JPS625168A - 半導体化学センサ - Google Patents
半導体化学センサInfo
- Publication number
- JPS625168A JPS625168A JP60142487A JP14248785A JPS625168A JP S625168 A JPS625168 A JP S625168A JP 60142487 A JP60142487 A JP 60142487A JP 14248785 A JP14248785 A JP 14248785A JP S625168 A JPS625168 A JP S625168A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gate
- gate electrode
- electrode
- solution
- drain
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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】
〔発明の利用分野〕
本発明は血液成分分析装置用センサなど、試料溶液中の
化学物質の濃度を測定するための化学センサに関する。
化学物質の濃度を測定するための化学センサに関する。
Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｉの酸化膜が理論的に近いネルンスト応
答を示すことは、ジエイ、エレクトロジエン ソサエテ
ィ ポル１３１ ナンバー５（Ｊ。
答を示すことは、ジエイ、エレクトロジエン ソサエテ
ィ ポル１３１ ナンバー５（Ｊ。
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ＋ｓ、 Ｓｅｅ ｖｏｌ、１３１
Ｎｏ、５ （１９８４））における、ケイ、キノシタ
（Ｋ 、 Ｋ １ｎｏＳｈｉｔａ）及び。
Ｎｏ、５ （１９８４））における、ケイ、キノシタ
（Ｋ 、 Ｋ １ｎｏＳｈｉｔａ）及び。
エム・ジェマドウ（Ｍ、Ｊ、Ｍａｄｏｕ）による″゛エ
レクトロケミカルメジヤーメントオンビイテイアールア
ンドテイアイオキサイドアズビハープローブズＥ １ｅ
ｃｔ、ｒｏ−ｃｈｅ■ｉｃａ１Ｍｅａｓｕｒａｍｅｎｔ
ｏｎ Ｐｔ、 Ｉ ｒ、 ａｎｄ Ｔｉ ０ｘｉｄｅ
ｓａｓ ｐ ＨＰ ｒｏｂｅｓ）”と題する文献におい
て論じられている。これらの材料のうちＴｉＯ２は酸素
雰囲気中の熱処理により形成出来るが、Ｐｔ、Ｉｒ等は
容易には酸化出来ず例えばＰｔではＮａＮＯ３とＮａ２
ＰｔＣＱ Ｂの水溶液中に浸漬した後５００〜５５０℃
の空気雰囲気中での熱処理を行い、これを数回くり返す
方法などが紹介されている。このようにこれら白金族金
属（Ｐｔ、Ｉｒ等）の酸化膜を作る方法は容易でなく、
化学処理や熱処理を何回も繰り返すなど複雑な工程が必
要とされる。
レクトロケミカルメジヤーメントオンビイテイアールア
ンドテイアイオキサイドアズビハープローブズＥ １ｅ
ｃｔ、ｒｏ−ｃｈｅ■ｉｃａ１Ｍｅａｓｕｒａｍｅｎｔ
ｏｎ Ｐｔ、 Ｉ ｒ、 ａｎｄ Ｔｉ ０ｘｉｄｅ
ｓａｓ ｐ ＨＰ ｒｏｂｅｓ）”と題する文献におい
て論じられている。これらの材料のうちＴｉＯ２は酸素
雰囲気中の熱処理により形成出来るが、Ｐｔ、Ｉｒ等は
容易には酸化出来ず例えばＰｔではＮａＮＯ３とＮａ２
ＰｔＣＱ Ｂの水溶液中に浸漬した後５００〜５５０℃
の空気雰囲気中での熱処理を行い、これを数回くり返す
方法などが紹介されている。このようにこれら白金族金
属（Ｐｔ、Ｉｒ等）の酸化膜を作る方法は容易でなく、
化学処理や熱処理を何回も繰り返すなど複雑な工程が必
要とされる。
またこれら処理溶液はＮａなどの半導体製造プロセス上
、素子特性を大きく変化させるイオンを含んでいる。こ
のため半導体を利用したイオン選択性電極Ｉ Ｓ Ｆ
Ｅ Ｔ （Ｉ ｏｎ ５ｅｎｓｉｔ、ｉｖｅ Ｆｉｅｌ
ｄＥｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔ、ｏｒ）などの素子
製造プロセスには適用できなかった。
、素子特性を大きく変化させるイオンを含んでいる。こ
のため半導体を利用したイオン選択性電極Ｉ Ｓ Ｆ
Ｅ Ｔ （Ｉ ｏｎ ５ｅｎｓｉｔ、ｉｖｅ Ｆｉｅｌ
ｄＥｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔ、ｏｒ）などの素子
製造プロセスには適用できなかった。
本発明の目的は、センサ出力が長期的に安定な半導体化
学センサを提供することにある。
学センサを提供することにある。
かかる目的を達成するため、本発明ではｌ５ＦＥＴのＰ
Ｈ感応膜として化学的に安定で、かつその酸化膜がよい
ＰＨ応答性を示す材料として白金族金属（Ｐｔ、Ｉ ｒ
、Ｒｈ、Ｒｕ等）の材料表面だけを酸化させたものを使
用することを特徴とする。このようにすることにより溶
液中のＮａ、にイオン等が素子に入りこんでくることが
防げ、ｌ５ＦＥＴの素子特性を安定させることが出来る
。
Ｈ感応膜として化学的に安定で、かつその酸化膜がよい
ＰＨ応答性を示す材料として白金族金属（Ｐｔ、Ｉ ｒ
、Ｒｈ、Ｒｕ等）の材料表面だけを酸化させたものを使
用することを特徴とする。このようにすることにより溶
液中のＮａ、にイオン等が素子に入りこんでくることが
防げ、ｌ５ＦＥＴの素子特性を安定させることが出来る
。
金属の酸化膜形成において、例えば熱酸化では。
酸化膜（０２またはＨ２Ｏ）が表面で反応するが金属の
酸化膜に吸着される。その吸着した０２またはＨ２Ｏが
酸化膜中を拡散じ、金属とその酸化膜の界面に到達して
反応し、酸化膜が形成されると考えられている。このよ
うに熱酸化においては酸化種及び金属原子の拡散が重要
となる。しかし白金族金属などはその拡散が起りにくい
。また、例えばＰｔでは１０００℃以上の酸素雰囲気中
でＰＬＯ２が生成されるが、この高温下においては発揮
してしまうと考えられている。このように白金族金属は
一般に酸化しにくい。一方、近年半導体プロセスのうち
Ｓｉ中に不純物を拡散させる方法として、熱拡散を使用
せず、不純物をイオン化して加速し、Ｓｉ中に注入する
非平衡低温プロセスが用いられている。この技術を使い
白金族のように酸化膜が出来にくい金属に酸素をイオン
注入することにより金属表面に酸素を拡散し酸化膜が形
成出来ることを発見した。このことによりｌ５ＦＥＴの
ような半導体マイクロセンサのｐＨ測定用電極として１
表面層だけ酸化させた白金族金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉ ｒ
、Ｒｕ等）を使用することが出来る。
酸化膜に吸着される。その吸着した０２またはＨ２Ｏが
酸化膜中を拡散じ、金属とその酸化膜の界面に到達して
反応し、酸化膜が形成されると考えられている。このよ
うに熱酸化においては酸化種及び金属原子の拡散が重要
となる。しかし白金族金属などはその拡散が起りにくい
。また、例えばＰｔでは１０００℃以上の酸素雰囲気中
でＰＬＯ２が生成されるが、この高温下においては発揮
してしまうと考えられている。このように白金族金属は
一般に酸化しにくい。一方、近年半導体プロセスのうち
Ｓｉ中に不純物を拡散させる方法として、熱拡散を使用
せず、不純物をイオン化して加速し、Ｓｉ中に注入する
非平衡低温プロセスが用いられている。この技術を使い
白金族のように酸化膜が出来にくい金属に酸素をイオン
注入することにより金属表面に酸素を拡散し酸化膜が形
成出来ることを発見した。このことによりｌ５ＦＥＴの
ような半導体マイクロセンサのｐＨ測定用電極として１
表面層だけ酸化させた白金族金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉ ｒ
、Ｒｕ等）を使用することが出来る。
以下、本発明を実施例により、その構成及び動作を説明
する。
する。
第一の実施例について述べる。第１図はＰＨ用ｌ５ＦＥ
Ｔの素子の平面図である。ＦＥＴはＳｉ基板１上に形成
されたドレイン２．ソース３及びゲート４から構成され
ている。このゲートに本発明である表面層に酸素イオン
注入したＰｔを採用する。まずＰｔをゲート部分に蒸着
した後、酸素イオン注入する。この注入は打ち込みエネ
ルギー３０ＫｅＶ、注入量８Ｘ１０１ｇ／ａＩでおこな
い、注入後、温度６００℃で３０分熱処理を行う。以上
の処理により、このＰｔはＰＨ応答するようになる。こ
の素子と外部測定回路は外部取り出し電極、つまりドレ
イン用ＡＱ電極５とソース用Ａｆｌ電極６で接続される
。次にゲート部分の構造を詳しく述べる。第２図は第１
図に示したｐＨ用ｌ５ＦＥＴ素子のＡ−Ａ線断面図であ
る。ＦＥＴのゲート電極はｐｏｌｙ−５ｉ７であり、酸
素イオンを注入して成る酸化物層１１を持つＰｔ１Ｏと
電気的に接続するのと同時に接着性を高めるためＡＱ８
．Ｔｉ９を層状にはさみこんである。ゲート電極とＳｉ
基板との間のゲート絶縁膜はＳｉ基板１上でできている
。実際にこの素子を溶液に浸す場合はＦＥＴ素子の部分
や外部取り出し電極としてのドレイン用ＡＱ電極やソー
ス用ＡＱ電極は耐水性の良い樹脂で保護しなければなら
ない。溶液と直接、接触する部分は第１図の平面図下部
であり、ＦＥＴのゲート電極に接続して１表面層に酸素
イオン注入したＰｔが伸びている部分である。
Ｔの素子の平面図である。ＦＥＴはＳｉ基板１上に形成
されたドレイン２．ソース３及びゲート４から構成され
ている。このゲートに本発明である表面層に酸素イオン
注入したＰｔを採用する。まずＰｔをゲート部分に蒸着
した後、酸素イオン注入する。この注入は打ち込みエネ
ルギー３０ＫｅＶ、注入量８Ｘ１０１ｇ／ａＩでおこな
い、注入後、温度６００℃で３０分熱処理を行う。以上
の処理により、このＰｔはＰＨ応答するようになる。こ
の素子と外部測定回路は外部取り出し電極、つまりドレ
イン用ＡＱ電極５とソース用Ａｆｌ電極６で接続される
。次にゲート部分の構造を詳しく述べる。第２図は第１
図に示したｐＨ用ｌ５ＦＥＴ素子のＡ−Ａ線断面図であ
る。ＦＥＴのゲート電極はｐｏｌｙ−５ｉ７であり、酸
素イオンを注入して成る酸化物層１１を持つＰｔ１Ｏと
電気的に接続するのと同時に接着性を高めるためＡＱ８
．Ｔｉ９を層状にはさみこんである。ゲート電極とＳｉ
基板との間のゲート絶縁膜はＳｉ基板１上でできている
。実際にこの素子を溶液に浸す場合はＦＥＴ素子の部分
や外部取り出し電極としてのドレイン用ＡＱ電極やソー
ス用ＡＱ電極は耐水性の良い樹脂で保護しなければなら
ない。溶液と直接、接触する部分は第１図の平面図下部
であり、ＦＥＴのゲート電極に接続して１表面層に酸素
イオン注入したＰｔが伸びている部分である。
その部分つまりＢ−Ｂ線断面を第３図に示す。
Ｓｉ基板は５ｉ０２１２，５ｉ３Ｎ４１３と耐水絶縁膜
でおおわれており溶液につけられる構造になっている。
でおおわれており溶液につけられる構造になっている。
酸素イオンを注入したＰｔ表面１１が測定溶液に接触す
ると測定溶液のｐＨ値によってＰｔ、ｏ２と溶液との界
面電位が変化する。この電位変化はＰｔ１ＯがＴｉ９．
Ａ２Ｂを介してＦＥＴのｐｏｌｙ Ｓｉゲート電極に
接続されているためゲート電圧Ｖ。の変化となる。この
ＶＣ）の変化によりＦＥＴのドレインとソース間の電流
が変化するので、この変化により溶液のｐＨ値が測定で
きる。
ると測定溶液のｐＨ値によってＰｔ、ｏ２と溶液との界
面電位が変化する。この電位変化はＰｔ１ＯがＴｉ９．
Ａ２Ｂを介してＦＥＴのｐｏｌｙ Ｓｉゲート電極に
接続されているためゲート電圧Ｖ。の変化となる。この
ＶＣ）の変化によりＦＥＴのドレインとソース間の電流
が変化するので、この変化により溶液のｐＨ値が測定で
きる。
以上第一の実施例におけるＰＨ用Ｉ ５ＦＥＴを用いそ
のｐＨ応答について調べたのが第４図である。
のｐＨ応答について調べたのが第４図である。
ＰＨ応答として２５℃で５９ｍＶ／ｐＨの感度が得られ
た。第５図はｐＨ７，５の溶液に新しいＩ Ｓ ＦＥＴ
をはじめて浸し、その出力変動を調べたものである。５
０分近くで５ｍＶ出力が低下したが、それ以後±０．５
ｍＶ程度のバラツキで安定している。
た。第５図はｐＨ７，５の溶液に新しいＩ Ｓ ＦＥＴ
をはじめて浸し、その出力変動を調べたものである。５
０分近くで５ｍＶ出力が低下したが、それ以後±０．５
ｍＶ程度のバラツキで安定している。
以上のことがらＰｔの表面に酸素イオン注入した材料を
ｌ５ＦＥＴのゲートに使用したものは、ｐＨ測定に使用
出来、しかもその出力変動は安定化した後では±０．５
ｍＶにおさえることが出来た。
ｌ５ＦＥＴのゲートに使用したものは、ｐＨ測定に使用
出来、しかもその出力変動は安定化した後では±０．５
ｍＶにおさえることが出来た。
次に第二の実施例について述べる。第一の実施例ではｐ
Ｈ測定用電極をＦＥＴを形成している基板上に形成した
が、第二の実施例では第６図に示すようにＰＨＨ定用電
極としてＰｔワイヤー１５に酸素イオン注入したものを
使用し、ＦＥＴ素子のゲート電極４にはんだ１４で接続
している６Ｐｔワイヤーの酸素イオンを注入した領域１
６だけを測定溶液につけＰＨ応答を調べ第一の実施例で
得られたのと同じ５９ ｍＶ／ ｐ Ｈの感度が得られ
た。またその出力安定性についても同等のものが得られ
た。
Ｈ測定用電極をＦＥＴを形成している基板上に形成した
が、第二の実施例では第６図に示すようにＰＨＨ定用電
極としてＰｔワイヤー１５に酸素イオン注入したものを
使用し、ＦＥＴ素子のゲート電極４にはんだ１４で接続
している６Ｐｔワイヤーの酸素イオンを注入した領域１
６だけを測定溶液につけＰＨ応答を調べ第一の実施例で
得られたのと同じ５９ ｍＶ／ ｐ Ｈの感度が得られ
た。またその出力安定性についても同等のものが得られ
た。
本発明によれば、ｌ５ＦＥＴのような半導体マイクロセ
ンサのＰＨ用電電極材料して表面が酸化した白金族金属
（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉ ｒ、Ｒｕ等）を使用できるため、従
来のＩ ５ＦＥＴのように、ＦＥＴのゲート構造が絶縁
膜だけの構造（例えばＳｉ３Ｎ４／５ｉＯｚ）のものに
比べ出力安定性を高める効果がある。
ンサのＰＨ用電電極材料して表面が酸化した白金族金属
（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉ ｒ、Ｒｕ等）を使用できるため、従
来のＩ ５ＦＥＴのように、ＦＥＴのゲート構造が絶縁
膜だけの構造（例えばＳｉ３Ｎ４／５ｉＯｚ）のものに
比べ出力安定性を高める効果がある。
第１図は本発明の第一の実施例であるＰＨ用Ｉ ５ＦＥ
Ｔの平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図
は第１図のＢ−Ｂ線断面図、第４図は第一の実施例のｐ
Ｈ用ｌ５ＦＥＴのｐＨ応答特性図、第５図は第一の実施
例のｐＨ用Ｉ ５ＦＥＴの出力変動図、第６図は本発明
の他の実施例のｐＨ用ｌ５ＦＥＴを示す図である。 ■・・・Ｓｉ基板、２・・・ドレイン、３・・・ソース
。 ４・・・ゲート、５・・・ドレイン用ＡＱ電極、６・・
・ソース用ＡＱ電極、７・・・ρｏｌｙ−Ｓｉゲート電
極。 ８・・・ＡＱ、９・・・Ｔｉ、１０・・・Ｐｔ。 １１・・・Ｐｔの酸素イオン注入層、１２・・・ＳｉＯ
□。 １３・・・Ｓｉ３Ｎ４．１４・・・はんだ、１５・・・
Ｐｔのワイヤー、１６・・・Ｐｔワイヤー表面に酸素イ
オン注入した領域。 躬７０ 葛２図 第４図 ＰＭ 第夕目 ｐｒ関（匍
Ｔの平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図
は第１図のＢ−Ｂ線断面図、第４図は第一の実施例のｐ
Ｈ用ｌ５ＦＥＴのｐＨ応答特性図、第５図は第一の実施
例のｐＨ用Ｉ ５ＦＥＴの出力変動図、第６図は本発明
の他の実施例のｐＨ用ｌ５ＦＥＴを示す図である。 ■・・・Ｓｉ基板、２・・・ドレイン、３・・・ソース
。 ４・・・ゲート、５・・・ドレイン用ＡＱ電極、６・・
・ソース用ＡＱ電極、７・・・ρｏｌｙ−Ｓｉゲート電
極。 ８・・・ＡＱ、９・・・Ｔｉ、１０・・・Ｐｔ。 １１・・・Ｐｔの酸素イオン注入層、１２・・・ＳｉＯ
□。 １３・・・Ｓｉ３Ｎ４．１４・・・はんだ、１５・・・
Ｐｔのワイヤー、１６・・・Ｐｔワイヤー表面に酸素イ
オン注入した領域。 躬７０ 葛２図 第４図 ＰＭ 第夕目 ｐｒ関（匍
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、水素イオン濃度を測定する半導体化学センサにおい
て、イオン化した酸素を高エネルギーに加速して表面層
に注入した白金族金属を、該酸素注入部が水素イオン濃
度を測定する被測定溶液に接触し得るように配置し、且
つ該白金族金属の非酸素注入部を電界効果型トランジス
タのゲート電極に電気的に接続せしめた構造を持つか、
若しくは、該白金族金属をゲート電極とする構造を持つ
ことを特徴とする半導体化学センサ。 ２、上記白金族金属がロジウム、ルテニウム、イリジウ
ム又は白金であることを特徴とする特許請求範囲第１項
記載の半導体化学センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142487A JPS625168A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142487A JPS625168A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体化学センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625168A true JPS625168A (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=15316462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60142487A Pending JPS625168A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体化学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS625168A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989009932A1 (en) * | 1988-04-14 | 1989-10-19 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ion sensor |
| KR100964202B1 (ko) | 2008-02-19 | 2010-06-17 | 재단법인대구경북과학기술원 | 티타늄 박막을 이용한 ｆｅｔ형 바이오센서 및 그 제조방법 |
-
1985
- 1985-07-01 JP JP60142487A patent/JPS625168A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989009932A1 (en) * | 1988-04-14 | 1989-10-19 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ion sensor |
| KR100964202B1 (ko) | 2008-02-19 | 2010-06-17 | 재단법인대구경북과학기술원 | 티타늄 박막을 이용한 ｆｅｔ형 바이오센서 및 그 제조방법 |
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