JPH02249962A - Fetセンサ - Google Patents
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- JPH02249962A JPH02249962A JP1072368A JP7236889A JPH02249962A JP H02249962 A JPH02249962 A JP H02249962A JP 1072368 A JP1072368 A JP 1072368A JP 7236889 A JP7236889 A JP 7236889A JP H02249962 A JPH02249962 A JP H02249962A
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- Thin Film Transistor (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。
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、イオンセンサ、ガスセンサまたは酵素センサ
として用いられるFETセンサに関し、特にM OS
(Metal 0xide Sem1conducto
rl型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETとい
う、)構造を有するFETセンサに関する。
として用いられるFETセンサに関し、特にM OS
(Metal 0xide Sem1conducto
rl型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETとい
う、)構造を有するFETセンサに関する。
[従来の技術]
近年、イオンセンサまたは酵素センサとして、電界効果
トランジスタを用いたFETセンサが種々開発されてお
り、特にMOSFETを利用したものが数多く提案され
ている。このMOSFETは、金属−酸化物(Sing
)−半導体層からなる構造を有し、その原理は、任意の
外部印加電圧に対して、半導体の電荷と符合が反対で、
かつ等量の電荷が半導体層と酸化膜の界面に現われ、こ
れによりソース・ドレイン間電流が流れるものである。
トランジスタを用いたFETセンサが種々開発されてお
り、特にMOSFETを利用したものが数多く提案され
ている。このMOSFETは、金属−酸化物(Sing
)−半導体層からなる構造を有し、その原理は、任意の
外部印加電圧に対して、半導体の電荷と符合が反対で、
かつ等量の電荷が半導体層と酸化膜の界面に現われ、こ
れによりソース・ドレイン間電流が流れるものである。
[発明が解決しようとする課題]
ところで、このようなMOSFET構造では、半導体基
板の表面を電流が円滑に流れるためには、当該MO3基
扱4完全に絶縁(シールド)させる必要がある。このた
め、MO3基板の作製に煩雑な工程、すなわちゲート電
極を形成する際に、−旦絶縁膜(保護膜)を形成した後
、ゲート部上の絶縁膜を再度削り取る工程が必要となる
。
板の表面を電流が円滑に流れるためには、当該MO3基
扱4完全に絶縁(シールド)させる必要がある。このた
め、MO3基板の作製に煩雑な工程、すなわちゲート電
極を形成する際に、−旦絶縁膜(保護膜)を形成した後
、ゲート部上の絶縁膜を再度削り取る工程が必要となる
。
また、MO5FET自身、他のトランジスタに比べて入
力インビータンスが高いため応答性が遅い。また、上記
のような絶縁性が完全でなく、ピンホールがあると、ド
リフトや電流の漏れ出しが発生し、雑音特性が悪くなる
という問題があった。
力インビータンスが高いため応答性が遅い。また、上記
のような絶縁性が完全でなく、ピンホールがあると、ド
リフトや電流の漏れ出しが発生し、雑音特性が悪くなる
という問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
製造工程を簡略化できるとともに、高速動作が可能であ
り、かつ雑音特性に優れた電界効果トランジスタを提供
することを目的とする。
製造工程を簡略化できるとともに、高速動作が可能であ
り、かつ雑音特性に優れた電界効果トランジスタを提供
することを目的とする。
また、本発明は上記電界効果トランジスタを利用するこ
とにより、製造が容易であるとともに応答特性に優れた
FETセンサを提供することにある。
とにより、製造が容易であるとともに応答特性に優れた
FET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]
上記課題を解決するために本発明に係る電界効果トラン
ジスタは、半導体層と、該半導体層上に設けられるとと
もに当該半導体層とオーミック接触をなすソース電極お
よびドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との
間のチャネル領域に対応するとともにゲート絶縁膜を介
して前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備えた
ことを特徴とする。
ジスタは、半導体層と、該半導体層上に設けられるとと
もに当該半導体層とオーミック接触をなすソース電極お
よびドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との
間のチャネル領域に対応するとともにゲート絶縁膜を介
して前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備えた
ことを特徴とする。
また、本発明に係るFETセンサは、半導体層と、該半
導体層上に設けられるとともに当該半導体層とオーミッ
ク接触をなすソース電極およびドレイン電極と、該ソー
ス電極とドレイン電極との間のチャネル領域に対応する
とともにゲート絶縁膜を介して前記半導体層上に設けら
れたゲート電極とを備え、前記ゲート電極を被測定物の
濃度または分圧に応じた電気信号の入力部としたことを
特徴とする。ここで、前記ゲート電極は、前記ゲート絶
縁膜上に形成された導電層と、該導電層上に形成された
導電性炭素材料層とにより形成することが好ましい。
導体層上に設けられるとともに当該半導体層とオーミッ
ク接触をなすソース電極およびドレイン電極と、該ソー
ス電極とドレイン電極との間のチャネル領域に対応する
とともにゲート絶縁膜を介して前記半導体層上に設けら
れたゲート電極とを備え、前記ゲート電極を被測定物の
濃度または分圧に応じた電気信号の入力部としたことを
特徴とする。ここで、前記ゲート電極は、前記ゲート絶
縁膜上に形成された導電層と、該導電層上に形成された
導電性炭素材料層とにより形成することが好ましい。
さらに、このFETセンサをイオンセンサとして用いる
場合には、前記ゲート電極またはその延長配線部の少な
くとも一部をイオン感応膜により被覆し、酵素センサと
して用いる場合には前記ゲート電極またはその延長配線
部の少なくとも一部を酵素固定化膜により被覆すること
が好ましい。
場合には、前記ゲート電極またはその延長配線部の少な
くとも一部をイオン感応膜により被覆し、酵素センサと
して用いる場合には前記ゲート電極またはその延長配線
部の少なくとも一部を酵素固定化膜により被覆すること
が好ましい。
また、本発明に係るFETセンサは、半導体層と、該半
導体層上に設けられるとともに当該半導体層とオーミッ
ク接触をなすソース電極およびドレイン電極と、該ソー
ス電極とドレイン電極との間のチャネル領域に対応させ
て設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に設け
られたイオン感応膜とを備えたことを特徴とし、また半
導体層と、該半導体層上に設けられるとともに当該半導
体層とオーミック接触をなすソース電極およびドレイン
電極と、該ソース電極とドレイン電極との間のチャネル
領域に対応させて設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート
絶縁膜上に設けられた酵素固定化膜とを備えたことを特
徴とする。
導体層上に設けられるとともに当該半導体層とオーミッ
ク接触をなすソース電極およびドレイン電極と、該ソー
ス電極とドレイン電極との間のチャネル領域に対応させ
て設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に設け
られたイオン感応膜とを備えたことを特徴とし、また半
導体層と、該半導体層上に設けられるとともに当該半導
体層とオーミック接触をなすソース電極およびドレイン
電極と、該ソース電極とドレイン電極との間のチャネル
領域に対応させて設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート
絶縁膜上に設けられた酵素固定化膜とを備えたことを特
徴とする。
さらに、前記半導体層はその厚さを1.0μm以下とす
ることが好ましい。
ることが好ましい。
[作 用]
上記構成により本発明による電界効果トランジスタにあ
っては、ゲート電極に電圧が印加されると、ソース電極
およびドレイン電極間の半導体層上層部に空乏層が発生
し、見かけ上その直下の半導体層(チャネル領域)中を
ソース・ドレイン間電流が円滑に流れる。したがって、
従来のような半導体層表面を絶縁(シールド)させるた
めにゲート部に保護膜を形成し、再度削り取るような煩
雑な工程が不要になるとともに、ソースおよびドレイン
領域にpn接合を形成する必要がないので、製造工程が
著しく簡略化される。さらに、ソースおよびドレイン電
極が半導体層と接合した構造であるため、低雑音となり
、かつ電子移動度が太き(なり、高周波特性に優れた電
界効果トランジスタとなる。
っては、ゲート電極に電圧が印加されると、ソース電極
およびドレイン電極間の半導体層上層部に空乏層が発生
し、見かけ上その直下の半導体層(チャネル領域)中を
ソース・ドレイン間電流が円滑に流れる。したがって、
従来のような半導体層表面を絶縁(シールド)させるた
めにゲート部に保護膜を形成し、再度削り取るような煩
雑な工程が不要になるとともに、ソースおよびドレイン
領域にpn接合を形成する必要がないので、製造工程が
著しく簡略化される。さらに、ソースおよびドレイン電
極が半導体層と接合した構造であるため、低雑音となり
、かつ電子移動度が太き(なり、高周波特性に優れた電
界効果トランジスタとなる。
また、本発明によるFETセンサにあっては、イオンセ
ンサとして用いる場合には被測定物のイオン濃度、また
酵素センサとして用いられる場合には酵素濃度に応じて
ゲート電極に電圧が印加され、これにより上述のように
半導体層上層部に空乏層が発生し、見かけ上その直下の
半導体層(チャネル領域)中をソース・ドレイン間電流
が流れ、この電流値を検出することによりイオンまたは
酵素の濃度を測定することができる。これは、イオン感
応膜または酵素固定化膜を直接ゲート絶縁膜上に形成し
た場合でも同様である。
ンサとして用いる場合には被測定物のイオン濃度、また
酵素センサとして用いられる場合には酵素濃度に応じて
ゲート電極に電圧が印加され、これにより上述のように
半導体層上層部に空乏層が発生し、見かけ上その直下の
半導体層(チャネル領域)中をソース・ドレイン間電流
が流れ、この電流値を検出することによりイオンまたは
酵素の濃度を測定することができる。これは、イオン感
応膜または酵素固定化膜を直接ゲート絶縁膜上に形成し
た場合でも同様である。
また、ゲート絶縁膜上に銀を被覆し、そのうえに、塩化
銀とテフロンの積層体を被覆することにより基準電極と
しても使用可能である。
銀とテフロンの積層体を被覆することにより基準電極と
しても使用可能である。
[実施例]
以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。こ
こで、具体的な実施例を説明する前に、先ず本発明の基
本的な原理を第1図により説明する0図中、1は絶縁基
板であり、この絶縁基板1の上にはエピタキシャル成長
法により形成された例えばn型の半導体層2が形成され
ている。
こで、具体的な実施例を説明する前に、先ず本発明の基
本的な原理を第1図により説明する0図中、1は絶縁基
板であり、この絶縁基板1の上にはエピタキシャル成長
法により形成された例えばn型の半導体層2が形成され
ている。
この半導体層2上には一対のソース電極3およびドレイ
ン電極4が例えば蒸着法により形成されており、これら
のソース電極3およびドレイン電極4下の半導体層2表
面にはオーミック接触をなすためのn0型領域5がそれ
ぞれ形成されている、また、ソース3とドレイン4との
間の半導体層2の上面にはゲート絶縁膜(SiO□)6
を介してゲート電極7が設けられている。
ン電極4が例えば蒸着法により形成されており、これら
のソース電極3およびドレイン電極4下の半導体層2表
面にはオーミック接触をなすためのn0型領域5がそれ
ぞれ形成されている、また、ソース3とドレイン4との
間の半導体層2の上面にはゲート絶縁膜(SiO□)6
を介してゲート電極7が設けられている。
すなわち、本発明による電界効果トランジスタは、ゲー
ト部をMO3FET構造とし、またソース電極3および
ドレイン電極4をオーム性接触電極としたもので、ゲー
ト電極7に逆方向電圧を印加することによりゲート絶縁
−[6と下地の半導体層2との界面に空乏層8を発生さ
せ、該空乏層8の下層部の狭い半導体層(チャネル領域
)9にソース・ドレイン間電流(1,)を流すものであ
る。
ト部をMO3FET構造とし、またソース電極3および
ドレイン電極4をオーム性接触電極としたもので、ゲー
ト電極7に逆方向電圧を印加することによりゲート絶縁
−[6と下地の半導体層2との界面に空乏層8を発生さ
せ、該空乏層8の下層部の狭い半導体層(チャネル領域
)9にソース・ドレイン間電流(1,)を流すものであ
る。
このソース・ドレイン間電流の大きさは、ゲート電極7
を通じて空乏層8を制御することにより変えることがで
きる。
を通じて空乏層8を制御することにより変えることがで
きる。
上記絶縁基i1としては例えばサファイヤ基板が用いら
れるが、これは上層のn型半導体層2とpn接合を形成
するp型半導体基板を用いるようにしてもよい、なお、
上述においては、エピタキシャル層をn型としたが、p
型としてもよく、この場合には基板としてはn型のもの
が用いられることは勿論である。
れるが、これは上層のn型半導体層2とpn接合を形成
するp型半導体基板を用いるようにしてもよい、なお、
上述においては、エピタキシャル層をn型としたが、p
型としてもよく、この場合には基板としてはn型のもの
が用いられることは勿論である。
また、半導体層2としては一般にシリコン(Si)が用
いられるが、その化ゲルマニウム(Gelやガリウムヒ
素fGaAs1等の化合物半導体も用いることができる
。そして、この半導体層2の厚さは、1.0μm以下、
好ましくは0.3μmである。
いられるが、その化ゲルマニウム(Gelやガリウムヒ
素fGaAs1等の化合物半導体も用いることができる
。そして、この半導体層2の厚さは、1.0μm以下、
好ましくは0.3μmである。
1.0μm以上であると、電流層の厚みが拡がり過ぎて
、電流の流れが拡散され、その結果ソース・ドレイン間
電流は効果的に流れなくなる。
、電流の流れが拡散され、その結果ソース・ドレイン間
電流は効果的に流れなくなる。
方、半導体層2が狭過ぎると、電流層が過密になり、電
流の流れが妨げられるとともに、安定した多層基板を作
成することが困難になる。
流の流れが妨げられるとともに、安定した多層基板を作
成することが困難になる。
上記ゲート電極7を構成する導電層としては、半導体層
2中の空乏層8を制御できるものであれば、金属、合金
、無機物、セラミックス、若しくは導電性ポリマー、ま
たはこれらの組合せのいずれでもよいが、FETセンサ
として用いる場合には、導電性炭素材料で構成するが、
あるいは他の材料で形成された導電性層を導電性炭素材
料層で被覆した構成とすることが好ましい。
2中の空乏層8を制御できるものであれば、金属、合金
、無機物、セラミックス、若しくは導電性ポリマー、ま
たはこれらの組合せのいずれでもよいが、FETセンサ
として用いる場合には、導電性炭素材料で構成するが、
あるいは他の材料で形成された導電性層を導電性炭素材
料層で被覆した構成とすることが好ましい。
上記FETをイオンセンサとして用いる場合には、上記
ゲート電極またはその延長配線部の少なくとも一部を覆
うようにイオン感応膜が形成される。このイオン感応膜
としては、酸化還元機能を有する酸化還元機能層と、イ
オンキャリア物質を含有してH0イオンその他のイオン
の選択性を有するイオン選択性層との2層構造からなる
もの、あるいはイオン選択性を有する酸化還元機能層が
用いられる。ここに、酸化還元機能層としては、これを
導電性層の表面に被着してなる電極が酸化還元反応をに
よって当該導電性層、あるいはゲート絶縁膜6を介して
下層の半導体層2に一定電位を発生しつる性質のもので
あり、特に酸素ガス分圧によって電位が変動しないもの
が好ましく、例えばキノン−ヒドロキノン型の酸化還元
反応を行うことができる有機化学物質または高分子膜が
用いられる。
ゲート電極またはその延長配線部の少なくとも一部を覆
うようにイオン感応膜が形成される。このイオン感応膜
としては、酸化還元機能を有する酸化還元機能層と、イ
オンキャリア物質を含有してH0イオンその他のイオン
の選択性を有するイオン選択性層との2層構造からなる
もの、あるいはイオン選択性を有する酸化還元機能層が
用いられる。ここに、酸化還元機能層としては、これを
導電性層の表面に被着してなる電極が酸化還元反応をに
よって当該導電性層、あるいはゲート絶縁膜6を介して
下層の半導体層2に一定電位を発生しつる性質のもので
あり、特に酸素ガス分圧によって電位が変動しないもの
が好ましく、例えばキノン−ヒドロキノン型の酸化還元
反応を行うことができる有機化学物質または高分子膜が
用いられる。
また、上記FETを酵素センサとして用いる場合には、
上記ゲート電極またはその延長配線部の少なくとも一部
を覆うように酵素固定化膜が形成される。この酵素固定
化膜としては、例えばグルコース(ブドウ糖)を検出す
る場合には、グルコースオキシダーゼ(COD)を架橋
化法等により固定したCOD固定化膜が用いられる。
上記ゲート電極またはその延長配線部の少なくとも一部
を覆うように酵素固定化膜が形成される。この酵素固定
化膜としては、例えばグルコース(ブドウ糖)を検出す
る場合には、グルコースオキシダーゼ(COD)を架橋
化法等により固定したCOD固定化膜が用いられる。
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
(実施例1)
第2図および第3図は本発明の実施例1に係るイオンセ
ンサの構造模式図を示すもので、第2図は平面図、第3
図は第2図の■−■線に沿う横断面図である0図中、1
1はサファイア(SiliconOn 5apphir
e)基板であり、このサファイア基板ll上にエピタキ
シャル成長法により0.6μm厚さのn型シリコン層を
形成した後、エツチングにより島状のn型シリコ2層1
2を選択的に形成した。そして、このシリコン層12の
表面にn型不純物例えば燐(P)を拡散させ、オーミッ
ク接触用のn+型層を形成した後、ソース電極13およ
びドレイン電極14を例えば電子ビームを用いた蒸着法
により形成した。その後、970〜1000℃の乾燥酸
素ガス雰囲気中において1時間熱処理を施し、シリコン
層12の上面にソース領域とドレイン領域との間のチャ
ネル領域に対応させて膜厚的0.1〜0.3μmのゲー
ト絶縁膜(SiO□膜)15を形成するとともに、半導
体層12の側壁を絶縁膜(SiO□)15aにより被覆
した。さらにこのゲート絶縁膜15上に蒸着法により金
属、例えばクロムからなる膜厚的0.1μmのゲート電
極16を形成した。
ンサの構造模式図を示すもので、第2図は平面図、第3
図は第2図の■−■線に沿う横断面図である0図中、1
1はサファイア(SiliconOn 5apphir
e)基板であり、このサファイア基板ll上にエピタキ
シャル成長法により0.6μm厚さのn型シリコン層を
形成した後、エツチングにより島状のn型シリコ2層1
2を選択的に形成した。そして、このシリコン層12の
表面にn型不純物例えば燐(P)を拡散させ、オーミッ
ク接触用のn+型層を形成した後、ソース電極13およ
びドレイン電極14を例えば電子ビームを用いた蒸着法
により形成した。その後、970〜1000℃の乾燥酸
素ガス雰囲気中において1時間熱処理を施し、シリコン
層12の上面にソース領域とドレイン領域との間のチャ
ネル領域に対応させて膜厚的0.1〜0.3μmのゲー
ト絶縁膜(SiO□膜)15を形成するとともに、半導
体層12の側壁を絶縁膜(SiO□)15aにより被覆
した。さらにこのゲート絶縁膜15上に蒸着法により金
属、例えばクロムからなる膜厚的0.1μmのゲート電
極16を形成した。
夾挾ヨユ
上記MOSFETのドレイン電流(r o)−ソース・
ドレイン間電圧(VO,)特性を第4図の測定回路によ
り測定した。すなわち、ゲート電位(V、、)を−0,
5,−1,0,−1,5゜2.0および0(v)とした
ときの関係を検討したところ第5図に示す特性が得られ
た。第5図の工。−■。3の関係からゲート電圧変化に
対するドレイン電流の変化率ΔIo/△VaSを求めた
結果を表1にまとめて示した。
ドレイン間電圧(VO,)特性を第4図の測定回路によ
り測定した。すなわち、ゲート電位(V、、)を−0,
5,−1,0,−1,5゜2.0および0(v)とした
ときの関係を検討したところ第5図に示す特性が得られ
た。第5図の工。−■。3の関係からゲート電圧変化に
対するドレイン電流の変化率ΔIo/△VaSを求めた
結果を表1にまとめて示した。
表−1
従来のMOSFETでは5極管真空管の特性を示すのに
対して、このFETの特性は、3極管特性の増幅作用を
示すことが分った。また、ゲートのリーク電流値は、1
0−”A以下であった0以上のことから、このFETは
電位測定法を用いるセンサに応用可能であることが分っ
た。
対して、このFETの特性は、3極管特性の増幅作用を
示すことが分った。また、ゲートのリーク電流値は、1
0−”A以下であった0以上のことから、このFETは
電位測定法を用いるセンサに応用可能であることが分っ
た。
(実施例2)
実施例1のゲート電極にクロム金属の代わりにアルミニ
ウムを用いた以外は実施例1と同様にしてMOS F
ETを作製した。
ウムを用いた以外は実施例1と同様にしてMOS F
ETを作製した。
(実施例3)
実施例2のゲート電極にアルミニウム金属の代わりにタ
ンタル金属を用いた以外は実施例2と同様にしてMOS
FETを作製した。
ンタル金属を用いた以外は実施例2と同様にしてMOS
FETを作製した。
(実施例4)
実施例1におけるMOSFETのゲート電極を延長し、
当該ゲート部金属上に、イオンビームスパッタリング装
置(イオンチック社製、FAB−11型)により膜厚的
0.2μmの導電性カーボン層21を形成した0次に、
MOSFET全体に絶縁膜20としてポリイミド系のフ
ォトレジスト(ネガ型)をスピンコード(約2〜10μ
m)した後、ゲート延長部の導電性カーボン層21とソ
ース、ドレイン、ゲート電極のリード線コンタクト部に
開口部を設けるようにフォトマスクを通して紫外線電光
(UVリソグラフィー)し、現像した。そして、被着性
と電気絶縁性を高めるために250〜400℃で加熱処
理を行った。
当該ゲート部金属上に、イオンビームスパッタリング装
置(イオンチック社製、FAB−11型)により膜厚的
0.2μmの導電性カーボン層21を形成した0次に、
MOSFET全体に絶縁膜20としてポリイミド系のフ
ォトレジスト(ネガ型)をスピンコード(約2〜10μ
m)した後、ゲート延長部の導電性カーボン層21とソ
ース、ドレイン、ゲート電極のリード線コンタクト部に
開口部を設けるようにフォトマスクを通して紫外線電光
(UVリソグラフィー)し、現像した。そして、被着性
と電気絶縁性を高めるために250〜400℃で加熱処
理を行った。
次に、この導電性カーボン層21の端部にリード線を接
続し、このリード線に次の条件でH0イオン応答重合体
膜22を電解酸化重合法で被覆させた。このときの重合
体膜22の膜厚は約lOμmであった。
続し、このリード線に次の条件でH0イオン応答重合体
膜22を電解酸化重合法で被覆させた。このときの重合
体膜22の膜厚は約lOμmであった。
なお、電解液組成は、
50mM 4.4′−ビフェノール
0.2M 過塩素酸ナトリウム
溶媒 アセトニトリル溶液
とした、また、電解重合反応条件は、上記のカーボン層
被覆FET電極を作用極とし、基準極に飽和塩化ナトリ
ウムカロメル電極(5aturatedsodiu+m
chloride calomel : S S C
E )を用い、対極に白金網を用いた3電極式セル中で
、電位を0.0〜+1.4 (V)で3回掃引させた後
、+1.4 (V)(対5SCE)(7)定電位として
、10分間定電位電解を行った。
被覆FET電極を作用極とし、基準極に飽和塩化ナトリ
ウムカロメル電極(5aturatedsodiu+m
chloride calomel : S S C
E )を用い、対極に白金網を用いた3電極式セル中で
、電位を0.0〜+1.4 (V)で3回掃引させた後
、+1.4 (V)(対5SCE)(7)定電位として
、10分間定電位電解を行った。
次に、H+イオン応答重合体膜22上にイオン選択膜2
3を浸漬法で被覆させた。このイオン選択膜23の組成
は、 トリドデシル7ミン (TDDA)
3.75mgカリウムテトラキ
スpクロロフェニルボレート(KTpC12PB)
4.0 +wg士バシン酸ジー2エチルヘキシ
ル (DOS) 389.38
+++gポリ塩化ビニk (PVC)
194.38mg溶媒:テト
ラハイドロフラン(THF)
25 m12とした。
3を浸漬法で被覆させた。このイオン選択膜23の組成
は、 トリドデシル7ミン (TDDA)
3.75mgカリウムテトラキ
スpクロロフェニルボレート(KTpC12PB)
4.0 +wg士バシン酸ジー2エチルヘキシ
ル (DOS) 389.38
+++gポリ塩化ビニk (PVC)
194.38mg溶媒:テト
ラハイドロフラン(THF)
25 m12とした。
以上のようにして作製したイオンセンサのイオン選択膜
23の膜厚は約0.4mmであった。
23の膜厚は約0.4mmであった。
1狭丞l
実施例4の膜被覆FET電極を作用極30として、第6
図に示す測定回路を用いて、出力電圧としての5SCE
(基準極)31との間でのソース電圧(Vout)を
測定した。このソース電圧の測定には、ディジタルポル
トメータ(アトパンテスト社製、TR6241型)を用
い、測定液リン酸緩衝液(リン酸塩濃度50 m M
)中で、pH5〜9の広い範囲に亘って、水素イオン濃
度を測定した。pHに対する応答は、 で示されるネルンストの関係式に従う。
図に示す測定回路を用いて、出力電圧としての5SCE
(基準極)31との間でのソース電圧(Vout)を
測定した。このソース電圧の測定には、ディジタルポル
トメータ(アトパンテスト社製、TR6241型)を用
い、測定液リン酸緩衝液(リン酸塩濃度50 m M
)中で、pH5〜9の広い範囲に亘って、水素イオン濃
度を測定した。pHに対する応答は、 で示されるネルンストの関係式に従う。
%式%)
であり、理論値61.37mV/pHに近似した良い直
線関係を示した。また、応答速度は5秒以内(99,0
%応答)と非常に迅速であった。
線関係を示した。また、応答速度は5秒以内(99,0
%応答)と非常に迅速であった。
(実施例5)
実施例2のMOSFET基板上に実験例2と同様に導電
性カーボン層、次いで酸化還元機能膜としてポリマー薄
膜を被覆させてpHセンサを作成した。
性カーボン層、次いで酸化還元機能膜としてポリマー薄
膜を被覆させてpHセンサを作成した。
1扶里A
実施例5のpHセンサのpH応答を測定し、その結果、
良好な特性が得られた。
良好な特性が得られた。
(実施例6)
実施例3のMO5FET基板上に実施例2と同様に、導
電性カーボン層、次いで酸化還元機能膜としてポリマー
薄膜を被覆させてpHセンサを作成した。
電性カーボン層、次いで酸化還元機能膜としてポリマー
薄膜を被覆させてpHセンサを作成した。
1脹■j
実施例6のpHセンサのpH応答を測定し、その結果良
好な特性が得られた。
好な特性が得られた。
(実施例7)
実施例2のイオン選択膜22の代わりに、次の組成のイ
オン選択膜を酸化還元機能膜22上に浸漬法で被覆して
、カリウム電極を作製した。
オン選択膜を酸化還元機能膜22上に浸漬法で被覆して
、カリウム電極を作製した。
バリノフイシン
3.2 B/I2士バシン酸ジー2−エチルヘ
キシル(oosl 131.2 mg#2ポリ
塩化ビニル(pvc) 65
.6 mg#2溶媒; テトラハイドロフラン(T
HF)実JLI汁旦 実施例7で作成した膜被1FET電極を作用極30に用
いて第6図に示した測定回路により、基準極(SSCE
)31どの間でソース電圧(V out)を測定した。
3.2 B/I2士バシン酸ジー2−エチルヘ
キシル(oosl 131.2 mg#2ポリ
塩化ビニル(pvc) 65
.6 mg#2溶媒; テトラハイドロフラン(T
HF)実JLI汁旦 実施例7で作成した膜被1FET電極を作用極30に用
いて第6図に示した測定回路により、基準極(SSCE
)31どの間でソース電圧(V out)を測定した。
被検液は塩化カリウム溶液を用い、本実施例電極の特性
を検討した。
を検討した。
その結果、出力電圧(V out)とに゛イオン濃度の
間にはよい相関関係があり、K0イオン濃度1O−4〜
5X10−’Mの範囲で直線関係を示した。この直線の
勾配より約60 mV/I2og [K ” ]が得ら
れた(温度37℃)、また、応答速度は1秒以内(95
%応答)と極めて迅速であった。
間にはよい相関関係があり、K0イオン濃度1O−4〜
5X10−’Mの範囲で直線関係を示した。この直線の
勾配より約60 mV/I2og [K ” ]が得ら
れた(温度37℃)、また、応答速度は1秒以内(95
%応答)と極めて迅速であった。
11五ユニ1
実施例2および実施例3のpHセンサを用いてpH応答
特性を実験例2と同様に検討したところ、各々pH感度
61mV/pH1応答速度5秒以内(99,0%応答)
を示した。
特性を実験例2と同様に検討したところ、各々pH感度
61mV/pH1応答速度5秒以内(99,0%応答)
を示した。
支隨医旦エユユ
実施例2および実施例3のセンサを用い、実験例6と同
様にカリウムイオン濃度の測定を行った。その結果、カ
リウムイオン濃度に対する感度は約6011IV/I2
og [K”l、応答速度は1秒以内(95%応答)を
示し、極めて優れたイオンFETセンサであった。
様にカリウムイオン濃度の測定を行った。その結果、カ
リウムイオン濃度に対する感度は約6011IV/I2
og [K”l、応答速度は1秒以内(95%応答)を
示し、極めて優れたイオンFETセンサであった。
(実施例8)
実施例1のMO3FETゲート基板(金属クロム)上に
、膜厚約800人の酸化イリジウム膜をスパッタリング
法で直接被覆させた。このpH応答性酸化イリジウム膜
上に、次の酵素固定化膜をスピンコード法で被着させた
。すなわち、0.2Mのトリス−塩酸緩衝液(pH=8
−5)中に100 B/mffのグルコースオキシダー
ゼ(COD)と15重量%牛血清アルブミンとを溶解さ
せ、その液5ugをマイクロシリンジで採取し、酸化イ
リジウム膜の上にスピンナー(ミカサ社製、LH−36
05型)で塗布し、風乾させた後、25V01%グルタ
ルアルデヒド溶液0,5μβを滴下し、架橋反応によっ
てGOD担持酵素固定化膿を成層させた。
、膜厚約800人の酸化イリジウム膜をスパッタリング
法で直接被覆させた。このpH応答性酸化イリジウム膜
上に、次の酵素固定化膜をスピンコード法で被着させた
。すなわち、0.2Mのトリス−塩酸緩衝液(pH=8
−5)中に100 B/mffのグルコースオキシダー
ゼ(COD)と15重量%牛血清アルブミンとを溶解さ
せ、その液5ugをマイクロシリンジで採取し、酸化イ
リジウム膜の上にスピンナー(ミカサ社製、LH−36
05型)で塗布し、風乾させた後、25V01%グルタ
ルアルデヒド溶液0,5μβを滴下し、架橋反応によっ
てGOD担持酵素固定化膿を成層させた。
叉眉m
実施例8で得られた酵素センサの特性を基準電極に銀/
塩化銀電極を用いて、第6図に示した測定回路にて調べ
た。測定範囲は1〜10100(/dlであり、その結
果感度11mV (1〜1000mg/dJ2) 、応
答速度5(分)が得られた。
塩化銀電極を用いて、第6図に示した測定回路にて調べ
た。測定範囲は1〜10100(/dlであり、その結
果感度11mV (1〜1000mg/dJ2) 、応
答速度5(分)が得られた。
(実施例9)
実施例8のグルコースオキシダーゼの代りにウレアーゼ
を用いた以外は実施例8と同様にして尿素センサを作製
した。
を用いた以外は実施例8と同様にして尿素センサを作製
した。
夫挾勇1ノ
実施例9で得られた尿素センサの特性を基準電極として
銀/塩化銀電極を用いて、第6図に示す測定回路にて調
べた。測定範囲は1〜500[mg’/l)であり、そ
の結果感度45(mV)(1〜100mg/dff)
、応答速度5(分)以内が得られた。
銀/塩化銀電極を用いて、第6図に示す測定回路にて調
べた。測定範囲は1〜500[mg’/l)であり、そ
の結果感度45(mV)(1〜100mg/dff)
、応答速度5(分)以内が得られた。
[発明の効果]
以上説明したように本発明に係るFETは、半導体層上
に該半導体層とオーミック接触をなすソース電極および
ドレイン電極を設けるとともに、これらのソース電極と
ドレイン電極との間にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を設ける構成とし、半導体層表面に空乏層を発生させる
とともに、該空乏層直下の半導体層(チャネル領域)に
ソース・ドレイン間電流を流すようにしたので、従来の
MO3FET作製プロセスのようなゲート部上に保護膜
を付け、これを再度削り取るような煩雑な工程が不要で
あり、またソースおよびドレイン領域に従来のMOSF
ETのようにpn接合を形成する必要がないので、製造
工程が著しく簡略化される。
に該半導体層とオーミック接触をなすソース電極および
ドレイン電極を設けるとともに、これらのソース電極と
ドレイン電極との間にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を設ける構成とし、半導体層表面に空乏層を発生させる
とともに、該空乏層直下の半導体層(チャネル領域)に
ソース・ドレイン間電流を流すようにしたので、従来の
MO3FET作製プロセスのようなゲート部上に保護膜
を付け、これを再度削り取るような煩雑な工程が不要で
あり、またソースおよびドレイン領域に従来のMOSF
ETのようにpn接合を形成する必要がないので、製造
工程が著しく簡略化される。
また、半導体製造工程では絶縁層を作製する工程は、ド
リフトや電流の漏れ出し防止する点から重要であるが、
本発明のFETでは、半導体層の下地基板にサファイア
等の絶縁基板を用いることができるので、削りとるだけ
で容易に絶縁基板を作製でき、したがってドリフト等を
防止することができ、雑音特性に優れたFETが得られ
る。
リフトや電流の漏れ出し防止する点から重要であるが、
本発明のFETでは、半導体層の下地基板にサファイア
等の絶縁基板を用いることができるので、削りとるだけ
で容易に絶縁基板を作製でき、したがってドリフト等を
防止することができ、雑音特性に優れたFETが得られ
る。
さらに、ソースおよびドレイン電極部において、導電性
物質と半導体層とが接合する構造を採用しているので、
低雑音であり、かつ電子移動度を大きくでき、高周波特
性が優れた素子、ひいては高速動作の集積回路が作製で
きる。したがって、このFETを用いることにより、製
造が容易であるとともに小型で応答特性に優れたイオン
センサ、酵素センサ等のFETセンサを得ることができ
るという効果を奏する。
物質と半導体層とが接合する構造を採用しているので、
低雑音であり、かつ電子移動度を大きくでき、高周波特
性が優れた素子、ひいては高速動作の集積回路が作製で
きる。したがって、このFETを用いることにより、製
造が容易であるとともに小型で応答特性に優れたイオン
センサ、酵素センサ等のFETセンサを得ることができ
るという効果を奏する。
第1図は本発明の基本原理を説明するためのFETの断
面構成図、第2図は本発明の実施例に係るFETセンサ
の平面構成図、第3図は第2図のIII−rll線に沿
う断面構成図、第4図は本実施例のFETの特性測定用
の回路構成図、第5図は第4図の回路で得られた出力特
性図、第6図は本実施例のFETセンサの特性測定用の
回路構成図である。 1.11・・・絶縁基板、2.12・・・半導体層3・
・・ソース電極、 4.14・・・ ドレイン電極
5・・・n+型領領域オーミック接触用)6.15・・
・ゲート絶縁膜 7.16・・・ゲート電極、 21・・−導電性カーボン層 22・・−Hゝイオン応答重合体膜 23・・・イオン選択膜 20・・・絶縁膜
面構成図、第2図は本発明の実施例に係るFETセンサ
の平面構成図、第3図は第2図のIII−rll線に沿
う断面構成図、第4図は本実施例のFETの特性測定用
の回路構成図、第5図は第4図の回路で得られた出力特
性図、第6図は本実施例のFETセンサの特性測定用の
回路構成図である。 1.11・・・絶縁基板、2.12・・・半導体層3・
・・ソース電極、 4.14・・・ ドレイン電極
5・・・n+型領領域オーミック接触用)6.15・・
・ゲート絶縁膜 7.16・・・ゲート電極、 21・・−導電性カーボン層 22・・−Hゝイオン応答重合体膜 23・・・イオン選択膜 20・・・絶縁膜
Claims (8)
- (1)半導体層と、該半導体層上に設けられるとともに
当該半導体層とオーミック接触をなすソース電極および
ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間の
チャネル領域に対応するとともにゲート絶縁膜を介して
前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備えたこと
を特徴とする電界効果トランジスタ。 - (2)半導体層と、該半導体層上に設けられるとともに
当該半導体層とオーミック接触をなすソース電極および
ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間の
チャネル領域に対応するとともにゲート絶縁膜を介して
前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備え、前記
ゲート電極を被測定物の濃度または分圧に応じた電気信
号の入力部としたことを特徴とするFETセンサ。 - (3)前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成さ
れた導電層と、該導電層上に形成された導電性炭素材料
層とからなる請求項2記載のFETセンサ。 - (4)前記ゲート電極またはその延長配線部の少なくと
も一部をイオン感応膜により被覆してなる請求項2また
は3記載のFETセンサ。 - (5)前記ゲート電極またはその延長配線部の少なくと
も一部を酵素固定化膜により被覆してなる請求項2また
は3記載のFETセンサ。 - (6)半導体層と、該半導体層上に設けられるとともに
当該半導体層とオーミック接触をなすソース電極および
ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間の
チャネル領域に対応させて設けられたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜上に設けられたイオン感応膜とを備えた
ことを特徴とするFETセンサ。 - (7)半導体層と、該半導体層上に設けられるとともに
当該半導体層とオーミック接触をなすソース電極および
ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間の
チャネル領域に対応させて設けられたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜上に設けられた酵素固定化膜とを備えた
ことを特徴とするFETセンサ。 - (8)前記半導体層は、その厚さが1.0μm以下であ
る請求項2ないし7のいずれか1つに記載のFETセン
サ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1072368A JPH02249962A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | Fetセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1072368A JPH02249962A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | Fetセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02249962A true JPH02249962A (ja) | 1990-10-05 |
Family
ID=13487302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1072368A Pending JPH02249962A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | Fetセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02249962A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008020373A (ja) * | 2006-07-13 | 2008-01-31 | Toyama Univ | 酸化還元物質の信号増幅検出方法及びその測定装置 |
KR100877246B1 (ko) * | 2007-05-03 | 2009-01-13 | 주식회사 바이오트론 | Fet 센서 및 그 제조방법 |
JP2010019555A (ja) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガスセンサ |
JP2012159511A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Robert Bosch Gmbh | 化学感応性電界効果トランジスタの少なくとも1つの動作の仕方を監視するための方法および監視装置 |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1072368A patent/JPH02249962A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008020373A (ja) * | 2006-07-13 | 2008-01-31 | Toyama Univ | 酸化還元物質の信号増幅検出方法及びその測定装置 |
KR100877246B1 (ko) * | 2007-05-03 | 2009-01-13 | 주식회사 바이오트론 | Fet 센서 및 그 제조방법 |
JP2010019555A (ja) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガスセンサ |
JP2012159511A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Robert Bosch Gmbh | 化学感応性電界効果トランジスタの少なくとも1つの動作の仕方を監視するための方法および監視装置 |
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