JPS6114555A - Fet型センサの駆動方式 - Google Patents
Fet型センサの駆動方式Info
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- JPS6114555A JPS6114555A JP59136105A JP13610584A JPS6114555A JP S6114555 A JPS6114555 A JP S6114555A JP 59136105 A JP59136105 A JP 59136105A JP 13610584 A JP13610584 A JP 13610584A JP S6114555 A JPS6114555 A JP S6114555A
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- sensitive body
- fet
- electrode
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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
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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】
〈発明の技術分野〉
本発明は、MOS型あるいはMIS型等の電界効果型ト
ランジスタ(以下単にFET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、この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ためのFET型センサの駆動方式に
関するものである。
ランジスタ(以下単にFET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、この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ためのFET型センサの駆動方式に
関するものである。
〈発明の技術的背景とその問題〉
一般にFET型センサは、検出しようとする物理量との
化学的あるいは物理的相互作用によって静電容量や電気
伝導度あるいは静電電位等の電気的変化を生ずる感応体
とFET素子とを組合せて検出しようとする物理量をF
ET素子のゲート作用変化としてとらえるものであり、
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って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。
化学的あるいは物理的相互作用によって静電容量や電気
伝導度あるいは静電電位等の電気的変化を生ずる感応体
とFET素子とを組合せて検出しようとする物理量をF
ET素子のゲート作用変化としてとらえるものであり、
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って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
ことが出来、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だめ、実用上も、コスト面でも好
ましい形態を有する。
からなるFET型センサは、素子寸法も小さく設定する
ことが出来、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だめ、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。更に、ガスセ
ンサや湿度センサ等のいわゆる雰囲気センサをFET型
センサとして構成する場合には、センサ部以外は外雰囲
気に対して安定であることが要求される。
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。更に、ガスセ
ンサや湿度センサ等のいわゆる雰囲気センサをFET型
センサとして構成する場合には、センサ部以外は外雰囲
気に対して安定であることが要求される。
しかし、従来のFET型センサにあっては長期間の出力
安定性及び外雰囲気に対する安定性の点で問題があり、
必ずしも充分ではなかった。
安定性及び外雰囲気に対する安定性の点で問題があり、
必ずしも充分ではなかった。
〈発明の目的〉
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、FET
型センサの出力特性の長期安定性を図り、更に外雰囲気
の変化に対して出力変動の少ない安定した特性の得られ
るFET型センサの駆動方式を提供することを目的とし
、この目的を達成するため、本発明のFET型センサの
駆動方式は、被検知体との物理約1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に配設して成る
FET型センサに於めて、上記のゲート電極と対をなす
補助電極を上記の感応体に付設し、上記のゲート電極及
び上記の補助電極を介して上記のゲート絶縁膜及び上記
の感応体に直流電圧と交流電圧とを重畳して印加すると
共に上記の補助電極と上記の直流電圧を供給する直流電
圧源との間に上記の交流電圧の周波数における上記の感
応体の交流インピーダンスの値に略等しい値の固定抵抗
を配設して、この固定抵抗によりFET素子のバイアス
電位を与えると共に、上記の感応体の交流インピーダン
スと上記の固定抵抗との分割比に比例したドレイン領域
あるいはソース電流に生ずる交流成分を検出信号として
得るように構成されている。
型センサの出力特性の長期安定性を図り、更に外雰囲気
の変化に対して出力変動の少ない安定した特性の得られ
るFET型センサの駆動方式を提供することを目的とし
、この目的を達成するため、本発明のFET型センサの
駆動方式は、被検知体との物理約1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に配設して成る
FET型センサに於めて、上記のゲート電極と対をなす
補助電極を上記の感応体に付設し、上記のゲート電極及
び上記の補助電極を介して上記のゲート絶縁膜及び上記
の感応体に直流電圧と交流電圧とを重畳して印加すると
共に上記の補助電極と上記の直流電圧を供給する直流電
圧源との間に上記の交流電圧の周波数における上記の感
応体の交流インピーダンスの値に略等しい値の固定抵抗
を配設して、この固定抵抗によりFET素子のバイアス
電位を与えると共に、上記の感応体の交流インピーダン
スと上記の固定抵抗との分割比に比例したドレイン領域
あるいはソース電流に生ずる交流成分を検出信号として
得るように構成されている。
〈発明の実施例〉
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
る。
第1図は本発明の一実施例の説明に供するFET型湿度
センサの構造を示す断面図、第2図Cま同センサの駆動
方式を説明するための等価回路図である。
センサの構造を示す断面図、第2図Cま同センサの駆動
方式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6ま第1図に示すようにM
OS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型のソース領域
2及びドレイン領域3を並設して形成している。またこ
のシリコン基板1上にはソース領域2及びドレイン領域
3においてスル−ホールを有する二酸化シリコン膜5を
被覆する。
OS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型のソース領域
2及びドレイン領域3を並設して形成している。またこ
のシリコン基板1上にはソース領域2及びドレイン領域
3においてスル−ホールを有する二酸化シリコン膜5を
被覆する。
ゲート絶縁膜はソース領域2とドレイン領域3とを結ぶ
シリコン基板1上に堆積した二酸化シリコン膜SiCh
)膜5と窒化シリコン(Si3N4)膜7との2重積層
膜で構成し、窒化シリコン膜7iヨ更にソース領域2及
びドレイン領域3にそれぞれ片端が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6,6の上面をも被覆して、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及び透湿性のゲート電極膜10がこの順序で積層さ
れるが、ここで感湿体9と窒化ソリコン膜7との界面に
は導電性膜から成るブロッキング膜8を挿入した構造と
なっている。ブロッキング膜8は感湿体9に直流的な電
位差が存在した場合に起こる出力信号の経時変化(ドリ
フト)を解除するだめの電圧を印加するだめの補助電極
となるものである。
シリコン基板1上に堆積した二酸化シリコン膜SiCh
)膜5と窒化シリコン(Si3N4)膜7との2重積層
膜で構成し、窒化シリコン膜7iヨ更にソース領域2及
びドレイン領域3にそれぞれ片端が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6,6の上面をも被覆して、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及び透湿性のゲート電極膜10がこの順序で積層さ
れるが、ここで感湿体9と窒化ソリコン膜7との界面に
は導電性膜から成るブロッキング膜8を挿入した構造と
なっている。ブロッキング膜8は感湿体9に直流的な電
位差が存在した場合に起こる出力信号の経時変化(ドリ
フト)を解除するだめの電圧を印加するだめの補助電極
となるものである。
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たはアセチルセルロ
ース膜で形成されているが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10としては厚さ約10
0Xの金蒸着膜を、ブロッキング膜8としては厚さ約2
000Xの金またはアルミニウム蒸着膜が用いられてい
るか、これらの素子構成材料及びその膜厚は必ずしも上
述のものに限定されるものではなく、その他の適当な材
料及び膜厚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M
O8型以外のMIS型等に使用することもできる。
て結晶化したポリビニルアルコールたはアセチルセルロ
ース膜で形成されているが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10としては厚さ約10
0Xの金蒸着膜を、ブロッキング膜8としては厚さ約2
000Xの金またはアルミニウム蒸着膜が用いられてい
るか、これらの素子構成材料及びその膜厚は必ずしも上
述のものに限定されるものではなく、その他の適当な材
料及び膜厚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M
O8型以外のMIS型等に使用することもできる。
次に@2図に示す等価回路図にしたがって、上記構成を
有するFET型湿度センサの駆動方式を説明する。
有するFET型湿度センサの駆動方式を説明する。
第2図にお因で、容量Cs及びCiはそれぞれ第1図に
おける感湿体9及び2層ゲート絶縁膜5゜7の静電容量
を示す。またRLはドレイン電極6と直列に接続された
負荷抵抗を示し、該負荷抵抗RLを介して電源Vccが
ドレイン電極6に結合されるように構成され、またドレ
イン電極6と負荷抵抗Rr、の接続点は結合容量C8を
介して出力端Voutに接続されている。
おける感湿体9及び2層ゲート絶縁膜5゜7の静電容量
を示す。またRLはドレイン電極6と直列に接続された
負荷抵抗を示し、該負荷抵抗RLを介して電源Vccが
ドレイン電極6に結合されるように構成され、またドレ
イン電極6と負荷抵抗Rr、の接続点は結合容量C8を
介して出力端Voutに接続されている。
またR1 はブロッキング膜8の補助電極と直流電圧源
VBとの間に配設された本発明に係る固定抵抗であり、
感湿体9の交流電圧の周波数における交流インピーダン
スの値に略等しい抵抗値を有したものが配設されており
、この抵抗R1によってFET型湿度センサがバイアス
されている。
VBとの間に配設された本発明に係る固定抵抗であり、
感湿体9の交流電圧の周波数における交流インピーダン
スの値に略等しい抵抗値を有したものが配設されており
、この抵抗R1によってFET型湿度センサがバイアス
されている。
CcはFET型湿度センサのゲート電極膜10に交流電
圧Eiを加えるだめの結合容量である。
圧Eiを加えるだめの結合容量である。
ここでCs > Ci と々るように絶縁膜の作成を
行なえば1.齋2図における容量Ci は動作上無視す
ることが出来る。
行なえば1.齋2図における容量Ci は動作上無視す
ることが出来る。
今、透湿性のゲート電極膜10に印加する電圧をEi
(その交流入力信号の角周波数をωとする)とすると
、補助電極(ブロッキング膜8)に出力される電圧E。
(その交流入力信号の角周波数をωとする)とすると
、補助電極(ブロッキング膜8)に出力される電圧E。
は次式によって与えられる。
(但し、Cc及びR2は無視される程、充分に大きな値
とする。) 上記した式から明らかなように入力電圧E1 を容量C
sと固定抵抗R1によって分割した電圧が補助電極に出
力されることになる。したがって、感湿体9の静電容量
C8が外界囲気中の湿度に応じて変化することによって
補助電極上の出力が変化することになる。
とする。) 上記した式から明らかなように入力電圧E1 を容量C
sと固定抵抗R1によって分割した電圧が補助電極に出
力されることになる。したがって、感湿体9の静電容量
C8が外界囲気中の湿度に応じて変化することによって
補助電極上の出力が変化することになる。
この出力E。は次の段のFET素子によってドレイン電
流(捷たはソース電流)の変化となって現われ、結合容
量C8を介して出力端Voutにドレイン電流あるいは
ソース電流に生じる交流成分が検出信号として出力され
る。これによって湿度が検知される。
流(捷たはソース電流)の変化となって現われ、結合容
量C8を介して出力端Voutにドレイン電流あるいは
ソース電流に生じる交流成分が検出信号として出力され
る。これによって湿度が検知される。
ここで、負荷抵抗RLはFET素子のソース側に接続し
てソースフォロアとして用いても良いことは勿論である
。
てソースフォロアとして用いても良いことは勿論である
。
なお、感湿体9に何らかの直流的な電位差が存在すると
FET素子の閾値電圧(Vth)の変動が生じ、経時変
化の大きな原因となるため、感湿体90両端を同電位に
する必要がある。抵抗R2はそのためのゲート電極と電
源vBとの間に設けられた固定抵抗である。
FET素子の閾値電圧(Vth)の変動が生じ、経時変
化の大きな原因となるため、感湿体90両端を同電位に
する必要がある。抵抗R2はそのためのゲート電極と電
源vBとの間に設けられた固定抵抗である。
また、容量CsのインピーダンスがZmin 〜Zma
xまで変化するとすれば、抵抗R1の値をほぼ次式に示
される値に選定することによって容量Csの変化量を最
も大きく取り出せることが出来る。
xまで変化するとすれば、抵抗R1の値をほぼ次式に示
される値に選定することによって容量Csの変化量を最
も大きく取り出せることが出来る。
以上に示した本発明の一実施例であるFET型湿度セン
サにおいて、上述のように補助電極8上にバイアス用及
び出力信号分割用として作用する固定抵抗を配設するこ
とにより、次のような効果が得られる。
サにおいて、上述のように補助電極8上にバイアス用及
び出力信号分割用として作用する固定抵抗を配設するこ
とにより、次のような効果が得られる。
■ 固定抵抗R1として温度係数が非常に小さく、しか
も経時変化の少ない種類(例えば、金属皮膜抵抗等)を
用いることによって、より信頼性の高いセンサを得るこ
とができる。
も経時変化の少ない種類(例えば、金属皮膜抵抗等)を
用いることによって、より信頼性の高いセンサを得るこ
とができる。
■ 固定抵抗R1はFET素子のバイアスと信号検出を
兼ねてAるため、センサ周辺の部品点数が少なくて済む
。
兼ねてAるため、センサ周辺の部品点数が少なくて済む
。
■ 固定抵抗R2を併用して、感湿体の両端子間を直流
的に同電位にすることにより、容易に感湿体の経時変化
を防止することが出来る。
的に同電位にすることにより、容易に感湿体の経時変化
を防止することが出来る。
〈発明の効果〉
以上のように、本発明のFET型センサの駆動方式によ
れば、センサの出力特性の長期安定化を計ることが出来
ると共に、外界囲気の変化に対して変化の少ない安定し
た駆動方式が得られる。
れば、センサの出力特性の長期安定化を計ることが出来
ると共に、外界囲気の変化に対して変化の少ない安定し
た駆動方式が得られる。
第1図は本発明の一実施例の説明に供するFET型湿度
センサの構造を示す断面図、第2図は同センサの本発明
に係る駆動方式を説明するための等価回路図である。 1・・・シリコン基板、 2・・・ソース領域、3・
・・ドレイン領域、 5・・・二酸化シリコン膜、6・
・・電極用導電膜、 7・・・窒化シリコン膜、8・・
・ブロッキング膜、9・・・感湿体、10・・・ゲート
電極膜− C:’幻’i Ci・・・容量、 RL・・・負荷
抵抗、R1・・・固定抵抗。
センサの構造を示す断面図、第2図は同センサの本発明
に係る駆動方式を説明するための等価回路図である。 1・・・シリコン基板、 2・・・ソース領域、3・
・・ドレイン領域、 5・・・二酸化シリコン膜、6・
・・電極用導電膜、 7・・・窒化シリコン膜、8・・
・ブロッキング膜、9・・・感湿体、10・・・ゲート
電極膜− C:’幻’i Ci・・・容量、 RL・・・負荷
抵抗、R1・・・固定抵抗。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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に配設して成るFET型
センサに於いて、 前記ゲート電極と対をなす補助電極を前記感応体に付設
し、 前記ゲート電極及び前記補助電極を介して前記ゲート絶
縁膜及び前記感応体に直流電圧と交流電圧とを重畳して
印加すると共に前記補助電極と前記直流電圧を供給する
直流電圧源との間に前記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の値に略等しい値の固定抵
抗を配設して該固定抵抗によりFET素子のバイアス電
位を与えると共に前記感応体の交流インピーダンスと前
記固定抵抗との分割比に比例したドレイン電流あるいは
ソース電流に生ずる交流成分を検出信号として得るよう
に成したことを特徴とするFET型センサの駆動方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59136105A JPS6114555A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Fet型センサの駆動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59136105A JPS6114555A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Fet型センサの駆動方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6114555A true JPS6114555A (ja) | 1986-01-22 |
Family
ID=15167393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59136105A Pending JPS6114555A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Fet型センサの駆動方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6114555A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0210146A (ja) * | 1988-06-28 | 1990-01-12 | Nok Corp | 感湿素子およびその動作回路 |
US7984744B2 (en) | 2005-11-30 | 2011-07-26 | Seiki Hanbai Co., Ltd. | Foldable screen device |
-
1984
- 1984-06-29 JP JP59136105A patent/JPS6114555A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0210146A (ja) * | 1988-06-28 | 1990-01-12 | Nok Corp | 感湿素子およびその動作回路 |
US7984744B2 (en) | 2005-11-30 | 2011-07-26 | Seiki Hanbai Co., Ltd. | Foldable screen device |
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