JPS6113180B2 - - Google Patents
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- JPS6113180B2 JPS6113180B2 JP53049602A JP4960278A JPS6113180B2 JP S6113180 B2 JPS6113180 B2 JP S6113180B2 JP 53049602 A JP53049602 A JP 53049602A JP 4960278 A JP4960278 A JP 4960278A JP S6113180 B2 JPS6113180 B2 JP S6113180B2
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電解効果トランジスタ型の化学的感応
素子の改良に関するものである。
素子の改良に関するものである。
絶縁ゲート型の電界効果トランジスタのゲート
部にイオン交換物質、酵素等の化学選択性の膜を
形成し、電解液中のイオン活量や上記酵素が働く
特定物質の存在等の検出を行なわせるようにした
化学的感応素子については従来から知られてい
る。第１図は特開昭51−139289号公報に記載され
た電解効果トランジスタ型化学的感応素子の構造
及び使用法を線図的に示したものである。一導電
型の半導体基体１の表面にソース拡散表面領域２
およびドレイン拡散表面領域３を互いに離間して
形成し、この基体表面を絶縁層４で被覆してあ
る。上記ソース領域２及びドレイン領域３には絶
縁層４に開けた孔を通して導体５及び６を接続し
てそれぞれソース、ドレインのリード線とする。
これ等の導体５，６の上にさらに絶縁層７を被覆
し、絶縁層７の、チヤンネル領域８の上方にある
部分の上に化学選択性の膜９を被着し、さらにこ
の化学選択性の膜９以外の部分を溶液不透過性の
膜１０に覆つたものである。このような化学的感
応素子のゲート部９に試料電解液１１を接触さ
せ、この電解液１１中に基準電極１２を浸漬する
と共にバイアス電圧源１３及び１４を図示するよ
うに接続すると電流計１５には化学選択膜９に応
じた各種物質の検出を行なうことができる。例え
ば化学選択膜９としてSi3N4を用いた時にはH+イ
オンに対して感応するので溶液のPH測定を行なう
ことができ、Na2O−Al2O3−SiO2系のガラス膜で
組成比が11：18：71のもの（通称NAS−11−
18）を用いた場合にはNa+の検出を行なうことが
でき、これと同じ成分で組成比が27：５：68のガ
ラス膜を用いた場合にはK+を検出することがで
きる。又その他のイオン交換物質、酵素等を
PVO、PVAのモノマー及びその重合促進剤と共
に混合し固定化した膜を形成してこれを化学選択
膜９とすることもできる。酵素を含む化学選択膜
の場合にはその酵素が働いてイオンを解放するよ
うな特定物質の検出を行なうことができるし、さ
らに抗原又は抗体を含む化学選択膜の場合にはそ
れぞれこれ等に対する抗体、抗原の検出を行なう
ことができる。
部にイオン交換物質、酵素等の化学選択性の膜を
形成し、電解液中のイオン活量や上記酵素が働く
特定物質の存在等の検出を行なわせるようにした
化学的感応素子については従来から知られてい
る。第１図は特開昭51−139289号公報に記載され
た電解効果トランジスタ型化学的感応素子の構造
及び使用法を線図的に示したものである。一導電
型の半導体基体１の表面にソース拡散表面領域２
およびドレイン拡散表面領域３を互いに離間して
形成し、この基体表面を絶縁層４で被覆してあ
る。上記ソース領域２及びドレイン領域３には絶
縁層４に開けた孔を通して導体５及び６を接続し
てそれぞれソース、ドレインのリード線とする。
これ等の導体５，６の上にさらに絶縁層７を被覆
し、絶縁層７の、チヤンネル領域８の上方にある
部分の上に化学選択性の膜９を被着し、さらにこ
の化学選択性の膜９以外の部分を溶液不透過性の
膜１０に覆つたものである。このような化学的感
応素子のゲート部９に試料電解液１１を接触さ
せ、この電解液１１中に基準電極１２を浸漬する
と共にバイアス電圧源１３及び１４を図示するよ
うに接続すると電流計１５には化学選択膜９に応
じた各種物質の検出を行なうことができる。例え
ば化学選択膜９としてSi3N4を用いた時にはH+イ
オンに対して感応するので溶液のPH測定を行なう
ことができ、Na2O−Al2O3−SiO2系のガラス膜で
組成比が11：18：71のもの（通称NAS−11−
18）を用いた場合にはNa+の検出を行なうことが
でき、これと同じ成分で組成比が27：５：68のガ
ラス膜を用いた場合にはK+を検出することがで
きる。又その他のイオン交換物質、酵素等を
PVO、PVAのモノマー及びその重合促進剤と共
に混合し固定化した膜を形成してこれを化学選択
膜９とすることもできる。酵素を含む化学選択膜
の場合にはその酵素が働いてイオンを解放するよ
うな特定物質の検出を行なうことができるし、さ
らに抗原又は抗体を含む化学選択膜の場合にはそ
れぞれこれ等に対する抗体、抗原の検出を行なう
ことができる。
例えばイオン選択性膜を化学選択膜９に使用し
た場合溶液中のイオン濃度の程度によつてゲート
部の界面に電位が発生し、これによつてソース、
ドレイン間に流れる電流が変化するが、この変化
量は溶液中のイオン濃度の対数に比例すること
が、例えば第12回日本ME学会予稿集第507〜508
頁（1973）により知られている。しかし従来の電
界効果トランジスタ型化学的感応素子に於いては
ソース、ドレイン間に流れる電流値そのものと溶
液中のイオン濃度（の対数）との間の関係を特定
のものとすることが難しかつた。すなわち上記バ
イアス電圧源１３，１４の電圧を調整することに
より上記ソース、ドレイン間電流と溶液中のイオ
ン濃度との関係を変化させることはある程度可能
ではあつたが、その自由度は小さく予じめ定めた
関係に一致させることは素子のばらつき等によつ
て困難であつた。又素子の動作点を変化させるこ
とができないので、濃度変化に対する素子の感度
が低い動作領域や感度が高すぎる領域で使わなけ
ればならなかつたりした。
た場合溶液中のイオン濃度の程度によつてゲート
部の界面に電位が発生し、これによつてソース、
ドレイン間に流れる電流が変化するが、この変化
量は溶液中のイオン濃度の対数に比例すること
が、例えば第12回日本ME学会予稿集第507〜508
頁（1973）により知られている。しかし従来の電
界効果トランジスタ型化学的感応素子に於いては
ソース、ドレイン間に流れる電流値そのものと溶
液中のイオン濃度（の対数）との間の関係を特定
のものとすることが難しかつた。すなわち上記バ
イアス電圧源１３，１４の電圧を調整することに
より上記ソース、ドレイン間電流と溶液中のイオ
ン濃度との関係を変化させることはある程度可能
ではあつたが、その自由度は小さく予じめ定めた
関係に一致させることは素子のばらつき等によつ
て困難であつた。又素子の動作点を変化させるこ
とができないので、濃度変化に対する素子の感度
が低い動作領域や感度が高すぎる領域で使わなけ
ればならなかつたりした。
又素子を試料溶液から離す時に従来のものでは
ゲート部における不定の空間電荷により、ソース
とドレイン間に過大な電流が流れて素子を破壊も
しくは劣化させる恐れがあつた。
ゲート部における不定の空間電荷により、ソース
とドレイン間に過大な電流が流れて素子を破壊も
しくは劣化させる恐れがあつた。
本発明の目的は動作点を自由に変更できて、ソ
ース・ドレイン電流と溶液中の特定物質の濃度と
の関係を所定のものとすることが容易であり、さ
らに動作点を遮断領域に入れることによつて上述
の不所望な素子の破壊を防止することができる化
学的感応素子を提供することにある。
ース・ドレイン電流と溶液中の特定物質の濃度と
の関係を所定のものとすることが容易であり、さ
らに動作点を遮断領域に入れることによつて上述
の不所望な素子の破壊を防止することができる化
学的感応素子を提供することにある。
本発明は一導電型の半導体基体と、この基体の
一方の表面に互いに離間して形成された反対の導
電型の２つの拡散領域と、これ等２つの拡散領域
の間に存在するチヤンネル領域と、このチヤンネ
ル領域の上方に形成された絶縁膜と、この絶縁膜
上に形成された化学選択膜とを具えた電界効果ト
ランジスタ型の化学的感応素子に於いて、上記絶
縁膜内にゲート電極を埋設し、このゲート電極に
所望の電圧を印加し得るよう構成したことを特徴
とするものである。
一方の表面に互いに離間して形成された反対の導
電型の２つの拡散領域と、これ等２つの拡散領域
の間に存在するチヤンネル領域と、このチヤンネ
ル領域の上方に形成された絶縁膜と、この絶縁膜
上に形成された化学選択膜とを具えた電界効果ト
ランジスタ型の化学的感応素子に於いて、上記絶
縁膜内にゲート電極を埋設し、このゲート電極に
所望の電圧を印加し得るよう構成したことを特徴
とするものである。
以下図面につき本発明を詳細に説明する
第２図は本発明による化学的感応素子の構成及
び使用法を示す線図である。基体２１、ソース領
域２２、ドレイン領域２３、絶縁層２４、導体２
５，２６の構成は従来例と同じである。本実施例
に於いては基体２１はＰ型シリコン、絶縁層２４
はSiO2としている。さらにこれ等の上にSi3N4よ
り成る絶縁層２７が設けられて第１図に示したも
のと異りチヤンネル領域２８の上方（図では下
方）の絶縁層が２層となつているが、このこと自
体は例えば特開昭52−26292号公報に於いても知
られており公知である。チヤンネル領域２８のさ
らに上には化学選択層２９があることも従来と同
じであるが、本発明に於いてはチヤンネル領域２
８の上の絶縁層（絶縁ゲート）の中にゲート電極
３０を埋設するとともにこのゲート電極に、電圧
源３１によるバイアスの他に所望のバイアスを印
加し得るように構成したことが特徴である。さら
に本実施例ではこのバイアスを調整することによ
り感応素子の動作点を変えることができる。すな
わち試料溶液１１中の検出すべき特定物質の濃
度、活量等と電流計３２に流れる電流との関係を
調整することができる。したがつて素子を感度が
高く、所定の濃度；活量−電流の関係をもつた動
作点で使用できる。
び使用法を示す線図である。基体２１、ソース領
域２２、ドレイン領域２３、絶縁層２４、導体２
５，２６の構成は従来例と同じである。本実施例
に於いては基体２１はＰ型シリコン、絶縁層２４
はSiO2としている。さらにこれ等の上にSi3N4よ
り成る絶縁層２７が設けられて第１図に示したも
のと異りチヤンネル領域２８の上方（図では下
方）の絶縁層が２層となつているが、このこと自
体は例えば特開昭52−26292号公報に於いても知
られており公知である。チヤンネル領域２８のさ
らに上には化学選択層２９があることも従来と同
じであるが、本発明に於いてはチヤンネル領域２
８の上の絶縁層（絶縁ゲート）の中にゲート電極
３０を埋設するとともにこのゲート電極に、電圧
源３１によるバイアスの他に所望のバイアスを印
加し得るように構成したことが特徴である。さら
に本実施例ではこのバイアスを調整することによ
り感応素子の動作点を変えることができる。すな
わち試料溶液１１中の検出すべき特定物質の濃
度、活量等と電流計３２に流れる電流との関係を
調整することができる。したがつて素子を感度が
高く、所定の濃度；活量−電流の関係をもつた動
作点で使用できる。
又さらにスイツチ３３を接点３４の側に切換え
るとゲート電極３０に負の電圧がかかり素子のソ
ース、ドレイン間は遮断されるので例えば上述の
ように試料液から素子を引き上げる時のように不
所望な大電流の流れる恐れのある時はこのように
してソース、ドレイン間を遮断しておけばよい。
このためにゲート電極３０に印加する電圧は素子
の静特性から定まる遮断しきい値よりも大きなも
のとすればよいことはもちろんである。
るとゲート電極３０に負の電圧がかかり素子のソ
ース、ドレイン間は遮断されるので例えば上述の
ように試料液から素子を引き上げる時のように不
所望な大電流の流れる恐れのある時はこのように
してソース、ドレイン間を遮断しておけばよい。
このためにゲート電極３０に印加する電圧は素子
の静特性から定まる遮断しきい値よりも大きなも
のとすればよいことはもちろんである。
なお第３図は第２図に示した本発明による化学
的感応素子の実施例の上面図でありゲート電極３
０の横方向への拡がりを示している。図中
AA′B′Bで囲まれたコの字型の領域がドレイン領
域、BB′D′Dで囲まれたコの字型の領域が絶縁ゲ
ート領域、DD′で囲まれた内側の長方形の領域が
ソース領域である。ゲート電極３０はAA′C′Cで
囲まれるコの字型領域であり本実施例に於いては
ドレイン領域２３の全てと絶縁ゲート領域の一部
とを覆つている。しかしこれは必須の要件ではな
くドレイン領域２３の一部が覆われていなくても
よい。なおこのようにゲート電極３０を配置した
場合ゲート電極３０を不透明な材料で構成すれば
光に対して素子が感応するのを防止することがで
き濃度等の測定に於ける精度を向上させることが
できる。
的感応素子の実施例の上面図でありゲート電極３
０の横方向への拡がりを示している。図中
AA′B′Bで囲まれたコの字型の領域がドレイン領
域、BB′D′Dで囲まれたコの字型の領域が絶縁ゲ
ート領域、DD′で囲まれた内側の長方形の領域が
ソース領域である。ゲート電極３０はAA′C′Cで
囲まれるコの字型領域であり本実施例に於いては
ドレイン領域２３の全てと絶縁ゲート領域の一部
とを覆つている。しかしこれは必須の要件ではな
くドレイン領域２３の一部が覆われていなくても
よい。なおこのようにゲート電極３０を配置した
場合ゲート電極３０を不透明な材料で構成すれば
光に対して素子が感応するのを防止することがで
き濃度等の測定に於ける精度を向上させることが
できる。
第４図は異なる化学選択膜４１及び４２をそれ
ぞれ具える感応素子を２つ用いて測定を行なつて
いる様子を示す線図である。それぞれの感応素子
は第２図に示したものと同じものであるが電界効
果トランジスタを表わす記号に準じて記号化して
示している。ドレイン４３，４３′同士、ソース
４４，４４′同士はそれぞれ電気的に接続して第
２図に示したものと同じ回路を形成する。一方の
素子、例えばK+イオンに感応する化学選択膜４
１を具えた素子によつてK+イオンの測定を行な
う場合には他方の素子、例えばNa+イオンに感応
する化学選択膜４２を具えた素子のゲート電極４
５に負電位を与えてこちらの素子には電流が流れ
ないようにして測定を行なえばよい。もちろん
Na+イオンの測定時には一方の素子のゲート電極
４６を負電位とすればよい。これ等の操作は例え
ばスイツチ４７によつて行なうことができる。第
４図に於いては２つの素子を別々のものとして描
いたが、図を見ればわかるように２つの素子のソ
ース領域、ドレイン領域はそれぞれ電気的に短絡
されているので、この２つの素子を１つの基体上
に形成する時にはソース領域同士、ドレイン領域
同士を絶縁する必要がなく一体に形成すればよい
ので製造上極めて好都合である。
ぞれ具える感応素子を２つ用いて測定を行なつて
いる様子を示す線図である。それぞれの感応素子
は第２図に示したものと同じものであるが電界効
果トランジスタを表わす記号に準じて記号化して
示している。ドレイン４３，４３′同士、ソース
４４，４４′同士はそれぞれ電気的に接続して第
２図に示したものと同じ回路を形成する。一方の
素子、例えばK+イオンに感応する化学選択膜４
１を具えた素子によつてK+イオンの測定を行な
う場合には他方の素子、例えばNa+イオンに感応
する化学選択膜４２を具えた素子のゲート電極４
５に負電位を与えてこちらの素子には電流が流れ
ないようにして測定を行なえばよい。もちろん
Na+イオンの測定時には一方の素子のゲート電極
４６を負電位とすればよい。これ等の操作は例え
ばスイツチ４７によつて行なうことができる。第
４図に於いては２つの素子を別々のものとして描
いたが、図を見ればわかるように２つの素子のソ
ース領域、ドレイン領域はそれぞれ電気的に短絡
されているので、この２つの素子を１つの基体上
に形成する時にはソース領域同士、ドレイン領域
同士を絶縁する必要がなく一体に形成すればよい
ので製造上極めて好都合である。
なお本発明は上述の実施例にのみ限られるもの
ではない。例えばゲート電極の上方には化学選択
膜を設けないようにすることもできる。又一つの
基体上に複数の感応素子を設ける場合にもちろん
２つの素子に限られるものではない。さらに感応
素子の構造も上述したものに限られるものではな
く、絶縁層の層の数などは他の適当な構成とする
ことができる。又ゲート電極の位置形状は素子の
動作点をここに加える電圧によつて変化させるこ
とができるならば適当なものでよい。
ではない。例えばゲート電極の上方には化学選択
膜を設けないようにすることもできる。又一つの
基体上に複数の感応素子を設ける場合にもちろん
２つの素子に限られるものではない。さらに感応
素子の構造も上述したものに限られるものではな
く、絶縁層の層の数などは他の適当な構成とする
ことができる。又ゲート電極の位置形状は素子の
動作点をここに加える電圧によつて変化させるこ
とができるならば適当なものでよい。
本発明によれば試料液中の特定物質の濃度ある
いは活量と感応素子に流れる電流との関係を調整
することができ、素子の好適な動作点で使用で
き、さらに必要に応じて素子を遮断することもで
きて測定上便利である。又複数の素子を同一基体
上に形成する場合には構成を簡単化することがで
きる。
いは活量と感応素子に流れる電流との関係を調整
することができ、素子の好適な動作点で使用で
き、さらに必要に応じて素子を遮断することもで
きて測定上便利である。又複数の素子を同一基体
上に形成する場合には構成を簡単化することがで
きる。
第１図は従来の化学的感応素子の構成の一例及
びその使用法を示す線図、第２図は本発明による
化学的感応素子の一実施例の断面構造ならびにそ
の使用法を示す線図、第３図は同じく本発明によ
る感応素子の各領域の平面的拡がりの一例を示す
線図、第４図は本発明による感応素子を複数個用
いる場合の使用法を示す線図である。 ２１……基体、２２……ソース領域、２３……
ドレイン領域、２４……絶縁層、２５，２６……
導体、２７……絶縁層、２８……チヤンネル領
域、２９……化学選択膜、３０……ゲート電極、
４１，４２……化学選択膜、４３，４３′……ド
レイン、４４，４４′……ソース、４５，４６…
…ゲート電極。
びその使用法を示す線図、第２図は本発明による
化学的感応素子の一実施例の断面構造ならびにそ
の使用法を示す線図、第３図は同じく本発明によ
る感応素子の各領域の平面的拡がりの一例を示す
線図、第４図は本発明による感応素子を複数個用
いる場合の使用法を示す線図である。 ２１……基体、２２……ソース領域、２３……
ドレイン領域、２４……絶縁層、２５，２６……
導体、２７……絶縁層、２８……チヤンネル領
域、２９……化学選択膜、３０……ゲート電極、
４１，４２……化学選択膜、４３，４３′……ド
レイン、４４，４４′……ソース、４５，４６…
…ゲート電極。
Claims (1)
- １ 一導電型の半導体基体と、この基体の一方の
表面に互いに離間して形成された反対の導電型の
２つの拡散領域と、これ等２つの拡散領域の間に
存在するチヤンネル領域と、このチヤンネル領域
の上方に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に形
成された化学選択膜とを具えた電界効果トランジ
スタ型の化学的感応素子に於いて、上記絶縁膜内
にゲート電極を埋設し、このゲート電極に所望の
電圧を印加し得るよう構成したことを特徴とする
化学的感応素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4960278A JPS54141699A (en) | 1978-04-26 | 1978-04-26 | Chemically responding element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4960278A JPS54141699A (en) | 1978-04-26 | 1978-04-26 | Chemically responding element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54141699A JPS54141699A (en) | 1979-11-05 |
| JPS6113180B2 true JPS6113180B2 (ja) | 1986-04-11 |
Family
ID=12835774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4960278A Granted JPS54141699A (en) | 1978-04-26 | 1978-04-26 | Chemically responding element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54141699A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6358098A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-12 | Suupaa Hiitoponpu Energ Shiyuuseki Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | プレ−トフイン形蒸発器 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60168043A (ja) * | 1984-02-10 | 1985-08-31 | Sharp Corp | Ｆｅｔ型センサ |
| JPS60242354A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-12-02 | Sharp Corp | Ｆｅｔ型センサ |
-
1978
- 1978-04-26 JP JP4960278A patent/JPS54141699A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6358098A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-12 | Suupaa Hiitoponpu Energ Shiyuuseki Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | プレ−トフイン形蒸発器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54141699A (en) | 1979-11-05 |
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