JPS63131056A - Ｆｅｔ電極 - Google Patents
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- JPS63131056A JPS63131056A JP61275250A JP27525086A JPS63131056A JP S63131056 A JPS63131056 A JP S63131056A JP 61275250 A JP61275250 A JP 61275250A JP 27525086 A JP27525086 A JP 27525086A JP S63131056 A JPS63131056 A JP S63131056A
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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
- G01N27/28—Electrolytic cell components
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- 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】
［産業上の利用分野］
本発明はＦＥＴ電極、特にイオンに感応するＦＥＴ電極
に関するものである。
に関するものである。
［従来の技術］
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）原理を利用した従来か
らのＦＥＴ電極及びその動作は次のようである。ゲート
部上に酸化金属／半導体絶縁膜基盤（ｐ型Ｓ １０２
／ Ｓ １３Ｎ ４ ）からなるｐ型基盤に不純物を拡
散させ、ｎ型ソース、ドレイン電極を形成させる。ここ
で、ゲート部電極に正電圧を加えると、酸化還元膜近傍
のｐ型半導体ポテンシャルが下がってｐ型半導体中に電
子が誘起される。この電子の層がチャネルとなってソー
スからドレインへ電子が流れドレイン電流が流れ、ゲー
ト電圧によってドレイン電流量が制御される。このゲー
ト部電圧はＨ＋イオン活量に比例するためｐＨ−ＭＯＳ
ＦＥＴとして使用できる。
らのＦＥＴ電極及びその動作は次のようである。ゲート
部上に酸化金属／半導体絶縁膜基盤（ｐ型Ｓ １０２
／ Ｓ １３Ｎ ４ ）からなるｐ型基盤に不純物を拡
散させ、ｎ型ソース、ドレイン電極を形成させる。ここ
で、ゲート部電極に正電圧を加えると、酸化還元膜近傍
のｐ型半導体ポテンシャルが下がってｐ型半導体中に電
子が誘起される。この電子の層がチャネルとなってソー
スからドレインへ電子が流れドレイン電流が流れ、ゲー
ト電圧によってドレイン電流量が制御される。このゲー
ト部電圧はＨ＋イオン活量に比例するためｐＨ−ＭＯＳ
ＦＥＴとして使用できる。
しかし、この型のＦＥＴ’電極はドリフトが大きく安定
性が悪い上に、光にも応答するという問題があった。
性が悪い上に、光にも応答するという問題があった。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、ドリフト
が少なく安定性の高い、更に光に応答しにくいＦＥＴ電
極を提供する。
が少なく安定性の高い、更に光に応答しにくいＦＥＴ電
極を提供する。
［問題点を解決するための手段］
この問題点を解決するための一手段として、本発明のＦ
ＥＴ電極は、ＦＥＴと、該ＦＥＴのゲート部絶縁体上を
被覆する炭素薄膜と、該炭素薄膜上を被覆する有機薄膜
とを備える。
ＥＴ電極は、ＦＥＴと、該ＦＥＴのゲート部絶縁体上を
被覆する炭素薄膜と、該炭素薄膜上を被覆する有機薄膜
とを備える。
［作用］
かかる構成において、ＦＥＴは、ゲート部上に有機薄膜
がＨ＋イオン活量に対応して発生した電位によりＨ１イ
オン濃度を測定する。一方、炭素薄膜は、ドリフトを少
なくし、ＦＥＴのゲート部絶縁体と有機薄膜との密着を
安定させ、更に光を遮断する。
がＨ＋イオン活量に対応して発生した電位によりＨ１イ
オン濃度を測定する。一方、炭素薄膜は、ドリフトを少
なくし、ＦＥＴのゲート部絶縁体と有機薄膜との密着を
安定させ、更に光を遮断する。
［実施例］
まず、炭素薄膜の作成例を示す。
（作成例１）
カーボン（高純度黒鉛カーボンＧ１６１ＡＳ、東海カー
ボン（株）製）をターゲットに用い、スパッタリング法
により、サファイア（シリコーン上）の表面にカーボン
薄膜を被覆させた。
ボン（株）製）をターゲットに用い、スパッタリング法
により、サファイア（シリコーン上）の表面にカーボン
薄膜を被覆させた。
スパッタ条件は１００Ｗ、８Ｘ１０−”Ｔ６ｒｒ、２０
時間、基板温度１５０℃以下、アルゴン雰囲気下で行な
った。
時間、基板温度１５０℃以下、アルゴン雰囲気下で行な
った。
その結果、カーボン膜厚約１．０μｍのカーボン被覆サ
ファイア基盤を得た。
ファイア基盤を得た。
（作成例２）
スパッタ条件はメタンガス雰囲気下で行なった以外は実
験例１と同様の条件で行なった。
験例１と同様の条件で行なった。
その結果、カーボン被覆サファイア基盤を得た（カーボ
ン膜厚約１．２μｍ）。強固な膜が作製できた。比抵抗
はｌＸｌ０−’Ωｃｍであった。
ン膜厚約１．２μｍ）。強固な膜が作製できた。比抵抗
はｌＸｌ０−’Ωｃｍであった。
（作成例３）
スパッタ条件は水素ガス雰囲気下で行なった以外は作成
例１と同様の条件で行った。
例１と同様の条件で行った。
その結果、カーボン被覆サファイア基盤を得た（カーボ
ン膜厚約０．８μｍ）。比抵抗はｌＸ１０−３Ωｃｍで
あった。
ン膜厚約０．８μｍ）。比抵抗はｌＸ１０−３Ωｃｍで
あった。
（比較作成例）
作成例１と同様にカーボンをターゲットに使用し、スパ
ッタリング法によりサファイア（シリコン上）の表面に
カーボン薄膜を被覆した。
ッタリング法によりサファイア（シリコン上）の表面に
カーボン薄膜を被覆した。
スパッタ条件は６００Ｗ、ｌＸｌ０−２Ｔｏｒｒ、２０
分、基板温度３００℃、アルゴン雰囲気で行なった。
分、基板温度３００℃、アルゴン雰囲気で行なった。
その結果、カーボン膜厚約１０００人のカーボン被覆サ
ファイア基盤を得た。
ファイア基盤を得た。
次に、作成されたカーボン被覆サファイア基盤を使用し
た電極及びＦＥＴ電極を説明する。
た電極及びＦＥＴ電極を説明する。
（実施例１）
作成例１で得たカーボン被覆サファイア基盤（大きさ１
ｃｍｘ １ ｃｍ）の比抵抗は約１０−３Ωｃｍであ
る。この基盤の周囲をシリコーン樹脂（信越シリコーン
（株）製ＫＥ３４８Ｗ）で絶縁した。そして片方を銀線
同軸電線（大きさ０．６ｍｍφ）で、導電性接着剤でリ
ード線をとり、先端約０．５ｍｍｘ０．５＋ｎｍの感応
面積とした電極（作用極）を作製した。
ｃｍｘ １ ｃｍ）の比抵抗は約１０−３Ωｃｍであ
る。この基盤の周囲をシリコーン樹脂（信越シリコーン
（株）製ＫＥ３４８Ｗ）で絶縁した。そして片方を銀線
同軸電線（大きさ０．６ｍｍφ）で、導電性接着剤でリ
ード線をとり、先端約０．５ｍｍｘ０．５＋ｎｍの感応
面積とした電極（作用極）を作製した。
この電極表面に次の条件で２，６キシレノールの重合膜
を電解重合法により被覆した。
を電解重合法により被覆した。
電解液組成
０．５Ｍ２．６キシレノール
０．２Ｍ ＮａＣｌＯ４
アセトニトリル溶液（溶媒）
電解重合条件
０〜１．５Ｖ（対５ＳＣＥ）、掃引速度：５０ｍＶ／秒
３回掃引後、１．５Ｖに１０分間定電位電解させた。
３回掃引後、１．５Ｖに１０分間定電位電解させた。
（実験例１）
実施例１で作成した酸化還元膜被覆・カーボン・サファ
イア電極を用い、基準極（Ａ ｇ／Ａ ｇＣ旦電極）間
の起電力とリン酸緩衝液中のｐＨ変化との関係を求める
と、ｐＨ１，０〜９．０の広い範囲にわたって直線関係
を示し、その直線の勾配は５８〜５９ｍＶ／ｐｉ（で（
２５℃）で、ネルンストの論理式にほぼ近似した。
イア電極を用い、基準極（Ａ ｇ／Ａ ｇＣ旦電極）間
の起電力とリン酸緩衝液中のｐＨ変化との関係を求める
と、ｐＨ１，０〜９．０の広い範囲にわたって直線関係
を示し、その直線の勾配は５８〜５９ｍＶ／ｐｉ（で（
２５℃）で、ネルンストの論理式にほぼ近似した。
また、応答速度も酸化還元膜被覆カーボン電極（電線被
覆−ｃｏａｔｅｄ ｗｉｒｅ−型電極）とほぼ同様、５
秒〜３０秒（ｐＨ５〜９範囲）で迅速であった。
覆−ｃｏａｔｅｄ ｗｉｒｅ−型電極）とほぼ同様、５
秒〜３０秒（ｐＨ５〜９範囲）で迅速であった。
このように、半導体基盤（シソコンあるいはサファイア
）上に安定なカーボン薄膜を被覆することが出来た。
）上に安定なカーボン薄膜を被覆することが出来た。
（実施例２，３）
実施例１と同様の条件で酸化還元膜被覆・カーボン膜・
シリコーン基盤電極を作製した。
シリコーン基盤電極を作製した。
（実験例２．３）
実施例２．３で作成した電極の起電力対ｐＨ変化を実験
例１と同様に測定した結果は、ｐＨ１，０〜９．０の広
い範囲にわたって直線関係を示し、その直線の勾配は５
８ｍＶ／ｐＨ（２５℃）であり、ネルンスト式の論理式
に近似している。また、応答速度も早く５秒〜３０秒で
あった。
例１と同様に測定した結果は、ｐＨ１，０〜９．０の広
い範囲にわたって直線関係を示し、その直線の勾配は５
８ｍＶ／ｐＨ（２５℃）であり、ネルンスト式の論理式
に近似している。また、応答速度も早く５秒〜３０秒で
あった。
（実施例４）
第１図に示すように、ＭＯＳＦＥＴのゲート部絶縁体上
にカーボン薄膜と更に有機薄膜として実施例１で示した
２、６キシレノールの重合膜を電解重合法により被覆し
たＦＥＴ電極１０を作成した。ここで、１はドレイン、
２はソース、３は２．６キシレノールの重合膜、４はカ
ーボン薄“膜、５は窒化シリコン膜、６は酸化シリコン
膜、７はｐ型シリコン、８はサファイアである。
にカーボン薄膜と更に有機薄膜として実施例１で示した
２、６キシレノールの重合膜を電解重合法により被覆し
たＦＥＴ電極１０を作成した。ここで、１はドレイン、
２はソース、３は２．６キシレノールの重合膜、４はカ
ーボン薄“膜、５は窒化シリコン膜、６は酸化シリコン
膜、７はｐ型シリコン、８はサファイアである。
作成されたＦＥＴ電極１０の被測定溶液１２のｐＨに対
する起電力の測定を、第２図に示子測定装置を用いて行
なった。ここで、１１は基準極、１３は測定回路、１４
はプリタル・ボルトメータであり、Ｉｓ ＝１００μＡ
、ｖ、５＝＝４ｖ、ン温度２５℃で測定した。
する起電力の測定を、第２図に示子測定装置を用いて行
なった。ここで、１１は基準極、１３は測定回路、１４
はプリタル・ボルトメータであり、Ｉｓ ＝１００μＡ
、ｖ、５＝＝４ｖ、ン温度２５℃で測定した。
測定結果を第３図に示すように、Ｖ ０ＬＩＴ ／ Ｐ
Ｈ−−５８，３ｍＶ／ｐＨの直線を示しネルンストの
理論式に良く近似した。又、応答速度は、５秒〜３０秒
であった。ＦＥＴセンサのＭＯＳＦＥＴ特性（Ｉｏ−Ｖ
ａｓおよびＩｎ−Ｖｏｓ）は各々ＦＥＴ固有の特性であ
った。
Ｈ−−５８，３ｍＶ／ｐＨの直線を示しネルンストの
理論式に良く近似した。又、応答速度は、５秒〜３０秒
であった。ＦＥＴセンサのＭＯＳＦＥＴ特性（Ｉｏ−Ｖ
ａｓおよびＩｎ−Ｖｏｓ）は各々ＦＥＴ固有の特性であ
った。
尚、本実施例では第１図に示した一体型のＦＥＴ電極で
説明したが、第４図に示すような分離ゲート型において
も同様の結果が得られる。また、基盤としてｐ型シリコ
ン基盤、Ｎ型シリコン基盤を用いても同様の結果が得ら
れる。更に、カーボン被覆後のサファイア基盤の比抵抗
は１００ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１Ωｃｍ
以下が好ましく、特に好ましくは、本実施例に示される
ようにｌＸｌ０−３Ωｃｍ以下である。
説明したが、第４図に示すような分離ゲート型において
も同様の結果が得られる。また、基盤としてｐ型シリコ
ン基盤、Ｎ型シリコン基盤を用いても同様の結果が得ら
れる。更に、カーボン被覆後のサファイア基盤の比抵抗
は１００ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１Ωｃｍ
以下が好ましく、特に好ましくは、本実施例に示される
ようにｌＸｌ０−３Ωｃｍ以下である。
更に、本実施例のＦＥＴ電極の有機薄膜上にイオンキャ
リ膜にュートラルキャリャ膜）、酸素活性膜や酵素固定
化膜等を被覆して、イオン選択性ＦＥＴセンサ、酸素な
どのガスセンサや酵素センサ等のバイオセンサとして使
用できる。
リ膜にュートラルキャリャ膜）、酸素活性膜や酵素固定
化膜等を被覆して、イオン選択性ＦＥＴセンサ、酸素な
どのガスセンサや酵素センサ等のバイオセンサとして使
用できる。
［発明の効果］
本発明により、ドリフトが少なく安定性の高い、更に光
に応答しにくいＦＥＴ電極を提供できる。
に応答しにくいＦＥＴ電極を提供できる。
しかもゲート上に被覆した膜がＨ＋イオンに対応した電
位を発現するので、電界効果の特徴である、 （１）高入力インピーダンス増幅器が不要である。
位を発現するので、電界効果の特徴である、 （１）高入力インピーダンス増幅器が不要である。
（２）デバイスの増幅作用を利用し負帰還回路を構成す
ることができるので、電極の出力抵抗を数にΩ程度に低
くでき、電気的妨害が軽減できる。
ることができるので、電極の出力抵抗を数にΩ程度に低
くでき、電気的妨害が軽減できる。
等の構造を利用した電界効果原理のＦＥＴ電極を提供で
きる。
きる。
第１図は本実施例の一体型のＦＥＴ電極の断面図、
−第２図は本実施例のＦＥＴ電極の測定装置を説明する
図、 第３図は本実施例のＦＥＴ電極の測定結果を示す図、 第４図は分離型ＦＥＴ電極の斜視図である。 図中、１・・・ドレイン、２・・・ソース、３・・・２
．６キシレノールの重合膜、４・・・カーボン薄膜、５
・・・窒化シリコン膜、６・・・酸化シリコン膜、７・
・・ｐ型シリコン、８・・・サファイア、１０・・・Ｆ
ＥＴ電極、１１・・・基準極、１２・・・被測定溶液、
１３・・・測定回路、１４・・・デジタル・ボルトメー
タである。
図、 第３図は本実施例のＦＥＴ電極の測定結果を示す図、 第４図は分離型ＦＥＴ電極の斜視図である。 図中、１・・・ドレイン、２・・・ソース、３・・・２
．６キシレノールの重合膜、４・・・カーボン薄膜、５
・・・窒化シリコン膜、６・・・酸化シリコン膜、７・
・・ｐ型シリコン、８・・・サファイア、１０・・・Ｆ
ＥＴ電極、１１・・・基準極、１２・・・被測定溶液、
１３・・・測定回路、１４・・・デジタル・ボルトメー
タである。
Claims (5)
- （１）ＦＥＴと、該ＦＥＴのゲート部絶縁体上を被覆す
る炭素薄膜と、該炭素薄膜上を被覆する有機薄膜とを備
えることを特徴とするＦＥＴ電極。 - （２）炭素薄膜は多面構造を一部保有し、被覆後の比抵
抗が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のＦＥＴ電極。 - （３）有機薄膜は酸化還元応答を発現する膜であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＦＥＴ電極。 - （４）有機薄膜上にイオン選択性膜を被覆して、イオン
選択性ＦＥＴセンサを構成できることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のＦＥＴ電極。 - （５）イオン選択性膜上に酸素活性膜を被着して、生体
基質の濃度を測定できる酸素センサを構成できることを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載のＦＥＴ電極。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61275250A JPS63131056A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | Ｆｅｔ電極 |
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