KR900005618B1 - Fet 전극 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
FET 전극
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 실시예의 일체형의 FET 전극의 단면도.
제2도는 본 실시예의 FET 전극의 측정장치를 설명하는 설명도.
제3도는 본 실시예의 FET 전극의 측정결과를 나타낸 그래프도.
제4도는 분리형 FET 전극의 사시도이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 FET 전극으로서, 특히 이온에 감응하는 FET 전극에 관한 것이다.
[배경기술]
전계효과 트랜지스터(FET)원래를 이용한 종래로부터의 FET 전극 및 그 동작은 다음과 같다. 게이트부상에 산화금속/반도체 절연막 기판(p형/SiO2/Si3N4)으로된 p형 기판에 불순물을 확산시켜, n형소오스, 드레인 전극을 형성시킨다. 여기서, 게이트부 전극에 정전압을 가하면, 산화환원막 근방의 p형 반도체 포텐셜이 하강하여 p형 반도체중에 전자가 유기된다. 이 전자의 층이 채널로 되어서 소오스로부터 드레인에 전자가 흘러서 드레인 전류가 흘러, 게이트 전압에 의하여 드레인 전류량이 제어된다. 이 게이트부 전압은 H+이온 활량에 비례하므로 pH-MOSFET로서 사용할 수 있다.
그러나, 이 형의 FET 전극은 드리프트가 크고, 안정성이 나쁠뿐아니라, 빛에도 응답하는 문제가 있다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여, 드리프트가 적고, 안정성이 높은 또한 빛에 잘 응답하지 않는 FET 전극을 제공함에 있다.
이 문제점을 해결하기 위한 한 수단으로서, 본 발명의 FET 전극은 FET와, 이 FET의 게이트부 절연체상을 피복하는 탄소박막과, 이 탄소박막상을 피복하는 유기박막을 갖는다.
이와 같은 구성에 있어서, FET는 게이트부상에 유기박막이 H+이온 활량에 대응하여 발생한 전위에 의하여 H+이온 농도를 측정한다. 한편, 탄소박막은 드리프트를 적게하고, FET의 게이트부 절연체와 유기박막과의 밀착을 안정시키고, 또한, 빛을 차단한다.
본 발명에 의하여, 드리프트가 적고, 안정성이 높은 또한 빛에 잘 응답하지 않은 FET 전극을 제공할 수 있다.
뿐만아니라, 게이트상에 피복한 막이 H+이온에 대응한 전위를 발현하므로 전개효과의 특징이 있다.
(1) 고입력 임피턴스증폭기가 불필요함.
(2) 디바이스의 증폭작용을 이용하여, 부귀한 회로를 구성할 수가 있으므로, 전극의 출력저항을 수 KΩ 정도로 낮게할 수 있어 전기적 방해가 경감됨. 등의 구조를 이용한 전개 효과 원리의 FET 전극을 제공할 수 있다.
[발명의 최선실시 형태]
먼저, 탄소박막의 작성예를 나타낸다.
[작성예 1]
카아본(고순도 흑연 카아본 G161AS, 도오까이 카아본 가부시끼가이샤 제)을 타게트로 사용하여 스퍼터링법에 의하여, 사파이어(실리콘상)의 표면에 카아본 박막을 피복시켰다.
스퍼터 조건은 100W, 8×10-2Torr, 20시간, 기판온도/50℃이하, 아르곤 분위기하에서 행하였다.
그 결과, 카아본 막두께 약 1.0㎛의 카아본 피복 사파이어 기판을 얻다.
[작성예 2]
스퍼터 조건은 메탄 가스 분위기하에서 행한 이외는 실험예 1과 같은 조건에서 행하였다.
그 결과, 카아본 피복 사파이어 기판을 얻다(카아본 막두께 약 1.2㎛). 견고한 막이 제작되었다. 비저항은 1×10-3Ω㎝이었다.
[작성예 3]
스퍼터 조건은 수소가스 분위기하에서 행한 이외는 실험예 1과 같은 조건에서 행하였다.
그 결과, 카아본 피복 사파이어 기판을 얻다(카아본 막두께 약 0.8㎛). 비저항은 1×10-3Ω㎝이었다.
[비교 작성예]
작성예 1과 같이, 카아본을 타게트로 사용하고, 스퍼터링법에 의하여 사파이어(실리콘상)의 표면에 카아본 박막을 피복하였다.
스퍼터 조건은 600W, 1×10-2Torr, 20qns, 기판온도 300℃, 아르곤 분위기에서 행하였다.
그 결과, 카아본막 두께 약 1000Å의 카아본 피복 사파이어 기판을 얻다.
다음에 작성된 카아본 피복 사파이어 기판을 사용한 전극 및 FET 전극을 설명한다.
[실시예 1]
작성예 1에서 얻은 카아본 피복 사파이어 기판(크기 1㎝×1㎝)의 비저항은 약 10-3Ω㎝이다. 이 기판의 주위를 실리콘 수지(신에쯔 실리콘 가부시끼가이샤 제 KE348W)로 절연하였다. 그리고, 한쪽을 은선 동축 전선(크기 0.6㎜ψ)으로 도전성 접착제로 리이드 접착제로 리이드 선을 취하고 선단약 0.5㎜×0.5㎜의 감응 면적으로 한 전극(작용극)을 제작하였다.
이 전극 표면에 다음 조건으로 2,6 키실레놀의 중합막을 전해 중합법에 의하여 피복하였다.
[전해액 조성]
0.5M 2,6 키실레놀
0.2M NaClO4
아세트니트릴 용액(용매)
[전해중합 조건]
0∼1.5V(대 SSCE), 소인속도:50mV/초 3회 소인후, 1.5V에 10분간, 정전위 전해시켰다.
[실험예 1]
실시예 1에서 작성한 산화환원막 피복·카아본·사파이어 전극을 사용하고, 기준극(Ag/AgCl 전극)간의 기전력과, 인산 완충액중의 pH 변화와의 관계를 구하면, pH 1.0∼9.0의 넓은 범위에 걸쳐서 직선 관계를 나타내며, 그 직선의 구배는 58∼59mV/pH(25℃)로서 네른스트의 논리식에 거의 근사하였다.
또, 응답속도도 산화환원막 피복 카아본전극(전선피복(coated wire)형전극)과 거의 같이, 5초∼30초(pH 5∼9범위)로 신속하였다.
이와 같이, 반도체기판(실리콘 또는 사파이어)상에 안정한 카아본 박막을 피복할 수가 있다.
[실시예 2,3]
실시예 1과 같은 조건에서 산화환원막 피복·카아본막·실리콘 기판 전극을 제작하였다.
[실험예 2,3]
실시예 2,3에서 작성한 전극의 기전력대 pH 변화를 실험에 1과 같이 측정한 결과 pH 1.0∼9.0의 넓은 범위에 걸쳐서, 직선관계를 나타내고, 그 직선의 구배는 58mV/pH(25℃)로서 네른스트식의 논리식에 근사해 있다. 또 응답속도도 빠르고 5초∼30초이었다.
[실시예 4]
제1도에 나타낸 바와 같이 MOSFET의 게이트 부절연체상에 카아본 박막과 또한 유기 박막으로서 실시예 1로 나타낸 2,6 키실레놀의 중합막을 전해 중합법에 의하여 피복한 FET 전극(10)을 작성하였다. 여기서, 참고부호 1은 드레인이고, 2는 소오스이며 3은 2,6 키실레놀의 중합막이고, 4는 카아본 박막이고, 5는 질화실리콘막이고, 6은 산화실리콘막이며, 7은 p형 실리콘이고, 8은 사파이어이다.
작성된 FET 전극(10)의 피 측정용액(12)의 pH에 대한 기전력의 측정을 제2도에 나타낸 측정장치를 사용하여 행하였다.
여기서 참고부호 11은 기준극이며 13은 측정회로이고, 14는 디지털·볼트미터이며 Is=100㎂, VDS=4V, 온도 25℃에서 측정하였다.
측정결과를 제3도에 나타낸 바와 같이 VOUT/pH=-58.3mV/pH의 직선을 나타내고 네른스트의 이론식에 잘 근사하였다. 또 응답속도는 5초∼30초이었다. FET 센서의 MOSFET 특성(ID-VGS및 ID-VDS)은 각각 FET 고유의 특성이었다.
그리고 본 실시예에서는 제1도에 나타낸 일체형의 FET 전극으로 설명하였으나 제4도에 나타낸 바와 같은 분리 게이트형에 있어서도 같은 결과가 얻어진다. 또, 기판으로서 p형 실리콘 기판, N형 실리콘 기판을 사용하여도 같은 결과가 얻어진다. 또한 카아본 피복후의 사파이어 기판의 비저항은 10Ω㎝이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는, 1Ω㎝이하가 바람직하다.
특히 바람직하게는 본 실시예에 나타낸 바와 같이, 1×10-3Ω㎝이하이다.
또한, 본 실시예의 FET 전극의 유기박막상에 이온 캐리어막(중성 캐리어막), 산소활성막이나, 효소고정화막 등을 피복하여 이온선택성 FET 센서, 산소 등의 가스센서나 효소센서 등의 바이오센서로서 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. FET와, 이 FET의 게이트부 절연체상을 피복하는 탄소박막과, 이 탄소박막상을 피복하는 유기박막을 갖는 것을 특징으로 하는 FET 전극.
  2. 제1항에 있어서, 탄소박막은 다면구조를 일부 보유하고, 피복후의 비저항이 10Ω㎝이하 임을 특징으로 하는 FET 전극.
  3. 제1항에 있어서, 유기박막은 산화환원 응답을 발현하는 막임을 특징으로 하는 FET 전극.
  4. 제1항에 있어서, 유기박막상을 피복하는 이온 선택성 막을 또한 갖고 이온 선택성 FET 센서를 구성함을 특징으로 하는 FET 전극.
  5. 제4항에 있어서, 이온 선택성 막상을 피복하는 효소 활성막을 또한 갖고, 생체 기질의 농도를 측정하는 효소센서를 구성함을 특징으로 하는 FET 전극.
KR1019880700857A 1986-11-20 1987-11-19 Fet 전극 KR900005618B1 (ko)

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