JPH06249826A - Ｆｅｔセンサ - Google Patents
ＦｅｔセンサInfo
- Publication number
- JPH06249826A JPH06249826A JP5062674A JP6267493A JPH06249826A JP H06249826 A JPH06249826 A JP H06249826A JP 5062674 A JP5062674 A JP 5062674A JP 6267493 A JP6267493 A JP 6267493A JP H06249826 A JPH06249826 A JP H06249826A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- terminal
- fet
- sensor
- type fet
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電流計や電圧計などの測定器や、増幅回路や
Ａ／Ｄ変換回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥＴセ
ンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出するととも
にＡ／Ｄ変換を行い、検出結果を外部にデジタルデータ
として出力することができるＦＥＴセンサを提供する。 【構成】 Ｐ型ＦＥＴ２ａ〜２ｅのドレイン端子とＮ型
ＦＥＴ３ａ〜３ｅのドレイン端子とを接続し、検出すべ
き物質の濃度に応じたデジタルデータを端子９ａ〜９ｅ
から出力する。
Ａ／Ｄ変換回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥＴセ
ンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出するととも
にＡ／Ｄ変換を行い、検出結果を外部にデジタルデータ
として出力することができるＦＥＴセンサを提供する。 【構成】 Ｐ型ＦＥＴ２ａ〜２ｅのドレイン端子とＮ型
ＦＥＴ３ａ〜３ｅのドレイン端子とを接続し、検出すべ
き物質の濃度に応じたデジタルデータを端子９ａ〜９ｅ
から出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中のイオン濃度や
気体中のガス濃度などを検出するＦＥＴセンサに関す
る。
気体中のガス濃度などを検出するＦＥＴセンサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＦＥＴ（絶縁ゲート型ＦＥＴ）のゲ
ート金属を取り去りＳｉＯ2 などを感応膜として用いる
とともに参照電極を設けて、各種イオンの濃度を検出す
るイオンセンサや、ＩＧＦＥＴのゲート金属としてＰｄ
を用いてＰｄ−ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造を有し、各種ガスの
濃度を検出するガスセンサなどがＦＥＴセンサとして従
来から知られている。
ート金属を取り去りＳｉＯ2 などを感応膜として用いる
とともに参照電極を設けて、各種イオンの濃度を検出す
るイオンセンサや、ＩＧＦＥＴのゲート金属としてＰｄ
を用いてＰｄ−ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造を有し、各種ガスの
濃度を検出するガスセンサなどがＦＥＴセンサとして従
来から知られている。
【０００３】ここでＦＥＴセンサの動作原理についてＦ
ＥＴセンサの１つであるガスセンサに関して説明する。
ＥＴセンサの１つであるガスセンサに関して説明する。
【０００４】たとえば検出すべき水素ガス（Ｈ2 ）はＰ
ｄ表面で吸着、解離されて原子状水素（Ｈ）となる。こ
のＨ原子は拡散によってＰｄ−ＳｉＯ2 界面に達して界
面電位を発生し、この結果ＦＥＴの特性パラメータであ
るしきい値電圧が変化する。ＦＥＴのしきい値電圧が変
化すると、ＦＥＴのドレイン電流が変化し、この電流変
化を測定することにより水素ガス（Ｈ2 ）の濃度を検出
することができる。
ｄ表面で吸着、解離されて原子状水素（Ｈ）となる。こ
のＨ原子は拡散によってＰｄ−ＳｉＯ2 界面に達して界
面電位を発生し、この結果ＦＥＴの特性パラメータであ
るしきい値電圧が変化する。ＦＥＴのしきい値電圧が変
化すると、ＦＥＴのドレイン電流が変化し、この電流変
化を測定することにより水素ガス（Ｈ2 ）の濃度を検出
することができる。
【０００５】ところで、このガスの濃度の変化によるＦ
ＥＴのドレイン電流の変化は微小であるためその変化を
認識することが難しく、従来では、この微小なドレイン
電流の変化を測定するために高精度の電流計を用いて精
密に測定したり、後処理のしやすさのために、微小な電
流の変化を一旦電流−電圧変換回路により電圧の変化に
変換し、この電流−電圧変換回路の出力である微小な電
圧の変化を増幅回路を用いて増幅しＦＥＴセンサによる
検出結果としていた。
ＥＴのドレイン電流の変化は微小であるためその変化を
認識することが難しく、従来では、この微小なドレイン
電流の変化を測定するために高精度の電流計を用いて精
密に測定したり、後処理のしやすさのために、微小な電
流の変化を一旦電流−電圧変換回路により電圧の変化に
変換し、この電流−電圧変換回路の出力である微小な電
圧の変化を増幅回路を用いて増幅しＦＥＴセンサによる
検出結果としていた。
【０００６】ＦＥＴセンサを用いてたとえばガス濃度を
検出する別の方法としては、ＦＥＴのドレイン電流が一
定になるようにＦＥＴのゲートに印加する電圧を変化さ
せ、このゲートに印加する電圧の変化によりガス濃度を
検出する方法がある。この場合であってもゲートに印加
する電圧の変化は微小であるために、高精度の電圧計を
用いて精密に測定したり、微小な電圧の変化を増幅回路
を用いて増幅しＦＥＴセンサによる検出結果としてい
た。
検出する別の方法としては、ＦＥＴのドレイン電流が一
定になるようにＦＥＴのゲートに印加する電圧を変化さ
せ、このゲートに印加する電圧の変化によりガス濃度を
検出する方法がある。この場合であってもゲートに印加
する電圧の変化は微小であるために、高精度の電圧計を
用いて精密に測定したり、微小な電圧の変化を増幅回路
を用いて増幅しＦＥＴセンサによる検出結果としてい
た。
【０００７】また、最近では、マイコンが普及してきて
おり、ＦＥＴセンサによる検出結果もマイコンで扱える
ようにするためにアナログデータである検出結果をデジ
タルデータに変換する必要が生じ、上述のように増幅回
路で増幅した電圧の変化をＡ／Ｄ変換回路を用いてデジ
タルデータに変換し外部に出力していた。
おり、ＦＥＴセンサによる検出結果もマイコンで扱える
ようにするためにアナログデータである検出結果をデジ
タルデータに変換する必要が生じ、上述のように増幅回
路で増幅した電圧の変化をＡ／Ｄ変換回路を用いてデジ
タルデータに変換し外部に出力していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえばガス
濃度の検出に高精度の電流計や電圧計を用いたり、増幅
回路やＡ／Ｄ変換回路を設けたりすることは、ＦＥＴセ
ンサを用いてシステムを構築する場合システムの小型化
のネックとなってしまう。
濃度の検出に高精度の電流計や電圧計を用いたり、増幅
回路やＡ／Ｄ変換回路を設けたりすることは、ＦＥＴセ
ンサを用いてシステムを構築する場合システムの小型化
のネックとなってしまう。
【０００９】また、ＦＥＴセンサを用いたシステムを小
型化するために、微小なドレイン電流の変化を増幅する
ための増幅回路やアナログデータである検出結果をデジ
タルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換回路などの回路
と、ＦＥＴセンサとをワンチップ上に一体化することが
考えられるが、その場合にも次のような問題がある。
型化するために、微小なドレイン電流の変化を増幅する
ための増幅回路やアナログデータである検出結果をデジ
タルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換回路などの回路
と、ＦＥＴセンサとをワンチップ上に一体化することが
考えられるが、その場合にも次のような問題がある。
【００１０】ワンチップ上に一体化するということは既
存の増幅回路やＡ／Ｄ変換回路などが使えず、新たにワ
ンチップ上の回路すべての設計から行うということであ
り、設計段階においては、ＦＥＴセンサとは別に増幅回
路やＡ／Ｄ変換回路などの回路の設計やシミュレーショ
ンなどが必要になる。
存の増幅回路やＡ／Ｄ変換回路などが使えず、新たにワ
ンチップ上の回路すべての設計から行うということであ
り、設計段階においては、ＦＥＴセンサとは別に増幅回
路やＡ／Ｄ変換回路などの回路の設計やシミュレーショ
ンなどが必要になる。
【００１１】次に、製作段階においては、ＦＥＴセンサ
の製作工程とは別に増幅回路やＡ／Ｄ変換回路などの回
路の製作工程が加わる。そのため、全体の製作工程が多
くなることはもちろんであるが、単にそれだけでなく、
ＦＥＴセンサの製作工程と増幅回路やＡ／Ｄ変換回路な
どの回路の製作工程とが互いに影響を及ぼさないような
工夫が必要になり、全体の製作工程が複雑になる。
の製作工程とは別に増幅回路やＡ／Ｄ変換回路などの回
路の製作工程が加わる。そのため、全体の製作工程が多
くなることはもちろんであるが、単にそれだけでなく、
ＦＥＴセンサの製作工程と増幅回路やＡ／Ｄ変換回路な
どの回路の製作工程とが互いに影響を及ぼさないような
工夫が必要になり、全体の製作工程が複雑になる。
【００１２】さらに、完成した増幅回路やＡ／Ｄ変換回
路などの回路とＦＥＴセンサとのワンチップについて見
てみると、ワンチップ上にＦＥＴセンサ以外に増幅回路
やＡ／Ｄ変換回路などがあるために、ワンチップ上にＦ
ＥＴセンサだけを製作した場合と比べて、ＦＥＴセンサ
のチップのサイズが大きくなってしまい、狭い場所での
ガス濃度の検出やイオン濃度の検出などには不向きとな
ってしまう。
路などの回路とＦＥＴセンサとのワンチップについて見
てみると、ワンチップ上にＦＥＴセンサ以外に増幅回路
やＡ／Ｄ変換回路などがあるために、ワンチップ上にＦ
ＥＴセンサだけを製作した場合と比べて、ＦＥＴセンサ
のチップのサイズが大きくなってしまい、狭い場所での
ガス濃度の検出やイオン濃度の検出などには不向きとな
ってしまう。
【００１３】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、高精度の電流計や電圧計などの測定器や、増幅回
路やＡ／Ｄ変換回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥ
Ｔセンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出すると
ともにＡ／Ｄ変換を行い、検出結果を外部にデジタルデ
ータとして出力し得るＦＥＴセンサを提供することを目
的とする。
ので、高精度の電流計や電圧計などの測定器や、増幅回
路やＡ／Ｄ変換回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥ
Ｔセンサ自体で、ガスやイオンなどの濃度を検出すると
ともにＡ／Ｄ変換を行い、検出結果を外部にデジタルデ
ータとして出力し得るＦＥＴセンサを提供することを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、検出すべき物質に感応する感応膜を有す
るＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのドレイン端子どうしを
接続して１つのセンサモジュールを構成し、異なる第１
の基準電位と第２の基準電位との間に複数個の前記セン
サモジュールを並列に接続し、前記各センサモジュール
のしきい値電圧を異ならせ、前記各センサモジュールを
構成するＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのゲート端子にバ
イアス電圧を印加し、前記各センサモジュールを構成す
るＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのドレイン端子どうしの
接続点から、前記検出すべき物質の濃度を表わすデジタ
ル信号を前記複数のセンサモジュールの数と同数のビッ
ト数で出力するようにＦＥＴセンサを構成した。
成するために、検出すべき物質に感応する感応膜を有す
るＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのドレイン端子どうしを
接続して１つのセンサモジュールを構成し、異なる第１
の基準電位と第２の基準電位との間に複数個の前記セン
サモジュールを並列に接続し、前記各センサモジュール
のしきい値電圧を異ならせ、前記各センサモジュールを
構成するＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのゲート端子にバ
イアス電圧を印加し、前記各センサモジュールを構成す
るＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのドレイン端子どうしの
接続点から、前記検出すべき物質の濃度を表わすデジタ
ル信号を前記複数のセンサモジュールの数と同数のビッ
ト数で出力するようにＦＥＴセンサを構成した。
【００１５】
【作用】本発明は以上の構成によって、Ｐ型ＦＥＴのゲ
ート端子およびＮ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加したとき、Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子とＮ型ＦＥ
Ｔのドレイン端子との接続点において、検出すべき物質
の濃度を表わす出力をセンサモジュールの数と同数のビ
ット数のデジタル信号として出力する。
ート端子およびＮ型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧
を印加したとき、Ｐ型ＦＥＴのドレイン端子とＮ型ＦＥ
Ｔのドレイン端子との接続点において、検出すべき物質
の濃度を表わす出力をセンサモジュールの数と同数のビ
ット数のデジタル信号として出力する。
【００１６】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【００１７】図１は、本発明によるＦＥＴセンサをＨ2
ガス（水素ガス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサと
して用いた場合の概略構成図である。
ガス（水素ガス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサと
して用いた場合の概略構成図である。
【００１８】本発明の第１の実施例に係るＦＥＴガスセ
ンサ１（一点鎖線で囲んで示す）は５個の同じ構成のセ
ンサモジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ（それぞ
れを破線で囲んで示す）から構成されている。以下に、
代表的にセンサモジュール１ａを取り上げて詳しく説明
する。
ンサ１（一点鎖線で囲んで示す）は５個の同じ構成のセ
ンサモジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ（それぞ
れを破線で囲んで示す）から構成されている。以下に、
代表的にセンサモジュール１ａを取り上げて詳しく説明
する。
【００１９】図２は、図１に示したセンサモジュール１
ａの回路構成図である。図１と同じ構成部分には同じ参
照番号を付してある。
ａの回路構成図である。図１と同じ構成部分には同じ参
照番号を付してある。
【００２０】センサモジュール１ａ（破線で囲んで示
す）はＰ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａから成り、
Ｐ型ＦＥＴ２ａのドレイン端子とＮ型ＦＥＴ３ａのドレ
イン端子とは点５ａで互いに接続されるとともに端子９
ａに接続されている。また、Ｐ型ＦＥＴ２ａのソース端
子は端子６ａに接続され、Ｎ型ＦＥＴ３ａのソース端子
は端子８ａに接続されている。さらに、Ｐ型ＦＥＴ２ａ
のゲート端子とＮ型ＦＥＴ３ａのゲート端子とは点４ａ
で互いに接続されるとともに端子７ａに接続されてい
る。
す）はＰ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａから成り、
Ｐ型ＦＥＴ２ａのドレイン端子とＮ型ＦＥＴ３ａのドレ
イン端子とは点５ａで互いに接続されるとともに端子９
ａに接続されている。また、Ｐ型ＦＥＴ２ａのソース端
子は端子６ａに接続され、Ｎ型ＦＥＴ３ａのソース端子
は端子８ａに接続されている。さらに、Ｐ型ＦＥＴ２ａ
のゲート端子とＮ型ＦＥＴ３ａのゲート端子とは点４ａ
で互いに接続されるとともに端子７ａに接続されてい
る。
【００２１】Ｐ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａのゲ
ート金属１０ａおよび１１ａには同一の感応物質が用い
られ、ここでは、Ｈ2 ガスに感応するＰｄを用いてい
る。ゲート金属１０ａおよび１１ａには、検出したいガ
スに応じてそのガスに感応する材質を用いることがで
き、たとえばＰｔ、Ｉｒ、ＳｎＯ2 などが用いられる。
ート金属１０ａおよび１１ａには同一の感応物質が用い
られ、ここでは、Ｈ2 ガスに感応するＰｄを用いてい
る。ゲート金属１０ａおよび１１ａには、検出したいガ
スに応じてそのガスに感応する材質を用いることがで
き、たとえばＰｔ、Ｉｒ、ＳｎＯ2 などが用いられる。
【００２２】端子６ａには電圧ＶDD（たとえば５Ｖ）が
印加され、端子８ａには電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）が印
加され、端子７ａには所定のバイアス電圧ＶBIASが印加
される。端子９ａからはガス濃度に応じた電圧ＶOUTaが
出力される。
印加され、端子８ａには電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）が印
加され、端子７ａには所定のバイアス電圧ＶBIASが印加
される。端子９ａからはガス濃度に応じた電圧ＶOUTaが
出力される。
【００２３】Ｐ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａは一
般的によく知られているＭＯＳプロセス（酸化、リソグ
ラフィ、エッチング、成膜等）を応用してＳｉ単結晶基
板上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ２ａとＮ型ＦＥＴ３ａと
はワンチップ上に製作され、基板としてＮ型Ｓｉ単結晶
ウェハを用いる場合にはＰ型ＦＥＴ２ａは直接Ｎ型Ｓｉ
単結晶ウェハ上に製作され、Ｎ型ＦＥＴ３ａはＮ型Ｓｉ
単結晶ウェハ上に作られたＰウェル上に製作される。こ
れに対して、基板としてＰ型Ｓｉ単結晶ウェハを用いる
場合にはＮ型ＦＥＴ３ａは直接Ｐ型Ｓｉ単結晶ウェハ上
に製作され、Ｐ型ＦＥＴ２ａはＰ型Ｓｉ単結晶ウェハ上
に作られたＮウェル上に製作される。またこの他に、ド
ープされた不純物濃度がきわめて薄いＳｉ単結晶ウェハ
（Ｎ型であるかＰ型であるかは問わない）を基板として
用いる場合には、Ｐ型ＦＥＴ２ａはＳｉ単結晶ウェハ上
に作られたＮウェル上に製作され、Ｎ型ＦＥＴ３ａはＳ
ｉ単結晶ウェハ上に作られたＰウェル上に製作される。
般的によく知られているＭＯＳプロセス（酸化、リソグ
ラフィ、エッチング、成膜等）を応用してＳｉ単結晶基
板上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ２ａとＮ型ＦＥＴ３ａと
はワンチップ上に製作され、基板としてＮ型Ｓｉ単結晶
ウェハを用いる場合にはＰ型ＦＥＴ２ａは直接Ｎ型Ｓｉ
単結晶ウェハ上に製作され、Ｎ型ＦＥＴ３ａはＮ型Ｓｉ
単結晶ウェハ上に作られたＰウェル上に製作される。こ
れに対して、基板としてＰ型Ｓｉ単結晶ウェハを用いる
場合にはＮ型ＦＥＴ３ａは直接Ｐ型Ｓｉ単結晶ウェハ上
に製作され、Ｐ型ＦＥＴ２ａはＰ型Ｓｉ単結晶ウェハ上
に作られたＮウェル上に製作される。またこの他に、ド
ープされた不純物濃度がきわめて薄いＳｉ単結晶ウェハ
（Ｎ型であるかＰ型であるかは問わない）を基板として
用いる場合には、Ｐ型ＦＥＴ２ａはＳｉ単結晶ウェハ上
に作られたＮウェル上に製作され、Ｎ型ＦＥＴ３ａはＳ
ｉ単結晶ウェハ上に作られたＰウェル上に製作される。
【００２４】図３は、図２に示したセンサモジュール１
ａのチップ構造を示しており、図中図２と同じ構成部分
には同じ参照番号を付してある。
ａのチップ構造を示しており、図中図２と同じ構成部分
には同じ参照番号を付してある。
【００２５】本実施例では、Ｎ型Ｓｉ基板１５ａ上にセ
ンサモジュール１ａを製作しており、Ｐ型ＦＥＴ２ａ
（破線で囲んで示す）は直接Ｎ型Ｓｉ基板１５ａ上に製
作され、Ｎ型ＦＥＴ３ａ（破線で囲んで示す）はＮ型Ｓ
ｉ基板１５ａ上に作られたＰウェル１２ａ上に製作され
る。Ｐ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａの絶縁膜とし
ては、Ａｌ2 Ｏ3 膜１３ａおよびＳｉＯ2 膜１４ａを用
いている。
ンサモジュール１ａを製作しており、Ｐ型ＦＥＴ２ａ
（破線で囲んで示す）は直接Ｎ型Ｓｉ基板１５ａ上に製
作され、Ｎ型ＦＥＴ３ａ（破線で囲んで示す）はＮ型Ｓ
ｉ基板１５ａ上に作られたＰウェル１２ａ上に製作され
る。Ｐ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａの絶縁膜とし
ては、Ａｌ2 Ｏ3 膜１３ａおよびＳｉＯ2 膜１４ａを用
いている。
【００２６】ここで、図１の説明に戻る。
【００２７】センサモジュール１ａのＰ型ＦＥＴ２ａの
ソース端子が接続された端子６ａは端子６に接続され、
Ｐ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａのゲート端子が接
続された端子７ａは端子７に接続され、Ｎ型ＦＥＴ３ａ
のソース端子が接続された端子８ａは端子８に接続され
ている。
ソース端子が接続された端子６ａは端子６に接続され、
Ｐ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ３ａのゲート端子が接
続された端子７ａは端子７に接続され、Ｎ型ＦＥＴ３ａ
のソース端子が接続された端子８ａは端子８に接続され
ている。
【００２８】センサモジュール１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ
も、上記したセンサモジュール１ａと同様の構造であ
り、その接続に関して言えばセンサモジュール１ｂにお
いては、Ｐ型ＦＥＴ２ｂのソース端子が接続された端子
６ｂは端子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｂおよびＮ型Ｆ
ＥＴ３ｂのゲート端子が接続された端子７ｂは端子７に
接続され、Ｎ型ＦＥＴ３ｂのソース端子が接続された端
子８ｂは端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｂおよびＮ型
ＦＥＴ３ｂのドレイン端子は端子９ｂに接続されてい
る。
も、上記したセンサモジュール１ａと同様の構造であ
り、その接続に関して言えばセンサモジュール１ｂにお
いては、Ｐ型ＦＥＴ２ｂのソース端子が接続された端子
６ｂは端子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｂおよびＮ型Ｆ
ＥＴ３ｂのゲート端子が接続された端子７ｂは端子７に
接続され、Ｎ型ＦＥＴ３ｂのソース端子が接続された端
子８ｂは端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｂおよびＮ型
ＦＥＴ３ｂのドレイン端子は端子９ｂに接続されてい
る。
【００２９】また、センサモジュール１ｃにおいては、
Ｐ型ＦＥＴ２ｃのソース端子が接続された端子６ｃは端
子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｃおよびＮ型ＦＥＴ３ｃ
のゲート端子が接続された端子７ｃは端子７に接続さ
れ、Ｎ型ＦＥＴ３ｃのソース端子が接続された端子８ｃ
は端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｃおよびＮ型ＦＥＴ
３ｃのドレイン端子は端子９ｃに接続されている。
Ｐ型ＦＥＴ２ｃのソース端子が接続された端子６ｃは端
子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｃおよびＮ型ＦＥＴ３ｃ
のゲート端子が接続された端子７ｃは端子７に接続さ
れ、Ｎ型ＦＥＴ３ｃのソース端子が接続された端子８ｃ
は端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｃおよびＮ型ＦＥＴ
３ｃのドレイン端子は端子９ｃに接続されている。
【００３０】また、センサモジュール１ｄにおいては、
Ｐ型ＦＥＴ２ｄのソース端子が接続された端子６ｄは端
子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｄおよびＮ型ＦＥＴ３ｄ
のゲート端子が接続された端子７ｄは端子７に接続さ
れ、Ｎ型ＦＥＴ３ｄのソース端子が接続された端子８ｄ
は端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｄおよびＮ型ＦＥＴ
３ｄのドレイン端子は端子９ｄに接続されている。
Ｐ型ＦＥＴ２ｄのソース端子が接続された端子６ｄは端
子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｄおよびＮ型ＦＥＴ３ｄ
のゲート端子が接続された端子７ｄは端子７に接続さ
れ、Ｎ型ＦＥＴ３ｄのソース端子が接続された端子８ｄ
は端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｄおよびＮ型ＦＥＴ
３ｄのドレイン端子は端子９ｄに接続されている。
【００３１】また、センサモジュール１ｅにおいては、
Ｐ型ＦＥＴ２ｅのソース端子が接続された端子６ｅは端
子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｅおよびＮ型ＦＥＴ３ｅ
のゲート端子が接続された端子７ｅは端子７に接続さ
れ、Ｎ型ＦＥＴ３ｅのソース端子が接続された端子８ｅ
は端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｅおよびＮ型ＦＥＴ
３ｅのドレイン端子は端子９ｅに接続されている。
Ｐ型ＦＥＴ２ｅのソース端子が接続された端子６ｅは端
子６に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｅおよびＮ型ＦＥＴ３ｅ
のゲート端子が接続された端子７ｅは端子７に接続さ
れ、Ｎ型ＦＥＴ３ｅのソース端子が接続された端子８ｅ
は端子８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ２ｅおよびＮ型ＦＥＴ
３ｅのドレイン端子は端子９ｅに接続されている。
【００３２】センサモジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄ、１ｅは、センサモジュールごとにＰ型ＦＥＴおよび
Ｎ型ＦＥＴのＷ／Ｌ比を変えてＰ型ＦＥＴおよびＮ型Ｆ
ＥＴのチャネルコンダクタンス比を変えることにより、
センサモジュールとしてのしきい値電圧がセンサモジュ
ールごとに異なるようにしてあり、端子６には電圧ＶDD
（たとえば５Ｖ）が印加され、端子８には電圧ＶSS（た
とえば０Ｖ）が印加され、端子７には所定のバイアス電
圧ＶBIASが印加される。端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、
９ｅからは、それぞれガス濃度に応じた電圧ＶOUTa、Ｖ
OUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeが出力される。
ｄ、１ｅは、センサモジュールごとにＰ型ＦＥＴおよび
Ｎ型ＦＥＴのＷ／Ｌ比を変えてＰ型ＦＥＴおよびＮ型Ｆ
ＥＴのチャネルコンダクタンス比を変えることにより、
センサモジュールとしてのしきい値電圧がセンサモジュ
ールごとに異なるようにしてあり、端子６には電圧ＶDD
（たとえば５Ｖ）が印加され、端子８には電圧ＶSS（た
とえば０Ｖ）が印加され、端子７には所定のバイアス電
圧ＶBIASが印加される。端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、
９ｅからは、それぞれガス濃度に応じた電圧ＶOUTa、Ｖ
OUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeが出力される。
【００３３】図４は、Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍの気体
中に図１に示したＦＥＴガスセンサ１を設置した場合の
バイアス電圧−出力電圧特性を示す。
中に図１に示したＦＥＴガスセンサ１を設置した場合の
バイアス電圧−出力電圧特性を示す。
【００３４】Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍの気体中にＦＥ
Ｔガスセンサ１を設置して、図１に示した端子６に電圧
ＶDDとして５Ｖを印加し、端子８に電圧ＶSSとして０Ｖ
を印加して、端子７に印加するバイアス電圧ＶBIASを０
〜５Ｖまで変化させると、ＦＥＴガスセンサ１の５つの
出力端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅからの出力電圧
ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのそれぞれ
は、図４に示した曲線のように変化する。
Ｔガスセンサ１を設置して、図１に示した端子６に電圧
ＶDDとして５Ｖを印加し、端子８に電圧ＶSSとして０Ｖ
を印加して、端子７に印加するバイアス電圧ＶBIASを０
〜５Ｖまで変化させると、ＦＥＴガスセンサ１の５つの
出力端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅからの出力電圧
ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのそれぞれ
は、図４に示した曲線のように変化する。
【００３５】ところで、マイコンで扱えるデジタルデー
タである２進数は、一般的に’０’が論理値ＬＯＷで、
電圧で言えば０Ｖ付近であり、’１’が論理値ＨＩＧＨ
で、電圧で言えば５Ｖ付近である。
タである２進数は、一般的に’０’が論理値ＬＯＷで、
電圧で言えば０Ｖ付近であり、’１’が論理値ＨＩＧＨ
で、電圧で言えば５Ｖ付近である。
【００３６】ここで、端子７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを１．９Ｖに固定すれば、図４からわかるように出
力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのそれ
ぞれはすべて論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイアス
電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧
ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのすべてが論
理値ＨＩＧＨであれば、Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍであ
ることがわかる。
BIASを１．９Ｖに固定すれば、図４からわかるように出
力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのそれ
ぞれはすべて論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイアス
電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧
ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのすべてが論
理値ＨＩＧＨであれば、Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍであ
ることがわかる。
【００３７】図５は、Ｈ2 ガスの濃度が２００ｐｐｍの
気体中に図１に示したＦＥＴガスセンサ１を設置した場
合のバイアス電圧−出力電圧特性を示す。
気体中に図１に示したＦＥＴガスセンサ１を設置した場
合のバイアス電圧−出力電圧特性を示す。
【００３８】Ｈ2 ガスの濃度が２００ｐｐｍの気体中に
ＦＥＴガスセンサ１を設置し、端子６に電圧ＶDDとして
５Ｖを印加し、端子８に電圧ＶSSとして０Ｖを印加し
て、端子７に印加するバイアス電圧ＶBIASを０〜５Ｖま
で変化させると、ＦＥＴガスセンサ１の５つの出力端子
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅからの出力電圧ＶOUTa、
ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのそれぞれは、図５に
示した曲線のように変化する。
ＦＥＴガスセンサ１を設置し、端子６に電圧ＶDDとして
５Ｖを印加し、端子８に電圧ＶSSとして０Ｖを印加し
て、端子７に印加するバイアス電圧ＶBIASを０〜５Ｖま
で変化させると、ＦＥＴガスセンサ１の５つの出力端子
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅからの出力電圧ＶOUTa、
ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのそれぞれは、図５に
示した曲線のように変化する。
【００３９】ここで、端子７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを、図４の説明と同様に１．９Ｖに固定すれば、図
５からわかるように出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、のそれぞ
れは論理値ＬＯＷを示し、出力電圧ＶOUTc、ＶOUTd、Ｖ
OUTeのそれぞれは論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイ
アス電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧Ｖ
OUTa、ＶOUTbが論理値ＬＯＷで、出力電圧ＶOUTc、Ｖ
OUTd、ＶOUTeが論理値ＨＩＧＨであれば、Ｈ2 ガスの濃
度が２００ｐｐｍであることがわかる。
BIASを、図４の説明と同様に１．９Ｖに固定すれば、図
５からわかるように出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、のそれぞ
れは論理値ＬＯＷを示し、出力電圧ＶOUTc、ＶOUTd、Ｖ
OUTeのそれぞれは論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイ
アス電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧Ｖ
OUTa、ＶOUTbが論理値ＬＯＷで、出力電圧ＶOUTc、Ｖ
OUTd、ＶOUTeが論理値ＨＩＧＨであれば、Ｈ2 ガスの濃
度が２００ｐｐｍであることがわかる。
【００４０】このように、本実施例によれば、ＦＥＴガ
スセンサ１の５つの出力端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、
９ｅからの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、
ＶOUTeのそれぞれが、Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍのとき
にはすべて論理値ＨＩＧＨを示し、Ｈ2 ガスの濃度が０
ｐｐｍを越えて１００ｐｐｍ以下のときには論理値ＬＯ
Ｗ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨを示し、
Ｈ2 ガスの濃度が１００ｐｐｍを越えて２００ｐｐｍ以
下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧ
Ｈ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ2 ガスの濃度が２００ｐｐｍを
越えて３００ｐｐｍ以下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯ
Ｗ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ2 ガスの濃
度が３００ｐｐｍを越えて４００ｐｐｍ以下のときには
論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨを示
し、Ｈ2 ガスの濃度が４００ｐｐｍを越えるときにはす
べて論理値ＬＯＷを示す。
スセンサ１の５つの出力端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、
９ｅからの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、
ＶOUTeのそれぞれが、Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍのとき
にはすべて論理値ＨＩＧＨを示し、Ｈ2 ガスの濃度が０
ｐｐｍを越えて１００ｐｐｍ以下のときには論理値ＬＯ
Ｗ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨを示し、
Ｈ2 ガスの濃度が１００ｐｐｍを越えて２００ｐｐｍ以
下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧ
Ｈ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ2 ガスの濃度が２００ｐｐｍを
越えて３００ｐｐｍ以下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯ
Ｗ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ2 ガスの濃
度が３００ｐｐｍを越えて４００ｐｐｍ以下のときには
論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨを示
し、Ｈ2 ガスの濃度が４００ｐｐｍを越えるときにはす
べて論理値ＬＯＷを示す。
【００４１】図６は、本発明によるＦＥＴセンサをＨ+
イオン（水素イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセ
ンサとして用いる第２の実施例の概略構成図である。
イオン（水素イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセ
ンサとして用いる第２の実施例の概略構成図である。
【００４２】この第２の実施例に係るＦＥＴイオンセン
サ１０１（一点鎖線で囲んで示す）は５個の同じ構成の
センサモジュール１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０
１ｄ、１０１ｅ（それぞれを破線で囲んで示す）から構
成されるとともに、バイアス電圧を印加するための参照
電極１２０が設けられ、この参照電極１２０は端子１０
７に接続されている。以下に、代表的にセンサモジュー
ル１０１ａを取り上げて詳しく説明する。
サ１０１（一点鎖線で囲んで示す）は５個の同じ構成の
センサモジュール１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０
１ｄ、１０１ｅ（それぞれを破線で囲んで示す）から構
成されるとともに、バイアス電圧を印加するための参照
電極１２０が設けられ、この参照電極１２０は端子１０
７に接続されている。以下に、代表的にセンサモジュー
ル１０１ａを取り上げて詳しく説明する。
【００４３】図７は、図６に示したセンサモジュール１
０１ａの回路構成図である。図１と同じ構成部分には同
じ参照番号を付してある。
０１ａの回路構成図である。図１と同じ構成部分には同
じ参照番号を付してある。
【００４４】センサモジュール１０１ａ（破線で囲んで
示す）はＰ型ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ１０３ａ
から成り、Ｐ型ＦＥＴ１０２ａのドレイン端子とＮ型Ｆ
ＥＴ１０３ａのドレイン端子とは点１０５ａで互いに接
続されるとともに端子１０９ａに接続されている。ま
た、Ｐ型ＦＥＴ１０２ａのソース端子は端子１０６ａに
接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ａのソース端子は端子１０
８ａに接続されている。前述の参照電極１２０は、Ｐ型
ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ１０３ａにバイアス電
圧を印加する。
示す）はＰ型ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ１０３ａ
から成り、Ｐ型ＦＥＴ１０２ａのドレイン端子とＮ型Ｆ
ＥＴ１０３ａのドレイン端子とは点１０５ａで互いに接
続されるとともに端子１０９ａに接続されている。ま
た、Ｐ型ＦＥＴ１０２ａのソース端子は端子１０６ａに
接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ａのソース端子は端子１０
８ａに接続されている。前述の参照電極１２０は、Ｐ型
ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ１０３ａにバイアス電
圧を印加する。
【００４５】Ｐ型ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ１０
３ａのゲートは感応膜（後に図８に示す）から成り、Ｐ
型ＦＥＴ１０２ａの感応膜およびＮ型ＦＥＴ１０３ａの
感応膜には同じものが用いられ、ここでは、Ｈ+ イオン
に感応するＳｉ3 Ｎ4 （窒化シリコン）を用いている。
感応膜の材質は、検出したいイオンに応じて変更すれば
よく、たとえばＴａ2 Ｏ5 、ＮＡＳガラスを用いること
もできる。
３ａのゲートは感応膜（後に図８に示す）から成り、Ｐ
型ＦＥＴ１０２ａの感応膜およびＮ型ＦＥＴ１０３ａの
感応膜には同じものが用いられ、ここでは、Ｈ+ イオン
に感応するＳｉ3 Ｎ4 （窒化シリコン）を用いている。
感応膜の材質は、検出したいイオンに応じて変更すれば
よく、たとえばＴａ2 Ｏ5 、ＮＡＳガラスを用いること
もできる。
【００４６】端子１０６ａには電圧ＶDD（たとえば５
Ｖ）が印加され、端子１０８ａには電圧ＶSS（たとえば
０Ｖ）が印加され、端子１０７には所定のバイアス電圧
ＶBIASが印加される。端子１０９ａからはイオン濃度に
応じた電圧ＶOUTaが出力される。
Ｖ）が印加され、端子１０８ａには電圧ＶSS（たとえば
０Ｖ）が印加され、端子１０７には所定のバイアス電圧
ＶBIASが印加される。端子１０９ａからはイオン濃度に
応じた電圧ＶOUTaが出力される。
【００４７】Ｐ型ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ１０
３ａは、図１に示したＰ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ
３ａと同様に一般的によく知られているＭＯＳプロセス
（酸化、リソグラフィ、エッチング、成膜等）を応用し
てＳｉ単結晶基板上に製作される。
３ａは、図１に示したＰ型ＦＥＴ２ａおよびＮ型ＦＥＴ
３ａと同様に一般的によく知られているＭＯＳプロセス
（酸化、リソグラフィ、エッチング、成膜等）を応用し
てＳｉ単結晶基板上に製作される。
【００４８】図８は、図７に示したセンサモジュール１
０１ａのチップ構造を示しており、図中図７と同じ構成
部分には同じ参照番号を付してある。
０１ａのチップ構造を示しており、図中図７と同じ構成
部分には同じ参照番号を付してある。
【００４９】本実施例では、Ｎ型Ｓｉ基板１１５ａ上に
センサモジュール１０１ａを製作しており、Ｐ型ＦＥＴ
１０２ａは直接Ｎ型Ｓｉ基板１１５ａ上に製作され、Ｎ
型ＦＥＴ１０３ａはＮ型Ｓｉ基板１１５ａ上に作られた
Ｐウェル１１２ａ上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ１０２ａ
およびＮ型ＦＥＴ１０３ａの絶縁膜としてはＳｉＯ2膜
１１４ａを用い、Ｐ型ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ
１０３ａの感応膜としてはＳｉ3 Ｎ4 膜１２１ａを用い
ている。
センサモジュール１０１ａを製作しており、Ｐ型ＦＥＴ
１０２ａは直接Ｎ型Ｓｉ基板１１５ａ上に製作され、Ｎ
型ＦＥＴ１０３ａはＮ型Ｓｉ基板１１５ａ上に作られた
Ｐウェル１１２ａ上に製作される。Ｐ型ＦＥＴ１０２ａ
およびＮ型ＦＥＴ１０３ａの絶縁膜としてはＳｉＯ2膜
１１４ａを用い、Ｐ型ＦＥＴ１０２ａおよびＮ型ＦＥＴ
１０３ａの感応膜としてはＳｉ3 Ｎ4 膜１２１ａを用い
ている。
【００５０】ここで、図６の説明に戻る。
【００５１】センサモジュール１０１ａのＰ型ＦＥＴ１
０２ａのソース端子が接続された端子１０６ａは端子１
０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ａのソース端子が接
続された端子１０８ａは端子１０８に接続されている。
０２ａのソース端子が接続された端子１０６ａは端子１
０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ａのソース端子が接
続された端子１０８ａは端子１０８に接続されている。
【００５２】センサモジュール１０１ｂ、１０１ｃ、１
０１ｄ、１０１ｅも、上記したセンサモジュール１０１
ａと同様の構造であり、その接続に関して言えばセンサ
モジュール１０１ｂにおいては、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｂの
ソース端子が接続された端子１０６ｂは端子１０６に接
続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｂのソース端子が接続された
端子１０８ｂは端子１０８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０
２ｂおよびＮ型ＦＥＴ１０３ｂのドレイン端子は端子１
０９ｂに接続されている。
０１ｄ、１０１ｅも、上記したセンサモジュール１０１
ａと同様の構造であり、その接続に関して言えばセンサ
モジュール１０１ｂにおいては、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｂの
ソース端子が接続された端子１０６ｂは端子１０６に接
続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｂのソース端子が接続された
端子１０８ｂは端子１０８に接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０
２ｂおよびＮ型ＦＥＴ１０３ｂのドレイン端子は端子１
０９ｂに接続されている。
【００５３】また、センサモジュール１０１ｃにおいて
は、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｃのソース端子が接続された端子
１０６ｃは端子１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｃ
のソース端子が接続された端子１０８ｃは端子１０８に
接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｃおよびＮ型ＦＥＴ１０３
ｃのドレイン端子は端子１０９ｃに接続されている。
は、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｃのソース端子が接続された端子
１０６ｃは端子１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｃ
のソース端子が接続された端子１０８ｃは端子１０８に
接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｃおよびＮ型ＦＥＴ１０３
ｃのドレイン端子は端子１０９ｃに接続されている。
【００５４】また、センサモジュール１０１ｄにおいて
は、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｄのソース端子が接続された端子
１０６ｄは端子１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｄ
のソース端子が接続された端子１０８ｄは端子１０８に
接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｄおよびＮ型ＦＥＴ１０３
ｄのドレイン端子は端子１０９ｄに接続されている。
は、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｄのソース端子が接続された端子
１０６ｄは端子１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｄ
のソース端子が接続された端子１０８ｄは端子１０８に
接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｄおよびＮ型ＦＥＴ１０３
ｄのドレイン端子は端子１０９ｄに接続されている。
【００５５】また、センサモジュール１０１ｅにおいて
は、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｅのソース端子が接続された端子
１０６ｅは端子１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｅ
のソース端子が接続された端子１０８ｅは端子１０８に
接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｅおよびＮ型ＦＥＴ１０３
ｅのドレイン端子は端子１０９ｅに接続されている。
は、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｅのソース端子が接続された端子
１０６ｅは端子１０６に接続され、Ｎ型ＦＥＴ１０３ｅ
のソース端子が接続された端子１０８ｅは端子１０８に
接続され、Ｐ型ＦＥＴ１０２ｅおよびＮ型ＦＥＴ１０３
ｅのドレイン端子は端子１０９ｅに接続されている。
【００５６】センサモジュール１０１ａ、１０１ｂ、１
０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅは、センサモジュールごと
にＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのＷ／Ｌ比を変えてＰ型
ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのチャネルコンダクタンス比を
変えることにより、センサモジュールとしてのしきい値
電圧がセンサモジュールごとに異なるようにしてあり、
端子１０６には電圧ＶDD（たとえば５Ｖ）が印加され、
端子１０８には電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）が印加され、
端子１０７には所定のバイアス電圧ＶBIASが印加され
る。端子１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１
０９ｅからは、それぞれイオン濃度に応じた電圧
ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeが出力され
る。
０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅは、センサモジュールごと
にＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのＷ／Ｌ比を変えてＰ型
ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのチャネルコンダクタンス比を
変えることにより、センサモジュールとしてのしきい値
電圧がセンサモジュールごとに異なるようにしてあり、
端子１０６には電圧ＶDD（たとえば５Ｖ）が印加され、
端子１０８には電圧ＶSS（たとえば０Ｖ）が印加され、
端子１０７には所定のバイアス電圧ＶBIASが印加され
る。端子１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１
０９ｅからは、それぞれイオン濃度に応じた電圧
ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeが出力され
る。
【００５７】Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ３の液体中にセン
サモジュール１０１ａを設置して、端子１０６に電圧Ｖ
DDとして５Ｖを印加し、端子１０８に電圧ＶSSとして０
Ｖを印加して、端子１０７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを０〜５Ｖまで変化させると、端子１０９ａ、端子
１０９ｂ、端子１０９ｃ、端子１０９ｄ、端子１０９ｅ
からの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、Ｖ
OUTeは、図４に示した曲線と同じように変化する。
サモジュール１０１ａを設置して、端子１０６に電圧Ｖ
DDとして５Ｖを印加し、端子１０８に電圧ＶSSとして０
Ｖを印加して、端子１０７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを０〜５Ｖまで変化させると、端子１０９ａ、端子
１０９ｂ、端子１０９ｃ、端子１０９ｄ、端子１０９ｅ
からの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、Ｖ
OUTeは、図４に示した曲線と同じように変化する。
【００５８】ここで、端子１０７に印加するバイアス電
圧ＶBIASを１．９Ｖに固定すれば、図４からわかるよう
に出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeの
それぞれはすべて論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイ
アス電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧Ｖ
OUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのすべてが論理
値ＨＩＧＨであれば、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ３である
ことがわかる。
圧ＶBIASを１．９Ｖに固定すれば、図４からわかるよう
に出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeの
それぞれはすべて論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイ
アス電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧Ｖ
OUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、ＶOUTeのすべてが論理
値ＨＩＧＨであれば、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ３である
ことがわかる。
【００５９】次に、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ５の液体中
にセンサモジュール１０１ａを設置して、端子１０６に
電圧ＶDDとして５Ｖを印加し、端子１０８に電圧ＶSSと
して０Ｖを印加して、端子１０７に印加するバイアス電
圧ＶBIASを０〜５Ｖまで変化させると、端子１０９ａ、
端子１０９ｂ、端子１０９ｃ、端子１０９ｄ、端子１０
９ｅからの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、
ＶOUTeは、図５に示した曲線と同じように変化する。
にセンサモジュール１０１ａを設置して、端子１０６に
電圧ＶDDとして５Ｖを印加し、端子１０８に電圧ＶSSと
して０Ｖを印加して、端子１０７に印加するバイアス電
圧ＶBIASを０〜５Ｖまで変化させると、端子１０９ａ、
端子１０９ｂ、端子１０９ｃ、端子１０９ｄ、端子１０
９ｅからの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、
ＶOUTeは、図５に示した曲線と同じように変化する。
【００６０】ここで、端子７に印加するバイアス電圧Ｖ
BIASを、図４の説明と同様に１．９Ｖに固定すれば、図
５からわかるように出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、のそれぞ
れは論理値ＬＯＷを示し、出力電圧ＶOUTc、ＶOUTd、Ｖ
OUTeのそれぞれは論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイ
アス電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧Ｖ
OUTa、ＶOUTbが論理値ＬＯＷで、出力電圧ＶOUTc、Ｖ
OUTd、ＶOUTeが論理値ＨＩＧＨであれば、Ｈ+ イオンの
濃度がｐＨ５であることがわかる。
BIASを、図４の説明と同様に１．９Ｖに固定すれば、図
５からわかるように出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、のそれぞ
れは論理値ＬＯＷを示し、出力電圧ＶOUTc、ＶOUTd、Ｖ
OUTeのそれぞれは論理値ＨＩＧＨを示す。つまり、バイ
アス電圧ＶBIASを１．９Ｖに固定したとき、出力電圧Ｖ
OUTa、ＶOUTbが論理値ＬＯＷで、出力電圧ＶOUTc、Ｖ
OUTd、ＶOUTeが論理値ＨＩＧＨであれば、Ｈ+ イオンの
濃度がｐＨ５であることがわかる。
【００６１】このように、本実施例によれば、ＦＥＴガ
スセンサ１の５つの出力端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、
９ｅからの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、
ＶOUTeのそれぞれが、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ３以下の
ときにはすべて論理値ＨＩＧＨを示し、Ｈ+ イオンの濃
度がｐＨ３を越えてｐＨ４以下のときには論理値ＬＯ
Ｗ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨを示し、
Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ４を越えてｐＨ５以下のときに
は論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧ
Ｈを示し、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ５を越えてｐＨ６以
下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧ
Ｈ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ６を越え
てｐＨ７以下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯ
Ｗ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ
７を越えるときにはすべて論理値ＬＯＷを示す。
スセンサ１の５つの出力端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、
９ｅからの出力電圧ＶOUTa、ＶOUTb、ＶOUTc、ＶOUTd、
ＶOUTeのそれぞれが、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ３以下の
ときにはすべて論理値ＨＩＧＨを示し、Ｈ+ イオンの濃
度がｐＨ３を越えてｐＨ４以下のときには論理値ＬＯ
Ｗ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨを示し、
Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ４を越えてｐＨ５以下のときに
は論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧＨ、ＨＩＧ
Ｈを示し、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ５を越えてｐＨ６以
下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧ
Ｈ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ６を越え
てｐＨ７以下のときには論理値ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯ
Ｗ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨを示し、Ｈ+ イオンの濃度がｐＨ
７を越えるときにはすべて論理値ＬＯＷを示す。
【００６２】以上の第１の実施例ではＦＥＴガスセンサ
に関し、第２の実施例ではＦＥＴイオンセンサに関して
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、た
とえばＦＥＴの感応膜に抗原、抗体反応を起すような有
機膜を用いて様々な生化学物質を検出するＦＥＴバイオ
センサなどにも適用できる。
に関し、第２の実施例ではＦＥＴイオンセンサに関して
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、た
とえばＦＥＴの感応膜に抗原、抗体反応を起すような有
機膜を用いて様々な生化学物質を検出するＦＥＴバイオ
センサなどにも適用できる。
【００６３】また、第１および第２の実施例では、５個
のセンサモジュールを設けてＦＥＴセンサを構成した
が、本発明はこれに限らず複数のセンサモジュールから
ＦＥＴセンサを構成すればよく、たとえば、１０個のセ
ンサモジュールを備えることによりＦＥＴセンサで検出
可能なレンジ（第１の実施例で言えば、０ｐｐｍから５
００ｐｐｍまで）を２倍に広げることができる。
のセンサモジュールを設けてＦＥＴセンサを構成した
が、本発明はこれに限らず複数のセンサモジュールから
ＦＥＴセンサを構成すればよく、たとえば、１０個のセ
ンサモジュールを備えることによりＦＥＴセンサで検出
可能なレンジ（第１の実施例で言えば、０ｐｐｍから５
００ｐｐｍまで）を２倍に広げることができる。
【００６４】さらに、第１および第２の実施例では、５
個のセンサモジュールのしきい値電圧をそれぞれ等間隔
にずらした（第１の実施例で言えば、１００ｐｐｍごと
にＨ2 ガスを検出できるようにずらした）が、これは検
出対象に合わせて任意にずらせばよく、等間隔にしなく
てもよいし、ずれ幅を狭くしてもよいし、逆に広くして
もよい。
個のセンサモジュールのしきい値電圧をそれぞれ等間隔
にずらした（第１の実施例で言えば、１００ｐｐｍごと
にＨ2 ガスを検出できるようにずらした）が、これは検
出対象に合わせて任意にずらせばよく、等間隔にしなく
てもよいし、ずれ幅を狭くしてもよいし、逆に広くして
もよい。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度の電流計や電圧計などの測定器や、増幅回路やＡ
／Ｄ変換回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥＴセン
サ自体でガスやイオンなどの濃度を検出するとともにＡ
／Ｄ変換を行い、検出結果を外部にデジタルデータとし
て出力し得るＦＥＴセンサを提供することができる。
高精度の電流計や電圧計などの測定器や、増幅回路やＡ
／Ｄ変換回路などの付属回路を必要とせず、ＦＥＴセン
サ自体でガスやイオンなどの濃度を検出するとともにＡ
／Ｄ変換を行い、検出結果を外部にデジタルデータとし
て出力し得るＦＥＴセンサを提供することができる。
【００６６】また、ＦＥＴセンサのチップ上に増幅回路
やＡ／Ｄ変換回路などが必要でないので、ワンチップ上
に増幅回路やＡ／Ｄ変換回路などの回路とＦＥＴセンサ
とを製作した場合と比べて、ＦＥＴセンサのチップのサ
イズを小さくすることができ、狭い場所でのガス濃度検
出やイオン濃度検出などを行うこともできる。
やＡ／Ｄ変換回路などが必要でないので、ワンチップ上
に増幅回路やＡ／Ｄ変換回路などの回路とＦＥＴセンサ
とを製作した場合と比べて、ＦＥＴセンサのチップのサ
イズを小さくすることができ、狭い場所でのガス濃度検
出やイオン濃度検出などを行うこともできる。
【００６７】また、従来のＦＥＴセンサにおいて、検出
可能なレンジを広げようとすると、ゲートバイアス効果
や定電流源の飽和等により線形性のよいワイドレンジの
ＦＥＴセンサを得ることは困難であったが、本発明によ
るＦＥＴセンサでは、そういった制約を受けることなく
線形性のよいワイドレンジのＦＥＴセンサを得ることが
可能となる。
可能なレンジを広げようとすると、ゲートバイアス効果
や定電流源の飽和等により線形性のよいワイドレンジの
ＦＥＴセンサを得ることは困難であったが、本発明によ
るＦＥＴセンサでは、そういった制約を受けることなく
線形性のよいワイドレンジのＦＥＴセンサを得ることが
可能となる。
【００６８】さらに、センサモジュール相互のしきい値
電圧のずれ幅を、より狭くすればＦＥＴセンサの分解能
を上げることができるし、逆に、より広くすればＦＥＴ
センサで検出可能なレンジを広げることができる。
電圧のずれ幅を、より狭くすればＦＥＴセンサの分解能
を上げることができるし、逆に、より広くすればＦＥＴ
センサで検出可能なレンジを広げることができる。
【００６９】さらにまた、１つのＦＥＴセンサに備えた
複数のセンサモジュール相互のしきい値電圧のずれ幅を
指数的に狭めたり広げたりすれば指数的なデジタル出力
が得られ、ずれ幅を等間隔に設定すれば線形的なデジタ
ル出力が得られ、ずれ幅を対数的に狭めたり広げたりす
れば対数的なデジタル出力が得られることになる。
複数のセンサモジュール相互のしきい値電圧のずれ幅を
指数的に狭めたり広げたりすれば指数的なデジタル出力
が得られ、ずれ幅を等間隔に設定すれば線形的なデジタ
ル出力が得られ、ずれ幅を対数的に狭めたり広げたりす
れば対数的なデジタル出力が得られることになる。
【図１】本発明によるＦＥＴセンサをＨ2 ガス（水素ガ
ス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサとして用いた場
合の概略構成図である。
ス）の濃度を検出するＦＥＴガスセンサとして用いた場
合の概略構成図である。
【図２】図１に示したセンサモジュールの回路構成図で
ある。
ある。
【図３】図２に示したセンサモジュールのチップ構造を
示す。
示す。
【図４】Ｈ2 ガスの濃度が０ｐｐｍの気体中に図１に示
したＦＥＴガスセンサを設置した場合のバイアス電圧−
出力電圧特性を示す。
したＦＥＴガスセンサを設置した場合のバイアス電圧−
出力電圧特性を示す。
【図５】Ｈ2 ガスの濃度が２００ｐｐｍの気体中に図１
に示したＦＥＴガスセンサを設置した場合のバイアス電
圧−出力電圧特性を示す。
に示したＦＥＴガスセンサを設置した場合のバイアス電
圧−出力電圧特性を示す。
【図６】本発明によるＦＥＴセンサをＨ+ イオン（水素
イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセンサとして用
いた場合の概略構成図である。
イオン）の濃度を検出するＦＥＴイオンセンサとして用
いた場合の概略構成図である。
【図７】図６に示したセンサモジュールの回路構成図で
ある。
ある。
【図８】図７に示したセンサモジュールのチップ構造を
示す。
示す。
１ ＦＥＴガスセンサ １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ センサモジュール ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ Ｐ型ＦＥＴ ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ Ｎ型ＦＥＴ
Claims (1)
- 【請求項１】 検出すべき物質に感応する感応膜を有す
るＰ型ＦＥＴおよびＮ型ＦＥＴのドレイン端子どうしを
接続して１つのセンサモジュールを構成し、 異なる第１の基準電位と第２の基準電位との間に複数個
の前記センサモジュールを並列に接続し、 前記各センサモジュールのしきい値電圧を異ならせ、 前記各センサモジュールを構成するＰ型ＦＥＴおよびＮ
型ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧を印加し、 前記各センサモジュールを構成するＰ型ＦＥＴおよびＮ
型ＦＥＴのドレイン端子どうしの接続点から、前記検出
すべき物質の濃度を表わすデジタル信号を前記複数のセ
ンサモジュールの数と同数のビット数で出力するように
したことを特徴とするＦＥＴセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5062674A JPH06249826A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Ｆｅｔセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5062674A JPH06249826A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Ｆｅｔセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249826A true JPH06249826A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=13207073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5062674A Withdrawn JPH06249826A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Ｆｅｔセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06249826A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003042683A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Bio-X Inc. | Fet type sensor, ion density detecting method comprising this sensor, and base sequence detecting method |
| JP2008026168A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Horiba Ltd | Ｆｅｔセンサ |
| WO2014188563A1 (ja) * | 2013-05-23 | 2014-11-27 | 株式会社日立製作所 | 半導体ガスセンサ |
| JP2015145812A (ja) * | 2014-02-03 | 2015-08-13 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びガス監視システム |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP5062674A patent/JPH06249826A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003042683A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Bio-X Inc. | Fet type sensor, ion density detecting method comprising this sensor, and base sequence detecting method |
| CN100429509C (zh) * | 2001-11-16 | 2008-10-29 | 株式会社Bio-X | Fet型传感器 |
| JP2008026168A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Horiba Ltd | Ｆｅｔセンサ |
| WO2014188563A1 (ja) * | 2013-05-23 | 2014-11-27 | 株式会社日立製作所 | 半導体ガスセンサ |
| JPWO2014188563A1 (ja) * | 2013-05-23 | 2017-02-23 | 株式会社日立製作所 | 半導体ガスセンサ |
| US9857322B2 (en) | 2013-05-23 | 2018-01-02 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor gas sensor |
| JP2015145812A (ja) * | 2014-02-03 | 2015-08-13 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びガス監視システム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4801064B2 (ja) | イオン感応電界効果トランジスタを含む信号処理回路および流体の性質をモニタするための方法 | |
| Chiang et al. | Study on the temperature effect, hysteresis and drift of pH-ISFET devices based on amorphous tungsten oxide | |
| US9140663B2 (en) | ISFET switch | |
| US7943394B2 (en) | Method and device for high sensitivity detection of the presence of DNA and other probes | |
| Chin et al. | A novel pH sensitive ISFET with on chip temperature sensing using CMOS standard process | |
| JPH04254750A (ja) | 感イオン電界効果トランジスタを利用するバイオセンサー用測定回路 | |
| US7009376B2 (en) | SnO2 ISFET device, manufacturing method, and methods and apparatus for use thereof | |
| CN110954229A (zh) | 温度检测电路、温度检测设备、芯片及电路结构 | |
| US6867059B2 (en) | A-C:H ISFET device manufacturing method, and testing methods and apparatus thereof | |
| JPH06249826A (ja) | Ｆｅｔセンサ | |
| JPH06249825A (ja) | Ｆｅｔセンサ | |
| JPH06258384A (ja) | 集積回路試験用電流測定装置および集積回路 | |
| Khanna et al. | Design and development of a novel high-transconductance pH-ISFET (ion-sensitive field-effect transistor)-based glucose biosensor | |
| CN100446417C (zh) | 基于双模式的集成isfet传感器信号差分读出电路 | |
| US11237160B2 (en) | Ultrasensitive sensor based on a piezoelectric transistor | |
| Ayele et al. | Ultrahigh-sensitive and CMOS compatible ISFET developed in BEOL of industrial UTBB FDSOI | |
| Lian et al. | A new class of integrated sensors with digital output based upon the use of a flip-flop | |
| JP2519338B2 (ja) | 半導体センサ | |
| Richter et al. | Integrated high temperature gas sensor system based on bulk acoustic wave resonators | |
| KR0140949B1 (ko) | 반도체 장치 및 반도체기판에 형성된 더미 바이폴라 트랜지스터의 전류 증폭율 측정용 장치 | |
| JPH0587643A (ja) | 極低温用温度計 | |
| Liu et al. | Advanced self-convergent calibration for selenized two-dimensional film gas sensors | |
| Jacques et al. | Hall Effect-Based Microsystem for Position Detection in Polysilicon Thin Film Technology | |
| Nicollian | Advances in instrumentation for CV measurement | |
| Haskard | Microelectronic sensor technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |