JPS62203054A - イオン検出器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はイオン検出器に関し、さらに詳細にいえば、
電界効果トランジスタ型の構成を有するイオン検出器に
関する。

〈従来の技術〉 従来か１．Ｔ、　（Ａン検吊器として電界効果トランジ
スタ型の構成を有するもの（以下１．５ＦＥＴと略称す
る）が捉供されている。

第７図から第１０図は従来のｌ５ＦＥＴの構成を示す概
略図であり、ｐ形基板（１１）の表面所定位置に、一部
のみが互に近接するｎ影領域を拡散法等により形成して
それぞれソース領域（１２）、ドレイン領域（１３）と
しているとともに、所定位置に上記ソース領域（１２）
、ドレイン領域（１３）と接続されるソース電極（１４
）、トレイン電極（１５）を形成し、さらに全表面を蔽
う絶縁１１！Ｉ（１６）の上に、上記近接位置と対応さ
せてイオン感応部（１７）を形成し、イオン感応部（１
７）を除く全表面を合成樹脂（１８）により被呵してい
る。

そして、上記イオン感応部（１７）としては、検出すべ
きイオンの種類に対応させて適宜選択される。

例えば、Ｈ＋イオンに対しては３ｉＱ２゜Ｓｉ３Ｎ４　
、Ｔａ２０５等が、ナトリウムイオンに対してはアルミ
ノシリケートガラス、ボロシリケートガラス等が、カリ
ウムイオンに対してはパリノマイシン等がそれぞれ選択
される。

以上の構成のＩ　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔであれば、イオン感応
部（１７）が測定溶液に浸された場合に、イオン濃度に
対応してゲート電位が変化し、ソース−ドレイン間のチ
ャネルが変化するので、このチャネル変化に対応して変
化するソース−ドレイン間の電流値を測定することによ
り、測定溶液中のイオン濃度を測定することができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の構成のｌ５ＦＥＴにおいては、絶縁膜（１６）と
してＳｉ　０２　、Ｓｉ３Ｎ４等が一般的に使用されて
いるので、Ｈ＋イオン濃度、即ち溶液のｐＨ値に対して
は上記絶縁膜（１６）がイオン感応部として作用し、測
定しようとするイオンの種類に対応させて形成したイオ
ン感応部（１７）によりチャネルが形成される他、上記
絶縁膜（１６）によってもチャネルが形成され、正確な
イオン濃度の測定を行なうことができないという問題が
ある。

このような問題を軽減する目的で、イオン感応部（１７
）に対応する位置におけるソース領域とドレイン領域と
の間隔を小さくし、他の位置におけるソース領域とドレ
イン領域との間隔を大きくして、絶縁ｇ！（１６）によ
り形成されるチャネルの影響を小さくすることが考えれ
るが、実際にはｌ５ＦＥＴが非常に小型であるから、ソ
ース領域とドレイン領域との間隔を大きくすることには
限界があり、しかも樹脂封止位置にもばらつきがあるの
で、Ｉ　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ間におけるばらつきが無視でき
ないものになるという問題がある。

具体的にいえば、Ｈ＋イオンを検出するためのｌ５ＦＥ
Ｔであれば、Ｈ＋イオン濃度が同一であっても、ｌ５Ｆ
ＥＴ毎に検出電流が異なるという問題があり、ナトリウ
ムイオン、カリウムイオ゛ン等を検出するためのｌ５Ｆ
ＥＴであれば、Ｈ＋イオン潰度に対応する電流が誤差電
流となり、測定精度を高めることができないという問題
がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
イオン感応部以外の部分に起因するばらつき、誤差等を
解消して、正確に所定の種類のイオン濃度のみを測定す
ることができるイオン検出器を提供することを目的とし
ている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明のイオン検出器
は、ソース領域とドレイン領域との一部のみを互に近接
させ、ソース領域からドレイン領域にわたって絶縁膜で
被覆しているとともに、上記近接位置に対応させて絶縁
膜の上にイオン感応部を形成し、さらに上記近接位置を
除くほぼ全範囲に対応させて導電層を形成し、導電層を
ソース領域と接続したものである。

〈作用〉 以上の構成のイオン検出器であれば、イオン感応部が検
出しようとする対象イオンと感応し、絶縁膜がトビイオ
ンと感応することになるが、イオ。

ン感応部に対応するチャネルがソース領域とドレイン領
域との間に形成され、絶縁膜のうち、上記イオン感応部
を除く部分にソース電極と接続された状態で形成された
導電層によりチャネルの形成を防止し、ソース電極とド
レイン電極とを通して対象イオンの濃度に対応する信号
を取出すことができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明のイオン検出装置の一実施例を示す慨
略平面図であり、ｐ形半導体からなる基板（１）の所定
位置に、互に逆方向に折れ曲った形状のｎ膨拡散層を形
成してソース領域（２）、およびドレイン領域（３）と
し、ソース領域（２）、およびドレイン領域（３）の最
も近接する位置に対応させてイオン感応層（４）を形成
しているとともに、イオン感応層（４）を形成した部分
を除いて上記ソース領域（２）とドレイン領域（３）と
の間に対応させて導電膜（５）を形成している。

第２図から第４図を参照しながらさらに詳細に説明する
。

第２図において、基板（１）の表面に互に近接させてソ
ース領域（２）とドレイン領域（３）が形成されており
、しかも上記基板（１）、ソース領域（２）、およびド
レイン領域（３）の外表面にＳｉ　０２　、Ｓｉ３Ｎ４
等かうなる絶縁膜（６）が形成されている。そして、絶
縁膜（６）の上面に、上記ソース領域（２）とドレイン
領域（３）との最近接位置間に対応させてイオン感応部
（４）を形成している。

したがって、上記ソース領域（２）とドレイン領域（３
）との最近接位置間に、イオン濃度に対応するチャネル
（７）が形成される。

第３図において、上記基板（１）の表面所定位置に、互
にかなり大ぎい距離離隔させてソース領域［２１とドレ
イン領域（３）とを形成し、外表面に絶縁膜（６）を形
成し、さらに絶縁膜（６）の表面に、上記ソース領域（
２）とドレイン領域（３）との間に対応させて金属、ポ
リシリコン等からなる導電膜（５）を形成し、さらに導
電膜（５）を蔽うように絶縁膜（８）を形成している。

第４図において、上記基板（１）の表面所定位置に、第
３図と等しい距離離隔させてソース領域（２）とドレイ
ン領域（３）とを形成し、外表面に絶縁ＷＡｆ６１を形
成し、さらに絶縁膜（６）の所定位置を貝通させて、端
子全屈の一方が上記各領域と接触し、他方が外部に露出
したソース電極（９）、およびドレイン電極（［））を
形成し、さらに上記導電膜（５）の所定位置を上記ソー
ス電４ｆ！（９］に接触させている。

したがって、絶縁膜（８）がＨ＋イオンと感応しても、
上記導電膜（５）がシールドとして作用し、上記ソース
領域（２）とドレイン領域（３）との間にチャネルが形
成されることを確実に防止することができる。

尚、上記ソース領域（２）、およびドレイン領域（３）
の形成方法としては、例えば拡散法が使用可能であり、
上記導電ｖ（５）の形成方法としては、例えば真空蒸着
法、ＣＶＤ法等が使用可能である。したがって、上記イ
オン感応部（４）と、ソース領域（２）、ドレイン領域
（３）、導電膜（５）等との相対位置精度を高めること
かできる（具体的には、フォトリソグラフィによりμｍ
オーダーの精度を達成することができる）。

また、導電Ｗｉ（５１として金属を使用した場合には、
熱膨張イ東数が異なるので絶縁膜にクラックが発生する
おそれがあるが、ポリシリコンを使用した場合には、熱
膨張イ象数がほぼ等しいのでクラックが発生するおそれ
がなく、しかも接着密度が大きいのであるから、ポリシ
リコンを使用することが好ましい。

第５図は以上の構成のイオン検出器を使用して溶液中の
イオン濃度を測定する場合の構成図であり、ＡＣ＋　／
ＡｇＣ＋電極からなる比較電極（Ｂ）と、上記の構成の
イオン検出器（Ａ＞とを測定溶液（１１）の中に浸漬し
ている。そして、上記比較電＃Ａ（Ｂ）とアースとの間
に直流電源（１２）を接続し、上記イオン検出器（Ａ＞
のソース電極（９）をアースと接続しているとともに、
ソース電極（９）とドレイン電極（ｌＯ］との間に直流
電源（１３）と電流計（１４）とを直列接続している。

したがって、比較電極（Ｂ）により測定溶液（１１）の
電位を一定に保持し、この状態においてソース電極（９
）とドレイン電極ω）との間に所定の電圧を印加すれば
よく、イオン感応部（４）が測定溶液（１１）のイオン
と感応して電位が変化する。そして、この電位はイオン
濃度に対応して変化するのであるから、イオン濃度に対
応して、ソース領域（２）とドレイン領域（３）との間
に形成されるチャネルが形成され、結果的にソース−ド
レイン間電流がイオン濃度に対応して変化するので、上
記電流計（１４）により検出された電流値に基いて測定
溶液（１１）の中のイオン濃度を検出することができる
。

上記実施例においては、導電層が形成されていない範囲
が少し残存しているが、イオン濃度検出精度を高く保持
することができた。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えばソース領域（２）とドレイン領域（３）との形
状を、一方が矩形に形成され、他方が矩形部の中におい
て一直線状に延びる形に形成された形状とし、最近接位
置に対応させてイオン感応部（４）を形成する構成とす
ること（第６図参照）が可能である他、イオン感応部を
除く全範囲に対応させて導電層を形成することが可能で
あり、その他この発明の要旨を変更しない範囲内におい
て、種々の設計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、必要な部分のみにチャネルが
形成され、他の部分にチャネルが形成されるごとを確実
に防止して、素子間の検出電流のばらつきを解消すると
ともに、他の種類のイオン等に起因する誤動作電流の発
生を防止し、イオン濃度の測定精度を高めることができ
るという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のイオン検出装置の一実施例を示す概
略平面図、 第２図から第４図はそれぞれ第１図のｆｆ−Ｌｌｌｌ−
１［［、ＩＶ−ＩＶ断面図、 第５図はイオン濃度を測定する装置の構成を示す図、 第６図は他の実施例を示す概略図、 第７図は従来例を示す概略平面図、 第８図、および第９図は第７図の■−■。 ＩＸ　−Ｉχ断面図、 第１０図は一部切欠斜視図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ソース領域とドレイン領域との一部のみを互に近接
   させ、ソース領域からドレイン領域にわたつて絶縁膜で
   被覆しているとともに、上記近接位置に対応させて絶縁
   膜の上にイオン感応部を形成し、さらに上記近接位置を
   除くほぼ全範囲に対応させて導電層を形成し、導電層を
   ソース領域と接続していることを特徴とするイオン検出
   器。