JPS60194345A - 電界効果型センサの駆動方法 - Google Patents
電界効果型センサの駆動方法Info
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- JPS60194345A JPS60194345A JP59049673A JP4967384A JPS60194345A JP S60194345 A JPS60194345 A JP S60194345A JP 59049673 A JP59049673 A JP 59049673A JP 4967384 A JP4967384 A JP 4967384A JP S60194345 A JPS60194345 A JP S60194345A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- 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】
く技術分野〉
本発明は、ＭＯＳ型或はＭｉｓ型等の電界効果トランジ
スター（以下単ＫＦＥＴと略す）のゲート絶縁膜上に外
的要因によって電気的特性の変化する感応体を形成し、
該感応体で外的要因の変化をＦＥＴのゲート作用変化と
して検出するだめのＦＥＴ型センサの駆動方法に関する
ものである。
スター（以下単ＫＦＥＴと略す）のゲート絶縁膜上に外
的要因によって電気的特性の変化する感応体を形成し、
該感応体で外的要因の変化をＦＥＴのゲート作用変化と
して検出するだめのＦＥＴ型センサの駆動方法に関する
ものである。
〈発明の背景〉
検出しようとする物理量との化学的或は物理的相互作用
によって静電容量や電気伝導度或は静電電位等の電気的
変化を生ずる感応体とＦＥＴ素子とを組み合せて、検出
しようとする物理量をＦＥＴ素子のゲート作用変化とし
て把えるいわゆるＦＥＴ型センサは、ＦＥＴ素子の有す
る高い入力インピーダンスとその増幅作用を巧みに利用
することにより高出力でかつ小形のセンサとなるもので
あり、実用に適したセンサである。特に、ＦＥＴ素子の
ゲート部の上に感応体を形成した構造からなるＦＥＴ型
センサは、素子寸法も小さく設定することができかつ同
一基板上に極めて多くの素子を形成することが可能であ
るため、実用上も、コスト面でも好ましい形態を有する
。
によって静電容量や電気伝導度或は静電電位等の電気的
変化を生ずる感応体とＦＥＴ素子とを組み合せて、検出
しようとする物理量をＦＥＴ素子のゲート作用変化とし
て把えるいわゆるＦＥＴ型センサは、ＦＥＴ素子の有す
る高い入力インピーダンスとその増幅作用を巧みに利用
することにより高出力でかつ小形のセンサとなるもので
あり、実用に適したセンサである。特に、ＦＥＴ素子の
ゲート部の上に感応体を形成した構造からなるＦＥＴ型
センサは、素子寸法も小さく設定することができかつ同
一基板上に極めて多くの素子を形成することが可能であ
るため、実用上も、コスト面でも好ましい形態を有する
。
しかしこのようなＦＥＴ型センサを駆動するに際しては
、通常の単体ＦＥＴ素子以上にＦＥＴ素子の動作安定性
ひいてはＦＥＴ型センサとしての出力の安定性や特性の
再現性の確保に留意する必要がある。即ち、目的とする
センサの種類によって、感応体の材料は勿論作製方法も
大きく異なるために、通常の単体ＦＥＴ１子の形体とは
違った配慮が必要であり、ＦＥＴ素子の動作特性も感応
体材料及びその作製方法によって大幅に変化する。
、通常の単体ＦＥＴ素子以上にＦＥＴ素子の動作安定性
ひいてはＦＥＴ型センサとしての出力の安定性や特性の
再現性の確保に留意する必要がある。即ち、目的とする
センサの種類によって、感応体の材料は勿論作製方法も
大きく異なるために、通常の単体ＦＥＴ１子の形体とは
違った配慮が必要であり、ＦＥＴ素子の動作特性も感応
体材料及びその作製方法によって大幅に変化する。
特に、感応体材料によっては、多量の不純物やイオンを
含有していることあるいはＦＥＴ素子上に感応体を形成
する工程において感応体とゲート絶縁膜等の界面に不純
物やイオンを混入する可能性が通常の単体ＦＥＴ素子を
形成する場合に比べて極めて高いことなどが原因となっ
て、ＦＥＴ素子の動作特性更にはＦＥＴ型センサの出力
特性が不安定となり易い。更に、ガスセンサや湿度セン
ナ等やいわゆる雰囲気センサをｊＥＴ型センサとして構
成する場合には、外雰囲気に直接センサ素子がさらされ
ることから、外雰囲気からの不純物の混入や拡散によっ
ても、ＦＥＴ特性の変動や劣化を招く。このように感応
体材料中の不純物やイオン或は作製工程中もしくは使用
中に混入する不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作特性や
センサ出力に与える影響を抑制し、長期間安定した出力
特性を呈するＦＥＴ型センサとすることは、ガスセンサ
、湿度センサ、イオンセンサ、バイオセンサまたは赤外
線センサ等々の各種センサのＦＥＴ化に／２ おける共通課題である。特に、ＦＥＴ型のガスセンサ、
湿度センサ、イオンセンサ及びノくイオセンサにおいて
は、感応体と被検知体との直接的な相互作用が必要であ
るためパッケージ等によってセンナ素子を覆うことがで
きないだけに、上記問題の解決は極めて重要である。上
記問題の解決策の１つとしてイオンや水分の拡散係数の
小さい窒化シリコン膜をゲート絶縁膜として使用したり
ＦＥＴ素子表面を窒化シリコン膜で被覆する等の素子構
造が開発されているが、長期間の安定性の点で問題があ
り、必ずしも充分ではない。
含有していることあるいはＦＥＴ素子上に感応体を形成
する工程において感応体とゲート絶縁膜等の界面に不純
物やイオンを混入する可能性が通常の単体ＦＥＴ素子を
形成する場合に比べて極めて高いことなどが原因となっ
て、ＦＥＴ素子の動作特性更にはＦＥＴ型センサの出力
特性が不安定となり易い。更に、ガスセンサや湿度セン
ナ等やいわゆる雰囲気センサをｊＥＴ型センサとして構
成する場合には、外雰囲気に直接センサ素子がさらされ
ることから、外雰囲気からの不純物の混入や拡散によっ
ても、ＦＥＴ特性の変動や劣化を招く。このように感応
体材料中の不純物やイオン或は作製工程中もしくは使用
中に混入する不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作特性や
センサ出力に与える影響を抑制し、長期間安定した出力
特性を呈するＦＥＴ型センサとすることは、ガスセンサ
、湿度センサ、イオンセンサ、バイオセンサまたは赤外
線センサ等々の各種センサのＦＥＴ化に／２ おける共通課題である。特に、ＦＥＴ型のガスセンサ、
湿度センサ、イオンセンサ及びノくイオセンサにおいて
は、感応体と被検知体との直接的な相互作用が必要であ
るためパッケージ等によってセンナ素子を覆うことがで
きないだけに、上記問題の解決は極めて重要である。上
記問題の解決策の１つとしてイオンや水分の拡散係数の
小さい窒化シリコン膜をゲート絶縁膜として使用したり
ＦＥＴ素子表面を窒化シリコン膜で被覆する等の素子構
造が開発されているが、長期間の安定性の点で問題があ
り、必ずしも充分ではない。
〈発明の目的〉
本発明は、以上のような背景に基づいてなされたもので
あシ、感応体や感応体とＦＥＴ素子との界面に含有され
る不純物やイオンあるいは使用中に素子外部から混入す
る不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作や出力に与える影
響を抑制して安定した出力特性を得ることのできるＦＥ
Ｔ型センサの駆動方法を提供することを目的とするもの
である。
あシ、感応体や感応体とＦＥＴ素子との界面に含有され
る不純物やイオンあるいは使用中に素子外部から混入す
る不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作や出力に与える影
響を抑制して安定した出力特性を得ることのできるＦＥ
Ｔ型センサの駆動方法を提供することを目的とするもの
である。
〈実施例〉
第１図は本発明の１実施例の説明に供するＦＥＴ型湿度
センサの構造断面図である。第２図は同センサの動作原
理を説明するための等価回路図である。
センサの構造断面図である。第２図は同センサの動作原
理を説明するための等価回路図である。
本実施例におけるＦＥＴ素子は、ＭＯＳ型のｎチャンネ
ルＦＥＴで、ｐ型のシリコン基板１表面付近に燐を拡散
することによってｎ型のノース２とドレイン３を並設し
て形成している。シリコン基板ｌ上にはノース２及びド
レイン３でスルホールを有する二酸化シリコン膜５が被
覆されている。
ルＦＥＴで、ｐ型のシリコン基板１表面付近に燐を拡散
することによってｎ型のノース２とドレイン３を並設し
て形成している。シリコン基板ｌ上にはノース２及びド
レイン３でスルホールを有する二酸化シリコン膜５が被
覆されている。
ゲート絶縁膜は、ノース２とドレイン３を結ぶシリコン
基板ｌ上に堆積された二酸化シ１ノコン膜（Ｓｉ０２）
５ と窒化シリコン膜（Ｓｉ２Ｈ４）７ との２重積層
膜からな９、窒化シリコン膜７は更にノース２及びドレ
イン８に片端７５二接触してシリコン基板１及び二酸化
シリコン膜５上に堆積された電極用導体膜６の上面をも
被覆し、ＦＥＴ素子の保護膜としての機能も兼ねている
。ゲート絶縁膜５．７上には感湿体９と透湿性のゲート
電極膜１０が積層されるが、ここで感湿体９と窒化シリ
コン膜７との界面には導電性膜から成るプロ・ソキンク
゛膜８を挿入した構造となっている。ブーツキンク。
基板ｌ上に堆積された二酸化シ１ノコン膜（Ｓｉ０２）
５ と窒化シリコン膜（Ｓｉ２Ｈ４）７ との２重積層
膜からな９、窒化シリコン膜７は更にノース２及びドレ
イン８に片端７５二接触してシリコン基板１及び二酸化
シリコン膜５上に堆積された電極用導体膜６の上面をも
被覆し、ＦＥＴ素子の保護膜としての機能も兼ねている
。ゲート絶縁膜５．７上には感湿体９と透湿性のゲート
電極膜１０が積層されるが、ここで感湿体９と窒化シリ
コン膜７との界面には導電性膜から成るプロ・ソキンク
゛膜８を挿入した構造となっている。ブーツキンク。
膜８は感湿体９に対して後述するド１ノット解除用の電
圧を印加する補助電極となるものである０本実施例に用
いる湿度センサは感湿体９を熱焼成によって結晶化した
ポリビニルアルコール膜又はアセチルセルロース膜で形
成した７５；有機若しくは無機の固体電解質膜または酸
化アルミニウム等の金属酸化膜を用いてもよい。また透
湿性ゲート電極膜ｌＯとしては厚さ約１ｏｏＸの金蒸着
膜を、またブロッキング膜８としては厚さ約２，０００
Ａの金又はアルミニウム蒸着膜を用いた。但し、これら
の素子構成材料は必ずしも上述のものに限定されるもの
ではなく、その他の適当な材料に代替することは当然に
可能である。また感湿体９以外にも感ガス体、感イオン
体、その他化学物質や熱・光等に感応するものを使用で
きＦＥＴ素子はＭＯ５型以外のＭＩＳ型等を使用するこ
ともできる。
圧を印加する補助電極となるものである０本実施例に用
いる湿度センサは感湿体９を熱焼成によって結晶化した
ポリビニルアルコール膜又はアセチルセルロース膜で形
成した７５；有機若しくは無機の固体電解質膜または酸
化アルミニウム等の金属酸化膜を用いてもよい。また透
湿性ゲート電極膜ｌＯとしては厚さ約１ｏｏＸの金蒸着
膜を、またブロッキング膜８としては厚さ約２，０００
Ａの金又はアルミニウム蒸着膜を用いた。但し、これら
の素子構成材料は必ずしも上述のものに限定されるもの
ではなく、その他の適当な材料に代替することは当然に
可能である。また感湿体９以外にも感ガス体、感イオン
体、その他化学物質や熱・光等に感応するものを使用で
きＦＥＴ素子はＭＯ５型以外のＭＩＳ型等を使用するこ
ともできる。
次に第２図の等価回路図に従って上記構成を有するＦＥ
Ｔ型湿度センサの動作原理と特徴を説明する。等価回路
図に於いて、容量Ｃｓ及びＣ４は夫々第１図に於ける感
湿体９と２層ゲート絶縁膜５．７の静電容量を示す。又
、ＲＬはドレイン電極６と直列に結合したロード抵抗を
示し、ＲＢはブロッキング膜８と直列に結合した抵抗を
示す。
Ｔ型湿度センサの動作原理と特徴を説明する。等価回路
図に於いて、容量Ｃｓ及びＣ４は夫々第１図に於ける感
湿体９と２層ゲート絶縁膜５．７の静電容量を示す。又
、ＲＬはドレイン電極６と直列に結合したロード抵抗を
示し、ＲＢはブロッキング膜８と直列に結合した抵抗を
示す。
まず、ＦＥＴ型湿度センサの基本動作に関する説明を容
易にするために、ブロッキング膜８が無く感湿体９が直
接ゲート絶縁膜５，７に接して形成されている場合、即
ち等価回路図に於いて抵抗体ＲＢがない場合について述
べる。
易にするために、ブロッキング膜８が無く感湿体９が直
接ゲート絶縁膜５，７に接して形成されている場合、即
ち等価回路図に於いて抵抗体ＲＢがない場合について述
べる。
透湿性のゲート電極膜１０に印加する電圧をＶＡとし、
ＦＥＴ素子の閾値電圧をｖｔｈとすると、ドレイン電流
ＩＤは次式によって与えられる０ＩＤ＝’（ＶＡ−Ｖｔ
ｈ）２． ｐ＝ ”” ”””（１）２ Ｌ 但し、（１）式に於いてμｍはキャリア移動度、Ｌ及び
Ｗは夫々ＦＥＴのチャンネル長及びチャンネル幅を示す
。また、Ｃはゲート絶縁膜の静電容量Ｃｉと感湿体９の
静電容量Ｃｓを直列結合した場合の静電容量であシ、 と書き表わされる。従って、感湿体９の静電容量Ｃｓが
外界囲気中の湿度に応じて変化することによって、ゲー
ト電圧ＶＡ一定の条件下で、ドレイン電流１１）変化と
して湿度を検知することができる。
ＦＥＴ素子の閾値電圧をｖｔｈとすると、ドレイン電流
ＩＤは次式によって与えられる０ＩＤ＝’（ＶＡ−Ｖｔ
ｈ）２． ｐ＝ ”” ”””（１）２ Ｌ 但し、（１）式に於いてμｍはキャリア移動度、Ｌ及び
Ｗは夫々ＦＥＴのチャンネル長及びチャンネル幅を示す
。また、Ｃはゲート絶縁膜の静電容量Ｃｉと感湿体９の
静電容量Ｃｓを直列結合した場合の静電容量であシ、 と書き表わされる。従って、感湿体９の静電容量Ｃｓが
外界囲気中の湿度に応じて変化することによって、ゲー
ト電圧ＶＡ一定の条件下で、ドレイン電流１１）変化と
して湿度を検知することができる。
以上がＦＥＴ型湿度センサの基本的な動作原理である。
しかしながら、上述の動作に於いては当然のことながら
感湿体９の両面に直流的な電位差が存在するために、特
に感湿体９中になんらかの不純物イオンが存在している
場合には、電界によってこれら不純物イオンの移動、再
配列並びに局在化が生じる。その結果、ＦＥＴ素子のチ
ャンネル部に素子特性面で顕著な影響を与え、閾値電圧
ｖｔｈの変動を引き起し、ＦＥＴ素子の動作特性ひいて
は湿度センサとしての出力信号の経時変化（ドリフト）
の大きな原因となる。感湿体９と透湿性ゲート電極膜１
０との界面及びゲート絶縁膜５゜７との界面に不純物イ
オンが存在する場合に於いても同様な現象が生じる。し
かも、先に述べた様に、外界囲気からの不純物イオンの
混入も避けることが困難であシ、従って上記問題を解決
することはＦＥＴ型湿度センサに於いては極めて重要な
課題である。
感湿体９の両面に直流的な電位差が存在するために、特
に感湿体９中になんらかの不純物イオンが存在している
場合には、電界によってこれら不純物イオンの移動、再
配列並びに局在化が生じる。その結果、ＦＥＴ素子のチ
ャンネル部に素子特性面で顕著な影響を与え、閾値電圧
ｖｔｈの変動を引き起し、ＦＥＴ素子の動作特性ひいて
は湿度センサとしての出力信号の経時変化（ドリフト）
の大きな原因となる。感湿体９と透湿性ゲート電極膜１
０との界面及びゲート絶縁膜５゜７との界面に不純物イ
オンが存在する場合に於いても同様な現象が生じる。し
かも、先に述べた様に、外界囲気からの不純物イオンの
混入も避けることが困難であシ、従って上記問題を解決
することはＦＥＴ型湿度センサに於いては極めて重要な
課題である。
上述した問題を基本的に解決し、長期間安定した出力特
性を呈するＦＥＴ型湿度センサとするために、本実施例
に用いるＦＥＴ型湿度センサは第１図に示した様に感湿
体９とゲート絶縁膜５．７との間に導電性ブロッキング
膜８を介設しこのブロッキング膜８を介してドリフトを
解除するための制御電圧を印加するようにしたことを特
徴としている。そして第２図の等価回路図に示すように
ブロッキング膜８と感湿体９の表面に被着した透湿性ゲ
ート電極膜１０とを抵抗ＲＢを介して結合し、印加電圧
ＶＡを直流電圧ＶＡ（ＤＣ）とこれに重畳する周波数ｆ
の交流電圧ＶＡ（ＡＣ）とすることによって、ＦＥＴ素
子の駆動を行なう。直流の印加電圧ＶＡ （Ｄ Ｃ）が
ゲート絶縁膜の耐圧より充分小さく、ゲート絶縁膜によ
るリーク電流がない場合には、ブロッキング膜８にかか
る実効的なゲート電圧ＶＧの直流成分ＶＱ（ＤＣ）はＶ
Ａ（ＤＣ）と等しくなって感湿体９の両面に直流的な電
位差は生じない。このために先に述べた不純物イオンの
移動、再配列、局在化等の現象は抑止され更にブロッキ
ング膜８の存在によってこれら不純物イオンのゲート絶
縁膜中への拡散が阻止される。しかしこの場合、常Ｖｃ
Ｖに（ＤＣ）はＶＡ（ＤＣ）に等しいため、ｖＡ（ＤＣ
）のみによっては湿度センサとして動作しないことは勿
論である。直流印加電圧ＶＡ（ＤＣ）は、ＦＥＴ素子の
ＩＤ−ＶＧ特性において最適バイアス電圧を与える機能
を果すように設定し、湿度センナとして駆動するため即
ち感湿体の静電容量Ｃｓの湿度による変化を検知するた
めには、交流の印加電圧ＶＡ（ＡＣ）を必要とする。
性を呈するＦＥＴ型湿度センサとするために、本実施例
に用いるＦＥＴ型湿度センサは第１図に示した様に感湿
体９とゲート絶縁膜５．７との間に導電性ブロッキング
膜８を介設しこのブロッキング膜８を介してドリフトを
解除するための制御電圧を印加するようにしたことを特
徴としている。そして第２図の等価回路図に示すように
ブロッキング膜８と感湿体９の表面に被着した透湿性ゲ
ート電極膜１０とを抵抗ＲＢを介して結合し、印加電圧
ＶＡを直流電圧ＶＡ（ＤＣ）とこれに重畳する周波数ｆ
の交流電圧ＶＡ（ＡＣ）とすることによって、ＦＥＴ素
子の駆動を行なう。直流の印加電圧ＶＡ （Ｄ Ｃ）が
ゲート絶縁膜の耐圧より充分小さく、ゲート絶縁膜によ
るリーク電流がない場合には、ブロッキング膜８にかか
る実効的なゲート電圧ＶＧの直流成分ＶＱ（ＤＣ）はＶ
Ａ（ＤＣ）と等しくなって感湿体９の両面に直流的な電
位差は生じない。このために先に述べた不純物イオンの
移動、再配列、局在化等の現象は抑止され更にブロッキ
ング膜８の存在によってこれら不純物イオンのゲート絶
縁膜中への拡散が阻止される。しかしこの場合、常Ｖｃ
Ｖに（ＤＣ）はＶＡ（ＤＣ）に等しいため、ｖＡ（ＤＣ
）のみによっては湿度センサとして動作しないことは勿
論である。直流印加電圧ＶＡ（ＤＣ）は、ＦＥＴ素子の
ＩＤ−ＶＧ特性において最適バイアス電圧を与える機能
を果すように設定し、湿度センナとして駆動するため即
ち感湿体の静電容量Ｃｓの湿度による変化を検知するた
めには、交流の印加電圧ＶＡ（ＡＣ）を必要とする。
この場合の交流電圧は次の如くである。
周波数ｆＶＣおける感湿体のインピーダンス；（２πｆ
Ｃｓ ）” に比べて充分大きな抵抗値を有する抵抗
Ｒ９をブロッキング膜８と透湿性ゲート電極膜■０との
間に結合した場合には、ＲＢは無視することができ、Ｖ
Ｇの交流成分Ｖに（ＡＣ）は次式によって与えられる。
Ｃｓ ）” に比べて充分大きな抵抗値を有する抵抗
Ｒ９をブロッキング膜８と透湿性ゲート電極膜■０との
間に結合した場合には、ＲＢは無視することができ、Ｖ
Ｇの交流成分Ｖに（ＡＣ）は次式によって与えられる。
即ち、一定の振幅をもったＶＡ（ＡＣ，）の印加条件下
に於いて、ＶＧ（ＡＣ）は、感湿体の静電容量ＣｓＯ値
によって変化するため、湿度センサとしての出力信号を
ドレイン電流ＩＤの交流振幅として取シ出すことができ
る。以上より、ゲート電極膜１０にＶＡ（ＡＣ）を印加
した状態でソース２からドレイン３に流れる電流の変調
を電極用導体膜６で検出信号として得る。
に於いて、ＶＧ（ＡＣ）は、感湿体の静電容量ＣｓＯ値
によって変化するため、湿度センサとしての出力信号を
ドレイン電流ＩＤの交流振幅として取シ出すことができ
る。以上より、ゲート電極膜１０にＶＡ（ＡＣ）を印加
した状態でソース２からドレイン３に流れる電流の変調
を電極用導体膜６で検出信号として得る。
第３図に上記実施例のＦＥＴ型湿度センサの出力対相対
湿度特性を示す。尚、第８図は感湿体９として熱焼成し
たアセチルセルロース膜を、用い、固定抵抗ＲＢ及びＲ
Ｌを夫々ＩＯＭΩ、ＩＫΩとし、ＶＡ （ＤＣ） ＝
５ Ｖ 、 ＶＡ （ＡＣ）＝：ＩｏｏｍＶｒｍｓ（Ｉ
ＯＫＨ２）で駆動した時の室温での出力対相対湿度特性
の実測例である。
湿度特性を示す。尚、第８図は感湿体９として熱焼成し
たアセチルセルロース膜を、用い、固定抵抗ＲＢ及びＲ
Ｌを夫々ＩＯＭΩ、ＩＫΩとし、ＶＡ （ＤＣ） ＝
５ Ｖ 、 ＶＡ （ＡＣ）＝：ＩｏｏｍＶｒｍｓ（Ｉ
ＯＫＨ２）で駆動した時の室温での出力対相対湿度特性
の実測例である。
次に、上記実施例で用いたＦＥＴ型湿度センサの出力安
定性を示す実験例として室内放置した素子の放置時間と
相対湿度６０％におけるセンサ出力との関係を実測し８
４図に示す。尚、第４図には比較のためにブロッキング
膜８を用いた場合（４）とブロッキング膜８を用いずに
感湿体（アセチルセルロース膜）９を直接ゲート絶縁膜
７の上に形成した場合（Ｂ）の夫々について放置時間対
出力の関係を示した。但し、画素子の駆動条件及び測定
条件は同一とし、夫々のセンサ出力は、初期値を規準と
した。第４図に見られる如く、ブロッキング膜８を用い
て駆動した場合の効果は極めて大きく、センサ出力は長
期間安定に保持されることが実証された。又ＦＥＴ素子
の特性、例えばドレイン電流（ＩＤ）対しレイン電圧（
ＶＤＳ）特性やドレイン電流（■ｐ）対ゲート電圧（Ｖ
Ｇ）特性についても、経時変化がなく特性の再現性も極
めて優れていることが確認された。一方、ブロッキング
膜８を用いない場合、即ち第４図の（Ｂ）の場合にはＦ
Ｅ、Ｔ素子のＩＤ−Ｖｏｓ特性及び１Ｏ−ＶＧ特性共に
大きな経時変化を生じ、特性の再現性も極めて悪いもの
であった。しかも、ＶＧの０Ｎ−ＯＦＦ或はＶＧの極性
をいったん逆に印加するなどの操作を行うことによって
もＦＥＴの■Ｄ−ＶＤｓ％性或はＩＤ−■Ｇ特性は、初
期特性と大幅に異なる現象が観測されることから、感湿
体中或は感湿体とゲート絶縁膜界面に存在する不純物イ
オンの電界による移動や再分布（再配列）の効果がＦＥ
Ｔ素子の特性に顕著な影響を与えているものと解釈され
る。
定性を示す実験例として室内放置した素子の放置時間と
相対湿度６０％におけるセンサ出力との関係を実測し８
４図に示す。尚、第４図には比較のためにブロッキング
膜８を用いた場合（４）とブロッキング膜８を用いずに
感湿体（アセチルセルロース膜）９を直接ゲート絶縁膜
７の上に形成した場合（Ｂ）の夫々について放置時間対
出力の関係を示した。但し、画素子の駆動条件及び測定
条件は同一とし、夫々のセンサ出力は、初期値を規準と
した。第４図に見られる如く、ブロッキング膜８を用い
て駆動した場合の効果は極めて大きく、センサ出力は長
期間安定に保持されることが実証された。又ＦＥＴ素子
の特性、例えばドレイン電流（ＩＤ）対しレイン電圧（
ＶＤＳ）特性やドレイン電流（■ｐ）対ゲート電圧（Ｖ
Ｇ）特性についても、経時変化がなく特性の再現性も極
めて優れていることが確認された。一方、ブロッキング
膜８を用いない場合、即ち第４図の（Ｂ）の場合にはＦ
Ｅ、Ｔ素子のＩＤ−Ｖｏｓ特性及び１Ｏ−ＶＧ特性共に
大きな経時変化を生じ、特性の再現性も極めて悪いもの
であった。しかも、ＶＧの０Ｎ−ＯＦＦ或はＶＧの極性
をいったん逆に印加するなどの操作を行うことによって
もＦＥＴの■Ｄ−ＶＤｓ％性或はＩＤ−■Ｇ特性は、初
期特性と大幅に異なる現象が観測されることから、感湿
体中或は感湿体とゲート絶縁膜界面に存在する不純物イ
オンの電界による移動や再分布（再配列）の効果がＦＥ
Ｔ素子の特性に顕著な影響を与えているものと解釈され
る。
〈発明の効果〉
以上実施例にて詳説した如く、本発明は感応体中或は感
応体とＦＥＴ素子との界面に存在する不純物やイオン及
び使用中に外界囲気から混入する不純物やイオンがＦＥ
Ｔ素子並びにＦＥＴ型センサとしての出力特性に与える
影響を顕著に抑制して正確な検出特性を確立する効果を
有するため、湿度検知の場合のみならずガスやイオンの
検知更には有機物検知を対象とするバイオセンサなどの
各種のＦＥＴ型センサの動作特性及び出力特性の長期安
定性並びに特性再現性に多大な効果をもたらすものであ
る。
応体とＦＥＴ素子との界面に存在する不純物やイオン及
び使用中に外界囲気から混入する不純物やイオンがＦＥ
Ｔ素子並びにＦＥＴ型センサとしての出力特性に与える
影響を顕著に抑制して正確な検出特性を確立する効果を
有するため、湿度検知の場合のみならずガスやイオンの
検知更には有機物検知を対象とするバイオセンサなどの
各種のＦＥＴ型センサの動作特性及び出力特性の長期安
定性並びに特性再現性に多大な効果をもたらすものであ
る。
第１図及び第２図は夫々本発明のｌ実施例の説明に供す
るＦＥＴ型湿度センサの構造断面図と等価回路図であ、
条。 第３図は第１図に示す湿度センサの出力対相対湿度特性
図、第４図は出力の経時変化を示す特性図である。図中
の曲線Ａは第１図のＦＥＴ型湿度センサについての実測
値を示し、曲線Ｂは比較のために、ブロッキング膜を用
いない場合のＦＥＴ型湿度・センサの実測値を示す。 ｌ・・・シリコン基板 ２・・ソース ３・・・ドレイ
ン ５・・・二酸化シリコン膜 ７・・・窒化シリコン
膜 ８・・・ブロッキング膜 ９・・・感湿体ＩＯ・・
・ゲート電極膜 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第１図 １Ｊ２図 ０ ２０ ４０ ６０ ８０ １００ 布ガ蝿Ｌ （％ＲＨ） 第３図 ＫｉｆｒｒＡ ＣＨｏｕＲ） 茅４図
るＦＥＴ型湿度センサの構造断面図と等価回路図であ、
条。 第３図は第１図に示す湿度センサの出力対相対湿度特性
図、第４図は出力の経時変化を示す特性図である。図中
の曲線Ａは第１図のＦＥＴ型湿度センサについての実測
値を示し、曲線Ｂは比較のために、ブロッキング膜を用
いない場合のＦＥＴ型湿度・センサの実測値を示す。 ｌ・・・シリコン基板 ２・・ソース ３・・・ドレイ
ン ５・・・二酸化シリコン膜 ７・・・窒化シリコン
膜 ８・・・ブロッキング膜 ９・・・感湿体ＩＯ・・
・ゲート電極膜 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第１図 １Ｊ２図 ０ ２０ ４０ ６０ ８０ １００ 布ガ蝿Ｌ （％ＲＨ） 第３図 ＫｉｆｒｒＡ ＣＨｏｕＲ） 茅４図
Claims (1)
- １、被検知体との物理的または化学的相互作用によって
電気的変化を生ずる感応体を電界効果型トランジスタ素
子のゲート絶縁膜とゲート電極間に配設して成る電界効
果型センサに於いて、前記ゲート電極と前記感応体に付
設された前記ゲート電極と対をなす補助電極を介して前
記ゲート絶縁膜と前記感応体に直流電圧と交流電圧を重
畳して印加するとともに前記ゲート電極と前記補助電極
間に該交流電圧の周波数における前記感応体の交流イン
ピーダンスより充分大なる固定抵抗を配設し、前記電界
効果型トランジスタ素子のドレイン電流に生ずる交流成
分を検出信号として得ることを特徴とする電界効果型セ
ンサの駆動方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59049673A JPS60194345A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 電界効果型センサの駆動方法 |
| US06/697,640 US4698657A (en) | 1984-02-10 | 1985-02-04 | FET type sensor and a method for driving the same |
| GB08503061A GB2156150B (en) | 1984-02-10 | 1985-02-07 | Fet with an auxiliary electrode at a sensitive layer |
| DE19853504401 DE3504401A1 (de) | 1984-02-10 | 1985-02-08 | Feldeffekttransistortyp-sensor und verfahren zu dessen betrieb |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59049673A JPS60194345A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 電界効果型センサの駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60194345A true JPS60194345A (ja) | 1985-10-02 |
| JPH0374789B2 JPH0374789B2 (ja) | 1991-11-28 |
Family
ID=12837689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59049673A Granted JPS60194345A (ja) | 1984-02-10 | 1984-03-14 | 電界効果型センサの駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60194345A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533986A (ja) * | 2004-04-22 | 2007-11-22 | マイクロナス ゲーエムベーハー | 還元性ガス又はアルコールを検出するためのｆｅｔ型センサー、製造方法及び運転方法 |
| JPWO2017081831A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-11-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光センサ |
| US10276818B2 (en) | 2015-11-12 | 2019-04-30 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical sensor |
| US10317287B2 (en) | 2015-11-12 | 2019-06-11 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical sensor |
-
1984
- 1984-03-14 JP JP59049673A patent/JPS60194345A/ja active Granted
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533986A (ja) * | 2004-04-22 | 2007-11-22 | マイクロナス ゲーエムベーハー | 還元性ガス又はアルコールを検出するためのｆｅｔ型センサー、製造方法及び運転方法 |
| JPWO2017081831A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-11-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光センサ |
| US10276818B2 (en) | 2015-11-12 | 2019-04-30 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical sensor |
| US10317287B2 (en) | 2015-11-12 | 2019-06-11 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical sensor |
| US10535827B2 (en) | 2015-11-12 | 2020-01-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical sensor |
| US10658430B2 (en) | 2015-11-12 | 2020-05-19 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photosensor |
| US10866142B2 (en) | 2015-11-12 | 2020-12-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical sensor |
| US11228725B2 (en) | 2015-11-12 | 2022-01-18 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photosensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0374789B2 (ja) | 1991-11-28 |
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