JPH0345178Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0345178Y2 JPH0345178Y2 JP1983187363U JP18736383U JPH0345178Y2 JP H0345178 Y2 JPH0345178 Y2 JP H0345178Y2 JP 1983187363 U JP1983187363 U JP 1983187363U JP 18736383 U JP18736383 U JP 18736383U JP H0345178 Y2 JPH0345178 Y2 JP H0345178Y2
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- Japan
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- gate
- isfet
- electrode
- metal electrode
- voltage
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- Expired
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
<産業上の利用分野>
本考案は、電解液中のイオン活量を測定する
ISFETセンサ(電界効果トランジスタ型イオン
センサ)に関する。[Detailed description of the invention] <Industrial application field> This invention measures the ionic activity in an electrolyte.
Regarding ISFET sensors (field effect transistor type ion sensors).
<従来技術>
この種のISFETセンサは測定に際して比較電
極と組合せて用いられる。比較電極としては一般
に内極、内部液、液絡部を有したものが用いら
れ、それをセンサと同じ被検液中に浸漬させてい
る。この比較電極は公知のように安定性が良く測
定の際の基準を与えるものとして最も的確性を有
しているといえる。しかしながら反面、液交換時
にはISFETセンサと比較電極との間に被検液が
存在しなくなるため種々の問題を生じるものであ
る。即ち、センサと比較電極の間に被検液が存在
しなくなると、センサのゲートが空気中でオープ
ン状態となり、つまり、ゲート電界が不定となつ
て、過電界によるゲート絶縁破壊やゲート絶縁膜
の二次変化が起こる可能性がある。そのことによ
り、センサが動作しなくなつたり、再び液に戻し
たときに指示がずれ或いはドリフトしたりする問
題が生じることとなる。<Prior Art> This type of ISFET sensor is used in combination with a reference electrode during measurement. The reference electrode generally has an inner electrode, an internal liquid, and a liquid junction, and is immersed in the same test liquid as the sensor. As known, this reference electrode has good stability and can be said to be the most accurate as it provides a reference for measurements. However, on the other hand, various problems occur because the test liquid no longer exists between the ISFET sensor and the reference electrode when the liquid is replaced. In other words, when the test liquid no longer exists between the sensor and the reference electrode, the gate of the sensor becomes open in the air, which means that the gate electric field becomes unstable, causing gate dielectric breakdown and damage to the gate insulating film due to excessive electric field. Secondary changes may occur. This may cause problems such as the sensor becoming inoperable or the indication being deviated or drifting when the liquid is returned to the liquid state.
<考案の目的及び構成>
本考案は、上述の事柄に留意してなされたもの
で、計測時、比較電極を介して所定の電圧がゲー
トに印加されるISFETセンサのゲート近傍は、
液交換時おいても被検液で濡れていることに着目
し、ISFETが形成された基板と同一基板上で、
かつISFETのゲートの近傍位置に金属電極を形
成し、液交換時には、スイツチを介して前記電圧
と同様な電圧を前記金属電極に印加するように構
成することによつて、上記従来手段の欠点の解決
を図つたものである。<Purpose and structure of the invention> The invention has been made with the above-mentioned considerations in mind, and the vicinity of the gate of the ISFET sensor where a predetermined voltage is applied to the gate via the reference electrode during measurement is
Focusing on the fact that it remains wet with the test liquid even during liquid exchange, we tested it on the same substrate on which the ISFET was formed.
In addition, by forming a metal electrode near the gate of the ISFET and applying a voltage similar to the above voltage to the metal electrode via a switch during liquid exchange, the drawbacks of the above conventional means can be overcome. This is an attempt to solve the problem.
<実施例>
第1図は本考案の一実施例としてのISFETセ
ンサの平面図、第2図はその側断面図を示し、1
は、その上にシリコンエピタキシヤル拡散層2が
形成されたサフアイヤ基板(SOSウエハー)で、
該基板1にPあるいはnチヤンネルのMOSFET
を通常の酸化−Siアイランド形成、ドレイン・ソ
ース部への不純物拡散等の標準工程により形成し
てある。3がドレイン領域、4がソース領域、5
はゲートである。また、エピタキシヤル拡散層2
の他端にはドレイン電極6及びソース電極7が形
成され、リード線取出し口としてある。このドレ
イン電極6及びソース電極7を除くサフアイヤ基
板1上はSiO2膜8及びSi3N4膜9によつて絶縁被
覆され、更に基板上の先端側半分である接液部1
0はTa2O5膜又はイオン感応膜11によつて被覆
されている。但し、このTa2O5膜又はイオン感応
膜11は少なくともゲート5部分にかかつていれ
ばよいものである。一方、基板1の残り半分は樹
脂12によつてモールドされている。<Example> Figure 1 is a plan view of an ISFET sensor as an example of the present invention, and Figure 2 is a side sectional view thereof.
is a sapphire substrate (SOS wafer) on which a silicon epitaxial diffusion layer 2 is formed.
A P or n channel MOSFET is installed on the substrate 1.
is formed by standard processes such as ordinary oxidation-Si island formation and impurity diffusion into the drain and source regions. 3 is the drain region, 4 is the source region, 5
is a gate. In addition, the epitaxial diffusion layer 2
A drain electrode 6 and a source electrode 7 are formed at the other end and serve as a lead wire outlet. The top of the sapphire substrate 1 except for the drain electrode 6 and the source electrode 7 is insulated with a SiO 2 film 8 and a Si 3 N 4 film 9, and a liquid contact part 1 which is the tip half of the substrate is insulated.
0 is covered with a Ta 2 O 5 film or an ion sensitive film 11. However, this Ta 2 O 5 film or ion-sensitive film 11 only needs to cover at least the gate 5 portion. On the other hand, the remaining half of the substrate 1 is molded with resin 12.
而して、この構成のISFETセンサにおいて
MOSFETを形成する工程と併行してゲート5の
近傍には金等貴金属からなる電極13が蒸着、ス
パツタリング等の薄膜法或いは印刷法によつて形
成され、ホトリソグラフイー技術によつて細線化
されている。この金属電極13の接液部10に存
する部分はSiO2膜8やSi3N3膜9、及びTa2O5膜
又はイオン感応膜11がかからないようにしてあ
る。また金属電極13の他端はリード線14の接
続部15が形成されている。 Therefore, in the ISFET sensor with this configuration,
In parallel with the process of forming the MOSFET, an electrode 13 made of a noble metal such as gold is formed near the gate 5 by a thin film method such as vapor deposition or sputtering, or by a printing method, and the electrode 13 is thinned by photolithography. There is. The portion of the metal electrode 13 existing in the liquid contact portion 10 is kept from being covered by the SiO 2 film 8, the Si 3 N 3 film 9, the Ta 2 O 5 film, or the ion-sensitive film 11. Further, a connection portion 15 for a lead wire 14 is formed at the other end of the metal electrode 13 .
金属電極13とゲート5との距離はなるべく近
いのが好ましく、液交換時、センサ基板1を空気
中に抜き出してもゲート5を濡らしている液によ
つて金属電極13も濡れている状態が確保できる
程度に近距離であることが必要である。その程度
の近距離であれば金属電極13の位置、形状は第
1図に示すものに限らず、例えば第3図イ,ロに
示すような位置、形状とすることもできる。一
方、上記のようにゲート5と金属電極13を近づ
けても万一双方が液で濡れない場合には、図ハに
示すように親水性ゾル14′を設けて水分を保持
するようにすればよい。 It is preferable that the distance between the metal electrode 13 and the gate 5 is as close as possible, so that even when the sensor substrate 1 is taken out into the air during liquid exchange, the metal electrode 13 is also wetted by the liquid that wets the gate 5. It is necessary to be as close as possible. If the distance is such a short distance, the position and shape of the metal electrode 13 are not limited to those shown in FIG. 1, but may be, for example, as shown in FIGS. 3A and 3B. On the other hand, if the gate 5 and the metal electrode 13 are brought close to each other as described above, but if both do not get wet with liquid, a hydrophilic sol 14' can be provided to retain moisture as shown in Figure C. good.
上記ISFETセンサを用いた計測回路の結線図
を第4図に示す。図中、16はISFETセンサ、
17はAg/Agcl比較電極、18は被検液、19
はスイツチである。このスイツチ19は少なくと
も液交換時にオンするよう操作される。従つて、
液交換時には、ISFETセンサ16が空気中に露
出するため比較電極17を通じてのゲート電圧
VGが印加されなくなつても、スイツチ19がオ
ンすることにより金属電極13を通じて同じゲー
ト電圧VGが印加されることとなり、ゲート電界
がオープン状態になるという事態は避けられるの
である。尚、上記実施例ではサフアイヤ基板1上
にMOSFETを一個だけ形成しているが、デユア
ルのMOSFETを形成し、一方のMOSFETの温
度影響を他方のMOSFETでキヤンセルするよう
にすることも可能であるし、また同一基板上に
Nernstの式を補正する薄膜サーミスタ又はダイ
オードを形成することもでき、それらは本考案の
実施態様に含まれる。 Figure 4 shows a wiring diagram of a measurement circuit using the above ISFET sensor. In the figure, 16 is an ISFET sensor,
17 is Ag/Agcl reference electrode, 18 is test liquid, 19
is a switch. This switch 19 is operated to be turned on at least during liquid exchange. Therefore,
During liquid exchange, the ISFET sensor 16 is exposed to the air, so the gate voltage through the reference electrode 17 is
Even if V G is no longer applied, the same gate voltage V G is applied through the metal electrode 13 by turning on the switch 19, and the situation where the gate electric field becomes open can be avoided. In the above embodiment, only one MOSFET is formed on the Saffire substrate 1, but it is also possible to form dual MOSFETs and cancel the temperature influence of one MOSFET with the other MOSFET. , also on the same board
Thin film thermistors or diodes that correct the Nernst equation can also be formed and are included in embodiments of the present invention.
<考案の効果>
以上説明したように、本考案においては、計測
時、比較電極を介して所定の電圧がゲートに印加
されるISFETセンサにおいて、ISFETが形成さ
れた基板と同一基板上で、かつISFETのゲート
の近傍位置に金属電極を形成し、液交換時には、
スイツチを介して前記電圧と同様な電圧を前記金
属電極に印加するように構成しているので、液交
換時に、比較電極とISFETセンサのゲート部と
が断線状態になつても、ゲート近傍に形成された
金属電極を介してゲートに所定の電圧が印加され
ることにより、ゲートがオープン状態にならず、
従つて、ゲート破壊やゲート絶縁体の二次変化等
が生じるといつたことを効果的に回避することが
でき、所望の計測を常に安定に行うことができ
る。<Effects of the invention> As explained above, in the present invention, in an ISFET sensor in which a predetermined voltage is applied to the gate via the reference electrode during measurement, A metal electrode is formed near the ISFET gate, and during liquid exchange,
Since the configuration is such that a voltage similar to the above voltage is applied to the metal electrode via a switch, even if the reference electrode and the gate part of the ISFET sensor become disconnected during liquid exchange, a voltage will be formed near the gate. By applying a predetermined voltage to the gate through the metal electrode, the gate does not become open, and
Therefore, it is possible to effectively avoid gate breakdown, secondary changes in the gate insulator, etc., and desired measurements can always be performed stably.
第1図は本考案の一実施例としてのISFETセ
ンサの平面図、第2図はその側断面図、第3図
イ,ロ,ハは金属電極の他の実施例を示す図、第
4図は本考案のISFETセンサを用いた計測回路
の結線図である。
1……基板、5……ゲート、13……金属電
極、17……比較電極、19……スイツチ。
Fig. 1 is a plan view of an ISFET sensor as an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a side sectional view thereof, Fig. 3 A, B, and C are views showing other embodiments of metal electrodes, Fig. 4 is a wiring diagram of a measurement circuit using the ISFET sensor of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Substrate, 5...Gate, 13...Metal electrode, 17...Comparison electrode, 19...Switch.
Claims (1)
に印加されるISFETセンサにおいて、ISFETが
形成された基板と同一基板上で、かつISFETの
ゲートの近傍位置に金属電極を形成し、液交換時
には、スイツチを介して前記電圧と同様な電圧を
前記金属電極に印加するように構成したことを特
徴とするISFETセンサ。 In the ISFET sensor, in which a predetermined voltage is applied to the gate via the reference electrode during measurement, a metal electrode is formed on the same substrate on which the ISFET is formed and in the vicinity of the ISFET gate. , an ISFET sensor configured to apply a voltage similar to the voltage to the metal electrode via a switch.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18736383U JPS6093955U (en) | 1983-12-03 | 1983-12-03 | ISFET sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18736383U JPS6093955U (en) | 1983-12-03 | 1983-12-03 | ISFET sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093955U JPS6093955U (en) | 1985-06-26 |
| JPH0345178Y2 true JPH0345178Y2 (en) | 1991-09-24 |
Family
ID=30404454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18736383U Granted JPS6093955U (en) | 1983-12-03 | 1983-12-03 | ISFET sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6093955U (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2633281B2 (en) * | 1988-02-10 | 1997-07-23 | 日本電気株式会社 | Electrochemical sensor and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57161541A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Toshiba Corp | Ion sensor |
-
1983
- 1983-12-03 JP JP18736383U patent/JPS6093955U/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6093955U (en) | 1985-06-26 |
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