、ガラス強
化エポキシ樹脂基板も使用できる。

なお、本発明に係わるクロム電極は検体液のほかのイオ
ンの検出にも用いられる。

発明の効果 本発明によれば、クロム電極を水素イオン感応膜として
用いるので、従来の酸化物、窒化物あるいは水素イオン
感応ガラスを用いた電極に比べて、例えばＥＢ法のよう
な簡単な方法で電極を作成でき、その製造装置が高価で
ないのみならず、機械的生産も可能であり、大幅に製造
″コストを引き下げることができる。しかも、その測定
感度をガラス電極と同等レベルに維持でき、ガラス電極
が壊れ易いのに比べ、取扱いが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のペーハーセンサの水素イオ
ン感応部チップの平面図、第２図はそのＩ−■断面図、
第３図は本実施例のペーハーセンサの平面図、第４図は
そのＩＶ　−ＩＶ断面図、第５図は測定回路図、第６図
は本実施例のペーハーセンサを用いて測定した結果を示
すグラフである。 図中、１はガラス基板、２は分離ゲート用クロム電極、
４は試料滴下窓枠、５は水素イオン感応部チップ、６は
エポキシ樹脂基板、７はソース電極、８はドレイン電極
、９はゲート電橋、１０はＰＥＴ　、１４はペーハーセ
ンサ、１６は比較電極である。 第１図 第４図 １４、 ｎ 第５区

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素イオン感応部による検体液の感応値を電界効
   果型トランジスタで検出できるようにしたペーハーセン
   サにおいて、上記水素イオン感応部をクロム電極により
   構成したことを特徴とするペーハーセンサ。
2. （２）ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及びゲー
   ト電極を延長して形成した分離ゲート電極、さらにこの
   分離ゲート電極に相対する比較電極を同一基板に有し、
   分離ゲート電極をクロム電極により構成して上記比較電
   極とともに検体滴下部を形成し、この検体滴下部に滴下
   した検体のペーハーを検出する上記ソース電極、ドレイ
   ン電極、ゲート電極及びゲート電極に接続して固定した
   電界効果型半導体を有することを特徴とするペーハーセ
   ンサ。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載のペーハーセンサから
   比較電極を除いたペーハーセンサ部品であって、別体に
   設けた比較電極と組み合わせて使用することを特徴とす
   るペーハーセンサ分割部品。
4. （４）特許請求の範囲第２項記載のペーハーセンサから
   検体滴下部を構成する比較電極とクロム電極を有する分
   離ゲート電極を分割して検体滴下部を独立させた部品で
   あって、分割された他の構成体に接続して使用可能とし
   たことを特徴とするペーハーセンサ分割部品。