JPS6135511B2 - - Google Patents
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- JPS6135511B2 JPS6135511B2 JP55181297A JP18129780A JPS6135511B2 JP S6135511 B2 JPS6135511 B2 JP S6135511B2 JP 55181297 A JP55181297 A JP 55181297A JP 18129780 A JP18129780 A JP 18129780A JP S6135511 B2 JPS6135511 B2 JP S6135511B2
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- insulating film
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Classifications
-
- 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
- G01N27/4148—Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は内部液による半導体センサ、特に製造
の容易化、長寿命化、他のセンサとの一体化構造
の容易化などに関するものである。
の容易化、長寿命化、他のセンサとの一体化構造
の容易化などに関するものである。
臨床医療例えば内科系疾患の治療のため、消化
器や血液などの主体組織中の特定イオン活量を分
析したり、連続モニタすることは極めて重要であ
る。そこでPHメータにより測定することが従来
行われているが、この方法ではそのガラス電極が
大形であるため、生体組織中に直接組込むことは
困難であり、採取された血液などにガラス電極を
浸漬して行わなければならない。このため採取か
ら測定までの試料の保管状態によつて測定精度が
左右されるなどの問題がある。そこで最近イオン
電極に前置増幅器としてのモス（MOS）型電界
効果トランジスタを一体化したと等価な構造をも
つ半導体イオンセンサ、例えば第１図にISFET
として示すように、P-半導体基体にソースＳと
ドレンＤとなるn+型半導体領域を形成し、その
表面にゲート絶縁膜即ちイオン電極ISを設けたイ
オンセンサ、所謂ISFETが開発された。
器や血液などの主体組織中の特定イオン活量を分
析したり、連続モニタすることは極めて重要であ
る。そこでPHメータにより測定することが従来
行われているが、この方法ではそのガラス電極が
大形であるため、生体組織中に直接組込むことは
困難であり、採取された血液などにガラス電極を
浸漬して行わなければならない。このため採取か
ら測定までの試料の保管状態によつて測定精度が
左右されるなどの問題がある。そこで最近イオン
電極に前置増幅器としてのモス（MOS）型電界
効果トランジスタを一体化したと等価な構造をも
つ半導体イオンセンサ、例えば第１図にISFET
として示すように、P-半導体基体にソースＳと
ドレンＤとなるn+型半導体領域を形成し、その
表面にゲート絶縁膜即ちイオン電極ISを設けたイ
オンセンサ、所謂ISFETが開発された。
このセンサはゲート絶縁膜ISの表面における血
液などの電解液との界面電位が、ガラス電極の表
面と同様液中の特定イオン活量によつて変化する
ことを利用するものであるが、この場合第１図に
示す回路図に示すように、擬電極Ｈと電解液Ｅ間
の電位差が電解液Ｅの濃度（例えばPH値）が変
つても影響を受けないようにするため、モス型電
界効果トランジスタによる比較電極用センサ
RFETが用いられる。即ち第１図中に示すよう
に、前記したイオンセンサIS FETと同様な構造
をもつセンサのゲート絶縁膜ISの面上を、ピンホ
ールＰ（図では１箇に集約して書いている。）を
有する円形透過膜、例えばシリコンゴム膜SLに
より覆われた、非イオン感応ゲル状物質Ｇ所謂内
部液をもつた構造の比較電極用センサRFETを、
イオンセンサIS FETと共に生体組織中に組込
み、これをイオンセンサIS FETと差動接続して
ドレン電流の差にもとづく出力e0を測定すること
が行われる。
液などの電解液との界面電位が、ガラス電極の表
面と同様液中の特定イオン活量によつて変化する
ことを利用するものであるが、この場合第１図に
示す回路図に示すように、擬電極Ｈと電解液Ｅ間
の電位差が電解液Ｅの濃度（例えばPH値）が変
つても影響を受けないようにするため、モス型電
界効果トランジスタによる比較電極用センサ
RFETが用いられる。即ち第１図中に示すよう
に、前記したイオンセンサIS FETと同様な構造
をもつセンサのゲート絶縁膜ISの面上を、ピンホ
ールＰ（図では１箇に集約して書いている。）を
有する円形透過膜、例えばシリコンゴム膜SLに
より覆われた、非イオン感応ゲル状物質Ｇ所謂内
部液をもつた構造の比較電極用センサRFETを、
イオンセンサIS FETと共に生体組織中に組込
み、これをイオンセンサIS FETと差動接続して
ドレン電流の差にもとづく出力e0を測定すること
が行われる。
しかし上記した比較電極用センサ、即ち非感応
ゲル状物質（内部液）によりゲート絶縁膜IS上を
被覆した所謂内部液法と云われるものでは、製造
上、性能上の各種の難点があり、またイオンセン
サと比較電極用センサの一体構造の実現に当つて
も大きな障害となる難点がある。即ち生体組織中
のイオン活量を連続かつ迅速に測定できるように
するためには、比較電極用センサも生体組織中に
直接組込んで使用しうるように構成することが必
要であるが、このようにすると、ゲート絶縁膜IS
の大きさも極めて小さなものとならざるを得な
〓〓〓〓〓
い。しかしゲート絶縁膜ISは平面状であるため、
この上におかれた内部液Ｇを半円形のシリコンゴ
ム膜SLによつて被覆固定することは難かしく、
これを可能とするためには比較電極用センサとし
て或る程度以上の大きさを必要とする。このため
小型化することが難かしく、組込める生体組織に
制限を生ずる。また内部液の量を多くできないこ
とから寿命が短かいと云う大きな欠点がある。ま
た更に生体組織中への組込みの手数の簡単化など
から、イオンセンサと比較電極用センサとを一体
化構成とする要請に応えようとしても、比較電極
用センサに制限されて小型化の実現が難かしく、
一体化されたものの寿命が比較電極用センサの短
かい寿命によつて左右される難点がある。また上
記のような各種の欠点は内部液法による炭酸ガス
（CO2）センサなどの他の半導体センサにも同様に
生ずる。
ゲル状物質（内部液）によりゲート絶縁膜IS上を
被覆した所謂内部液法と云われるものでは、製造
上、性能上の各種の難点があり、またイオンセン
サと比較電極用センサの一体構造の実現に当つて
も大きな障害となる難点がある。即ち生体組織中
のイオン活量を連続かつ迅速に測定できるように
するためには、比較電極用センサも生体組織中に
直接組込んで使用しうるように構成することが必
要であるが、このようにすると、ゲート絶縁膜IS
の大きさも極めて小さなものとならざるを得な
〓〓〓〓〓
い。しかしゲート絶縁膜ISは平面状であるため、
この上におかれた内部液Ｇを半円形のシリコンゴ
ム膜SLによつて被覆固定することは難かしく、
これを可能とするためには比較電極用センサとし
て或る程度以上の大きさを必要とする。このため
小型化することが難かしく、組込める生体組織に
制限を生ずる。また内部液の量を多くできないこ
とから寿命が短かいと云う大きな欠点がある。ま
た更に生体組織中への組込みの手数の簡単化など
から、イオンセンサと比較電極用センサとを一体
化構成とする要請に応えようとしても、比較電極
用センサに制限されて小型化の実現が難かしく、
一体化されたものの寿命が比較電極用センサの短
かい寿命によつて左右される難点がある。また上
記のような各種の欠点は内部液法による炭酸ガス
（CO2）センサなどの他の半導体センサにも同様に
生ずる。
本発明は上記した各種の欠点を除去した内部液
法による半導体センサの提供を目的とするもの
で、次に図面を用いてその詳細を説明する。
法による半導体センサの提供を目的とするもの
で、次に図面を用いてその詳細を説明する。
第２図は比較電極用センサにおける本発明の一
実施例断面図であつて、図において１はP-型半
導体基体、２はソースとなるn+型半導体領域、
３はドレンとなるn+型半導体領域、４は本発明
の特徴であるソース領域、２とドレン領域３間の
P-型半導体領域に設けた凹溝（図ではＶ字形を
示すが、長方形状その他任意の形状をとりう
る。）であつて、これは公知の手段例えばシリコ
ン基板を用いた異方性、等方性エツチング、スパ
ツタエツチング、プラズマエツチングなどによつ
て形成される。５はゲート絶縁膜、６は内部液で
ある非イオン感応ゲル状物質例えば１％アガロー
スゲルを0.1モル燐酸液によりバツフア処理した
ものが使用される。７はピンホールを有する被
膜、例えばシリコンゴム膜であつて、例えば上記
凹溝４内に内部液６を充填したのち、凹溝４のそ
れを含む絶縁膜上にシリコンゴム液を点滴し、内
部液６の表面張力を利用して平面的にシリコンゴ
ム膜を形成する。
実施例断面図であつて、図において１はP-型半
導体基体、２はソースとなるn+型半導体領域、
３はドレンとなるn+型半導体領域、４は本発明
の特徴であるソース領域、２とドレン領域３間の
P-型半導体領域に設けた凹溝（図ではＶ字形を
示すが、長方形状その他任意の形状をとりう
る。）であつて、これは公知の手段例えばシリコ
ン基板を用いた異方性、等方性エツチング、スパ
ツタエツチング、プラズマエツチングなどによつ
て形成される。５はゲート絶縁膜、６は内部液で
ある非イオン感応ゲル状物質例えば１％アガロー
スゲルを0.1モル燐酸液によりバツフア処理した
ものが使用される。７はピンホールを有する被
膜、例えばシリコンゴム膜であつて、例えば上記
凹溝４内に内部液６を充填したのち、凹溝４のそ
れを含む絶縁膜上にシリコンゴム液を点滴し、内
部液６の表面張力を利用して平面的にシリコンゴ
ム膜を形成する。
以上のように本発明では凹溝４を設けて、この
中に内部液６を入れるようにしているため、従来
のように内部液を平面状のゲート絶縁膜上にのせ
るもののように広がることがなく、極めて小さい
ゲート絶縁膜上にも確実に内部液を位置させるこ
とができる。これに加えて本発明では凹溝４内に
充填された内部液６の上面と、凹溝４外の絶縁膜
面とはほゞ同一平面となるので、例えばシリコン
ゴム液を点滴する簡単な手段により内部液６を封
じこむことができる。従つて従来のように平坦な
ゲート絶縁膜上に水滴状におかれた内部液を崩す
ことなく、シリコンゴム膜によつて覆つて固定す
る方法に比べて極めて製作が簡単であつて小型化
が可能である。また更に凹溝４とすることにより
内部液の量を多くできることから、長寿命の比較
電極用センサを提供できる。従つてまた第３図に
示す断面図のような多重イオンセンサ、即ちイオ
ンセンサIS FET、比較電極用センサＲ FETお
よび擬電極Ｈを一体化した。寿命の長い小形な多
重センサを提供できる。なお第３図において１は
P-型半導体基体、２，２′はソース領域n+、３，
３′はドレン領域n+，４は凹溝、５はゲート絶縁
膜、６は内部液、７はシリコン膜、９，９′……
絶縁層またはn+型半導体、１０，１０′はチヤン
ネルストツパP+，Ｈは擬電極である。
中に内部液６を入れるようにしているため、従来
のように内部液を平面状のゲート絶縁膜上にのせ
るもののように広がることがなく、極めて小さい
ゲート絶縁膜上にも確実に内部液を位置させるこ
とができる。これに加えて本発明では凹溝４内に
充填された内部液６の上面と、凹溝４外の絶縁膜
面とはほゞ同一平面となるので、例えばシリコン
ゴム液を点滴する簡単な手段により内部液６を封
じこむことができる。従つて従来のように平坦な
ゲート絶縁膜上に水滴状におかれた内部液を崩す
ことなく、シリコンゴム膜によつて覆つて固定す
る方法に比べて極めて製作が簡単であつて小型化
が可能である。また更に凹溝４とすることにより
内部液の量を多くできることから、長寿命の比較
電極用センサを提供できる。従つてまた第３図に
示す断面図のような多重イオンセンサ、即ちイオ
ンセンサIS FET、比較電極用センサＲ FETお
よび擬電極Ｈを一体化した。寿命の長い小形な多
重センサを提供できる。なお第３図において１は
P-型半導体基体、２，２′はソース領域n+、３，
３′はドレン領域n+，４は凹溝、５はゲート絶縁
膜、６は内部液、７はシリコン膜、９，９′……
絶縁層またはn+型半導体、１０，１０′はチヤン
ネルストツパP+，Ｈは擬電極である。
以上本発明を比較電極用センサについて説明し
たが、ピンホールを有する透過膜をガス透過膜と
し、内部液を検出ガスに対応する物質とすること
によつて、小型長寿命の周知のPCO2センサ、Ｐ
グルコースセンサなどを提供できる。また以上で
はｎチヤンネル型のものについて説明したが、Ｐ
チヤンネル型の場合には反対導電体とすればよ
い。
たが、ピンホールを有する透過膜をガス透過膜と
し、内部液を検出ガスに対応する物質とすること
によつて、小型長寿命の周知のPCO2センサ、Ｐ
グルコースセンサなどを提供できる。また以上で
はｎチヤンネル型のものについて説明したが、Ｐ
チヤンネル型の場合には反対導電体とすればよ
い。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば小型長寿命しかもイオンセンサその他のセンサ
とも一体化が可能な内部液による比較電極用セン
サ、ガスセンサなどを提供できるもので、臨床医
療などにおける貢献には著しいものがある。
ば小型長寿命しかもイオンセンサその他のセンサ
とも一体化が可能な内部液による比較電極用セン
サ、ガスセンサなどを提供できるもので、臨床医
療などにおける貢献には著しいものがある。
第１図は従来の比較電極用イオンセンサを用い
たイオンセンサによる測定方法の説明図、第２図
は本発明の一実施例要部断面部、第３図は多重セ
ンサの一例を示す断面図である。 １……P-型半導体基体、２……n+型ソース領
域、３……n+型ドレン領域、４……凹溝、５…
…ゲート絶縁膜、６……内部液、７……内部液の
封じこめ用透過膜、８……擬電極。 〓〓〓〓〓
たイオンセンサによる測定方法の説明図、第２図
は本発明の一実施例要部断面部、第３図は多重セ
ンサの一例を示す断面図である。 １……P-型半導体基体、２……n+型ソース領
域、３……n+型ドレン領域、４……凹溝、５…
…ゲート絶縁膜、６……内部液、７……内部液の
封じこめ用透過膜、８……擬電極。 〓〓〓〓〓
Claims (1)
- １ ドレンとソース領域間の導電領域に、表面に
絶縁膜を有する凹溝を設けてこれに内部液を充填
し、上記凹溝開口部を透過性を有する膜により平
面的に閉塞したことを特徴とする半導体センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55181297A JPS57104852A (en) | 1980-12-23 | 1980-12-23 | Semiconductor sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55181297A JPS57104852A (en) | 1980-12-23 | 1980-12-23 | Semiconductor sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57104852A JPS57104852A (en) | 1982-06-30 |
| JPS6135511B2 true JPS6135511B2 (ja) | 1986-08-13 |
Family
ID=16098211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55181297A Granted JPS57104852A (en) | 1980-12-23 | 1980-12-23 | Semiconductor sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57104852A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0428174Y2 (ja) * | 1986-05-21 | 1992-07-08 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63243862A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Shimadzu Corp | 集積化センサおよびその製造法 |
| FR2666930B1 (fr) * | 1990-09-14 | 1992-12-18 | Lyon Ecole Centrale | Procede et realisation d'une surface-grille d'un capteur electrochimique integre, constitue d'un transistor a effet de champ et sensible aux especes alcalino-terreuses et capteur obtenu. |
-
1980
- 1980-12-23 JP JP55181297A patent/JPS57104852A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0428174Y2 (ja) * | 1986-05-21 | 1992-07-08 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57104852A (en) | 1982-06-30 |
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