WO2024150623A1 - 電気化学センサユニット、匂い成分用電気化学センサユニット、および電気化学センサユニットの製造方法 - Google Patents

電気化学センサユニット、匂い成分用電気化学センサユニット、および電気化学センサユニットの製造方法 Download PDF

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electrochemical sensor
sensor unit
sensitive
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electrode
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PCT/JP2023/045599
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奈緒 吉本
友策 杉森
祐理 加藤
直樹 西
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • 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
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • 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
    • G01N27/416—Systems

Definitions

  • This technology relates to an electrochemical sensor unit, an electrochemical sensor unit for odor components, and a method for manufacturing an electrochemical sensor unit.
  • Electrochemical sensors are one of the most common sensors used in industry today and are used in a wide range of applications, including gas detection, water quality testing, bioanalysis, and food testing. This type of sensor can be used to detect chemicals based on electronic parameters generated using electrochemical reactions that are derived from the type and concentration of the chemical.
  • Patent Document 1 discloses technology related to an odor sensor that detects odorous substances, which are an example of chemical substances.
  • each of the sensitive membranes whose physical properties change in response to chemical substances, be spaced apart. This allows the electrochemical sensor unit to be equipped with, for example, multiple types of sensitive membranes.
  • Patent Document 1 does not mention the technology for spacing the sensitive membranes.
  • the main objective of this technology is to provide an electrochemical sensor unit, an electrochemical sensor unit for odor components, and an electrochemical sensor unit that can detect multiple chemical substances in a sample with high accuracy by arranging the sensitive membranes at a distance.
  • the device includes two or more electrochemical sensor units each connected to an AC signal generating unit, Each of the electrochemical sensor units has a sensitive film whose physical properties change in response to a chemical substance in a sample,
  • the electrochemical sensor unit is provided such that, in a plan view, the sensitive films are spaced apart from each other via at least one of an insulating film and an electrode. At least a portion of the electrochemical sensor units may be arranged in an array.
  • the two or more electrochemical sensor units may have different types of sensitive films.
  • the sensitive membrane has a contact surface that comes into contact with the chemical substance;
  • the contact surfaces of two or more of the electrochemical sensor units may have different sizes. The size of the contact surface may vary depending on the type of the sensitive membrane.
  • the frequencies of the AC signal generating units input to the two or more electrochemical sensor units may be different from each other.
  • the frequency of the AC signal generating unit input to the two or more electrochemical sensor units may differ depending on at least one of the type and size of the sensitive film.
  • the electrochemical sensor unit further includes one or more response signal output circuits for outputting a response signal from the electrochemical sensor portion, At least a part of the response signal output circuit has an IQ conversion circuit, At least some of the electrodes may include IQ electrodes connected to the IQ conversion circuit and AC electrodes connected to the AC signal generating section.
  • the sensitive membrane has a contact surface that comes into contact with the chemical substance; The IQ electrodes and the AC electrodes may be located on opposite sides of the contact surface.
  • the device includes two or more electrochemical sensor units each connected to an AC signal generating unit, Each of the electrochemical sensor units has a sensitive film whose physical properties change in response to an odor component in a sample
  • the present invention provides an odor component electrochemical sensor unit in which, in a plan view, the sensitive films are spaced apart via at least one of an insulating film and an electrode.
  • this technology forming a sensitive film whose physical properties change in response to chemical substances in the sample; and separating, in a plan view, each of the sensitive films via at least one of an insulating film and an electrode.
  • This technology can provide an electrochemical sensor unit capable of detecting multiple chemical substances in a sample with high accuracy, an electrochemical sensor unit for odor components, and an electrochemical sensor unit. Note that the effects described here are not necessarily limited to those described herein, and may be any of the effects described in this disclosure.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 1 according to an embodiment of the present technology.
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a schematic plan view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a device 10 including an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a circuit including an electrochemical sensor unit 1 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a device 10 including an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a circuit including an electrochemical sensor unit 1 according to an embodiment of the present technology.
  • 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a device 10 including an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 3A to 3C are schematic plan views showing examples of shapes of electrodes 123 according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • top means the upper direction or upper side in the drawing
  • bottom means the lower direction or lower side in the drawing
  • left means the left direction or left side in the drawing
  • right means the right direction or right side in the drawing.
  • the same or equivalent elements or members are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
  • First embodiment of the present technology (1) Electrochemical sensor circuit (2) AC signal generating unit (3) Electrochemical sensor unit (4) Response signal output circuit (5) Identification system unit (6) Configuration example of electrochemical sensor unit (7) Configuration example of sensitive membrane (8) Configuration example of electrode 2.
  • Second embodiment of the present technology (Example 2 of electrochemical sensor unit) 3.
  • Third embodiment of the present technology (example 3 of electrochemical sensor unit) 4.
  • Fourth embodiment of the present technology (fourth example of electrochemical sensor unit) 5.
  • Fifth embodiment of the present technology (fifth example of electrochemical sensor unit) 6.
  • Sixth embodiment of the present technology (sixth example of electrochemical sensor unit) 7. Seventh embodiment of the present technology (example of an odor component electrochemical sensor unit) 8.
  • Eighth embodiment of the present technology (first example of a manufacturing method for an electrochemical sensor unit) 9.
  • Ninth embodiment of the present technology (second example of a manufacturing method for an electrochemical sensor unit)
  • Electrochemical Sensor Circuit The present technology provides an electrochemical sensor unit including two or more electrochemical sensor parts each connected to a single AC signal generating part, each electrochemical sensor part having a sensitive membrane whose physical properties change in response to a chemical substance in a sample, and in a planar view, each sensitive membrane is separated from the other by at least one of an insulating film and an electrode.
  • the electrochemical sensor unit according to one embodiment of the present technology constitutes an electrochemical sensor circuit that identifies chemical substances in a sample. This electrochemical sensor unit will be described with reference to FIG. 1.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an example configuration of an electrochemical sensor unit 1 according to one embodiment of the present technology.
  • the electrochemical sensor unit 1 includes two or more electrochemical sensor parts 12A-12I, each of which is connected to one AC signal generating part 11.
  • the electrochemical sensor unit 1 may further include one or more response signal output circuits 13 that output response signals from the electrochemical sensor parts 12A-12I, and an identification system part 14 that identifies chemical substances in a sample based on the output from the response signal output circuit 13.
  • At least a part of the response signal output circuit 13 has an IQ conversion circuit 131 and an AD conversion circuit 132. This makes it possible to improve the identification accuracy.
  • the IQ conversion circuit 131 and the AD conversion circuit 132 will be described later.
  • the term "chemical substance” refers to the object of identification contained in a sample, and refers to any chemical substance, such as a pure substance consisting of a simple substance or compound, or a mixture. There is also no particular limitation on its origin, and it may be of natural or artificial origin.
  • sample refers to any sample including a biological sample.
  • the state of the sample is not particularly limited, but is preferably any of gas, liquid, semi-solid, and solid, and is particularly preferably gas.
  • a gas refers to a substance that is completely vaporized at room temperature (25°C).
  • a liquid refers to a substance that is completely liquefied at room temperature.
  • a solid refers to a substance that is completely solidified at room temperature.
  • a semi-solid refers to a substance that has a melting point of 25°C or higher but is not completely solidified at room temperature.
  • the chemical substances in the sample may be fixed to the sample by adhesion, adsorption, burial, etc., or may be floating in the sample without being fixed.
  • the AC signal generating unit 11 generates an AC signal.
  • the frequency of the AC signal generating unit 11 can be changed within an arbitrary range and can be used variably.
  • An AC signal with a different frequency can be applied to each of the chemical sensor units 12A to 12I.
  • the frequency of the AC signal generating unit 11 is not particularly limited, and any frequency (for example, in the range of 1 kHz to 10 MHz) can be used. It can be used.
  • the frequency of the AC signal generating unit 11 may be controlled based on the identification result of the identification system unit 14, which will be described later.
  • the number of AC signal generating units 11 is not particularly limited as long as there is one or more. If there are two or more AC signal generating units 11, the frequencies output from each AC signal generating unit 11 may be the same, or some or all of them may be different.
  • each row or column of the arrayed electrochemical sensor units 12A-12I or some of the response signal output circuits 13 may have an AC signal generating unit 11 with a different frequency.
  • the electrochemical sensor units 12 to 12I generate electronic parameters (e.g., current, voltage, capacitance, impedance, etc., preferably impedance) that are response signals by utilizing electrochemical reactions derived from the types and concentrations of chemical substances.
  • electronic parameters e.g., current, voltage, capacitance, impedance, etc., preferably impedance
  • the electrochemical sensor units 12 to 12I are not particularly limited and may be any conventionally known sensor. Among conventionally known electrochemical sensors, amperometric electrochemical sensors (i.e., current measuring sensors) are common.
  • the electrochemical sensor units 12A to 12I are arranged in an array. This allows measurements to be made at the optimum frequency for each type and size of membrane constituting the electrochemical sensor units 12A to 12I, and makes it possible to distinguish gases containing multiple components, such as gases containing odorous components, from differences in response signals due to the type and size of the membrane. This also improves the area efficiency of the peripheral circuits of the electrochemical sensor units 12 to 12I. Furthermore, by controlling the drive of the AC signal generation unit 11 and other units according to the discrimination situation, etc., further improvements in discrimination accuracy can be expected.
  • the configuration of the electrochemical sensor unit 12 will be described later.
  • the electrochemical sensor units 12 are arranged two-dimensionally in M rows and N columns (M and N are integers of 2 or more), but this configuration is not limited.
  • the electrochemical sensor units 12 may be arranged one-dimensionally in 1 row and N columns.
  • the response signal output circuit 13 outputs response signals from the electrochemical sensor units 12A to 12I.
  • the number of response signal output circuits 13 is not particularly limited as long as there is one or more.
  • At least a part of the response signal output circuit 13 has an IQ conversion circuit 131 and an AD conversion circuit 132. This can improve the identification accuracy.
  • the IQ conversion circuit 131 expands (converts) the target signal into a complex signal. Specifically, an I signal that is in phase with the reference signal (In-Phase) and a Q signal that is quadrature-phase with the reference signal and shifted 90° in phase with the reference signal (Quadrature-Phase) are generated.
  • the IQ conversion circuit 131 supplies these I and Q signals to the AD conversion circuit 132.
  • the AD conversion circuit 132 converts the analog I and Q signals into digital signals and supplies them to the identification system unit 14.
  • a conventionally known single-slope AD converter can be used as the AD conversion circuit 132.
  • the analog signal to be processed is converted into a digital signal based on the time from the start of conversion until the reference voltage matches the voltage of the signal to be processed.
  • a comparator voltage comparator
  • a counter that measures the comparison time can be used as a mechanism for this. Then, at the same time as supplying the reference voltage, counting with a clock signal is started, and the signal DC level output from the IQ conversion circuit is compared with the reference voltage, thereby performing AD conversion by counting until a pulse signal is obtained.
  • the AD conversion circuits 132 are laid out in a column direction relative to the IQ conversion circuits 131 arranged in an array. This circuit configuration makes it possible to improve the efficiency of the layout and reduce the overall area of the electrochemical sensor circuit. Although not shown, in this embodiment, the AD conversion circuits 132 may be laid out in a row direction relative to the IQ conversion circuits 131 arranged in an array.
  • the AD conversion circuit 132 may reduce noise by performing multiple sampling (multiple operations). This can improve the identification accuracy.
  • the circuit constants of the response signal output circuit 13 may be freely changed by changing the band cut by the LPF depending on the type and size of the sensitive membrane that constitutes the electrochemical sensor unit 12. This allows the circuit constants to be optimized according to the type and size of the sensitive membrane, improving the identification accuracy.
  • At least some of the response signal output circuits 13 do not have to be arranged in an array. Also, at least two or more electrochemical sensor units 12A to 12I may be connected to each of the response signal output circuits 13.
  • the response signal output circuit 13 may have two or more switches, and each switch and the frequency of the AC signal generating unit 11 may be controlled in accordance with the electrochemical sensor units 12A to 12I.
  • the identification system section 14 identifies the chemical substance in the sample based on the output from the response signal output circuit 13.
  • the number of the identification system sections 14 is not particularly limited as long as there is one or more.
  • the identification system unit 14 may refer to a database for the response signal for each electrochemical sensor unit 12 to identify the chemicals in the sample.
  • the frequency in the AC signal generating unit 11 may be controlled by feeding back the identification results from the identification system unit 14. This can improve the identification accuracy and speed.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • Fig. 3 is a schematic plan view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology. More specifically, Fig. 2 is a cross-sectional view taken along a first cutting line (a cutting line passing through the electrochemical sensor units 12A, 12D, and 12G) shown in Fig. 1.
  • Fig. 2 is a plan view taken along the first cutting line.
  • each of the electrochemical sensor units 12A, 12D, and 12G has a sensitive membrane 121A, 121D, and 121G whose physical properties change in response to chemical substances in the sample.
  • film includes films of any hardness, and both very hard and very flexible films are included in the term "film".
  • the film include metal films such as platinum and gold; films such as graphite carbon and boron-doped diamond; and polymer films made of conductive polymers such as polyaniline and polythiophene.
  • the size e.g., several ⁇ m 2 to several mm 2 , etc.), area, thickness, etc. of the film are not particularly limited.
  • An AC signal is input to each of the sensitive films 121A, 121D, and 121G from the AC signal generating unit 11.
  • Each of the sensitive films 121A, 121D, and 121G adsorbs chemical substances in the sample and reacts with the chemical substances, changing its physical properties to generate an electronic parameter that is a response signal.
  • the sensitive film 121 is not particularly limited as long as it can generate an electronic parameter that is a response signal.
  • the sensitive film 121 may include, for example, an organic polymer.
  • an organic polymer is polyaniline.
  • the sensitive film may include, for example, an inorganic material.
  • inorganic materials include metal oxides.
  • metals include molybdenum and aluminum.
  • the sensory membrane may include, for example, olfactory cells.
  • Olfactory cells are cells that receive odor components, which are an example of chemical substances. Technologies relating to olfactory cells are disclosed in the following non-patent literature:
  • Non-Patent Literature> An ultrasensitive electrochemical impedance-based biosensor using insect odorant receptors to detect odorants, Biosensors and Bioelectronics, 2019, Vol.126, p.207-213
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology.
  • the sensory membrane 121 can be formed by placing olfactory cells 1212 in a solvent 1211.
  • the solvent 1211 include water, physiological saline, and solid electrolytes.
  • odor component may include any of the above-mentioned chemical substances that stimulate some or all of the receptors present in the nasal cavity, such as odor molecules.
  • the nasal cavity also contains trigeminal receptors that control stimuli such as cold, hot, and painful, and the odor component in this technology is a broad concept that includes any component that stimulates some or all of these receptors.
  • menthol when used as an odor component, menthol can stimulate via olfactory receptors and also stimulate a cold sensation via trigeminal receptors (TRPA1 channel).
  • Example of Sensitive Film Configuration Depending on the type of film, for example, sensitivity, the required size of the contact surface that comes into contact with the chemical substance, the required frequency of the AC signal, etc. are different. Therefore, it is preferable that the size of the contact surface or the film thickness be changed for each sensitive film 121.
  • each sensitive film 121 is separated by an insulating film 122. This allows the type of film to be changed for each sensitive film 121.
  • the electrochemical sensor unit 12 can be further miniaturized.
  • the size of the contact surface, the film thickness, and the frequency of the AC signal can be changed depending on the type of sensitive film 121.
  • the insulating film 122 may have insulating properties, and there is no particular limitation on the type of the insulating film 122.
  • the insulating film 122 may be formed containing, for example, SiO 2 .
  • the types of sensitive membranes 121 possessed by two or more electrochemical sensor parts 12 may be different from each other.
  • the types of sensitive membranes 121A and 121D may be different from each other, and the types of sensitive membranes 121D and 121G may be the same.
  • the types of sensitive membranes 121A, 121D, and 121G may be different from each other.
  • Each sensitive membrane 121 has a contact surface that comes into contact with a chemical substance.
  • the sizes of the contact surfaces of two or more electrochemical sensor parts 12 may be different from each other.
  • the size of the contact surface of sensitive membrane 121A and the size of the contact surface of sensitive membrane 121D may be different from each other, and the size of the contact surface of sensitive membrane 121D and the size of the contact surface of sensitive membrane 121G may be the same.
  • the size of the contact surface of sensitive membrane 121A, the size of the contact surface of sensitive membrane 121D, and the size of the contact surface of sensitive membrane 121G may be different from each other.
  • the sensitivity and the required size of the contact surface differ depending on the type of sensitive film. Therefore, the size of the contact surface may differ depending on the type of sensitive film 121.
  • the frequencies of the AC signals input to two or more electrochemical sensor units 12 may be different.
  • the frequencies of the AC signals input to electrochemical sensor unit 12A and electrochemical sensor unit 12D may be different, and the frequencies of the AC signals input to electrochemical sensor unit 12D and electrochemical sensor unit 12G may be approximately the same.
  • the frequencies of the AC signals input to electrochemical sensor unit 12A, electrochemical sensor unit 12D, and electrochemical sensor unit 12G may be different.
  • the frequency of the AC signal varies depending on the type of sensitive membrane or the size of the contact surface, or both. Therefore, the frequency of the AC signal input to two or more electrochemical sensor units 12 may vary depending on at least one of the type and size of the sensitive membrane.
  • a support member that supports the sensitive film 121 may be formed on one side of each sensitive film 121 (particularly the side opposite the contact surface). In other words, the sensitive film 121 and the support member may be laminated.
  • the support member is preferably made of a conductive material, such as a silicon substrate or a metal substrate.
  • metal substrates include platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu), palladium (Pd), nickel (Ni), and silver (Ag).
  • a support member on one side of the sensitive film 121 if it is a metal film, it can be formed by a conventionally known method such as sputtering or vapor phase synthesis. If it is a polymer film, it can be formed by a conventionally known method such as chemical modification.
  • the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B are arranged such that at least a portion of them is in contact with the sensitive membrane 121.
  • the IQ electrode 123A is connected to an IQ conversion circuit 131 included in the response signal output circuit 13 through a via 124 and a wiring 125A.
  • the AC electrode 123B is connected to the AC signal generating unit 11 through a via 124 and a wiring 125B.
  • an AC signal from the AC signal generating unit 11 is input to the sensitive membrane 121 through the AC electrode 123B.
  • a response signal generated by the sensitive membrane 121 is input to the IQ conversion circuit 131 through the IQ electrode 123A.
  • the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B are arranged on opposite sides of the contact surface. This prevents the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B from becoming an obstacle that makes it difficult for the chemical substance to come into contact with the sensitive membrane 121.
  • Electrodes for example, electrodes made of metals such as Pt, Au, Cu, Pd, Ni, Ag, diamond electrodes, boron-doped diamond (BDD) electrodes, carbon electrodes, etc. can be used. Electrodes can be formed by conventional methods such as the semi-additive method and the subtractive method.
  • FIGS. 5 to 7 are schematic plan views showing examples of the configuration of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology. Specifically, Fig. 5 is a plan view of the layer in Fig. 2 in which the electrodes 123 are formed. Fig. 6 is a plan view of the layer in Fig. 2 in which the vias 124 are formed. Fig. 7 is a plan view of the layer in Fig. 2 in which the wiring 125 is formed.
  • an IQ electrode 123A and an AC electrode 123B are shown. Also shown is an area 126 that corresponds to the outer periphery of the contact surface of the sensitive membrane 121.
  • via 124 is shown. Via 124 electrically connects electrode 123 and wiring 125 to each other. To facilitate understanding, region 123C is shown which corresponds to the region in which electrode 123 is formed in FIG. 5. In reality, electrode 123 does not have to be formed in the layer in which via 124 is formed.
  • wiring 125 is shown.
  • Wiring 125A is connected to the IQ conversion circuit 131 of the response signal output circuit 13.
  • Wiring 125B is connected to the AC signal generating unit 11.
  • a region 125c is shown which corresponds to the region in which the via 124 is formed in FIG. 6.
  • Fig. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology.
  • Fig. 9 is a schematic plan view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology. More specifically, Fig. 8 is a cross-sectional view taken along the second cutting line (a cutting line passing through the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C) shown in Fig. 1.
  • Fig. 9 is a plan view taken along this second cutting line.
  • FIGS. 8 and 9 show sensitive films 121A, 121B, and 121C, electrode 123B, via 124, and wiring 125B.
  • Wiring 125B is connected to the AC signal generating unit 11.
  • Figs. 10 to 12 are schematic plan views showing examples of the configuration of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology. Specifically, Fig. 10 is a plan view of the layer in which the electrode 123B is formed in Fig. 8. Fig. 11 is a plan view of the layer in which the via 124 is formed in Fig. 8. Fig. 12 is a plan view of the layer in which the wiring 125B is formed in Fig. 8.
  • an IQ electrode 123A and an AC electrode 123B are shown. Also shown is an area 126 that corresponds to the outer periphery of the contact surface.
  • via 124 is shown. Via 124 electrically connects electrode 123 and wiring 125 to each other. To facilitate understanding, region 123C is shown which corresponds to the region in which electrode 123 is formed in FIG. 10. In reality, electrode 123 does not have to be formed in the layer in which via 124 is formed.
  • wiring 125 is shown.
  • Wiring 125A is connected to the IQ conversion circuit 131 of the response signal output circuit 13.
  • Wiring 125B is connected to the AC signal generation unit 11.
  • a region 125C is shown in FIG. 11 that corresponds to the region where the via 124 is formed.
  • Fig. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • Fig. 14 is a schematic plan view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology. More specifically, Fig. 13 is a cross-sectional view taken along a first cutting line (a cutting line passing through the electrochemical sensor units 12A, 12D, and 12G) shown in Fig. 1.
  • Fig. 14 is a plan view taken along the first cutting line.
  • each of the electrochemical sensor units 12A, 12D, and 12G has a sensitive membrane 121A, 121D, and 121G whose physical properties change in response to chemical substances in the sample.
  • the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the electrodes 123. That is, in the configuration examples shown in Figs. 2 and 3, the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the insulating film 122. On the other hand, in the configuration examples shown in Figs. 13 and 14, the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the electrodes 123.
  • the electrochemical sensor section 12 can be further miniaturized. Furthermore, for example, the size of the contact surface, the film thickness, and the frequency of the AC signal can be changed depending on the type of sensitive film 121.
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology. Specifically, FIG. 15 is a plan view of the layer in which the electrode 123 and the sensitive film 121 are formed in FIG. 13.
  • FIG. 15 an IQ electrode 123A and an AC electrode 123B are shown.
  • a sensitive film 121 is formed in the gap between each of the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B.
  • FIG. 16 is a schematic plan view showing an example configuration of an electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology. As shown in FIG. 16, a portion of the end of each of the sensitive membranes 121A, 121D, and 121G may be arranged so as to be surrounded by a portion of the electrode 123.
  • Fig. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology. More specifically, Fig. 17 is a cross-sectional view taken along the first cutting line (a cutting line passing through the electrochemical sensor units 12A, 12D, and 12G) shown in Fig. 1.
  • each of the electrochemical sensor units 12A, 12D, and 12G has a sensitive membrane 121A, 121D, and 121G whose physical properties change in response to chemical substances in the sample.
  • the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the insulating film 122 and the electrode 123. That is, in the configuration example shown in FIG. 2, the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the insulating film 122. In the configuration example shown in FIG. 13, the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the electrode 123. On the other hand, in the configuration example shown in FIG. 17, the sensitive films 121A, 121D, and 121G are spaced apart via the insulating film 122 and the electrode 123.
  • the electrochemical sensor section 12 can be further miniaturized. Furthermore, for example, the size of the contact surface, the film thickness, and the frequency of the AC signal can be changed depending on the type of sensitive film 121.
  • Fig. 18 is a block diagram showing a configuration example of a device 10 including an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • the device 10 includes a vertical drive unit 161, a system control unit 162, a pixel array unit 166, a response signal output circuit having an IQ conversion circuit 131 and an AD conversion circuit 132, a data storage unit 163, a horizontal drive unit 164, and a signal processing unit 165.
  • a conventionally known technology can be used for each of the components.
  • At least a portion of the electrochemical sensor units 12 are arranged in an array in the pixel array unit 166. That is, in the pixel array unit 166, the electrochemical sensor units 12, which are pixels, are arranged in a matrix (two-dimensional) in the row and column directions.
  • the row direction is the X-axis direction and refers to the arrangement direction of each pixel 12 in a pixel row (the so-called horizontal direction).
  • the column direction is the Y-axis direction and refers to the arrangement direction of each pixel 12 in a pixel column (the so-called vertical direction).
  • the row direction may be described as the horizontal direction
  • the column direction may be described as the vertical direction.
  • pixel drive lines are wired in the row direction for each pixel row in the matrix-like pixel arrangement.
  • Vertical signal lines are wired in the column direction for each pixel column.
  • the pixel drive lines transmit drive signals for driving the pixels 12 when reading out signals.
  • the number of pixel drive lines is not limited to one.
  • Two or more electrochemical sensor units 12 are each connected to one IQ conversion circuit 131. This configuration makes it possible to improve the efficiency of the layout and reduce the overall area of the device 10.
  • each circuit section of the peripheral circuit section of the pixel array section 166 namely, the vertical drive section 161, the AD conversion circuit 132, the data storage section 163, the horizontal drive section 164, and the signal processing section 165.
  • the vertical drive unit 161 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and drives each pixel 12 of the pixel array unit 166 on a row basis, etc. Each pixel 12 of the pixel array unit 166 is selected on a pixel row basis by the vertical drive unit 161, and a response signal is read out from each pixel 12 of the selected pixel row.
  • a bias current is supplied to each pixel 12 in a pixel row selected and scanned by the vertical drive unit 161 through each vertical signal line from a current source (not shown) consisting of a MOS field effect transistor connected to each vertical signal line for each pixel column.
  • the pixel signals read out on a pixel row basis from each pixel 12 in the pixel array unit 166 are supplied to the AD conversion circuit 132 through each vertical signal line.
  • the AD conversion circuit 132 is made up of a set of multiple analog-to-digital converters (ADCs) that are provided corresponding to each of the vertical signal lines, and converts the analog pixel signals output by pixel row for each pixel column into digital signals.
  • ADCs analog-to-digital converters
  • the AD conversion circuit 132 is a column-parallel type analog-to-digital conversion unit that is made up of multiple analog-to-digital converters arranged in parallel corresponding to the pixel columns.
  • a well-known analog-digital converter can be used as the analog-digital converter.
  • the analog-digital converter include a single-slope analog-digital converter, which is an example of a reference signal comparison type analog-digital converter, a successive approximation type analog-digital converter, or a delta-sigma modulation type ( ⁇ modulation type) analog-digital converter.
  • the analog-digital converter is not limited to these.
  • the analog-to-digital converters can be configured in a one-to-one relationship with the pixel columns, i.e., arranged for each pixel column, or one analog-to-digital converter can be configured for multiple pixel columns.
  • the data storage unit 163 is disposed after the AD conversion circuit 132.
  • the data storage unit 163 is made up of a set of multiple latch circuits provided corresponding to each vertical signal line, and latches the response signal after analog-to-digital conversion during the readout period of the response signal from each pixel 12 of the pixel array unit 166.
  • the response signals for one row latched in each latch circuit of the data storage unit 163 are supplied to the signal processing unit 165, where they are subjected to a predetermined processing.
  • the device 10 in the above configuration example can be a flat structure or a stacked structure, with the chip structure being made up of a single chip.
  • the flat structure is a chip structure in which the peripheral circuit section of the pixel array section 166 is formed on the same semiconductor substrate (semiconductor chip) as the pixel array section 166. That is, in the flat structure, the vertical drive section 161, the AD conversion circuit 132, the data storage section 163, the horizontal drive section 164, the signal processing section 165, etc. are formed on the same semiconductor substrate as the pixel array section 166.
  • the stacked structure is a chip structure in which the peripheral circuit section of the pixel array section 166 is formed on at least one semiconductor substrate different from the semiconductor substrate on which the pixel array section 166 is formed.
  • the first layer of semiconductor substrate only needs to be large (area) enough to form the pixel array section 166, making it possible to reduce the size (area) of the first layer of semiconductor substrate, and therefore the size of the entire chip.
  • a process suitable for producing pixels 12 can be applied to the first layer of semiconductor substrate, and a process suitable for producing the circuit section can be applied to the other semiconductor substrates. This allows for process optimization when manufacturing device 10.
  • the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C are formed on one surface of a semiconductor substrate 173.
  • the semiconductor substrate 173 can be a semiconductor substrate of a first conductivity type (e.g., n-type) made of, for example, silicon.
  • the sensitive membranes 121A, 121B, and 121C of the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C are connected to wiring 125 through electrodes 123 and vias 124. This wiring 125 is connected to the vertical drive unit 161.
  • a transistor 172 which may be a region of a first conductivity type, is formed along one side of the semiconductor substrate 173.
  • a gate electrode 171 may be formed on one surface of a semiconductor substrate 173 via an insulating protective film (not shown).
  • the gate electrode 171 is connected to a vertical driving unit 161.
  • the protective film for example, SiO2 or the like can be used.
  • the sensitive membranes 121A, 121B, and 121C of the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C are connected to the transistor 172 via the electrode 123, the via 124, and the wiring 125.
  • the wiring 125A may be connected to the IQ conversion circuit 131.
  • Fig. 21 is a circuit diagram showing a configuration example of a circuit including an electrochemical sensor unit 1 according to an embodiment of the present technology.
  • one electrochemical sensor unit 12 is connected to one IQ conversion circuit 131.
  • the electrochemical sensor unit 12A is connected to the IQ conversion circuit 131A.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration example of a device 10 including an electrochemical sensor unit 12 according to an embodiment of the present technology.
  • the device 10 includes a vertical drive unit 161, a system control unit 162, a pixel array unit 166 having an IQ conversion circuit 131, a response signal output circuit having an AD conversion circuit 132, a data storage unit 163, a horizontal drive unit 164, and a signal processing unit 165.
  • Conventionally known technology can be used for each of the components.
  • At least some of the electrochemical sensor units 12 are arranged in an array in the pixel array unit 166.
  • One electrochemical sensor unit 12 and one IQ conversion circuit 131 are connected to each other to form one pixel.
  • FIGS. 23 and 24 are schematic cross-sectional views showing a configuration example of the electrochemical sensor unit 12 according to one embodiment of the present technology.
  • the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C are formed on one surface of a semiconductor substrate 173.
  • the semiconductor substrate 173 can be a semiconductor substrate of a first conductivity type (e.g., n-type) made of, for example, silicon.
  • the sensitive membranes 121A, 121B, and 121C of the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C are connected to wiring 125 through electrodes 123 and vias 124. This wiring 125 may be connected to the vertical drive unit 161.
  • a transistor 172 which may be a region of a first conductivity type, is formed along one side of the semiconductor substrate 173.
  • the sensitive films 121A, 121B, and 121C of the electrochemical sensor units 12A, 12B, and 12C are connected to the semiconductor substrate 173 through the electrodes 123, vias 124, and wiring 125.
  • the AC currents i in output from the sensitive films 121A, 121B, and 121C through the electrodes 123, vias 124, and wiring 125 are output to the IQ conversion circuit 131.
  • the IQ conversion circuit 131 may include, for example, a transimpedance amplifier (TIA) 13111 and an analog multiplier 1312.
  • TIA transimpedance amplifier
  • the TIA 1311 converts the AC current i in output from the electrochemical sensor unit 12 into a voltage signal.
  • the converted voltage signal is subjected to high-speed calculation by the analog multiplier 1312.
  • the analog multiplier 1312 is not particularly limited, and any conventionally known analog multiplier can be used. A specific example is a commonly used Gilbert cell type analog multiplier.
  • the IQ conversion circuit 131 may further include a low-pass filter (LPF).
  • LPF extracts a direct current (DC) component from the calculation result of the analog multiplier.
  • the DC components of the I signal and the Q signal correspond to the real component and the imaginary component of the input signal. Therefore, the amplitude and phase in the electrochemical sensor unit 12 described above can be calculated, and as a result, the impedance at the measurement point can be calculated.
  • a specific example of an LPF is an RC low-pass filter.
  • the signal output by the IQ conversion circuit 131 is supplied to the AD conversion circuit 132 via wiring 125.
  • FIG. 25 is a schematic plan view showing an example of the shape of the electrode 123 according to an embodiment of the present technology.
  • each of the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B may be shaped like the letter C in a plan view, with their ends in contact with the sensitive membrane 121.
  • each of the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B may be the shape of the letter P in a plan view, with its end in contact with the sensitive membrane 121.
  • the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B may each have a rectangular shape in a plan view, and almost the entire surface of the electrode may be in contact with the sensitive membrane 121.
  • Examples of rectangular shapes include squares, rectangles, squares with rounded corners, and rectangles with rounded corners.
  • the shapes of the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B are not limited to the shapes shown in FIG. 25.
  • the shapes of the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B may be polygonal, such as a triangle, a pentagon, or a hexagon.
  • the shapes of the IQ electrode 123A and the AC electrode 123B may be different.
  • the contact area between the IQ electrode 123A and the sensitive film 121 is approximately the same as the contact area between the AC electrode 123B and the sensitive film 121. This makes it possible to suppress the occurrence of bias in the AC signal applied to the electrochemical sensor unit 12 and the response signal generated by the electrochemical sensor unit 12.
  • the present technology provides an electrochemical sensor unit for odor components, which includes two or more electrochemical sensor parts 12 each connected to a single AC signal generating part 11, each electrochemical sensor part 12 having a sensitive membrane 121 whose physical properties change in response to odor components in a sample, and in a planar view, each sensitive membrane 121 is separated from the other by at least one of an insulating film 122 and an electrode 123.
  • the electrochemical sensor unit described above is used for identifying odor components, and its configuration is the same as that described above, so a description of it will be omitted here.
  • odor component may include any of the above-mentioned chemical substances that stimulate some or all of the receptors present in the nasal cavity.
  • the nasal cavity also contains trigeminal receptors that control stimuli such as cold, hot, and painful, and the odor component in this technology is a broad concept that includes any component that stimulates some or all of these receptors.
  • menthol when used as an odor component, menthol can stimulate via olfactory receptors and also stimulate a cold sensation via trigeminal receptors (TRPA1 channel).
  • odor components In addition to odor components that humans can recognize as odors, odor components also include those that humans cannot recognize as odors but that have some effect on humans when inhaled. For example, odor components include inhaled medical sedatives, and odorless gases such as oxygen and carbon dioxide that have an effect on a person's physical condition when inhaled.
  • the present technology provides a method for manufacturing an electrochemical sensor unit, which includes forming a sensitive membrane whose physical properties change in response to chemical substances in a sample, and separating each sensitive membrane, in a planar view, via at least one of an insulating film and an electrode.
  • a conventionally known photolithography technique can be combined with a conventionally known dry etching technique or wet etching technique.
  • photoresist 127 is applied to one side of the layer on which wiring 125 is formed.
  • Photoresist is a composition whose physical properties, such as solubility, change in response to light, electron beams, etc.
  • a photomask 15 is placed and light is irradiated from above the figure. Then, light is irradiated onto the areas where the photomask 15 is not placed.
  • the solubility of the photoresist 127 changes only in the areas irradiated with light.
  • the photoresist in the portion where the solubility has changed is removed, and then dry etching, for example, is performed. This forms an opening 128. In a later process, a via will be formed in this opening 128.
  • a photomask 15 is placed and light is irradiated from above the figure. Then, light is irradiated onto the areas where the photomask 15 is not placed.
  • the solubility of the photoresist 127 changes only in the areas irradiated with light.
  • the photoresist in the portion where the solubility has changed is removed, and then dry etching, for example, is performed. This forms an opening 129. In a later process, an electrode is formed in this opening 129.
  • a film of metal material 130 is formed. In a later process, this metal material will become the electrodes and vias.
  • the surface is polished, for example, by CMP (Chemical Mechanical Polishing). This forms the electrode 123.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • a photomask 15 is placed and light is applied from above the figure. Then, light is applied to the areas where the photomask 15 is not placed.
  • the solubility of the insulating film 122 changes only in the areas where light is applied.
  • the insulating film in the portion where the solubility has changed is removed, and for example, dry etching is performed. This forms an opening 151. In a later process, a sensitive film is formed in this opening 151.
  • sensitive films 121A, 121D, and 121G whose physical properties change in response to chemical substances in the sample, are applied to the opening 151.
  • Each sensitive film 121A, 121D, and 121G is separated via an insulating film 122.
  • the sensitive films can be applied using techniques such as inkjet or a dispenser.
  • Fig. 27A to Fig. 27J are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the electric sensor unit according to an embodiment of the present technology.
  • photoresist 127 is applied to one side of the layer on which wiring 125 is formed.
  • a photomask 15 is placed and light is irradiated from above the figure. Then, light is irradiated onto the areas where the photomask 15 is not placed.
  • the solubility of the photoresist 127 changes only in the areas irradiated with light.
  • the photoresist in the portion where the solubility has changed is removed, and then dry etching, for example, is performed. This forms an opening 128. In a later process, a via will be formed in this opening 128.
  • a photomask 15 is placed and light is irradiated from above the figure. Then, light is irradiated onto the areas where the photomask 15 is not placed.
  • the solubility of the photoresist 127 changes only in the areas irradiated with light.
  • the photoresist in the portion where the solubility has changed is removed, and then dry etching, for example, is performed. This forms an opening 129. In a later process, an electrode and a via are formed in this opening 129.
  • a film of metal material 130 is formed. In a later process, this metal material will become the electrodes and vias.
  • the surface is polished, for example by CMP (Chemical Mechanical Polishing). This forms the electrodes 123 and vias.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • a photomask 15 is placed and light is irradiated from above the figure. Then, light is irradiated onto the areas where the photomask 15 is not placed.
  • the solubility of the photoresist 127 changes only in the areas irradiated with light.
  • the photoresist in the portion where the solubility has changed is removed, and for example, dry etching is performed.
  • an opening 151 is formed.
  • a sensitive film is formed in this opening 151.
  • sensitive films 121 whose physical properties change in response to chemical substances in the sample are formed in the openings 151.
  • Each sensitive film 121 is separated via an electrode 123.
  • the sensitive films can be applied using techniques such as inkjet or dispenser.
  • the present technology can also employ the following configuration.
  • the device includes two or more electrochemical sensor units each connected to an AC signal generating unit, Each of the electrochemical sensor units has a sensitive film whose physical properties change in response to a chemical substance in a sample, In a plan view, the sensitive films are spaced apart from each other via at least one of an insulating film and an electrode.
  • At least a portion of the electrochemical sensor unit is arranged in an array.
  • the types of the sensitive films of the two or more electrochemical sensor units are different from each other.
  • the sensitive membrane has a contact surface that comes into contact with the chemical substance; The sizes of the contact surfaces of the two or more electrochemical sensor units are different from each other.
  • the size of the contact surface varies depending on the type of the sensitive film.
  • the frequencies of the AC signal generating units input to the two or more electrochemical sensor units are different from each other.
  • the frequency of the AC signal generating unit input to the two or more electrochemical sensor units differs depending on at least one of the type and size of the sensitive film.
  • the sensor further includes one or more response signal output circuits for outputting a response signal from the electrochemical sensor unit. At least a part of the response signal output circuit has an IQ conversion circuit, At least a portion of the electrodes includes an IQ electrode connected to the IQ conversion circuit and an AC electrode connected to the AC signal generation unit.
  • the sensitive membrane has a contact surface that comes into contact with the chemical substance; the IQ electrodes and the AC electrodes are disposed on opposite sides of the contact surface; The electrochemical sensor unit according to [8]. [10] The area where the IQ electrode and the sensitive film contact each other is substantially the same as the area where the AC electrode and the sensitive film contact each other.
  • Two or more of the electrochemical sensor units are each connected to one of the IQ conversion circuits.
  • [8] to [11] an electrochemical sensor unit according to any one of the above.
  • the apparatus further includes an identification system for identifying the chemical substance based on an output from the response signal output circuit.
  • the sensitive film contains an organic polymer.
  • the sensitive film contains an inorganic material.
  • the sensory membrane contains olfactory cells.
  • the sample is in any one of a gas, liquid, semi-solid, and solid state.
  • the device includes two or more electrochemical sensor units each connected to an AC signal generating unit, Each of the electrochemical sensor units has a sensitive film whose physical properties change in response to an odor component in a sample, An odor component electrochemical sensor unit, in which, in a plan view, each of the sensitive films is separated from the other by at least one of an insulating film and an electrode. [19] forming a sensitive film whose physical properties change in response to chemical substances in the sample; and separating, in a plan view, each of the sensitive films via at least one of an insulating film and an electrode.
  • Electrochemical sensor unit 11 AC signal generating section 12
  • Electrochemical sensor section 121 Sensitive film 122 Insulating film 123 Electrode 123A IQ electrode 123B AC electrode 124 Via 125 Wiring 13
  • Response signal output circuit 131 IQ conversion circuit 132 AD conversion circuit 14

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Abstract

試料中の複数の化学物質を精度高く検出できる技術を提供すること。　本技術では、１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を有しており、平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、電気化学センサユニットなどを提供する。前記電気化学センサ部の少なくとも一部が、アレイ配置されていてもよい。

Description

電気化学センサユニット、匂い成分用電気化学センサユニット、および電気化学センサユニットの製造方法
　本技術は、電気化学センサユニット、匂い成分用電気化学センサユニット、および電気化学センサユニットの製造方法に関する。
　電気化学センサは、現在、産業界で使用されている最も一般的なセンサの一つであり、ガス検知、水質検査、バイオ分析、食品検査等の幅広い用途に用いられている。このタイプのセンサを用いることで、化学物質の種類や濃度に由来する電気化学反応を利用して生成された電子的パラメータに基づき、化学物質を検出することができる。
　たとえば特許文献１では、この化学物質の一例である匂い物質を検出する匂いセンサに関する技術が開示されている。
特開２０２０－８５２２号公報
　しかし、試料中の化学物質を精度高く検出するためには、化学物質に反応して物性が変化する感応膜のそれぞれが、離間して配置されていることが好ましい。これにより、電気化学センサユニットは、たとえば複数種の感応膜を備えることができる。特許文献１では、感応膜を離間する技術について、言及されていない。
　そこで、本技術は、感応膜を離間して配置することにより、試料中の複数の化学物質を精度高く検出できる電気化学センサユニット、匂い成分用電気化学センサユニット、および電気化学センサユニットを提供することを主目的とする。
　本技術は、
　１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、
　それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を有しており、
　平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、電気化学センサユニットを提供する。
　前記電気化学センサ部の少なくとも一部が、アレイ配置されていてよい。
　２つ以上の前記電気化学センサ部が有している前記感応膜の種類がそれぞれ異なっていてよい。
　前記感応膜が、前記化学物質と接触する接触面を有しており、
　２つ以上の前記電気化学センサ部が有している前記接触面のサイズがそれぞれ異なっていてよい。
　前記接触面のサイズが、前記感応膜の種類に応じて異なっていてよい。
　２つ以上の前記電気化学センサ部に入力される前記ＡＣ信号生成部の周波数がそれぞれ異なっていてよい。
　２つ以上の前記電気化学センサ部に入力される前記ＡＣ信号生成部の周波数が、前記感応膜の種類およびサイズのうち少なくとも一方に応じて異なっていてよい。
　前記電気化学センサユニットが、前記電気化学センサ部からの応答信号を出力する１つ以上の応答信号出力回路をさらに備えており、
　前記応答信号出力回路の少なくとも一部が、ＩＱ変換回路を有しており、
　前記電極の少なくとも一部が、前記ＩＱ変換回路に対して接続されているＩＱ電極と、前記ＡＣ信号生成部に対して接続されているＡＣ電極と、を有していてよい。
　前記感応膜が、前記化学物質と接触する接触面を有しており、
　前記ＩＱ電極および前記ＡＣ電極が、前記接触面の反対側に配置されていてよい。
　前記ＩＱ電極および前記感応膜が接する面積と、前記ＡＣ電極および前記感応膜が接する面積と、が略同一であってよい。
　１つの前記電気化学センサ部が、１つの前記ＩＱ変換回路に対して接続されていてよい。
　２つ以上の前記電気化学センサ部が、１つの前記ＩＱ変換回路に対してそれぞれ接続されていてよい。
　前記電気化学センサユニットが、前記応答信号出力回路からの出力に基づいて、前記化学物質を識別する識別システム部をさらに備えていてよい。
　前記感応膜が、有機高分子を含んでいてよい。
　前記感応膜が、無機材料を含んでいてよい。
　前記感応膜が、嗅細胞を含んでいてよい。
　前記試料が、気体、液体、半固体、及び固体のいずれかの状態であってよい。
　また、本技術は、
　１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、
　それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の匂い成分に反応して物性が変化する感応膜を有しており、
　平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、匂い成分用電気化学センサユニットを提供する。
　また、本技術は、
　試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を形成することと、
　平面視において、それぞれの前記感応膜を、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間することと、を含む、電気化学センサユニットの製造方法を提供する。
　本技術によれば、試料中の複数の化学物質を精度高く検出できる電気化学センサユニット、匂い成分用電気化学センサユニット、および電気化学センサユニットを提供できる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術の一実施形態に係る電気化学センサユニット１の構成例を示す回路図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２を備えている装置１０の構成例を示すブロック図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサユニット１を備える回路の構成例を示す回路図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２を備えている装置１０の構成例を示すブロック図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電極１２３の形状の例を示す模式平面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。 本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。
　以下、本技術を実施するための好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が限定されることはない。また、本技術は、下記の実施例およびその変形例のいずれかを組み合わせることができる。
　以下の実施形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った用語で構成を説明することがある。たとえば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、完全に平行な状態からたとえば数％程度ずれた状態を含むことも意味する。他の「略」を伴った用語についても同様である。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。図面のスケールは、技術の特徴を分かり易くするために強調している。そのため、図面のスケールと実際のデバイスのスケールは必ずしも同一ではないことに留意すべきである。
　特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向または上側を意味し、「下」とは、図中の下方向または下側を意味し、「左」とは図中の左方向または左側を意味し、「右」とは図中の右方向または右側を意味する。また、図面については、同一または同等の要素または部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　説明は以下の順序で行う。
　１．本技術の第１実施形態（電気化学センサユニットの例１）
　（１）電気化学センサ回路
　（２）ＡＣ信号生成部
　（３）電気化学センサ部
　（４）応答信号出力回路
　（５）識別システム部
　（６）電気化学センサ部の構成例
　（７）感応膜の構成例
　（８）電極の構成例
　２．本技術の第２実施形態（電気化学センサユニットの例２）
　３．本技術の第３実施形態（電気化学センサユニットの例３）
　４．本技術の第４実施形態（電気化学センサユニットの例４）
　５．本技術の第５実施形態（電気化学センサユニットの例５）
　６．本技術の第６実施形態（電気化学センサユニットの例６）
　７．本技術の第７実施形態（匂い成分用電気化学センサユニットの例）
　８．本技術の第８実施形態（電気化学センサユニットの製造方法の例１）
　９．本技術の第９実施形態（電気化学センサユニットの製造方法の例２）
［１．本技術の第１実施形態（電気化学センサユニットの例１）］
［（１）電気化学センサ回路］
　本技術は、１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、それぞれの電気化学センサ部が、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を有しており、平面視において、それぞれの感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、電気化学センサユニットを提供する。
　本技術の一実施形態に係る電気化学センサユニットは、試料中の化学物質を識別する電気化学センサ回路を構成する。この電気化学センサユニットについて図１を参照しつつ説明する。図１は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサユニット１の構成例を示す回路図である。
　図１に示されるとおり、電気化学センサユニット１は、１つのＡＣ信号生成部１１に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉを備えている。そして、電気化学センサユニット１は、電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉからの応答信号を出力する、１つ以上の応答信号出力回路１３と、応答信号出力回路１３からの出力に基づいて、試料中の化学物質を識別する識別システム部１４と、をさらに備えていてよい。
　応答信号出力回路１３の少なくとも一部は、ＩＱ変換回路１３１と、ＡＤ変換回路１３２と、を有している。これにより、識別精度を向上させることができる。ＩＱ変換回路１３１およびＡＤ変換回路１３２についての説明は後述する。
　なお、本明細書において、「化学物質」とは、試料に含まれる識別対象であり、単体、化合物からなる純物質や、混合物などあらゆる化学物質を意味する。また、その由来も特に限定されず、天然由来に限らず、人工由来であってもよい。
　なお、本明細書において、「試料」とは、生体試料を含むあらゆる試料を意味する。また、本技術において、試料の状態は、特に限定されないが、気体、液体、半固体、及び固体のいずれかの状態であることが好ましく、気体の状態であることが特に好ましい。なお、気体とは、常温（２５℃）で完全に気化しているものをいう。また、液体とは、常温で完全に液化しているものをいう。更に、固体とは、常温で完全に固化しているものをいう。加えて、半固体とは、融点が２５℃以上であるが、常温で完全に固化していないものをいう。試料中の化学物質は、接着、吸着、埋没等されて試料に対して固定されていてもよいが、固定されることなく、試料中を浮遊していてもよい。
［（２）ＡＣ信号生成部］
　ＡＣ信号生成部１１は、ＡＣ信号を生成する。本実施形態において、ＡＣ信号生成部１１の周波数は、任意の範囲で変動させ、可変的に用いることができる。これにより、例えば、後述する電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉ毎に、異なる周波数でＡＣ信号を付与することができる。ＡＣ信号生成部１１の周波数としては、特に限定されず、任意の周波数（例えば、１ｋＨｚ～１０ＭＨｚなどの範囲）を用いることができる。
　なお、本実施形態において、ＡＣ信号生成部１１の周波数は、後述する識別システム部１４の識別結果に基づいて、制御されてもよい。
　また、本実施形態において、ＡＣ信号生成部１１は、１つ以上あれば、その数は特に限定されない。ＡＣ信号生成部１１が２つ以上ある場合、各ＡＣ信号生成部１１から出力される周波数は、同一であってもよいが、それらの一部又は全部が異なっていてもよい。
　ＡＣ信号生成部１１が２つ以上ある場合、アレイ配置された電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉまたは一部の応答信号出力回路１３の、行または列毎に、異なる周波数のＡＣ信号生成部１１をそれぞれ有していてもよい。
［（３）電気化学センサ部］
　電気化学センサ部１２～１２Ｉは、化学物質の種類や濃度等に由来する電気化学反応を利用して、応答信号である電子的パラメータ（例えば、電流、電圧、容量、インピーダンスなど、好ましくは、インピーダンス）を生成する。本実施形態において、１つのＡＣ信号生成部１１に対して電気化学センサ部１２～１２Ｉが２つ以上あればよく、電気化学センサ部１２～１２Ｉの数は特に限定されない。
　電気化学センサ部１２～１２Ｉは、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。従来公知の電気化学センサの中では、アンペロメトリーによる電気化学センサ（すなわち、電流測定センサ）が一般的である。
　本実施形態では、１つのＡＣ信号生成部１１に対してそれぞれ接続される少なくとも２つ以上の電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉを有することで、試料中の複数の化学物質を精度高く識別することが可能となる。
　このとき、電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉの少なくとも一部が、アレイ配置されていることが好ましい。これにより、電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉを構成する膜の種類やサイズ毎に、最適な周波数で測定可能となり、膜の種類やサイズに起因する応答信号の差から、たとえば匂い成分を含んだガスのような複数成分が混ざり合った気体などの識別が可能となる。また、電気化学センサ部１２～１２Ｉの周辺回路の面積効率が向上する。さらに、識別状況等に合わせてＡＣ信号生成部１１などの駆動を制御することで、識別精度の更なる向上が期待できる。なお、電気化学センサ部１２の構成についての説明は後述する。
　なお、この回路の構成例では、電気化学センサ部１２がＭ行Ｎ列（ＭおよびＮは２以上の整数）に二次元状に配列されているが、この構成に限定されない。たとえば、電気化学センサ部１２が１行Ｎ列に一次元状に配列されていてもよい。
［（４）応答信号出力回路］
　応答信号出力回路１３は、電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉからの応答信号を出力する。本実施形態において、応答信号出力回路１３は、１つ以上あれば、その数は特に限定されない。
　応答信号出力回路１３の少なくとも一部は、ＩＱ変換回路１３１と、ＡＤ変換回路１３２と、を有している。これにより、識別精度を向上させることができる。
　ＩＱ変換回路１３１は、対象となる信号を複素信号に拡張（変換）する。具体的には、基準信号と同位相（In-Phase）であるＩ信号と、基準信号と位相が９０°ずれた直行位相（Quadrature-Phase）であるＱ信号が生成される。ＩＱ変換回路１３１は、これらのＩ信号およびＱ信号を、ＡＤ変換回路１３２に供給する。
　ＡＤ変換回路１３２は、アナログ形式のＩ信号およびＱ信号をデジタル形式の信号に変換し、識別システム部１４に供給する。ＡＤ変換回路１３２としては、たとえば、従来公知のシングルスロープ型のＡＤ変換器などを用いることができる。シングルスロープ型のＡＤ変換器では、変換開始から参照電圧と処理対象信号電圧とが一致するまでの時間に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタル信号に変換する。このための仕組みとしては、たとえば、シングルスロープ波形とＩＱ変換回路の出力信号ＤＣレベルとを比較するコンパレータ（電圧比較器）と、比較時間を計測するカウンタと、を用いることができる。そして、参照電圧を供給すると同時にクロック信号でのカウントを開始し、ＩＱ変換回路から出力された信号ＤＣレベルを前記参照電圧と比較することによって、パルス信号が得られるまでカウントすることでＡＤ変換を行う。
　アレイ配置されたＩＱ変換回路１３１に対して、ＡＤ変換回路１３２は列方向にレイアウト配置されている。このような回路構成とすることで、レイアウトの効率化を図り、電気化学センサ回路全体の面積を縮小することができる。なお、図示しないが、本実施形態では、アレイ配置されたＩＱ変換回路１３１に対してＡＤ変換回路１３２を行方向にレイアウト配置してもよい。
　本実施形態において、ＡＤ変換回路１３２は、マルチサンプリング（複数回の動作）を行うことによって、ノイズを低減させてもよい。これにより、識別精度を向上させることができる。
　また、本実施形態において、応答信号出力回路１３では、電気化学センサ部１２を構成する感応膜の種類やサイズなどに応じて、ＬＰＦでカットする帯域を変更するなどして回路定数を自由に変更してもよい。これにより、感応膜の種類やサイズ等に合わせて回路定数を最適化し、識別精度を向上させることができる。
　更に、本実施形態において、応答信号出力回路１３の少なくとも一部は、アレイ配置されていなくてもよい。また、１つの応答信号出力回路１３に対して、少なくとも２つ以上の電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉがそれぞれ接続されていてもよい。
　また、本実施形態において、上述したようにＡＣ信号生成部１１の周波数が可変的に用いられる場合、応答信号出力回路１３は２つ以上のスイッチを有し、電気化学センサ部１２Ａ～１２Ｉに合わせて、各スイッチとＡＣ信号生成部１１の周波数を制御してもよい。
［（５）識別システム部］
　識別システム部１４は、前記応答信号出力回路１３からの出力に基づいて、試料中の化学物質を識別する。本実施形態において、識別システム部１４は、１つ以上あれば、その数は特に限定されない。
　本実施形態において、識別システム部１４は、電気化学センサ部１２毎の応答信号をデータベースと参照し、試料中の化学物質を識別してもよい。
　識別システム部１４の識別結果をフィードバックして、ＡＣ信号生成部１１における周波数を制御してもよい。これにより、識別精度の向上や、識別速度の向上を図ることができる。
［（６）電気化学センサ部の構成例］
　電気化学センサ部１２の構成例について図２および図３を参照しつつ説明する。図２は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。図３は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。より詳しく述べると、図２は、図１に示される第１切断線（電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｇを通る切断線）に沿った断面図である。図２は、この第１切断線に沿った平面図である。
　図２および図３に示されるとおり、それぞれの電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｇが、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇを有している。
　なお、本明細書において、「膜」とは、あらゆる堅さの膜を含み、非常に堅い膜も、非常に柔軟な膜も、「膜」の中に包含される。膜は、例えば、白金、金等の金属膜；グラファイトカーボン、ボロンドープダイヤモンド等の膜；ポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性ポリマーによる高分子膜；等が挙げられる。本実施形態において、膜のサイズ（例えば、数μｍ２～数ｍｍ２など）、面積、厚み等は、特に限定されない。
　それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇには、ＡＣ信号生成部１１からのＡＣ信号が入力される。それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇは、試料中の化学物質を吸着して、この化学物質に反応することにより物性が変化して、応答信号である電子的パラメータを生成する。
　感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇを含む感応膜１２１は、応答信号である電子的パラメータを生成できればよく、感応膜１２１の種類は特に限定されない。感応膜は、たとえば、有機高分子を含んでいてよい。有機高分子の一例として、ポリアニリンなどを挙げることができる。
　あるいは、感応膜は、たとえば、無機材料を含んでいてよい。無機材料の一例として、金属酸化物などを挙げることができる。金属の一例として、モリブデン、アルミニウムなどを挙げることができる。
　あるいは、感応膜は、たとえば、嗅細胞を含んでいてよい。嗅細胞は、化学物質の一例である匂い成分を受容する細胞である。嗅細胞に関する技術は、次の非特許文献において開示されている。
＜非特許文献＞
　An ultrasensitive electrochemical impedance-based biosensor using insect odorant receptors to detect odorants, Biosensors and Bioelectronics, 2019, Vol.126, p.207-213
　感応膜１２１の形成において、この非特許文献において開示されている技術を利用してもよい。この形成の例について図４を参照しつつ説明する。図４は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。
　図４に示されるとおり、溶媒１２１１の中に嗅細胞１２１２を配置することにより、感応膜１２１を構成することができる。溶媒１２１１の一例として、水、生理食塩水、固体電解質などが挙げられる。
　なお、本明細書において、「匂い成分」とは、上述した化学物質のうち、匂い分子などの鼻腔に存在するレセプターの一部又は全部を刺激するあらゆる成分を含み得る。鼻腔には、嗅覚のレセプター以外に、冷たい、熱い、痛いといった刺激を司る三叉神経のレセプターなども存在しており、本技術における匂い成分は、これらのレセプターの一部又は全部を刺激するあらゆる成分を含む広い概念である。具体的には、例えば、匂い成分としてメントールを用いた場合、メントールは、嗅覚のレセプターを介した刺激にもなるとともに、三叉神経のレセプター（ＴＲＰＡ１チャネル）を介した冷感刺激にもなり得る。
［（７）感応膜の構成例］
　膜の種類に応じて、たとえば、感度、化学物質と接触する接触面の必要サイズ、およびＡＣ信号の必要周波数などが異なる。そのため、感応膜１２１ごとに、接触面のサイズまたは膜厚を変化させられる構成であることが好ましい。
　これを実現するために、図２および図３に示されるとおり、平面視において、それぞれの感応膜１２１が、絶縁膜１２２を介して離間している。これにより、感応膜１２１毎に膜の種類などを変化させることができる。また、感応膜１２１間の距離を短くできるため、電気化学センサ部１２のさらなる微細化が可能となる。さらに、感応膜１２１の種類に応じて、たとえば、接触面のサイズ、膜厚、およびＡＣ信号の周波数などを変化させることができる。
　絶縁膜１２２は絶縁性を有していればよく、絶縁膜１２２の種類は特に限定されない。絶縁膜１２２は、たとえばＳｉＯ２などを含んで形成されてよい。
　また、２つ以上の電気化学センサ部１２が有している感応膜１２１の種類がそれぞれ異なっていてよい。図２を例にして説明すると、感応膜１２１Ａおよび感応膜１２１Ｄの種類が互いに異なっており、感応膜１２１Ｄおよび感応膜１２１Ｇの種類が同じであってよい。あるいは、感応膜１２１Ａ、感応膜１２１Ｄ、および感応膜１２１Ｇの種類がそれぞれ異なっていてよい。感応膜１２１の種類がそれぞれ異なっていることにより、電気化学センサユニット１を備える回路は、試料中の複数の化学物質を精度高く識別できる。
　それぞれの感応膜１２１は、化学物質と接触する接触面を有している。このとき、２つ以上の電気化学センサ部１２が有している接触面のサイズがそれぞれ異なっていてよい。図２を例にして説明すると、感応膜１２１Ａの接触面のサイズと、感応膜１２１Ｄの接触面のサイズと、が互いに異なっており、感応膜１２１Ｄの接触面のサイズと、感応膜１２１Ｇの接触面のサイズと、が同じであってよい。あるいは、感応膜１２１Ａの接触面のサイズと、感応膜１２１Ｄの接触面のサイズと、感応膜１２１Ｇの接触面のサイズと、がそれぞれ異なっていてよい。接触面のサイズがそれぞれ異なっていることにより、電気化学センサユニット１を備える回路は、試料中の複数の化学物質を精度高く識別できる。
　上述したように、感応膜の種類に応じて、たとえば、感度および接触面の必要サイズなどが異なる。そのため、接触面のサイズが、感応膜１２１の種類に応じて異なっていてよい。
　２つ以上の電気化学センサ部１２に入力されるＡＣ信号の周波数がそれぞれ異なっていてよい。図２を例にして説明すると、電気化学センサ部１２Ａおよび電気化学センサ部１２Ｄに入力されるＡＣ信号の周波数がそれぞれ異なっており、電気化学センサ部１２Ｄおよび電気化学センサ部１２Ｇに入力されるＡＣ信号の周波数が略同一であってよい。あるいは、電気化学センサ部１２Ａ、電気化学センサ部１２Ｄ、および電気化学センサ部１２Ｇに入力されるＡＣ信号の周波数がそれぞれ異なっていてよい。ＡＣ信号の周波数がそれぞれ異なっていることにより、電気化学センサユニット１を備える回路は、試料中の複数の化学物質を精度高く識別できる。
　上述したように、感応膜の種類もしくは接触面のサイズまたはその両方に応じて、たとえば、ＡＣ信号の周波数が異なる。そのため、２つ以上の電気化学センサ部１２に入力されるＡＣ信号の周波数が、感応膜の種類およびサイズのうち少なくとも一方に応じて異なっていてよい。
　図示を省略するが、それぞれの感応膜１２１の一方の面（特に、接触面の反対側の面）に、感応膜１２１を支持する支持部材が形成されていてよい。つまり、感応膜１２１と、支持部材とが積層されていてよい。
　支持部材は、導電性の材料からなることが好ましく、たとえば、シリコン基板、金属基板などが挙げられる。金属基板としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）などが挙げられる。
　感応膜１２１の一方の面に支持部材を形成するには、金属膜であれば、スパッタリング、気相合成法などの従来公知の手法により形成できる。高分子膜であれば、化学修飾などの従来公知の手法により形成できる。
［（８）電極の構成例］
　ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂは、少なくとも一部が感応膜１２１に接触して配置されている。ＩＱ電極１２３Ａは、ビア１２４および配線１２５Ａを介して、応答信号出力回路１３が有しているＩＱ変換回路１３１に対して接続されている。ＡＣ電極１２３Ｂは、ビア１２４および配線１２５Ｂを介して、ＡＣ信号生成部１１に対して接続されている。これにより、ＡＣ信号生成部１１からのＡＣ信号がＡＣ電極１２３Ｂを介して感応膜１２１に入力される。そして、感応膜１２１が生成した応答信号がＩＱ電極１２３Ａを介してＩＱ変換回路１３１に入力される。
　ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂは、接触面の反対側に配置されていることが好ましい。これにより、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂが障害物となって化学物質が感応膜１２１に接触しづらくなるということが防止できる。
　電極として、たとえば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｇなどの金属で形成された電極、ダイヤモンド電極、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）電極、カーボン電極などを用いることができる。電極は、たとえば、セミアディティブ法、サブトラクティブ法などの従来公知の手法により形成できる。
　電極１２３、ビア１２４、および配線１２５の構成例について図５～図７を参照しつつ説明する。図５～図７は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。具体的に説明すると、図５は、図２において電極１２３が形成されている層の平面図である。図６は、図２においてビア１２４が形成されている層の平面図である。図７は、図２において配線１２５が形成されている層の平面図である。
　図５において、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂが示されている。また、感応膜１２１の接触面の外周に対応する領域１２６が示されている。
　図６において、ビア１２４が示されている。ビア１２４は、電極１２３および配線１２５を互いに電気的に接続する。なお、理解を助けるために、図５において電極１２３が形成されている領域に対応する領域１２３Ｃを示している。実際には、ビア１２４が形成されている層において、電極１２３が形成されていなくてよい。
　図７において、配線１２５が示されている。配線１２５Ａは、応答信号出力回路１３が有しているＩＱ変換回路１３１に対して接続されている。配線１２５Ｂは、ＡＣ信号生成部１１に対して接続されている。なお、理解を助けるために、図６においてビア１２４が形成されている領域に対応する領域１２５ｃを示している。
　電気化学センサ部１２の構成例について、さらに図８および図９を参照しつつ説明する。図８は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。図９は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。より詳しく述べると、図８は、図１に示される第２切断線（電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを通る切断線）に沿った断面図である。図９は、この第２切断線に沿った平面図である。
　図８および図９において、感応膜１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃと、電極１２３Ｂと、ビア１２４と、配線１２５Ｂと、が示されている。配線１２５Ｂは、ＡＣ信号生成部１１に対して接続されている。
　電極、ビア、および配線の構成例について図１０～図１２を参照しつつ説明する。図１０～図１２は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。具体的に説明すると、図１０は、図８において電極１２３Ｂが形成されている層の平面図である。図１１は、図８においてビア１２４が形成されている層の平面図である。図１２は、図８において配線１２５Ｂが形成されている層の平面図である。
　図１０において、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂが示されている。また、接触面の外周に対応する領域１２６が示されている。
　図１１において、ビア１２４が示されている。ビア１２４は、電極１２３および配線１２５を互いに電気的に接続する。なお、理解を助けるために、図１０において電極１２３が形成されている領域に対応する領域１２３Ｃを示している。実際には、ビア１２４が形成されている層において、電極１２３が形成されていなくてよい。
　図１２において、配線１２５が示されている。配線１２５Ａは、応答信号出力回路１３が有しているＩＱ変換回路１３１に対して接続されている。配線１２５Ｂは、ＡＣ信号生成部１１に対して接続されている。なお、理解を助けるために、図１１においてビア１２４が形成されている領域に対応する領域１２５Ｃを示している。
　本技術の第１実施形態に係る電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［２．本技術の第２実施形態（電気化学センサユニットの例２）］
　電気化学センサ部１２の他の構成例について、さらに図１３および図１４を参照しつつ説明する。図１３は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。図１４は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。より詳しく述べると、図１３は、図１に示される第１切断線（電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｇを通る切断線）に沿った断面図である。図１４は、この第１切断線に沿った平面図である。
　図１３および図１４に示されるとおり、それぞれの電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｇが、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇを有している。
　そして、平面視において、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、電極１２３を介して離間している。つまり、図２および図３に示される構成例では、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、絶縁膜１２２を介して離間している。一方で、図１３および図１４に示される構成例では、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、電極１２３を介して離間している。
　これにより、感応膜１２１毎に膜の種類などを変化させることができる。また、感応膜１２１間の距離を短くできるため、電気化学センサ部１２のさらなる微細化が可能となる。さらに、感応膜１２１の種類に応じて、たとえば、接触面のサイズ、膜厚、およびＡＣ信号の周波数などを変化させることができる。
　感応膜１２１および電極１２３の構成例について図１５を参照しつつ説明する。図１５は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。具体的に説明すると、図１５は、図１３において電極１２３および感応膜１２１が形成されている層の平面図である。
　図１５において、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂが示されている。ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれのすき間に、感応膜１２１が形成されている。
　なお、ビア１２４および配線１２５の構成例については、図６および図７と同様であるため、説明を省略する。
　感応膜１２１および電極１２３の配置は、これに限定されない。たとえば、図１６に示されるように、感応膜１２１および電極１２３が配置されてもよい。図１６は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式平面図である。図１６に示されるとおり、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇの端部の一部が、電極１２３の一部で囲まれて配置されてもよい。
　本技術の第２実施形態に係る電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［３．本技術の第３実施形態（電気化学センサユニットの例３）］
　電気化学センサ部１２の他の構成例について、さらに図１７を参照しつつ説明する。図１７は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。より詳しく述べると、図１７は、図１に示される第１切断線（電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｇを通る切断線）に沿った断面図である。
　図１７に示されるとおり、それぞれの電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｇが、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇを有している。
　そして、平面視において、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、絶縁膜１２２および電極１２３を介して離間している。つまり、図２に示される構成例では、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、絶縁膜１２２を介して離間している。図１３に示される構成例では、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、電極１２３を介して離間している。一方で、図１７に示される構成例では、それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇが、絶縁膜１２２および電極１２３を介して離間している。
　これにより、感応膜１２１毎に膜の種類などを変化させることができる。また、感応膜１２１間の距離を短くできるため、電気化学センサ部１２のさらなる微細化が可能となる。さらに、感応膜１２１の種類に応じて、たとえば、接触面のサイズ、膜厚、およびＡＣ信号の周波数などを変化させることができる。
　本技術の第３実施形態に係る電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［４．本技術の第４実施形態（電気化学センサユニットの例４）］
　図１８は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２を備えている装置１０の構成例を示すブロック図である。図１８に示されるとおり、装置１０は、垂直駆動部１６１と、システム制御部１６２と、画素アレイ部１６６と、ＩＱ変換回路１３１およびＡＤ変換回路１３２を有している応答信号出力回路と、データ格納部１６３と、水平駆動部１６４と、信号処理部１６５と、を備えている。それぞれの構成要素には、従来公知の技術を用いることができる。
　画素アレイ部１６６には、電気化学センサ部１２の少なくとも一部が、アレイ配置されている。すなわち、画素アレイ部１６６には、画素である電気化学センサ部１２が、行方向および列方向に、行列状（二次元状）に配置されている。
　ここで、行方向とは、Ｘ軸方向であり、画素行の各画素１２の配列方向（いわゆる、水平方向）を示す。列方向とは、Ｙ軸方向であり、画素列の各画素１２の配列方向（いわゆる、垂直方向）を示す。以下では、行方向を水平方向と記述し、列方向を垂直方向と記述する場合がある。
　画素アレイ部１６６において、行列状の画素配列に対し、画素行毎に画素駆動線が行方向に沿って配線されている。また、画素列毎に垂直信号線が列方向に沿って配線されている。画素駆動線は、画素１２から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。画素駆動線は１本に限られない。
　２つ以上の電気化学センサ部１２が、１つのＩＱ変換回路１３１に対してそれぞれ接続されている。このような構成とすることで、レイアウトの効率化を図り、装置１０全体の面積を縮小することができる。
　以下に、画素アレイ部１６６の周辺回路部の各回路部、すなわち、垂直駆動部１６１、ＡＤ変換回路１３２、データ格納部１６３、水平駆動部１６４、信号処理部１６５について説明する。
　垂直駆動部１６１は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１６６の各画素１２を行単位などで駆動する。画素アレイ部１６６の各画素１２が、垂直駆動部１６１によって画素行単位で選択されることにより、選択された画素行の各画素１２から応答信号が読み出される。
　垂直駆動部１６１によって選択走査された画素行の各画素１２には、画素列毎に垂直信号線の各々に接続されたＭＯＳ型電界効果トランジスタから成る電流源（図示省略）から、垂直信号線の各々を通してバイアス電流が供給される。画素アレイ部１６６の各画素１２から画素行単位で読み出される画素信号は、垂直信号線の各々を通してＡＤ変換回路１３２に供給される。
　ＡＤ変換回路１３２は、垂直信号線の各々に対応して設けられた複数のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）の集合から成り、画素列毎に画素行単位で出力されるアナログの画素信号をデジタル信号に変換する。すなわち、ＡＤ変換回路１３２は、アナログ－デジタル変換器が画素列に対応して並列に複数配置されて成る列並列型のアナログ－デジタル変換部である。
　アナログ－デジタル変換器としては、周知のアナログ－デジタル変換器を用いることができる。具体的には、アナログ－デジタル変換器として、参照信号比較型のアナログ－デジタル変換器の一例であるシングルスロープ型アナログ－デジタル変換器、逐次比較型アナログ－デジタル変換器、または、デルタ－シグマ変調型（ΔΣ変調型）アナログ－デジタル変換器を例示することができる。ただし、アナログ－デジタル変換器は、これらに限定されるものではない。
　ＡＤ変換回路１３２において、アナログ－デジタル変換器は、画素列に対して１対１の関係で、すなわち、画素列毎に配置する構成とすることもできるし、複数の画素列に対してアナログ－デジタル変換器を１つ配置する構成とすることもできる。
　データ格納部１６３は、ＡＤ変換回路１３２の後段に配されている。データ格納部１６３は、垂直信号線の各々に対応して設けられた複数のラッチ回路の集合から成り、画素アレイ部１６６の各画素１２からの応答信号の読み出し期間、アナログ－デジタル変換後の応答信号をラッチする。
　データ格納部１６３の各ラッチ回路にラッチされた１行分の応答信号は、信号処理部１６５に供給され、当該信号処理部１６５で所定の処理が行われる。
　上記の構成例の装置１０は、単一チップから成るチップ構造としては、平置構造とすることもできるし、積層構造とすることもできる。
　平置構造とは、画素アレイ部１６６の周辺回路部を、画素アレイ部１６６と同じ半導体基板（半導体チップ）に形成したチップ構造である。すなわち、平置構造では、垂直駆動部１６１、ＡＤ変換回路１３２、データ格納部１６３、水平駆動部１６４、信号処理部１６５などを、画素アレイ部１６６と同じ半導体基板に形成する。
　積層構造とは、画素アレイ部１６６の周辺回路部を、画素アレイ部１６６が形成された半導体基板とは異なる少なくとも１枚の半導体基板に形成したチップ構造である。この積層構造の装置１０によれば、１層目の半導体基板として画素アレイ部１６６を形成できるだけの大きさ（面積）のもので済むため、１層目の半導体基板のサイズ（面積）、ひいては、チップ全体のサイズを小さくできる。さらに、１層目の半導体基板には画素１２の作製に適したプロセスを適用でき、他の半導体基板には回路部分の作製に適したプロセスを適用できる。そのため、装置１０の製造にあたり、プロセスの最適化を図ることができる。
　このときの、電気化学センサ部１２の構成例について図１９および図２０を参照しつつ説明する。図１９および図２０は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。
　図１９に示されるとおり、電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、半導体基板１７３の一方の面に形成されている。半導体基板１７３は、たとえばシリコンなどにより形成された第１導電型（たとえば、ｎ型）の半導体基板でありうる。
　電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが有している感応膜１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃが、電極１２３およびビア１２４を介して配線１２５に接続されている。この配線１２５は、垂直駆動部１６１に接続されている。
　また、図２０に示されるとおり、半導体基板１７３の一方の面に沿って、第１導電型の領域でありうるトランジスタ１７２が形成されている。
　半導体基板１７３の一方の面に、絶縁性の保護膜（図示を省略）を介して、ゲート電極１７１が形成されていてよい。ゲート電極１７１は、垂直駆動部１６１に接続される。保護膜としては、たとえば、Ｓｉ０２などが用いられることができる。
　さらに、電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが有している感応膜１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃが、電極１２３、ビア１２４、および配線１２５を介してトランジスタ１７２に接続されている。配線１２５Ａは、ＩＱ変換回路１３１に接続されていてよい。
　本技術の第４実施形態に係る電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［５．本技術の第５実施形態（電気化学センサユニットの例５）］
　図１および図１８に示される構成例では、２つ以上の電気化学センサ部１２が、１つのＩＱ変換回路１３１に対してそれぞれ接続されている。一方で、１つの電気化学センサ部１２が、１つのＩＱ変換回路１３１に対して接続されていてよい。このことについて図２１を参照しつつ説明する。図２１は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサユニット１を備える回路の構成例を示す回路図である。
　図２１に示されるとおり、１つの電気化学センサ部１２が、１つのＩＱ変換回路１３１に対して接続されている。たとえば、電気化学センサ部１２Ａが、ＩＱ変換回路１３１Ａに対して接続されている。
　この電気化学センサ部１２を備えている装置１０の構成例について図２２を参照しつつ説明する。図２２は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２を備えている装置１０の構成例を示すブロック図である。図２２に示されるとおり、装置１０は、垂直駆動部１６１と、システム制御部１６２と、ＩＱ変換回路１３１を有している画素アレイ部１６６と、ＡＤ変換回路１３２を有している応答信号出力回路と、データ格納部１６３と、水平駆動部１６４と、信号処理部１６５と、を備えている。それぞれの構成要素には、従来公知の技術を用いることができる。
　画素アレイ部１６６には、電気化学センサ部１２の少なくとも一部が、アレイ配置されている。１つの電気化学センサ部１２と、１つのＩＱ変換回路１３１と、が互いに接続されており、１つの画素を構成している。
　このときの、電気化学センサ部１２の構成例について図２３および図２４を参照しつつ説明する。図２３および図２４は、本技術の一実施形態に係る電気化学センサ部１２の構成例を示す模式断面図である。
　図２３に示されるとおり、電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、半導体基板１７３の一方の面に形成されている。半導体基板１７３は、たとえばシリコンなどにより形成された第１導電型（たとえば、ｎ型）の半導体基板でありうる。
　電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが有している感応膜１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃが、電極１２３およびビア１２４を介して配線１２５に接続されている。この配線１２５は、垂直駆動部１６１に接続されていてよい。
　また、図２４に示されるとおり、半導体基板１７３の一方の面に沿って、第１導電型の領域でありうるトランジスタ１７２が形成されている。
　電気化学センサ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが有している感応膜１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃが、電極１２３、ビア１２４、および配線１２５を介して半導体基板１７３に接続されている。感応膜１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃから電極１２３、ビア１２４、および配線１２５を介して出力された交流電流ｉｉｎは、ＩＱ変換回路１３１に出力される。
　ＩＱ変換回路１３１は、たとえば、トランスインピーダンス・アンプ（ＴＩＡ）１３１１１と、アナログ乗算器１３１２と、を有していてよい。
　ＴＩＡ１３１１は、電気化学センサ部１２から出力された交流電流ｉｉｎを電圧信号に変換する。変換された電圧信号は、アナログ乗算器１３１２にて高速演算される。アナログ乗算器１３１２としては、特に限定されず、従来公知のアナログ乗算器を用いることができる。具体例として、一般的に使用されているギルバートセル型のアナログ乗算器などが挙げられる。
　図示を省略するが、ＩＱ変換回路１３１は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）をさらに有していてよい。ＬＰＦは、アナログ乗算器の演算結果から、直流（ＤＣ）成分を抽出する。Ｉ信号およびＱ信号の直流成分が、入力信号の実部成分および虚部成分に相当する。そのため、上述した電気化学センサ部１２における振幅および位相を算出でき、結果として、測定箇所でのインピーダンスを算出できる。ＬＰＦの具体例として、ＲＣローパスフィルタなどが挙げられる。
　ＩＱ変換回路１３１が出力した信号は、配線１２５を介してＡＤ変換回路１３２に供給される。
　本技術の第５実施形態に係る電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［６．本技術の第６実施形態（電気化学センサユニットの例６）］
　ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状は、上述した実施形態に限定されない。ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれが、感応膜１２１に接していればよい。ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状の例について、図２５を参照しつつ説明する。図２５は、本技術の一実施形態に係る電極１２３の形状の例を示す模式平面図である。
　図２５において、感応膜１２１における、化学物質と接触する接触面の外周に対応する領域１２６が示されている。
　図２５Ａに示されるとおり、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状が、平面視においてアルファベットのＣの形状であり、その端部が、感応膜１２１に接触していてよい。
　図２５Ｂに示されるとおり、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状が、平面視においてアルファベットのＰの形状であり、その端部が、感応膜１２１に接触している形状であってよい。
　図２５Ｃに示されるとおり、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状が、平面視において矩形であり、そのほぼ全面が、感応膜１２１に接触していてよい。矩形には、たとえば、正方形、長方形、角が丸くなっている正方形、及び角が丸くなっている長方形などが含まれる。
　ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状は、図２５に示される形状に限られない。ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状は、たとえば、三角形、五角形、六角形などの多角形であってよい。また、ＩＱ電極１２３ＡおよびＡＣ電極１２３Ｂのそれぞれの形状が異なっていてよい。
　ただし、ＩＱ電極１２３Ａおよび感応膜１２１が接する面積と、ＡＣ電極１２３Ｂおよび感応膜１２１が接する面積と、が略同一であることが好ましい。これにより、電気化学センサ部１２に付与されるＡＣ信号、および、電気化学センサ部１２が生成する応答信号のバイアスの発生が抑制できる。
　本技術の第６実施形態に係る電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［７．本技術の第７実施形態（匂い成分用電気化学センサユニットの例）］
　本技術は、１つのＡＣ信号生成部１１に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部１２を備えており、それぞれの電気化学センサ部１２が、試料中の匂い成分に反応して物性が変化する感応膜１２１を有しており、平面視において、それぞれの感応膜１２１が、絶縁膜１２２および電極１２３のうち少なくとも一方を介して離間している、匂い成分用電気化学センサユニットを提供する。
　すなわち、上述した電気化学センサユニットの用途を匂い成分識別用としたものであり、その構成については上述したものと同様であるため、ここでは説明を割愛する。
　本明細書において、「匂い成分」とは、上述した化学物質のうち、鼻腔に存在するレセプターの一部又は全部を刺激するあらゆる成分を含み得る。鼻腔には、嗅覚のレセプター以外に、冷たい、熱い、痛いといった刺激を司る三叉神経のレセプターなども存在しており、本技術における匂い成分は、これらのレセプターの一部又は全部を刺激するあらゆる成分を含む広い概念である。具体的には、例えば、匂い成分としてメントールを用いた場合、メントールは、嗅覚のレセプターを介した刺激にもなるとともに、三叉神経のレセプター（ＴＲＰＡ１チャネル）を介した冷感刺激にもなり得る。
　なお、匂い成分には、ヒトが匂いとして認知できるもののほか、ヒトが匂いとして認知できないが吸引されることにより人に対して何らかの作用を及ぼすものも含まれる。たとえば、吸引される医療用鎮静剤、あるいは、酸素や二酸化炭素などに代表されるような、無臭であるが吸引されることによりヒトの体調に作用する気体なども匂い成分に含まれる。
　本技術の第７実施形態に係る匂い成分用電気化学センサユニットについて説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［８．本技術の第８実施形態（電気化学センサユニットの製造方法の例１）］
　本技術は、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を形成することと、平面視において、それぞれの感応膜を、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間することと、を含む、電気化学センサユニットの製造方法を提供する。
　本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造では、たとえば、従来公知のフォトリソグラフィ技術と、従来公知のドライエッチング技術またはウェットエッチング技術と、を組み合わせることができる。
　図２に示される電気センサユニットの製造方法の一例について、図２６Ａ～図２６Ｋを参照しつつ説明する。図２６Ａ～図２６Ｋは、本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。
　まず、図２６Ａに示されるとおり、配線１２５が形成されている層の一方の面に、フォトレジスト１２７を塗布する。フォトレジストは、光や電子線などに反応して溶解性などの物性が変化する組成物である。
　次に、図２６Ｂに示されるとおり、フォトマスク１５を配置して、図の上方から光を照射する。すると、フォトマスク１５が配置されていない部分に光が照射される。光が照射された部分だけ、フォトレジスト１２７の溶解性が変化する。
　次に、図２６Ｃに示されるとおり、溶解性が変化した部分のフォトレジストを除去して、たとえばドライエッチングを行う。これにより、開口部１２８が形成される。なお、後工程で、この開口部１２８にビアが形成される。
　次に、図２６Ｄに示されるとおり、フォトマスク１５を配置して、図の上方から光を照射する。すると、フォトマスク１５が配置されていない部分に光が照射される。光が照射された部分だけ、フォトレジスト１２７の溶解性が変化する。
　次に、図２６Ｅに示されるとおり、溶解性が変化した部分のフォトレジストを除去して、たとえばドライエッチングを行う。これにより、開口部１２９が形成される。なお、後工程で、この開口部１２９に電極が形成される。
　次に、図２６Ｆに示されるとおり、メタル材料１３０を成膜する。なお、後工程で、このメタル材料が、電極およびビアとなる。
　次に、図２６Ｇに示されるとおり、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により、表面を研磨する。これにより、電極１２３が形成される。
　次に、図２６Ｈに示されるとおり、絶縁膜１２２を成膜する。
　次に、図２６Ｉに示されるとおり、フォトマスク１５を配置して、図の上方から光を照射する。すると、フォトマスク１５が配置されていない部分に光が照射される。光が照射された部分だけ、絶縁膜１２２の溶解性が変化する。
　次に、図２６Ｊに示されるとおり、溶解性が変化した部分の絶縁膜を除去して、たとえばドライエッチングを行う。これにより、開口部１５１が形成される。なお、後工程で、この開口部１５１に感応膜が形成される。
　最後に、図２６Ｋに示されるとおり、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇを開口部１５１に塗布する。それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇを、絶縁膜１２２を介して離間している。それぞれの感応膜１２１Ａ，１２１Ｄ，１２１Ｇの種類を異ならせるために、たとえば、インクジェット、ディスペンサーなどの技術で感応膜を塗布することができる。
　本技術の第８実施形態に係る電気化学センサユニットの製造方法について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
［９．本技術の第９実施形態（電気化学センサユニットの製造方法の例２）］
　図１３に示される電気センサユニットの製造方法の一例について、図２７Ａ～図２７Ｊを参照しつつ説明する。図２７Ａ～図２７Ｊは、本技術の一実施形態に係る電気センサユニットの製造方法を説明するための模式断面図である。
　まず、図２７Ａに示されるとおり、配線１２５が形成されている層の一方の面に、フォトレジスト１２７を塗布する。
　次に、図２７Ｂに示されるとおり、フォトマスク１５を配置して、図の上方から光を照射する。すると、フォトマスク１５が配置されていない部分に光が照射される。光が照射された部分だけ、フォトレジスト１２７の溶解性が変化する。
　次に、図２７Ｃに示されるとおり、溶解性が変化した部分のフォトレジストを除去して、たとえばドライエッチングを行う。これにより、開口部１２８が形成される。なお、後工程で、この開口部１２８にビアが形成される。
　次に、図２７Ｄに示されるとおり、フォトマスク１５を配置して、図の上方から光を照射する。すると、フォトマスク１５が配置されていない部分に光が照射される。光が照射された部分だけ、フォトレジスト１２７の溶解性が変化する。
　次に、図２７Ｅに示されるとおり、溶解性が変化した部分のフォトレジストを除去して、たとえばドライエッチングを行う。これにより、開口部１２９が形成される。なお、後工程で、この開口部１２９に電極およびビアが形成される。
　次に、図２７Ｆに示されるとおり、メタル材料１３０を成膜する。なお、後工程で、このメタル材料が、電極およびビアとなる。
　次に、図２７Ｇに示されるとおり、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により、表面を研磨する。これにより、電極１２３およびビアが形成される。
　次に、図２７Ｈに示されるとおり、フォトマスク１５を配置して、図の上方から光を照射する。すると、フォトマスク１５が配置されていない部分に光が照射される。光が照射された部分だけ、フォトレジスト１２７の溶解性が変化する。
　次に、図２７Ｉに示されるとおり、溶解性が変化した部分のフォトレジストを除去して、たとえばドライエッチングを行う。このとき、絶縁膜／メタル材料の選択比が高く、絶縁膜を優先してエッチングする条件を適用することが好ましい。これにより、開口部１５１が形成される。なお、後工程で、この開口部１５１に感応膜が形成される。
　最後に、図２７Ｊに示されるとおり、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜１２１を開口部１５１に形成する。それぞれの感応膜１２１を、電極１２３を介して離間している。それぞれの感応膜１２１の種類を異ならせるために、たとえば、インクジェット、ディスペンサーなどの技術で感応膜を塗布することができる。
　本技術の第９実施形態に係る電気化学センサユニットの製造方法について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。
　なお、本技術では、以下の構成を採用することもできる。
［１］
　１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、
　それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を有しており、
　平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、電気化学センサユニット。
［２］
　前記電気化学センサ部の少なくとも一部が、アレイ配置されている、
　［１］に記載の電気化学センサユニット。
［３］
　２つ以上の前記電気化学センサ部が有している前記感応膜の種類がそれぞれ異なっている、
　［１］または［２］に記載の電気化学センサユニット。
［４］
　前記感応膜が、前記化学物質と接触する接触面を有しており、
　２つ以上の前記電気化学センサ部が有している前記接触面のサイズがそれぞれ異なっている、
　［１］から［３］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［５］
　前記接触面のサイズが、前記感応膜の種類に応じて異なっている、
　［４］に記載の電気化学センサユニット。
［６］
　２つ以上の前記電気化学センサ部に入力される前記ＡＣ信号生成部の周波数がそれぞれ異なっている、
　［１］から［５］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［７］
　２つ以上の前記電気化学センサ部に入力される前記ＡＣ信号生成部の周波数が、前記感応膜の種類およびサイズのうち少なくとも一方に応じて異なっている、
　［３］から［６］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［８］
　前記電気化学センサ部からの応答信号を出力する１つ以上の応答信号出力回路をさらに備えており、
　前記応答信号出力回路の少なくとも一部が、ＩＱ変換回路を有しており、
　前記電極の少なくとも一部が、前記ＩＱ変換回路に対して接続されているＩＱ電極と、前記ＡＣ信号生成部に対して接続されているＡＣ電極と、を有している、
　［１］から［７］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［９］
　前記感応膜が、前記化学物質と接触する接触面を有しており、
　前記ＩＱ電極および前記ＡＣ電極が、前記接触面の反対側に配置されている、
　［８］に記載の電気化学センサユニット。
［１０］
　前記ＩＱ電極および前記感応膜が接する面積と、前記ＡＣ電極および前記感応膜が接する面積と、が略同一である、
　［８］または［９］に記載の電気化学センサユニット。
［１１］
　１つの前記電気化学センサ部が、１つの前記ＩＱ変換回路に対して接続されている、　［８］から［１０］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１２］
　２つ以上の前記電気化学センサ部が、１つの前記ＩＱ変換回路に対してそれぞれ接続されている、
　［８］から［１１］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１３］
　前記応答信号出力回路からの出力に基づいて、前記化学物質を識別する識別システム部をさらに備えている、
　［８］から［１２］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１４］
　前記感応膜が、有機高分子を含んでいる、
　［１］から［１３］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１５］
　前記感応膜が、無機材料を含んでいる、
　［１］から［１４］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１６］
　前記感応膜が、嗅細胞を含んでいる、
　［１］から［１５］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１７］
　前記試料が、気体、液体、半固体、及び固体のいずれかの状態である、
　［１］から［１６］のいずれか一つに記載の電気化学センサユニット。
［１８］
　１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、
　それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の匂い成分に反応して物性が変化する感応膜を有しており、
　平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、匂い成分用電気化学センサユニット。
［１９］
　試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を形成することと、
　平面視において、それぞれの前記感応膜を、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間することと、を含む、電気化学センサユニットの製造方法。
　１　電気化学センサユニット
　１１　ＡＣ信号生成部
　１２　電気化学センサ部
　１２１　感応膜
　１２２　絶縁膜
　１２３　電極
　１２３Ａ　ＩＱ電極
　１２３Ｂ　ＡＣ電極
　１２４　ビア
　１２５　配線
　１３　応答信号出力回路
　１３１　ＩＱ変換回路
　１３２　ＡＤ変換回路
　１４　識別システム部 

Claims (19)

  1. 　１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、
    　それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を有しており、
    　平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、電気化学センサユニット。
  2. 　前記電気化学センサ部の少なくとも一部が、アレイ配置されている、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  3. 　２つ以上の前記電気化学センサ部が有している前記感応膜の種類がそれぞれ異なっている、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  4. 　前記感応膜が、前記化学物質と接触する接触面を有しており、
    　２つ以上の前記電気化学センサ部が有している前記接触面のサイズがそれぞれ異なっている、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  5. 　前記接触面のサイズが、前記感応膜の種類に応じて異なっている、
    　請求項４に記載の電気化学センサユニット。
  6. 　２つ以上の前記電気化学センサ部に入力される前記ＡＣ信号生成部の周波数がそれぞれ異なっている、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  7. 　２つ以上の前記電気化学センサ部に入力される前記ＡＣ信号生成部の周波数が、前記感応膜の種類およびサイズのうち少なくとも一方に応じて異なっている、
    　請求項３に記載の電気化学センサユニット。
  8. 　前記電気化学センサ部からの応答信号を出力する１つ以上の応答信号出力回路をさらに備えており、
    　前記応答信号出力回路の少なくとも一部が、ＩＱ変換回路を有しており、
    　前記電極の少なくとも一部が、前記ＩＱ変換回路に対して接続されているＩＱ電極と、前記ＡＣ信号生成部に対して接続されているＡＣ電極と、を有している、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  9. 　前記感応膜が、前記化学物質と接触する接触面を有しており、
    　前記ＩＱ電極および前記ＡＣ電極が、前記接触面の反対側に配置されている、
    　請求項８に記載の電気化学センサユニット。
  10. 　前記ＩＱ電極および前記感応膜が接する面積と、前記ＡＣ電極および前記感応膜が接する面積と、が略同一である、
    　請求項８に記載の電気化学センサユニット。
  11. 　１つの前記電気化学センサ部が、１つの前記ＩＱ変換回路に対して接続されている、
    　請求項８に記載の電気化学センサユニット。
  12. 　２つ以上の前記電気化学センサ部が、１つの前記ＩＱ変換回路に対してそれぞれ接続されている、
    　請求項８に記載の電気化学センサユニット。
  13. 　前記応答信号出力回路からの出力に基づいて、前記化学物質を識別する識別システム部をさらに備えている、
    　請求項８に記載の電気化学センサユニット。
  14. 　前記感応膜が、有機高分子を含んでいる、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  15. 　前記感応膜が、無機材料を含んでいる、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  16. 　前記感応膜が、嗅細胞を含んでいる、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  17. 　前記試料が、気体、液体、半固体、及び固体のいずれかの状態である、
    　請求項１に記載の電気化学センサユニット。
  18. 　１つのＡＣ信号生成部に対してそれぞれ接続されている２つ以上の電気化学センサ部を備えており、
    　それぞれの前記電気化学センサ部が、試料中の匂い成分に反応して物性が変化する感応膜を有しており、
    　平面視において、それぞれの前記感応膜が、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間している、匂い成分用電気化学センサユニット。
  19. 　試料中の化学物質に反応して物性が変化する感応膜を形成することと、
    　平面視において、それぞれの前記感応膜を、絶縁膜および電極のうち少なくとも一方を介して離間することと、を含む、電気化学センサユニットの製造方法。 
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