JPWO2019131564A1 - Apparatus for measuring chemical/physical phenomenon and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットアレイからなる化学・物理測定装置を用い、気体のガス成分を好適に測定する。測定ユニットのアレイに近接して定電位部を配置する。この定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する。A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. The gas component of the gas is suitably measured by using the chemical/physical measurement device including the chemical/physical phenomenon measurement unit array. A constant potential part is arranged close to the array of measurement units. The constant potential portion is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in a plan view, and the reference point of the array and the reference point of the constant potential portion coincide with each other.

Description

本発明は化学・物理現象の測定装置の改良に関する。   The present invention relates to improvement of a measuring device for chemical/physical phenomena.

化学・物理現象の測定装置として、フローティングディフュージョンを利用したいわゆる澤田ユニットが知られている。
この澤田ユニット1は次のような基本構造を有する。
例えば図1に示すように、センシング部10、電荷供給部20、電荷移動・蓄積部30、電荷量検出部40及び電荷除去部50がシリコン基板の表面に形成される。センシング部10には検出対象に応じて電位を変化させる感応膜12と標準電極13が設けられる。感応膜12の電位変化に応じセンシング部10(p拡散領域72)の電位井戸15の深さが変化する。
A so-called Sawada unit that uses floating diffusion is known as a measuring device for chemical and physical phenomena.
This Sawada unit 1 has the following basic structure.
For example, as shown in FIG. 1, the sensing unit 10, the charge supply unit 20, the charge transfer/accumulation unit 30, the charge amount detection unit 40, and the charge removal unit 50 are formed on the surface of the silicon substrate. The sensing unit 10 is provided with a sensitive film 12 that changes the potential according to the detection target and a standard electrode 13. The depth of the potential well 15 of the sensing unit 10 (p diffusion region 72) changes according to the potential change of the sensitive film 12.

電荷供給部20はインジェクションダイオード部(この明細書で「ID部」と略することがある)21、インプットコントロールゲート部(この明細書で「ICG部」と略することがある)23を備える。ID部21を電荷でチャージし、かつICG部23の電位を制御することでID部21の電荷をセンシング部10の電位井戸15へ供給する。
電荷移動・蓄積部30はトランスファーゲート部(この明細書で「TG部」と略することがある)31、フローティングディフュージョン部(この明細書で「FD部」と略することがある)33を備える。TG部31の電圧を変化させることでシリコン基板71において対向する領域のポテンシャルを変化させ、もって、センシング部10の電位井戸15に充填された電荷をFD部33へ移送し、そこに蓄積する。
The charge supply section 20 includes an injection diode section (sometimes abbreviated as “ID section” in this specification) 21 and an input control gate section (sometimes abbreviated as “ICG section” in this specification) 23. By charging the ID section 21 with electric charges and controlling the potential of the ICG section 23, the electric charge of the ID section 21 is supplied to the potential well 15 of the sensing section 10.
The charge transfer/accumulation unit 30 includes a transfer gate unit (may be abbreviated as “TG unit” in this specification) 31 and a floating diffusion unit (may be abbreviated as “FD unit” in this specification) 33. . By changing the voltage of the TG section 31, the potential of the opposing region of the silicon substrate 71 is changed, so that the electric charge filled in the potential well 15 of the sensing section 10 is transferred to the FD section 33 and accumulated therein.

FD部33に蓄積された電荷は電荷量検出部40で検出される。かかる電荷量検出部40としてソースフォロア型の信号増幅器を用いることができる。
電荷除去部50はリセットゲート部(この明細書で、「RG部」と略することがある)51、リセットドレイン部(この明細書で、「RD部」と略することがある)53を備える。RG部51の電圧を変化させることでシリコン基板71において対向する領域のポテンシャルを変化させ、もって、FD部33に蓄積された電荷をRD部53へ移送し、そこから排出する。
The charges accumulated in the FD section 33 are detected by the charge amount detection section 40. A source follower type signal amplifier can be used as the charge amount detection unit 40.
The charge removing unit 50 includes a reset gate unit (which may be abbreviated as “RG unit” in this specification) 51 and a reset drain unit (which may be abbreviated as “RD unit” in this specification) 53. .. By changing the voltage of the RG portion 51, the potential of the opposing region of the silicon substrate 71 is changed, so that the charges accumulated in the FD portion 33 are transferred to the RD portion 53 and discharged therefrom.

この検出装置の詳細構造及びその動作を、水素イオン濃度を検出対象とするpHセンサを例に採り説明する。以下の説明では電荷として電子を採用し、この電子の移送に適するように基板71の対象部分を適宜ドープしている。   The detailed structure and operation of this detection device will be described by taking a pH sensor whose hydrogen ion concentration is a detection target as an example. In the following description, electrons are used as electric charges, and the target portion of the substrate 71 is appropriately doped so as to be suitable for transporting the electrons.

pHセンサとしての検出装置1はn型のシリコン基板71を備え、そのセンシング部10に対応する部分はp型拡散層72とされる。p型拡散層72の表面はn型にドープされる(n領域73)。
シリコン基板71においてID部21、FD部33及びRD部53にはn+領域74、75及び77が形成される。
シリコン基板71の表面には酸化シリコンからなる保護膜81が形成され、その上にICG部23の電極、TG部31の電極及びRG部51の電極が積層される。各電極へ電圧が印加されるとそれに対向する部分のシリコン基板71のポテンシャルが変化する。
センシング部10においては保護膜81の上に窒化シリコン製の感応膜12が積層される。
The detection device 1 as a pH sensor includes an n-type silicon substrate 71, and a portion corresponding to the sensing unit 10 is a p-type diffusion layer 72. The surface of the p-type diffusion layer 72 is n-type doped (n region 73).
In the silicon substrate 71, n+ regions 74, 75 and 77 are formed in the ID part 21, the FD part 33 and the RD part 53.
A protective film 81 made of silicon oxide is formed on the surface of the silicon substrate 71, and an electrode of the ICG portion 23, an electrode of the TG portion 31, and an electrode of the RG portion 51 are laminated on the protective film 81. When a voltage is applied to each electrode, the potential of the silicon substrate 71 at the portion facing it changes.
In the sensing unit 10, the sensitive film 12 made of silicon nitride is laminated on the protective film 81.

このように構成された澤田ユニット1の基本動作を以下に説明する(図2参照)。
検出対象である水溶液にセンシング部10を接触させると、水溶液の水素イオン濃度に応じてセンシング部10のポテンシャル井戸15の深さが変化する(ステップ(A))。即ち、水素イオン濃度が大きくなればポテンシャル井戸15が深くなる(底のポテンシャルが高くなる)。
一方、ID部21の電位を下げてここへ電荷をチャージする(ステップ(B)参照)。このとき、ID部21へチャージされた電荷はICG部23を超えてセンシング部10のポテンシャル井戸15を充填する。なお、TG部31のポテンシャルはICG部23より低く、ポテンシャル井戸15へ充填される電荷がTG部31を乗り越えてFD部33へ達することはない。
The basic operation of the Sawada unit 1 thus configured will be described below (see FIG. 2).
When the sensing unit 10 is brought into contact with the aqueous solution to be detected, the depth of the potential well 15 of the sensing unit 10 changes according to the hydrogen ion concentration of the aqueous solution (step (A)). That is, as the hydrogen ion concentration increases, the potential well 15 becomes deeper (the bottom potential becomes higher).
On the other hand, the electric potential of the ID section 21 is lowered and electric charges are charged therein (see step (B)). At this time, the charges charged in the ID section 21 exceed the ICG section 23 and fill the potential well 15 of the sensing section 10. Note that the potential of the TG portion 31 is lower than that of the ICG portion 23, and the electric charge filled in the potential well 15 does not go over the TG portion 31 and reach the FD portion 33.

次に、ID部21の電位を上げてID部21から電荷を引き抜くことで、ICG部23ですりきられた電荷がポテンシャル井戸15に残される(ステップ(C)参照)。ここに、ポテンシャル井戸15に残された電荷量は、ポテンシャル井戸15の深さ、即ち検出対象の水素イオン濃度に対応している。
次に、TG部31の電位を上げて、ポテンシャル井戸15に残された電荷をFD部33へ移送する(ステップ(D)参照)。このようにしてFD部33に蓄積された電荷量を電荷量検出部40で検出する(ステップ(E)参照)。その後、RG部51の電位を上げてFD部33の電荷をRD部53へ排出する(ステップ(F)参照)。このRD部53はVDDに接続され、負にチャージされた電荷を吸い上げる。
Next, the electric potential of the ID section 21 is raised to extract the electric charge from the ID section 21, so that the electric charge cleared by the ICG section 23 is left in the potential well 15 (see step (C)). Here, the amount of charges left in the potential well 15 corresponds to the depth of the potential well 15, that is, the concentration of hydrogen ions to be detected.
Next, the potential of the TG section 31 is raised to transfer the charges left in the potential well 15 to the FD section 33 (see step (D)). The amount of charges accumulated in the FD unit 33 in this way is detected by the charge amount detector 40 (see step (E)). After that, the potential of the RG portion 51 is raised and the electric charge of the FD portion 33 is discharged to the RD portion 53 (see step (F)). The RD portion 53 is connected to VDD and absorbs negatively charged charges.

特許第6083753号公報Patent No. 6083753 特開2008−145128号公報JP, 2008-145128, A 特開2006−084417号公報JP 2006-084417 A 特開平05−332989号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-332989 特開2016−066745号公報JP, 2016-066745, A 特開平11−295255号公報JP, 11-295255, A

平成28年度 国立大学法人豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学課程 卒業研究報告書概要 発表番号472016 National University Corporation Toyohashi University of Technology Electrical and Electronic Information Engineering Course Graduation Research Report Summary Presentation No. 47

図1及び図2で説明した澤田ユニットは、水素イオン濃度を測定するものであるので、測定対象は導電性の液体である。従って、複数の澤田ユニットを二次元的に配列したアレイにおいても、標準電極はアレイの一部に配置され、当該液体に接触されればよい。導電性の液体である測定対象に標準電極が接触すれば、当該測定対象は全域においてその電位が一定となるからである。
図1の構成において感応膜を選択することにより、任意の化学成分の濃度を測定できる。例えば、シリコン窒化膜からなる感応膜上にポリアニリン感応膜を形成すると、エタノールやアンモニアの濃度に応じてポリアニリン感応膜の電位が変化する。
The Sawada unit described with reference to FIGS. 1 and 2 measures the hydrogen ion concentration, so the measurement target is a conductive liquid. Therefore, even in an array in which a plurality of Sawada units are two-dimensionally arranged, the standard electrode may be arranged in a part of the array and brought into contact with the liquid. This is because if the standard electrode comes into contact with the measurement target that is a conductive liquid, the potential of the measurement target becomes constant over the entire area.
By selecting the sensitive film in the configuration of FIG. 1, the concentration of any chemical component can be measured. For example, when a polyaniline sensitive film is formed on a sensitive film made of a silicon nitride film, the potential of the polyaniline sensitive film changes according to the concentration of ethanol or ammonia.

このような澤田ユニットのアレイを気体の測定に適応したとき、次の課題があった。
標準電極がアレイに対して1つしか配置されていないので、各アレイのセンシング部を被覆する感応膜に接触する測定対象(気体)の電位が一定であるという保証が得られない。即ち、測定対象である気体は実質的に絶縁性であるし、感応膜の構成材料(ポリアニリン)が導電性高分子材料といえども、その導電率は限定されているので、その一部に標準電極が接触していても、アレイの全体において各澤田ユニットのセンシング部に接触する感応膜の電位を揃えられない。
When such an array of Sawada unit was applied to gas measurement, there were the following problems.
Since only one standard electrode is arranged for each array, it cannot be guaranteed that the potential of the measurement target (gas) that contacts the sensitive film covering the sensing portion of each array is constant. That is, the gas to be measured is substantially insulative, and even though the constituent material of the sensitive film (polyaniline) is a conductive polymer material, its conductivity is limited. Even if the electrodes are in contact, the potential of the sensitive membrane in contact with the sensing section of each Sawada unit cannot be made uniform in the entire array.

本発明者らは、澤田ユニットのアレイからなる化学・物理測定装置を用い、気体のガス成分を好適に測定すべく鋭意検討を重ねてきたところ、下記の構成の本願発明に想到した。
即ち、この発明の第1の局面は次のように規定される。
表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される定電位部であって、該定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置。
The inventors of the present invention have made earnest studies to appropriately measure the gas component of a gas using a chemical/physical measurement device including an array of Sawada unit, and have arrived at the present invention having the following configuration.
That is, the first aspect of the present invention is defined as follows.
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part arranged in the vicinity of the array of the measurement unit, wherein the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in plan view, and the reference point of the array. A constant potential part in which the reference point of the constant potential part matches,
Measuring device for chemical and physical phenomena equipped with.

このように規定されるこの発明の第1の局面の測定装置によれば、測定ユニットのアレイの配列規則に沿って、アレイに近接して定電位部が配置され、かつこの定電位部の基準点とアレイの基準点とが一致している。ここに、定電位部はアレイを被覆する感応膜を介してその上に配置されてもよいし、またアレイと同一平面上に、即ちポリアニリン膜の下に、配置されてもよい。定電位部がアレイの配列規則に沿うとは、アレイの二次元的な配列方向及びそのピッチトと定電位部の二次元的な形状及びそのピッチとの間に所定の関係があることを意味する。また、定電位部の基準点とアレイの基準点とを一致させるとは、何らかの意図をもって両者の位置関係が規定されることを意味する。   According to the measuring device of the first aspect of the present invention defined in this way, the constant potential part is arranged in proximity to the array according to the arrangement rule of the array of the measurement unit, and the reference of the constant potential part. The points and the reference point of the array coincide. Here, the constant potential part may be arranged on the array via a sensitive film covering the array, or may be arranged on the same plane as the array, that is, below the polyaniline film. That the constant potential part follows the array rule of the array means that there is a predetermined relationship between the two-dimensional array direction of the array and its pitch and the two-dimensional shape of the constant potential part and its pitch. . In addition, matching the reference point of the constant potential part with the reference point of the array means that the positional relationship between the two is defined with some intention.

以上より、測定ユニットのセンシング部と定電位部との位置関係を正確に制御できる。これにより、各測定ユニットのセンシング部に接触する感応膜の電位の制御が容易になる。
化学・物理現象の変化を感応した感応膜ではキャリア密度の変化が生じ、その結果、材料特性(導電率等)が一定の割合で変化すると考えられる。従って、化学・物理現象を感応する前の、即ち、デフォルト状態の感応膜がその全域で標準電位に維持されておれば、これが化学・物理現象に感応したとき(例えば、ポリアニリン製の感応膜をエタノールガスへ接触させたとき)、アレイの全測定ユニットの出力は当該化学・物理現象に応じた値を示す。
かかる前提のもと、センシング部に接触する感応膜の電位を制御してこれらを揃わせることができれば、測定すべき化学・物理現象に対して各測定ユニットの出力を正確に反映させられる。
なお、測定装置に要求される感度に応じて、各測定ユニットのセンシング部に接触する感応膜の電位にもバラツキが許容されるところ、当該各センシング部から定電位部までの距離の誤差を所定範囲に収めれば、測定装置に要求される感度の見地からは、各センシング部に接触する感応膜の電位はこれを実質的に一定に揃えられたといえる。
As described above, the positional relationship between the sensing unit and the constant potential unit of the measurement unit can be accurately controlled. This facilitates control of the potential of the sensitive film that contacts the sensing portion of each measurement unit.
It is considered that in a sensitive film that is sensitive to changes in chemical and physical phenomena, carrier density changes, and as a result, material properties (such as conductivity) change at a constant rate. Therefore, if the sensitive membrane before sensing chemical/physical phenomena, that is, the sensitive membrane in the default state is maintained at the standard potential, when it is sensitive to chemical/physical phenomenon (for example, a sensitive membrane made of polyaniline is used). When contacted with ethanol gas), the outputs of all the measurement units of the array show values according to the chemical/physical phenomenon.
Based on such a premise, if the potentials of the sensitive film in contact with the sensing unit can be controlled and aligned, the output of each measurement unit can be accurately reflected on the chemical/physical phenomenon to be measured.
Depending on the sensitivity required of the measuring device, the variation in the potential of the sensitive film in contact with the sensing part of each measuring unit is allowed, and the error in the distance from each sensing part to the constant potential part is specified. From the viewpoint of the sensitivity required for the measuring device, it can be said that the potential of the sensitive film in contact with each sensing unit is made substantially constant within the range.

ここに、測定ユニットは、一般的に平面視において、碁盤の目状に、即ち、XY方向へ同じピッチで配置される。この場合、定電位部も当該XY方向に沿って配置されることとなる。更に、定電位部の基準点と測定ユニットのアレイの基準点とを平面視において一致させる。ここに、基準点とは、二次元的(X,Y)に広がる要素において、(0,0)の位置を指す。これにより、測定ユニットと定電位部とが正確に位置合わせされ、もって、各測定ユニットのセンシング部の電位が一定に揃えられる。   Here, the measurement units are generally arranged in a grid pattern in plan view, that is, at the same pitch in the XY directions. In this case, the constant potential part is also arranged along the XY direction. Further, the reference point of the constant potential part and the reference point of the array of the measurement unit are made to coincide with each other in plan view. Here, the reference point refers to the position of (0, 0) in the element that spreads two-dimensionally (X, Y). As a result, the measurement unit and the constant-potential portion are accurately aligned with each other, so that the potential of the sensing portion of each measurement unit is made uniform.

上記において、測定装置に要求される感度が高くかつ感応膜の導電率が小さい場合は、定電位部を測定ユニットのセンシング部にできるだけ近づけて、好ましくはその直上に位置させる。測定ユニットが碁盤の目状に配置されておれば、定電位部は同じピッチのメッシュ構造となる。即ち、アレイを構成する複数の測定ユニットに対してメッシュ構造という連続した1つの要素(部材)を提供すればよい。よって、集積回路への配線の負担が殆ど生じない。センシング部の開口面積を確保する見地から、このメッシュは各センシング部の1つ1つを、又はまとめて複数を囲繞する形にしてもよい。
また、測定装置に要求される感度が比較的低い場合には、定電位部を平行に並べたものとすることができる。
In the above, when the sensitivity required for the measuring device is high and the conductivity of the sensitive film is small, the constant potential part is located as close as possible to the sensing part of the measuring unit, and preferably is positioned directly above it. If the measurement units are arranged in a grid pattern, the constant potential parts have a mesh structure with the same pitch. That is, it suffices to provide one continuous element (member) called a mesh structure for a plurality of measurement units forming an array. Therefore, there is almost no burden on the integrated circuit for wiring. From the viewpoint of ensuring the opening area of the sensing unit, the mesh may surround each sensing unit one by one or collectively.
Further, when the sensitivity required for the measuring device is relatively low, the constant potential parts may be arranged in parallel.

第1の局面に規定の測定装置によれば、アレイを構成する各測定ユニットのセンシング部に対する位置が安定する。これにより、当該センシング部に接触する感応膜の電位が揃えられ、この電位を基準にして、測定対象の化学・物理現象量に応じて測定ユニットのセンシング部の電位井戸の深さが変化する。この電位井戸の深さに応じた電気信号が検出領域から出力される。
なお、測定対象が絶縁性の液体や固体の場合においても、第1の局面の測定装置を採用することにより、測定ユニットからの電気信号は、当該測定対象の化学量や物理量に対応したものとなる。
定電位部は測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置されるので、これを1つの連続した要素(部材)とすることができる。これにより、各測定ユニットのセンシング部のそれぞれに独立した標準電極を配置する構造と比べて、配線の負荷が小さくて済む。
According to the measurement device defined in the first aspect, the position of each measurement unit forming the array with respect to the sensing unit is stable. As a result, the potentials of the sensitive film in contact with the sensing unit are made uniform, and the depth of the potential well of the sensing unit of the measurement unit changes according to the amount of chemical/physical phenomenon of the measurement target with this potential as a reference. An electric signal corresponding to the depth of the potential well is output from the detection region.
Even when the measurement target is an insulating liquid or solid, by adopting the measurement device of the first aspect, the electrical signal from the measurement unit corresponds to the chemical quantity or physical quantity of the measurement target. Become.
Since the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of measurement units, this can be one continuous element (member). As a result, the load on the wiring can be reduced as compared with the structure in which the independent standard electrode is arranged in each of the sensing units of each measurement unit.

この発明の第2の局面は次のように規定される。即ち、第1の局面に規定の測定装置において、前記測定ユニットのアレイの上に前記定電位部が配置される。
このように規定される第2の局面の測定装置によれば、測定ユニットのセンシング部と定電位部との距離を可及的に近づけることができる。これにより、センシング部に接触する感応膜の電位がより安定する。
測定ユニットのセンシング部と定電位部との距離を最も近づけるには、センシング部の直上に定電位部が位置するようにする。これにより、センシング部に接触する感応膜の電位が最も安定する。
センシング部の開口面積をより大きく確保するには、アレイの上であって、隣り合う測定ユニットの間に定電位部を配置する。これにより感度が向上する。
The second aspect of the present invention is defined as follows. That is, in the measuring device defined in the first aspect, the constant potential unit is arranged on the array of the measuring units.
According to the measuring device of the second aspect defined in this way, the distance between the sensing unit and the constant potential unit of the measuring unit can be made as short as possible. As a result, the potential of the sensitive film that contacts the sensing unit becomes more stable.
In order to make the distance between the sensing unit and the constant potential unit of the measurement unit the shortest, the constant potential unit should be located directly above the sensing unit. As a result, the potential of the sensitive film in contact with the sensing unit is most stable.
In order to secure a larger opening area for the sensing section, a constant potential section is arranged on the array and between adjacent measurement units. This improves the sensitivity.

この発明の第3の局面は次のように規定される。即ち、第1又は第2の局面の測定装置において、前記定電位部は金属配線からなる。
このように規定される第3の局面の測定装置によれば、金属配線を用いることで装置構成が簡素化され、これを安価に提供可能となる。
The third aspect of the present invention is defined as follows. That is, in the measuring device of the first or second aspect, the constant potential part is made of metal wiring.
According to the measuring device of the third aspect defined in this way, the device configuration is simplified by using the metal wiring, and this can be provided at low cost.

この発明の第4の局面は次のように規定される。即ち、第1又は2の局面に規定の測定装置において、前記定電位部で被覆されていない測定ユニットからの第1の電気信号と前記定電位部で被覆された測定ユニットからの第2の電気信号とを比較する比較部と、
該比較部の比較結果を出力する出力部とを更に備える。
このように規定される第4の局面の測定装置において、定電位部で被覆されている測定ユニットから出力される第1の電気信号は定電位部の電位に支配される。他方、定電位部で被覆されていない測定ユニットから出力される第2の電気信号は観察対象である気体に含まれるガス成分に応じて変化する。よって、第1の電気信号と第2の電気信号とを比較することにより、ガス成分の濃度変化、特に経時的な変化が観察できる。
The fourth aspect of the present invention is defined as follows. That is, in the measuring device defined in the first or second aspect, the first electric signal from the measuring unit not covered with the constant potential portion and the second electric signal from the measuring unit covered with the constant potential portion. A comparison unit that compares the signal,
And an output unit that outputs the comparison result of the comparison unit.
In the measuring device according to the fourth aspect thus defined, the first electric signal output from the measuring unit covered with the constant potential part is controlled by the potential of the constant potential part. On the other hand, the second electric signal output from the measurement unit that is not covered with the constant potential portion changes according to the gas component contained in the gas to be observed. Therefore, by comparing the first electric signal and the second electric signal, it is possible to observe the change in the concentration of the gas component, particularly the change over time.

この発明の第5の局面は次のように規定される。
表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される定電位部であって、該定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置の製造方法であって、
前記測定ユニットのアレイを半導体集積回路の製造プロセスを用いて製造するアレイ製造ステップと、
前記測定ユニットのアレイの前記感応膜の上に前記定電位部を形成するステップと、を含む測定装置の製造方法。
The fifth aspect of the present invention is defined as follows.
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part arranged in the vicinity of the array of the measurement unit, wherein the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in plan view, and the reference point of the array. A constant potential part in which the reference point of the constant potential part matches,
A method for manufacturing a measuring apparatus for chemical/physical phenomena, comprising:
An array manufacturing step of manufacturing an array of the measurement unit using a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit;
Forming the constant potential part on the sensitive film of the array of measuring units.

このように規定される第5局面の測定装置の製造方法によれば、測定ユニットのアレイの製造のみならず、アレイの上に形成される定電位部の製造も半導体集積回路の製造プロセスをそのまま適用可能となる。
このように規定される第5の局面の製造方法によれば、装置全体を大量にかつ安価に製造できる。
測定ユニットのアレイの製造に引き続き、同じプロセス装置を使って定電位部を形成できる。これにより、アレイの配列規則に沿って定電位部を配置すること、及びアレイの基準点と定電位部の基準点とを一致させることが容易かつ正確に行える。
According to the manufacturing method of the measuring apparatus of the fifth aspect defined in this way, not only the manufacturing of the array of the measuring units but also the manufacturing of the constant potential portion formed on the array can be performed without changing the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit. Applicable.
According to the manufacturing method of the fifth aspect defined in this way, the entire apparatus can be manufactured in large quantities and at low cost.
Subsequent to the manufacture of the array of measuring units, the same process equipment can be used to form the potentiostat. Accordingly, it is possible to easily and accurately arrange the constant potential part according to the arrangement rule of the array and match the reference point of the array with the reference point of the constant potential part.

この発明の第6の局面は次のように規定される。
表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される定電位部であって、該定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置の製造方法であって、
前記測定ユニットのアレイを半導体集積回路の製造プロセスを用いて製造するアレイ製造ステップと、
前記測定ユニットのアレイおよび前記定電位部上に感応膜を形成するステップと、を含む測定装置の製造方法。
このように規定される第6の局面に規定の製造方法によれば、定電位部が、アレイと同時に、半導体集積回路の製造プロセスにおいて形成される。よって、製造プロセスが簡易化され、より安価な装置の提供が可能となる。
The sixth aspect of the present invention is defined as follows.
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part arranged in the vicinity of the array of the measurement unit, wherein the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in plan view, and the reference point of the array. A constant potential part in which the reference point of the constant potential part matches,
A method for manufacturing a measuring apparatus for chemical/physical phenomena, comprising:
An array manufacturing step of manufacturing an array of the measurement unit using a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit;
Forming a sensitive film on the array of the measuring unit and the constant potential part.
According to the manufacturing method defined in the sixth aspect thus defined, the constant potential portion is formed simultaneously with the array in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit. Therefore, the manufacturing process is simplified, and a cheaper device can be provided.

この発明の第7の局面は次のように規定される。
即ち、表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される金属配線からなる定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置の製造方法であって、
前記測定ユニットのアレイの表面に前記金属配線からなる定電位部を載置する定電位部載置ステップと、
前記定電位部を載置した前記測定ユニットのアレイの表面に前記感応膜を構成する高分子材料を流動状態で供給して該アレイの表面を被覆するとともに、該高分子材料上に前記定電位部を形成する感応膜材料供給ステップと、
前記高分子材料を硬化する硬化ステップと、を含む測定装置の製造方法。
このように規定される第7の局面の測定装置によれば、装置の製造を簡単な作業で行える。よって、簡易かつ安価に測定装置を提供可能となる。
The seventh aspect of the present invention is defined as follows.
That is, a sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit, An array of measurement units for chemical and physical phenomena comprising:
A constant potential part made of metal wiring arranged close to the array of the measurement unit;
A method for manufacturing a measuring apparatus for chemical/physical phenomena, comprising:
A constant potential part mounting step of mounting a constant potential part made of the metal wiring on the surface of the array of the measurement unit;
The polymeric material forming the sensitive film is supplied in a fluid state to the surface of the array of the measurement unit on which the constant potential part is mounted to cover the surface of the array, and the constant potential is applied on the polymeric material. Sensitive film material supplying step for forming a portion,
A method of manufacturing a measuring device, comprising: a curing step of curing the polymer material.
According to the measuring device of the seventh aspect defined in this way, the device can be manufactured by a simple operation. Therefore, the measuring device can be provided easily and inexpensively.

図1は化学・物理現象の測定ユニットの基本単位の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a basic unit of a chemical/physical phenomenon measurement unit. 図2は図1の測定ユニットの動作を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the operation of the measuring unit of FIG. 図3はこの発明の試行例の測定装置の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a measuring device according to a trial example of the present invention. 図4は図3に示す試行例の測定装置の出力結果を示す。FIG. 4 shows an output result of the measurement apparatus of the trial example shown in FIG. 図5はこの発明の実施の形態の測定装置の要部を示す。FIG. 5 shows a main part of the measuring device according to the embodiment of the present invention. 図6は図5に示す実施の形態の測定装置の出力結果を示す。FIG. 6 shows an output result of the measuring apparatus of the embodiment shown in FIG. 図7は図5に示す実施の形態の測定装置の出力結果の経時変化を示す。FIG. 7 shows changes over time in the output results of the measuring apparatus of the embodiment shown in FIG. 図8(a)は他の実施形態の測定装置200の構成を示す断面図であり、図8(b)は測定装置200の変形態様の測定装置300を示す断面図であり、図8(c)は測定装置300の変形態様の測定装置400を示す。FIG. 8A is a sectional view showing the configuration of a measuring apparatus 200 of another embodiment, FIG. 8B is a sectional view showing a measuring apparatus 300 of a modified mode of the measuring apparatus 200, and FIG. ) Indicates a measuring device 400 which is a modification of the measuring device 300.

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら、説明する。
図3は試行例の測定装置100の構造を示す。図3において符号101は図1に示した澤田ユニット(測定ユニット)のアレイであって、例えば7.3mm×7.3mmの正方形面を備えてそこに約16000個の澤田ユニットが集積されている。シリコン窒化膜からなる感応膜上に更に感応膜としてポリアニリン膜103(約15μl)がアレイ101の全域を被覆している。ポリアニリンなどの導電性高分子は測定対象に含まれる酸又はアルカリによりそのキャリア密度が変化し、その結果、導電率、誘電率及び遮蔽距離が変化すると考えられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 shows the structure of the measurement apparatus 100 of the trial example. In FIG. 3, reference numeral 101 is an array of Sawada units (measurement units) shown in FIG. . A polyaniline film 103 (about 15 μl) as a sensitive film further covers the entire area of the array 101 on the sensitive film made of a silicon nitride film. It is considered that the carrier density of the conductive polymer such as polyaniline changes depending on the acid or alkali contained in the measurement target, and as a result, the conductivity, the dielectric constant, and the shielding distance change.

図3において符号105は金ペーストからなる電極であり、ポリアニリン膜103において、アレイ101から外れた位置に塗布されて、ここへ定電位(標準電位)が印加される。
エタノール(濃度100ppm)を含む空気(以下、エタノールガス)へかかる測定装置100を曝したとき、9分後に得られた画像を図4に示す。電極105に印加する電圧は1.094Vである。図4に示される画像の各画素は、アレイ101を構成する各澤田ユニットに対応し、画素の値は対応する澤田ユニットから出力される電気信号から特定される。
In FIG. 3, reference numeral 105 is an electrode made of gold paste, which is applied to the polyaniline film 103 at a position outside the array 101, and a constant potential (standard potential) is applied thereto.
FIG. 4 shows an image obtained 9 minutes after the measurement apparatus 100 was exposed to air (hereinafter referred to as ethanol gas) containing ethanol (concentration 100 ppm). The voltage applied to the electrode 105 is 1.094V. Each pixel of the image shown in FIG. 4 corresponds to each Sawada unit forming the array 101, and the value of the pixel is specified from the electric signal output from the corresponding Sawada unit.

図4から、アレイ101の各澤田ユニットの出力にバラツキがあることがわかる。具体的には、電極105からの距離が遠くなるにつれ、電位が低下している。これは、基準電位がばらつくので高精度な測定が阻害されるためと考えられる。   It can be seen from FIG. 4 that the outputs of the Sawada units of the array 101 have variations. Specifically, the potential decreases as the distance from the electrode 105 increases. This is presumably because the reference potential fluctuates, which hinders highly accurate measurement.

そこで、本発明者らは、金ペースト5に代えて、図5に示すメッシュ電極110を採用した。このメッシュ電極110はポリアニリン膜103の全領域を被覆して、アレイ101から外れた位置で定電圧源(1.473V)に接続される。
メッシュ電極110は正方形のポア(100μm×100μm)を有する高分子製のメッシュフィルタ(MILLIPORE, NY1H4700)の両面に金を堆積したものである。
図5の拡大図で示されるように、メッシュ電極110の金属配線112が、感応膜(ポリアニリン膜103)を介して、アレイ101を構成する一部の澤田ユニットの直上に配置される。ポリアニリン膜103において金属配線112で被覆された部分はエタノールガスとは反応し難い。また、ポリアニリン膜103は薄いので、金属配線112に対向する澤田ユニットの出力は、金属配線112の電圧に支配される。
Therefore, the present inventors adopted the mesh electrode 110 shown in FIG. 5 instead of the gold paste 5. The mesh electrode 110 covers the entire area of the polyaniline film 103 and is connected to a constant voltage source (1.473V) at a position outside the array 101.
The mesh electrode 110 is formed by depositing gold on both sides of a polymer mesh filter (MILLIPORE, NY1H4700) having square pores (100 μm×100 μm).
As shown in the enlarged view of FIG. 5, the metal wiring 112 of the mesh electrode 110 is arranged directly above a part of the Sawada units forming the array 101 via the sensitive film (polyaniline film 103). The portion of the polyaniline film 103 covered with the metal wiring 112 is unlikely to react with ethanol gas. Moreover, since the polyaniline film 103 is thin, the output of the Sawada unit facing the metal wiring 112 is controlled by the voltage of the metal wiring 112.

図5の例では、ポリアニリン膜103の上にメッシュ電極110が、特に位置合わせすることなく、積層されている。この場合、アレイ上にメッシュ電極110を載置し、その後、硬化前のポリアニリンをアレイ上に供給した。このとき、硬化前のポリアニリンの粘度や比重を調整することで、ポリアニリンに絡まれた状態でメッシュ電極を浮き上がらせることができた。暫く静置してポリアニリン層を均一厚さにした後、ポリアニリンを硬化する。これにより、メッシュ電極110はアレイに対して平行にかつ機械的に安定して取り付けられる。
勿論、メッシュ電極103の取り付け方は上記に限定されるわけではない。ポリアニリン膜103を形成した後、メッシュ電極110を積層することができる。
In the example of FIG. 5, the mesh electrode 110 is laminated on the polyaniline film 103 without any particular alignment. In this case, the mesh electrode 110 was placed on the array, and then polyaniline before curing was supplied on the array. At this time, by adjusting the viscosity and specific gravity of the polyaniline before curing, the mesh electrode could be lifted while being entangled with the polyaniline. The polyaniline layer is allowed to stand for a while to have a uniform thickness, and then the polyaniline is cured. This allows the mesh electrode 110 to be mounted parallel to the array and mechanically stable.
Of course, the method of attaching the mesh electrode 103 is not limited to the above. After forming the polyaniline film 103, the mesh electrode 110 can be laminated.

メッシュ電極110のポア部分114に対向する澤田ユニットの各センシング部とメッシュ電極の金属配線112との距離とを厳密に制御するには、汎用的な集積回路プロセスのマスク技術を用いてメッシュ電極を成形することが好ましい。   In order to strictly control the distance between each sensing unit of the Sawada unit facing the pore portion 114 of the mesh electrode 110 and the metal wiring 112 of the mesh electrode, the mesh electrode is used by using a mask technique of a general-purpose integrated circuit process. Molding is preferred.

メッシュ電極110のポア部分114を介してエタノールガスは感応膜(ポリアニリン膜)103のキャリア密度の変化による材料特性の変化を与える。他方、ポア部分114に対向する各澤田ユニットに対して、メッシュ電極110の金属配線112は極めて近い位置に存在し、更に、それぞれの澤田ユニットからみると、これを囲む4つ金属配線112との距離の総和がほぼ等しくなる。よって、各澤田ユニットを被覆する感応膜103のデフォルトでの電位もほぼ等しくなる。   The ethanol gas via the pores 114 of the mesh electrode 110 changes the material characteristics due to the change in the carrier density of the sensitive film (polyaniline film) 103. On the other hand, the metal wiring 112 of the mesh electrode 110 exists at a position extremely close to each Sawada unit facing the pore portion 114, and from the viewpoint of each Sawada unit, four metal wirings 112 surrounding the metal wiring 112 are formed. The sum of the distances is almost equal. Therefore, the default potentials of the sensitive film 103 covering each Sawada unit are also substantially equal.

かかる測定装置をエタノールガス(濃度:100ppm)へ接触させると、ポア部分114に位置するポリアニリン膜103のキャリア密度が変化し、もって材料特性が変化して、その電位が変わる。図6は5分後に得られた画像である。この画像の各画素は各澤田ユニットの出力に対応している。なお、測定装置をエタノールガスに長時間接触させておくと、ポリアニリン膜103内をエタノールガスに起因する影響因子(電子)が拡散する。よって、メッシュ電極110の金属配線112で被覆された部分と被覆されていない部分(ポア部分)との出力が同じものとなる。   When such a measuring device is brought into contact with ethanol gas (concentration: 100 ppm), the carrier density of the polyaniline film 103 located in the pore portion 114 changes, the material characteristics change accordingly, and its potential changes. FIG. 6 is an image obtained after 5 minutes. Each pixel of this image corresponds to the output of each Sawada unit. If the measuring device is kept in contact with ethanol gas for a long time, the influencing factors (electrons) due to ethanol gas diffuse in the polyaniline film 103. Therefore, the output of the portion of the mesh electrode 110 covered with the metal wiring 112 is the same as that of the portion not covered (pore portion).

図7は、図5に示した測定装置の出力の経時変化を示す。ポア部分114を介してエタノールガスがポリアニリン膜と反応し、その結果、ポリアニリン膜のキャリア密度の変化による材料特性が変化し、もってその電位が変化していく様子がわかる。なお、60秒を過ぎると、ポア部分114におけるエタノールガスとポリアニリン膜との反応の影響が金属配線112下まで拡散していくことがわかる。   FIG. 7 shows the change over time in the output of the measuring device shown in FIG. It can be seen that ethanol gas reacts with the polyaniline film through the pores 114, and as a result, the material properties of the polyaniline film change due to the change in carrier density, and the potential changes accordingly. It is noted that after 60 seconds, the influence of the reaction between the ethanol gas and the polyaniline film in the pore portion 114 diffuses to below the metal wiring 112.

上記において、澤田ユニットのアレイは汎用的な半導体集積回路のプロセスで製造できる。澤田ユニットのセンシング部に積層される感応膜は、測定対象である化学・物理量に応じて適宜選択される。
この発明は、測定対象が絶縁性であるか、若しくは導電性を有しても極めて小さい導電率しか持たないときに好適である。特に、測定対象が気体であるときに本発明は好適に利用できる。この場合、感応膜の形成材料として、ガスセンサに用いられるもの、即ちガス成分と反応して導電率に変化をもたらす導電性材料であれば、任意のものを選択できる。既述のポリアニリンやポリイミド等の導電性高分子材料の他、酸化スズや酸化インジウム等の半導体材料を用いることができる。
感応膜は定電位部に接触させる。
In the above, the Sawada unit array can be manufactured by a general-purpose semiconductor integrated circuit process. The sensitive film laminated on the sensing part of the Sawada unit is appropriately selected according to the chemical/physical quantity to be measured.
The present invention is suitable when the object to be measured is insulative, or has conductivity but has a very low conductivity. In particular, the present invention can be suitably used when the measurement target is gas. In this case, as the material for forming the sensitive film, any material can be selected as long as it is a material used for a gas sensor, that is, a conductive material that reacts with a gas component to change the conductivity. In addition to the above-described conductive polymer materials such as polyaniline and polyimide, semiconductor materials such as tin oxide and indium oxide can be used.
The sensitive film is brought into contact with the constant potential part.

図8(a)に他の測定装置200を示す。図1と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この測定装置200は、測定ユニット1のアレイ101の表面に感応膜103としてポリアニリンの層を積層する。ここまでの構造は図3及び図5のチップ(測定装置)と同じである。
FIG. 8A shows another measuring device 200. Elements having the same functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In this measuring device 200, a layer of polyaniline is laminated as a sensitive film 103 on the surface of the array 101 of the measuring unit 1. The structure up to this point is the same as the chip (measuring device) of FIGS. 3 and 5.

この例では、各測定ユニット1のセンシング部10の真上に定電位部212が形成されている。この定電位部212は測定ユニット1のセンシング部10の直上の位置を、紙面垂直方向に横切って、同方向に隣り合う測定ユニット1のセンシング部10を同じく横切る。
かかる構造の定電位部212には参照電源215より均一の電位が付与される。よって、各測定ユニット1のセンシング部に接触する感応膜の電位が均一に揃えられる。
In this example, the constant potential part 212 is formed right above the sensing part 10 of each measurement unit 1. The constant potential part 212 crosses the position directly above the sensing part 10 of the measurement unit 1 in the direction perpendicular to the paper surface, and also crosses the sensing parts 10 of the measurement units 1 adjacent in the same direction.
A uniform potential is applied from the reference power source 215 to the constant potential portion 212 having such a structure. Therefore, the potentials of the sensitive film that contacts the sensing portion of each measurement unit 1 are made uniform.

測定装置200の定電位部212は所謂リフトオフ法を用いて感応膜103の上に形成できる。
即ち、感応膜103の上にレジストを積層する。次に、積層されたレジストにおいて定電位部212を形成する位置にエッチングその他の周知の方法で、開口を設ける。この開口は連続している。
The constant potential part 212 of the measuring device 200 can be formed on the sensitive film 103 using a so-called lift-off method.
That is, a resist is laminated on the sensitive film 103. Next, an opening is formed in the laminated resist at a position where the constant potential portion 212 is formed by etching or another known method. This opening is continuous.

次に、導電性材料として金属材料を蒸着する。レジストの開口を介して感応膜の上に金属材料が蒸着され、定電位部212となる。ここに、測定装置に求められる使用環境において安定な材質を選択する必要がある。例えば、金や銅などが挙げられる。
開口が連続しているので、定電位部212は連続体(一つの要素)となる。従って、そこに参照電源215からの電位が均等に行き渡り、もって、各測定ユニットのセンシング部に接触する感応膜の電位が均等に保たれる。
Next, a metal material is vapor-deposited as a conductive material. A metal material is vapor-deposited on the sensitive film through the opening of the resist to form the constant potential part 212. Here, it is necessary to select a stable material in the usage environment required for the measuring device. Examples include gold and copper.
Since the openings are continuous, the constant potential portion 212 is a continuous body (one element). Therefore, the potential from the reference power source 215 is evenly distributed there, and the potential of the sensitive film in contact with the sensing portion of each measurement unit is thus kept uniform.

上記において、測定ユニット1及び定電位部212の位置合わせは、製造装置の制約上、基板の所定の位置を基準とする。この基板の所定の位置に基づき、測定ユニット1のアレイを作成し、かつ、リフトオフ法を実行して定電位部を形成する。つまり、平面視において、上記基板の所定の位置が測定ユニット1のアレイの基準点となり、かつ定電位部212の基準点となる。   In the above, the alignment of the measurement unit 1 and the constant potential part 212 is based on a predetermined position of the substrate due to the constraints of the manufacturing apparatus. An array of the measurement units 1 is created based on the predetermined position of the substrate, and the lift-off method is executed to form the constant potential part. That is, in a plan view, a predetermined position on the substrate serves as a reference point for the array of the measurement unit 1 and a reference point for the constant potential section 212.

測定装置200の変形態様を図8(b)に示す。図8(b)に示す測定装置300において、図8(a)と同一の作用をする要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この測定装置300では感応膜103の上に形成される定電位部312が各測定ユニット1の間に配置されている。このような構成を採用することにより、図8(a)の構成に比べて、各測定ユニット1におけるセンシング部10の開口面積が広くなる。
この測定装置300は、測定装置200と同様な手順で形成される。
A modification of the measuring device 200 is shown in FIG. In the measuring device 300 shown in FIG. 8B, the elements having the same functions as those in FIG. 8A are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In this measuring device 300, a constant potential portion 312 formed on the sensitive film 103 is arranged between the measuring units 1. By adopting such a configuration, the opening area of the sensing unit 10 in each measurement unit 1 becomes wider than that in the configuration of FIG.
The measuring device 300 is formed in the same procedure as the measuring device 200.

測定装置300の変形態様を図8(c)に示す。図8(c)に示す測定装置400において、図8(b)と同一の作用をする要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この測定装置400では、アレイ101の表面において各測定ユニット1の間に、何ら感応膜を介することなく、定電位部412が配置されている。定電位部412とアレイ101の絶縁性とを確保するため、両者の間に絶縁膜(SiO2)が介在されている。
この測定装置400においてその定電位部412は、アレイの半導体プロセスにおいて、他の電極(ゲート電極等)と同じタイミングで形成される。定電位部412を形成する前に、その形成予定位置に、絶縁層(SiO)を積層しておくことが好ましい。
A modification of the measuring device 300 is shown in FIG. In the measuring device 400 shown in FIG. 8C, the same reference numerals are given to the elements having the same operations as those in FIG. 8B, and the description thereof will be omitted.
In this measuring device 400, a constant potential part 412 is arranged between the measuring units 1 on the surface of the array 101 without any sensitive film interposed. An insulating film (SiO 2) is interposed between the constant potential portion 412 and the array 101 in order to ensure the insulating property.
In the measuring apparatus 400, the constant potential part 412 is formed at the same timing as other electrodes (gate electrode etc.) in the semiconductor process of the array. Before forming the constant potential portion 412, it is preferable to stack an insulating layer (SiO 2 ) at the planned formation position.

上記において、定電位部の形状は各測定ユニットのセンシング部に接触する感応膜をその全域において均等な電位となるようにすれば、任意に選択できる。
例えば、既述のメッシュ電極110のように開口部(ポア)を規則的に配置したものが挙げられる。ここに、開口部の形状は矩形に限らず、例えば円形にできる。また、感応膜の導電性が比較的高い場合は、金属配線を平行に並べたもの、等間隔に並べたもの、オフセットの櫛状に並べたもの等、を採用できる。
In the above, the shape of the constant potential part can be arbitrarily selected by setting the sensitive film in contact with the sensing part of each measuring unit to have a uniform potential over the entire area.
For example, the mesh electrode 110 described above may have openings (pores) arranged regularly. Here, the shape of the opening is not limited to a rectangle, but may be a circle, for example. When the sensitive film has a relatively high conductivity, metal wires arranged in parallel, those arranged at equal intervals, those arranged in an offset comb shape, or the like can be used.

なお、測定対象の化学量又は物理量を測定するには、測定対象が測定ユニットのセンシング部を被覆する感応膜に接触することを定電位部が妨げてはならない。換言すれば、測定対象が測定ユニットのセンシング部を被覆する感応膜に接触可能であれば、測定対象が気体の場合はこれを透過可能な材料を選択することにより、開口部を持たない、即ち、バルクの状態の定電位部の採用も可能である。
感応膜の材料は測定対象に応じて任意に選択できる。例えば、圧力、温度、磁場などの物理現象を測定対象とするときは、ピエゾ材料、焦電材料、磁気抵抗効果を有する磁性半導体材料を感応膜に適用できる。
ポリアニリン等の導電性高分子の官能基を修飾することで、特定の分子に反応する感応膜を調製することができる。
In order to measure the chemical or physical quantity of the measurement target, the constant potential part must not prevent the measurement target from contacting the sensitive film covering the sensing part of the measurement unit. In other words, if the measurement target is capable of contacting the sensitive film that covers the sensing unit of the measurement unit, if the measurement target is a gas, select a material that can permeate the gas so that it does not have an opening. It is also possible to employ a constant potential part in the bulk state.
The material of the sensitive film can be arbitrarily selected according to the measurement target. For example, when a physical phenomenon such as pressure, temperature or magnetic field is to be measured, a piezo material, a pyroelectric material, or a magnetic semiconductor material having a magnetoresistive effect can be applied to the sensitive film.
By modifying the functional group of a conductive polymer such as polyaniline, a sensitive film that reacts with a specific molecule can be prepared.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求に範囲の記載の趣旨を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention. Various modifications are also included in the present invention within the scope that can be easily conceived by those skilled in the art without departing from the spirit of the claims.

1 測定ユニット
100、200、300、400 測定装置
10 センシング部
40 電荷量検出部
101 測定ユニットのアレイ
103 ポリアニリン膜(感応膜)
110 メッシュ電極
112 金属配線
114 ポア部分
212,312,412 定電位部
215 参照電源
1 Measuring unit 100, 200, 300, 400 Measuring device 10 Sensing part 40 Charge amount detecting part 101 Array of measuring units 103 Polyaniline film (sensitive film)
110 mesh electrode 112 metal wiring 114 pore parts 212, 312, 412 constant potential part 215 reference power source

Claims (7)

表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される定電位部であって、該定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置。
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part arranged in the vicinity of the array of the measurement unit, wherein the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in plan view, and the reference point of the array. A constant potential part in which the reference point of the constant potential part matches,
Measuring device for chemical and physical phenomena equipped with.
前記測定ユニットのアレイの上に前記定電位部が配置される、請求項1に記載の化学・物理現象の測定装置。   The chemical/physical phenomenon measurement device according to claim 1, wherein the constant potential part is disposed on the array of the measurement units. 前記定電位部は金属配線からなる、請求項1又は2に記載の化学・物理現象の測定装置The chemical/physical phenomenon measurement device according to claim 1, wherein the constant potential part is made of metal wiring. 前記定電位部で被覆されていない測定ユニットからの第1の電気信号と前記定電位部で被覆された測定ユニットからの第2の電気信号とを比較する比較部と、
該比較部の比較結果を出力する出力部とを更に備える、請求項1〜3のいずれかに記載の化学・物理現象の測定装置
A comparison unit that compares a first electric signal from the measurement unit that is not covered with the constant potential unit with a second electric signal from the measurement unit that is covered with the constant potential unit;
The chemical/physical phenomenon measurement device according to claim 1, further comprising: an output unit that outputs a comparison result of the comparison unit .
表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される定電位部であって、該定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置の製造方法であって、
前記測定ユニットのアレイを半導体集積回路の製造プロセスを用いて製造するアレイ製造ステップと、
前記測定ユニットのアレイの感応膜の上に前記定電位部を形成するステップと、を含む測定装置の製造方法。
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part arranged in the vicinity of the array of the measurement unit, wherein the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in plan view, and the reference point of the array. A constant potential part in which the reference point of the constant potential part matches,
A method for manufacturing a measuring apparatus for chemical/physical phenomena, comprising:
An array manufacturing step of manufacturing an array of the measurement unit using a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit;
Forming the constant potential part on the sensitive film of the array of measuring units.
表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される定電位部であって、該定電位部は、平面視において、前記測定ユニットのアレイの配列規則に沿って配置され、かつ前記アレイの基準点と該定電位部の基準点とが一致する定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置の製造方法であって、
前記測定ユニットのアレイを半導体集積回路の製造プロセスを用いて製造するアレイ製造ステップと、
前記測定ユニットのアレイおよび前記定電位部上に感応膜を形成するステップと、を含む測定装置の製造方法。
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part arranged in the vicinity of the array of the measurement unit, wherein the constant potential part is arranged along the arrangement rule of the array of the measurement unit in plan view, and the reference point of the array. A constant potential part in which the reference point of the constant potential part matches,
A method for manufacturing a measuring apparatus for chemical/physical phenomena, comprising:
An array manufacturing step of manufacturing an array of the measurement unit using a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit;
Forming a sensitive film on the array of the measuring unit and the constant potential part.
表面電位に応じて電位井戸の深さを変化させるセンシング部と、該センシング部を被覆する感応膜と、該センシング部の電位井戸の深さに応じた電気信号を出力する検出領域と、を備えてなる化学・物理現象の測定ユニットのアレイと、
該測定ユニットのアレイに近接して配置される金属配線からなる定電位部と、
を備える化学・物理現象の測定装置の製造方法であって、
前記測定ユニットのアレイの表面に前記金属配線からなる定電位部を載置する定電位部載置ステップと、
前記定電位部を載置した前記測定ユニットのアレイの表面に前記感応膜を構成する高分子材料を流動状態で供給して該アレイの表面を被覆するとともに、該高分子材料上に前記定電位部を形成する感応膜材料供給ステップと、
前記高分子材料を硬化する硬化ステップと、を含む測定装置の製造方法。
A sensing unit that changes the depth of the potential well according to the surface potential, a sensitive film that covers the sensing unit, and a detection region that outputs an electric signal according to the depth of the potential well of the sensing unit. An array of measuring units for chemical and physical phenomena
A constant potential part made of metal wiring arranged close to the array of the measurement unit;
A method for manufacturing a measuring apparatus for chemical/physical phenomena, comprising:
A constant potential part mounting step of mounting a constant potential part made of the metal wiring on the surface of the array of the measurement unit;
The polymeric material forming the sensitive film is supplied in a fluid state to the surface of the array of the measurement unit on which the constant potential part is mounted to cover the surface of the array, and the constant potential is applied on the polymeric material. Sensitive film material supplying step for forming a portion,
A method of manufacturing a measuring device, comprising: a curing step of curing the polymer material.
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