TW201629484A - 生物感測器 - Google Patents

生物感測器 Download PDF

Info

Publication number
TW201629484A
TW201629484A TW104143872A TW104143872A TW201629484A TW 201629484 A TW201629484 A TW 201629484A TW 104143872 A TW104143872 A TW 104143872A TW 104143872 A TW104143872 A TW 104143872A TW 201629484 A TW201629484 A TW 201629484A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sensor
biosensor
light
pixel
sensing
Prior art date
Application number
TW104143872A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI638999B (zh
Inventor
Kaita IMAI
Shouhei Kousai
Soichiro Ueno
Original Assignee
Toshiba Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Kk filed Critical Toshiba Kk
Publication of TW201629484A publication Critical patent/TW201629484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI638999B publication Critical patent/TWI638999B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001—Enzyme electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • 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
    • 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
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/305—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells optically transparent or photoresponsive electrodes
    • 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
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
    • G01N33/4836—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures using multielectrode arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G01N21/763—Bioluminescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/50—Detectors
    • G01N2223/501—Detectors array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

實施形態之生物感測器，係具備有基板、和存在於基板上之二維區域中的感測器矩陣。前述感測器矩陣，係具備有複數之基本區塊。前述複數之基本區塊之各者，係具備有至少3種類的感測器元件。

Description

生物感測器
本發明之實施形態，係有關於生物感測器。
近年來，係開發有多種類之在半導體晶片上進行生物計測的生物感測器。在此種生物感測器中，係存在有計測離子濃度之裝置、進行光計測之裝置、藉由測定螢光強度來對於被檢測物質之化學性舉動作觀察之裝置、藉由計測電位來對於細胞活動作觀察之裝置等。
另一方面，為了達成能夠更為健康且舒適地生活的社會，係進行有用以究明疾病之原因和其之發病機制等的研究、以及基於此研究所進行的關聯於預防方法和治療方法等的研究。又，為了減輕疾病之發病風險，係提案有對於根據上述研究所究明的有關於疾病之資訊和在各人的個體中之疾病的因素(例如先天性因素、生活性因素以及後天性因素)等的資訊作收集並對於該些資訊進行解析等。
在此種狀況下，係對於生物感測器之更進一步的開發有所期望。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平8-62209號公報
[專利文獻2]日本特開2012-13579號公報
[專利文獻3]日本特開平2011-242437號公報
[專利文獻4]日本特開2004-28723號公報
[專利文獻5]日本特開2000-55874號公報
[專利文獻6]日本特開2007-248994號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Proceedings of the IEEE, Vol. 99, No. 2, pp. 252-284, Feb 2011
[非專利文獻2]Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 12, 2006, pp9259-9263
[非專利文獻3]Transducers 2009, pp. 916-919, 2009
[非專利文獻4]“Label-Free Acetylcholine Image Sensor Based on Charge Transfer Technolgy for Biological Phenomenon Trancking”, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 51, 2012
[非專利文獻5]IEEE Trans. Circuits and Systems, Vol. 57, No. 5, May 2010
[非專利文獻6]ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 435-436, 2009
[非專利文獻7]IEEE Photonics Journal, Circuits and Systems, Vol. 57, No. 5, May 2010
[非專利文獻8]“Charge Accumulation Type Hydrogen Ion Image Sensor with High pH Resolution”Japanese Journal of Applied Physics Vol. 50, 2011
[非專利文獻9]2014 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 134-135, 2014
[非專利文獻10]IEEE Sensors Journal, Vol. 13, No. 9, Sept. 2013
本申請案所欲解決之課題，係在於提供一種能夠得到關連於複數之檢查項目(多項目)的資訊之生物感測器。
實施形態之生物感測器，係具備有基板、和存在於基板上之二維區域中的感測器矩陣。前述感測器矩陣，係具備有複數之基本區塊。前述複數之基本區塊之各者，係具備有至少3種類的感測器元件。
101‧‧‧矽基板
102‧‧‧氧化矽膜
103‧‧‧氮化矽膜
104‧‧‧區劃壁
105‧‧‧配線
108‧‧‧受光元件
111‧‧‧離子濃度計測像素
112‧‧‧離子感應膜
121‧‧‧氫離子濃度計測像素
131、141‧‧‧電性計測像素
151、161、171、181‧‧‧光感測器像素
182‧‧‧透明電極
310‧‧‧生物感測器
311‧‧‧感測器陣列
312‧‧‧行(row)控制器
313‧‧‧讀出電路
[圖1]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之平面圖。
[圖2]對於實施形態的生物感測器之感測器像素之例作展示之剖面圖。
[圖3]對於實施形態的生物感測器之電極感測器像素之例作展示之剖面圖。
[圖4]對於實施形態的生物感測器之光感測器像素之例的製造製程作展示之剖面圖。
[圖5]對於實施形態的生物感測器所具備之光感測器像素之例的製造製程作展示之剖面圖。
[圖6]對於實施形態的生物感測器之電路構成之其中一例作展示之概要圖。
[圖7]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖8]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖9]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖10]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖11]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖12]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖13A]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖13B]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖14]實施形態的生物感測器之次區塊之其中一例的電路圖。
[圖15]對於實施形態的感測器陣列之其中一例作展示之平面圖。
[圖16]對於實施形態的感測器陣列之其中一例作展示之平面圖。
[圖17]對於實施形態的感測器陣列之其中一例作展示之平面圖。
[圖18]對於實施形態的感測器陣列之其中一例作展示之平面圖。
[圖19]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之剖面圖。
[圖20]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之圖。
[圖21]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之圖。
[圖22]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之圖。
[圖23]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之圖。
[圖24]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之圖。
[圖25]對於實施形態的生物感測器之其中一例作展示之圖。
實施形態之生物感測器，係具備有基板、和存在於基板上之二維區域中的感測器矩陣。前述感測器矩陣，係具備有複數之基本區塊。複數之基本區塊之各者，係具備有至少3種類的感測器元件。
感測器元件，係具備有感測部。被包含於感測器矩陣中之全部的感測部，係朝向生物感測器之1個的表面側。亦即是，感測部，係從生物感測器之1個面而露出於外部。被包含於生物感測器之感測器矩陣中之全部的感測器元件之全部的感測部，係作為全體而構成感測器像素陣列。亦即是，藉由生物感測器所得到的結果，係可為將從被包含於其中之1個1個的感測部而來之資訊作為1個的像素而作了包含的影像。
一面參考圖1(a)，一面針對生物感測器之其中一例作說明。圖1(a)，係為對於生物感測器之被配置有感測部的基板面之一部分作展示之示意圖。感測器矩陣，係為包含有複數之感測器像素的陣列，亦即是感測器像素陣列。
於此，係對於在感測器矩陣110中，至少4個的感測器像素120a、120b、120c、120d被配置為行列狀的情形作展示。各感測器像素，係由1個的基本區塊所構成。在1個的基本區塊中，4種類的感測器元件係被並排為矩陣狀。具體而言，該些係被整列配置為2行2列。藉由此， 在各感測器像素中，係以矩陣狀而並排包含有4種類的感測器元件。此些之感測部的各者，係身為作為次像素之感測器像素。
在圖1(a)中所示之4種類的感測部中之2個，係為分別對於互為相異之離子的濃度進行計測之離子感測部111a、111b、111c、111d以及121a、121b、121c、121d(在圖中係展示為「離子(A)」以及「離子(B)」)。剩餘之2種類的感測部，係為電感測部131a、131b、131c、131d(圖中之「電極」)和光感測部171a、171b、171c、171d(圖中之「光」)。
藉由此種構成之生物感測器，係成為能夠同時檢測出2種類的離子之濃度和電性訊號以及光訊號。
若依據實施形態之生物感測器，則係成為能夠將關連於分析對象物之複數的項目同時檢測出來，而成為能夠更為迅速地進行檢查。又，由於係成為能夠根據針對複數項目所得到的結果，來統籌性地進行關連於應檢查之試料的分析，因此係成為能夠得到更為正確之分析結果。亦即是，若依據實施形態之生物感測器，則係能夠以更高的信賴性而得到關連於複數之檢查項目的資訊(多項目)。
在圖1(a)之基本區塊中，係針對以2×2之矩陣而包含4個的感測器元件之例作了展示。如同上述一般，被包含於感測器像素中之各感測部，係身為次像素，另一方面，若是以基本區塊作為基準，則各感測器元件係身為次區塊。具備有此種基本區塊之生物感測器的特徵係在於： 各次區塊的節距之2倍，係成為基本區塊之節距。作為其中一例，對於離子(B)感測部121a作注目。假設若是涵蓋感測器像素陣列全體地而針對離子(B)感測部121a來得到檢測結果，則由於係被配置有其他種類之次區塊，因此係會產生有無法直接得到該些之訊號的區域。針對該些之區域的資訊，例如，係可使用以包圍離子(B)感測部121a的方式而位置於其之周邊處的感測部、例如使用離子(A)感測部111a、111b、111c、111d之資訊，來進行內插。藉由此，係能夠提昇解析度。
於圖1(b)中，展示其中一例。當為了得到在離子(B)感測部之位置處的離子(A)之濃度值，而對於值進行內插的情況時，係可使用從離子(A)感測部111a(圖中之「離子(A)1」、111b(圖中之「離子(A)2」、111c(圖中之「離子(A)3」、111d(圖中之「離子(A)4」所得到的濃度值，來如同下式一般地進行內插。又，同樣的，係亦可使用從離子(A)感測部111a、111b、111c、111d所得到的濃度值，來針對位置於該些之間的電感測部131a、131b(圖中之「電極1」、「電極2」)和光感測部171a、171c(圖中之「光1」、「光3」)而進行內插。
在離子(B)1之位置處的離子(A)之內插值=(〔離子(A)1〕+〔離子(A)2〕+〔離子(A)3〕+〔離子(A)4〕)/4
在電極1之位置處的離子(A)之內插值=(〔離子(A) 1〕+〔離子(A)3〕)/2
在電極2之位置處的離子(A)之內插值=(〔離子(A)2〕+〔離子(A)4〕)/2
在光1之位置處的離子(A)之內插值=(〔離子(A)1〕+〔離子(A)2〕)/2
在光3之位置處的離子(A)之內插值=(〔離子(A)3〕+〔離子(A)4〕)/2
藉由如此這般地進行內插，係成為能夠進行更為高解析度之計測。
在上述記載中，雖係針對以2×2而包含4個的感測器元件之基本區塊來作了說明，但是，係並不被限定於此，在基本區塊中所包含的感測器元件之數量、以及矩陣之行和列之數量，係可任意作選擇。
各感測器像素之大小，例如，係亦可為300nm×300nm~20μm×20μm、300nm×300nm~10μm×10μm、300nm×300nm~1μm×1μm等之範圍。又，例如，在1個的基本區塊中，係亦可依存於感測器元件之種類，而變更感測部之大小。或者是，例如，係亦可依存於應偵測的訊號之大小，來決定感測部之大小。感測器次像素間之節距，例如，係亦可為0.5μm~30μm，但是，係並不被限定於此。例如，為了計測可視光，只要可視光感測器次像素間之節距係為可視光區域波長之一半便已充分。
可包含於生物感測器中之1個的感測器元件，只要是身為藉由感測部來偵測出關連於從由依存於化學物質之訊 號、光訊號、例如，可視光、紫外光、近紅外光、紅外光、螢光、磷光、生物發光、溫度以及電訊號所成之群中而選擇至少1個者的資訊者即可。又，在生物感測器中，係包含有至少3種類的感測器元件。例如，若是以使感測器元件具備有3種類的生物感測器之情況作為其中一例，則感測器元件，係可為上述之任意之3種類的感測器元件之組合。或者是，此種感測器元件之組合，係亦可為分別用以對於互為相異之化學物質作計測的3種類之感測器元件之組合、亦可為對於波長互為相異之可視光及/或螢光進行計測的3種類之感測器元件之組合。1個的感測器元件，係亦可針對上述任意之訊號，而對關連於至少2種類之被選擇者的資訊進行共偵測。換言之，在生物感測器中所使用的至少3種類之感測器元件，係只要是相互具有相異之功能之至少3個的感測器元件即可。
藉由感測部而偵測出化學物質的感測器元件，例如，係可為化學物質感測器元件。藉由感測部而偵測出可視光及/或螢光的感測器元件，例如，係可為光感測器元件。藉由感測部而偵測出電性訊號的感測器元件，例如，係可為電感測器元件。又，進而，電感測器元件，係亦可為對於電流、電壓或阻抗進行計測之感測器元件。藉由感測部而偵測出溫度的感測器元件，例如，係可為溫度感測器元件。或者是，對於溫度進行感測之像素(亦即是，溫度計測像素)，係亦可並非為獨立之溫度感測器元件，而是被組入至其他之感測器元件、化學物質感測器元件、光感測 器元件及/或電感測器元件、或者是包圍此些之像素之周圍的區域等之生物感測器的任意之構成中並被提供。於此情況，具備有溫度感測功能之感測器元件，係可為溫度感測器元件。
例如，藉由生物感測器所檢測出之訊號，係可為從測定對象物而來之細胞訊號。「應檢測出之資訊」，係可為光資訊、離子資訊、電資訊、乃至於溫度及其他之資訊等。光資訊，例如，係為光強度、螢光強度、生物發光(Bioluminescence)強度、磷光強度以及自體螢光強度等。電資訊，例如，係為電位、電流值、電壓值以及阻抗等。進而，此些之資訊，係可包含所期望之項目的歷時性之變化。係可因應於應檢測出之資訊，來選擇感測器元件之種類。
基本區塊，係具備有至少3種類的與應檢測出之資訊相對應的種類之感測器元件。基本區塊所包含的感測器元件之例，係可為光感測器元件、化學物質感測器元件及/或電感測器元件等。
光感測器元件，係取得關連於應藉由此而進行感測的測定對象物之光資訊。所謂光資訊，係為關連於對測定對象物照射光所得到的某些之光之資訊。光感測器元件，係可為對於光訊號進行感測並將其轉換為電性訊號的半導體元件。被作感測之光，係可為可視光、紫外光、紅外光、螢光、磷光、發光等。藉由此，係能夠得到測定對象物之形態學之資訊、測定對象物之分布、以及關連於測定對象 物之物質之分布、濃度以及舉動等的資訊。
此種光感測器元件之例，係可為使用有將藉由光二極體所檢測出之光轉換為電性訊號的CMOS影像感測器、將藉由SPAD(Single Photon Avalanche Diode)所檢測出之光轉換為電性訊號的SPAD影像感測器以及CCD影像感測器等的固體攝像元件之影像感測器，使用有熱電堆感測器等之熱電轉換元件的感測器等。
化學物質感測器元件，係可為對於化學物質所具有的特性或其之變化進行感測並轉換為電性訊號的半導體元件。藉由此，來進行化學物質之檢測、物理性、化學性或生化學性之變化。化學物質感測器元件，例如，係為對於H+、K+、Ca2+等之離子、乙醯膽鹼等之神經傳導物質、在細胞內或細胞外所產生的代謝產物或者是可被代謝的物質等之代謝物、特定之抗原或抗體或者是由來於該些之蛋白質等進行感測，並將基於由來於所應檢測出之化學物質的資訊所得之訊號轉換為電性訊號的半導體感測器元件。化學物質感測器元件之例，係可為離子感受性或化學性場效電晶體、ISFET、CHEMFET等。
電感測器元件，係為取得關於測定對象之電性資訊的半導體元件。電感測器元件，係可為為了將細胞之活動電位等的電位資訊、細胞接地度、細胞間之接著或接觸度、細胞等之測定對象的活性化或活性化狀態等檢測出來，而對於電位、電流值、電壓值、阻抗進行感測並產生電流或電壓訊號的半導體元件。藉由產生電流或電壓訊號，係可 對於計測對象之刺激、活性化或非活性化等作誘導。進而，感測器元件，係亦可為溫度感測器元件。在各元件處之感測以及將藉由感測所得到的資訊轉換為電性訊號等，係可在控制系之控制下來進行。又，係亦可包含用以檢測出其他物質之感測器元件。電感測器元件之例，係可為使用有電極之半導體感測器、半導體電壓感測器等。
接著，針對各個的感測器元件之構成作詳細說明。
圖2以及圖3，係為被形成於生物感測器之基板處的各感測器元件之剖面圖。生物感測器之基板，係在半導體基板101上，具備有藉由由絕緣材料及/或樹脂所成之格子狀的區劃壁104所區劃出之複數之像素(感測器元件)。生物感測器，係包含有矽基板101、和被層積形成於基板101上之氧化矽膜102、和被形成於氧化矽膜102之表面上的氮化矽膜103、以及被形成於氮化矽膜103之表面上的部份。另外，亦可採用並不形成氮化矽膜103而並不在配線106和氧化矽膜102之上直接形成區劃壁104之構成。氧化矽膜102之內部的構造，係將複數層之配線105藉由以導體材料所形成的通孔107來相互作電性連接，而形成之。
例如，在圖2之區劃壁104的格子內，係依照圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)、圖2(e)、圖2(f)、圖2(g)、圖2(h)之順序，而被形成有離子濃度計測像素111、氫離子濃度計測像素121、第1電壓訊號之感測器像素131、第2電流訊號或電壓訊號之感 測器像素141、第1光感測器像素151、第2光感測器像素161、第3光感測器像素171、第4光感測器像素181。被形成於像素下之配線，係被與電晶體(未圖示)作連接。該電晶體，係可位於像素正下方之基板101上、亦可位於檢測區域之周邊部處。
前述離子濃度計測像素111，係具備有被形成於氮化矽膜103之表面上的離子感應膜112。離子感應膜112，例如係以聚氯乙烯作為基底物質，並具備有與單種之離子作選擇性結合的纈胺黴素等之離子載體，且更進而包含有可塑劑、排除劑。於下對於結合於各離子處之離子載體作例示：Na+：Bis(12-crown-4)，K+：Bis(benzo-15-crown-5)或者是纈胺黴素，Ca+：K23E1，NH4 +：TD19C6。離子感應膜，例如係可藉由噴墨印刷法來形成之。被與該離子濃度計測像素111作了連接的電晶體，係檢測出在離子感應膜202處之離子濃度的變化。
在上述記載中，雖係針對離子濃度計測像素111係被形成於氮化矽膜103之表面上的例子來作了例示，但是，係亦可代替氮化矽膜，而採用矽氧化膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等，亦可直接形成在配線106之表面上。
又，在形成離子濃度計測像素111時，若是預先對於在基板101上而被配置在與墨水噴出噴嘴相對向之位置、亦即被配置在與離子濃度計測像素111相對應之位置處的金屬(電極)而施加電壓，則亦為理想。藉由此，來使被作噴墨印刷之材料具有指向性，而能夠防止材料被對於非 預期之區域而吐出或者是飛沫的發生。
氫離子濃度計測像素121，係亦可將氮化矽膜103作為氫離子感應膜。又，氫離子感應膜，係亦可代替氮化矽膜，而採用矽氧化膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等。在氫離子濃度計測像素121處，氫離子係將在氮化矽膜103之表面上所產生的矽烷醇基作為感應基而被檢測出來。被與氫離子濃度計測像素121作了連接的電晶體，係檢測出在氫離子濃度計測像素121處之離子濃度的變化。
針對電感測器像素，使用圖2以及圖3來作說明。第1電壓訊號之感測器像素131，係具備有被與最上層之配線106作了電性連接的例如由鎳、白金、金、鈦、鈦化合物、導電性高分子或者是導電性玻璃等之導電性材料所成的電極132、和以覆蓋電極132之露出面的方式所形成的氮化矽膜133。氮化矽膜133之厚度，例如係以設為小於等於20nm為理想。感測器像素131，係可藉由在最上層之配線106之表面上形成由鎳等所成之電極(台座)，並在此電極之露出面上堆積氮化矽膜，而形成之。
此種感測器像素131，係可藉由電極132和氮化矽膜133之間之容量耦合而檢測出交流之電壓訊號。
進而，係可經由配線106來對於電極132施加電壓或電流。亦即是，係亦可使用電極132來對於計測對象進行電性刺激。
第2電流訊號或電壓訊號之感測器像素141，係具備有被與最上層之配線106作了電性連接的例如由鎳、白 金、金、鈦、鈦化合物、導電性高分子或者是導電性玻璃等之導電性材料所成的電極142、和以覆蓋電極142之露出面的方式所形成的例如由白金、金、鈦、鈦化合物、導電性高分子或導電性玻璃等所成之導體膜143。感測器像素141，係可藉由在最上層之配線106之表面上形成由白金、金、鈦、鈦化合物、導電性高分子或者是導電性玻璃等所成之電極(台座)，並在此電極之露出面上堆積導體膜，而形成之。於此，藉由在電極142處使用鎳、鈦、鈦化合物、導電性高分子或者是導電性玻璃等，係能夠將白金或金等之稀少金屬的使用量減少至最小限度。
此種感測器像素141，係可藉由電極142和導體膜143之間之電導耦合而檢測出電流訊號及包含有低頻之交流之電壓訊號。
進而，係可經由配線106來對於電極132施加電壓或電流。亦即是，係亦可使用電極132來對於計測對象進行電性刺激。
另外，第1、第2感測器像素131、141，係如同圖3中所示一般，可為使氮化矽膜133、導體膜143之上面相較於區劃壁104之上面而作了些許的凹陷之凹型(圖3(a)以及(b))、或者為使氮化矽膜133、導體膜143之上面與區劃壁104之上面成為同一平面之平坦型(圖3(c)以及(d))、或者是為使氮化矽膜133、導體膜143之上面相較於區劃壁104之上面而作了些許的突出之凸型(圖3(e)以及(f))，此些中之任一者。被與電 感測器像素作連接之電晶體，係亦可為IC晶片以外之區域。
針對光感測器像素，一面參考圖2一面作說明。在位置於前述第1~第4光感測器像素151、161、171、181(圖2(e)、圖2(f)、圖2(g)、圖2(h))之正下方的矽基板101部分處，係分別被形成有光二極體(受光元件)108。在第1~第4光感測器像素151、161、171、181之正下方處，係並不存在有配線105，而成為能夠藉由光二極體108來受光從各光感測器像素151、161、171、181而來之光。藉由鄰接之配線，從各其他光感測器像素而來之光係被遮斷，而能夠受光所期望之波長的光。
第1光感測器像素151，係具備有被形成於氮化矽膜103之下面的無機濾波片152和被形成於氮化矽膜103之上面的有機濾波片153。
無機濾波片152，例如係為多層濾波片或電漿子濾波片。多層濾波片，係為將低折射材和高折射材交互地作了堆積者。例如，作為低折射材，係可使用氧化矽膜，作為高折射材，係可使用氧化鋯或氧化鈦等。作為其中一例，各膜之厚度，較理想，氧化矽膜係為62nm±5nm，氧化鋯係為38nm±5nm。此種多層膜，係可相對於510nm之波長而將360nm±30nm波長之光良好地反射。具體而言，藉由將前述2種之氧化膜成對而層積30，係能夠得到1/100000之除去比。有機濾波片603，係能夠藉由顏料或染料來作 出。
此種第1光感測器像素151，由於係具備著具有無機濾波片152以及有機濾波片153之光學濾波片，因此係能夠將特定之波長作透過吸收。例如，在螢光計測中，係能夠將激勵光除去並使螢光透過而藉由光二極體108來檢測出來。
另外，第1光感測器像素151，係被適用於當在身為無機濾波片152之多層濾波片中所需要的層數為多的情況中。亦即是，當在無機濾波片152中所需要之層數為多的情況時，為了將該無機濾波片形成於氮化矽膜103之上面，係需要將區劃壁104之高度增高，而成為構造上的阻礙。於此種情況中，藉由將無機濾波片152相接於氮化矽膜103之下面地來形成，係不需要將區劃壁104之高度增高，便能夠以所需要的層數來形成無機濾波片152。
第2光感測器像素161，係具備有被形成於氮化矽膜103之上面的無機濾波片162和被形成於此無機濾波片162之表面上並與區劃壁104之上面成為同一平面地而形成之有機濾波片163。
無機濾波片162以及有機濾波片163，係與在第1光感測器像素151中所使用者相同。
此種第2光感測器像素161，係與第1光感測器像素151相同的，能夠將特定之波長作透過吸收。例如，在螢光計測中，係能夠將激勵光除去並使螢光透過而藉由光二極體108來檢測出來。
另外，第1光感測器像素151，係被適用於當在身為無機濾波片162之多層濾波片中所需要的層數為少的情況中。亦即是，當在無機濾波片162中所需要之層數為少的情況時，係能夠將該無機濾波片以及有機濾波片163分別形成於氮化矽膜103之上面。
另外，在第1光感測器像素151以及第2光感測器像素161中之氮化矽膜103，係亦可替代為氧化矽膜，亦可根本並不作形成。
第3光感測器像素171，係於氮化矽膜103之上面並不存在有濾波片。在此第3光感測器像素171處，係對於氮化矽膜103之上面的分析對象物，而使用可視光來藉由光二極體108而檢測出來。
另外，為了在第3光感測器像素171處而與各像素相同的將表面構造設為平坦，係容許在氮化矽膜103之上面而以會成為與區劃壁104之上面同一平面的方式來形成氧化矽或者是玻璃膜。
第4光感測器像素181，係具備有被埋入至區劃壁104內之透明電極182、和將位置於區劃壁104內之正下方的配線106與透明電極182作連接之通孔183。
透明電極182，例如係藉由ITO、InGaZnO、TiO2一般之導電性氧化物或者是導電性玻璃所作成。
此種第4光感測器像素181，係從配線106來通過通孔183而將電壓施加至透明電極182處，以使透明電極182上之分析對象物泳動或者是感應，或者是賦予電性刺 激，並藉由光二極體108來檢測出在此狀態下所被照射之光。或者是，係亦能夠與由光二極體108所致之光之檢測同時地，而對於分析對象物之電壓或電位等的電性訊號作測定。
以下，參考圖4，針對第1光感測器像素之形成方法作說明。
在矽基板101中植入雜質並形成光二極體108，接著，一面堆積氧化矽膜102，一面形成配線105(圖4(a))。
接著，如同圖4(b)中所示一般，對於氧化矽膜102之表層選擇性地進行蝕刻，而形成格子狀凸部201。接著，如同圖4(c)中所示一般，在包含格子狀凸部201之氧化矽膜102之表面上，例如藉由濺鍍而形成無機材料之多層膜202。接著，藉由化學機械研磨(CMP)而對於格子狀凸部201上之多層膜202選擇性地作研磨，而使多層膜殘留於格子狀凸部201間內，藉由此，而形成複數之無機濾波片152。之後，在包含無機濾波片152之氧化矽膜102之表面上，例如藉由CVD法來堆積氮化矽膜103(圖4(d))。
接著，如同圖4(e)中所示一般，在氮化矽膜103之表面上，例如藉由CVD法來堆積氧化矽膜，之後，藉由對於氧化矽膜進行圖案化，而形成由與前述格子狀凸部201同樣之氧化矽格子凸部所成的區劃壁104。之後，在區劃壁104內，以會成為與區劃壁104之表面同一平面的 方式，來塗布有機濾波片材料，並使其乾燥，來以相對於各無機濾波片152而將氮化矽膜103作包夾的方式來分別層積有機濾波片153，而形成第1光感測器像素151(圖4(f))。所形成之2層的濾波片152、153，係與光二極體108相對向地而被作配置。
於此，有機濾波片材料之塗布，係亦可藉由噴墨印刷法來進行。此時，與離子濃度計測像素111之形成同樣的，若是預先對於在基板101上而被配置在與墨水噴出噴嘴相對向之位置、亦即被配置在與有機濾波片153之形成位置相對應之位置處的金屬(電極)而施加電壓，則亦為理想。藉由此，來使被作噴墨印刷之材料具有指向性，而能夠防止材料被對於非預期之區域而吐出或者是飛沫的發生。
以下，參考圖5，針對第2光感測器像素之形成方法作說明。
在矽基板101中植入雜質並形成光二極體108，接著，一面堆積氧化矽膜102，一面形成配線105(圖5(a))。圖5(a)，係對於配線105之層數為大於等於3的情況作展示，但是，層數係亦可為1層或2層。
接著，如同圖5(b)中所示一般，在氮化矽膜103之表面上，例如藉由濺鍍而形成無機材料之多層膜301。 接著，對於無機材料之多層膜301進行圖案化，而形成複數之無機濾波片162(圖5(c))。
接著，如同圖5(d)中所示一般，在包含複數之無 機濾波片162之氮化矽膜103的表面上，形成膜厚為較無機濾波片162而更厚之氧化矽膜302。接著，如同圖5(e)中所示一般，將無機濾波片162上之氧化矽膜302選擇性地除去，並在氮化矽膜103的表面上，形成包圍無機濾波片162並且較該無機濾波片162而更厚之由氧化矽格子所成之區劃壁104。之後，在無機濾波片162之表面上，以會成為與區劃壁104之表面同一平面的方式，來塗布有機濾波片材料，並使其乾燥，來在各無機濾波片162上分別層積有機濾波片163，而形成第2光感測器像素161(圖5(f))。所形成之2層的濾波片162、163，係與光二極體108相對向地而被作配置。
作為配線106之材料，例如，係可使用銅以及鋁，但是，係並不被限定於此些。
藉由各檢測元件之感測部所檢測出的訊號，例如，係從電晶體或受光元件而被送至生物感測器之電路部分處。
溫度感測器像素，例如，係可對於場效電晶體(FET)之臨限值電壓乃是依存於溫度一事作利用，而藉由包含有複數之場效電晶體(FET)的電晶體電路來構成。例如，係只要藉由FET和與此作了串聯連接的二極體以及更進而作了連接的又一個FET，並將由此些之FET所成的串聯電路與又另外一個的FET作並聯連接，來構成電晶體電路即可。係能夠根據此電晶體電路之輸出電壓，來檢測出溫度。此種溫度感測器像素，係只要利用上述之任一者的半導體之電晶體形成部，並在該處進行溫度 計測即可。於此情況，溫度感測器像素係亦可並不佔據生物感測器之表面的區域。或者是，係亦可將此種對於FET作了利用的構成，作為獨立之溫度感測器元件來作配置。
在上述之任意之感測器元件中，係均可將有機濾波片及/或無機濾波片作組合使用。又，被使用之濾波片，例如，係亦可為顏料濾波片或者是染料濾波片等之光學濾波片，或者是該些之組合。進而，係亦可因應於所需而對於通過濾波片之光的頻率作選擇。只要因應於所需之頻率，來對於濾波片材料之種類、濾波片材料之組合以及作為濾波片全體之構成作適宜選擇即可。又，例如，係可使在1個的生物感測器中所包含之全部的感測器元件均具備有某一之濾波片，亦可僅使一部分之感測器元件具備有某一之濾波片。又，當在複數之感測器元件中包含有濾波片時，該些之所有的濾波片，係可互為相同，亦可互為相異，或者是亦可使一部分之濾波片互為相同或互為相異。
接著，參考圖面，針對生物感測器之電路構成作說明。
圖6以及圖7，係針對實施形態的生物感測器之電路構成，而對於其之概要例作展示。
生物感測器310，係具備有感測器陣列311、和行(row)控制器312、和讀出電路313。
感測器矩陣311，係具備有複數之基本區塊的陣列。複數之基本區塊，例如係相互具備有相同之布局以及相同之電路構成。在本例中，基本區塊B311，係具備有4個 的次區塊(像素)S0、S1、S2、S3。次區塊S0~S3之各者，係為離子感測器、電感測器以及光感測器之其中一者。
行控制器312，係對於被配置為矩陣狀的像素之資料檢測動作作控制。例如，行控制器312，係對於從各次區塊(感測器)而來的資料之讀出順序作控制。
例如，行控制器312，係產生致能訊號EN和刺激訊號ST和重置訊號RT以及傳輸訊號SL。
致能訊號EN和刺激訊號ST和重置訊號RT以及傳輸訊號SL，係對於在行方向上而並排之複數之基本區塊而共通地作賦予。於此，從行控制器312所供給之致能訊號EN、刺激訊號ST、重置訊號RT以及傳輸訊號SL，係亦可分別在各行之每一者而時間性地互為相異。更具體而言，係亦可在從被供給至某一行處之訊號形態起而作了特定之時間延遲的時序處，對於下一行而供給同樣的訊號形態。
在圖6中所示之致能訊號EN〔0：3〕〔i〕(i=0、1、...)、刺激訊號ST〔0：3〕〔i〕(i=0、1、...)、重置訊號RT〔0：3〕〔i〕(i=0、1、...)以及傳輸訊號SL〔0：3〕〔i〕(i=0、1、...)中的標記為〔i〕(i=0、1、...)之第2個括弧中所記載的編號，係代表行編號。 在圖7以及以下之說明中，係作為對於各行之每一者而供給時間性有所相異之訊號者，而將第2括弧所記載的編號省略。
若是將被賦予至基本區塊B處之訊號設為致能訊號EN〔0：3〕、刺激訊號ST〔0：3〕，則致能訊號EN〔0〕以及刺激訊號ST〔0〕，係被賦予至次區塊S0處，致能訊號EN〔1〕以及刺激訊號ST〔1〕，係被賦予至次區塊S1處。又，致能訊號EN〔2〕以及刺激訊號ST〔2〕，係被賦予至次區塊S2處，致能訊號EN〔3〕以及刺激訊號ST〔3〕，係被賦予至次區塊S3處。
重置訊號RT〔0：3〕，係為使將從感測器而來之檢測訊號作放大的放大器之輸入電壓作重置的訊號。傳輸訊號SL〔0：3〕，係為將放大器之輸出訊號傳輸至讀出電路313處之訊號。
若是將被賦予至基本區塊B處之訊號設為重置訊號RT〔0：3〕、傳輸訊號SL〔0：3〕，則重置訊號RT〔0〕以及傳輸訊號SL〔0〕，係被賦予至次區塊S0處，重置訊號RT〔1〕以及傳輸訊號SL〔1〕，係被賦予至次區塊S1處。又，重置訊號RT〔2〕以及傳輸訊號SL〔2〕，係被賦予至次區塊S2處，重置訊號RT〔3〕以及傳輸訊號SL〔3〕，係被賦予至次區塊S3處。
次區塊S0、次區塊S1、次區塊S2、次區塊S3，係分別將輸出訊號Vo0、輸出訊號Vo1、輸出訊號Vo2、輸出訊號Vo3輸出至讀出電路313處。
在圖6中所示之輸出訊號Vo0〔i〕(i=0、1、...)、輸出訊號Vo1〔i〕(i=0、1、...)、輸出訊號Vo2〔i〕(i=0、1、...)、輸出訊號Vo3〔i〕(i=0、1、...)中之 括弧中所記載的編號，係代表列編號。在圖7中，係作為對於各列之每一者而將輸出訊號輸出至讀出電路313處者，而將括弧所記載的編號省略。
圖8~圖13A以及圖13B，係對於次區塊之電路例作展示。各圖，例如，係為構成圖7之次區塊(感測器)S0~S3中之其中一者的感測器之例。i，係為0、1、2、3中之其中一者。
圖8~圖11之例，係為當次區塊乃身為離子感測器或電感測器時之例。
次區塊，係具備有基於刺激訊號ST〔i〕來對於電極Ei施加刺激電壓Vs之開關元件SW1、和基於重置訊號RT〔i〕來將放大器B之輸入重置為重置電壓VR之開關元件SW2、和基於致能訊號EN〔i〕來將從電極Ei而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW3、以及基於傳輸訊號SL〔i〕來將放大器B之輸出訊號Vo有效化之開關元件SW4。
開關元件SW1、SW2、SW3、SW4，係分別可使用P通道型MOS電晶體、N通道型MOS電晶體、或者是包含有此些之雙方的CMOS開關等。
又，放大器B，係可使用源極接地型放大器、汲極接地型放大器或者是差增型放大器等。
圖9之例，係為在圖8之例中而將開關元件SW4作了省略之例。圖10之例，係為在圖8之例中而將開關元件SW1作了省略之例。圖11之例，係為在圖8之例中而 將開關元件SW1、SW4作了省略之例。另外，於圖9~圖11之次區塊中，對於與圖8之次區塊相同的要素，係附加有相同之元件符號。
圖12之例，係為當次區塊乃身為光感測器時之例。
次區塊，係具備有基於重置訊號RT〔i〕來將放大器B之輸入重置為重置電壓VR、例如重置為電源電壓Vdd之開關元件SW2、和基於致能訊號EN〔i〕來將從光二極體(受光元件)PDi而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW3、以及基於傳輸訊號SL〔i〕來將放大器B之輸出訊號Vo有效化之開關元件SW4。
圖13A以及B之例，係為當次區塊乃身為重疊像素(Overlay pixel)時之例。
所謂重疊像素，係指將離子感測器或電感測器與光感測器作了組合的次區塊。例如，如同在元件構造中所作了說明一般，所謂重疊像素，例如，係指使離子感測器或電感測器之電極Ei與光感測器之光二極體PDi相互重疊並收容於1個的次區塊(像素)內之構造。
圖13A，係為包含有檢測對象之電性刺激的功能之次區塊之例。次區塊，係具備有基於刺激訊號ST〔i〕來對於電極Ei施加刺激電壓Vs之開關元件SW1、和基於重置訊號RT〔i〕來將放大器B之輸入重置為重置電壓VR、例如重置為電源電壓Vdd之開關元件SW2、和基於致能訊號EN〔i〕0來將從電極Ei而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW30、和基於致能訊號EN〔i〕1來 將從光二極體PDi而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW31、以及基於傳輸訊號SL〔i〕來將放大器B之輸出訊號Vo有效化之開關元件SW4。
圖13B，係為並未包含有檢測對象之電性刺激的功能之次區塊之例。次區塊，係具備有基於重置訊號RT〔i〕來將放大器B之輸入重置為重置電壓VR、例如重置為電源電壓Vdd之開關元件SW2、和基於致能訊號EN〔i〕0來將從電極Ei而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW30、和基於致能訊號EN〔i〕1來將從光二極體PDi而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW31、以及基於傳輸訊號SL〔i〕來將放大器B之輸出訊號Vo有效化之開關元件SW4。
圖14，係對於基本區塊之電路例作展示。
本例之特徵係在於：係針對基本區塊B11內之次區塊S0~S3，而將使放大器B作重置之開關元件(重置電晶體)SW2以及將放大器B之輸出訊號有效化的開關元件SW4作了共有化。
次區塊S0，係具備有電極E0、和基於刺激訊號ST〔0〕來對於電極E0施加刺激電壓Vs之開關元件SW10、和基於致能訊號EN〔0〕來將從電極E0而來之檢測訊號傳輸至放大器B處之開關元件SW30。
次區塊S3，係具備有電極E3、和基於刺激訊號ST〔3〕來對於電極E3施加刺激電壓Vs之開關元件SW13、和基於致能訊號EN〔3〕來將從電極E3而來之檢測訊號 傳輸至放大器B處之開關元件SW33。
當次區塊S1、S2係身為離子感測器或電感測器時，次區塊S1、S2，係具備有與次區塊S0、S3相同之要素。又，當次區塊S1、S2係身為光感測器時，次區塊S1、S2，例如係具備有圖12之光二極體PDi以及開關元件SW3。
基本區塊B11，係更進而具備有基於共通重置訊號RTcommon來將放大器B之輸入重置為重置電壓VR之開關元件SW2、和基於共通傳輸訊號SLcommon來將放大器B之輸出訊號Vo有效化之開關元件SW4。
藉由此種電路而從各感測器元件來讀出資料之順序，係只要因應於生物晶片所包含的感測器元件之種類等來因應於所需而任意決定即可。例如，在包含有光感測器元件、電感測器元件(例如，電流訊號感測器元件或電壓訊號感測器元件)、溫度感測器元件之生物晶片的情況時，係可藉由如同上述一般之順序來進行此些之讀出，亦可藉由其他之任意之順序來進行。又，係亦可因應於各感測器元件之感度來對於讀出順序或時間作調整。
又，上述之電路，係可作為對於從感測器元件而來之訊號的讀出作控制之讀出控制電路，而對於各感測器元件之每一者來分別作連接，亦可將複數之感測器元件連接於1個的電路處，亦可藉由由開關所致之切換來進行訊號之讀出。又，此種讀出電路，係亦可更進而具備有對於從感測器元件而來之訊號的讀出順序作控制之控制器、和在前 述控制器之控制下而將從前述感測器元件而來之該訊號輸出至外部之輸出電路。
除了對於從感測器元件而來之訊號的讀出作控制之讀出控制電路以外，生物感測器，係亦可當有必要針對從感測器元件而來之訊號而進行A/D轉換的情況等時，因應於所需而更進而具備有A/D轉換電路。又，更進而，除了讀出控制電路以外，生物感測器，係亦可更進而具備有將從感測器元件而來之訊號依據預先所設定的處理程序來進行處理之訊號處理電路。訊號處理電路，係亦被稱作處理電路，並例如係進行時間積分、自動歸零、截波、相關雙重取樣及/或相關多重取樣等之處理。又，生物感測器，係亦可更進而具備有將在該處所得到的結果送訊至外部之通訊電路，亦可更進而在前述基板上，具備有將與測定條件、測定程序、試料之間的關聯性及/或所得到的結果等作儲存之記憶體電路、對於生物感測器供給電之電源電路等。生物感測器所具備之電路，係可為上述之任意之電路，係可為該些之任意之組合。
接著，參考圖面，針對基本區塊之更進一步的構成作說明。
圖15~18，係對於基本區塊之數個例子作展示。圖15(a)之基本區塊，係為包含有4種類的感測器元件之例，亦即是，係為包含有離子濃度計測像素111、電極像素131、具有光學濾波片之光感測器像素161以及不具備有光學濾波片之光感測器像素171之例。與上述之例相同 的，此基本區塊係以2×2之矩陣而包含4個的感測器元件。
在包含此基本區塊之生物感測器中，係具備有下述一般之特徵。例如，當測定對象波長係為會透過光學濾波片之波長的情況時，取得光資訊之2種類的像素(亦即是，具有濾波片之光感測器像素161和不具有濾波片之光感測器像素171)的雙方均能夠作為感測器像素而起作用，藉由將此些配置在對角位置上，通過光學濾波片之波長的光，係使空間解析度作倍之提昇。亦即是，若是將1個的感測器元件之一邊設為a，則當光學濾波片之間之節距係為2a的情況時，實效性之節距係成為a(圖15(b))。又，針對藉由電極感測器像素131和離子濃度計測像素111所得到的資訊，係可藉由對於從與該些相鄰接之光感測器像素161以及171而來之資訊作利用並如同上述一般地分別進行內插，而使空間解析度提昇。
圖16之基本區塊，係作為4種類之感測器元件，而包含有第1離子濃度計測像素111a(離子(A))、第2離子濃度計測像素111b(離子(B))、第3離子濃度計測像素111c(離子(C))以及第4離子濃度計測像素111d(離子(D))。
若依據具備有此基本區塊之生物感測器，則係能夠同時對於4種類的離子進行計測。又，係能夠使用各者之離子載體的既知之選擇係數，來對於非特異性之離子濃度回應(亦即是，起因於並非身為檢測對象之其他離子所導致 之反應)作修正。藉由此，係能夠使實效性之選擇係數提昇。具體而言，藉由複數種類之離子載體所計測出之各離子的濃度，係以下述之式來作表現：y=A‧x於此，x係為各離子之真實的濃度向量，y係為各離子之計測濃度向量，A係為選擇係數矩陣。
當存在有選擇性為理想之離子載體的情況時，矩陣A係成為僅具備有對角成分之矩陣，但是，實際之離子載體，係為對於其他種類之離子也會產生微弱的回應。但是，係能夠將其之選擇係數矩陣作為既知。故而，藉由計算出其之逆矩陣A-1，並求取出與計測結果間之內積，係成為能夠以相較於藉由單一之離子載體來作了計測時而更高的精確度，來得到各離子之濃度x：x=A-1‧y。
另外，成為分析對象物之離子，例如，係可列舉出氫離子、鈉離子、鉀離子、鈣離子、氯化物離子、氨離子等，但是，係並不被限定於此。
圖17之基本區塊，係包含有6種類之感測器元件，亦即是包含有第1離子濃度計測像素111a(離子(A))、第2離子濃度計測像素111b(離子(B))、第3離子濃度計測像素111c(離子(C))、電極感測器像素131、具有光學濾波片之光感測器像素161以及未包含有光學濾波片之光感測器像素171。
又，在此基本區塊中，電極感測器像素131，係具備有其他像素之4個的量的面積。又，係沿著電極感測器像 素131之2個的邊而各配置2個的像素，並在其之間的電極感測器像素131之對角線上被配置有又一個的像素。
具備有此基本區塊之生物感測器的特徵，係在於混合搭載有6種類的像素。進而，藉由使具有濾波片之光感測器像素161和未包含有濾波片之光感測器像素171相鄰接，係能夠將讀出電路作共有。又，藉由使第1離子濃度計測像素111a、第2離子濃度計測像素111b以及第3離子濃度計測像素111c並列，係能夠更為良好地進行此些之離子感應膜的形成。例如，係能夠以分別具備有射出離子(A)、離子(B)以及離子(C)之各者的感應膜之噴墨頭之噴墨印表機來一齊進行掃描塗布，製造速度係提昇。
進而，電極感測器像素，係為最為需要感度之像素。因此，係分配有其他之像素的4倍之面積。其他之像素，例如離子濃度計測像素或光感測器像素，係可藉由以處理電路來進行時間積分，而達成高感度化。然而，在電極感測器像素的情況時，當在分析對象物乃身為細胞的情況等時，其之活動電位係需要訊號具有10kHz之時間精確度。因此，係並無法進行由處理電路所致之時間積分。故而，係藉由感測部之大面積化，來實現高感度化。
圖18之基本區塊，係包含有離子濃度計測像素111、電極感測器像素131以及2個的光感測器像素171a、171b。於此，2個的光感測器像素171a以及171b，係均具備有離子濃度計測像素111之2個的量的面 積。又，與圖17相同的，電極感測器像素131，係具備有離子濃度計測像素111之4個的量的面積。又，係沿著電極感測器像素131之2個的邊之各者而分別配置2個的光感測器像素171a以及171b。又，於該些之間，係在電極感測器像素131之對角線上，被配置有離子濃度計測像素111。
具備有此基本區塊之生物感測器的特徵係在於：此基本區塊係被以規則性之矩陣狀而作複數配置，電極感測器像素131之四方，係被長方形上之光感測器像素171a以及171b所包圍。藉由對周圍作了包圍的複數之光感測器像素171a以及171b，係能夠判定在電極感測器像素131上是否存在有分析對象物。在此種構成之基本區塊中，光感測器像素171之短邊的長度係只要任意作選擇即可。
於圖19~圖25中，展示更進一步之實施形態之例。此些之實施形態，係將作為第1感測部之光檢測用之感測部、和作為第2感測部之電極或其他檢測用之感測部，配置在1個的區域中。並且，係為能夠藉由此而在1個的像素中進行施加或2個的感測之例。將此種構造稱作重疊構造。
在圖19中，係對於具備有此種感測器像素之生物感測器的剖面作展示。生物感測器，係在半導體基板上，具備有藉由由氧化矽所成之格子狀的區劃壁104所區劃出之複數之像素(感測器元件)。生物感測器，係包含有矽基板101、和被層積形成於基板101上之氧化矽膜102、和 被形成於氧化矽膜102之表面上的氮化矽膜103、以及被形成於氮化矽膜103之表面上的部份。氧化矽膜102之內部的構造，係將複數層之配線105藉由以導體材料所形成的通孔來相互作電性連接，而形成之。
例如，在圖19之區劃壁104的格子內，係從左側起，而被形成有具備光感測部與電極之第1感測部411、和具備有光感測部與化學物質感測部之第2感測部412、和具備有光感測部與化學物質感測部之第3感測部413、以及具備有光感測部與化學物質感測部之第4感測部414。被形成於感測部之下方的配線，係被與電晶體(未圖示)作連接。該電晶體，係可位於感測器像素正下方之基板101上、亦可位於感測部之周邊部處。
在格子狀之區劃壁104與感測部412的一個邊之間、在格子狀之區劃壁104與感測部413的一個邊之間、以及在格子狀之區劃壁104與感測部414的一個邊之間，係分別被形成有導體壁183。導體壁183，係被與包含有配線106、105之配線層作連接。導體壁183，例如係可藉由Pt、Ti、Au等來構成。
在位置於前述第1~第4感測器部411~414之正下方的矽基板101部分處，係分別被形成有光二極體(受光元件)108。在第1~第4感測器部411、412、413、414之正下方處，係並不存在有配線105，而成為能夠藉由光二極體108來受光從各感測器部411、412、413、414而來之光。換言之，係藉由複數層之配線105，而防止從各 感測部411、412、413、414而來之光漏光至相鄰接之光二極體108處並被受光的情形。
感測部411，係具備有透明電極182。感測部412，係具備有透明電極182和被層積於該處之化學物質感應膜112。感測部413，係具備有相接於氮化矽膜103之下面而被形成的無機濾波片152、和被層積於氮化矽膜103之上面的有機濾波片163、以及被層積於有機濾波片163上之透明電極182。感測部414，係具備有被層積於氮化矽膜103之上面的無機濾波片152、和被層積於無機濾波片152上之有機濾波片163、以及被層積於有機濾波片163上之透明電極182。
從第1~第4感測部411、412、413、414所具備之透明電極182而來的訊號，係分別透過被與導體183作連接之配線106，而被送至被與其作了連接的電晶體(未圖示)處。
在此種第1~第4感測部411、412、413、414處，係從配線106來通過導體183而將電壓施加至透明電極182處，並藉由此來使透明電極182上之分析對象物泳動或者是感應，或者是對於分析對象物賦予電性刺激。又，在此狀態下而被照射之光，係分別藉由光二極體108而被檢測出來。
圖20(a)以及(b)，係為將光感測器像素和導體電極配置在1個的像素中之實施形態之例。圖20(a)，係為生物感測器之平面圖，圖20(b)，係為其剖面圖。 生物感測器，係具備有將各像素作包圍一般之絕緣性之包圍構造104、和藉由導電性之導體壁183而被與配線層105作了連接的透明導電性電極(透明電極)182。導體壁183，係鄰接於格子狀之區劃壁104並且與透明電極182之下面相接，而被形成。在透明電極182之下層處，係被層積有微透鏡(光學透鏡)500。在位置於各透明電極182之正下方的矽基板101部分處，係分別被形成有光二極體(受光元件)108。在各透明電極182之正下方處，係並不存在有配線105，而成為能夠藉由光二極體108來受光透過了各透明電極182之光。包圍構造104以及複數層之配線105，係防止從各透明電極182而來之光漏光至相鄰接之光二極體108處並被受光的情形。
從透明電極182而來的訊號，係分別透過被與導體183作連接之配線106，而被送至被與其作了連接的電晶體(未圖示)處。
此種生物感測器，係亦可更進而在透明導電性電極182之上層處形成化學物質感應性膜。藉由此種構成，係能夠使1個像素具備有2種類之功能。藉由此，係能夠並不使空間解析度降低地而進行多項目化。於下，針對在透明導電性電極182之上層處具備有化學物質感應性膜的實施形態之例作說明。
圖21，係為將光感測部和被層積於其上之化學物質感測部配置在1個的像素中之實施形態之例。圖21(a)，係為生物感測器之平面圖，圖21(b)，係為其 剖面圖。此生物感測器，除了更進而包含有化學物質感測部以外，係具備有與圖20之生物感測器相同的構成。
藉由如此這般地在透明電極182之上層積化學物質感應膜510，係亦能夠對於特定之化學物質之濃度變化作計測。例如，若是將氮化矽感應膜，則係能夠計測氫離子濃度。又，氫離子感應膜，係亦可代替氮化矽膜，而採用矽氧化膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等。或者是，藉由將添加有與金屬離子特異性地結合之離子載體的高分子膜作為感應膜來使用，係能夠計測特定之金屬離子的濃度。高分子膜之其中一例，係為聚氯乙烯膜。於此，亦同樣的，將透明電極182與鄰接像素相互絕緣之包圍構造104，係亦會在化學物質感應膜510之形成中而適當地作用。例如，在藉由噴墨印刷法來進行化學物質感應膜510之形成的情況時，藉由針對各像素之各者而塗布不同的化學物質感應膜，係亦能夠對於複數種類之化學物質進行計測。配線105之前端，係被與計測電路(未圖示)作連接，並將化學物質濃度之變化作為電性訊號而感測出來。該計測電路，係可位於各像素之近旁，亦可位於像素感測區域之周邊部處。
圖22，係為使圖20中所示之生物感測器更進而在微透鏡(光學透鏡)500之下面具備有光學濾波片520的實施形態。
在此實施形態中，藉由光學濾波片520之使用，係以光學濾波片520來吸收特定之波長並對於透明電極182和 光二極體108而使特定之波長透過。光學濾波片520，係可為有機濾波片、無機濾波片或者是該些之組合。有機濾波片，例如係可為使用有顏料或染料之濾波片，無機濾波片，例如係可為多層膜濾波片或電漿子濾波片。無機濾波片中之多層膜濾波片，係可被形成於氮化矽膜103之下面、亦可被形成於氮化矽膜103之上面。由於係難以將由氧化矽所致之格子狀之區劃壁104的高度增高，因此，當在多層膜中所需要之層數為多的情況時，係以埋入至氮化矽膜103之下面為理想。當層數為少的情況時，係以形成於氮化矽膜103之上面為理想。多層膜濾波片之例，係亦可為將氧化矽和氧化鋯交互作層積者。膜厚，較理想，係藉由將氧化矽設為62±5nm並將氧化鋯設為38±5nm，而可相對於510nm之波長來將360nm±30nm波長之光良好地反射。具體而言，藉由將上述2種之膜成對而層積30，係能夠得到1/100000之除去比。此些之光學濾波片，例如係亦可利用於將在螢光計測中之激勵光除去並使螢光透過的目的中。
參考圖23~圖25，更進而針對在具備有如同圖20~圖22中所示一般之重疊構造的實施形態中之電路構成作說明。
在圖23中，係對於可具備有與圖20中所示之生物感測器略相同的構造之電路構成之其中一例作展示。圖23(a)，係為對於電路構成作展示之平面圖，圖23(b)，係為對於與其相對應之構造作展示之平面圖，圖23 (c)，係為其剖面圖。
生物感測器，係具備有將各像素作包圍一般之絕緣性之包圍構造104、和藉由導電性之導體壁183而被與配線層105作了連接的透明導電性電極(透明電極)182。導體壁183，係鄰接於格子狀之區劃壁104之一邊並且與透明電極182之下面相接，而被形成。在透明電極182之下層處，係被層積有微透鏡(光學透鏡)500。在位置於各透明電極182之正下方的矽基板101部分處，係分別被形成有光二極體(受光元件)108。在各透明電極182之正下方處，係並不存在有配線105，而成為能夠藉由光二極體108來受光從各透明電極182而來之光。絕緣性之包圍構造104，係以具備有遮光性為理想。藉由此，係能夠防止從透明電極182而來之光漏光至相鄰接之受光元件108處並被受光的情形。透明電極之材料，係如同上述一般。
在此生物感測器中，係可對於受光元件108和透明電極182而形成電路部分。圖23(a)，係為被與受光元件108相連接而作配置的電路之其中一例之概要。此例，係為1V1H之例，在各像素之每一者處，係被配置有1個的電路，於該處，係包含有放大器(Amp)、第1開關元件(E)以及第2開關(RT)。此種電路，例如，係亦可與圖13A或圖13B中所示之電路構成同樣地來構成。
此種生物感測器，係亦可更進而在透明導電性電極182之上層處形成上述之任一者之化學物質感應性膜。藉由將包圍構造104之高度預先設為較透明電極182之上面 而更高，係能夠防止在塗布化學物質感應性膜材料時所可能發生的對於周圍之漏出作抑制。
如此這般，若依據重疊構造，則係能夠並不使空間解析度降低地而進行多項目化。
進而，在圖24~25中，係作為更進一步之例，而對於將讀出電路與鄰接像素作共有的構造之例作展示。
圖24，係為在縱2像素處而將讀出電路作共有的情況之其中一例。在此生物感測器中，係具備有在縱橫之線上而使2個像素之1個的檢測像素交互相異之構造。第1感測器像素，係為僅進行光感測之光感測器像素(亦即是，光感測器元件)，第2感測器像素，係為進行光感測和電感測之感測器像素。在此感測器元件中，於圖20所示之生物感測器的構造中之溝渠通孔185，係並非為鄰接於格子狀之區劃壁104之一邊地來作配置，而是於檢測元件之中央處與透明電極182之下面相接，而被形成。在位置於透明電極182之正下方的矽基板101部分處，係分別被形成有光二極體(受光元件)108，但是，溝渠通孔185，係一直延伸至受光元件108處並與其作連接。又，在溝渠通孔185之周圍處，從透明電極182而來之光係會一直到達至受光元件108a處，受光元件108a係成為能夠將光作受光。另一方面，受光元件108b係藉由溝渠通孔185而被遮光，而已不會作為受光元件而起作用，並作為與透明電極182作電性連接之端子而起作用。
讀出電路，係在縱2像素之鄰接、亦即是在第1感測 器像素和第2感測器像素之間而被共有。此種交錯方式，係亦可藉由對於既存之汎用影像感測器製品作改造，來得到之。於此情況，由於係並不需要對於前端工程(FEOL)作變更，因此係為有利。
圖25，係為在縱2像素處而將讀出電路作共有的情況之另外一例。在此生物感測器中，係具備有進行光感測和電感測之感測器像素。在此感測器元件中，於圖20所示之生物感測器的構造中之溝渠通孔185，係並非為鄰接於格子狀之區劃壁104之一邊地來作配置，而是在與格子狀之區劃壁104之一邊相對應的位置處，以取代區劃壁104之一邊的方式而被作配置。進而，溝渠通孔185，係與透明電極182之下面相接，而被形成。在此重疊方式的情況時，係於FEOL中追加有電極用之開關Tr.(E)，而達成完全之層積構造。
例如，不論是在圖24~圖25中所示一般之方式的何者中，均能夠於像素電路處更進而追加選擇電晶體。又，在此種生物感測器中，係亦可在透明構件或透明電極182之上層或下層處，具備有彩色濾光片等之光學濾波片。
在於此所示之進行光感測之實施形態中，微透鏡之配置係為任意，可從上述所記載之包含有微透鏡的實施形態中而將其除去，亦可對於未包含有微透鏡之實施形態而追加微透鏡。
進而，在上述記載中，雖係針對縱2像素鄰接之例來作了展示，但是，亦可藉由橫鄰接(1V2H)、縱橫鄰接 (2V2H)、乃至於縱橫複數像素(例如，4V1H、4V2H)一般之其他的任意之方式，來在複數之像素之間而將讀出電路作共有。
在上述之具備有透明電極182之實施形態中，係亦可具備有對於透明電極182施加電壓或電流之功能。又，在此種構成的情況時，例如，係可設置對於與透明電極182之間的連接作控制之開關Tr.(F)。進而，係亦可將其與放大器作連接。藉由施加電壓或電流，係能夠一面對光學像作計測，一面對於透明電極上之分析對象物進行電性刺激。對於對在刺激前後之分析對象物的變化作觀察的情況而言，係為有用。又，藉由對於透明電極182施加電壓或電流，係亦能夠一面對光學像作計測，一面進行電泳動或感應電泳動。
藉由此種構造，係能夠同時進行複數之測定、檢測，例如係能夠同時進行pH感測、化學物質之檢測、濃度測定、電流或電壓之測定、電位測定、電位變化之測定、光觀察、螢光強度之測定及/或溫度測定等，並且亦進而能夠同時地施加電性刺激、進行電泳動或感應泳動等。
於以下，對於依據實施形態而在生物感測器中所包含的至少3種類的感測器元件之具體性的例子作展示。該些之至少3種類之感測器元件，係只要以相互具有相異之功能的方式來作選擇即可。例如，就算是同樣地選擇了3個的化學物質感測器元件，只要所應檢測出之化學物質係為相異，則該些亦係為3種類之感測器元件。
(1)在感測部分處包含有化學物質感應性膜之化學物質感測器元件；(2)在感測部分處包含有氫離子感應性膜之pH感測器元件；(3)在感測部分處包含有金屬離子感應性膜之金屬離子濃度感測器元件；(4)在感測部分處包含有金屬層和被層積於前述金屬層上之絕緣層之電極感測器元件；(5)在感測部分處包含有第1金屬層和被層積於前述金屬層上之第2金屬層之電極感測器元件；(6)在感測部分處包含有至少2層之無機光學濾波層和被層積於較前述無機光學濾波層而更上方之至少1層的有機光學濾波層之光感測器元件；(7)在感測部分處包含有光透過性構件和接收通過了前述光透過性構件之光的受光元件之光感測器元件；(8)在感測部分處包含有透明電極和接收通過了前述透明電極之光的受光元件之光電感測器元件；(9)在感測部分處包含有透明電極和被層積於透明電極上之化學物質感應膜之化學物質、電感測器元件；(10)在感測部分處包含有至少1層之有機光學濾波層及/或至少2層之無機光學濾波層，以及透明電極之電、光感測器元件；以及(11)在感測部分處包含有至少2層之無機光學濾波層和被層積於較前述無機光學濾波層而更上方之至少1層 的有機光學濾波層，以及被層積於前述有機光學濾波層之上方的透明電極之電、光感測器元件。
於此，所謂「分析對象物」，係可為進行檢測或分析之任意之物質。例如，分析對象物，係亦可為生體組織切片、單離細胞、培養細胞、培養組織、細胞膜、抗體、血液、血漿、血清、尿、便以及黏膜等之由來於動物的試料。或者是，亦可為由來於植物、土壤、河川、湖水以及大氣等之環境的任意之試料。又，係亦可將病毒、細菌以及寄生蟲等之微生物等作為試料。或者是，亦可為包含有核酸、蛋白質、乙醯膽鹼、多巴胺等的生體關連物質之化學物質、H+、K+、Na+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Cl-、SO4-等之任意之離子等。
上述一般之實施形態之生物感測器，針對任意之分析對象物，均能夠針對複數之檢查項目、亦即是針對多項目，而以良好效率來進行試驗。
藉由此種生物感測器，例如，係可使用組織切片或培養細胞等，而良好地同時進行在該處之電位的變化、離子動態、分析物之解析、形態觀察等。
依據實施形態之生物感測器，係並不被限定於此些，而可在包含生理學、藥理學、生物學以及醫學等之各種技術領域中作利用。又，當然的，依據實施形態之生物感測器，係亦可利用在生物領域以外之技術領域中。
雖係針對本發明之數個實施形態作了說明，但是，此些之實施形態，係僅為例示，而並非為對發明之範圍作限 定者。此些之實施形態，係可藉由其他之各種形態來實施，在不脫離發明之要旨的範圍內，係可進行各種之省略、置換、變更。此些之實施形態或其變形，係亦被包含於發明之範圍或要旨中，並且亦同樣的被包含在申請專利範圍中所記載的發明及其均等範圍內。
110‧‧‧感測器矩陣
111a、111b、111c、111d‧‧‧離子濃度計測像素
120a、120b、120c、120d‧‧‧感測器像素
121a、121b、121c、121d‧‧‧氫離子濃度計測像素
131a、131b、131c、131d‧‧‧電性計測像素
171a、171b、171c、171d‧‧‧光感測器像素

Claims (11)

  1. 一種生物感測器，其特徵為：係具備有基板、和存在於前述基板上之二維區域中的感測器矩陣，前述感測器矩陣，係藉由複數之基本區塊所構成，該些複數之基本區塊，係具備有具備包含透明電極之感測部的至少3種類之感測器元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，前述感測部，係朝向前述生物感測器之1個的表面側，前述感測器矩陣，係作為全體而構成感測器像素陣列。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，前述至少3種類之感測器元件，係以相互具有相異之功能的方式，而身為化學物質感測器元件、光感測器元件及/或電感測器元件。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之生物感測器，其中，前述至少3種類之感測器元件，係包含有化學物質感測器元件、光感測器元件及電感測器元件。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，前述至少3種類之感測器元件，係以相互具有相異之功能的方式，而從以下之群中選擇至少一者：(1)包含接收通過了前述透明電極之光的受光元件之光電感測器元件；(2)包含被層積於前述透明電極上的化學物質感應 膜之化學物質、電感測器元件；(3)在前述感測部處包含至少1層的有機光學濾波層及/或至少2層的無機光學濾波層和前述透明電極之電、光感測器元件；以及(4)在前述感測部處包含至少2層的無機光學濾波層和被層積在較前述無機光學濾波層而更上方處之至少一層的有機光學濾波層和被層積於前述有機光學濾波層之上方的前述透明電極之電、光感測器元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，前述至少3種類之感測器元件，係以相互具有相異之功能的方式，而從以下之群中選擇至少一者：(1)在前述感測部處包含化學物質感應性膜之化學物質感測器元件；(2)在前述感測部處包含氫離子感應性膜之pH感測器元件；(3)在前述感測部處包含金屬離子感應性膜之金屬離子濃度感測器元件；(4)在前述感測部處包含金屬層和被層積於前述金屬層上之絕緣層之電極感測器元件；(5)在前述感測部處包含第1金屬層和被層積於前述金屬層上之第2金屬層之電極感測器元件；(6)在前述感測部處包含至少2層的無機光學濾波層和被層積在較前述無機光學濾波層而更上方處之至少一層的有機光學濾波層之光感測器元件； (7)在前述感測部處包含光透射性構件和接收通過了前述光透射性構件之光的受光元件之光感測器元件。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，係更進而在前述基板上具備有溫度感測器像素。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，係更進而在前述基板上，具備有針對前述感測器元件之各個種類的每一者而將從該感測器元件而來之訊號讀出的第1電路部分。
  9. 如申請專利範圍第1項所記載之生物感測器，其中，係更進而在前述基板上，具備有將從各個的前述感測器元件而來之檢測訊號分別讀出的第2電路部分。
  10. 如申請專利範圍第8項所記載之生物感測器，其中，前述第1或第2電路部分，係具備有對於從前述感測器元件而來之訊號的讀出順序作控制之控制器、和在前述控制器之控制下，將從前述感測器元件而來之該訊號輸出至外部之輸出電路。
  11. 如申請專利範圍第8項所記載之生物感測器，其中，係更進而在前述基板上，具備有連接於前述第1電路部分或前述第2電路部分處的A/D轉換電路、訊號處理電路、通訊電路、記憶體電路及/或電源電路。
TW104143872A 2014-12-26 2015-12-25 Biosensor TWI638999B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014265521 2014-12-26
JP2014-265521 2014-12-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201629484A true TW201629484A (zh) 2016-08-16
TWI638999B TWI638999B (zh) 2018-10-21

Family

ID=56150533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104143872A TWI638999B (zh) 2014-12-26 2015-12-25 Biosensor

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10563241B2 (zh)
JP (1) JP6461196B2 (zh)
CN (1) CN107110818A (zh)
TW (1) TWI638999B (zh)
WO (1) WO2016104517A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI616655B (zh) * 2016-11-17 2018-03-01 國立中山大學 溶液性質感測器及其製造方法
TWI826089B (zh) * 2016-11-03 2023-12-11 大陸商深圳華大智造科技有限公司 用於生物或化學分析的生物感測器以及製造其的方法
TWI825609B (zh) * 2021-10-14 2023-12-11 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 生物分子影像感測器及其用於偵測生物分子的方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6239562B2 (ja) 2015-09-14 2017-11-29 株式会社東芝 照明デバイスおよびそれを備えるバイオ情報計測装置
JP6239665B2 (ja) 2016-03-16 2017-11-29 株式会社東芝 半導体装置
JP6668176B2 (ja) 2016-06-16 2020-03-18 株式会社東芝 センサ
US10315914B2 (en) * 2016-06-27 2019-06-11 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Reconstructed wafer based devices with embedded environmental sensors and process for making same
JP6714259B2 (ja) * 2016-08-03 2020-06-24 国立大学法人 東京大学 測定装置及び測定方法
TWI614486B (zh) * 2016-08-31 2018-02-11 怡智科技有限公司 電導測定裝置及測定方法
JP2020085666A (ja) * 2018-11-26 2020-06-04 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 生体由来物質検出用チップ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム
US10796928B1 (en) * 2019-06-27 2020-10-06 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Wiring structure and method for manufacturing the same
KR102289671B1 (ko) * 2019-10-23 2021-08-13 동우 화인켐 주식회사 바이오 센서
JP2022101978A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 浜松ホトニクス株式会社 イオンセンサ及びイオンセンサの製造方法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8717036D0 (en) * 1987-07-18 1987-08-26 Emi Plc Thorn Sensor arrangements
US5120421A (en) * 1990-08-31 1992-06-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Electrochemical sensor/detector system and method
US6297025B1 (en) 1994-06-13 2001-10-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Measurement of complete electrical waveforms of tissue or cells
US5563067A (en) 1994-06-13 1996-10-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Cell potential measurement apparatus having a plurality of microelectrodes
JP3204875B2 (ja) 1994-06-13 2001-09-04 松下電器産業株式会社 細胞電位測定装置
US6890762B1 (en) 1996-01-24 2005-05-10 Matsushita Technical Information Services Co., Ltd. Method for measuring physiocochemical properties of tissues of cells, method for examining chemicals, and apparatus therefor
WO2000001848A1 (fr) * 1998-07-01 2000-01-13 Hitachi, Ltd. Appareil et methode de criblage de polynucleotide
JP4137239B2 (ja) 1998-08-03 2008-08-20 株式会社堀場製作所 Ｉｓｆｅｔアレイ
JP2003513275A (ja) * 1999-11-04 2003-04-08 アドバンスド センサー テクノロジーズ， インコーポレイテッド 統合された制御および解析回路を備えた微視的なマルチサイトセンサアレイ
JP2004534226A (ja) * 2001-06-29 2004-11-11 メソ スケイル テクノロジーズ，エルエルシー 発光試験測定用のアッセイプレート、リーダシステム及び方法
JP3688611B2 (ja) * 2001-09-10 2005-08-31 株式会社東芝 センサアレイ
JP4133028B2 (ja) * 2002-06-25 2008-08-13 独立行政法人科学技術振興機構 融合型化学・物理現象検出装置
JP2006317151A (ja) * 2005-05-10 2006-11-24 Hitachi Ltd 生体発光測定装置
JP4910127B2 (ja) 2006-03-03 2012-04-04 国立大学法人 東京大学 半導体温度センサ回路，半導体集積回路および半導体温度センサ回路の調整方法
JP4828976B2 (ja) 2006-03-17 2011-11-30 芝浦メカトロニクス株式会社 フラットパネルディスプレイ及びフラットパネルディスプレイ製造システム
US7727723B2 (en) * 2006-04-18 2010-06-01 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based pyrosequencing
JP4825976B2 (ja) 2006-08-03 2011-11-30 国立大学法人豊橋技術科学大学 ｐＨ検出装置
TWI375023B (en) 2007-10-05 2012-10-21 Univ Nat Taiwan A cellular microarray and its microfabrication method
JP2009276976A (ja) 2008-05-14 2009-11-26 Hitachi Maxell Ltd 撮像装置及び生体情報取得装置
JP2010039659A (ja) 2008-08-04 2010-02-18 Hitachi Displays Ltd 光センサ装置および認証機能付き画像表示装置
US8545683B2 (en) * 2008-09-11 2013-10-01 Arizona Board Of Regent For And On Behalf of Arizona State University Systems and methods for integrated detection
JP5614928B2 (ja) * 2008-12-05 2014-10-29 国立大学法人 東京医科歯科大学 心筋毒性検査装置、心筋毒性検査チップおよび心筋毒性検査方法
JP2011242437A (ja) 2010-05-14 2011-12-01 Olympus Corp 多層膜フィルター、及び、それを用いた蛍光顕微鏡
US8803509B2 (en) * 2010-06-01 2014-08-12 Georgia Tech Research Corporation Modular nano and microscale sensors
JP5397333B2 (ja) 2010-07-01 2014-01-22 セイコーエプソン株式会社 半導体装置、並びに、センサ素子及び半導体装置の製造方法
JP5531886B2 (ja) * 2010-09-29 2014-06-25 大日本印刷株式会社 バイオセンサシステム
JP5809010B2 (ja) * 2010-10-29 2015-11-10 シスメックス株式会社 検出物質の検出装置、電極基板、作用電極、検査チップ、検出物質の検出方法および被検物質の検出方法
JP2012095803A (ja) 2010-11-01 2012-05-24 Nara Institute Of Science & Technology 生体光双方向情報交換システム及び該システムの制御方法
JP2012207991A (ja) 2011-03-29 2012-10-25 Rohm Co Ltd イメージセンサ
JP2013092393A (ja) * 2011-10-24 2013-05-16 Sony Corp ケミカルセンサ、生体分子検出装置及び生体分子検出方法
JP2013220066A (ja) * 2012-04-17 2013-10-28 Hitachi Ltd センサチップ及びそれを用いた測定方法
US9835634B2 (en) * 2012-05-17 2017-12-05 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Coupled heterogeneous devices for pH sensing
WO2014169218A2 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Materials, electronic systems and modes for active and passive transience
CN103630571B (zh) * 2013-09-12 2015-08-19 中国科学院电子学研究所 一种微纳阵列传感器及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI826089B (zh) * 2016-11-03 2023-12-11 大陸商深圳華大智造科技有限公司 用於生物或化學分析的生物感測器以及製造其的方法
TWI616655B (zh) * 2016-11-17 2018-03-01 國立中山大學 溶液性質感測器及其製造方法
TWI825609B (zh) * 2021-10-14 2023-12-11 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 生物分子影像感測器及其用於偵測生物分子的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10563241B2 (en) 2020-02-18
CN107110818A (zh) 2017-08-29
WO2016104517A1 (ja) 2016-06-30
TWI638999B (zh) 2018-10-21
US20170306383A1 (en) 2017-10-26
JPWO2016104517A1 (ja) 2017-08-10
JP6461196B2 (ja) 2019-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI638999B (zh) Biosensor
CN102375016B (zh) 具有背景电流操纵的背侧受激传感器
Hizawa et al. Fabrication of a two-dimensional pH image sensor using a charge transfer technique
Sawada et al. A novel fused sensor for photo-and ion-sensing
EP2201368B1 (en) A sensor, a sensor array, and a method of operating a sensor
US20190339229A1 (en) Methods and apparatus for measuring analytes using large scale fet arrays
US20140234981A1 (en) Double gate ion sensitive field effect transistor
JP2007207789A (ja) 固体撮像素子及び該素子を用いた撮像装置
JP2012207991A (ja) イメージセンサ
Hu et al. A large-scale multimodal CMOS biosensor array with 131,072 pixels and code-division multiplexed readout
Duarte-Guevara et al. Characterization of a 1024× 1024 DG-BioFET platform
US20110275538A1 (en) Measurement of biological targets
CN110662957B (zh) 代谢物检测设备和对应的检测方法
US20150204786A1 (en) Emission intensity measuring device
Nakazawa et al. Multimodal bio-image sensor for real-time proton and fluorescence imaging
Nakazawa et al. A fused pH and fluorescence sensor using the same sensing area
Sawada et al. Ion image sensors and their application for visualization of neural activity
US20220214304A1 (en) Integrated platforms for microscale spatially-resolved electrochemical measurements
Imai et al. Biosensor
Sun et al. A 64× 64 high-density redox amplified coulostatic discharge-based biosensor array in 180nm CMOS
Futagawa et al. Realization of 1 million pixel charge transfer type ion image sensor with 12 µm pixel pitch
Pieler et al. Printed photonics for lab-on-chip applications
Ide et al. Realization of a filter-free wavelength image sensor and imaging system for visualization of wavelength information
Sawada et al. Multimodal bioimage sensor
Nakazawa et al. Multimodal proton and fluorescence image sensor for bio applications