JPH0765982B2 - 液体中のイオンを選択的に測定する装置 - Google Patents
液体中のイオンを選択的に測定する装置Info
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- JPH0765982B2 JPH0765982B2 JP59175288A JP17528884A JPH0765982B2 JP H0765982 B2 JPH0765982 B2 JP H0765982B2 JP 59175288 A JP59175288 A JP 59175288A JP 17528884 A JP17528884 A JP 17528884A JP H0765982 B2 JPH0765982 B2 JP H0765982B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4148—Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、液体中のイオンを選択的に測定する測定装置
に、より詳細には、該測定装置のイオンセンサを保護す
るための保護装置に関する。測定装置は、イオン感知型
電界効果トランジスタ（IS FETないしはイオン感知型FE
T）の形態の、化学的に選択性のイオンセンサ、参照電
極及び増幅器を含む測定回路を備えている。
に、より詳細には、該測定装置のイオンセンサを保護す
るための保護装置に関する。測定装置は、イオン感知型
電界効果トランジスタ（IS FETないしはイオン感知型FE
T）の形態の、化学的に選択性のイオンセンサ、参照電
極及び増幅器を含む測定回路を備えている。
従来技術の説明 イオン感知型電界効果トランジスタ（ISFET）を使用し
た液体中のイオンを測定する装置は、従来から知られて
いる（例えば米国特許第4020830号参照）。この測定装
置は、液中のイオン活性を選択的に測定するために液中
に浸漬されたイオン感知型電界効果トランジスタ及び測
定回路を備えている。いろいろのイオン活性例えばpH,p
K,pNaを測定するために、いろいろのイオン感知型電界
効果トランジスタが使用される。
た液体中のイオンを測定する装置は、従来から知られて
いる（例えば米国特許第4020830号参照）。この測定装
置は、液中のイオン活性を選択的に測定するために液中
に浸漬されたイオン感知型電界効果トランジスタ及び測
定回路を備えている。いろいろのイオン活性例えばpH,p
K,pNaを測定するために、いろいろのイオン感知型電界
効果トランジスタが使用される。
この測定装置において、イオン感知型電界効果トランジ
スタを使用することは、特に医学及び生物医学の分野に
おいてイオンを測定するうえに有用なことがわかってい
るが、この有用さは実際には制限される。この点につい
て、イオン感知型電界効果トランジスタのゲート絶縁部
の表面とその下方の主要部（バルク部分）との間に生ず
る電圧は、ゲート絶縁部に電界を発生させ、この電界
は、イオン感知型電界効果トランジスタの動作に影響す
る。
スタを使用することは、特に医学及び生物医学の分野に
おいてイオンを測定するうえに有用なことがわかってい
るが、この有用さは実際には制限される。この点につい
て、イオン感知型電界効果トランジスタのゲート絶縁部
の表面とその下方の主要部（バルク部分）との間に生ず
る電圧は、ゲート絶縁部に電界を発生させ、この電界
は、イオン感知型電界効果トランジスタの動作に影響す
る。
外部からの影響によって発生する電界が最大値を超過し
た場合、ゲート絶縁域に誘電降伏を生じ、イオン感知型
電界効果トランジスタが破壊される。ゲート絶縁部が多
層系（例えばSiO2-Si3N4又はSiO2-Al2O3の組合せ）から
成る場合には、異常に強い電界によって、別の効果、即
ちイオン感知型電界効果トランジスタの閾値の偏移を生
ずる。この偏移は恒久的であるか、又は短時間後に単に
修正される。この場合測定装置は、較正が不正確になる
ため、恒久的又は一時的に不調になる。
た場合、ゲート絶縁域に誘電降伏を生じ、イオン感知型
電界効果トランジスタが破壊される。ゲート絶縁部が多
層系（例えばSiO2-Si3N4又はSiO2-Al2O3の組合せ）から
成る場合には、異常に強い電界によって、別の効果、即
ちイオン感知型電界効果トランジスタの閾値の偏移を生
ずる。この偏移は恒久的であるか、又は短時間後に単に
修正される。この場合測定装置は、較正が不正確になる
ため、恒久的又は一時的に不調になる。
そのため、前記電界の成立を阻止し、またその電界によ
って測定装置の較正が乱れることを防止するために、な
んらかの形の保護構造又は保護回路を設けることが望ま
しい。なお電界は、電気外科装置，心臓デフイブリレー
ション装置，誘導素子のオンオフによる電磁作用，並び
に、イオン感知型電界効果トランジスタセンサの製造中
又は測定装置の使用中に生ずる静電圧に基づく外部的な
影響ないしは効果によって生ずる。
って測定装置の較正が乱れることを防止するために、な
んらかの形の保護構造又は保護回路を設けることが望ま
しい。なお電界は、電気外科装置，心臓デフイブリレー
ション装置，誘導素子のオンオフによる電磁作用，並び
に、イオン感知型電界効果トランジスタセンサの製造中
又は測定装置の使用中に生ずる静電圧に基づく外部的な
影響ないしは効果によって生ずる。
従って、高電圧による損傷からイオン感知型電界効果ト
ランジスタセンサを保護するための処置を取ることが従
来から提案されている（例えば1982年６月，米国ユタ大
学，ローズマリー・スミスの論文“Ion Sensitive F.E.
T.with Polysilicon Gates"参照）。この論文は、イオ
ン感知型電界効果トランジスタのソース電極にツェナー
ダイオード又はMOS型電界効果トランジスタを介し接続
された導電性ポリシリコン層をゲート絶縁部に適用する
ことを教示している。ポリシリコン層は、検査するべき
液と接触されるイオン感知性の材料層を備えている。し
かしこの保護装置によれば、イオン活性の急速な変化の
みをモニタする場合にしかセンサを適用できないことが
わかっている。
ランジスタセンサを保護するための処置を取ることが従
来から提案されている（例えば1982年６月，米国ユタ大
学，ローズマリー・スミスの論文“Ion Sensitive F.E.
T.with Polysilicon Gates"参照）。この論文は、イオ
ン感知型電界効果トランジスタのソース電極にツェナー
ダイオード又はMOS型電界効果トランジスタを介し接続
された導電性ポリシリコン層をゲート絶縁部に適用する
ことを教示している。ポリシリコン層は、検査するべき
液と接触されるイオン感知性の材料層を備えている。し
かしこの保護装置によれば、イオン活性の急速な変化の
みをモニタする場合にしかセンサを適用できないことが
わかっている。
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOS型FET）を
含む、MOS型FET用保護回路もこれまでに提案されている
（例えば米国特許第4086642号参照）。
含む、MOS型FET用保護回路もこれまでに提案されている
（例えば米国特許第4086642号参照）。
電子回路保護用のシリコンPN接合サージ電流抑止装置も
提案されている（英国特許第2060255号参照）。しかし
イオン感知型FETは、MOS型FETとは異なって、保護素子
を接続し得る金属ゲート電極を備えていない。
提案されている（英国特許第2060255号参照）。しかし
イオン感知型FETは、MOS型FETとは異なって、保護素子
を接続し得る金属ゲート電極を備えていない。
発明の概要 本発明による測定装置は、外部的な影響又は効果又はイ
オン感知型FETを含む測定回路に対するその影響を実質
的に完全に消去し得るように接続され構成された保護装
置を有し、この保護装置は、普通の作動条件の下では、
イオン感知型FETのふるまいに対して有害な効果をもた
ない。
オン感知型FETを含む測定回路に対するその影響を実質
的に完全に消去し得るように接続され構成された保護装
置を有し、この保護装置は、普通の作動条件の下では、
イオン感知型FETのふるまいに対して有害な効果をもた
ない。
本発明により、イオン感知型電界効果トランジスタの形
態の化学感知型イオンセンサ、参照電極及び増幅器を含
む測定回路を有する液体中のイオンを選択的に測定する
測定装置において、該測定回路が、低インピーダンス接
点を介し該液に接続された少くとも１つの電極を含む保
護装置に接続されており、該少くとも１つの電極は、高
電圧に対し低インピーダンスを示し低電圧に対し高抵抗
を示す保護要素によって、該イオン感知型電界効果トラ
ンジスタに接続されていることを特徴とする測定装置が
提供される。
態の化学感知型イオンセンサ、参照電極及び増幅器を含
む測定回路を有する液体中のイオンを選択的に測定する
測定装置において、該測定回路が、低インピーダンス接
点を介し該液に接続された少くとも１つの電極を含む保
護装置に接続されており、該少くとも１つの電極は、高
電圧に対し低インピーダンスを示し低電圧に対し高抵抗
を示す保護要素によって、該イオン感知型電界効果トラ
ンジスタに接続されていることを特徴とする測定装置が
提供される。
また、本発明により、イオン感知型電界効果トランジス
タのゲート領域の可及的に近くにこれから隔てられた電
極を形成したことを特徴とするイオン感知型電界効果ト
ランジスタチップも提供される。
タのゲート領域の可及的に近くにこれから隔てられた電
極を形成したことを特徴とするイオン感知型電界効果ト
ランジスタチップも提供される。
好ましい実施例の説明 次に図面を参照して説明すると、第１図において、測定
回路10は、本発明の教示に従って形成された測定装置14
（第１図，第２図，第３図）のための保護装置12を備え
ている。
回路10は、本発明の教示に従って形成された測定装置14
（第１図，第２図，第３図）のための保護装置12を備え
ている。
測定回路10は、イオン感知型電界効果トランジスタセン
サ即ちイオン感知型FETセンサ16（以後センサと略す）
を有し、センサ16のドレーン18は、増幅器22の１つの入
力部20に接続されており、ソース24は増幅器22の別の入
力部26に接続されている。増幅器22の出力部28からは、
液30（例えば血液）中のイオン濃度を表わす出力信号が
送出される。
サ即ちイオン感知型FETセンサ16（以後センサと略す）
を有し、センサ16のドレーン18は、増幅器22の１つの入
力部20に接続されており、ソース24は増幅器22の別の入
力部26に接続されている。増幅器22の出力部28からは、
液30（例えば血液）中のイオン濃度を表わす出力信号が
送出される。
測定回路10は更に、参照電極32を有し、この参照電極
は、液30に参照電圧を印加してゲート領域34を増幅器22
に電気的に接続し、MOS型電界効果トランジスタを使用
する場合と同様に、センサ16のドレーン・ソース電流I
DSを制御可能とする。センサ16の受ける電圧は、センサ
16が特定的に感知する液30中のイオンの活性に依存する
部分と、外部から印加される電圧VRBとから成ってい
る。イオン濃度の変化はドレーン・ソース電流を変化さ
せる。ドレーン・ソース電流のこの変化は、外部から印
加される電圧VRBの調節によって補償される。イオンの
活性と発生電圧との関係は既知である。従って、イオン
濃度の変化は、電圧VRBの修正分から計算できる。増幅
器22は、ドレーン・ソース電流を常時測定し、この電流
を一定に保つように、この電流値の変化について電圧V
RBを修正する。増幅器22の出力電圧は、電圧VRBの変化
に比例する。
は、液30に参照電圧を印加してゲート領域34を増幅器22
に電気的に接続し、MOS型電界効果トランジスタを使用
する場合と同様に、センサ16のドレーン・ソース電流I
DSを制御可能とする。センサ16の受ける電圧は、センサ
16が特定的に感知する液30中のイオンの活性に依存する
部分と、外部から印加される電圧VRBとから成ってい
る。イオン濃度の変化はドレーン・ソース電流を変化さ
せる。ドレーン・ソース電流のこの変化は、外部から印
加される電圧VRBの調節によって補償される。イオンの
活性と発生電圧との関係は既知である。従って、イオン
濃度の変化は、電圧VRBの修正分から計算できる。増幅
器22は、ドレーン・ソース電流を常時測定し、この電流
を一定に保つように、この電流値の変化について電圧V
RBを修正する。増幅器22の出力電圧は、電圧VRBの変化
に比例する。
本発明の教示に従って、保護回路40が、ソース24と液30
との間に結合されており、第１保護回路44を介しソース
24に接続された第１電極42と、第２保護回路48を介しソ
ース24に接続された第２電極46とを有し、これらの第１
保護回路44および第２保護回路48は共に、低電圧に対し
高抵抗を示すと共に、高電圧に対し低インピーダンスを
示す。
との間に結合されており、第１保護回路44を介しソース
24に接続された第１電極42と、第２保護回路48を介しソ
ース24に接続された第２電極46とを有し、これらの第１
保護回路44および第２保護回路48は共に、低電圧に対し
高抵抗を示すと共に、高電圧に対し低インピーダンスを
示す。
本発明の教示に従って、第１電極42は好ましくは金属例
えば血液との適合性の良いステンレス鋼、又はチタンか
らできている。即ち第１電極42は、センサ16と参照電極
32とを検査すべき液30に浸漬させた時に液30との低イン
ピーダンスの接触を与えるに足りる表面積を有し血液と
の適合性の良い導電性の材料からできているべきであ
る。
えば血液との適合性の良いステンレス鋼、又はチタンか
らできている。即ち第１電極42は、センサ16と参照電極
32とを検査すべき液30に浸漬させた時に液30との低イン
ピーダンスの接触を与えるに足りる表面積を有し血液と
の適合性の良い導電性の材料からできているべきであ
る。
第１電極42は、例えば電気外科装置を使用した場合に生
ずる高い交流電圧からセンサ16を保護するために用いら
れる。このために第１電極42はダイオード50、２個の逆
極性の直列ダイオード即ちバッキングダイオード51,52
及び（又は）MOS型電界効果トランジスタ54（例えばセ
ンサ16の動作範囲外において導通する）、ツェナーダイ
オード又はアバランシュダイオード、測定回路に対し高
閾値電圧を有するMOS型電界効果トランジスタ、及び
（又は）コンデンサ56のような、保護回路44内の１以上
の保護要素によって、ソース24に接続されている。第１
電極42は、保護要素として用いられる機械的スイッチ58
によってソース24に接続してもよい。もちろん前記保護
素子50〜58は、センサ16のソース24に低インピーダンス
接続された他の接点例えばドレン18又はバルク接点36に
接続してもよい。
ずる高い交流電圧からセンサ16を保護するために用いら
れる。このために第１電極42はダイオード50、２個の逆
極性の直列ダイオード即ちバッキングダイオード51,52
及び（又は）MOS型電界効果トランジスタ54（例えばセ
ンサ16の動作範囲外において導通する）、ツェナーダイ
オード又はアバランシュダイオード、測定回路に対し高
閾値電圧を有するMOS型電界効果トランジスタ、及び
（又は）コンデンサ56のような、保護回路44内の１以上
の保護要素によって、ソース24に接続されている。第１
電極42は、保護要素として用いられる機械的スイッチ58
によってソース24に接続してもよい。もちろん前記保護
素子50〜58は、センサ16のソース24に低インピーダンス
接続された他の接点例えばドレン18又はバルク接点36に
接続してもよい。
第２電極46は導電体フォーク，ストリップ又はリング、
好ましくは、導電材料例えばアルミニウム又はポリシリ
コン製のリング62（第３図）の形態としてもよく、この
リングは、センサ16のゲート領域34の回りに適用され、
保護回路48内の１以上の保護素子例えばダイオード64、
２個の逆極性の直列ダイオード65,66及び（又は）例え
ばセンサ16の動作領域外において導通するMOS型電界効
果トランジスタ68、ツェナーダイオード又はアバランシ
ュダイオード、又は測定回路10に対する高閾値電圧を有
するMOS型電界効果トランジスタにより結合されてい
る。
好ましくは、導電材料例えばアルミニウム又はポリシリ
コン製のリング62（第３図）の形態としてもよく、この
リングは、センサ16のゲート領域34の回りに適用され、
保護回路48内の１以上の保護素子例えばダイオード64、
２個の逆極性の直列ダイオード65,66及び（又は）例え
ばセンサ16の動作領域外において導通するMOS型電界効
果トランジスタ68、ツェナーダイオード又はアバランシ
ュダイオード、又は測定回路10に対する高閾値電圧を有
するMOS型電界効果トランジスタにより結合されてい
る。
第２電極46は、図示したように、センサ16のゲート領域
34に可及的に近く配置されている。
34に可及的に近く配置されている。
本発明の教示に従った保護素子の選定は、センサ16の動
作領域内に存在し得るいかなる漏洩電流も、漏洩電流と
インピーダンスとの積に等しい基準電極電位の偏移を生
ずるという条件に基づいてなされる。この偏移は、セン
サ16の受ける電圧に寄与し、従って測定精度に負の効果
をもち、漏洩電流が承認可能な限界を超過し、例えば10
nAより大きくなった場合には、その測定値は認容できな
くなる。従ってセンサ16の動作領域内において、前記保
護素子を通過し得る直流電流は、認容可能な限界値より
も低い値とするべきである。
作領域内に存在し得るいかなる漏洩電流も、漏洩電流と
インピーダンスとの積に等しい基準電極電位の偏移を生
ずるという条件に基づいてなされる。この偏移は、セン
サ16の受ける電圧に寄与し、従って測定精度に負の効果
をもち、漏洩電流が承認可能な限界を超過し、例えば10
nAより大きくなった場合には、その測定値は認容できな
くなる。従ってセンサ16の動作領域内において、前記保
護素子を通過し得る直流電流は、認容可能な限界値より
も低い値とするべきである。
本発明の教示に従って使用するべきダイオード50,51,5
2,64,65,66又はセンサ16の動作領域外において導通する
MOS型電界効果トランジスタ54,68は、損傷を生ずる効果
が発現される電圧よりも低い降伏電圧を有しており、測
定回路10にこのように接続された第２電極46は、センサ
16の製造中又はその使用時に起こり得る静電圧からセン
サ16を保護する。
2,64,65,66又はセンサ16の動作領域外において導通する
MOS型電界効果トランジスタ54,68は、損傷を生ずる効果
が発現される電圧よりも低い降伏電圧を有しており、測
定回路10にこのように接続された第２電極46は、センサ
16の製造中又はその使用時に起こり得る静電圧からセン
サ16を保護する。
電気外科処置が行なわれているのと同時に測定装置14が
使用される場合には、測定装置14の参照電極32、液30、
電極46、ダイオード64及び（又は）ダイオード68、セン
サ16及び増幅器22によって形成された回路を通って直流
の脈流が流れることがあり得る。この電流は、参照電極
32の電位に影響すると共に、クーロメトリ効果も生ずる
ため、測定すべき液30のpHに影響する。この問題は、測
定装置14の回路への第２電極46を、２個の逆極性の直列
ダイオード65,66に接続することによって克服される。
保護回路44の場合も同様である。
使用される場合には、測定装置14の参照電極32、液30、
電極46、ダイオード64及び（又は）ダイオード68、セン
サ16及び増幅器22によって形成された回路を通って直流
の脈流が流れることがあり得る。この電流は、参照電極
32の電位に影響すると共に、クーロメトリ効果も生ずる
ため、測定すべき液30のpHに影響する。この問題は、測
定装置14の回路への第２電極46を、２個の逆極性の直列
ダイオード65,66に接続することによって克服される。
保護回路44の場合も同様である。
更に、保護素子がダイオード64、MOS型電界効果トラン
ジスタ68及び（又は）ダイオード65,66である場合、こ
れらの素子は、第１電極42及び第２電極46と組合せて使
用してよく、またイオン感知型FETのチップ上に配設す
ることができる。
ジスタ68及び（又は）ダイオード65,66である場合、こ
れらの素子は、第１電極42及び第２電極46と組合せて使
用してよく、またイオン感知型FETのチップ上に配設す
ることができる。
コンデンサ56の選択に際しては、スプリアス交流電圧
（例えば電気外科手術の際に加えられる電圧）の周波数
に対してインピーダンスが十分に低くなるように、コン
デンサ56のキャパシタンスを十分に高くすることがたい
せつである。このためには一般に100nF以上のキャパシ
タンスとすることが好ましい。
（例えば電気外科手術の際に加えられる電圧）の周波数
に対してインピーダンスが十分に低くなるように、コン
デンサ56のキャパシタンスを十分に高くすることがたい
せつである。このためには一般に100nF以上のキャパシ
タンスとすることが好ましい。
所望ならばコンデンサ56は増幅器22に含めることができ
る。
る。
機械的なスイッチ58を使用する場合には、励磁源から付
勢されて励磁中付勢状態に保たれるリレースイッチ（図
示しない）をこの目的に使用することが好ましい。
勢されて励磁中付勢状態に保たれるリレースイッチ（図
示しない）をこの目的に使用することが好ましい。
一例として、本発明の教示に従う測定装置14において、
第１電極42がコンデンサ56に接続され、第２電極46がダ
イオード64、MOS型電界効果トランジスタ68及び（又
は）ダイオード65,66に接続されるように、保護回路40
を構成することができる。
第１電極42がコンデンサ56に接続され、第２電極46がダ
イオード64、MOS型電界効果トランジスタ68及び（又
は）ダイオード65,66に接続されるように、保護回路40
を構成することができる。
第２図に示すように、参照電極32をチップ部分即ち先端
部分82に取付けて、カテーテル80の内部に測定装置14を
取付けることができる。第１電極42は、先端部分82の少
し後方に隔てられた金属製リングとして形成する。この
リング状の第１電極42の表面積は約１cm2とし、これに
よって、カテーテル80をその内部に浸漬させるべき液30
（第１図）との低インピーダンス接触を形成する。リン
グ状の第１電極42は、キャパシタンスが100nFのポリプ
ロピレン製コンデンサ56を介して、イオン感知型FETチ
ップ90（ISFETチップ、第３図）に電気的に接続するこ
とができる。センサ16は、リング状の電極42の後方に配
置されたカテーテル80のハウジング部分84内に、エポキ
シ樹脂により収納され取付けられている。
部分82に取付けて、カテーテル80の内部に測定装置14を
取付けることができる。第１電極42は、先端部分82の少
し後方に隔てられた金属製リングとして形成する。この
リング状の第１電極42の表面積は約１cm2とし、これに
よって、カテーテル80をその内部に浸漬させるべき液30
（第１図）との低インピーダンス接触を形成する。リン
グ状の第１電極42は、キャパシタンスが100nFのポリプ
ロピレン製コンデンサ56を介して、イオン感知型FETチ
ップ90（ISFETチップ、第３図）に電気的に接続するこ
とができる。センサ16は、リング状の電極42の後方に配
置されたカテーテル80のハウジング部分84内に、エポキ
シ樹脂により収納され取付けられている。
カテーテル80のハウジング部分84内に取付け可能なセン
サ16を収納したチップ90は、第３図に平面図により図示
されている。チップ90は、チップ90の主要部ないしはバ
ルク93内に拡散形成されたソース91とドレーン92とを含
み、ソース・バルク接点要素24、36及びドレーン接点要
素18を備えている。保護電極即ち第２電極46は、アルミ
リング62によって形成され、このアルミリングは、チッ
プ90のバルク93内に拡散形成された保護回路48に電気的
に接続されている。第２電極46/アルミリング62は、チ
ップ90上のゲート領域34の回りに適用されている。
サ16を収納したチップ90は、第３図に平面図により図示
されている。チップ90は、チップ90の主要部ないしはバ
ルク93内に拡散形成されたソース91とドレーン92とを含
み、ソース・バルク接点要素24、36及びドレーン接点要
素18を備えている。保護電極即ち第２電極46は、アルミ
リング62によって形成され、このアルミリングは、チッ
プ90のバルク93内に拡散形成された保護回路48に電気的
に接続されている。第２電極46/アルミリング62は、チ
ップ90上のゲート領域34の回りに適用されている。
第４図のグラフにおいて、センサ16のバルク36に対する
参照電極32の電圧VRBは横軸に、また電流は縦軸に、そ
れぞれプロットされ、IDはダイオード電流を、またIDS
はドレーン・ソース電流を、それぞれ表わしている。図
の斜線部分は、センサ16の動作域である。またＡは、ダ
イオードの降伏点を、Ｂはその導通特性をそれぞれ表わ
している。
参照電極32の電圧VRBは横軸に、また電流は縦軸に、そ
れぞれプロットされ、IDはダイオード電流を、またIDS
はドレーン・ソース電流を、それぞれ表わしている。図
の斜線部分は、センサ16の動作域である。またＡは、ダ
イオードの降伏点を、Ｂはその導通特性をそれぞれ表わ
している。
保護要素は前述したように、逆直列ないしは互に逆極性
に接続した２個のダイオード（51,52又は65,66）の組合
せとしてもよい。これらのダイオードは、第5A図に示す
ように接続した２個のツェナーダイオード101,102又は
第5B図に示すように接続した２個のツェナーダイオード
103,104とすることができる。これらの保護要素を用い
た場合、第４図に示したダイオード電流IDは、第４図に
破線で示した曲線のように変更される。
に接続した２個のダイオード（51,52又は65,66）の組合
せとしてもよい。これらのダイオードは、第5A図に示す
ように接続した２個のツェナーダイオード101,102又は
第5B図に示すように接続した２個のツェナーダイオード
103,104とすることができる。これらの保護要素を用い
た場合、第４図に示したダイオード電流IDは、第４図に
破線で示した曲線のように変更される。
発明の効果 本発明の教示に従った保護回路40の保護要素44は、生医
学又は産業において、例えばセンサ16及び測定装置14が
電気外科装置又は心臓のデフイブリレーション装置に用
いられた場合に生じ得る操作電磁源からの影響ないしは
外部作用からの適切な保護を与える。この保護回路40の
保護要素48は、センサ16の製造中又は測定装置14の使用
中に起こり得る静電圧の発生による静電圧放電に対して
も適切な保護を与える。更に、本発明に従う保護回路40
によって供与される保護は、全ての形式のセンサ16のハ
ウジング、例えばカテーテル先端センサ、フローセル及
びその他の形式のハウジングにも有効である。
学又は産業において、例えばセンサ16及び測定装置14が
電気外科装置又は心臓のデフイブリレーション装置に用
いられた場合に生じ得る操作電磁源からの影響ないしは
外部作用からの適切な保護を与える。この保護回路40の
保護要素48は、センサ16の製造中又は測定装置14の使用
中に起こり得る静電圧の発生による静電圧放電に対して
も適切な保護を与える。更に、本発明に従う保護回路40
によって供与される保護は、全ての形式のセンサ16のハ
ウジング、例えばカテーテル先端センサ、フローセル及
びその他の形式のハウジングにも有効である。
以上に説明し且つ図面に示した測定装置14及びセンサ16
のチップ90は、本発明の範囲内で種々変更でき、前述し
た特定の構成は、単なる例示であり、本発明を限定する
ものではない。
のチップ90は、本発明の範囲内で種々変更でき、前述し
た特定の構成は、単なる例示であり、本発明を限定する
ものではない。
本発明により、イオン感知型FETの形態の、化学感知型
イオンセンサ、参照電極及び増幅器を含む測定回路を備
えた液体中のイオンを選択的に測定する測定装置が提供
される。測定回路は、低インピーダンス接点を介し液体
に接続された少くとも１つの電極を含む保護回路に接続
されており、この少くとも１つの電極は、高電圧に対し
低インピーダンスを示し低電圧に対し高抵抗を示す保護
要素によって、イオン感知型電界効果トランジスタに接
続されている。
イオンセンサ、参照電極及び増幅器を含む測定回路を備
えた液体中のイオンを選択的に測定する測定装置が提供
される。測定回路は、低インピーダンス接点を介し液体
に接続された少くとも１つの電極を含む保護回路に接続
されており、この少くとも１つの電極は、高電圧に対し
低インピーダンスを示し低電圧に対し高抵抗を示す保護
要素によって、イオン感知型電界効果トランジスタに接
続されている。
第１図は、液体中のイオンを測定するための本発明の挟
持に従って形成された保護装置を含む測定装置の概略回
路図、 第２図は第１図に略示されたセンサを取付けた測定装置
の一実施例を示す斜視図、 第３図は本発明の測定装置に特に使用するようにした保
護電極を含むFETチップの平面図、 第４図は、本発明の保護装置にダイオードを使用した場
合において、保護ダイオード及びイオン感知型FETセン
サに流れる電流を示す電流対電圧線図、 第5A図および第5B図は、本発明の保護装置の一部となり
得る逆直列ダイオード即ち互に逆極性の２個のダイオー
ドの直列接続回路の概略回路図である。 主要部分の符号の説明 10……測定装置 12……保護装置 16……センサ（イオン感知型電界効果トランジスタ） 22……増幅器 30……液体 32……参照電極 42,46……電極
持に従って形成された保護装置を含む測定装置の概略回
路図、 第２図は第１図に略示されたセンサを取付けた測定装置
の一実施例を示す斜視図、 第３図は本発明の測定装置に特に使用するようにした保
護電極を含むFETチップの平面図、 第４図は、本発明の保護装置にダイオードを使用した場
合において、保護ダイオード及びイオン感知型FETセン
サに流れる電流を示す電流対電圧線図、 第5A図および第5B図は、本発明の保護装置の一部となり
得る逆直列ダイオード即ち互に逆極性の２個のダイオー
ドの直列接続回路の概略回路図である。 主要部分の符号の説明 10……測定装置 12……保護装置 16……センサ（イオン感知型電界効果トランジスタ） 22……増幅器 30……液体 32……参照電極 42,46……電極
Claims (11)
- 【請求項１】イオン感知型電界効果トランジスタとして
の化学感知型イオンセンサと参照電極と増幅器とを有す
る測定回路を含み、液体中のイオンを選択的に測定する
測定装置において、該測定装置は、 保護要素と、前記液体に低インピーダンス接触すること
が可能な少なくとも１つの電極とを有する、前記イオン
感知型電界効果トランジスタの保護装置を含み、 該少なくとも１つの電極は、前記保護要素によって前記
イオン感知型電界効果トランジスタに接続され、 該保護要素は、該イオン感知型電界効果トランジスタの
動作領域より高い電圧に対し低インピーダンスを示し、
該保護要素は、さらに該イオン感知型電界効果トランジ
スタの動作領域以下の低電圧に対し高インピーダンスを
示し、これによって、該保護要素は、該イオン感知型電
界効果トランジスタの動作領域外の電圧で動作すること
を特徴とする測定装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の測定装置にお
いて、前記保護装置は第１電極を有し、該第１電極は、
該測定装置を検査すべき前記液体中に浸漬させた時にこ
の液体と低インピーダンス接触し、前記保護装置は更
に、前記イオン感知型電界効果トランジスタのゲート領
域のごく近傍に配置された第２電極を有し、該第１及び
第２電極は、対応する保護要素を介して該イオン感知型
電界効果トランジスタに低インピーダンス接触で各々接
続されていることを特徴とする測定装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の測定装置にお
いて、前記第１電極は、導電材料からできており、該測
定装置を前記液体中に浸漬させた時に前記検査すべき液
体と低インピーダンス接触を形成するに足りる表面積を
備えたことを特徴とする測定装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第２項記載の測定装置にお
いて、前記第１電極は前記イオン感知型電界効果トラン
ジスタに、該イオン感知型電界効果トランジスタの動作
領域外において導通するダイオード、該イオン感知型電
界効果トランジスタの動作領域外において導通するMOS
型電界効果トランジスタ、コンデンサ、および機械的ス
イッチのうち少なくとも１つを含む保護要素を介して接
続されていることを特徴とする測定装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第２項記載の測定装置にお
いて、前記第２電極は、前記イオン感知型電界効果トラ
ンジスタのゲート領域の周りに設けられた金属製リング
の形態を有し、該イオン感知形電界効果トランジスタの
動作領域外において導通するダイオード及びMOS型トラ
ンジスタのうち少なくとも１つを含む前記保護要素を介
して該イオン感知型電界効果トランジスタに接続されて
いることを特徴とする測定装置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項記載の測定装置にお
いて、前記第２電極は、互いに逆極性に直列に接続され
た２個のダイオードによって前記イオン感知型電界効果
トランジスタに接続されていることを特徴とする測定装
置。 - 【請求項７】特許請求の範囲第５項又は第６項記載の測
定装置において、前記１個以上のダイオード又はMOS型
電界効果トランジスタをイオン感知型電界効果トランジ
スタチップ上に配設したことを特徴とする測定装置。 - 【請求項８】特許請求の範囲第４項記載の測定装置にお
いて、前記コンデンサはキャパシタンスを約100nF以上
としたことを特徴とする測定装置。 - 【請求項９】特許請求の範囲第４項記載の測定装置にお
いて、前記コンデンサは前記増幅器に含まれることを特
徴とする測定装置。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第４項記載の測定装置に
おいて、前記機械的スイッチは、励磁源により励磁期間
中付勢されるリレースイッチであることを特徴とする測
定装置。 - 【請求項１１】特許請求の範囲第２項記載の測定装置に
おいて、前記第１電極は前記イオン感知型電界効果トラ
ンジスタに前記コンデンサを介して接続され、前記第２
電極は前記イオン感知型電界効果トランジスタに、該イ
オン感知形電界効果トランジスタの動作領域外において
導通するダイオード及びMOS型トランジスタのうち少な
くとも１つを介して接続されていることを特徴とする測
定装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8302963 | 1983-08-24 | ||
| NL8302963A NL8302963A (nl) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | Inrichting voor het selectief meten van ionen in een vloeistof. |
| US06/641,911 US4589970A (en) | 1983-08-24 | 1984-08-16 | Apparatus for selectively measuring ions in a liquid |
| US8302963 | 1984-08-16 | ||
| US641911 | 1984-08-16 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064703A Division JPH0774794B2 (ja) | 1983-08-24 | 1993-03-01 | イオン感知型電界効果トランジスタチップ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6089744A JPS6089744A (ja) | 1985-05-20 |
| JPH0765982B2 true JPH0765982B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=26645886
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59175288A Expired - Fee Related JPH0765982B2 (ja) | 1983-08-24 | 1984-08-24 | 液体中のイオンを選択的に測定する装置 |
| JP5064703A Expired - Fee Related JPH0774794B2 (ja) | 1983-08-24 | 1993-03-01 | イオン感知型電界効果トランジスタチップ |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064703A Expired - Fee Related JPH0774794B2 (ja) | 1983-08-24 | 1993-03-01 | イオン感知型電界効果トランジスタチップ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP0307973B1 (ja) |
| JP (2) | JPH0765982B2 (ja) |
| CA (1) | CA1228894A (ja) |
| DE (2) | DE3480430D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT398133B (de) * | 1989-06-26 | 1994-09-26 | Jachimowicz Artur Dipl Ing | Ionenselektive elektrodenanordnung |
| US5944970A (en) * | 1997-04-29 | 1999-08-31 | Honeywell Inc. | Solid state electrochemical sensors |
| JP2987343B2 (ja) | 1997-05-09 | 1999-12-06 | 文一 庄司 | トラス構造、それに使用する部材およびその製造方法 |
| US6117292A (en) * | 1998-05-06 | 2000-09-12 | Honeywell International Inc | Sensor packaging having an integral electrode plug member |
| US6153070A (en) * | 1998-05-07 | 2000-11-28 | Honeywell Inc | Sensor packaging using heat staking technique |
| US6604401B2 (en) | 1999-02-08 | 2003-08-12 | Bunichi Shoji | Truss structure, structural members thereof, and a method of manufacture therefor |
| US7790112B2 (en) * | 2006-03-30 | 2010-09-07 | Council of Scientific & Industual Research | Biosensor to determine potassium concentration in human blood serum |
| CN101131375B (zh) * | 2006-08-23 | 2010-05-12 | 中国科学院电子学研究所 | 一种离子敏场效应传感器专用高精度放大器电路 |
| JP4901535B2 (ja) * | 2007-03-02 | 2012-03-21 | 株式会社東芝 | 生体関連物質測定装置 |
| WO2009084675A1 (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Horiba, Ltd. | 極性有機溶媒の水分又は有機酸の含有量の測定方法及びその装置 |
| GB2540904B (en) * | 2010-10-08 | 2017-05-24 | Dnae Group Holdings Ltd | Electrostatic discharge protection |
| DE102013106032A1 (de) * | 2013-06-11 | 2014-12-11 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Sensor zur Erfassung einer Analytkonzentration |
| JP6296880B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2018-03-20 | バイオセンサー株式会社 | 測定装置および測定方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5530312B2 (ja) * | 1975-01-16 | 1980-08-09 | ||
| US4020830A (en) * | 1975-03-12 | 1977-05-03 | The University Of Utah | Selective chemical sensitive FET transducers |
| US4325097A (en) * | 1979-09-17 | 1982-04-13 | General Semiconductor Industries, Inc. | Four terminal pulse suppressor |
| JPS56153247A (en) * | 1980-04-28 | 1981-11-27 | Kuraray Co Ltd | Measuring circuit for ion sensor |
| US4397714A (en) * | 1980-06-16 | 1983-08-09 | University Of Utah | System for measuring the concentration of chemical substances |
| JPS5715459A (en) * | 1980-07-01 | 1982-01-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor integrated circuit |
| JPS5737876A (en) * | 1980-08-20 | 1982-03-02 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit apparatus |
| JPS6216677Y2 (ja) * | 1980-08-25 | 1987-04-27 |
-
1984
- 1984-08-23 DE DE8484201154T patent/DE3480430D1/de not_active Expired
- 1984-08-23 EP EP19880200725 patent/EP0307973B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-08-23 EP EP19840201154 patent/EP0139312B1/en not_active Expired
- 1984-08-23 DE DE19843486239 patent/DE3486239T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1984-08-23 CA CA000461659A patent/CA1228894A/en not_active Expired
- 1984-08-24 JP JP59175288A patent/JPH0765982B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-03-01 JP JP5064703A patent/JPH0774794B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPS6089744A (ja) | 1985-05-20 |
| EP0307973A3 (en) | 1991-03-20 |
| EP0307973A2 (en) | 1989-03-22 |
| DE3486239T2 (de) | 1994-03-03 |
| DE3486239D1 (de) | 1993-12-09 |
| CA1228894A (en) | 1987-11-03 |
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| EP0307973B1 (en) | 1993-11-03 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |