JPH0384450A - イオンセンサ及びセンサプレート - 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、出力校正を要せず、出力特性のバラツキを少
なくしたイオンセンサ、その部品のセンサブレートに関
する。

〔従来の技術〕

イオンセンサは、検体液中のイオン濃度を測定するため
のものであり、半導体に形成された電界効果型トランジ
スタ（ＦＥＴ　）のゲート電極上にイオン感応膜を形成
した、いわゆるイオン感応性電界効集型トランジスタ（
ＩＳＦＥＴ）　と呼ばれるものである。こσｌ５ＦＥＴ
は、イオン感応膜に検体液を接触させると、イオン感応
膜と溶液との界面に生し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、これを外部回
路で検出できるようにしたものである。

このｌ５ＦＦ！丁には、ＦＥＴを形成した半導体基板上
ではなく、別の絶縁性基板上に分離ゲート電極を設けこ
れにイオン感応膜を設け、さらに分離比較電極を相対し
て設けて独立部品とし、これをＦＥＴに接続して使用す
る、いわゆる分離ゲート型ｌ５ＦＥＴも知られている。

このような分離ゲート型ｌ５ＦＥＴイオンセンサのイオ
ン感応部は、絶縁性基板、例えばガラス・エポキシ樹脂
基板上に厚さ３５μｍの銅箔を接着したいわゆるプリン
ト配線用基板を、ホトリソグラフィック法等により所定
形状の銅導電パターンにエツチングし、ついで市販の厚
付は用銀メンキ浴等を用いて電解メンキし、その表面に
数μＳ〜２０μｍ程度の厚さに銀層を形成し、さらに塩
酸溶液あるいは塩化ナトリウム溶液中に浸漬し、電解化
成処理をすることにより銀層表面に数μ閾の塩化銀層を
形成する。ついで、表層部に銀層と塩化銀層の積層構造
を設けた電極を囲むように絶縁性樹脂、例えばエポキシ
樹脂で堤体を形成した後、イオノフオアと呼ばれる大環
状化合物やイオン交換樹脂等を含むイオン感応膜を形成
したものであり、この構造は先の出願で提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、従来のイオンセンサは、同じ条件で同じ
ように製作されても、同じイオン濃度に対する出力に差
異が生じ、一定のイオン濃度であるにもかかわらず、一
定の出力が得られないことが多い。そのため、個々のイ
オンセンサについて校正した後使用することが行われて
いる。

その校正方法は、イオンセンサを出力回路装置に接続し
た後、予め定められた２つの異なる溶液を用意し、一方
のイオン濃度溶液中にイオンセンサを浸漬し、その出力
を読み取る。その値が所定の標準値と相違すると、出力
回路装置の回路定数を調整し、標準の出力の値と一致さ
せる。ついで、他のイオン濃度の溶液中にイオンセンサ
を浸漬し、上記と同様に出力値がそのイオン濃度に対応
する標準値と一致するように回路定数を調整する。その
後再度上記一方のイオン濃度溶液にイオンセンサを浸漬
し、出力値が対応する標準値と異なれば、再度上記と同
様にして回路定数を調整し、さらに他のイオン濃度につ
いてもこれを行い、それぞれのイオン濃度に対する出力
値が標準値になるまで校正を繰り返す。

このようにすることは、工程が多く、作業が煩わしく、
また労力と手間がかかり、生産性が低いものであった。

そこで、電極を塩化銀を主成分とする上側層と、銀を主
成分とする下側層から積層構造とし、上記塩化銀層の表
面の粗さを２００ｎｍ以下であるようにしたイオンセン
サ及びその分割部品のセンサブレートを先の出願で提案
した。これによれば、一定イオン濃度の検体液に対する
出力のバラツキは最も少ない場合、標準偏差で０．８ｍ
Ｖにすることができ、これは約３％の測定誤差を生じる
に過ぎないが、さらに測定精度を高めようとする場合に
はこれに応えることができなかった。

また、イオン感応膜、電極等に異状があり、測定値が変
動する場合にはさらに誤差が大きくなる原因となってい
た。

このように、検体液の出力のバラツキを所望の範囲以下
にすることができず、製造された各イオンセンサはその
出力値が規定の範囲内にあるかどうか検査され、規定外
のものは廃棄されている。

この点から製品の歩留まりの向上も求められている。

本発明の目的は、イオン濃度に対応する出力値を校正す
ることなく使用できるイオンセンサを提供することにあ
る。

また、本発明の目的は、イオン濃度に対応する出力値の
バラツキをさらに少なくして測定精度を向上するととも
に、製品の歩留まりを向上させることにある。

〔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、イオン感応膜を
被−覆した電極を用いて検体液の感応値を電界効果型半
導体で検出できるようにしたイオンセンサにおいて、上
記イオン感応膜を被覆した電極を２以上設け、かつこれ
らの電極の全部又は一部の複数の電極のイオン感応膜が
上記検体液の同一イオンに対して感応するイオン感応膜
であることを特徴とするイオンセンサを提供するもので
ある。

また、電界効果型半導体の基板とは別体の絶縁性基板上
に該電界効果型半導体のゲート電極と接続して使用する
２以上の分離ゲート電極と、分離比較電極を設け、上記
分離ゲート電極の全部又は一部の複数の分離ゲート電極
のイオン感応膜が上記検体液の同一イオンに対して感応
するイオン感応膜であることを特徴とするセンサブレー
トを提供するものである。

〔作用〕

複数の電極のそれぞれに検体液の同一イオンに対して感
応するイオン感応膜を設け、同一検体液の同一イオンに
対する測定値を複数の電極について得られるので、電極
作成時の電極表面の状態やイオン感応膜に偶然生じる影
響からくる特性のバラツキを平均化し、測定値のバラツ
キを平均化させることができる。

実施例 次に本発明の実施例を第１図（イ）（ロ）に基づいて説
明する。

紙ポリエステル基板１に接着された銅箔を２μ博のダイ
ヤモンドスラリによって研磨し、鏡面（触針膜厚計（テ
ンコール社製薄膜表面プロファイラアルファステップ２
００）により測定した表面粗さ２００ｎ■〕に仕上げ、
ホトリソグラフィック法によって所定形状の銅電極１ａ
、ｌｂｓ　ｌｃ、１ｄを形成した。

次に銀を１ｇ／ｌ含有する市販のシアン余録ストライク
・メツキ浴と定電流電源を用いて、陰極電流密度がＱ、
５Ａ／ｄｍになるようにセットした状態で、５秒間上記
基板を浴中に浸漬し、取り出した後水洗した。ついで銀
を２０ｇ／　ｌ含有する市販のシアン系電解光沢メツキ
浴に温度５０℃に保持したまま浸漬し、電流密度１２Ａ
／ｄ　ｒｄで１分３０秒間電解メツキを施し、＃ｒｉ４
１１極１ｄに１５μ曽の銀層２ｂを形成するとともに銅
電極１ａ、ｌｂ、　ｌｃにそれぞれ１５μ層の銀層２ａ
を形成した。

その後、０．１規定（Ｎ）の塩酸（ＭＣＩ）中で、上記
基板を陽極とし、白金メツキされたチタンメツシュを陰
極とし、陽檜電流密度（０，２ＡＩｄｒｄ）　　で２分
４０秒間電解処理し、銀層２ｂの表面に塩化銀層３ｂ、
３つのそれぞれの銀層２ａの表面にそれぞれ塩化銀層３
ａを形成した。この表面粗さは上記触針膜厚計によるｆ
ｉｌ定で２００　ｎ−であった。

上記３つの塩化銀層３ａのそれぞれに、第１図（イ）に
示すように塩化ビニル−酢酸ビニル系共重合体を主成分
とするイオン感応膜４ａ、４ｂ、４ｃを被覆し、このイ
オン感応膜を形成した電極と、塩化銀電極３・ｂとを囲
むように、エポキシ樹脂の絶縁物で堤体５を形成した。

このようにして銅電極１ｂに銀層２ｂ及び塩化銀層３ｂ
を積層し、銅電極１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれ銀層２ａ
及び塩化銀層３ａを積層し、それぞれの塩化銀層３ａに
はイオン感応膜４ａ、　４ｂ、　４ｃ　　を設け、一方
塊化銀層３ｂを分離比較電極とするセンサブレートがで
きあがる。

このようにして、８０個のセンサブレートを作成した。

これらのセンサブレートは、イオン感応膜を設けた電極
を分離ゲートとし、その一つと図示省略したＦＥＴのゲ
ート電極を接続し、上記分離比較電極とイオン感応膜に
検体液を浸漬することにより、その含有イオン濃度をイ
オンセンサの出力値として測定することができる。

このイオンセンサにカリウムイオン濃度ＩＬＩＩＭ、３
ｓＭ　、１０ｇｅＭ、３０ｍＭの溶液を滴下し、それぞ
れの出力を測定した結果、イオン濃度の対数変化に対し
て出力値が直線関係になることを確認した後、カリウム
イオン濃度１０−Ｍの溶液を検体液とした時の３つのイ
オン感応Ｍ　４　ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれを設けた分
離ゲート電極によるイオンセンサの出力値を測定し、そ
の後センサブレートをＦＥＴがら分離し、以下同様に７
９個のそれぞれのセンサブレートを上記と同様に接続し
てこれらセンサブレートを用いたイオンセンサについて
同一様の測定を行った。

−枚のセンサーブレートより得られる３　Ｉｌ！Ｉの測
定結果を平均し、このセンサブレートを用いたイオンセ
ンサの測定値とした。さらに同様に７９（ｌＩのセンサ
ブレートを用いたそれぞれのイオンセンサについても測
定値を得、これらを統計的に処理し、その標準偏差を求
め、表に示す０表中の誤差は、イオン濃度に換算した場
合の誤差である。なお、測定値の電位Ｅとイオン濃度ａ
とは次の関係式で表わされる。

Ｅ−Ｅ、＋１ｏｇ　ａ　（Ｅ、は定数）比較例 上記実施例で用いた第１図に示される複数の分離ゲート
電極を有するセンサブレートに代え、第２図に示す分離
ゲート電極１個のセンサブレートを用いた以外は上記実
施例と同様にしてイオンセンサを作威し、これを用いて
検体液の測定を行い、その求めた結果を表に示す。

なお、第２図中、１゛は基板、２″ｂ分離比較電極、２
１ａは分離ゲート電極であり、これら電極は上記実施例
と同様に銀層と塩化銀層の積層構造を銅電極上に有し、
分離ゲート電極２’ａには上記実施例１と同様のイオン
感応膜４”が設けられている。５′は上記実施例と同様
の堤体である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、イオン感応膜を設けた複数の電極を設
け、一つの検体液の同一イオン濃度を複数の電極を用い
て測定したので、電極作成時の電極やイオン感応膜等に
偶然生じる特性の変化を平均化した測定値が得られ、イ
オンセンサの測定値のバラツキを少なくし、その精度を
向上することができるとともに、製品の歩留まりを向上
させることができる。

このように同一イオン濃度に感応するイオン感応膜を設
けた複数の電極を用いると、同種の単独の電極を用いた
場合と比べ、同時再現性誤差をその半分の約１．５％ま
で下げることができる。

また、複数の電極の一つが壊れたり、異状な値を出力す
るものであっても、他の電極が正常なものであれば、こ
れらにより精度の高い測定値を得られるという利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の一実施例のセンサブレートの平
面図、同図（ロ）はそのｆｆ　−ＩＦ断面図、第２・図
はイオン感応膜を設けた電極を１個設けた場合の第１図
に相当する平面図である。 図中、■は基板、２ａ、２ｂは銀層、３ａ、３ｂは塩化
銀層、４ａ、４ｂ、４Ｃはイオン感応膜、５は堤体であ
る。 平底１年８月２９日 第 図 Ｃ （σ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン感応膜を被覆した電極を用いて検体液の感
   応値を電界効果型半導体で検出できるようにしたイオン
   センサにおいて、上記イオン感応膜を被覆した電極を２
   以上設け、かつこれらの電極の全部又は一部の複数の電
   極のイオン感応膜が上記検体液の同一イオンに対して感
   応するイオン感応膜であることを特徴とするイオンセン
   サ。
2. （２）電界効果型半導体の基板とは別体の絶縁性基板上
   に該電界効果型半導体のゲート電極と接続して使用する
   ２以上の分離ゲート電極と、分離比較電極を設け、上記
   分離ゲート電極の全部又は一部の複数の分離ゲート電極
   のイオン感応膜が上記検体液の同一イオンに対して感応
   するイオン感応膜であることを特徴とするセンサプレー
   ト。