JPS61155851A - Semiconductor ion sensor - Google Patents

Semiconductor ion sensor

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JPS61155851A
JPS61155851A JP59276384A JP27638484A JPS61155851A JP S61155851 A JPS61155851 A JP S61155851A JP 59276384 A JP59276384 A JP 59276384A JP 27638484 A JP27638484 A JP 27638484A JP S61155851 A JPS61155851 A JP S61155851A
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JP
Japan
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ion
gate
sensitive
film
hollow fiber
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JP59276384A
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Japanese (ja)
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Makoto Yano
誠 矢野
Michihiro Nakamura
通宏 中村
Hidehiko Iketani
池谷 秀彦
Kazunobu Kitano
北野 一信
Kyoichiro Shibatani
享一郎 柴谷
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Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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    • 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

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Abstract

PURPOSE:To improve the durability of an ion sensor and to reduce the size thereof by coating a gate region of a field effect transistor having a needle-like structure with a hollow yarn-like film consisting of a hydrophobic high polymer contg. an ion sensitive material. CONSTITUTION:A lead wire 2 is connected to a source electrode and drain electrode 1 of the gate-insulated field effect transistor and is coated with a catheter 3. The gate region of the electrode 1 projecting from the catheter 3 is coated with the hollow yarn-like film 5 consisting of the hydrophobic high- polymer having the ion sensitive material. The resin 6 is sealed into the aperture at the top end thereof. Plastic PVC, silicon, etc. which are incorporated therein with the ion sensitive material, i.e., valinomycin, crown ether, etc. are used for the film 5. Such sensor is constituted to a single or multiple sensors. Since the hollow yarn-like film is used, the ion sensor is made water-proof and is obtd. with the simple stage.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は先端部にゲート感応領域を有するゲート絶縁型
電界効果トランジスタからなる半導体イオンセンサに関
するものである。特に電解液中のイ゛オン活量の測定に
適した耐水性の高い半導体イオンセンサに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor ion sensor comprising a gate insulated field effect transistor having a gate sensitive region at its tip. In particular, the present invention relates to a highly water-resistant semiconductor ion sensor suitable for measuring ion activity in an electrolyte.

(従来の技術) 水素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カル
シウムイオン等のイオン活量の測定には従来よりガラス
電極が使用されている。この電極は医学、生理学分野、
特に生体中の各種イオンの測定に用いる場合、生体組織
に挿入して使用される。そのため、上記電極を小型化す
ることが試みられている。しかしながら、ガラス電極を
小型化した場合、次のような問題が生ずることが知られ
−ている。
(Prior Art) Glass electrodes have conventionally been used to measure the ion activities of hydrogen ions, sodium ions, potassium ions, calcium ions, and the like. This electrode is suitable for medical, physiological fields,
Particularly when used to measure various ions in a living body, it is inserted into living tissue. Therefore, attempts have been made to miniaturize the above electrodes. However, it is known that the following problems occur when glass electrodes are miniaturized.

(1)  ガラス膜の抵抗値が約10MΩであるため、
高入力抵抗値の増巾器が必要である。
(1) Since the resistance value of the glass film is approximately 10MΩ,
A high input resistance amplifier is required.

(2)ガラス膜は薄いため機械的強度が低い。(2) Since the glass film is thin, its mechanical strength is low.

(8)微小部分に存在する特定の化学物質を測定する場
合、電極面積が小さくなるため、ガラス膜の抵抗値が高
くなる。
(8) When measuring a specific chemical substance present in a minute part, the electrode area becomes small, so the resistance value of the glass film becomes high.

そのため、測定装置が大型で複雑となり、かつ電極その
ものがもろくてこわれやす馳ため、特に生体組織に挿入
して生体中の特定の化学物質を測定する電極としては実
用上問題があった。
As a result, the measurement device becomes large and complicated, and the electrode itself is fragile and fragile, which poses practical problems, especially when used as an electrode for measuring specific chemical substances in a living body by inserting it into living tissue.

かかるガラス電極の欠点を解消するため、本願出願人は
半導体の電界効果を利用した新規なイオンセンサを特公
昭57−43863号などに提案した。
In order to overcome the drawbacks of such glass electrodes, the applicant of the present invention proposed a new ion sensor utilizing the electric field effect of a semiconductor in Japanese Patent Publication No. 57-43863.

このイオンセンサは従来のMOSFETのゲート電極を
構成する金属板の代シに、酸化シリコン及び窒化シリコ
ンからなる絶縁膜または酸化シリコン、窒化シリコン及
びイオン感応膜の絶縁膜を電極とし、かつ針状の基慕の
先端部にゲート絶縁膜を配置して、直接この絶縁膜と被
測定液体とを接触させて電位を測定する構造であり、I
on 5ensitlveField Effect 
Transistor (I 5FET )と呼ばれて
いる。上記酸化シリコン及び窒化シリコンの絶縁膜をゲ
ート電極とするイオンセンサは水素イオンを選択的に測
定できる。また上記二層構造の表面K1.更に特定の化
学物質に選択的に感応するイオン感応膜を被覆すること
により、種々のイオンを選択的に測定することができる
This ion sensor uses an insulating film made of silicon oxide and silicon nitride or an insulating film made of silicon oxide, silicon nitride, and an ion-sensitive film as an electrode in place of the metal plate that constitutes the gate electrode of a conventional MOSFET, and has a needle-shaped electrode. It has a structure in which a gate insulating film is placed at the tip of the base, and the potential is measured by directly contacting this insulating film with the liquid to be measured.
on 5ensitlveField Effect
Transistor (I5FET). The ion sensor using the silicon oxide and silicon nitride insulating films as gate electrodes can selectively measure hydrogen ions. Further, the surface K1 of the above-mentioned two-layer structure. Furthermore, various ions can be selectively measured by coating with an ion-sensitive membrane that is selectively sensitive to specific chemical substances.

その測定原理は、ドレイン、ソース間の伝導チャネルの
電気伝導がゲート絶縁膜及び被測定液体の界面の電位に
依存することに基づいている。そのため、出力インピー
ダンスを低くしたまま、超小型化することや1枚の半導
体基板の上に複数の化学的感応層を作るマルチ感応層化
が可能である。特に出力インピーダンスが低く。
The measurement principle is based on the fact that electrical conduction in a conduction channel between a drain and a source depends on the potential at the interface between the gate insulating film and the liquid to be measured. Therefore, it is possible to achieve ultra-miniaturization while keeping the output impedance low, and to create multiple chemically sensitive layers on a single semiconductor substrate. Especially low output impedance.

かつ小型のため生体組織に挿入して使用する医療用の生
体モニタリングセンサとして有用なものである。
Moreover, because of its small size, it is useful as a medical biomonitoring sensor that is used by inserting it into living tissue.

l5FETのゲート表面を被覆するイオン感応膜として
はガラス膜、難溶性塩膜、液膜等を用いることができる
が、イオン交換物質、ニュートラルキャ、、リヤーを高
分子媒体中に分散させた液膜は応用範囲が広く、かつ作
製が容易なため好ましく用いられる。かかるイオン感応
物質を含有する液膜をゲート表面に被覆したl5FET
は特公昭55−13544号、特開昭54−13019
6号、特開昭54−130197号などに記載されてい
る。
The ion-sensitive membrane that covers the gate surface of the 15FET can be a glass membrane, a poorly soluble salt membrane, a liquid membrane, etc., but a liquid membrane in which an ion exchange substance, neutral carrier, or chloride is dispersed in a polymeric medium can be used. is preferably used because it has a wide range of applications and is easy to manufacture. 15FET whose gate surface is coated with a liquid film containing such an ion-sensitive substance
is JP 55-13544, JP 54-13019.
No. 6, JP-A-54-130197, etc.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながらゲート表面に液膜を被覆したl5FETは
使用中に感度が低下したシ、ドリフトを生じ長時間にわ
たシ安定にイオン活量の測定を行うことができないとい
う問題があった。とくにl5FETを複数個集積化し各
l5FETのゲート領域に異なるイオン感応物質を含有
する液膜を被覆した多重セ/すは個々のIBFET間の
特性(特にイオン感度)のバラツキ、不安定さが大きく
、かつ耐水性などの不完全さにより寿命が極めて短かい
という問題があり九〇 (問題点を解決するための手段) 本発明者らは上述の問題点を解消するため鋭意検討した
結果、上記問題はゲート領域へのイオン感応膜の被覆法
として均一な膜厚の制御が困難で、かつ剥離やピンホー
ルが生じやすいディップコーティング法を採用したこと
に起因するものと考え。
(Problem to be solved by the invention) However, the 15FET whose gate surface is coated with a liquid film suffers from decreased sensitivity and drift during use, making it impossible to measure ion activity stably over a long period of time. There was a problem. In particular, when a plurality of IBFETs are integrated and the gate region of each IBFET is coated with a liquid film containing a different ion-sensitive substance, the characteristics (especially ion sensitivity) of the individual IBFETs vary widely and are unstable. In addition, there is a problem that the service life is extremely short due to imperfections such as water resistance. This is thought to be due to the adoption of a dip coating method for coating the gate region with the ion-sensitive film, which is difficult to control for uniform film thickness and is prone to peeling and pinholes.

さらに検討した結果本発明に到達したものである。As a result of further study, the present invention was arrived at.

すなわち本発明は先端部にゲート感応領域を有する針状
構造のゲート絶縁型電界効果トランジスタの咳ゲート領
域及びその一端面がイオン感応性物質を含有する疎水性
高分子からなる中空糸状の均質膜で被覆されていること
を特徴とする半導体イオンセンサである。
That is, the present invention provides a gate region of a gate insulated field effect transistor having a needle-like structure having a gate sensitive region at its tip, and one end surface of which is a hollow fiber-like homogeneous membrane made of a hydrophobic polymer containing an ion-sensitive substance. A semiconductor ion sensor characterized by being coated.

(作 用) 本発明ではl5FETが超小型であるため、ゲート領域
へのイオン感応膜は従来よシデイツプコート法を採用せ
ざるを得ないと考えられていたイオン感応膜の被覆法と
して、イオン感応物質を含有する疎水性高分子からなる
中空糸状膜をゲート領域に被覆したことく特徴を有して
いる。かかる特徴によシ長時間にわたり安定にイオン活
量を測定できる理由は次のように推測される。
(Function) In the present invention, since the 15FET is ultra-small, the ion-sensitive film is coated with an ion-sensitive material as a coating method for the ion-sensitive film, which was conventionally thought to have no choice but to adopt a side dip coating method. The gate region is coated with a hollow fiber-like membrane made of a hydrophobic polymer containing . The reason why the ionic activity can be measured stably over a long period of time due to such characteristics is presumed as follows.

■ イオン感応膜を予め中空状に成型しているため膜厚
を一定にすることができる。
■ Because the ion-sensitive membrane is pre-formed into a hollow shape, the membrane thickness can be kept constant.

■ l5FETのゲート領域が中空糸の中空部に挿入固
定されているため膜の剥離がない。
- Since the gate region of the 15FET is inserted and fixed into the hollow part of the hollow fiber, there is no peeling of the membrane.

■ 予め中空状に成型するためピンホールやクラックの
ない中空糸膜を得ることができる。
■ Hollow fiber membranes without pinholes or cracks can be obtained because they are formed into hollow fibers in advance.

上記理由により耐水性の優れた実用的なイオンセンサを
提供することができるもの°と推測される。
For the above reasons, it is presumed that a practical ion sensor with excellent water resistance can be provided.

かかる特徴は複数のl5FETを集積化した小屋の多重
センサの作製に極めて有用である。
Such features are extremely useful for fabricating a multi-sensor in which multiple 15FETs are integrated.

(5A施例) 次に本発明の半導体イオンセンサの一実施例を図面にて
説明する。第1図(&)、Φ)に本発明で用いるl5F
I;T 1の平面図及び断面図を示している。
(Example 5A) Next, an example of the semiconductor ion sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 (&), Φ) shows l5F used in the present invention.
I; shows a plan view and a sectional view of T1.

この図において、シリコン(St)基板11は細長いp
−形のシリコン単結晶から形成され、この基板11の中
央部表面にその長手方向へ延びる細長い平行なn形のド
レイン拡散領域12およびソース拡散領域13を含む。
In this figure, a silicon (St) substrate 11 has an elongated p
The substrate 11 is formed from a --shaped silicon single crystal, and includes an elongated parallel n-type drain diffusion region 12 and a source diffusion region 13 extending in the longitudinal direction on the central surface of the substrate 11 .

これら2つの拡散領域間に位置する基板゛11の表面領
域はゲート領域16を形成している。
The surface region of the substrate 11 located between these two diffusion regions forms a gate region 16.

基板11のゲート部を除く表面中にはn影領域12.1
3を覆って2士チャンネルストッパ領域17が形成され
、ゲート領域16を除いて、n形ソース、ドレイン拡散
領域12.13間における基板110表面に伝導チャン
ネルが形成されるのを防止している。また、ソース拡散
領域12の後端部18はn+コンタクト領域19を通し
てA4製のソース電極20及び基板電極に電気的に接続
されている。また、ドレイン拡散領域13の後端部21
はn+コンタクト領域22を通してAI製のドレイン電
極23に電気的に接続されている。
There is an n shadow region 12.1 in the surface of the substrate 11 excluding the gate portion.
A two-way channel stopper region 17 is formed over the substrate 110 to prevent conduction channels from forming on the surface of the substrate 110 between the n-type source and drain diffusion regions 12, 13, except for the gate region 16. Further, the rear end portion 18 of the source diffusion region 12 is electrically connected to a source electrode 20 made of A4 and a substrate electrode through an n+ contact region 19. Further, the rear end portion 21 of the drain diffusion region 13
is electrically connected to a drain electrode 23 made of AI through an n+ contact region 22.

シリコン基板11の表面には、第1図の段部24から@
1狭の先端側部25において全面に、ま・た幅広の後端
側部26において表裏面に、それぞれ酸化シリコン(5
loz)膜27と、窒化シリコン(SisN4)膜28
との二層構造の被覆がなされている。
On the surface of the silicon substrate 11, from the stepped portion 24 in FIG.
Silicon oxide (50%
loz) film 27 and silicon nitride (SisN4) film 28
The coating has a two-layer structure.

かかるl5FETは幅0.4間、長さ5間、厚さ0.1
5+u+である。上記ゲート領域が酸化シリコン膜と窒
化シリコン膜で被覆されたl5FETは水素イオンに選
択的に感応し…センサとして用いられる。
Such a 15FET has a width of 0.4 mm, a length of 5 mm, and a thickness of 0.1 mm.
5+u+. The 15FET whose gate region is covered with a silicon oxide film and a silicon nitride film is selectively sensitive to hydrogen ions and is used as a sensor.

第1図に示すl5FET 1は第2図に示すようにソー
ス電極とドレイン電極にリード線2を接続し九後、カテ
ーテル3内に収容されl5FETのゲート領域をカテー
テル3の先端部に突出させてカテーテル内に封入された
電気絶縁樹脂4によりカテーテル内に固定されている。
The l5FET 1 shown in FIG. 1 is housed in a catheter 3 after connecting lead wires 2 to the source and drain electrodes as shown in FIG. It is fixed within the catheter by an electrically insulating resin 4 sealed within the catheter.

上記ゲート領域にイオン感応物質を含有する第書図に示
す中空糸状膜5が被覆される。
The gate region is coated with a hollow fiber membrane 5 shown in the diagram containing an ion-sensitive substance.

上記中空糸状膜に含有させるイオン感応性物質としては
、例えばカリウムセンナではパリノマイシン、クラウン
エーテル、ノナクチン、ナトリウA−にンt”t”ti
/ラウンエーテル、カルシウムセンサではジデシルリン
酸カルシウム塩、P−オクチルフェニルホスフェートカ
ルシウム塩、陰イオン測定用にはジメチルジステアリル
アンモニウム塩等が用いられる。また上記イオン感応物
質を含有する高分子としては疎水性高分子、例えばジオ
クチルアジピン酸、ジオクチルフェニルホスホン酸、ト
リクレジルりん酸等によ〕可塑化され九ポリ塩化ビニル
、シリコン、ポリウレタンポリカーボネート、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等が用いられる。
Examples of the ion-sensitive substance to be contained in the hollow fiber membrane include palinomycin, crown ether, nonactin, and sodium chloride for potassium senna.
/row ether, didecyl phosphate calcium salt, P-octylphenyl phosphate calcium salt for calcium sensors, and dimethyl distearyl ammonium salt for anion measurement. Examples of polymers containing the above-mentioned ion-sensitive substances include hydrophobic polymers such as polyvinyl chloride, silicone, polyurethane polycarbonate, polypropylene, and polyethylene that have been plasticized with dioctyl adipic acid, dioctyl phenylphosphonic acid, tricresyl phosphoric acid, etc. , polystyrene, etc. are used.

このような中空糸膜を作るには、イオン感応性物質が成
型条件に耐えられる場合は金型成型によってもよいし、
また耐えられない場合にはセンナと外径のほぼ等しい棒
を芯にして感応性物質と高分子を溶解した液を塗布し、
乾燥後、芯をぬきとることによっても得られる。得られ
た中空糸膜は必要な長さに切断する。この時第舎図(b
)のように中空糸状膜の先端開口をあらかじめ樹脂6で
封じておいてもよい。この時封じるポリマーは中空糸膜
と接着性がよければ必ずしも中空糸膜と同じ材質である
必要はない。また金型成型により作成する場合は直接第
合図(b)のような成型品を作ってもよい。中空糸の肉
厚はあまり薄すぎると強度が弱く、セン?Kかぶせるこ
とが難しいので108以上が好ましい。厚い方はとくに
制限はないが中空糸膜の外径をカテーテルの外径とほぼ
等しくすることが最終製品の表面を滑らかにする上で好
ましい0 このような中空糸膜を形成する感応膜は疎水性の均質膜
でなければならない。ここでいう均質膜とは、膜内に孔
のないことを意味するのであり、例えば可塑化塩化ビニ
ルのようにPvCマトリックス内に可塑剤がムクこんで
いるようなものは均質膜に含まれる。また膜の補強材と
して、コロイダルシリカ、ガラス繊維等が混入していて
もかまわない。
To make such a hollow fiber membrane, if the ion-sensitive material can withstand the molding conditions, molding may be used,
If this is not possible, apply a solution containing a sensitive substance and a polymer using a rod with an outer diameter approximately equal to that of senna.
It can also be obtained by removing the core after drying. The obtained hollow fiber membrane is cut into a required length. At this time, No. 1 (b)
), the opening at the tip of the hollow fiber membrane may be sealed in advance with resin 6. The polymer to be sealed at this time does not necessarily have to be the same material as the hollow fiber membrane, as long as it has good adhesion to the hollow fiber membrane. In addition, when producing by molding, a molded product as shown in Fig. 1 (b) may be directly produced. If the wall thickness of the hollow fiber is too thin, the strength will be weak, and the thickness of the hollow fiber will be too thin. Since it is difficult to cover K, 108 or more is preferable. There is no particular limit to the thickness, but it is preferable to make the outer diameter of the hollow fiber membrane approximately equal to the outer diameter of the catheter in order to smooth the surface of the final product.The sensitive membrane forming such a hollow fiber membrane is hydrophobic. It must be a homogeneous membrane. A homogeneous membrane here means that there are no pores in the membrane, and for example, a homogeneous membrane includes a PvC matrix in which a plasticizer is concentrated, such as plasticized vinyl chloride. Moreover, colloidal silica, glass fiber, etc. may be mixed as a reinforcing material for the membrane.

このようにして作製された中空糸膜はl5FET工のカ
テーテルからの露出部に第3図のようにかぶせられる。
The hollow fiber membrane thus prepared is placed over the exposed portion of the catheter of the 15FET device as shown in FIG.

この時直接中空糸膜をl5FETのゲート領域にかぶせ
ると薄い空気の層が残り、センナの応答が不安定となる
のでゲート領域のまわり、もしくは、カテーテル内に接
着液7を塗布し、l5FET1のゲート領域と中空糸膜
の間にすきまができないようにすることが重要である。
At this time, if the hollow fiber membrane is directly placed over the gate area of 15FET1, a thin layer of air will remain and the response of Senna will become unstable. Therefore, adhesive liquid 7 is applied around the gate area or inside the catheter, and It is important to prevent gaps from forming between the region and the hollow fiber membrane.

この接着液7には、感応膜の溶液または感応膜の溶媒も
しくは導電性の接着剤を用いることが出来る。
As the adhesive liquid 7, a solution of a sensitive film, a solvent of a sensitive film, or a conductive adhesive can be used.

中空糸膜として第$図(a)のような先端が封止されて
いないものを用いた場合は第4図のように先端開口から
被測定液体が浸入するので、適当なポリマー6(例えば
感応膜の溶液)により開口を封止する必要がある。
If a hollow fiber membrane with an unsealed tip as shown in Figure 4(a) is used, the liquid to be measured will enter through the opening at the tip as shown in Figure 4. It is necessary to seal the opening with a membrane solution).

最後に第5図に示すようにセンサ先端部全体を感応膜溶
液にディップコート8し、つぎ目のピンホールを埋める
とともに全体の表面を滑らかにすることによシ半導体イ
オンセンサが得られる。
Finally, as shown in FIG. 5, the entire tip of the sensor is dip-coated with a sensitive film solution 8 to fill in the pinholes and smooth the entire surface, thereby obtaining a semiconductor ion sensor.

第6図及び第7図は本発明のセンナを用いた多重センナ
の例である。
6 and 7 are examples of multiple senna using the senna of the present invention.

に示すl5FETと同じ構造を有しており、同一場所に
同一番号を記して説明を省略するが、このセンナはドレ
イン共通で3つのゲートを16 (a)、16Φ)%1
6(0)有し、それぞれ縦方向に適当な間隔をおいて並
んでいる。ゲート以外の図中斜線で囲った部分は表面K
P+層(チャネルストッパ)を作製し各ゲートを分離し
ている。これらのゲート間の間隔はいくらでも小さくで
きるが、あまり小さくすると感応膜の境界をちょうどゲ
ートの間にもってくることが難しくなるためこの間隔は
0.5〜3闘が好ましい。l5FETの他端には出力を
取出すためのリード線をつなぐための電極が配置されて
いる。第8図の場合は各l5FITに共通のドレイ・電
極母と、サブストレート電極29及びそれぞれl5FE
Tのソース電極20 (a)、20(b)、20 (C
)′の5個の電極が設けられている。第8図に示す多重
センナは長さ12u1巾0.5 wt 、長さ150μ
である0センナのサイズは使用面からは小さければ小さ
いほど好しいが、あtn小さいと加工時に素子折れ等が
発生するため通常長さ5〜20 m 。
It has the same structure as the 15FET shown in Figure 1, and the same number is written in the same place and the explanation is omitted, but this Senna has a common drain and three gates 16(a), 16Φ)%1
6 (0), and are arranged at appropriate intervals in the vertical direction. The shaded area in the figure other than the gate is surface K.
A P+ layer (channel stopper) is created to separate each gate. The spacing between these gates can be made as small as desired, but if it is made too small, it becomes difficult to bring the boundary of the sensitive film exactly between the gates, so the spacing is preferably 0.5 to 3 mm. At the other end of the 15FET, an electrode is arranged to connect a lead wire for output. In the case of Fig. 8, the drain/electrode mother common to each l5FIT, the substrate electrode 29 and each l5FE
T source electrodes 20 (a), 20 (b), 20 (C
)' are provided. The multiplex sensor shown in Figure 8 has a length of 12u1, a width of 0.5wt, and a length of 150μ.
The smaller the size of the 0 senna, the better from the viewpoint of use, but if the atn is small, the element may break during processing, so the length is usually 5 to 20 m.

巾0.3〜1.0mm、厚さ100〜300μが好まし
い。
The width is preferably 0.3 to 1.0 mm and the thickness is preferably 100 to 300 μm.

上記l5FETはシリコンウニノー上に作製されたもの
でおるが、サファイア等の絶縁基板上に作製することも
可能である。
Although the above-mentioned 15FET was fabricated on a silicon wafer, it is also possible to fabricate it on an insulating substrate such as sapphire.

このセンナは第6図(IL)に示すように電極にリード
線2をボンディングしてからサポート9に固定しゲート
部を残してカテーテル3内に埋め込まれる。多重ISF
gT1とカテーテル内壁間の空隙には絶縁樹脂4を充填
し、測定液によシボンデイング部がショートしないよう
にする。
As shown in FIG. 6 (IL), this senna is embedded into the catheter 3 by bonding the lead wire 2 to the electrode, fixing it to the support 9, and leaving the gate portion. multiple ISF
The gap between gT1 and the inner wall of the catheter is filled with insulating resin 4 to prevent the bonding part from shorting due to the measurement liquid.

このように加工したセンナに第6図中)の如く、一番根
元のゲート部1(i(c)にイオン感応性物質を含有す
る中空糸膜5(C)をかぶせる。
The thus processed senna is covered with a hollow fiber membrane 5 (C) containing an ion-sensitive substance at the rootmost gate portion 1 (i (c)) as shown in FIG. 6).

中空糸膜を被覆する方法は第1図に示すシングルセンナ
の場合と同じであるが、先端開口は別の中空糸膜をかぶ
せるので封止する必要はない。
The method for covering the hollow fiber membrane is the same as that for the single senna shown in FIG. 1, but the opening at the tip does not need to be sealed because it is covered with another hollow fiber membrane.

次に中空糸膜5(C)と異な°るイオン感応物質を含有
する中空糸膜5(6)を第6図(C)に示すように2番
目のゲート部16(b)に被覆する。この時2つの中空
糸膜16(b)% 16(e)の境目は両者に接着性の
ある接着剤で接着し、境目からの測定液の浸入するのを
防ぐ必要がある。各中空糸膜の外径は異なっていてもよ
いが、同じ外径とする方が形状が滑らかになシ好ましい
。次いで3番目のゲート領域16 (IL)に上記2つ
のイオン感応物質と異なるイオン感応性膜を含有する中
空糸膜をかぶせ第6図(ψに示すように先端を接着剤6
で封じれば、3種類のイオンに感応する多重イオンセン
サを得ることができる。この時、3つの中空糸膜の組合
せは任意であるが、疎水性のイオン感応性膜と親水性の
酵素固定化膜は接着性がよくないので、1本のセンナに
これらを混在させることは好ましくない。
Next, a hollow fiber membrane 5(6) containing an ion-sensitive substance different from that of the hollow fiber membrane 5(C) is coated on the second gate portion 16(b) as shown in FIG. 6(C). At this time, it is necessary to adhere the boundary between the two hollow fiber membranes 16(b) and 16(e) with an adhesive to prevent the measurement liquid from entering through the boundary. Although the outer diameters of the hollow fiber membranes may be different, it is preferable that they have the same outer diameter because the shape will be smooth. Next, the third gate region 16 (IL) is covered with a hollow fiber membrane containing an ion-sensitive membrane different from the above-mentioned two ion-sensitive substances, and the tip is glued with adhesive 6 as shown in FIG. 6 (ψ).
By sealing the ions with the ions, it is possible to obtain a multiple ion sensor that is sensitive to three types of ions. At this time, the combination of the three hollow fiber membranes is arbitrary, but since the hydrophobic ion-sensitive membrane and the hydrophilic enzyme-immobilized membrane do not have good adhesion, it is not recommended to mix them in one senna. Undesirable.

このようにして作製された多重センサは、細長状で耐水
性に優れているため血管カテーテルもしくは組織中に留
置針を用いて挿入し、血液もしくは体液のモニタリング
をするのに適している。
The multisensor fabricated in this way is elongated and has excellent water resistance, so it is suitable for being inserted into a blood vessel catheter or tissue using an indwelling needle to monitor blood or body fluids.

また本発明のイオンセンサを複数個横に並べることもで
きる。第7図は横型の多重センナの例であるが、各l5
FETは一枚のシリコンウェハに横に並べて形成されて
いる。この時ボンディング部は一体に配置されているが
、ゲート感応部はそれぞれ切り離されて作製されている
。との多重センナを構成するl5FETは第1図に示す
l5FET、と同じ構造を有しておシ、同一場所に同一
番号を記して説明を省略する。このそれぞれのl5FE
Tに中空糸膜* (a) 、合(b)、尋(e)をかぶ
せることにより多重センナを作るととができる。このセ
ンナは主としてフロースルーセルタイプのセンナとして
適しており、またこのセンナのゲート部を直接測定液と
接触させることにより極微量の試料の化学物質の濃度を
測定することが可能である。このセンナのもう一つの利
点は、第8図に示す縦方向にゲート部の並んだ多重セン
サと異なシ、各ISF’ETのゲート部が独立している
ため、親水性感応膜と疎水性感応膜の混在が可能で、酵
素センサとイオンセンサ、イオンセンサと…センサ等の
任意の組合せが可能なことである。
Moreover, a plurality of ion sensors of the present invention can be arranged side by side. Figure 7 is an example of a horizontal multiplex sensor.
FETs are formed side by side on a single silicon wafer. At this time, the bonding portions are arranged integrally, but the gate sensitive portions are manufactured separately. The 15FET constituting the multiplex sensor has the same structure as the 15FET shown in FIG. 1, so the same number is written in the same place and the explanation will be omitted. Each of these l5FE
Multiple senna can be made by covering T with hollow fiber membranes* (a), (b), and (e). This senna is mainly suitable as a flow-through cell type senna, and by bringing the gate portion of this senna into direct contact with a measuring liquid, it is possible to measure the concentration of a chemical substance in an extremely small amount of a sample. Another advantage of this Senna is that, unlike the multiple sensor shown in Figure 8, in which the gate parts are lined up vertically, each ISF'ET gate part is independent, so the hydrophilic sensitive film and the hydrophobic sensitive film It is possible to use a mixture of membranes, and any combination of enzyme sensors and ion sensors, ion sensors and...sensors, etc. is possible.

以下実施例により本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically explained below using Examples.

実施例1及び比較例1 第1図に示した感応膜としてS i 3N4を有する工
・5FETを内径0.sm、外径□、6tmのナイロン
11カテーテルに埋め込み第2図に示す田センサを作製
した。これとは別に下記の組成の溶液を外径0.3藺の
ステンレス線上にコートして中空糸膜を作製した。
Example 1 and Comparative Example 1 A 5FET having Si 3N4 as a sensitive film shown in FIG. 1 was used with an inner diameter of 0. A sensor shown in FIG. 2 was fabricated by being embedded in a nylon 11 catheter of sm, outer diameter □, and 6 tm. Separately, a hollow fiber membrane was prepared by coating a stainless steel wire with an outer diameter of 0.3 mm with a solution having the composition shown below.

”Mw−4000 この中空糸をl5FETのゲート領域に被覆して第5図
に示すイオンセンサを作製した。この時中空糸膜とl5
FETの接着、中空糸先端開口の封止。
"Mw-4000 This hollow fiber was coated on the gate region of 15FET to fabricate the ion sensor shown in FIG. 5. At this time, the hollow fiber membrane and 15
Adhesion of FET, sealing of hollow fiber tip opening.

最後のコーティングにはすべて上記組成の感応膜溶液を
用いた。表−1にこのようにして作製したセンナと、第
2図のセンサに上記組成の感応膜溶液を5回ディップコ
ートを繰返し作製したセンナ(比較例1)の特性を示す
。表1より、実施例と比較例では感度その他の特性はほ
ぼ同じであるが実施例の方が歩溜及び耐水性に於て優れ
ていることが明らかである。
A sensitive membrane solution having the above composition was used for all final coatings. Table 1 shows the characteristics of the senna thus prepared and the senna (comparative example 1) prepared by repeatedly dip-coating the sensor shown in FIG. 2 with a sensitive membrane solution having the above composition five times. From Table 1, it is clear that the sensitivity and other characteristics of the Examples and Comparative Examples are almost the same, but the Examples are superior in yield and water resistance.

表       1 実施例2 3つのゲートを各1.2 IIJ間隔で有する第8図に
示す多重FIT素子を作製した。この素子を内径0、5
 m外径1.05mのナイロン11カテーテルにエポキ
シ樹脂を用いてサポートとしての0.3 Msφステン
レス線とと4にに6図(a)の如く埋込んだ。
Table 1 Example 2 A multiple FIT device shown in FIG. 8 having three gates spaced apart by 1.2 IIJ was fabricated. This element has an inner diameter of 0, 5
A nylon 11 catheter with an outer diameter of 1.05 m was embedded using epoxy resin and a 0.3 Msφ stainless steel wire as a support as shown in Figure 6(a).

これとは別に下記組成のポリ塩化ビニル−感応性物質の
THFシクロヘキサノン溶液を作製し、それぞれを25
Gの注射針に外径0.9 HJIKなるまでくシかえし
コーティングを繰返し、乾燥後注射針を引き抜いてそれ
ぞれ、 ca”、K”、有機カチオンに対して感応する
中空糸膜を得た。
Separately, a THF cyclohexanone solution of polyvinyl chloride-sensitive material with the following composition was prepared, and each
G injection needles were coated repeatedly until the outer diameter was 0.9 HJIK, and after drying, the injection needles were pulled out to obtain hollow fiber membranes sensitive to ca", K", and organic cations, respectively.

中空糸膜(a)   中空糸膜φ)  中空糸膜((り
、−1・5d シクロヘキサノン 1d シクロへ中サノン 1.5d *MW=4000 これを第6図に示すように順次l5FETの各ゲート部
にかぶせた。なお各中空糸膜とl5FETの接着には上
記中空糸作製に用いた溶液を、各中空糸間の接着及び先
端の封止には5%PvCと5%ジオクチルアジピン酸を
溶解したシクロヘキサノン溶液を用いた。このセンナは
内径1.2mの留置針に挿入が可能で、いずれのセンナ
も、シングルイオンセンサのゲート部に上記液をコート
して作製したセンナと同等の応答特性、感度を示し、ま
た1ケ月の37℃水中への浸漬によっても、感応膜の剥
離、感度の低下は見られなかった。
Hollow fiber membrane (a) Hollow fiber membrane φ) Hollow fiber membrane ((ri, -1・5d cyclohexanone 1d cyclohexanone 1.5d *MW=4000 This is sequentially applied to each gate part of 15FET as shown in FIG. The solution used in the above hollow fiber fabrication was used to bond each hollow fiber membrane and 15FET, and 5% PvC and 5% dioctyl adipic acid were dissolved to bond each hollow fiber and seal the tips. A cyclohexanone solution was used.This senna can be inserted into an indwelling needle with an inner diameter of 1.2 m, and both senna have the same response characteristics and sensitivity as senna prepared by coating the gate part of a single ion sensor with the above solution. Furthermore, even after being immersed in water at 37° C. for one month, no peeling of the sensitive film or decrease in sensitivity was observed.

実施例3 第1図に示すl5FET4本を横にならベボンディング
部において一枚につながった第7図に示す素子を作製し
た。
Example 3 An element shown in FIG. 7 was fabricated, in which four 15FETs shown in FIG. 1 were laid down and connected into one piece at the bebonding part.

これらのうち3つのl5FETの各々に実施例2で用い
た3種の中空糸膜をかぶせ、ボンディング後、ボンディ
ング部を絶縁樹脂に5めこむことにより…、 K”、 
Ca”、有機カチオンの4つのイオンに感応するセンナ
を作製することが出来た。またこれらのセンナはすべて
37℃水中での2週間の連続測定に耐えた。
By covering each of these three 15FETs with the three types of hollow fiber membranes used in Example 2, and after bonding, the bonding parts were embedded in an insulating resin.
We were able to produce senna that is sensitive to four ions: Ca'' and organic cations. All of these senna withstood two weeks of continuous measurement in water at 37°C.

(効 果) 以上のように本発明のイオンセンサは、簡単な工程で耐
水性の良好なシングルイオンセンサ及び。
(Effects) As described above, the ion sensor of the present invention is a single ion sensor with good water resistance and a simple process.

多重イオンセンサが歩溜シよく得られ、実用上極めて有
用なセンナである。
A multiple ion sensor can be obtained with good yield, making it an extremely useful senna in practice.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)、φ)は本発明に用いるl5FETの平面
図及び断面図でちゃ、第2図〜第5図は本発明Ωイオン
センサの製造法を説明する各工程におけるイオン−セン
サの断面図でアシ、第6図(IL)〜第6図(ψは本発
明の縦型多重センナの製造法を説明する各工程における
多重センナの断面図であり、第図である。¥デmtp)
、c&ハ#f肚41−、PI、nrtlf&IIA1−
M。
Figures 1(a) and φ) are a plan view and a cross-sectional view of the 15FET used in the present invention, and Figures 2 to 5 illustrate the ion-sensor process in each step to explain the manufacturing method of the Ω ion sensor of the present invention. 6 (IL) to 6 (ψ are cross-sectional views of the multiple senna at each step to explain the manufacturing method of the vertical multiple senna of the present invention. )
,c&ha#f肚41-,PI,nrtlf&IIA1-
M.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、先端部にゲート感応領域を有する針状構造のゲート
絶縁型電界効果トランジスタの該ゲート領域及びその一
端面がイオン感応性物質を含有する疎水性高分子からな
る中空糸状の均質膜で被覆されていることを特徴とする
半導体イオンセンサ。 2、前記ゲート絶縁型電界効果トランジスタを複数個設
け、かつ各々のゲート感応領域及びその一端面が各々異
なるイオン感応物質を含有する疎水性高分子からなる中
空糸状の均質膜で被覆されて複数のイオンに対する選択
特性を具えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体イオンセンサ。
[Scope of Claims] 1. A gate insulated field effect transistor having a needle-like structure having a gate sensitive region at its tip, the gate region and one end surface of which are hollow fibers made of a hydrophobic polymer containing an ion sensitive substance; A semiconductor ion sensor characterized by being coated with a homogeneous film. 2. A plurality of the gate insulated field effect transistors are provided, and each gate sensitive region and one end surface thereof are covered with a hollow fiber-like homogeneous membrane made of a hydrophobic polymer containing a different ion sensitive substance. The semiconductor ion sensor according to claim 1, characterized in that the semiconductor ion sensor has a selective characteristic for ions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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