JPH04258754A - イオン非感応センサ - Google Patents
イオン非感応センサInfo
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- JPH04258754A JPH04258754A JP3105250A JP10525091A JPH04258754A JP H04258754 A JPH04258754 A JP H04258754A JP 3105250 A JP3105250 A JP 3105250A JP 10525091 A JP10525091 A JP 10525091A JP H04258754 A JPH04258754 A JP H04258754A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はイオン計測を行う場合の
半導体イオンセンサに関するもので特に計測時に基準又
は参照電極として使用可能なイオン非感応形イオンセン
サに関するものである。
半導体イオンセンサに関するもので特に計測時に基準又
は参照電極として使用可能なイオン非感応形イオンセン
サに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来技術の説明図でイオン感応形
電界効果トランジスタ（以下ＩＳＦＥＴ）を用いてイオ
ン計測を行う場合、通常、基準電極又は参照電極１とし
て用いられるのは、銀−塩化銀線を飽和ＫＣＬで満たし
た液絡形の電極である。一方、ＩＳＦＥＴは半導体テク
ノロジーで作られるので、できれば基準電極１も固体化
したいという希望がある。ＩＳＦＥＴをイオン非感応Ｆ
ＥＴとした研究が多くなされてきた。そして、イオン非
感応膜としてパリレン、テフロンなどの種々の有機高分
子膜が研究されてきた。なお、図１において、２は電解
液（被測定液）、Ｇはゲート電極、Ｄはドレイン電極、
Ｓはソース電極、ＶＧはゲートバイアス電圧である。
電界効果トランジスタ（以下ＩＳＦＥＴ）を用いてイオ
ン計測を行う場合、通常、基準電極又は参照電極１とし
て用いられるのは、銀−塩化銀線を飽和ＫＣＬで満たし
た液絡形の電極である。一方、ＩＳＦＥＴは半導体テク
ノロジーで作られるので、できれば基準電極１も固体化
したいという希望がある。ＩＳＦＥＴをイオン非感応Ｆ
ＥＴとした研究が多くなされてきた。そして、イオン非
感応膜としてパリレン、テフロンなどの種々の有機高分
子膜が研究されてきた。なお、図１において、２は電解
液（被測定液）、Ｇはゲート電極、Ｄはドレイン電極、
Ｓはソース電極、ＶＧはゲートバイアス電圧である。
【０００３】
【従来技術の問題点】上記のような従来技術によるイオ
ン計測の場合には、ＩＳＦＥＴのゲートが有機膜のため
に、水中での剥離など安定性に問題があり、いまだ実用
になっていない。イオン非感応膜の研究及びイオンセン
サの全固体化は足踏み状態にある。
ン計測の場合には、ＩＳＦＥＴのゲートが有機膜のため
に、水中での剥離など安定性に問題があり、いまだ実用
になっていない。イオン非感応膜の研究及びイオンセン
サの全固体化は足踏み状態にある。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は、上記のイオン非感応膜にお
いて、種々のイオンに感応せず、化学的に安定で半導体
デバイスであるＩＳＦＥＴに適した物質を提供し、イオ
ン非感応ＦＥＴを実現するのが目的である。
いて、種々のイオンに感応せず、化学的に安定で半導体
デバイスであるＩＳＦＥＴに適した物質を提供し、イオ
ン非感応ＦＥＴを実現するのが目的である。
【０００５】図２は本発明の一実施例を示す構造図で図
中３は半導体シリコン基体、４は分離領域（Ｎ型）、５
は島状領域（Ｐ型）、６はチャンネルストップ領域（Ｐ
＋型）、７はドレイン領域（Ｎ型）、８はソース領域（
Ｎ型）、９はゲート部、Ｓｉｏ２はシリコン酸化膜、Ｓ
ｉｘは絶縁膜、Ｄはドレイン電極金属、Ｓはソース電極
金属、ＤＬＣはダイヤモンド状炭素膜である。
中３は半導体シリコン基体、４は分離領域（Ｎ型）、５
は島状領域（Ｐ型）、６はチャンネルストップ領域（Ｐ
＋型）、７はドレイン領域（Ｎ型）、８はソース領域（
Ｎ型）、９はゲート部、Ｓｉｏ２はシリコン酸化膜、Ｓ
ｉｘは絶縁膜、Ｄはドレイン電極金属、Ｓはソース電極
金属、ＤＬＣはダイヤモンド状炭素膜である。
【０００６】本発明は、ダイヤモンド状炭素膜（以下Ｄ
ＬＣ膜と略す）及びダイヤモンド薄膜が化学的に安定で
イオンに不感応であるという事実にもとづいている。有
機高分子によるイオン非感応膜形成のために用いられる
モノマーは疎水性で、かつ絶縁性のものが好ましく特に
二重結合を有するモノマーが好ましいとされている。し
かし、これで作られた有機高分子は未結合の手が残った
り、弱い結合の炭素水素基が生じたりし膜電位の不安定
を起すものと考えられる。一方、本発明のダイヤモンド
状薄膜には、有機高分子膜と比べて、より強い結合のグ
ラファイト及びダイヤモンド結合を有することが本発明
の重要な着眼点である。従来、ダイヤモンド合成は高温
高圧下で行われていたが、近年、低温においても、炭化
水素などの気相合成法によってダイヤモンド薄膜の形成
が可能となった。特にプラズマを利用したプラズマＣＶ
Ｄ法によって、種々の炭素膜が形成できるようになった
。この炭素膜は形成条件により、ポリマー、グラファイ
ト及びダイヤモンドと多岐にわたっている。このうちポ
リマーの多い膜は耐水性が弱いので除外し、グラファイ
トとダイヤモンドを含有する炭素膜がイオン非感応膜と
して利用できる。ダイヤモンドは炭素原子の４個の価電
子のすべてが炭素原子の価電子と結合し、どこまでも同
じようにして余った電子なしに結合すれば三次元構造の
いわゆるダイヤモンド型の等極結晶となる。実際の膜は
このようなものに電子を余して六角板状に炭素原子が結
合した非晶質炭素が含まれているものと考えられる。 したがって上記の膜は、炭素原子の４個の価電子は概ね
埋まっていて、さらに酸素と結合しにくく、酸化物を作
らないので、溶液中で分極は起きず膜の電位は安定して
いると考えられ、ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）がイ
オン非感応膜として使用できる。
ＬＣ膜と略す）及びダイヤモンド薄膜が化学的に安定で
イオンに不感応であるという事実にもとづいている。有
機高分子によるイオン非感応膜形成のために用いられる
モノマーは疎水性で、かつ絶縁性のものが好ましく特に
二重結合を有するモノマーが好ましいとされている。し
かし、これで作られた有機高分子は未結合の手が残った
り、弱い結合の炭素水素基が生じたりし膜電位の不安定
を起すものと考えられる。一方、本発明のダイヤモンド
状薄膜には、有機高分子膜と比べて、より強い結合のグ
ラファイト及びダイヤモンド結合を有することが本発明
の重要な着眼点である。従来、ダイヤモンド合成は高温
高圧下で行われていたが、近年、低温においても、炭化
水素などの気相合成法によってダイヤモンド薄膜の形成
が可能となった。特にプラズマを利用したプラズマＣＶ
Ｄ法によって、種々の炭素膜が形成できるようになった
。この炭素膜は形成条件により、ポリマー、グラファイ
ト及びダイヤモンドと多岐にわたっている。このうちポ
リマーの多い膜は耐水性が弱いので除外し、グラファイ
トとダイヤモンドを含有する炭素膜がイオン非感応膜と
して利用できる。ダイヤモンドは炭素原子の４個の価電
子のすべてが炭素原子の価電子と結合し、どこまでも同
じようにして余った電子なしに結合すれば三次元構造の
いわゆるダイヤモンド型の等極結晶となる。実際の膜は
このようなものに電子を余して六角板状に炭素原子が結
合した非晶質炭素が含まれているものと考えられる。 したがって上記の膜は、炭素原子の４個の価電子は概ね
埋まっていて、さらに酸素と結合しにくく、酸化物を作
らないので、溶液中で分極は起きず膜の電位は安定して
いると考えられ、ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）がイ
オン非感応膜として使用できる。
【０００７】図３は本発明の他の実施例構造図でＤＬＣ
膜は安定な膜なので、下地との付着の強さが問題となる
。図３は下地材料として付着強度が大きくダイヤモンド
成長に適した材料、融点が高く、炭化物が生成しやすく
炭素の拡散係数が小さい材料、例えば、タングステン、
タンタル、ニオブ、モリブデンなどの薄膜１０をゲート
膜に付け、その後この膜の上にＤＬＣ膜を成長させる構
成とした例である。なお、本発明では上記ＤＬＣ膜の形
成法としてプラズマＣＶＤ法で説明したが、その他ＣＶ
Ｄ法、イオンビーム法など種々の方法が考えられ、また
原料もＣＨ４−Ｈ２混合気体のほかに種々の物が使用で
きるのは明らかである。
膜は安定な膜なので、下地との付着の強さが問題となる
。図３は下地材料として付着強度が大きくダイヤモンド
成長に適した材料、融点が高く、炭化物が生成しやすく
炭素の拡散係数が小さい材料、例えば、タングステン、
タンタル、ニオブ、モリブデンなどの薄膜１０をゲート
膜に付け、その後この膜の上にＤＬＣ膜を成長させる構
成とした例である。なお、本発明では上記ＤＬＣ膜の形
成法としてプラズマＣＶＤ法で説明したが、その他ＣＶ
Ｄ法、イオンビーム法など種々の方法が考えられ、また
原料もＣＨ４−Ｈ２混合気体のほかに種々の物が使用で
きるのは明らかである。
【０００８】
【発明の効果】本発明によればゲート膜をダイヤモンド
状薄膜で形成したことによりＰＨ応答はゼロｍＶ／ＰＨ
であることが確認できた。このため、本発明により全固
体形イオンセンサが実現でき、内部液を有する基準電極
を使用しないので、小型化が容易でダイヤモンドのよう
に耐久性があるので寿命も永久的なイオンセンサが実現
できイオン計測の分野で画期的なものでその効果大であ
る。
状薄膜で形成したことによりＰＨ応答はゼロｍＶ／ＰＨ
であることが確認できた。このため、本発明により全固
体形イオンセンサが実現でき、内部液を有する基準電極
を使用しないので、小型化が容易でダイヤモンドのよう
に耐久性があるので寿命も永久的なイオンセンサが実現
できイオン計測の分野で画期的なものでその効果大であ
る。
【図１】従来技術の説明図（ＩＳＦＥＴのイオン測定回
路構成）
路構成）
【図２】本発明の一実施例構造図
【図３】本発明の他の実施例構造図
１ 参照（基準）電極
２ 電解液
ＩＳＦＥＴ イオン感応電界効果トランジスタ３
半導体シリコン基体 ＤＬＣ ダイヤモンド状薄膜 １０ 薄膜（接着層） Ｓ ソース電極 Ｄ ドレイン電極 Ｇ ゲート電極
半導体シリコン基体 ＤＬＣ ダイヤモンド状薄膜 １０ 薄膜（接着層） Ｓ ソース電極 Ｄ ドレイン電極 Ｇ ゲート電極
Claims (2)
- 【請求項１】 イオン感応形電界効果トランジスタ（
ＩＳＦＥＴ）を用いたイオン非感応センサにおいて、前
記電界効果トランジスタのゲート膜をダイヤモンド状薄
膜で構成したことを特徴とするイオン非感応センサ。 - 【請求項２】 ダイヤモンド状薄膜として、ダイヤモ
ンドもしくはダイヤモンドとグラファイトより成るダイ
ヤモンド状炭素膜であることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載のイオン非感応センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03105250A JP3096088B2 (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | イオン非感応センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03105250A JP3096088B2 (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | イオン非感応センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04258754A true JPH04258754A (ja) | 1992-09-14 |
| JP3096088B2 JP3096088B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=14402411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03105250A Expired - Fee Related JP3096088B2 (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | イオン非感応センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3096088B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073421A1 (fr) * | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Japan Science And Technology Corporation | Transistor a effet de champ |
| JP2010003925A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Toppan Printing Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2013525758A (ja) * | 2010-04-16 | 2013-06-20 | エレメント、シックス、リミテッド | ダイヤモンド微小電極 |
-
1991
- 1991-02-13 JP JP03105250A patent/JP3096088B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073421A1 (fr) * | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Japan Science And Technology Corporation | Transistor a effet de champ |
| US6833059B2 (en) | 2000-03-27 | 2004-12-21 | Japan Science And Technology Corporation | Field-effect transistor |
| JP2010003925A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Toppan Printing Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2013525758A (ja) * | 2010-04-16 | 2013-06-20 | エレメント、シックス、リミテッド | ダイヤモンド微小電極 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3096088B2 (ja) | 2000-10-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070804 Year of fee payment: 7 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080804 Year of fee payment: 8 |
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