JPS6390754A - イオン選択性電界効果トランジスタ - Google Patents
イオン選択性電界効果トランジスタInfo
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- JPS6390754A JPS6390754A JP61234362A JP23436286A JPS6390754A JP S6390754 A JPS6390754 A JP S6390754A JP 61234362 A JP61234362 A JP 61234362A JP 23436286 A JP23436286 A JP 23436286A JP S6390754 A JPS6390754 A JP S6390754A
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- electric field
- effect transistor
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- Pending
Links
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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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、溶液中のイオン濃度を選択的に測定するイオ
ン選択性電界効果トランジスタ（Ｉ８’ＰＥＴ）に関す
る。
ン選択性電界効果トランジスタ（Ｉ８’ＰＥＴ）に関す
る。
（従来の技術）
酵素や微生物などの生体触媒を分子識別素子として利用
し、これを電気化学デバイスなどのトランスデ−サーと
組み合わせた種々のバイオセンサーが開発されている。
し、これを電気化学デバイスなどのトランスデ−サーと
組み合わせた種々のバイオセンサーが開発されている。
センナの微小化、多機能化の観点からトランスデー−デ
ーとして最近注目されるようになったのが、半導体素子
である。
ーとして最近注目されるようになったのが、半導体素子
である。
しかし現在水溶液中で安定に使用できるものは、イオン
選択性電界効果トランジスタ（ｌ８ＦＥＴ）に限られる
ところから、この素子が注目されるようになった。この
素子の表面に分子識別機能を持たせた新しい形式のバイ
オサンセが開発されつつある。
選択性電界効果トランジスタ（ｌ８ＦＥＴ）に限られる
ところから、この素子が注目されるようになった。この
素子の表面に分子識別機能を持たせた新しい形式のバイ
オサンセが開発されつつある。
第３図に代表的なｌ８ＦＥＴの構造を示す。ｐ−５ｉ１
の表面は酸化シリコン３、さらにその上に窒化シリコン
４で被覆しである。この絶縁体薄膜を介して参照電極で
ゲート電圧ＶＦをかける。ｖｆの変化させると、半導体
層のチャネル内キャリア密度が変化する。尚２はｎ型シ
リコン、５は”／ｋｌｃ−Ｌ、６は電源（電圧Ｖ９）で
ある。ところでＶｇが一定でも・絶縁体表面の状態によ
り半導体層にかかる実効ゲート電圧Ｖｆ’は変化する。
の表面は酸化シリコン３、さらにその上に窒化シリコン
４で被覆しである。この絶縁体薄膜を介して参照電極で
ゲート電圧ＶＦをかける。ｖｆの変化させると、半導体
層のチャネル内キャリア密度が変化する。尚２はｎ型シ
リコン、５は”／ｋｌｃ−Ｌ、６は電源（電圧Ｖ９）で
ある。ところでＶｇが一定でも・絶縁体表面の状態によ
り半導体層にかかる実効ゲート電圧Ｖｆ’は変化する。
すなわち窒化シリコンの表面では５ｌ−０−とプロトン
との間に解離平衡が生じている。ｐＨが変化すると解離
平衡が変化し、実効ゲート電圧ｖｐ６が変化する。
との間に解離平衡が生じている。ｐＨが変化すると解離
平衡が変化し、実効ゲート電圧ｖｐ６が変化する。
ｒ ５ｐｚＴのイオン選択性はゲート絶縁膜の表面組成
によって異なるので、ここをイオン選択性有機薄膜で被
覆すると各種のイオンに応答するようになる。又Ｈ＋選
択性ｌ８ＦＥＴの表面に種々の酵素を固定化し、酵素反
応によるｐＨの変化を測定すれば、種々の＃素センデー
となる。
によって異なるので、ここをイオン選択性有機薄膜で被
覆すると各種のイオンに応答するようになる。又Ｈ＋選
択性ｌ８ＦＥＴの表面に種々の酵素を固定化し、酵素反
応によるｐＨの変化を測定すれば、種々の＃素センデー
となる。
現在開発されつつある各種ｌ８ＦＥＴは従来のガラス電
極を利用したセンサーに比較して、出力の安定性、高速
応答、微小化等多くの利点を有しているが、さらにセン
サーの高感度化が望まれている。
極を利用したセンサーに比較して、出力の安定性、高速
応答、微小化等多くの利点を有しているが、さらにセン
サーの高感度化が望まれている。
（発明が解沢しようとする問題点）
以上述べたようにｌ５ＦＥＴは、従来のセンサーに比較
して安定性、高速応答、微小化という多くの利点を有し
ているが、より高感度化が望まれている。本発明の目的
は高感度なｌ８ＦＥＴを提供するものである。
して安定性、高速応答、微小化という多くの利点を有し
ているが、より高感度化が望まれている。本発明の目的
は高感度なｌ８ＦＥＴを提供するものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明にかかるｌ５ＦＥＴは、ゲート表面に不均一電場
を発生させることにより、センサー感度を向上させるも
のであり、不均一電場を発生させるため多孔性絶縁膜を
シリコン酸化膜或は窒化膜上に形成することによって行
う。
を発生させることにより、センサー感度を向上させるも
のであり、不均一電場を発生させるため多孔性絶縁膜を
シリコン酸化膜或は窒化膜上に形成することによって行
う。
ここで孔の大きさは、内径が１００Ａから３μｍ１孔の
密度は、１α意当りの面密度として１０ ｃ！ＩＬ”
から１０−’ｃｒＩＬ” テあルコとが’ａまシイ。
密度は、１α意当りの面密度として１０ ｃ！ＩＬ”
から１０−’ｃｒＩＬ” テあルコとが’ａまシイ。
（作用）
ＩＳＦＥＴの感度は、ゲート表面の電位に依存し、この
電位はＮｅｒｎｓｔの式 ％式％（１） によって表わされ、ｐＨが１変化すると、Ｖｌが約５６
ｍＶ変化する。このＶｙ変化は通常第４図の回路で測定
される。尚、１１はｌ５ＦＥＴ、 １２はＡｇ／Ａｆｃ
Ｌ１１３は出力端である。（１）式に比べ高い感度が得
られる場合があることはよく知られているがその機構は
不明であり従ってｌ５ＦＥＴの感度向上の手１段も不明
であった。発明者はこの機構の解明につとめ、その原因
がゲート表面でのｔ場の不均一性に基ずくものであるこ
とを解明した。即ちゲート表面の電場が不均一で局に「
的に電場の集中が発生すると、絶縁体及び半導体表面の
電場も不均一となり、見かけ上半導体の７２ットバンド
ポテンシャルカ変化し、ｐＨ感度が向上する。
電位はＮｅｒｎｓｔの式 ％式％（１） によって表わされ、ｐＨが１変化すると、Ｖｌが約５６
ｍＶ変化する。このＶｙ変化は通常第４図の回路で測定
される。尚、１１はｌ５ＦＥＴ、 １２はＡｇ／Ａｆｃ
Ｌ１１３は出力端である。（１）式に比べ高い感度が得
られる場合があることはよく知られているがその機構は
不明であり従ってｌ５ＦＥＴの感度向上の手１段も不明
であった。発明者はこの機構の解明につとめ、その原因
がゲート表面でのｔ場の不均一性に基ずくものであるこ
とを解明した。即ちゲート表面の電場が不均一で局に「
的に電場の集中が発生すると、絶縁体及び半導体表面の
電場も不均一となり、見かけ上半導体の７２ットバンド
ポテンシャルカ変化し、ｐＨ感度が向上する。
（実施例）
第１図は本発明の一実施例のｌ８ＦＥＴである。
図に於いて、２１はシリコン酸化膜、ｎはシリコン窒化
膜、幻は多孔性絶縁膜、シはｎ型シリコン、６はｐ型シ
リコンである。多孔性絶縁膜ｎは、ＥＢレジスト（ＥＢ
Ｒ−９）にリソグラフィーにより、０，２μｍの円形の
孔を２０μｍの間隔であけた構造を有している。リソグ
ラフィーは５ｉｌＮ４２２上にレジストを塗布し、電子
線により直接パターンを描画し、その後ドライエツチン
グにより孔をあける手法を用いた。尚、２６〜２８は電
極である。第２図に上記構造のｌ５ＦＥＴ及び多孔性絶
縁膜を介在させない通常のｌ８ＦＥＴのｐＨ特性を示し
た。多孔性絶縁膜のないｌ５ＦＥＴでは、−５０ｒｎＶ
／ｐＨＯ特性に対し、多孔性絶縁膜を介在させたｌ８Ｆ
ＥＴでは、−９５ｍＶ／ｐＨであった。フラットバンド
電圧とｐＨとの関係を測定したとどろそれぞれ４７ｍＶ
／ｐＨ，９２ｍＶ／ｐＨと同様の傾向を示した。
膜、幻は多孔性絶縁膜、シはｎ型シリコン、６はｐ型シ
リコンである。多孔性絶縁膜ｎは、ＥＢレジスト（ＥＢ
Ｒ−９）にリソグラフィーにより、０，２μｍの円形の
孔を２０μｍの間隔であけた構造を有している。リソグ
ラフィーは５ｉｌＮ４２２上にレジストを塗布し、電子
線により直接パターンを描画し、その後ドライエツチン
グにより孔をあける手法を用いた。尚、２６〜２８は電
極である。第２図に上記構造のｌ５ＦＥＴ及び多孔性絶
縁膜を介在させない通常のｌ８ＦＥＴのｐＨ特性を示し
た。多孔性絶縁膜のないｌ５ＦＥＴでは、−５０ｒｎＶ
／ｐＨＯ特性に対し、多孔性絶縁膜を介在させたｌ８Ｆ
ＥＴでは、−９５ｍＶ／ｐＨであった。フラットバンド
電圧とｐＨとの関係を測定したとどろそれぞれ４７ｍＶ
／ｐＨ，９２ｍＶ／ｐＨと同様の傾向を示した。
多孔性の絶縁膜としては、さらにＡＺ １３５０ 、０
ＦＰＲ８５等の７オトレジス） 、 ＰＭＭＡ、 ＰＢ
Ｓ、ポリスチレン等のＥＢレジストあるいはＰＭＩＰＫ
等のＤｅｅｐ ＵＶ用のレジストを用いることができる
。又ラングミ。
ＦＰＲ８５等の７オトレジス） 、 ＰＭＭＡ、 ＰＢ
Ｓ、ポリスチレン等のＥＢレジストあるいはＰＭＩＰＫ
等のＤｅｅｐ ＵＶ用のレジストを用いることができる
。又ラングミ。
アープロジェット法により形成したポリジアセチレン誘
導体の薄膜にリソグラフィーにより孔を形成したものを
用いても同様の結果が得られた。
導体の薄膜にリソグラフィーにより孔を形成したものを
用いても同様の結果が得られた。
ここで絶縁膜の厚さとしては、１００Ａｆ）ｈらｌｐｍ
の範囲にあることが好ましく、又孔のサイズとしては、
１００Ａから３μｍ１孔の密度としては、１α２当り、
１０−”ｃｍ”から１０−”ｃｍ”であることが好まし
い。
の範囲にあることが好ましく、又孔のサイズとしては、
１００Ａから３μｍ１孔の密度としては、１α２当り、
１０−”ｃｍ”から１０−”ｃｍ”であることが好まし
い。
以上述べたように本発明によれば多孔性絶縁膜をゲート
表面に形成することにより、局所的な電場集中が発生し
、ｌ５ＦＥＴの感度を向上させることができる。
表面に形成することにより、局所的な電場集中が発生し
、ｌ５ＦＥＴの感度を向上させることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明と従来のｌ５ＦＥＴの特性を比較して示す図、第３図
は従来のｌ５ＦＥＴの構造例を示す図、第４図はｌ５Ｆ
ＥＴを動作させる回路を示す図である。 ２１ ＝−９−８１、２２−ｎ −Ｓｉる・・・Ｓｉｎ
、 、 ２４・・・８ｉ３Ｎいδ・・・
ＡＩＩ／ＡｙＣ１゜ １１・・・ｌ１９ＦＥＴ 、 １２・・・
Ａｔ／ＭＣＪ。 １３・・・出力端。 １°“、Ｓｉｎ冨・ ２・・・８４Ｎ４゜
３・・・多孔性絶縁膜、 ４・・・ｎ−８ｉ。 ５・・・ｐ−８ｉ０ 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第１図 第２図 第４図
明と従来のｌ５ＦＥＴの特性を比較して示す図、第３図
は従来のｌ５ＦＥＴの構造例を示す図、第４図はｌ５Ｆ
ＥＴを動作させる回路を示す図である。 ２１ ＝−９−８１、２２−ｎ −Ｓｉる・・・Ｓｉｎ
、 、 ２４・・・８ｉ３Ｎいδ・・・
ＡＩＩ／ＡｙＣ１゜ １１・・・ｌ１９ＦＥＴ 、 １２・・・
Ａｔ／ＭＣＪ。 １３・・・出力端。 １°“、Ｓｉｎ冨・ ２・・・８４Ｎ４゜
３・・・多孔性絶縁膜、 ４・・・ｎ−８ｉ。 ５・・・ｐ−８ｉ０ 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第１図 第２図 第４図
Claims (5)
- （１）イオン選択性電界効果トランジスタにおいて、ゲ
ート酸化膜或はゲート窒化膜上に多孔性絶縁膜を形成す
ることを特徴とするイオン選択性電界効果トランジスタ
。 - （２）多孔性絶縁膜は、孔の内径が１００Åから３μｍ
であり、１ｃｍ＾２当りの孔の面密度が、１０＾−＾２
ｃｍ＾２から１０＾−＾３ｃｍ＾−＾２であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン選択性電界
効果トランジスタ。 - （３）多孔性絶縁膜が、リソグラフィーにより孔を形成
された無機絶縁膜であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項もしくは第２項記載のイオン選択性電界効果ト
ランジスタ。 - （４）多孔性絶縁膜が、リソグラフィにより孔を形成さ
れたポリマー系のレジストであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項もしくは第２項記載のイオン選択性電
界効果トランジスタ。 - （５）多孔性絶縁膜がラングミュアープロジユツト法に
より形成した有機分子の絶縁膜をさらにリソグラフィに
より孔を形成した膜であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項もしくは第２項記載のイオン選択性電界効果
トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234362A JPS6390754A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | イオン選択性電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234362A JPS6390754A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | イオン選択性電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6390754A true JPS6390754A (ja) | 1988-04-21 |
Family
ID=16969815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61234362A Pending JPS6390754A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | イオン選択性電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6390754A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005015193A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Field-effect transistor, sensor using it, and production method thereof |
-
1986
- 1986-10-03 JP JP61234362A patent/JPS6390754A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005015193A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Field-effect transistor, sensor using it, and production method thereof |
| US7329387B2 (en) | 2003-08-11 | 2008-02-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Field-effect transistor, sensor using it, and production method thereof |
| US7829362B2 (en) | 2003-08-11 | 2010-11-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Field-effect transistor, sensor using it, and production method thereof |
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