JPH01201152A - 差動型半導体化学センサ - Google Patents
差動型半導体化学センサInfo
- Publication number
- JPH01201152A JPH01201152A JP63023700A JP2370088A JPH01201152A JP H01201152 A JPH01201152 A JP H01201152A JP 63023700 A JP63023700 A JP 63023700A JP 2370088 A JP2370088 A JP 2370088A JP H01201152 A JPH01201152 A JP H01201152A
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- JP
- Japan
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- chemical sensor
- film
- ion
- sensor
- semiconductor chemical
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
本発明は、半導体化学センサに係り、特に溶液中の特定
化学物質濃度を測定するための電界効果トランジスタを
利用した半導体化学センサに関する。
化学物質濃度を測定するための電界効果トランジスタを
利用した半導体化学センサに関する。
従来の半導体を用いた化学センサであるイオン選択用電
界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）は、そのゲート構造
としては、“センサ・アンド・アクチュエータ、第１巻
、（１９８１）第７７−９６頁（Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ
Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、１（１９８１） ７７−９６）
’″に記載のように、シリコン基板表面にＳ ｉ Ｏｚ
／ Ｓ ｉａＮ＋を積層した構造が広く用いられてい
る。また、さらに絶縁ゲート上に導伝性の電極を設はイ
オン選択性膜を形成したＥｘｔｅｕｄｅｏｌＧａｔｅ
ｌ５ＦＥＴが、″センサ・アンド・アクチュエータ、第
４巻（１９８３）第２９１−２９８頁パに記載されてい
る。
界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）は、そのゲート構造
としては、“センサ・アンド・アクチュエータ、第１巻
、（１９８１）第７７−９６頁（Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ
Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、１（１９８１） ７７−９６）
’″に記載のように、シリコン基板表面にＳ ｉ Ｏｚ
／ Ｓ ｉａＮ＋を積層した構造が広く用いられてい
る。また、さらに絶縁ゲート上に導伝性の電極を設はイ
オン選択性膜を形成したＥｘｔｅｕｄｅｏｌＧａｔｅ
ｌ５ＦＥＴが、″センサ・アンド・アクチュエータ、第
４巻（１９８３）第２９１−２９８頁パに記載されてい
る。
上述した従来技術ｔｒ基づ＜ｌ５ＦＥＴの出力は比較的
大きな温度特性を持っており、この主な原因は半導体特
性におけるしきい値電圧やキャリア移動の温度特性によ
る。これら温度特性の補償については従来配慮されてい
なかった。
大きな温度特性を持っており、この主な原因は半導体特
性におけるしきい値電圧やキャリア移動の温度特性によ
る。これら温度特性の補償については従来配慮されてい
なかった。
本発明は、温度補償の容易な半導体化学センサを提供す
ることを目的としている。
ることを目的としている。
上記目的は、半導体パラメータの温度特性が等しい一対
のＦＥＴを用い、一つはイオン応答するＩ Ｓ Ｆ Ｅ
Ｔと、もう１つは１′オン応答をしない’ＩＯ３ＦＥ
Ｔとをセンサチップ桟板ｔに形成し、各々の出力電圧も
しくは電流の差動甜定を行うことにより達成される。
のＦＥＴを用い、一つはイオン応答するＩ Ｓ Ｆ Ｅ
Ｔと、もう１つは１′オン応答をしない’ＩＯ３ＦＥ
Ｔとをセンサチップ桟板ｔに形成し、各々の出力電圧も
しくは電流の差動甜定を行うことにより達成される。
Ｉ ５ＦＥＴのゲート部しこ５上部表面に酸化層を形成
した白金族金属を、あるいはさらにイオン選択性膜を被
覆したＭ榛夕用いることにより基本的１こはｌ Ｓ ｌ
’ Ｉ：Ｔメノー）構造ｙ ｑｏｓｐｇτとすることが
できる。 ・ｈ、同−基板−１−【、形成したＭＯＳＦ
ＥＴはｌ５ＦＥＴと同じ金属材料及びゲート絶縁膜から
なっているのでｌ５ＦＥＴと同一の半導体パラメータを
有する。このため各々の里導体パラメータの温度特性は
同一となり、両者の差動をとることにより完全に温度補
償することができる。
した白金族金属を、あるいはさらにイオン選択性膜を被
覆したＭ榛夕用いることにより基本的１こはｌ Ｓ ｌ
’ Ｉ：Ｔメノー）構造ｙ ｑｏｓｐｇτとすることが
できる。 ・ｈ、同−基板−１−【、形成したＭＯＳＦ
ＥＴはｌ５ＦＥＴと同じ金属材料及びゲート絶縁膜から
なっているのでｌ５ＦＥＴと同一の半導体パラメータを
有する。このため各々の里導体パラメータの温度特性は
同一となり、両者の差動をとることにより完全に温度補
償することができる。
本発明の望ましい実施例では、シリコン基板の表面又は
表面近傍に、ある間隔をおいて、該シリコシとは異なる
伝導形の領域を２対設はソースおよびドレインとする。
表面近傍に、ある間隔をおいて、該シリコシとは異なる
伝導形の領域を２対設はソースおよびドレインとする。
２対の該領域にわたってシリコン表面に絶縁膜を形成し
、これをゲート絶縁膜とし、該ゲート絶縁膜上にゲート
電極を一対設けた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を同
一基板上に２個形成する。一方のＦＥＴにはゲート電極
として上部表面に酸化層を設けた白金族金ａ ｋ 設け
、さらにイオン選択性膜を被覆した電極を設けろ６他方
のＦＥＴにはゲート電極として白金族金属あるいは上部
表面に酸化層を設けた白金族金属を用い、さらにゲート
電極上部には耐水膜を設ける。かくして差動型半導体化
学センサを構成する。
、これをゲート絶縁膜とし、該ゲート絶縁膜上にゲート
電極を一対設けた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を同
一基板上に２個形成する。一方のＦＥＴにはゲート電極
として上部表面に酸化層を設けた白金族金ａ ｋ 設け
、さらにイオン選択性膜を被覆した電極を設けろ６他方
のＦＥＴにはゲート電極として白金族金属あるいは上部
表面に酸化層を設けた白金族金属を用い、さらにゲート
電極上部には耐水膜を設ける。かくして差動型半導体化
学センサを構成する。
本発明の望ましい実施例では、ゲート絶縁膜Ｓｉ○２あ
るいはＳｉ○２膜上に５ｉａＮ４膜を積層した膜である
。また、該白金族金属は、ロジウム、ルテニウム、イリ
ジウムまたは白金である。
るいはＳｉ○２膜上に５ｉａＮ４膜を積層した膜である
。また、該白金族金属は、ロジウム、ルテニウム、イリ
ジウムまたは白金である。
本発明の一実施例を第１図により説明する。第１図はカ
リウムイオン測定用Ｉ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ （Ｋ＋ｌ５Ｆ
ＥＴ）の断面構造を示している。ｐ型Ｓｉ基板１上にヒ
素をイオン注入して形成したｎ十拡散層２８〜２ｄを設
は各ＦＥＴのソースとドレインとした。
リウムイオン測定用Ｉ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ （Ｋ＋ｌ５Ｆ
ＥＴ）の断面構造を示している。ｐ型Ｓｉ基板１上にヒ
素をイオン注入して形成したｎ十拡散層２８〜２ｄを設
は各ＦＥＴのソースとドレインとした。
ｌ５ＦＥＴとＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜は等しく ５
ｉＯｚ層３，５ｉ３Ｎａ層４を積層した構造とした。
ｉＯｚ層３，５ｉ３Ｎａ層４を積層した構造とした。
Ｉ Ｓ Ｆ Ｅ ’ｒ側には、）、、部表面に酸化白金
層５ａを設けた白金６ａをゲート電極とし、さらにポリ
塩化ビニルを母材として可塑剤及びイオン感応物質であ
るバリツマ１′シンを分散させたカリウムイオン選択性
膜７を形成した。この膜７は液体試料受入用凹部を有す
る９ 一方、ＭＯＳＦＥＴ側は、ｌ５ＦＥＴと同じ材質の白金
６ｂをゲート電極Ｊ・シ、二の白金層には酸化層５ｂを
形成し、さらに上部には溶液から保護するための耐水性
膜であ、りポリイミド膜８を形成した。
層５ａを設けた白金６ａをゲート電極とし、さらにポリ
塩化ビニルを母材として可塑剤及びイオン感応物質であ
るバリツマ１′シンを分散させたカリウムイオン選択性
膜７を形成した。この膜７は液体試料受入用凹部を有す
る９ 一方、ＭＯＳＦＥＴ側は、ｌ５ＦＥＴと同じ材質の白金
６ｂをゲート電極Ｊ・シ、二の白金層には酸化層５ｂを
形成し、さらに上部には溶液から保護するための耐水性
膜であ、りポリイミド膜８を形成した。
第２図に第１図に示したセンサチップを実装した図へ示
す。セン竹チノゾ９の先端にＩ Ｓ ＦＥＴ１０Ｍ０５
Ｆ訂目を並へ、゛コ′配置し、センサ出力端子ｉ２をチ
ップ反対個に配＝した。出力端子１２はポンディングワ
イヤ１３を通して差動増幅器を有する外部開穿回路し−
接続されたリード線１４に接続している。これら電気的
配線部分は弗素樹脂チューブ１５とエボキン樹脂１６に
よって保護する。
す。セン竹チノゾ９の先端にＩ Ｓ ＦＥＴ１０Ｍ０５
Ｆ訂目を並へ、゛コ′配置し、センサ出力端子ｉ２をチ
ップ反対個に配＝した。出力端子１２はポンディングワ
イヤ１３を通して差動増幅器を有する外部開穿回路し−
接続されたリード線１４に接続している。これら電気的
配線部分は弗素樹脂チューブ１５とエボキン樹脂１６に
よって保護する。
外部測定回路により、出力電圧もしくは出力電流の差信
号を得て５力リウムイオン濃度を演算し、表示する。
号を得て５力リウムイオン濃度を演算し、表示する。
第３図に第２図の装置を用いたときのカリウムイオンに
対するセンサの応答を示す。結果から感度として５７
ｍ Ｖ ／ ｄｅｃａｄｅが得られた。
対するセンサの応答を示す。結果から感度として５７
ｍ Ｖ ／ ｄｅｃａｄｅが得られた。
第４図には温度変化に対する出力電圧変化を示す。直線
Ａは本センサにおけるｌ５ＦＥＴ単体のときの温度特性
を示す、一方、直線Ｂは同−基板上に形成したＭＯＳＦ
ＥＴとの出力差をとるようにしてｄ（り定したもので、
温度係数−０、０５ｍ Ｖ ／ ’Ｃと１ＳＦＥＴ単体
で測定した場合に比べ温度係数が小さい。
Ａは本センサにおけるｌ５ＦＥＴ単体のときの温度特性
を示す、一方、直線Ｂは同−基板上に形成したＭＯＳＦ
ＥＴとの出力差をとるようにしてｄ（り定したもので、
温度係数−０、０５ｍ Ｖ ／ ’Ｃと１ＳＦＥＴ単体
で測定した場合に比べ温度係数が小さい。
（発明の効果〕
本発明によれば、従来のｌ５ＦＥＴ単体で問題であった
温度特性を補償できるので、液体試料中のイオン濃度を
高精度で測定できる。
温度特性を補償できるので、液体試料中のイオン濃度を
高精度で測定できる。
第１図は本発明の一実施例のカリウムセンサの断面構造
を示す図、第２図は第１図のセンサチツプの実装図、第
３図は本発明に基づくセンサのカリウム応答を示す図、
第４図は本発明のセンサの温度特性を示す図である。 １・・・ｐ型Ｓｉ基板、３・・・５ｉＯｚ、４・・５ｉ
３Ｎａ、５・・・酸化白金層、６・・・白金、７・・・
イオン選択性膜、８・・・耐水膜、９・・・センサチッ
プ、１０・・・ｌ５ＦＥＴ、１１・・ＭＯＳＦＥＴ、１
２・・・出力端子。 代理人 弁理士 小川勝馬、ｌ−ミ゛＼佑１図 寓４−図 ５１度（Ｃ） 手続補正書（自発） 昭和 ６漏 ５月１１ ［］
を示す図、第２図は第１図のセンサチツプの実装図、第
３図は本発明に基づくセンサのカリウム応答を示す図、
第４図は本発明のセンサの温度特性を示す図である。 １・・・ｐ型Ｓｉ基板、３・・・５ｉＯｚ、４・・５ｉ
３Ｎａ、５・・・酸化白金層、６・・・白金、７・・・
イオン選択性膜、８・・・耐水膜、９・・・センサチッ
プ、１０・・・ｌ５ＦＥＴ、１１・・ＭＯＳＦＥＴ、１
２・・・出力端子。 代理人 弁理士 小川勝馬、ｌ−ミ゛＼佑１図 寓４−図 ５１度（Ｃ） 手続補正書（自発） 昭和 ６漏 ５月１１ ［］
Claims (1)
- １、二対のソースおよびドレインを形成したシリコン基
板上に共通のゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜
上に同じ材料からなる一対のゲート電極を形成し、一方
のゲート電極上にはイオン感応膜を設け、他方のゲート
電極上には耐水性膜を設けたことを特徴とする差動型半
導体化学センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63023700A JPH0684951B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 差動型半導体化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63023700A JPH0684951B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 差動型半導体化学センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201152A true JPH01201152A (ja) | 1989-08-14 |
| JPH0684951B2 JPH0684951B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=12117661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63023700A Expired - Lifetime JPH0684951B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 差動型半導体化学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684951B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8502277B2 (en) | 2003-08-29 | 2013-08-06 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57161541A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Toshiba Corp | Ion sensor |
| JPS6073353A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-25 | Hitachi Ltd | 化学ｆｅｔセンサ |
-
1988
- 1988-02-05 JP JP63023700A patent/JPH0684951B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57161541A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Toshiba Corp | Ion sensor |
| JPS6073353A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-25 | Hitachi Ltd | 化学ｆｅｔセンサ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8502277B2 (en) | 2003-08-29 | 2013-08-06 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
| US8766326B2 (en) | 2003-08-29 | 2014-07-01 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor |
| US8772099B2 (en) | 2003-08-29 | 2014-07-08 | Japan Science And Technology Agency | Method of use of a field-effect transistor, single-electron transistor and sensor |
| US9506892B2 (en) | 2003-08-29 | 2016-11-29 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0684951B2 (ja) | 1994-10-26 |
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