JPH0617892B2 - 非晶質半導体イオンセンサ - Google Patents
非晶質半導体イオンセンサInfo
- Publication number
- JPH0617892B2 JPH0617892B2 JP61314244A JP31424486A JPH0617892B2 JP H0617892 B2 JPH0617892 B2 JP H0617892B2 JP 61314244 A JP61314244 A JP 61314244A JP 31424486 A JP31424486 A JP 31424486A JP H0617892 B2 JPH0617892 B2 JP H0617892B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amorphous semiconductor
- ion sensor
- ion
- semiconductor layer
- insulating film
- Prior art date
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- 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界効
果形トランジスタからなるイオンセンサに関する。
しくは、能動領域として非晶質半導体を使用した電界効
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、電解液中のイオン濃度を検知するセンサとして
は、電界効果形トランジスタとイオン感応膜を組合せた
いわゆる半導体電界効果形イオンセンサなるもの（ISFE
T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。
は、電界効果形トランジスタとイオン感応膜を組合せた
いわゆる半導体電界効果形イオンセンサなるもの（ISFE
T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って決まる
電位が生じ、これによってゲート絶縁膜下の半導体表面
の導電率が変わり、さらにこれによってソース電極とド
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。
液との間に電解液中のイオン濃度や活量によって決まる
電位が生じ、これによってゲート絶縁膜下の半導体表面
の導電率が変わり、さらにこれによってソース電極とド
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ェーハを使用し、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。
てバルク状シリコンウェーハを使用し、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、木村純、川名
美江、栗山敏秀：電子材料、Vol23、No.12、1984に記載
されているようにサファ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。かかる方法によって
製造されたISFETにおいては、サファイアが良好な絶縁
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、サファ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問題がある。
美江、栗山敏秀：電子材料、Vol23、No.12、1984に記載
されているようにサファ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。かかる方法によって
製造されたISFETにおいては、サファイアが良好な絶縁
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、サファ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、製造工程が複雑でなく、容易にかつ廉価に製造
できる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。
もので、製造工程が複雑でなく、容易にかつ廉価に製造
できる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
両電極を覆う非晶質半導体層からなる能動領域を有し、
該能動領域は電気絶縁膜および／またはイオン感応膜で
覆われているものからなる。
に、金属からなるソース電極とドレイン電極を有し、該
両電極を覆う非晶質半導体層からなる能動領域を有し、
該能動領域は電気絶縁膜および／またはイオン感応膜で
覆われているものからなる。
［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
施例を示す図によって説明する。第１〜４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。
施例を示す図によって説明する。第１〜４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)の表面上であっ
て第１図で示す左端部（以下、上、下、左、右は第１〜
４図の各図におけるものを示す。また第２〜４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って
Ｌ字形のクロムからなるソース電極(2)が真空蒸着法に
より固着して形成されている。そしてソース電極(2)の
左下端は、絶縁基板(1)の幅方向の上端からその幅のほ
ぼ中央付近まで伸びて形成されている。
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)の表面上であっ
て第１図で示す左端部（以下、上、下、左、右は第１〜
４図の各図におけるものを示す。また第２〜４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って
Ｌ字形のクロムからなるソース電極(2)が真空蒸着法に
より固着して形成されている。そしてソース電極(2)の
左下端は、絶縁基板(1)の幅方向の上端からその幅のほ
ぼ中央付近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
れらの端部に沿って略逆Ｌ字形のクロムからなるドレイ
ン電極(3)がソース電極(2)と同様にして形成されてい
る。ドレイン電極(3)の左上端は、絶縁基板(1)の幅方向
の下端からその幅のほぼ中央付近まで伸びて形成されて
いる。そしてソース電極(2)の左下端とドレイン電極(3)
の左上端との間には、15μｍの一定間隔の隙間が形成さ
れている。そしてこの隙間およびソース電極(2)の左下
端部およびドレイン電極(3)の左上端部を覆う形で、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)はシランガスとホスフ
ィ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って形成される。
そしてソース電極(2)とドレイン電極(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)の前記右端部に対
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1
3.56MHz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１図および第２図で示すように、
電気絶縁膜(5)の上面であって、前記非晶質半導体層(4)
の存在する範囲に対応する範囲内には、ソース電極(2)
とドレイン電極(3)の間の前記隙間およびソース電極(2)
の左下端部およびドレイン電極(3)の左上端部を覆う形
で、前記非晶質半導体層(4)より少し面積が小さいイオ
ン感応膜(6)が形成されている。イオン感応膜(6)は窒化
シリコンからなる。またイオン感応膜(6)はシランとア
ンモニアとの混合物を13.56MHzでグロー放電分解するこ
とによって形成されている。
れらの端部に沿って略逆Ｌ字形のクロムからなるドレイ
ン電極(3)がソース電極(2)と同様にして形成されてい
る。ドレイン電極(3)の左上端は、絶縁基板(1)の幅方向
の下端からその幅のほぼ中央付近まで伸びて形成されて
いる。そしてソース電極(2)の左下端とドレイン電極(3)
の左上端との間には、15μｍの一定間隔の隙間が形成さ
れている。そしてこの隙間およびソース電極(2)の左下
端部およびドレイン電極(3)の左上端部を覆う形で、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)はシランガスとホスフ
ィ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って形成される。
そしてソース電極(2)とドレイン電極(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)の前記右端部に対
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1
3.56MHz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１図および第２図で示すように、
電気絶縁膜(5)の上面であって、前記非晶質半導体層(4)
の存在する範囲に対応する範囲内には、ソース電極(2)
とドレイン電極(3)の間の前記隙間およびソース電極(2)
の左下端部およびドレイン電極(3)の左上端部を覆う形
で、前記非晶質半導体層(4)より少し面積が小さいイオ
ン感応膜(6)が形成されている。イオン感応膜(6)は窒化
シリコンからなる。またイオン感応膜(6)はシランとア
ンモニアとの混合物を13.56MHzでグロー放電分解するこ
とによって形成されている。
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５図により説明する。
体イオンセンサの動作について第５図により説明する。
第５図はソースフォ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（ドメイン電流）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。
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（ドメイン電流）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（電解液）のイオン濃度や活量によってゲート
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。
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。
なお、前記実施例における絶縁基板(1)、ソース電極
(2)、ドレイン電極(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)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って適宜の他の材料も使用
できる。またソース電極(2)、ドレイン電極(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)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
他の方法であってもよい。
(2)、ドレイン電極(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)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って適宜の他の材料も使用
できる。またソース電極(2)、ドレイン電極(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)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
他の方法であってもよい。
［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、容易にかつ安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。
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、容易にかつ安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ァイアのような高
価なものでなく、ガラスやプラスチックあるいは表面を
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で
きる効果がある。
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ァイアのような高
価なものでなく、ガラスやプラスチックあるいは表面を
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で
きる効果がある。
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、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図はソースフォロワ方式に
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)：ソース電極 (3)：ドレイン電極 (4)：非晶質半導体層 (5)：電気絶縁膜 (6)：イオン感応膜
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図はソースフォロワ方式に
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)：ソース電極 (3)：ドレイン電極 (4)：非晶質半導体層 (5)：電気絶縁膜 (6)：イオン感応膜
Claims (3)
- 【請求項１】絶縁基板上に、金属からなるソース電極と
ドレイン電極を有し、該両電極を覆う非晶質半導体層か
らなる能動領域を有し、該能動領域は電気絶縁膜および
／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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61314244A JPH0617892B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP61314244A JPH0617892B2 (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 |
|---|---|
| JPS63165748A JPS63165748A (ja) | 1988-07-09 |
| JPH0617892B2 true JPH0617892B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=18051022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61314244A Expired - Lifetime JPH0617892B2 (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) | JPH0617892B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101638501B1 (ko) * | 2015-03-24 | 2016-07-11 | 한국과학기술연구원 | 수소이온농도 센서 및 그 제조방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63243745A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Taiyo Yuden Co Ltd | 化学的感応性半導体センサ− |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59136649A (ja) * | 1983-01-25 | 1984-08-06 | Kuraray Co Ltd | 化学的感応性半導体センサ− |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP61314244A patent/JPH0617892B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101638501B1 (ko) * | 2015-03-24 | 2016-07-11 | 한국과학기술연구원 | 수소이온농도 센서 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63165748A (ja) | 1988-07-09 |
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