JPH10332633A - 薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光走査型二次元濃度分布測定装置 - Google Patents
薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光走査型二次元濃度分布測定装置Info
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- JPH10332633A JPH10332633A JP9157757A JP15775797A JPH10332633A JP H10332633 A JPH10332633 A JP H10332633A JP 9157757 A JP9157757 A JP 9157757A JP 15775797 A JP15775797 A JP 15775797A JP H10332633 A JPH10332633 A JP H10332633A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高空間分解能かつ所望の機械的強度を有する
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】 シリコン薄膜５の一方の面にセンサ面６
として化学応答膜を形成し、シリコン薄膜５の他方の面
に透明基板７を補強材として設けた薄膜シリコンセンサ
４を、センサ部２に組み込み、シリコン薄膜５に対して
プローブ光２４を照射して信号を取り出すようにした。
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】 シリコン薄膜５の一方の面にセンサ面６
として化学応答膜を形成し、シリコン薄膜５の他方の面
に透明基板７を補強材として設けた薄膜シリコンセンサ
４を、センサ部２に組み込み、シリコン薄膜５に対して
プローブ光２４を照射して信号を取り出すようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜シリコンセ
ンサおよびこれを用いた例えば光走査型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。
ンサおよびこれを用いた例えば光走査型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ｐＨ画像装置として、例え
ば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３
（１９９４）ｐｐ Ｌ３９４−Ｌ３９７に記載してある
ように、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈｔ−Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌ
ｅ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）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、ＥＩＳ（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。
ば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３
（１９９４）ｐｐ Ｌ３９４−Ｌ３９７に記載してある
ように、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈｔ−Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌ
ｅ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）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、ＥＩＳ（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】そして、本願出願人は、このような光走査
型ｐＨ画像装置関連の技術を、例えば特願平７−３９１
１４号、特願平７−９０３２０号、特願平７−３２９８
３５号などのほか、多数特許出願しているところであ
る。
型ｐＨ画像装置関連の技術を、例えば特願平７−３９１
１４号、特願平７−９０３２０号、特願平７−３２９８
３５号などのほか、多数特許出願しているところであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記光走査
型ｐＨ画像装置においては、図７に示すように、ｐ型Ｓ
ｉ（シリコン）基板あるいはｎ型Ｓｉ基板７１の表面に
ＳｉＯ2 などの酸化膜７２およびｐＨ感応膜としての窒
化膜７３よりなる絶縁性の応答膜７４を設けて電解液と
接しさせ、ＥＩＳ構造を構成し、前記基板７１の裏面か
ら禁制帯エネルギー以上のエネルギーを持つ変調光を局
部的に照射すると、半導体中に電子・正孔対が光キャリ
アとして生じ、応答膜７４と接する半導体基板７１表面
に形成される空乏層において電荷分離されて交流の光電
流が発生する。この光電流がｐＨによって変化するた
め、光を走査することによってｐＨの二次元分布を測定
し、その結果を画像表示することができる。なお、７５
は電流信号取り出し用のオーミック電極である。
型ｐＨ画像装置においては、図７に示すように、ｐ型Ｓ
ｉ（シリコン）基板あるいはｎ型Ｓｉ基板７１の表面に
ＳｉＯ2 などの酸化膜７２およびｐＨ感応膜としての窒
化膜７３よりなる絶縁性の応答膜７４を設けて電解液と
接しさせ、ＥＩＳ構造を構成し、前記基板７１の裏面か
ら禁制帯エネルギー以上のエネルギーを持つ変調光を局
部的に照射すると、半導体中に電子・正孔対が光キャリ
アとして生じ、応答膜７４と接する半導体基板７１表面
に形成される空乏層において電荷分離されて交流の光電
流が発生する。この光電流がｐＨによって変化するた
め、光を走査することによってｐＨの二次元分布を測定
し、その結果を画像表示することができる。なお、７５
は電流信号取り出し用のオーミック電極である。
【０００５】そして、光走査型ｐＨ画像装置を用いてｐ
Ｈの二次元分布の鮮明な画像を得るには、その空間分解
能が高くなければならないが、この空間分解能はｐ型Ｓ
ｉ基板あるいはｎ型Ｓｉ基板などの半導体基板７１にお
けるＳｉ層の厚みに依存している。すなわち、Ｓｉ基板
７１を研磨し、そのＳｉ層の厚みを１００μｍ程度にま
で薄くすると、空間分解能を１００μｍ程度にまで向上
させることができ、前記厚みをさらに薄くすると、空間
分解能を１００μｍ以下にまですることができる。
Ｈの二次元分布の鮮明な画像を得るには、その空間分解
能が高くなければならないが、この空間分解能はｐ型Ｓ
ｉ基板あるいはｎ型Ｓｉ基板などの半導体基板７１にお
けるＳｉ層の厚みに依存している。すなわち、Ｓｉ基板
７１を研磨し、そのＳｉ層の厚みを１００μｍ程度にま
で薄くすると、空間分解能を１００μｍ程度にまで向上
させることができ、前記厚みをさらに薄くすると、空間
分解能を１００μｍ以下にまですることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、Ｓｉ層
を薄くするに伴ってより優れた空間分解能を実現できる
が、半導体基板５１を１００μｍ以下の薄いものにする
と、機械的強度が極端に低下するといった問題がある。
これに対して、Ｓｉ基板７１を局部的にエッチングする
ことにより、機械的強度の強い１００μｍ以下の厚みの
Ｓｉ層を形成することは可能であるが、エッチングスト
ップ層が存在しないため、所望の厚みおよび所望の平坦
度を有するＳｉ層を再現性よく形成することは困難であ
る。
を薄くするに伴ってより優れた空間分解能を実現できる
が、半導体基板５１を１００μｍ以下の薄いものにする
と、機械的強度が極端に低下するといった問題がある。
これに対して、Ｓｉ基板７１を局部的にエッチングする
ことにより、機械的強度の強い１００μｍ以下の厚みの
Ｓｉ層を形成することは可能であるが、エッチングスト
ップ層が存在しないため、所望の厚みおよび所望の平坦
度を有するＳｉ層を再現性よく形成することは困難であ
る。
【０００７】上述の問題は、光走査型ｐＨ画像装置のみ
ならず、ｐＨ以外のカリウムイオンや塩化物イオンなど
他のイオンの二次元分布を測定する装置においても同様
に生じている。
ならず、ｐＨ以外のカリウムイオンや塩化物イオンなど
他のイオンの二次元分布を測定する装置においても同様
に生じている。
【０００８】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、高空間分解能かつ所望の機械的
強度を有する薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光
走査型二次元濃度分布測定装置を提供することである。
たもので、その目的は、高空間分解能かつ所望の機械的
強度を有する薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光
走査型二次元濃度分布測定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１発明の薄膜シリコンセンサは、シリコン薄膜の
一方の面にセンサ面として化学応答膜を形成し、シリコ
ン薄膜の他方の面に透明基板を補強材として設けてい
る。
め、第１発明の薄膜シリコンセンサは、シリコン薄膜の
一方の面にセンサ面として化学応答膜を形成し、シリコ
ン薄膜の他方の面に透明基板を補強材として設けてい
る。
【００１０】上記構成の薄膜シリコンセンサによれば、
センサ面として化学応答膜を形成するための半導体基板
としてのシリコン薄膜の厚みを薄くしても、透明基板を
補強材として設けているので、所望の機械的強度を有す
るとともに、１０μｍ以下の空間分解能を得ることがで
きる。
センサ面として化学応答膜を形成するための半導体基板
としてのシリコン薄膜の厚みを薄くしても、透明基板を
補強材として設けているので、所望の機械的強度を有す
るとともに、１０μｍ以下の空間分解能を得ることがで
きる。
【００１１】また、この出願の第２発明の光走査型二次
元濃度分布測定装置においては、前記薄膜シリコンセン
サをセンサ部に組み込み、シリコン薄膜に対してプロー
ブ光を照射して信号を取り出すようにしている。
元濃度分布測定装置においては、前記薄膜シリコンセン
サをセンサ部に組み込み、シリコン薄膜に対してプロー
ブ光を照射して信号を取り出すようにしている。
【００１２】このように構成した光走査型二次元濃度分
布測定装置においては、センサ部のセンサ面が所望の機
械的強度を有するとともに、１０μｍ以下の空間分解能
を有するので、イオン濃度のより微細な二次元分布を測
定することができる。
布測定装置においては、センサ部のセンサ面が所望の機
械的強度を有するとともに、１０μｍ以下の空間分解能
を有するので、イオン濃度のより微細な二次元分布を測
定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施
の形態を示す。まず、図１は、この発明の光走査型二次
元濃度分布測定装置の一例としての光走査型ｐＨ画像装
置の構成を概略的に示す図で、この図において、１は測
定装置本体で、センサ部２と光照射部３とからなる。
ながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施
の形態を示す。まず、図１は、この発明の光走査型二次
元濃度分布測定装置の一例としての光走査型ｐＨ画像装
置の構成を概略的に示す図で、この図において、１は測
定装置本体で、センサ部２と光照射部３とからなる。
【００１４】前記センサ部２は、その本体が薄膜シリコ
ンセンサ４よりなる。この薄膜シリコンセンサ４は、半
導体基板としてのシリコン薄膜５の上面にセンサ面６が
形成され、下面に透明基板７を備えてなるもので、その
形成方法の一例を図２および図３を参照しながら説明す
る。
ンセンサ４よりなる。この薄膜シリコンセンサ４は、半
導体基板としてのシリコン薄膜５の上面にセンサ面６が
形成され、下面に透明基板７を備えてなるもので、その
形成方法の一例を図２および図３を参照しながら説明す
る。
【００１５】前記センサ本体を製作するのにＳＯＩ基板
を用いる。ここで、ＳＯＩとは、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒのことであり、このような基板と
しては、例えば、市販の貼り合わせＳＯＩ基板や、エピ
タキシャル成長ＳＯＩ基板があるが、ここでは貼り合わ
せＳＯＩ基板を用いた例を説明する。
を用いる。ここで、ＳＯＩとは、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒのことであり、このような基板と
しては、例えば、市販の貼り合わせＳＯＩ基板や、エピ
タキシャル成長ＳＯＩ基板があるが、ここでは貼り合わ
せＳＯＩ基板を用いた例を説明する。
【００１６】前記ＳＯＩ基板は、図３（Ａ）に示すよう
に、例えば厚さ６００μｍのｎ型Ｓｉ基板８の一方の面
に厚さ１μｍ程度のＳｉＯ2 層９を形成したものと、Ｓ
ｉＯ2 層を形成してないｎ型Ｓｉ基板１０とを、ＳｉＯ
2 層９を介して接合（貼り合わせ）して、同図（Ｂ）に
示すように、Ｓｉ層８、ＳｉＯ2 層９、Ｓｉ層１０から
なるものとし、さらに、同図（Ｃ）に示すように、例え
ば上方のＳｉ層１０を切削により薄くして厚さ１〜２μ
ｍのＳｉ活性層（シリコン薄膜）５としたもので、Ｓｉ
基板８、ＳｉＯ2 層９、シリコン薄膜５からなる貼り合
わせＳＯＩ基板１１が形成される。
に、例えば厚さ６００μｍのｎ型Ｓｉ基板８の一方の面
に厚さ１μｍ程度のＳｉＯ2 層９を形成したものと、Ｓ
ｉＯ2 層を形成してないｎ型Ｓｉ基板１０とを、ＳｉＯ
2 層９を介して接合（貼り合わせ）して、同図（Ｂ）に
示すように、Ｓｉ層８、ＳｉＯ2 層９、Ｓｉ層１０から
なるものとし、さらに、同図（Ｃ）に示すように、例え
ば上方のＳｉ層１０を切削により薄くして厚さ１〜２μ
ｍのＳｉ活性層（シリコン薄膜）５としたもので、Ｓｉ
基板８、ＳｉＯ2 層９、シリコン薄膜５からなる貼り合
わせＳＯＩ基板１１が形成される。
【００１７】次に、上記貼り合わせＳＯＩ基板１１を用
いて薄膜シリコンセンサ４を形成する手順の一例を、図
２を参照しながら説明する。
いて薄膜シリコンセンサ４を形成する手順の一例を、図
２を参照しながら説明する。
【００１８】（１）まず、貼り合わせＳＯＩ基板１１を
用意する（同図（Ａ）参照）。この貼り合わせＳＯＩ基
板１１は、例えば縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ６００
μｍ程度の大きさである。
用意する（同図（Ａ）参照）。この貼り合わせＳＯＩ基
板１１は、例えば縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ６００
μｍ程度の大きさである。
【００１９】（２）前記貼り合わせＳＯＩ基板１１の上
下両面に、絶縁層としてのＳｉＯ2膜１２、Ｓｉ3 Ｎ4
膜１３よりなる化学応答膜１３を、熱酸化やＣＶＤなど
の手法によって形成する（同図（Ｂ）参照）。以下、前
記化学応答膜１４のうち、上面側のものをセンサ面６と
いうことにする。
下両面に、絶縁層としてのＳｉＯ2膜１２、Ｓｉ3 Ｎ4
膜１３よりなる化学応答膜１３を、熱酸化やＣＶＤなど
の手法によって形成する（同図（Ｂ）参照）。以下、前
記化学応答膜１４のうち、上面側のものをセンサ面６と
いうことにする。
【００２０】（３）前記貼り合わせＳＯＩ基板１１の上
面側に形成されたセンサ面５に保護基板１５を接着する
（同図（Ｃ）参照）。この保護基板１５としては、後述
するエッチングに用いるエッチング液によって冒されな
い素材よりなるものが好適で、例えばアクリル樹脂より
なる。
面側に形成されたセンサ面５に保護基板１５を接着する
（同図（Ｃ）参照）。この保護基板１５としては、後述
するエッチングに用いるエッチング液によって冒されな
い素材よりなるものが好適で、例えばアクリル樹脂より
なる。
【００２１】（４）前記貼り合わせＳＯＩ基板１１の下
面側に形成された化学応答膜１４、Ｓｉ基板８およびＳ
ｉＯ2 層９をエッチングによって順次除去する。これに
より、シリコン薄膜５が露出する。（同図（Ｄ）参
照）。この場合のエッチング液としては、化学応答膜１
３の除去にはＨＦ（フッ酸）を、そして、Ｓｉ基板８の
除去にはＫＯＨ溶液またはＴＭＡＨ（テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイド）溶液を、また、ＳｉＯ2
膜９の除去にはＨＦなどを用いることができる。なお、
このプロセスにおいて、Ｓｉ基板８の除去を行う場合、
機械的研磨を併用してもよい。
面側に形成された化学応答膜１４、Ｓｉ基板８およびＳ
ｉＯ2 層９をエッチングによって順次除去する。これに
より、シリコン薄膜５が露出する。（同図（Ｄ）参
照）。この場合のエッチング液としては、化学応答膜１
３の除去にはＨＦ（フッ酸）を、そして、Ｓｉ基板８の
除去にはＫＯＨ溶液またはＴＭＡＨ（テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイド）溶液を、また、ＳｉＯ2
膜９の除去にはＨＦなどを用いることができる。なお、
このプロセスにおいて、Ｓｉ基板８の除去を行う場合、
機械的研磨を併用してもよい。
【００２２】（５）シリコン薄膜５の下面に石英ガラス
など透明基板７を接着する（同図（Ｅ）参照）。
など透明基板７を接着する（同図（Ｅ）参照）。
【００２３】（６）保護基板１５を取り除く。これによ
り、シリコン薄膜５の上面にＳｉＯ2 膜１２、Ｓｉ3 Ｎ
4 膜１３よりなるセンサ面６が形成される（同図（Ｆ）
参照）。
り、シリコン薄膜５の上面にＳｉＯ2 膜１２、Ｓｉ3 Ｎ
4 膜１３よりなるセンサ面６が形成される（同図（Ｆ）
参照）。
【００２４】（７）ＨＦなどを用いて化学エッチングを
行って、センサ面６の一部を除去し、その後、この除去
された部分に金アンチモンよりなるオーミック電極１６
を形成する（同図（Ｇ）参照）。
行って、センサ面６の一部を除去し、その後、この除去
された部分に金アンチモンよりなるオーミック電極１６
を形成する（同図（Ｇ）参照）。
【００２５】上述のようにして、シリコン薄膜５の上面
にはＳｉＯ2 膜１２、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１３よりなるセンサ
面６が形成され、シリコン薄膜５下面には機械的補強部
材としての透明基板７を有する薄膜シリコンセンサ４が
形成される。この薄膜シリコンセンサ４は、シリコン薄
膜５の厚みを１０μｍ以下にすることにより、空間分解
能を１０μｍ以下とすることができる。そして、このよ
うにシリコン薄膜５の厚みを薄くしても、シリコン薄膜
５の下面に機械的補強部材としての透明基板７が接着さ
れているので、薄膜シリコンセンサ４は十分な機械的強
度を有する。
にはＳｉＯ2 膜１２、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１３よりなるセンサ
面６が形成され、シリコン薄膜５下面には機械的補強部
材としての透明基板７を有する薄膜シリコンセンサ４が
形成される。この薄膜シリコンセンサ４は、シリコン薄
膜５の厚みを１０μｍ以下にすることにより、空間分解
能を１０μｍ以下とすることができる。そして、このよ
うにシリコン薄膜５の厚みを薄くしても、シリコン薄膜
５の下面に機械的補強部材としての透明基板７が接着さ
れているので、薄膜シリコンセンサ４は十分な機械的強
度を有する。
【００２６】再び図１において、１７は上述のようにし
て形成されるセンサ面６の周囲に立設される側壁で、樹
脂など適宜の素材よりなり、この側壁１７とセンサ面６
とによってセル１８が形成される。このセル１８内に
は、液体などの試料１９がセンサ面６に接触するように
収容される。そして、２０，２１はセル１８内の試料１
９に接触するように設けられる対極、比較電極である。
て形成されるセンサ面６の周囲に立設される側壁で、樹
脂など適宜の素材よりなり、この側壁１７とセンサ面６
とによってセル１８が形成される。このセル１８内に
は、液体などの試料１９がセンサ面６に接触するように
収容される。そして、２０，２１はセル１８内の試料１
９に接触するように設けられる対極、比較電極である。
【００２７】２２は前記センサ部２を二次元方向、例え
ば紙面の左右方向であるＸ方向と、紙面に垂直な方向で
あるＹ方向とに移動させるセンサ部走査装置で、走査制
御装置２３からの信号によって制御される。
ば紙面の左右方向であるＸ方向と、紙面に垂直な方向で
あるＹ方向とに移動させるセンサ部走査装置で、走査制
御装置２３からの信号によって制御される。
【００２８】そして、前記光照射部３は、例えばレーザ
光源からなるとともに、センサ面５とは反対側に設けら
れており、後述するインタフェースボード２９を介して
コンピュータ３０の制御信号によって断続光を発すると
ともに、センサ部走査装置２２によって二次元方向に走
査されるセンサ部２のシリコン薄膜５に対して最適なビ
ーム径になるように調整されたプローブ光２４を照射す
るように構成されている。
光源からなるとともに、センサ面５とは反対側に設けら
れており、後述するインタフェースボード２９を介して
コンピュータ３０の制御信号によって断続光を発すると
ともに、センサ部走査装置２２によって二次元方向に走
査されるセンサ部２のシリコン薄膜５に対して最適なビ
ーム径になるように調整されたプローブ光２４を照射す
るように構成されている。
【００２９】２５は測定装置本体１を制御するための制
御ボックスであって、シリコン薄膜５に適宜のバイアス
電圧を印加するためのポテンショスタット２６、センサ
部２に形成されたオーミック電極１６から取り出される
電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器２７、
この電流−電圧変換器２７からの信号が入力される演算
増幅回路２８、この演算増幅回路２８と信号を授受した
り、レーザ光源３および走査制御装置２３に対する制御
信号を出力するインタフェースボード２９などよりな
る。
御ボックスであって、シリコン薄膜５に適宜のバイアス
電圧を印加するためのポテンショスタット２６、センサ
部２に形成されたオーミック電極１６から取り出される
電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器２７、
この電流−電圧変換器２７からの信号が入力される演算
増幅回路２８、この演算増幅回路２８と信号を授受した
り、レーザ光源３および走査制御装置２３に対する制御
信号を出力するインタフェースボード２９などよりな
る。
【００３０】３０は各種の制御や演算を行うとともに、
画像処理機能を有する制御・演算部としてのコンピュー
タ、３１は例えばキーボードなどの入力装置、３２はカ
ラーディスプレイなどの表示装置、３３はメモリ装置で
ある。
画像処理機能を有する制御・演算部としてのコンピュー
タ、３１は例えばキーボードなどの入力装置、３２はカ
ラーディスプレイなどの表示装置、３３はメモリ装置で
ある。
【００３１】上記構成の光走査型ｐＨ画像装置において
は、セル１８内に試料１９として溶液を収容し、この溶
液１９内に対極２０および比較電極２１を浸漬する。そ
して、この状態で、シリコン薄膜５に空乏層が生じるよ
うに、ポテンショスタット２６によって、対極２０とオ
ーミック電極１６との間に所定のバイアス電圧を印加す
る。
は、セル１８内に試料１９として溶液を収容し、この溶
液１９内に対極２０および比較電極２１を浸漬する。そ
して、この状態で、シリコン薄膜５に空乏層が生じるよ
うに、ポテンショスタット２６によって、対極２０とオ
ーミック電極１６との間に所定のバイアス電圧を印加す
る。
【００３２】前記バイアス電圧を印加した状態で、コン
ピュータ３０からの制御信号をインタフェースボード２
９を介してレーザ光源３に入力すると、レーザ光源３か
らのプローブ光２４が一定周期（例えば１０ｋＨｚ）で
シリコン薄膜５に断続的に照射され、シリコン薄膜５内
に交流の光電流が発生する。この光電流は、シリコン薄
膜５の照射点に対応する点で、センサ面６に接している
溶液１９のｐＨを反映した値であり、その値を測定する
ことにより、この部分におけるｐＨを知ることができ
る。
ピュータ３０からの制御信号をインタフェースボード２
９を介してレーザ光源３に入力すると、レーザ光源３か
らのプローブ光２４が一定周期（例えば１０ｋＨｚ）で
シリコン薄膜５に断続的に照射され、シリコン薄膜５内
に交流の光電流が発生する。この光電流は、シリコン薄
膜５の照射点に対応する点で、センサ面６に接している
溶液１９のｐＨを反映した値であり、その値を測定する
ことにより、この部分におけるｐＨを知ることができ
る。
【００３３】そして、コンピュータ３０からの制御信号
をインタフェースボード３１を介して走査制御装置２３
に入力して、センサ部走査装置２２をＸ，Ｙ方向に移動
させることにより、シリコン薄膜５にプローブ光２４が
二次元方向に走査されるように照射され、溶液１９にお
ける位置信号（ｘ，ｙ）と、その位置において観測され
た交流光電流信号値により、表示装置３２の画面上にｐ
Ｈを表す二次元画像が表示される。
をインタフェースボード３１を介して走査制御装置２３
に入力して、センサ部走査装置２２をＸ，Ｙ方向に移動
させることにより、シリコン薄膜５にプローブ光２４が
二次元方向に走査されるように照射され、溶液１９にお
ける位置信号（ｘ，ｙ）と、その位置において観測され
た交流光電流信号値により、表示装置３２の画面上にｐ
Ｈを表す二次元画像が表示される。
【００３４】上述の光走査型ｐＨ画像装置においては、
センサ部２のセンサ面６が所望の機械的強度を有すると
ともに、１０μｍ以下の空間分解能を有するので、ｐＨ
の二次元分布をより精度よく測定することができる。
センサ部２のセンサ面６が所望の機械的強度を有すると
ともに、１０μｍ以下の空間分解能を有するので、ｐＨ
の二次元分布をより精度よく測定することができる。
【００３５】なお、上記基板８，１０としてｐ型Ｓｉ基
板を用いてもよい。
板を用いてもよい。
【００３６】図４は、他の実施の形態を示すもので、薄
膜シリコンセンサ４としては、図４に示すように、Ｓｉ
Ｏ2 膜９を備えていてもよい。すなわち、前記薄膜シリ
コンセンサ４の製造プロセス中、（４）において、Ｓｉ
Ｏ2 膜９をエッチングによって除去しなくてもよい。
膜シリコンセンサ４としては、図４に示すように、Ｓｉ
Ｏ2 膜９を備えていてもよい。すなわち、前記薄膜シリ
コンセンサ４の製造プロセス中、（４）において、Ｓｉ
Ｏ2 膜９をエッチングによって除去しなくてもよい。
【００３７】また、薄膜シリコンセンサ４を形成する場
合、前記貼り合わせのＳＯＩ基板１１に代えて、図５に
示すような構造のＳＯＩ基板４０を用いることもでき
る。すなわち、図５において、４０はエピタキシャル成
長ＳＯＩ基板で、所定の厚み（例えば６００ｍｍ）を有
するシリコン単結晶基板４１の上面に、γ−Ａｌ2 Ｏ3
をエピタキシャル成長させてなる数μｍ程度の厚みの酸
化アルミニウム薄膜４２と、この酸化アルミニウム薄膜
４２の上面にＳｉ（１００）をエピタキシャル成長させ
た厚さ数〜１０数μｍのシリコン膜４３とからなるもの
である。
合、前記貼り合わせのＳＯＩ基板１１に代えて、図５に
示すような構造のＳＯＩ基板４０を用いることもでき
る。すなわち、図５において、４０はエピタキシャル成
長ＳＯＩ基板で、所定の厚み（例えば６００ｍｍ）を有
するシリコン単結晶基板４１の上面に、γ−Ａｌ2 Ｏ3
をエピタキシャル成長させてなる数μｍ程度の厚みの酸
化アルミニウム薄膜４２と、この酸化アルミニウム薄膜
４２の上面にＳｉ（１００）をエピタキシャル成長させ
た厚さ数〜１０数μｍのシリコン膜４３とからなるもの
である。
【００３８】そして、上記エピタキシャル成長ＳＯＩ基
板４０に、図２に示したのと同様の処理を施すことによ
り、所望のセンサ面６を形成することができる。
板４０に、図２に示したのと同様の処理を施すことによ
り、所望のセンサ面６を形成することができる。
【００３９】また、センサ面６を形成する基板として、
前記貼り合わせのＳＯＩ基板１１やエピタキシャル成長
ＳＯＩ基板４０に代えて、通常のシリコン基板を十分に
薄くしたものを用いるようにしてもよい。
前記貼り合わせのＳＯＩ基板１１やエピタキシャル成長
ＳＯＩ基板４０に代えて、通常のシリコン基板を十分に
薄くしたものを用いるようにしてもよい。
【００４０】さらに、透明基板７としては、前記透明な
石英ガラスのほかに、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 とを適当な
比率で混合してなるＩＴＯ（透明導電膜）を用いてもよ
く、このＩＴＯを用いた場合、図６に示すように、半導
体基板としてのシリコン薄膜５の裏面側にオーミック電
極１６をＩＴＯ４４と電気的に接続させた状態で設ける
ことができる。
石英ガラスのほかに、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 とを適当な
比率で混合してなるＩＴＯ（透明導電膜）を用いてもよ
く、このＩＴＯを用いた場合、図６に示すように、半導
体基板としてのシリコン薄膜５の裏面側にオーミック電
極１６をＩＴＯ４４と電気的に接続させた状態で設ける
ことができる。
【００４１】なお、この発明は、上述の光走査型ｐＨ画
像装置に限られるものではなく、他のイオン濃度測定を
行う光走査型二次元濃度分布測定装置に広く適用でき、
例えば、バリノマイシンやクラウンエーテルで前記セン
サ面６を修飾した場合、カリウムイオンの濃度を測定す
ることができ、また、４級アンモニウムで前記センサ面
５を修飾した場合、塩化物イオンの濃度を測定すること
ができる。
像装置に限られるものではなく、他のイオン濃度測定を
行う光走査型二次元濃度分布測定装置に広く適用でき、
例えば、バリノマイシンやクラウンエーテルで前記セン
サ面６を修飾した場合、カリウムイオンの濃度を測定す
ることができ、また、４級アンモニウムで前記センサ面
５を修飾した場合、塩化物イオンの濃度を測定すること
ができる。
【００４２】
【発明の効果】この発明の薄膜シリコンセンサにおいて
は、化学応答膜を形成するための半導体基板としてのシ
リコン薄膜の厚みを薄くしても、透明基板を補強材とし
て設けているので、所望の機械的強度を有するととも
に、１０μｍ以下の空間分解能を得ることができる。
は、化学応答膜を形成するための半導体基板としてのシ
リコン薄膜の厚みを薄くしても、透明基板を補強材とし
て設けているので、所望の機械的強度を有するととも
に、１０μｍ以下の空間分解能を得ることができる。
【００４３】そして、この発明の光走査型二次元濃度分
布測定装置においては、センサ部の本体を、前述のよう
な優れた特性を有する薄膜シリコンセンサで構成してい
るので、所定の機械的強度を有しながらも高空間分解能
の画像を得ることができる。したがって、従来のこの種
の装置に比べて、イオン濃度の測定を精度よく、能率よ
く行うことができる。
布測定装置においては、センサ部の本体を、前述のよう
な優れた特性を有する薄膜シリコンセンサで構成してい
るので、所定の機械的強度を有しながらも高空間分解能
の画像を得ることができる。したがって、従来のこの種
の装置に比べて、イオン濃度の測定を精度よく、能率よ
く行うことができる。
【図１】この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置の
全体構成を概略的に示す図である。
全体構成を概略的に示す図である。
【図２】前記装置に組み込まれる薄膜シリコンセンサの
形成手順の一例を示す図である。
形成手順の一例を示す図である。
【図３】貼り合わせＳＯＩ基板の製作手順の一例を示す
図である。
図である。
【図４】薄膜シリコンセンサの他の構成を示す図であ
る。
る。
【図５】エピタキシャル成長ＳＯＩ基板の構成を示す図
である。
である。
【図６】薄膜シリコンセンサの他の構成を示す図であ
る。
る。
【図７】従来技術を説明するための図である。
２…センサ部、４…薄膜シリコンセンサ、５…シリコン
薄膜、６…センサ面、７，４４…透明基板、２４…プロ
ーブ光。
薄膜、６…センサ面、７，４４…透明基板、２４…プロ
ーブ光。
フロントページの続き (72)発明者 中西 剛 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン薄膜の一方の面にセンサ面とし
て化学応答膜を形成し、シリコン薄膜の他方の面に透明
基板を補強材として設けたことを特徴とする薄膜シリコ
ンセンサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の薄膜シリコンセンサを
センサ部に組み込み、シリコン薄膜に対してプローブ光
を照射して信号を取り出すようにしたことを特徴とする
光走査型二次元濃度分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9157757A JPH10332633A (ja) | 1997-05-31 | 1997-05-31 | 薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光走査型二次元濃度分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9157757A JPH10332633A (ja) | 1997-05-31 | 1997-05-31 | 薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光走査型二次元濃度分布測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10332633A true JPH10332633A (ja) | 1998-12-18 |
Family
ID=15656678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9157757A Pending JPH10332633A (ja) | 1997-05-31 | 1997-05-31 | 薄膜シリコンセンサおよびこれを用いた光走査型二次元濃度分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10332633A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002004935A1 (fr) * | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Détecteur de molécules |
-
1997
- 1997-05-31 JP JP9157757A patent/JPH10332633A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002004935A1 (fr) * | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Détecteur de molécules |
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