JPH09292365A

JPH09292365A - 光走査型二次元濃度分布測定装置

Info

Publication number: JPH09292365A
Application number: JP9049694A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Tomita; 勝彦冨田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】構成が簡単かつ高性能な光走査型二次元濃度
分布測定装置を提供すること。【解決手段】ＳＯＩ基板１の一方の面に、電気的に分
離された複数のセンサアレイ８からなるセンシング部５
を形成するとともに、前記ＳＯＩ基板１の他方の面に、
ＳＯＩ基板１の裏面側からプローブ光を照射するための
固体発光エレメントアレイ１９からなるプローブ光照射
部１７を設け、さらに、前記センサアレイ８から信号を
取り出すためのシフトレジスタ１６を前記ＳＯＩ基板１
を構成する半導体基板２にモノリシックに設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば光走査型
ｐＨ画像装置などの光走査型二次元濃度分布測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】前記光走査型二次元濃度分布測定装置と
して、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏ
ｌ．３３（１９９４）ｐｐＬ３９４−Ｌ３９７に記載
してあるように、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈｔ−Ａｄｄｒｅｓ
ｓａｂｌｅＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃＳｅｎｓ
ｏｒ）方式を採用して、ｐＨ感応膜の表面に生ずる電位
を測定するものがある。このような装置においては、Ｅ
ＩＳ（電解液Ｅ−絶縁体Ｉ−半導体Ｓ）構造に光を走査
し、この光走査によって半導体中において誘発された光
電流を取り出すことにより測定を行うことができる。

【０００３】ところで、複数成分を同時に計測できる光
走査型二次元濃度分布測定装置として、この出願人に係
る特許出願「複数の溶存物質の濃度分布測定装置」（特
願平７−９０３２０号）がある。この出願の装置は、半
導体基板の一方の面に電気的に分離された複数のセンサ
アレイからなるセンシング部を形成することにより、複
数の成分を効果的に測定することができるようにしたも
のであるが、センシング部を多数に分離した場合、解決
すべき問題が若干ある。例えば信号の取り出しのために
非常に複雑な配線が必要となる。

【０００４】また、この出願人は、光走査型二次元濃度
分布測定装置におけるプローブ光照射部をＬＥＤ（発光
ダイオード）、バックライト付きＬＣ（液晶）、ＥＬ
（エレクトロルミネセンス）といった素子によって構成
し、このプローブ光照射部を、センシング部を形成した
半導体基板の他方の面に複合構造または一体構造で設け
ることを、「光走査型二次元濃度分布測定装置」（特願
平７−３９１１４号）として特許出願している。しかし
ながら、現在の技術では、単結晶基板に二次元配置のア
レイ構造を構築することはきわめて困難で、将来の薄膜
基板の開発を待つ必要がある。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、構成が簡単かつ高性能な光走査
型二次元濃度分布測定装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置は、Ｓ
ＯＩ基板の一方の面に、電気的に分離された複数のセン
サアレイからなるセンシング部を形成するとともに、前
記ＳＯＩ基板の他方の面に、ＳＯＩ基板の裏面側からプ
ローブ光を照射するための固体発光エレメントアレイか
らなるプローブ光照射部を設け、さらに、前記センサア
レイから信号を取り出すためのシフトレジスタを前記Ｓ
ＯＩ基板を構成する半導体基板にモノリシックに設けた
ことを特徴としている。

【０００７】ここで、ＳＯＩとは、Ｓｉｌｉｃｏｎｏ
ｎＩｎｓｕｌａｔｏｒのことであり、ＳＯＩ基板とし
ては、シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜を
エピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜上
にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたシリコン／
酸化アルミニウム／シリコンの三層構造のエピタキシャ
ル成長ＳＯＩ基板がある。このようなエピタキシャル成
長ＳＯＩ基板は、本件出願人に係る特願平７−２１２８
１５号に詳しく説明されている。

【０００８】また、ＳＯＩ基板として、２枚のシリコ
ン基板を酸化膜を介して接合したものや、シリコン基
板とガラス基板とを陽極接合したものや、サファイア
基板の上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたＳ
ＯＳ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＳａｐｈｉｒｅ）基板や、
シリコン基板中に酸素イオンを注入することにより酸
化物層を形成したＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｂｙＩｎｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｚｅｎ）基板などを
用いることができる。このようなＳＯＩ基板は、本件出
願人に係る特願平７−２０７８８９号に詳しく説明され
ている。

【０００９】そして、固体発光エレメントアレイとして
は、ＬＥＤ以外の固体レーザ、ＬＥＤ、ＥＬ、バックラ
イト付きＬＣなどを用いることができる。

【００１０】さらに、シフトレジスタとしては、例えば
ＣＣＤ（電荷結合素子）が用いられる。

【００１１】上記構成よりなる光走査型二次元濃度分布
測定装置は、完全な固体型二次元濃度分布測定装置であ
り、高速測定およびリアルタイム測定が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。図１および図２は、こ
の発明の第１実施例に係る光走査型二次元濃度分布測定
装置を示し、これらの図において、１はエピタキシャル
成長ＳＯＩ基板で、適宜の厚さのシリコン単結晶基板よ
りなる半導体基板２と、この半導体基板２のシフトレジ
スタ１４（後述する）が形成される部分以外の上面にγ
−Ａｌ₂Ｏ₃をエピタキシャル成長させてなる適宜厚さ
の酸化アルミニウム薄膜３と、この酸化アルミニウム薄
膜３の上面にＳｉ（１００）をエピタキシャル成長させ
てなる適宜厚さのシリコン薄膜４とから構成されてい
る。

【００１３】５はシリコン薄膜４の上面に形成されるセ
ンシング部で、絶縁膜としてのＳｉＯ₂膜６およびＳｉ
₃Ｎ₄膜７を熱酸化やＣＶＤなどの手法によって順次形
成してなるもので、水溶液などのｐＨを測定できるよう
に構成されている。そして、このセンシング部５は、図
２に示すように、電気的に分離された複数の短冊状のシ
リコン薄膜４の上面に形成され、センサアレイ８を構成
している。つまり、隣接するセンサアレイ８の間には、
電気的絶縁部である非センシング部分９が介装されてお
り、センサアレイ８どうしは互いに電気的に絶縁されて
いる。

【００１４】１０はセンシング部５の周囲を囲むように
して設けられる側壁で、適宜の材料よりなり、この側壁
１０に囲われた部分に試料１１が収容される。

【００１５】１２，１３は対極、比較電極で、液体試料
１０に浸漬されるようにして設けられるとともに、ポテ
ンショスタット１４に電気的に接続されている。１５は
半導体基板２に設けられるオーミック電極で、ポテンシ
ョスタット１４に電気的に接続されている。

【００１６】１６は半導体基板２の上面側にモノリシッ
クに設けられるシフトレジスタで、例えばＣＣＤよりな
る。このシフトレジスタ１６は、複数のセンサアレイ８
とそれぞれ電気的に接続され、センサアレイ８において
生じた電流を電荷として蓄積しておき順次取り出すもの
である。

【００１７】１７は半導体基板２の下面（裏面）に、上
面側のセンシング部５に対応するように設けられるプロ
ーブ光照射部で、図２に示すように、複数のＬＥＤ１８
を、図２において矢印Ｙで示す方向に一直線状に配置し
た固体発光エレメントアレー１９を複数個一定の間隔ｄ
をおいて並設してなるものである。このプローブ光照射
部１７は、上述したセンシング部５などのセンサ部とは
別途製作され、半導体基板２の下面に適宜の手法により
接合される。なお、図２においては、プローブ光照射部
１７を判りやすく図示するため、プローブ光照射部１７
を半導体基板２の横に並べて図示している。

【００１８】２０はプローブ光照射部１７の固体発光エ
レメントアレイ１９を一つの単位として順次点灯させる
ためのプローブ光照射制御部で、このプローブ光照射制
御部２０からの信号を受けた固体発光エレメントアレイ
１９のみが順次点灯する。

【００１９】２１はＡ／Ｄ変換器を含む制御回路で、コ
ンピュータ２２からの指令に基づいてポテンショスタッ
ト１４、プローブ光照射制御部２０に対して制御信号を
送るとともに、シフトレジスタ１６からの信号をＡ／Ｄ
変換してコンピュータ２１に送るものである。コンピュ
ータ２２は、制御回路２１に対して適宜指令を送るとと
もに、制御回路２１から入力される信号に基づいて適宜
演算や分析を行い、その結果をディスプレイ２３に表示
したり、メモリに記憶する。

【００２０】上記構成の光走査型二次元濃度分布測定装
置においては、センシング部５の側壁１０に囲われた部
分に試料（例えば液体）１１を入れると、センシング部
５のＳｉ₃Ｎ₄膜７に、それに接する試料１１のｐＨに
応じた電位が生ずる。この状態において、対極１２とオ
ーミック電極１５との間にバイアス電圧を印加してプロ
ーブ光照射部１７の固体発光エレメントアレイ１９を動
作させて、プローブ光２４を図１において矢印Ｘ方向に
順次走査させると、光電流が発生し、この電流量は、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄膜７に接する試料１１のｐＨに応じたものとな
る。

【００２１】そして、前記プローブ光２４を矢印Ｘ方向
に順次スキャン操作しながら照射していくことにより、
その位置ごとの電位量に応じた電流量を取り出すことが
でき、位置信号（Ｘ，Ｙ）と電流量によりｐＨを表す二
次元画像を得ることができる。

【００２２】上記第１実施例に係る光走査型二次元濃度
分布測定装置においては、センシング部５をエピタキシ
ャル成長ＳＯＩ基板１上に形成し、このセンシング部５
において発生した電流信号を順次取り出すためのシフト
レジスタ１６を、エピタキシャル成長ＳＯＩ基板１を構
成する半導体基板２にモノリシックに設けているので、
信号の取り出し構造が簡単であり、高速測定およびリア
ルタイム測定を行うことができる。また、エピタキシャ
ル成長ＳＯＩ基板１は、電気的特性が良好かつ安定であ
るから、安定した測定を行うことができる。

【００２３】上述の第１実施例においては、複数の固体
発光エレメントアレイ１９を二次元的に配置してプロー
ブ光照射部１７を構成したものであったが、このプロー
ブ光照射部１７を、図３および図４に示すようにしても
よい。

【００２４】すなわち、図３および図４は、この発明の
第２実施例に係る光走査型二次元濃度分布測定装置を示
すもので、この実施例においては、プローブ光照射部１
７として、固体発光エレメントアレイ１９と同様構成の
固体発光エレメントアレイ２５を一つだけ設け、この固
体発光エレメントアレイ２５を制御ドライバ２６によっ
て、図３において両矢印２７で示す方向に所定ピッチで
走査させるようにしている。

【００２５】このように構成した第２実施例に係る光走
査型二次元濃度分布測定装置の動作は、第１実施例の装
置と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

【００２６】この発明は、上述の実施例に限られるもの
ではなく、例えば、エピタキシャル成長ＳＯＩ基板１に
代えて、上述した他のＳＯＩ基板を用いてもよい。この
ＳＯＩ基板も電気的特性が良好かつ安定であるから、安
定した測定を行うことができる。また、固体発光エレメ
ントアレイ１９，２５としては、ＬＥＤ以外の固体レー
ザ、ＥＬ、バックライト付きＬＣなどを用いることがで
きる。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、以上のような形態で実施さ
れ、以下のような効果を奏する。

【００２８】信号の取り出し構造が簡単であり、完全な
ソリッドステート化が図れ、光走査型二次元濃度分布測
定装置をコンパクトに構成でき、可搬タイプとすること
も可能となる。そして、高速測定およびリアルタイム測
定を行うことができ、測定時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の光走査型二次元濃度分布測定装置
の断面構造を示した概略構成図である。

【図２】前記光走査型二次元濃度分布測定装置の平面構
成を示した概略構成図である。

【図３】第２実施例の光走査型二次元濃度分布測定装置
の断面構造を示した概略構成図である。

【図４】前記光走査型二次元濃度分布測定装置の平面構
成を示した概略構成図である。

【符号の説明】

１…ＳＯＩ基板、２…半導体基板、５…センシング部、
８…センサアレイ、１６…シフトレジスタ、１７…プロ
ーブ光照射部、１９，２５…固体発光エレメントアレ
イ、２４…プローブ光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳＯＩ基板の一方の面に、電気的に分離
された複数のセンサアレイからなるセンシング部を形成
するとともに、前記ＳＯＩ基板の他方の面に、ＳＯＩ基
板の裏面側からプローブ光を照射するための固体発光エ
レメントアレイからなるプローブ光照射部を設け、さら
に、前記センサアレイから信号を取り出すためのシフト
レジスタを前記ＳＯＩ基板を構成する半導体基板にモノ
リシックに設けたことを特徴とする光走査型二次元濃度
分布測定装置。