JPH11218515A - 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
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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- JPH11218515A JPH11218515A JP10034343A JP3434398A JPH11218515A JP H11218515 A JPH11218515 A JP H11218515A JP 10034343 A JP10034343 A JP 10034343A JP 3434398 A JP3434398 A JP 3434398A JP H11218515 A JPH11218515 A JP H11218515A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度の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。 【解決手段】 シリコン基板５の一方の面にセンサ面６
としての化学応答膜を備え、他方の面に反射防止機能を
有する透明膜７を備えている。
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】 シリコン基板５の一方の面にセンサ面６
としての化学応答膜を備え、他方の面に反射防止機能を
有する透明膜７を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、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。
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交流光電流
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交流光電流
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、そのセ
ンサ７０として、ｐ型あるいはｎ型のシリコン基板７１
の表面に、ＳｉＯ2 などの酸化膜７２とＳｉ3 Ｎ4 など
の窒化膜７３とからなる絶縁性のｐＨ応答膜７４を設け
て電解液と接しさせ、ＥＩＳ構造を構成していた。そし
て、前記シリコン基板７１の裏面（図においては下方）
から禁制帯エネルギー以上のエネルギーを持つ変調され
た近赤外領域のレーザ光を局部的に照射すると、シリコ
ン基板７１中に電子・正孔対を光キャリアとして生じ、
応答膜７４と接するシリコン基板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。この光電流の大きさがｐＨ値によって変化するた
め、前記レーザ光を走査しながら照射することによって
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、そのセ
ンサ７０として、ｐ型あるいはｎ型のシリコン基板７１
の表面に、ＳｉＯ2 などの酸化膜７２とＳｉ3 Ｎ4 など
の窒化膜７３とからなる絶縁性のｐＨ応答膜７４を設け
て電解液と接しさせ、ＥＩＳ構造を構成していた。そし
て、前記シリコン基板７１の裏面（図においては下方）
から禁制帯エネルギー以上のエネルギーを持つ変調され
た近赤外領域のレーザ光を局部的に照射すると、シリコ
ン基板７１中に電子・正孔対を光キャリアとして生じ、
応答膜７４と接するシリコン基板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。この光電流の大きさがｐＨ値によって変化するた
め、前記レーザ光を走査しながら照射することによって
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、前記光走査型ｐＨ画像装置を用い
てｐＨ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、
シリコン基板７１におけるシリコン層の厚みに依存して
いるため、シリコン基板７１を表裏両面とも研磨し、そ
の厚みを、例えば５０〜１００μｍ程度にまで薄くして
いる。
てｐＨ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、
シリコン基板７１におけるシリコン層の厚みに依存して
いるため、シリコン基板７１を表裏両面とも研磨し、そ
の厚みを、例えば５０〜１００μｍ程度にまで薄くして
いる。
【０００６】
【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、シリコン基板７１の裏面から
照射されるレーザ光は、シリコン基板７１の研磨された
裏面で反射されることにより、シリコン基板７１内に入
射し、吸収される光量が少なくなる。このため、シリコ
ン基板７１において生ずる光キャリアが少なくなり、信
号としての光電流の強度が小さくなり、高感度のセンサ
を得る上で大きな妨げとなっていた。
型ｐＨ画像装置において、シリコン基板７１の裏面から
照射されるレーザ光は、シリコン基板７１の研磨された
裏面で反射されることにより、シリコン基板７１内に入
射し、吸収される光量が少なくなる。このため、シリコ
ン基板７１において生ずる光キャリアが少なくなり、信
号としての光電流の強度が小さくなり、高感度のセンサ
を得る上で大きな妨げとなっていた。
【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
に生じているところである。
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
に生じているところである。
【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、高感度の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、高感度の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、この発明のシリコンセンサは、シリコン基板の一方
の面にセンサ面としての化学応答膜を備え、他方の面に
反射防止機能を有する透明膜を備えている（請求項
１）。
め、この発明のシリコンセンサは、シリコン基板の一方
の面にセンサ面としての化学応答膜を備え、他方の面に
反射防止機能を有する透明膜を備えている（請求項
１）。
【００１０】上記構成のシリコンセンサによれば、シリ
コン基板に対する光入射側に形成された透明膜が入射光
の反射防止膜として作用し、これによって、シリコン基
板に入射し、吸収される光量が多くなる。このため、シ
リコン基板において多数の光キャリアが生じ、したがっ
て、信号としての光電流の強度が大きくなり、高感度の
センサが得られる。
コン基板に対する光入射側に形成された透明膜が入射光
の反射防止膜として作用し、これによって、シリコン基
板に入射し、吸収される光量が多くなる。このため、シ
リコン基板において多数の光キャリアが生じ、したがっ
て、信号としての光電流の強度が大きくなり、高感度の
センサが得られる。
【００１１】また、この発明の光走査型二次元濃度分布
測定装置は、前記シリコンセンサをセンサ部に組み込
み、シリコン基板に対して光を照射して信号を取り出す
ようにしている（請求項２）。
測定装置は、前記シリコンセンサをセンサ部に組み込
み、シリコン基板に対して光を照射して信号を取り出す
ようにしている（請求項２）。
【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、センサ部のセンサが所望の高感
度を有するので、イオン濃度など化学情報を高感度で検
出することができ、より詳しい化学情報を得ることがで
きる。
布測定装置においては、センサ部のセンサが所望の高感
度を有するので、イオン濃度など化学情報を高感度で検
出することができ、より詳しい化学情報を得ることがで
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、その本体がシリコンセ
ンサ４よりなる。このシリコンセンサ４は、シリコン基
板５の上面にセンサ面６を備え、下面に透明膜７を備え
てなるもので、その形成方法の一例を図２を参照しなが
ら説明する。
ンサ４よりなる。このシリコンセンサ４は、シリコン基
板５の上面にセンサ面６を備え、下面に透明膜７を備え
てなるもので、その形成方法の一例を図２を参照しなが
ら説明する。
【００１５】（１）まず、例えばｎ型シリコン基板５を
用意する（図２（Ａ）参照）。このシリコン基板５は、
例えば縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ６００μｍ程度の
大きさである。
用意する（図２（Ａ）参照）。このシリコン基板５は、
例えば縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ６００μｍ程度の
大きさである。
【００１６】（２）前記シリコン基板５の上下両面を機
械的手法により研磨して厚さ１００μｍ程度にまで薄く
する（同図（Ｂ）参照）。この研磨は、空間分解能向
上、信号強度向上、面内分布特性向上を目的として行わ
れる。
械的手法により研磨して厚さ１００μｍ程度にまで薄く
する（同図（Ｂ）参照）。この研磨は、空間分解能向
上、信号強度向上、面内分布特性向上を目的として行わ
れる。
【００１７】（３）前記研磨したシリコン基板５の上下
両面に絶縁層としてのＳｉＯ2 膜（厚さ２０μｍ）８と
Ｓｉ3 Ｎ4 膜（厚さ６０μｍ）９をこの順で、熱酸化や
ＣＶＤなどの手法によって形成する（同図（Ｃ）参
照）。そして、この実施の形態においては、前記シリコ
ン基板５の上面側のＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ4 膜９とか
らなる部分６は、化学応答膜（センサ面）として機能
し、シリコン基板５の下面側のＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ
4 膜９とからなる部分７は、入射光の反射防止膜として
の透明膜７として機能する。
両面に絶縁層としてのＳｉＯ2 膜（厚さ２０μｍ）８と
Ｓｉ3 Ｎ4 膜（厚さ６０μｍ）９をこの順で、熱酸化や
ＣＶＤなどの手法によって形成する（同図（Ｃ）参
照）。そして、この実施の形態においては、前記シリコ
ン基板５の上面側のＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ4 膜９とか
らなる部分６は、化学応答膜（センサ面）として機能
し、シリコン基板５の下面側のＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ
4 膜９とからなる部分７は、入射光の反射防止膜として
の透明膜７として機能する。
【００１８】（４）そして、例えばＨＦ（フッ化水素
酸）を用いて化学エッチングを行って透明膜７の一部を
除去した後、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１０を形成する（同図（Ｄ）参照）。
酸）を用いて化学エッチングを行って透明膜７の一部を
除去した後、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１０を形成する（同図（Ｄ）参照）。
【００１９】上述のようにして、シリコン基板５の上面
にＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ4 膜９とからなるセンサ面６
が形成され、シリコン基板５の下面にＳｉＯ2 膜８とＳ
ｉ3Ｎ4 膜９とからなる透明膜７が形成されたシリコン
センサ４が得られる。
にＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ4 膜９とからなるセンサ面６
が形成され、シリコン基板５の下面にＳｉＯ2 膜８とＳ
ｉ3Ｎ4 膜９とからなる透明膜７が形成されたシリコン
センサ４が得られる。
【００２０】再び図１において、１１は上述のようにし
て形成されたセンサ面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１１とセンサ面６
とによってセル１２が形成される。このセル１２内に
は、液体などの試料１３がセンサ面６に接触するように
収容される。そして、１４，１５はセル１２内の試料１
３に接触するように設けられる対極、比較電極である。
て形成されたセンサ面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１１とセンサ面６
とによってセル１２が形成される。このセル１２内に
は、液体などの試料１３がセンサ面６に接触するように
収容される。そして、１４，１５はセル１２内の試料１
３に接触するように設けられる対極、比較電極である。
【００２１】１６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１７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１７からの信号によって制御される。
【００２２】そして、前記光照射部３は、例えば近赤外
領域のレーザ光１８を発するレーザ光源からなり、セン
サ面６とは反対側に設けられている。この光照射部３
は、後述するインタフェースボード２３を介してコンピ
ュータ２４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１６によって二次元方向に走査さ
れるセンサ部２のシリコン基板５に対して透明膜７側か
ら最適なビーム径になるように調整されたレーザ光１８
を照射するように構成されている。
領域のレーザ光１８を発するレーザ光源からなり、セン
サ面６とは反対側に設けられている。この光照射部３
は、後述するインタフェースボード２３を介してコンピ
ュータ２４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１６によって二次元方向に走査さ
れるセンサ部２のシリコン基板５に対して透明膜７側か
ら最適なビーム径になるように調整されたレーザ光１８
を照射するように構成されている。
【００２３】１９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、シリコン基板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２０、シリコ
ンセンサ４に形成されたオーミック電極１０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
２１、この電流−電圧変換器２１からの信号が入力され
る演算増幅回路２２、この演算増幅回路２３と信号を授
受したり、レーザ光源３および走査制御装置１７に対す
る制御信号を出力するインタフェースボード２３などよ
りなる。
御ボックスであって、シリコン基板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２０、シリコ
ンセンサ４に形成されたオーミック電極１０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
２１、この電流−電圧変換器２１からの信号が入力され
る演算増幅回路２２、この演算増幅回路２３と信号を授
受したり、レーザ光源３および走査制御装置１７に対す
る制御信号を出力するインタフェースボード２３などよ
りなる。
【００２４】２４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、２５は例えばキーボードなどの入力装置、２６はカ
ラーディスプレイなどの表示装置、２７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、２５は例えばキーボードなどの入力装置、２６はカ
ラーディスプレイなどの表示装置、２７はメモリ装置で
ある。
【００２５】上記構成の光走査型ｐＨ画像装置において
は、セル１２内に試料１３として溶液を収容し、この溶
液１３内に対極１４および比較電極１５を浸漬する。そ
して、この状態で、シリコン基板５に空乏層が生じるよ
うに、ポテンショスタット２０によって、比較電極１５
とオーミック電極１０との間に所定のバイアス電圧を印
加する。
は、セル１２内に試料１３として溶液を収容し、この溶
液１３内に対極１４および比較電極１５を浸漬する。そ
して、この状態で、シリコン基板５に空乏層が生じるよ
うに、ポテンショスタット２０によって、比較電極１５
とオーミック電極１０との間に所定のバイアス電圧を印
加する。
【００２６】前記バイアス電圧を印加した状態で、コン
ピュータ２４からの制御信号をインタフェースボード２
３を介してレーザ光源３に入力すると、レーザ光源３か
らのレーザ光１８が一定周期（例えば１０ｋＨｚ）でシ
リコン基板５に断続的に照射され、シリコン基板５内に
交流の光電流が発生する。この光電流は、シリコン基板
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１３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２４からの制御信号をインタフェースボード２
３を介してレーザ光源３に入力すると、レーザ光源３か
らのレーザ光１８が一定周期（例えば１０ｋＨｚ）でシ
リコン基板５に断続的に照射され、シリコン基板５内に
交流の光電流が発生する。この光電流は、シリコン基板
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１３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。
【００２７】そして、コンピュータ２４からの制御信号
をインタフェースボード２３を介して走査制御装置１７
に入力して、センサ部走査装置１６をＸ，Ｙ方向に移動
させることにより、シリコン基板５にレーザ光１８が二
次元方向に走査されるように照射され、溶液１３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２６の画面上にｐＨ
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２３を介して走査制御装置１７
に入力して、センサ部走査装置１６をＸ，Ｙ方向に移動
させることにより、シリコン基板５にレーザ光１８が二
次元方向に走査されるように照射され、溶液１３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２６の画面上にｐＨ
を表す二次元画像が表示される。
【００２８】上述の光走査型ｐＨ画像装置においては、
シリコンセンサ４のシリコン基板５のレーザ光１８入射
側に透明膜７が形成されているので、この透明膜７がシ
リコン基板５に入射するレーザ光１８の反射防止膜とし
て作用し、これによって、シリコン基板５に入射し、吸
収される光量が多くなる。このため、シリコン基板５に
おいて多数の光キャリアが生じ、したがって、信号とし
ての光電流の強度が大きくなり、それだけ感度よく化学
情報（この場合、ｐＨ）を得ることができる。したがっ
て、ｐＨの二次元分布をより精度よく測定することがで
きる。
シリコンセンサ４のシリコン基板５のレーザ光１８入射
側に透明膜７が形成されているので、この透明膜７がシ
リコン基板５に入射するレーザ光１８の反射防止膜とし
て作用し、これによって、シリコン基板５に入射し、吸
収される光量が多くなる。このため、シリコン基板５に
おいて多数の光キャリアが生じ、したがって、信号とし
ての光電流の強度が大きくなり、それだけ感度よく化学
情報（この場合、ｐＨ）を得ることができる。したがっ
て、ｐＨの二次元分布をより精度よく測定することがで
きる。
【００２９】図３は、上記透明膜７を備えたシリコンセ
ンサ４と、透明膜７を備えない従来のシリコンセンサ４
のそれぞれにおける基本動作特性（電流電圧曲線）を示
すもので、横軸はバイアス電圧を、縦軸は交流光電流
（信号）をそれぞれ表しており、実線Ａは透明膜７を備
えたものの特性を、仮想線Ｂは透明膜７を備えないもの
の特性をそれぞれ表している。この図から、シリコンセ
ンサに透明膜７を形成することにより、信号強度が２倍
近く向上していることがわかる。
ンサ４と、透明膜７を備えない従来のシリコンセンサ４
のそれぞれにおける基本動作特性（電流電圧曲線）を示
すもので、横軸はバイアス電圧を、縦軸は交流光電流
（信号）をそれぞれ表しており、実線Ａは透明膜７を備
えたものの特性を、仮想線Ｂは透明膜７を備えないもの
の特性をそれぞれ表している。この図から、シリコンセ
ンサに透明膜７を形成することにより、信号強度が２倍
近く向上していることがわかる。
【００３０】そして、上記実施の形態で例示したシリコ
ンセンサ４の製造方法においては、シリコン基板５を所
定の厚さに研磨した後、その上下両面にＳｉＯ2 膜８と
Ｓｉ3 Ｎ4 膜９とを形成するものであるので、これらの
膜形成を簡単に行なえるといった利点がある。
ンセンサ４の製造方法においては、シリコン基板５を所
定の厚さに研磨した後、その上下両面にＳｉＯ2 膜８と
Ｓｉ3 Ｎ4 膜９とを形成するものであるので、これらの
膜形成を簡単に行なえるといった利点がある。
【００３１】また、上記実施の形態においては、シリコ
ン基板５としてｎ型シリコン基板を用いているが、これ
に代えて、ｐ型シリコン基板を用いてもよい。そして、
予め両面研磨して所定の厚み（１００μｍ程度）にした
ｎ型またはｐ型シリコン基板を用いてもよい。さらに、
オーミック電極１０は、シリコンセンサ４のセンサ面６
側に形成してもよく、オーミック電極１０を、透明膜７
を形成する前に形成しておいてもよい。
ン基板５としてｎ型シリコン基板を用いているが、これ
に代えて、ｐ型シリコン基板を用いてもよい。そして、
予め両面研磨して所定の厚み（１００μｍ程度）にした
ｎ型またはｐ型シリコン基板を用いてもよい。さらに、
オーミック電極１０は、シリコンセンサ４のセンサ面６
側に形成してもよく、オーミック電極１０を、透明膜７
を形成する前に形成しておいてもよい。
【００３２】図４は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、この実施の形態におけるシリコンセンサ４は、
例えば厚さ５００μｍのシリコン基板５の一方の面にの
みＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ4 膜９とをそれぞれ所定の厚
みになるようにこの順で形成し、その後、シリコン基板
５の他方の面を研磨して所定の厚み（例えば１００μ
ｍ）になるようにし、その後、他方の面に適宜の手法
で、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2とを適当な比率で混合してな
るＩＴＯ（透明導電膜）よりなる透明膜２８を形成した
ものである。
もので、この実施の形態におけるシリコンセンサ４は、
例えば厚さ５００μｍのシリコン基板５の一方の面にの
みＳｉＯ2 膜８とＳｉ3 Ｎ4 膜９とをそれぞれ所定の厚
みになるようにこの順で形成し、その後、シリコン基板
５の他方の面を研磨して所定の厚み（例えば１００μ
ｍ）になるようにし、その後、他方の面に適宜の手法
で、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2とを適当な比率で混合してな
るＩＴＯ（透明導電膜）よりなる透明膜２８を形成した
ものである。
【００３３】上記図４に示す実施の形態から理解される
ように、シリコン基板５に形成される透明膜２８として
は、導電性を有するものであってもよく、この場合、オ
ーミック電極１０を透明膜２８に直接形成することがで
きる。
ように、シリコン基板５に形成される透明膜２８として
は、導電性を有するものであってもよく、この場合、オ
ーミック電極１０を透明膜２８に直接形成することがで
きる。
【００３４】ところで、センサ面６および透明膜６（ま
たは２８）を形成するための基板５としては、上述した
単体のシリコン基板のみならず、ＳＯＩ基板のような複
合構造のシリコン基板を用いることもできる。ここで、
ＳＯＩとは、Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
のことであり、このようなＳＯＩ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。
たは２８）を形成するための基板５としては、上述した
単体のシリコン基板のみならず、ＳＯＩ基板のような複
合構造のシリコン基板を用いることもできる。ここで、
ＳＯＩとは、Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
のことであり、このようなＳＯＩ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。
【００３５】図５は、貼り合わせＳＯＩ基板を説明する
ための図で、この図（Ａ）に示すように、例えば厚さ６
００μｍのｎ型シリコン基板２９の一方の面に厚さ１μ
ｍ程度のＳｉＯ2 層３０を形成したものと、ＳｉＯ2 層
を形成してないｎ型シリコン基板３１とを、ＳｉＯ2 層
３０を介して接合（貼り合わせ）して、同図（Ｂ）に示
すように、シリコン基板２９、ＳｉＯ2 層３０、シリコ
ン基板３１からなるものとし、さらに、同図（Ｃ）に示
すように、例えば上方のシリコン基板３１を切削により
薄くして厚さ１〜２μｍのシリコン活性層３１Ａとした
もので、シリコン基板２９、ＳｉＯ2 層３０、シリコン
活性層３１Ａからなる貼り合わせＳＯＩ基板３２が形成
される。
ための図で、この図（Ａ）に示すように、例えば厚さ６
００μｍのｎ型シリコン基板２９の一方の面に厚さ１μ
ｍ程度のＳｉＯ2 層３０を形成したものと、ＳｉＯ2 層
を形成してないｎ型シリコン基板３１とを、ＳｉＯ2 層
３０を介して接合（貼り合わせ）して、同図（Ｂ）に示
すように、シリコン基板２９、ＳｉＯ2 層３０、シリコ
ン基板３１からなるものとし、さらに、同図（Ｃ）に示
すように、例えば上方のシリコン基板３１を切削により
薄くして厚さ１〜２μｍのシリコン活性層３１Ａとした
もので、シリコン基板２９、ＳｉＯ2 層３０、シリコン
活性層３１Ａからなる貼り合わせＳＯＩ基板３２が形成
される。
【００３６】そして、上記構成の貼り合わせＳＯＩ基板
３２の上面（シリコン活性層３１Ａ）にセンサ面６を形
成し、下面（シリコン基板２９）に透明膜６（または２
８）を形成するのである。
３２の上面（シリコン活性層３１Ａ）にセンサ面６を形
成し、下面（シリコン基板２９）に透明膜６（または２
８）を形成するのである。
【００３７】図６は、エピタキシャル成長ＳＯＩ基板を
説明するための図で、この図において、３３はエピタキ
シャル成長ＳＯＩ基板で、所定の厚み（例えば６００ｍ
ｍ）を有するシリコン単結晶基板３４の上面に、γ−Ａ
ｌ2 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３５と、この酸化アルミニ
ウム薄膜３５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３６とから
なるものである。
説明するための図で、この図において、３３はエピタキ
シャル成長ＳＯＩ基板で、所定の厚み（例えば６００ｍ
ｍ）を有するシリコン単結晶基板３４の上面に、γ−Ａ
ｌ2 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３５と、この酸化アルミニ
ウム薄膜３５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３６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３３の上面（シリコン膜３６）にセンサ面６を形成
し、下面（シリコン単結晶基板３４）に透明膜６（また
は２８）を形成するのである。
板３３の上面（シリコン膜３６）にセンサ面６を形成
し、下面（シリコン単結晶基板３４）に透明膜６（また
は２８）を形成するのである。
【００３９】なお、シリコン基板５（または３２，３
３）に照射される光は、上記近赤外領域のレーザ光以外
の可視光など適宜の波長領域のものを用いることができ
る。
３）に照射される光は、上記近赤外領域のレーザ光以外
の可視光など適宜の波長領域のものを用いることができ
る。
【００４０】また、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
６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
６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。
【００４１】
【発明の効果】この発明のシリコンセンサによれば、シ
リコン基板に対する光入射側に形成された透明膜が入射
光の反射防止膜として作用し、これによって、シリコン
基板に入射し、吸収される光量が多くなる。このため、
シリコン基板において多数の光キャリアが生じ、したが
って、信号としての光電流の強度が大きくなり、高感度
のセンサが得られる。
リコン基板に対する光入射側に形成された透明膜が入射
光の反射防止膜として作用し、これによって、シリコン
基板に入射し、吸収される光量が多くなる。このため、
シリコン基板において多数の光キャリアが生じ、したが
って、信号としての光電流の強度が大きくなり、高感度
のセンサが得られる。
【００４２】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シリコンセンサで構成しているの
で、イオン濃度など化学情報を高感度で検出することが
でき、より詳しい化学情報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シリコンセンサで構成しているの
で、イオン濃度など化学情報を高感度で検出することが
でき、より詳しい化学情報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シリコンセンサの形成
手順の一例を示す図である。
手順の一例を示す図である。
【図３】前記シリコンセンサの基本動作特性を、従来の
シリコンセンサの基本動作特性とともに示した図であ
る。
シリコンセンサの基本動作特性とともに示した図であ
る。
【図４】シリコンセンサの他の構成例を示す図である。
【図５】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６】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７】従来技術を説明するための図である。
２…センサ部、４…シリコンセンサ、５，３２，３３…
シリコン基板、６…センサ面、７，２８…透明膜、１８
…光。
シリコン基板、６…センサ面、７，２８…透明膜、１８
…光。
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン基板の一方の面にセンサ面とし
ての化学応答膜を備え、他方の面に反射防止機能を有す
る透明膜を備えてなることを特徴とするシリコンセン
サ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のシリコンセンサをセン
サ部に組み込み、シリコン基板に対して光を照射して信
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 |
|---|---|---|---|
| JP10034343A JPH11218515A (ja) | 1998-01-31 | 1998-01-31 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP10034343A JPH11218515A (ja) | 1998-01-31 | 1998-01-31 | 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 |
|---|---|
| JPH11218515A true JPH11218515A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12411499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10034343A Pending JPH11218515A (ja) | 1998-01-31 | 1998-01-31 | 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) | JPH11218515A (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 |
-
1998
- 1998-01-31 JP JP10034343A patent/JPH11218515A/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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