JPS59100851A - 半導体イオンセンサ - Google Patents
半導体イオンセンサInfo
- Publication number
- JPS59100851A JPS59100851A JP57211734A JP21173482A JPS59100851A JP S59100851 A JPS59100851 A JP S59100851A JP 57211734 A JP57211734 A JP 57211734A JP 21173482 A JP21173482 A JP 21173482A JP S59100851 A JPS59100851 A JP S59100851A
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- JP
- Japan
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- substrate
- ion
- region
- area
- electrode
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体イオンセンサに関し、特に半導体の電界
効果を電気化学変換に使用する半導体イオンセンサに関
するものである。
効果を電気化学変換に使用する半導体イオンセンサに関
するものである。
溶液中のイオン濃度全測定する半導体イオンセンサの一
種に電界効ト２ンジスタを用いたｌ５ＦＥＴ （Ｉｏｎ
５ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆ＠ｃｔ Ｔ
ｒａｎａｉａｔｏｒ）がある。該ＩＳＦｇＴは、従来の
ＭＯＳ ＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｌｔｅ Ｓｅｍ１ｅｏ
ｎｄｕｅｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎ
ａｉａｔｏｒ）において金属ゲート電極がイオン感応膜
におきかえられた構造を持つ。該ｌ５ＦＥＴは溶液中で
使用されるため、被測定溶液から電気的に絶縁されなけ
ればならない。
種に電界効ト２ンジスタを用いたｌ５ＦＥＴ （Ｉｏｎ
５ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆ＠ｃｔ Ｔ
ｒａｎａｉａｔｏｒ）がある。該ＩＳＦｇＴは、従来の
ＭＯＳ ＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｌｔｅ Ｓｅｍ１ｅｏ
ｎｄｕｅｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎ
ａｉａｔｏｒ）において金属ゲート電極がイオン感応膜
におきかえられた構造を持つ。該ｌ５ＦＥＴは溶液中で
使用されるため、被測定溶液から電気的に絶縁されなけ
ればならない。
従来、該ｌ５ＦＥＴはバルクシリコンウェーハ１用いて
製作されていたが、該バルクシリコンウェーハに製作さ
れたｌ５ＦＥＴの側面と裏面を被測定溶液から絶縁する
ためには、基板半導体領域の側面と裏面に絶縁膜を設け
る必要があり製造工程が複雑になるという欠点があった
。
製作されていたが、該バルクシリコンウェーハに製作さ
れたｌ５ＦＥＴの側面と裏面を被測定溶液から絶縁する
ためには、基板半導体領域の側面と裏面に絶縁膜を設け
る必要があり製造工程が複雑になるという欠点があった
。
近年、この欠点を取り除くだめサファイア基板上に設け
られた島状シリコン層を用いて形成されたｌ５ＦＥＴが
報告されている。該サファイア基板上に形成されたｌ５
ＦＥＴ（ＳＯ８ｌ５ＦＥＴと略す）はサファイアが良好
な絶縁体であるため、基板領域の絶縁が容易に達成され
るという利点がある。
られた島状シリコン層を用いて形成されたｌ５ＦＥＴが
報告されている。該サファイア基板上に形成されたｌ５
ＦＥＴ（ＳＯ８ｌ５ＦＥＴと略す）はサファイアが良好
な絶縁体であるため、基板領域の絶縁が容易に達成され
るという利点がある。
しかし該ＳＯ８ｌ５ＦＥＴのシリコン基板層は、従来の
バルクシリコンウェーハを用いだｌ８ＦＥＴと同様にソ
ース電極と電気的に接続され、該シリコン基板層の電位
は常にソース電極の電位と等しい電位に設定されていた
。
バルクシリコンウェーハを用いだｌ８ＦＥＴと同様にソ
ース電極と電気的に接続され、該シリコン基板層の電位
は常にソース電極の電位と等しい電位に設定されていた
。
一方、被測定溶液中に複数種類のイオンが存在する場合
、特定のイオンにだけ感応する選択性金持った感応膜全
使用して、それぞれのイオン濃度を測定することができ
る。たとえばパリノマイシンを固定化した感応膜はカリ
ウムイオンに対し選択的に感応し、五酸化タンタル膜は
水素イオンに対し選択的に感応する。このように特定の
イオンに対する選択性を持つ感応膜全般けられたＩｓＦ
′Ｆ、Ｔを集積化するととＫＪ：υ、複数種のイオンを
同時に測定できるマルチイオンセンサができる。
、特定のイオンにだけ感応する選択性金持った感応膜全
使用して、それぞれのイオン濃度を測定することができ
る。たとえばパリノマイシンを固定化した感応膜はカリ
ウムイオンに対し選択的に感応し、五酸化タンタル膜は
水素イオンに対し選択的に感応する。このように特定の
イオンに対する選択性を持つ感応膜全般けられたＩｓＦ
′Ｆ、Ｔを集積化するととＫＪ：υ、複数種のイオンを
同時に測定できるマルチイオンセンサができる。
しかし、イオンによってＲｆｌされる半導体中の電界強
度は、感応膜と基板半導体の間に仕事関数差があるため
イオン種及び感応膜毎に異なる。したがって、溶液中の
複数イオンの濃度測定において、共通の比較電極を使用
した場合、ｌ５ＦＥＴを流れる電流値は異なる感応膜を
もつｌ５ＦＥＴ間で異なり、一つのｌ５ＦＥＴに対し最
適の電流値金力える比較電極電位と基板シリコンの不純
物量を決定しても、他のイオンａ’ｒ測定するｌ５ＦＥ
Ｔに対しては感応膜が異なるため、半導体中に綽起され
る電界は最適の電流値を与える範囲からずれ、過大電流
あるいは過小電流が流れ感度の低下及び測定範囲の減少
という欠点が生じた。上記の互いに異なるイオンを測定
できる複数のｌ５ＦＥＴを従来のバルクシリコンウェー
ハを用いたｌ５ＦＥＴあるいは基板アース電極とソース
電極が短絡されたＳＯ８ｌ５ＦＥＴ’ｉ用いて製作した
場合、上記の欠点を防ぐには各ｌ５ＦＥＴの基板不純物
量をそれぞれ最適化する必要があシ、そのだめには異な
る量の不純物を各ｌ５ＦＥＴＫイオン注入するなど梨造
工程が非常に複雑になるという欠点が生じた。
度は、感応膜と基板半導体の間に仕事関数差があるため
イオン種及び感応膜毎に異なる。したがって、溶液中の
複数イオンの濃度測定において、共通の比較電極を使用
した場合、ｌ５ＦＥＴを流れる電流値は異なる感応膜を
もつｌ５ＦＥＴ間で異なり、一つのｌ５ＦＥＴに対し最
適の電流値金力える比較電極電位と基板シリコンの不純
物量を決定しても、他のイオンａ’ｒ測定するｌ５ＦＥ
Ｔに対しては感応膜が異なるため、半導体中に綽起され
る電界は最適の電流値を与える範囲からずれ、過大電流
あるいは過小電流が流れ感度の低下及び測定範囲の減少
という欠点が生じた。上記の互いに異なるイオンを測定
できる複数のｌ５ＦＥＴを従来のバルクシリコンウェー
ハを用いたｌ５ＦＥＴあるいは基板アース電極とソース
電極が短絡されたＳＯ８ｌ５ＦＥＴ’ｉ用いて製作した
場合、上記の欠点を防ぐには各ｌ５ＦＥＴの基板不純物
量をそれぞれ最適化する必要があシ、そのだめには異な
る量の不純物を各ｌ５ＦＥＴＫイオン注入するなど梨造
工程が非常に複雑になるという欠点が生じた。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去し容易に
被測定溶液からの電気的絶縁が達成され、かつ複数の異
なるイオン感応膜が集積化された場合に各ｌ５ＦＥＴを
流れる電流量を互いに独立に調節することができる新規
な半導体イオンセンサを提出することにある。
被測定溶液からの電気的絶縁が達成され、かつ複数の異
なるイオン感応膜が集積化された場合に各ｌ５ＦＥＴを
流れる電流量を互いに独立に調節することができる新規
な半導体イオンセンサを提出することにある。
本発明によればサファイア基板上に設けられた島状シリ
コン層に、該シリコン層と異なる導電性を有する高不純
物濃度領域からなるソース領域とドレイン領域及び該シ
リコン層と同じ導電性を有する高不純物濃度領域からな
る基板アース領域が互いに独立に備えられ、該ソース領
域と該ドレイン領域の間のシリコン基板層が絶縁体及び
イオン感応膜で覆われてイオンセンサ部が形成され、か
つ該イオンセンサ部の島状シリコン領域から該ソース領
域と該ドレイン領域及び該基板アース領域が互いに独立
に該サファイア基板上に延長され該イオンセンサ部と離
れた領域でそれぞれ金属とのオーミック接触によりソー
ス電極とドレイン電極及び基板アース電極が形成されて
なることを特徴とする半導体イオンセンサが得られる。
コン層に、該シリコン層と異なる導電性を有する高不純
物濃度領域からなるソース領域とドレイン領域及び該シ
リコン層と同じ導電性を有する高不純物濃度領域からな
る基板アース領域が互いに独立に備えられ、該ソース領
域と該ドレイン領域の間のシリコン基板層が絶縁体及び
イオン感応膜で覆われてイオンセンサ部が形成され、か
つ該イオンセンサ部の島状シリコン領域から該ソース領
域と該ドレイン領域及び該基板アース領域が互いに独立
に該サファイア基板上に延長され該イオンセンサ部と離
れた領域でそれぞれ金属とのオーミック接触によりソー
ス電極とドレイン電極及び基板アース電極が形成されて
なることを特徴とする半導体イオンセンサが得られる。
以下本発明について実施例１示す図面を参照して説明す
る。第１図は一実施例を示す平面図でサファイア基板上
に設けられた島状シリコン層を用いて形成され、センサ
部と延長部及び電極部からなる。第２図と第３図及び第
４図は、それぞれ第１図の七ンサ部ａ−ａ’、処長部ｂ
−ｂ’、電極部Ｃ−ｃ′における断面図で、同図におい
て１はサファイア基板、２は第１導電型シリコン基板層
、３は第２導電型高不純物濃度ソース領域、４は第２導
電型高不純物濃度ドレイン領域、５は絶縁体、６はイオ
ン感応膜、７は第１導電型高不純物濃度基板アース領域
、８はソース電極、９はドレイン電極、１０は基板アー
ス電極である。本発明による半導体イオンセンサはサフ
ァイア基板上に設けられているため基板の絶縁が容易に
達成でき、かつ基板アース領域がソース領域とドレイン
領域から独立してサファイア基板上のセンサ部から離れ
た領域に延長されて基板アース電極が形成されることか
ら、複数の半導体センサを一体化した場合においてもそ
れぞれの基板アース領域は互いに独立しておシ、該基板
アース電極により互いに異なる基板電位を与えることが
できる。したがって、種々の異なるイオンを同時に検出
するだめに選択的にイオンを検出するイオン感応膜を持
つ種々の半導体センサを同一基板上に形成した場合にお
いて、イオン感応膜の特性の違いによる誘起電界の違い
があっても、各々の半導体センサの基板電位を該基板ア
ース電極を用いて適当な値に選ぶことによシ、最適な応
答を与える電流値を決めることができる。
る。第１図は一実施例を示す平面図でサファイア基板上
に設けられた島状シリコン層を用いて形成され、センサ
部と延長部及び電極部からなる。第２図と第３図及び第
４図は、それぞれ第１図の七ンサ部ａ−ａ’、処長部ｂ
−ｂ’、電極部Ｃ−ｃ′における断面図で、同図におい
て１はサファイア基板、２は第１導電型シリコン基板層
、３は第２導電型高不純物濃度ソース領域、４は第２導
電型高不純物濃度ドレイン領域、５は絶縁体、６はイオ
ン感応膜、７は第１導電型高不純物濃度基板アース領域
、８はソース電極、９はドレイン電極、１０は基板アー
ス電極である。本発明による半導体イオンセンサはサフ
ァイア基板上に設けられているため基板の絶縁が容易に
達成でき、かつ基板アース領域がソース領域とドレイン
領域から独立してサファイア基板上のセンサ部から離れ
た領域に延長されて基板アース電極が形成されることか
ら、複数の半導体センサを一体化した場合においてもそ
れぞれの基板アース領域は互いに独立しておシ、該基板
アース電極により互いに異なる基板電位を与えることが
できる。したがって、種々の異なるイオンを同時に検出
するだめに選択的にイオンを検出するイオン感応膜を持
つ種々の半導体センサを同一基板上に形成した場合にお
いて、イオン感応膜の特性の違いによる誘起電界の違い
があっても、各々の半導体センサの基板電位を該基板ア
ース電極を用いて適当な値に選ぶことによシ、最適な応
答を与える電流値を決めることができる。
多ａＤｉのイオンを検する半導体イオンセンサの例を第
５図に示す。４ａ類の異なるイオンの濃度を測定するた
め、互いに異なる・イオン感応膜が表面に設けられた４
個のイオンセンサからなっている。本発明はさらに多く
のイオンセンサを一体化する場合にも適用することが可
能である。
５図に示す。４ａ類の異なるイオンの濃度を測定するた
め、互いに異なる・イオン感応膜が表面に設けられた４
個のイオンセンサからなっている。本発明はさらに多く
のイオンセンサを一体化する場合にも適用することが可
能である。
第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図と第３
図及び第４図は、それぞれ第１図のａ−ａ’ ｒ ｂ−
ｂ’ 、 ｃ−ｃ’における断面図、第５図は４個の互
いに異なるイオン感応膜をもつ本発明にかかるＩ Ｓ
ＦＥＴ ｉオンチップ化した一実施例を示す平面図であ
る。第２図と第３図及び第４図において、１はサファイ
ア基板、２は第１導電型シリコン基板層、３は第２導電
型高不純物濃度ソース領域、４は第２導電型高不純物濃
度ドレイン領域、５は絶縁体、６はイオン感応膜、７は
第１導電型高不純物濃度基板アース佃域、８はソース電
極、９はドレイン電極、１０は基板アース電極である。
図及び第４図は、それぞれ第１図のａ−ａ’ ｒ ｂ−
ｂ’ 、 ｃ−ｃ’における断面図、第５図は４個の互
いに異なるイオン感応膜をもつ本発明にかかるＩ Ｓ
ＦＥＴ ｉオンチップ化した一実施例を示す平面図であ
る。第２図と第３図及び第４図において、１はサファイ
ア基板、２は第１導電型シリコン基板層、３は第２導電
型高不純物濃度ソース領域、４は第２導電型高不純物濃
度ドレイン領域、５は絶縁体、６はイオン感応膜、７は
第１導電型高不純物濃度基板アース佃域、８はソース電
極、９はドレイン電極、１０は基板アース電極である。
Claims (1)
- サファイア基板上に設けられた島状シリコン層に、該シ
リコン層と異なる導電性金有する高不純物濃度領域から
なるソース領域とドレイ／領域及び該シリコン層と同じ
導電性を有する高不純物濃度領域からなる基板アース領
域が互いに独立に備えられ、該ソース領域と該ドレイン
領域の間のシリコン基板層が絶縁体及びイオン感応膜で
覆われてイオンセンサ部が形成され、かつ該イオンセン
サ部の島状シリコン領域から該ソース領域と該ドレイン
領域及び該基板アース領域が互いに独立に該サファイア
基板上に延長され該イオンセンサ部と離れた領域でそれ
ぞれ金属とのオーミ、り接触によりソース電極とドレイ
ン電極及び基板アース電極が形成されてなることを特徴
とする半導体イオンセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57211734A JPS59100851A (ja) | 1982-12-02 | 1982-12-02 | 半導体イオンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57211734A JPS59100851A (ja) | 1982-12-02 | 1982-12-02 | 半導体イオンセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59100851A true JPS59100851A (ja) | 1984-06-11 |
Family
ID=16610701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57211734A Pending JPS59100851A (ja) | 1982-12-02 | 1982-12-02 | 半導体イオンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59100851A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62144059A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | イオンセンサ |
| JPS62102160U (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-29 |
-
1982
- 1982-12-02 JP JP57211734A patent/JPS59100851A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62144059A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | イオンセンサ |
| JPS62102160U (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-29 | ||
| JPH0511785B2 (ja) * | 1985-12-18 | 1993-02-16 | Shindengen Electric Mfg |
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