JPS59164952A - Fetイオンセンサ - Google Patents

Fetイオンセンサ

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Publication number
JPS59164952A
JPS59164952A JP58039274A JP3927483A JPS59164952A JP S59164952 A JPS59164952 A JP S59164952A JP 58039274 A JP58039274 A JP 58039274A JP 3927483 A JP3927483 A JP 3927483A JP S59164952 A JPS59164952 A JP S59164952A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
ion
sensitive
polymer
fet
Prior art date
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Pending
Application number
JP58039274A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Miyagi
宮城 宏行
Takuya Maruizumi
丸泉 琢也
Keiji Tsukada
啓二 塚田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58039274A priority Critical patent/JPS59164952A/ja
Publication of JPS59164952A publication Critical patent/JPS59164952A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はFETイオンセンサに係シ、特に安定なイオン
感応膜を装着したイオンセンサに関する。
〔従来技術〕
FETイオンセンサは小形化、集積化に適し、生体液、
細胞液中の各種イオンを計測するのに適している。この
種のイオンセンサは感応ゲート部に夫々のイオンに選択
的に応答する感応膜を塗付して構成するが、有機高分子
膜を従来の直接キャスティング法(例: S、 D、 
Mo5s、 J、 Janataand C,C,Jo
hnson、 Anal、(!hem、 47.223
8−2243.1975)で絶縁膜に塗付したセンサは
、密着性が悪く不安定である。これは主として、イオン
感応膜を形成する可塑剤あるいはキャスティング用溶媒
などが絶縁膜との界面に残シ、特に、水溶液に接する先
端部などにおいて、界面に水分子が拡散して、センサと
しての応答を妨害することによるものと考えられている
高分子膜形FETセンサは、例えばK +。
NHzなとにおいて、無機材からなるイオン感応膜では
達成不可能な選択性を有しているので、経時的な安定性
が得られれは、優れたセンサができる。
〔発明の目的〕
本発明は、安定に作動するFETイオンセンサを提供す
ることを主たる目的とする。
〔発明の概要〕
本発明の目的を達成するために、種々検討した結果、可
塑剤、イオン感応物質などを溶媒を用いてゲート絶縁膜
上に塗付する従来の方法は、絶縁膜と高分子膜との密着
性を低下させることが明らかになった。そこで、高分子
膜を予めドライな方法で絶縁膜上に塗付し、その上にイ
オン感応物質を含む高分子イオン感応膜を塗付する方法
により、優れたFETイオンセンサーが得られた。
さらに他の方法として絶縁膜の処理と、2層構造のイオ
ン感応膜を採用することとした。即ち、絶縁膜を高分子
膜の保持に適するよう表面処理し、その上部には絶縁膜
と密度しやすい材料からなる高分子膜を塗付する。更に
、目的とするイオン感応膜を該高分子膜上に形成するこ
とにより、全体としての密着性を高め九FETイオンセ
ンサーを得た。
〔発明の実施例〕
本発明を実施例に基づき、以下、詳細に説明する。本発
明によるFETイオンセンサの基本的な構成を第1図に
示す。この実施例では、シリコン基板上 からなるゲート領域を設けたFETを用いている。
ゲート上には酸化膜3、絶縁膜4が形成されている。更
に、絶縁膜4の上に、イオン感応物質を含まぬ第1の高
分子膜5が形成されておシ、該高分子膜上にイオン感応
物質を含む第2の高分子膜を塗付した構造としたつ上記
第1の高分子膜は絶縁膜との密着性を高めるために真空
蒸着法、プラズマ重合法などの方法により降成し、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化
ビニリチン、ポリスチレン、ポリカーボネートなど、各
種の材料が使用できる。第1の高分子膜は、可塑剤を含
まぬものであることが好ましい。また、第2の高分子膜
には、ポリ塩化ビニル中に可塑剤と共に第4級アンモニ
ウム塩などのイオン交換物質、パリノマイシン、ノナク
チン/モナクチンなどのニュートラルキャリアーを分散
したもの、シリコン、エポキシ、ポリカーボネートなど
の樹脂に上記イオン感応物質を分散させたものなどが使
用できる。これらのイオン感応膜は第1の高分子膜上に
直接キャスティングすふか、あるいは高分子膜上で重合
させる方法などで形成する。特に、ディップコート法な
どを採用する際には、第1の高分子膜材料が第2高分子
膜のキャスティング溶媒に溶解するものであることが望
ましい。更に、望1しくけ、第1高分子膜と第2高分子
膜の母材が同種のものであることである。
本発明の具体的な実施例を第2図に示す。素子の構成は
第1図同様に、シリコン基板上に形成したゲート、酸化
膜3、Si3N4絶縁膜4などから構成される。この実
施例では、耐水性忙高めるために、5jaN4膜上にT
a’205膜10を形成した。
Ta205形成後、表面を十分に洗浄し、その後プラズ
マ重合法で素子の表、裏面にポリ塩化ビニルを厚さ5〜
20μm程度形成し、第1の高分子膜5とした。この膜
は極めて緻密であるため、シリコン基板裏面の耐水性を
高めるのにも役立つ。第1の高分子膜を塗付した素子の
ゲート部分をイオン感応物質を含む高分子膜のキャスト
液中に浸漬し、ディップコート法で第2の高分子膜を形
成した。このキャスト液はCt−イオン用として、第4
級アンモニウム塩の塩化トリメチルトリドデシルアンモ
ニウム、可1ullの5−フェニールペンタノール、母
材のポリ塩化ビニルをテトラヒドロフラン(THF)に
溶解したものを用いた。溶媒を蒸発させた後の第1高分
子嘆と第2高分子膜の厚さの和は50μm以下とするよ
う調節した。
従来の絶縁膜上にイオン感応膜を直接キャスティングし
て成形する方法に比較し、本発明による方法でイオン感
応膜を塗付したセンサは、絶縁膜との密着性が良いため
、安定に動作する。第3図に、本i明によるCt−セン
サ(〜と従来法によるもの■について、スロープ感度の
経日変化を比較した結果を示す。図よシ明らかなように
、従来のセンサは短期間安定に動作するのみであるのに
対し、本発明のセンサは従来の10倍以上の安定性を有
する。
第4図は本発明をシリコンオンサファイア(SO8)基
板を利用するイオンセンサに適用した実施例である。サ
ファイア基板11上のエピシリコン層に不純物を拡散し
ドレン2、ソース2′を形成した。その上に酸化膜3、
絶縁膜4を被せた構造となっている。該絶縁膜上にポリ
塩化ビニルからなる第1高分子膜5を蒸着法で塗付し、
更に、パリノマイシン、ジオクチルアジペート、ポリ塩
化ビニルからなる第2高分子膜材料をテトラヒドロフラ
ンとシクロペンタノンからなる混合溶媒に溶解した液を
スピンナー塗付してに+センサとしたものである。この
勇施例でも、センサ出力は長期に百り、安定であった。
       ”0第5図は、本発明による他の実施例
のFETイオンセンサのゲート部断面図である。この実
施例はサファイア基板11上にnシリコン52.52’
及びpシリコン53からなるゲートを形成したシリコン
オンサファイア(SO’S)形のセンサ素子である。通
常のFETと同様に、ゲートの上部には酸化膜54、絶
縁膜55が形成されている。この実施例ではSi3N<
膜を絶縁膜とした。Si3N4膜形成後、不活性ガスを
用いるスパッタリングあるいは化学的エツチング法によ
jl)S1aN4の表面を不均一にエツチングし、凹凸
を生じさせる。表面に凹凸が生じた素子に第1の高分子
膜56を真空蒸着法、プラズマ蒸着法などの気相成長法
で塗付する。ここで用いる高分子膜は、例えばポリ塩化
ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレンなどが適してお
り、イオン感応物質は含まない。また、この高分子膜層
の厚さは数μあるいはそれ以下でよい。最終的には、該
高分子膜層の上にイオン感応物質を含む第2の高分子膜
57を塗付する。この高分子膜は通常行なわれているよ
うに、イオン感応物質、可塑性、膜母材などを適当な溶
媒に溶解し、これを第1の高分子膜上に塗付する方法が
採用できる。この際、第1の高分子膜と第2のイオン感
応高分子膜母材とは同じ材料であることが望ましく、ま
たQま、異る材質の場合には、・イオン感応、漠の溶媒
が第1の高分子族の溶剤として働くことが望ましい。同
種の材料を用いれば、第1の高分子膜と第2の高分子膜
は連続的な組成変化を示し、完全に接着できる。また、
異種材料を用い、共通溶媒を用いた場合でも、接着層の
強度は十分に高くすることができる。
第6図は本発明のさらに他の実施例である。第5図の実
施例では、ゲート形成面にのみ高分子膜を塗付していた
が、第6図の実施例では、ゲート而からサファイア基板
全面にまで高分子膜を塗付した。この場合、イオン感応
物質を含まぬ第1の高分子膜56は蒸着法、特にプラズ
マ重合法あるいは化学的蒸右法(C’V D法)などで
形成し、素子全面に塗付した。また、イオン感応物質を
含む第2の高分子膜57は、素子をキャスティング溶液
中に浸漬するディップコート法で形成した。具体的には
、第1の高分子膜層はポリ塩化ビニル(PVC)であり
、第2の高分子膜層は母材がポリ塩化ビニルで、可塑剤
、パリノマイシンあるいは第4級アンモニウムなどのイ
オン感応物質と共にテトラヒドロンラン(TH,F)に
溶解したキャスティング液から形成した。
本発明のさらに他の実施例を第7図に示す。この実施例
では、シリコン基板1を用いておシ、ドレン、ソース用
ゲー)71.71’が基板1内に形成されている。前記
した実施例と同様に、ゲート上には酸化膜72及び第1
の絶縁膜73が形成されており、更に第2の絶縁膜74
で覆われている。第1の絶縁膜は813N4であり、第
2の絶縁膜はTa205である。Ta205膜は形成後
、ドライエツチング法で表面を粗らし、その表面に第1
高分子膜75.75’としてプラズマ重合で、ポリ塩化
ビニリデン膜を形成した。該第1高分子膜上にテトラヒ
ドロフランに溶解したイオン感応物質ヲ含むイオン感応
膜76をキャスティング法により形成した。
第6図の実施例でに+センサを作成し、その特性を従来
のセンサと比較した結果を第8図に示す。
試料溶液のに+濃度を10倍変化させた際の出力電位の
差分をスロープ感度とし、その経時変化を調べた。従来
のセンサは、絶縁膜の表面を処理せず、直接イオン感応
膜を塗付したものである。これを図中Bで示した。従来
のセンサは経時的にスロープ感度が低下するのに対し、
本発明のセンサ囚は長時間に渡り、安定な感度を示した
本発明は、前記した高分子膜以外にも、ポリカーボネー
ト、シリコン、セルロース、テフロン管種々の材質の膜
にそのまま利用できる。また、イオンセンサ以外にも、
ガスセンサ、醪素センサなどにも適用可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、FETの絶縁膜とイオン感応膜との密
着度が高まシ、長期に渡り安定な出力を得られるなどの
効果がある。また、不完全な接合に起因するヒステリシ
スなどが解消され、短時間内の繰返し再現性も向上する
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の詳細な説明する第1の実施例を示す
概略図、第2図は、第2の実施例を示す概略図、第3図
は、本発明の詳細な説明する図、第4図、第5図、第6
図及び第7図は、池の実施例を示す概略図、第8図は、
本発明の詳細な説明する図である。 1・・・シリコン基板、2・・・ドレン、2′・・・ノ
ース、3・・・酸化膜、4・・・絶縁膜、5・・・第1
の高分子膜、6・・・第2の高分子膜、10・・・Ta
2es膜、11・・・サファイア基板、52.52’・
・・nシリコン、53・・・pシリコン、54・・・酸
化膜、55・・・絶縁膜、56・・・第1の高分子膜、
57・・・第2の高分子膜、71.71’・・・ドレン
、ノース用ゲート、72・・・酸化膜、73・・・第1
の絶縁膜、74・・・第2の絶縁膜  1  n 第 2  図 ¥i 3 図 日 数 第4図 Ns図 vi  b  薗

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、FETのゲート上に有機高分子中にイオン感応物質
    を分散させたイオン感応膜を塗付して形成するイオンセ
    ンサにおいて、FETゲート部絶縁膜上にイオン感応物
    質を含まぬ第1の高分子膜を形成し、更に、その上にイ
    オン感応物質を含む第2の高分子膜を形成してなること
    を特徴とするFETイオンセンサ。 2、FETの感応ゲート部に有機高分子中にイオン感応
    物質を分散させたイオン感応膜を塗付して形成するイオ
    ンセンサにおいて、FETゲート部の絶縁膜を不均質に
    エツチングし、その上にイオン感応物質を含まぬ高分子
    材料を形成し、更に、その上にイオン感応物質が分散さ
    れた高分子膜を形成してなることを特徴とするイオンセ
    ンサ。
JP58039274A 1983-03-11 1983-03-11 Fetイオンセンサ Pending JPS59164952A (ja)

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JP58039274A JPS59164952A (ja) 1983-03-11 1983-03-11 Fetイオンセンサ

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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61191955A (ja) * 1985-02-20 1986-08-26 Toshiba Corp 半導体センサ及びその製造方法
US4798664A (en) * 1985-12-25 1989-01-17 Terumo Kabushiki Kaisha Ion sensor
US4816118A (en) * 1986-01-24 1989-03-28 Terumo Corporation Ion-sensitive FET sensor
US4839020A (en) * 1986-05-26 1989-06-13 Terumo Kabushiki Kaisha Gas sensor
US4861454A (en) * 1986-02-04 1989-08-29 Terumo Kabushiki Kaisha Oxygen sensor
US4968400A (en) * 1986-11-20 1990-11-06 Terumo Kabushiki Kaisha Enzyme sensor
US5061976A (en) * 1986-11-20 1991-10-29 Terumo Kabushiki Kaisha Fet electrode with carbon gate
US5139626A (en) * 1985-10-02 1992-08-18 Terumo Corporation Ion concentration measurement method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61191955A (ja) * 1985-02-20 1986-08-26 Toshiba Corp 半導体センサ及びその製造方法
US5139626A (en) * 1985-10-02 1992-08-18 Terumo Corporation Ion concentration measurement method
US4798664A (en) * 1985-12-25 1989-01-17 Terumo Kabushiki Kaisha Ion sensor
US4816118A (en) * 1986-01-24 1989-03-28 Terumo Corporation Ion-sensitive FET sensor
US4861454A (en) * 1986-02-04 1989-08-29 Terumo Kabushiki Kaisha Oxygen sensor
US4839020A (en) * 1986-05-26 1989-06-13 Terumo Kabushiki Kaisha Gas sensor
US4968400A (en) * 1986-11-20 1990-11-06 Terumo Kabushiki Kaisha Enzyme sensor
US5061976A (en) * 1986-11-20 1991-10-29 Terumo Kabushiki Kaisha Fet electrode with carbon gate

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