JPH0432344B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0432344B2
JPH0432344B2 JP61314243A JP31424386A JPH0432344B2 JP H0432344 B2 JPH0432344 B2 JP H0432344B2 JP 61314243 A JP61314243 A JP 61314243A JP 31424386 A JP31424386 A JP 31424386A JP H0432344 B2 JPH0432344 B2 JP H0432344B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amorphous semiconductor
ion
semiconductor layer
ion sensor
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61314243A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63165747A (ja
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to JP61314243A priority Critical patent/JPS63165747A/ja
Publication of JPS63165747A publication Critical patent/JPS63165747A/ja
Publication of JPH0432344B2 publication Critical patent/JPH0432344B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は非晶質半導体イオンセンサに関する。
さらに詳しくは、能動領域として非晶質半導体を
使用した電解液中のイオンに対する応答性の良い
電界効果形トランジスタからなるイオンセンサに
関する。
[従来の技術および発明が解決しようとする問題
点] 従来、電界中のイオン濃度を検知するセンサと
しては、電解液効果形トランジスタとイオン感応
膜を組合わせたいわゆる半導体電解効果形イオン
センサなるもの(ISFETとも呼ばれている)が
ある。これの構造は絶縁ゲート形電解効果トラン
ジスタとほぼ同様であるが、該トランジスタのゲ
ートには、金属のかわりに電気絶縁膜およびこの
上に形成されたイオン感応膜を有する。かかる
ISFETにおいては、ゲート上の電気絶縁膜と電
解液との間に電解液中のイオン濃度や活量によつ
て決まる電位が生じ、これによつてゲート絶縁膜
下の半導体表面の導電率が変わり、さらにこれに
よつてソース電極とドレイン電極との間の電流値
が変わることにより電解液中のイオン濃度が検知
される。
このようなISFETとしては、従来、例えば半
導体層としてバルク状シリコンウエーハを使用
し、これを酸化タンタルなどのイオン感応膜で被
覆した構造の結晶シリコン半導体イオンセンサが
ある。しかしかかるイオンセンサを製造するばあ
いにおいては、イオン感応膜で被覆されていない
イオンセンサの部分を被測定溶液である電解液か
ら絶縁するために、この部分が電気絶縁膜で被覆
される必要がある。しかしながら、このような被
覆をともなう結晶シリコン半導体イオンセンサの
製造は、その工程が複雑になるという問題があ
る。
そしてこのような欠点を取り除くために、木
村、栗山、川名:電子材料、Vo123、No.12、
1984.に記載されているようにサフアイア基板上
に島状のシリコン層を形成する方法が考案されて
いる。かかる方法によつて製造されたISFETに
おいては、サフアイアが良好な絶縁体であるため
基板領域の絶縁が容易に達成されるという利点が
あるが、サフアイアが高価であるため、このよう
なISFETの製造コストが高くなるという欠点が
ある。
そしてさらに、このような欠点を取り除くため
に、既に本出願人によつてシランガスなどを例え
ば13.56MHzの高周波でグロー放電分解し、ガラ
スやプラスチツクなどの廉価な基板上に低温下で
非晶質半導体層を形成してISFETを製造する方
法が提案されている。しかしながらかかる方法に
よつて製造されたISFETにおいては、一般に非
晶質半導体の易動度の値が結晶半導体のそれと比
較して小さいことから、被測定液のイオン濃度に
対するISFETの応答性が劣るという問題がある。
本発明は以上のような問題点を解決するために
なされたもので、ISFETの製造工程が複雑でな
い廉価なしかも被測定液のイオン濃度に対する応
答の早い非晶質半導体イオンセンサを提供するこ
とを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明による非晶質半導体イオンセンサは、絶
縁性基板上に、金属からなるソース電極とドレイ
ン電極を有し、該両電極で上下に挟まれた非晶質
半導体層からなる能動領域を有し、該能動領域で
ある非晶質半導体層の側面が電気絶縁膜および/
またはイオン感応膜で覆われているものからな
る。
本発明は電解効果形非晶質半導体イオンセンサ
において、イオン濃度に対する応答速度を早くす
ることを目的としているが、一般に電解効果形ト
ランジスタの前記応答速度を早くする一つの方法
としては、前記電解効果形トランジスタのゲート
長を短かくする方法がある。しかしながら能動領
域である半導体層の表面方向にゲート長をとりこ
の面内でこのゲート長を短くすることには、フオ
トリソグラフイーなどによる加工上の限界があ
る。そこで本発明の非晶質半導体イオンセンサに
おいては前記ゲート長の方向が半導体層の厚さ方
向となつており、これによりゲート長を短くする
ことができる。そしてこのばあいにはゲート長の
値を100Å程度にすることも可能である。このよ
うにして、非晶質半導体を使用したISFETにお
いても、非晶質半導体の易動度の値が結晶性半導
体に比べて小さいことにより、イオンセンサとし
ての応答速度が遅くなることを補填でき、前記応
答速度の早い非晶質半導体イオンセンサをうるこ
とができる。
[実施例] 以下、本発明による非晶質半導体イオンセンサ
をその実施例を示す図によつて説明する。第1〜
5図は本発明による非晶質半導体イオンセンサの
一実施例を示す図である。
第1図は本発明の一実施例である非晶質半導体
イオンセンサの平面図であり、第2図は第1図に
おけるA−A線断面図であり、第3図は第1図に
おけるB−B線断面図であり、第4図は第1図に
おけるC−C線断面図であり、第5図は第1図に
おけるD−D線断面図である。図において1は縦
断面および横断面が長方形であるガラスからなる
絶縁基板である。絶縁基板1の表面上であつて第
1図で示す左端部(以下、上、下、左、右は第1
〜5図の各図におけるものを示す。また第2〜5
図における上、下、左、右を示すばあいには、例
えば第2図左のように記す。)および上端部には
これらの端部に沿つて略L字形のクロムからなる
ドレイン電極2が真空蒸着法により固着して形成
されている。そしてドレイン電極2の左下端は、
絶縁基板1の幅方向の上端からその横幅のほぼ2/
3の距離の位置まで伸びて形成されている。
また絶縁基板1の表面上の左端部および下端部
にはこれらの端部に沿つて逆L字形のクロムから
なるソース電極3がドレイン電極2と同様にして
形成されているが、ソース電極3の左端部は第3
図で示すようにソース電極3の左下端部より2段
上りの階段状に形成されており、ソース電極3の
左上端は、絶縁基板1の幅方向の下端からその横
幅のほぼ2/3の距離の位置まで伸びて形成されて
いる。そしてドレイン電極2の左下端部とソース
電極3の左上端部とは段違になつていて、これら
の間には、1000Åの一定間隔の隙間が形成されて
いる。そしてこの隙間を充填する形で、一段上り
の階段状の非晶質シリコンからなる非晶質半導体
層4が形成されている。そして非晶質半導体層4
の1段目の部分は絶縁基板1の第3図上面に形成
され、非晶質半導体層4の2段目の部分はドレイ
ン電極2の第3図上面に形成されており、かかる
形成は、シランガスとホスフインガスを水素ガス
で希釈した混合ガスを、13.56MHzの高周波でグ
ロー放電分解することによつて行なわれる。そし
てドレイン電極2とソース電極3のそれぞれの右
端部はそれらの他の部分より少し幅広に形成され
ており、この右端部を除く該他の部分および非晶
質半導体層4を完全に覆う形でかつ絶縁基板1の
前記右端に対応する部分を除くほぼ全面を覆う形
で酸化シリコンからなる電気絶縁膜5が形成され
ている。この電気絶縁膜5はシランガスと笑気ガ
ス(N2Oガス)との混合ガスを13.56MHzの高周
波でグロー放電分解することにより形成されてい
る。そして第2図および第3図で示すように、電
気絶縁膜5の上面であつて、ドレイン電極2の左
下端部とソース電極3の左上端部とこれらに介装
された非晶質半導体層4の部分を覆う電気絶縁層
5の凸状部5aの第2図左側および第2図右側に
は、それぞれ前記凸状部5aの側壁上端から絶縁
基板1の平坦部上面に沿つて横断面が略L字状と
なつているイオン感応膜6,6が形成されてい
る。イオン感応膜6,6は窒化シリコンからな
り、シランガスとアンモニアガスの混合ガスを
13.56MHzの高周波でグロー放電分解することに
よつて形成されている。
つぎに以上のような構成からなる本実施例の非
晶質半導体イオンセンサの動作について第6図に
より説明する。
第6図はソースフオロワ法によるイオン濃度測
定回路を示している。この回路ではVds(ドメイ
ンソース電圧)が一定に保たれ、Id(ドレイン電
流)が一定となるように定電流回路が用いられて
いる。ここでVdsは数V程度にしている。
被測定液(電解質)のイオン濃度や活量によつ
てゲート絶縁膜下の半導体表面の導電率が変化す
るが、Idが一定となるようにしているのでゲート
絶縁膜と被測定液との界面電位の変化はソース電
位(Vout)の変化として検出される。このよう
にして本実施例の非晶質半導体イオンセンサがイ
オンセンサとして機能するが、非晶質半導体層4
はその厚さが1000Å程度の非常に薄いものとなつ
ているため、ゲート長を非常に短かくでき、イオ
ン濃度や活量に対する本実施例の非晶質半導体イ
オンセンサの応答速度を早くすることができる。
なお、前記実施例における絶縁基板1、ドレイ
ン電極2、ソース電極3、非晶質半導体層4、電
気絶縁膜5およびイオン感応膜6,6の材質は前
記実施例のものに限定されるものではなく、被測
定液の種類およびイオンセンサの使用条件などに
よつて適宜の他の材料も使用できる。またドレイ
ン電極2、ソース電極3、非晶質半導体層4、電
気絶縁膜5およびイオン感応膜6,6の形成方法
も前記実施例のものに限定されるものではなく他
の方法であつてもよい。また前記実施例において
はイオン感応膜6,6が電気絶縁膜5の凸状部5
aの両側に設けられているばあいについて示した
が、これはいずれか一方の側に設けられたもので
あつてもよい。
また前記実施例においては、ソース電極3の左
上端部がドレイン電極2の左下端部より上段に設
けられたばあいについて示したが、これは逆であ
つてもよい。
[発明の効果] 本発明の非晶質半導体イオンセンサは以上のよ
うに構成されているので、グロー放電分解法によ
り電気絶縁膜を形成するなどして、容易にかつ完
全に非晶質半導体層などの本発明のイオンセンサ
の所望の部分を被測定溶液から絶縁分離でき、さ
らにそれは、長さが長い絶縁基板を使用し、ソー
ス電極およびドレイン電極と、外部回路との配線
接続を完了した後に、前記所望の部分を電気絶縁
膜で被覆することにより容易に行なうことができ
る。
また本発明においては、絶縁基板上での非晶質
半導体層や電気絶縁膜の形成が、シランガスなど
のガスをグロー放電分解することにより低温下で
容易に行なうことができるため、絶縁基板の材料
としてサフアイアのような高価なものでなく、ガ
ラスやプラスチツクあるいは表面を酸化処理し樹
脂などで被覆して絶縁した金属なども使用できる
ので、廉価な非晶質半導体イオンセンサを製造す
ることができる。そしてさらに本発明の非晶質半
導体イオンセンサにおいては、そのゲート長の方
向が非晶質半導体層の膜厚方向となつているの
で、非晶質半導体の膜厚を薄くすることにより被
測定液中の特定イオン濃度に対する本発明のイオ
ンセンサの応答速度を早くできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である非晶質半導体
イオンセンサの平面図、第2図は第1図における
A−A線断面図、第3図は第1図におけるB−B
線断面図、第4図は第1図におけるC−C線断面
図、第5図は第1図におけるD−D線断面図、第
6図はソースフオロワ方式によるイオン濃度測定
回路を示している。 図面の主要符号、1……絶縁基板、2……ドレ
イン電極、3……ソース電極、4……非晶質半導
体層、5……電気絶縁膜、6……イオン感応膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁性基板上に、金属からなるソース電極と
    ドレイン電極を有し、該両電極で上下に挟まれた
    非晶質半導体層からなる能動領域を有し、該能動
    領域である非晶質半導体層の側面が電気絶縁膜お
    よび/またはイオン感応膜で覆われていることを
    特徴とする非晶質半導体イオンセンサ。 2 前記非晶質半導体層が周期律表第4族の元素
    を主成分としてなる特許請求の範囲第1項記載の
    非晶質半導体イオンセンサ。 3 前記非晶質半導体層がシリコンを主成分とし
    てなる特許請求の範囲第2項記載の非晶質半導体
    イオンセンサ。
JP61314243A 1986-12-26 1986-12-26 非晶質半導体イオンセンサ Granted JPS63165747A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61314243A JPS63165747A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 非晶質半導体イオンセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61314243A JPS63165747A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 非晶質半導体イオンセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63165747A JPS63165747A (ja) 1988-07-09
JPH0432344B2 true JPH0432344B2 (ja) 1992-05-29

Family

ID=18051011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61314243A Granted JPS63165747A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 非晶質半導体イオンセンサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63165747A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7329850B2 (ja) 2020-12-16 2023-08-21 太平洋精工株式会社 電気回路遮断装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57191539A (en) * 1981-05-21 1982-11-25 Nec Corp Semiconductor ion sensor
JPS6082846A (ja) * 1983-10-12 1985-05-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 電界効果型半導体センサ

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63165747A (ja) 1988-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5944970A (en) Solid state electrochemical sensors
US7182914B2 (en) Structure and manufacturing process of a nano device transistor for a biosensor
US5883419A (en) Ultra-thin MO-C film transistor
EP0732757A2 (en) N-channel field-effect transistor including a thin-film fullerene
US5075746A (en) Thin film field effect transistor and a method of manufacturing the same
TWI400443B (zh) 離子敏感場效電晶體及其製造方法
US5173753A (en) Inverted coplanar amorphous silicon thin film transistor which provides small contact capacitance and resistance
US4232326A (en) Chemically sensitive field effect transistor having electrode connections
US4909921A (en) Electrochemical sensor facilitating repeated measurement
JPH0432344B2 (ja)
US5397721A (en) Method for fabricating vertical thin film transistor
JPS6489560A (en) Semiconductor memory
JPH0617892B2 (ja) 非晶質半導体イオンセンサ
JPS63255972A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2546340B2 (ja) 感湿素子およびその動作回路
JPH03185840A (ja) 薄膜トランジスタ
US4755859A (en) Thin film static induction transistor and method for manufacturing the same
JPH0518935A (ja) ダイヤモンド薄膜イオンセンサ
JPS6188565A (ja) 電界効果型トランジスタ
JPH027423B2 (ja)
JPS6312252B2 (ja)
JPH0423834B2 (ja)
JPH029306B2 (ja)
JP2656555B2 (ja) 薄膜トランジスタならびにそれを用いたアクティブマトリクス回路基板と画像表示装置
JPH0339585B2 (ja)