JPS60168043A - Ｆｅｔ型センサ - Google Patents
Ｆｅｔ型センサInfo
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- JPS60168043A JPS60168043A JP59023598A JP2359884A JPS60168043A JP S60168043 A JPS60168043 A JP S60168043A JP 59023598 A JP59023598 A JP 59023598A JP 2359884 A JP2359884 A JP 2359884A JP S60168043 A JPS60168043 A JP S60168043A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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】
く技術分野〉
本発明は、ＭＯＳ型或はＭＩＳ型等の電界効果トランジ
ヌター（以下単にＦＥＴと略ス）の／７’−１・絶縁膜
上に外的安置によって電気的特性の変化する感応体を形
成し、該感応体で外的要因の変化をＦＥＴのゲート作用
変化として把えるいわゆるＦＥＴ５センサに関するもの
である。
ヌター（以下単にＦＥＴと略ス）の／７’−１・絶縁膜
上に外的安置によって電気的特性の変化する感応体を形
成し、該感応体で外的要因の変化をＦＥＴのゲート作用
変化として把えるいわゆるＦＥＴ５センサに関するもの
である。
〈発明の背景〉
検出しようとする物理量との化学的或は物理的相互作用
によって静電容量や電気伝導度或は静電電位寺の°１１
ｉ、気的変化を生ずる感応体とＦ Ｅ Ｔ素子とを組み
合せて、検出しようとする物理量をＦＥＴ素子のゲート
作用変化として把えるいわゆるＦＥＴ型センサは、ＦＥ
Ｔ素子の有する高い入力インピーダンスとその増幅作用
を巧みに利用することにより高出力でかつ小形のセンサ
となるものであり、実用上好ましいセンサである。特に
、ＦＥＴ素子のゲート部の上に感応体を形成した構造か
らなるＦＥＴ型センサは、素子寸法も小さく設定するこ
とができかつ同一基板上に極めて多くの素子を形成する
ことが可能であるため、犬用上も、コスト面でも好まし
い形態である。しかしこの場合通常の単体ＦＥＴ素子の
場合以上にＦＥＴ素子の動作安定性ひいてはＦ Ｅ Ｔ
型センサとしての出力の安定性や特性の再現性の確保に
留意する必要がある。即ち、目的とするセンサの種類に
よって、感応体の材料は勿論作製方法も大きく異なるた
めに、通常の単体Ｆ Ｅ Ｔ素子の形体とは追った配慮
が必要であシ、ＦＥＴ素子の動作特性も感応体材料及び
その作製方法によって大幅に変化する。特に、感応体材
料によっては、多量の不純物やイオン含有していること
あるいはＦＥＴ素子上ＫＰｉ応体を形成する工程におい
て感応体とゲート絶縁膜等の界面に不純物やイオンを混
入する可能性が通常の単体ＦＥＴ素子を形成する場合に
比べて（ｈイめで高いことなどが原因となって、ＦＥＴ
素子の動作特性更にはＦＥＴ型センサの出力特性が不安
定となり易い。更に、ガスセンサや湿度センサ等のいわ
ゆる雰囲気センサをＦＥＴ型センサとして構成する場合
には、外界囲気に直接センサ素子がさらされることから
、外界囲気からの不純物の混入や拡散によっても、ＦＥ
Ｔ特性の変動や劣化を招く。このように感応体材料中の
不純物やイオン或は作製工程中もしくは使用中に混入す
る不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作特性やセンサ出力
に与える影響を抑制し、長期間安定した出力特性を呈す
るＦＥＴ型センサとすることは、ガスセンサ、湿度セン
サ、イオンセンサ、バイオセンサまたは赤外線センサ等
々の各種センサのＦＥＴ化における共通課題である。特
に、ＦＥＴ型のガスセンサ、湿度センサ、イオンセンサ
及びバイオセンサにおいでは、感応体との直接的な相互
作用が必要であるためパンケージ等によってセンサ素子
を覆うことができないだけに、上記問題の解決は極めて
重゛次である。上記問題の解決策の１つとしてイオンや
水分の拡散係数の小さい鼠化シリコン膜をゲート絶縁膜
として使用したりＦＥＴ素子表面を窒化シリコン膜で被
覆する等の素子構造が開発されているが、長期間の安定
性の点で問題があり、必ずしも充分ではない。
によって静電容量や電気伝導度或は静電電位寺の°１１
ｉ、気的変化を生ずる感応体とＦ Ｅ Ｔ素子とを組み
合せて、検出しようとする物理量をＦＥＴ素子のゲート
作用変化として把えるいわゆるＦＥＴ型センサは、ＦＥ
Ｔ素子の有する高い入力インピーダンスとその増幅作用
を巧みに利用することにより高出力でかつ小形のセンサ
となるものであり、実用上好ましいセンサである。特に
、ＦＥＴ素子のゲート部の上に感応体を形成した構造か
らなるＦＥＴ型センサは、素子寸法も小さく設定するこ
とができかつ同一基板上に極めて多くの素子を形成する
ことが可能であるため、犬用上も、コスト面でも好まし
い形態である。しかしこの場合通常の単体ＦＥＴ素子の
場合以上にＦＥＴ素子の動作安定性ひいてはＦ Ｅ Ｔ
型センサとしての出力の安定性や特性の再現性の確保に
留意する必要がある。即ち、目的とするセンサの種類に
よって、感応体の材料は勿論作製方法も大きく異なるた
めに、通常の単体Ｆ Ｅ Ｔ素子の形体とは追った配慮
が必要であシ、ＦＥＴ素子の動作特性も感応体材料及び
その作製方法によって大幅に変化する。特に、感応体材
料によっては、多量の不純物やイオン含有していること
あるいはＦＥＴ素子上ＫＰｉ応体を形成する工程におい
て感応体とゲート絶縁膜等の界面に不純物やイオンを混
入する可能性が通常の単体ＦＥＴ素子を形成する場合に
比べて（ｈイめで高いことなどが原因となって、ＦＥＴ
素子の動作特性更にはＦＥＴ型センサの出力特性が不安
定となり易い。更に、ガスセンサや湿度センサ等のいわ
ゆる雰囲気センサをＦＥＴ型センサとして構成する場合
には、外界囲気に直接センサ素子がさらされることから
、外界囲気からの不純物の混入や拡散によっても、ＦＥ
Ｔ特性の変動や劣化を招く。このように感応体材料中の
不純物やイオン或は作製工程中もしくは使用中に混入す
る不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作特性やセンサ出力
に与える影響を抑制し、長期間安定した出力特性を呈す
るＦＥＴ型センサとすることは、ガスセンサ、湿度セン
サ、イオンセンサ、バイオセンサまたは赤外線センサ等
々の各種センサのＦＥＴ化における共通課題である。特
に、ＦＥＴ型のガスセンサ、湿度センサ、イオンセンサ
及びバイオセンサにおいでは、感応体との直接的な相互
作用が必要であるためパンケージ等によってセンサ素子
を覆うことができないだけに、上記問題の解決は極めて
重゛次である。上記問題の解決策の１つとしてイオンや
水分の拡散係数の小さい鼠化シリコン膜をゲート絶縁膜
として使用したりＦＥＴ素子表面を窒化シリコン膜で被
覆する等の素子構造が開発されているが、長期間の安定
性の点で問題があり、必ずしも充分ではない。
〈発明の目的〉
本発明は、以上のような背景に基づいてなされたもので
あり、感応体や感応体とＦＥＴ素子との界面に含有され
る不純物やイオンあるいは使用中に素子外部から混入す
る不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作や出力に与える影
豐を抑制し、長期間安定した出力特性が得られるＦＥＴ
型センサを提供することを目的とするものである。
あり、感応体や感応体とＦＥＴ素子との界面に含有され
る不純物やイオンあるいは使用中に素子外部から混入す
る不純物やイオンがＦＥＴ素子の動作や出力に与える影
豐を抑制し、長期間安定した出力特性が得られるＦＥＴ
型センサを提供することを目的とするものである。
〈実施例〉
第１図は本発明の１実施例を示すＦＥＴ型湿度センサの
構造断面図である。第２図は同センザの動作原理を説明
するための等価回路図である。
構造断面図である。第２図は同センザの動作原理を説明
するための等価回路図である。
本実施例におけるＦＥＴ素子は、ＭＯＳ型のｎチャンネ
ｚｌｚ Ｆ Ｅ Ｔで、ｐ型のシリコン基板１表面付近
に燐を拡散することによってｎ型のソース２とドレイン
３を並設して形成している。シリコン基板１上にはソー
ス２及びドレイン３でスルホールを有する二酸化シリコ
ン膜５が被覆されている。
ｚｌｚ Ｆ Ｅ Ｔで、ｐ型のシリコン基板１表面付近
に燐を拡散することによってｎ型のソース２とドレイン
３を並設して形成している。シリコン基板１上にはソー
ス２及びドレイン３でスルホールを有する二酸化シリコ
ン膜５が被覆されている。
ゲート絶縁１１ラキは、ソース２とドレイン３を結ぶシ
リコン基板１」二に堆積された二酸化シリコン膜（５１
０２）５と窒化シリコン膜（ＳｉａＮ４）７との２重積
層膜からなシ、窒化シリコン膜７は更にソース２及びド
レイン３に片端が接触してシリコン基板１及び二酸化シ
リコン膜５上に堆積されたｔ［ｔｋ用導体膜６の上面を
も被覆し、ＦＥＴ素子の保護膜としての機能も兼ねてい
る。ゲート絶縁膜５．７上には感湿体９と透湿性のゲー
ト電極膜１゜が積層されるか、ここで感湿体９と屋化シ
リコン膜７との界面には導電性膜から成るブロッキング
膜８を挿入した構造となっている。ブロッキング膜８は
感湿体９に対して後述するドリフト解除用の電圧を印加
する補助ＩＴＪＭとなるものである。本実施例に於いて
は感湿体９を熱焼成によって結晶化したポリビニルアル
コ−／ｌ／膜又はアセチノにセルロース膜で形成したが
有機若しくは無機の固体電解質膜まだは酸化アルミニウ
ム等の金属酸化膜をＪ＃」いてもよい。また透湿性ゲー
ト電極膜１ｏとしては厚さ約１００λの金蒸着膜を、ま
たブロッキング膜８としては厚さ約２．ｏｏｏＡの金又
はアルミニウム蒸着膜を用いた。但し、これらの素子構
成材料は必ずしも上述のものに限定されるものではなく
、その他の適当な材料に代替することは当然に可能であ
る。また感湿体９以外にも感ガス体、感イオン体、その
他化学物質や熱・光等に感応するものを使用できＦＥＴ
素子はＭＯ８型以外のＭＩｓ型等を使用することもでき
る。
リコン基板１」二に堆積された二酸化シリコン膜（５１
０２）５と窒化シリコン膜（ＳｉａＮ４）７との２重積
層膜からなシ、窒化シリコン膜７は更にソース２及びド
レイン３に片端が接触してシリコン基板１及び二酸化シ
リコン膜５上に堆積されたｔ［ｔｋ用導体膜６の上面を
も被覆し、ＦＥＴ素子の保護膜としての機能も兼ねてい
る。ゲート絶縁膜５．７上には感湿体９と透湿性のゲー
ト電極膜１゜が積層されるか、ここで感湿体９と屋化シ
リコン膜７との界面には導電性膜から成るブロッキング
膜８を挿入した構造となっている。ブロッキング膜８は
感湿体９に対して後述するドリフト解除用の電圧を印加
する補助ＩＴＪＭとなるものである。本実施例に於いて
は感湿体９を熱焼成によって結晶化したポリビニルアル
コ−／ｌ／膜又はアセチノにセルロース膜で形成したが
有機若しくは無機の固体電解質膜まだは酸化アルミニウ
ム等の金属酸化膜をＪ＃」いてもよい。また透湿性ゲー
ト電極膜１ｏとしては厚さ約１００λの金蒸着膜を、ま
たブロッキング膜８としては厚さ約２．ｏｏｏＡの金又
はアルミニウム蒸着膜を用いた。但し、これらの素子構
成材料は必ずしも上述のものに限定されるものではなく
、その他の適当な材料に代替することは当然に可能であ
る。また感湿体９以外にも感ガス体、感イオン体、その
他化学物質や熱・光等に感応するものを使用できＦＥＴ
素子はＭＯ８型以外のＭＩｓ型等を使用することもでき
る。
次に第２図の等価回路図に従って上記構成を有するＦＥ
Ｔ型湿度センサの動作原理と特徴を説明する。等価回路
図に於いて、容量Ｃｓ及びＣｉは夫４第１図に於ける感
湿体９と２層ゲート絶縁膜５．７の静電容量を示す。又
、ＲＬはドレイン電極６と直列に結合したロード抵抗を
示し、ＲＢはブロッキング膜８と直列に結合した抵抗を
示す。
Ｔ型湿度センサの動作原理と特徴を説明する。等価回路
図に於いて、容量Ｃｓ及びＣｉは夫４第１図に於ける感
湿体９と２層ゲート絶縁膜５．７の静電容量を示す。又
、ＲＬはドレイン電極６と直列に結合したロード抵抗を
示し、ＲＢはブロッキング膜８と直列に結合した抵抗を
示す。
まず、ＦＥＴ型湿度センサの基本動作に関する説明を容
易にするために、ブロッキング膜８が無く感湿体９が直
接ゲート絶縁膜５，７に接して形成されている場合、即
ち等価回路図に於いて抵抗体ＲＢがない場合について述
べる。
易にするために、ブロッキング膜８が無く感湿体９が直
接ゲート絶縁膜５，７に接して形成されている場合、即
ち等価回路図に於いて抵抗体ＲＢがない場合について述
べる。
透湿性のゲート′ＩＥ極膜１０に印加する電圧をＶＡと
し、ＦＥＴ素子の閾値電圧をｖｔｈとすると、ドレイン
電流ＩＤは次式によって与えられる。
し、ＦＥＴ素子の閾値電圧をｖｔｈとすると、ドレイン
電流ＩＤは次式によって与えられる。
但し、（１）式に於いてμｍはキャリア移動度、Ｌ及び
Ｗは夫々ＦＥＴのチャンネル長及びチャンネル幅を示す
。また、Ｃはゲート絶縁膜の静電容量Ｃｉと感湿体９の
静電容量Ｃｓを直列結合した場合の静電容量であり、 と書き表わされる。従って、感湿体９の静電容量Ｃｓが
外界囲気中の湿度に応じて変化することによって、■い
一定の条件下で、ドレイン電流ＩＤ変化として湿度を検
知することができる。
Ｗは夫々ＦＥＴのチャンネル長及びチャンネル幅を示す
。また、Ｃはゲート絶縁膜の静電容量Ｃｉと感湿体９の
静電容量Ｃｓを直列結合した場合の静電容量であり、 と書き表わされる。従って、感湿体９の静電容量Ｃｓが
外界囲気中の湿度に応じて変化することによって、■い
一定の条件下で、ドレイン電流ＩＤ変化として湿度を検
知することができる。
以上がＦＥＴ型湿度センサの基本的な動作原理である。
しかしながら、上述の動作に於いては当然のことながら
感湿体９０両面に直流的な電位差が存在するために、特
に感湿体９中になんらかの不純物イオンが存在している
場合には、電界によってこれら不純物イオンの移動、再
配列並びに局在化が生じる。その結果、ＦＥＴ素子のチ
ャンネル部に素子特性面で顕著な影響を与え、閾値電圧
Ｖｔ１１の変動を引き起し、ＦＥＴ素子の動作特性ひい
ては湿度センサとしての出力信号の経時変化（ドリフト
）の大きな原因となる。感湿体９と透湿性ゲート′市極
膜１０との界面及びゲート絶縁膜５．７との界面に不純
物イオンが存在する場合に於いても同様な現象が生じる
。しかも、先に述べた様に、外界囲気からの不純物イオ
ンの混入も避けることが困難であり、従って上記問題を
解決することはＦ Ｅ Ｔ型温度センサに於いては極め
て重要な課題である。
感湿体９０両面に直流的な電位差が存在するために、特
に感湿体９中になんらかの不純物イオンが存在している
場合には、電界によってこれら不純物イオンの移動、再
配列並びに局在化が生じる。その結果、ＦＥＴ素子のチ
ャンネル部に素子特性面で顕著な影響を与え、閾値電圧
Ｖｔ１１の変動を引き起し、ＦＥＴ素子の動作特性ひい
ては湿度センサとしての出力信号の経時変化（ドリフト
）の大きな原因となる。感湿体９と透湿性ゲート′市極
膜１０との界面及びゲート絶縁膜５．７との界面に不純
物イオンが存在する場合に於いても同様な現象が生じる
。しかも、先に述べた様に、外界囲気からの不純物イオ
ンの混入も避けることが困難であり、従って上記問題を
解決することはＦ Ｅ Ｔ型温度センサに於いては極め
て重要な課題である。
上述した問題を基本的に解決し、長期間安定したＦＥＴ
型湿度センサを得るために、本実施例のＦＥＴ型湿度セ
ンサの構造的な特徴は第１図に示した様に、感湿体９と
ゲート絶縁膜５，７との間に導電性ブロッキング膜８を
介設したことにある。
型湿度センサを得るために、本実施例のＦＥＴ型湿度セ
ンサの構造的な特徴は第１図に示した様に、感湿体９と
ゲート絶縁膜５，７との間に導電性ブロッキング膜８を
介設したことにある。
そして第２図の等価回路図に示すようにブロッキング膜
８と感湿体９の表面に被７ｉ’７した透湿性ゲート電極
膜１０とを抵抗ＲＢを介して結合し、印加電圧ＶＡを直
流電圧ＶＡ（ＤＣ）とこれに重畳する周波数ｆの交流電
圧ＶＡ（ＡＣ）とすることによって、ＦＥＴ素子の駆動
を行なう。直流の印加電圧ＶＡ（ｔ）Ｃ）がゲート絶縁
膜の耐圧より充分小さく、ゲート絶縁膜によるリーク電
流かない場合には、フロンキング膜８にかかる実効的な
ゲートｔに、圧■Ｇの直流成分ＶＧ（ＤＣ）はＶＡ（Ｄ
Ｃ）と等しくなって感湿体９の両面に直流的な電位差は
生じない。
８と感湿体９の表面に被７ｉ’７した透湿性ゲート電極
膜１０とを抵抗ＲＢを介して結合し、印加電圧ＶＡを直
流電圧ＶＡ（ＤＣ）とこれに重畳する周波数ｆの交流電
圧ＶＡ（ＡＣ）とすることによって、ＦＥＴ素子の駆動
を行なう。直流の印加電圧ＶＡ（ｔ）Ｃ）がゲート絶縁
膜の耐圧より充分小さく、ゲート絶縁膜によるリーク電
流かない場合には、フロンキング膜８にかかる実効的な
ゲートｔに、圧■Ｇの直流成分ＶＧ（ＤＣ）はＶＡ（Ｄ
Ｃ）と等しくなって感湿体９の両面に直流的な電位差は
生じない。
このために先に述べた不純物イオンの移動、再配列、局
在化等の現象は抑止され更にフロンキング膜８の存在に
よってこれら不純物イオンのゲート絶縁膜中への拡散が
阻止される。しかしこの場合、常にＶＧ（ＤＣ）はｖＡ
（ＤＣ）に等しいため、ＶＡ（ＤＣ）のみによっては湿
度センサとして動作しないことは勿論である。直流印加
電圧ＶＡ（ＤＣ）は、Ｆ Ｅ Ｔ素子のＩ Ｄ−ＶＧ特
性において最適バイアス電圧を与える機能を果す。湿度
センサとして、駆動するため即ち感湿体の静電界［ｉＣ
ｓの湿度による変化を検知するためには交流の印加電圧
ＶＡ（ＡＣ）を必要とする。
在化等の現象は抑止され更にフロンキング膜８の存在に
よってこれら不純物イオンのゲート絶縁膜中への拡散が
阻止される。しかしこの場合、常にＶＧ（ＤＣ）はｖＡ
（ＤＣ）に等しいため、ＶＡ（ＤＣ）のみによっては湿
度センサとして動作しないことは勿論である。直流印加
電圧ＶＡ（ＤＣ）は、Ｆ Ｅ Ｔ素子のＩ Ｄ−ＶＧ特
性において最適バイアス電圧を与える機能を果す。湿度
センサとして、駆動するため即ち感湿体の静電界［ｉＣ
ｓの湿度による変化を検知するためには交流の印加電圧
ＶＡ（ＡＣ）を必要とする。
周波数ｆにおける感湿体のインピーダンス；（２７Ｉｆ
Ｃｓ） ’に比べて充分大きな抵抗値を有する抵抗ＲＢ
をブロッキング膜８と透湿性ゲート電極膜１０との間に
結合した場合には、ＲＢは無視することができ、ＶＧの
交流成分ＶＧ（ＡＣ）は次式によって与えられる。
Ｃｓ） ’に比べて充分大きな抵抗値を有する抵抗ＲＢ
をブロッキング膜８と透湿性ゲート電極膜１０との間に
結合した場合には、ＲＢは無視することができ、ＶＧの
交流成分ＶＧ（ＡＣ）は次式によって与えられる。
即ち、一定の振幅をもったＶＡ（ＡＣ）の印加条件下に
於いて、ＶＧ（ＡＣ）は、感湿体の静電界量Ｃｓの値に
よって変化するため、湿度センサとしての出力信号をド
レイン電流ＩＤの交流振幅として取り出すことができる
。
於いて、ＶＧ（ＡＣ）は、感湿体の静電界量Ｃｓの値に
よって変化するため、湿度センサとしての出力信号をド
レイン電流ＩＤの交流振幅として取り出すことができる
。
第３図に上記実施例のＦＥＴ型湿度センサの出力対相対
湿度特性を示す。尚、第３図は感湿体９として熱焼成し
たアセチルセルロース膜を用い、固定抵抗ＲＢ及びＲＬ
を夫々ＩＯＭΩ、ＩＫΩとし、ＶＡ（ＤＣ）＝５Ｖ、Ｖ
Ａ（ＡＣ）＝１００ｍＶｒｍｓ（１０ＫＨｚ ）で駆動
した時の室温での出力対相対湿度特性の実測例である。
湿度特性を示す。尚、第３図は感湿体９として熱焼成し
たアセチルセルロース膜を用い、固定抵抗ＲＢ及びＲＬ
を夫々ＩＯＭΩ、ＩＫΩとし、ＶＡ（ＤＣ）＝５Ｖ、Ｖ
Ａ（ＡＣ）＝１００ｍＶｒｍｓ（１０ＫＨｚ ）で駆動
した時の室温での出力対相対湿度特性の実測例である。
次に、本実施例になるＦ Ｅ Ｔ型湿度センサの出力安
定性を示す実験例として室内放置した素子の放置時間と
相対湿度６０％におけるセンサ出力との関係を実測し第
４図に示す。尚、第４図には比較のためにブロッキング
膜８を用いた場合（Ａ）とブロッキング膜８を用いずに
感湿体（アセチルセルロース膜）９を直接ゲート絶縁膜
７の上に形成した場合（Ｂ）の夫々について放置時間対
出力の関係を示した。イ旧−画素子の駆動条件及び測定
条件は同一とし、夫々のセンサ出力は、初期値を規準と
した。第４図に見られる如く、ブロッキング膜８の効果
は極めて大きく、センサ出力は長期間安定に保たれるこ
とが実証された。又ＦＥＴ素子の特性、例えばドレイン
電流（ＩＤ）対ドレイン電圧（ＶＤ５）特性やドレイン
電流（ＩＤ）対ゲート電圧（ＶＧ）特性についても、経
時変化がなく特性の再現性も極めて優れていることが確
認された。一方、ブロッキング膜８を用いない場合、即
ち第４図の（Ｂ）の場合にはＦ’ＥＴ素子のＩＤ ｖｏ
ｓ特性及びＩＤ−■Ｇ特性共に大きな経時変化を生じ、
特性の再現性も極めて悪いものであった。しかも、ｖ６
の０Ｎ−ＯＦＦ或はＶＧの極性をいったん逆に印加する
などの操作を行うことによってもＦ ＥＴのＩＤ ＶＤ
Ｓ特性或はＩＤ−Ｖ６特性は、初期特性と大幅に異なる
現象が観測されることから、感湿体中或は感湿体とゲー
ト絶縁膜界面に存在律る不純物イオンの電界による移動
や再分布（再配列）の効果がＦ Ｅ Ｔ素子の特性に顕
著な影響を与えているものと解釈される。
定性を示す実験例として室内放置した素子の放置時間と
相対湿度６０％におけるセンサ出力との関係を実測し第
４図に示す。尚、第４図には比較のためにブロッキング
膜８を用いた場合（Ａ）とブロッキング膜８を用いずに
感湿体（アセチルセルロース膜）９を直接ゲート絶縁膜
７の上に形成した場合（Ｂ）の夫々について放置時間対
出力の関係を示した。イ旧−画素子の駆動条件及び測定
条件は同一とし、夫々のセンサ出力は、初期値を規準と
した。第４図に見られる如く、ブロッキング膜８の効果
は極めて大きく、センサ出力は長期間安定に保たれるこ
とが実証された。又ＦＥＴ素子の特性、例えばドレイン
電流（ＩＤ）対ドレイン電圧（ＶＤ５）特性やドレイン
電流（ＩＤ）対ゲート電圧（ＶＧ）特性についても、経
時変化がなく特性の再現性も極めて優れていることが確
認された。一方、ブロッキング膜８を用いない場合、即
ち第４図の（Ｂ）の場合にはＦ’ＥＴ素子のＩＤ ｖｏ
ｓ特性及びＩＤ−■Ｇ特性共に大きな経時変化を生じ、
特性の再現性も極めて悪いものであった。しかも、ｖ６
の０Ｎ−ＯＦＦ或はＶＧの極性をいったん逆に印加する
などの操作を行うことによってもＦ ＥＴのＩＤ ＶＤ
Ｓ特性或はＩＤ−Ｖ６特性は、初期特性と大幅に異なる
現象が観測されることから、感湿体中或は感湿体とゲー
ト絶縁膜界面に存在律る不純物イオンの電界による移動
や再分布（再配列）の効果がＦ Ｅ Ｔ素子の特性に顕
著な影響を与えているものと解釈される。
〈発明の効果〉
以上実施例にて詳説した々１１＜、本発明は感応体中或
は感応体とＦＥＴ素子との界面に存在する不純物やイオ
ン及び使用中に外界囲気から混入する不純物やイオンが
ＦＥＴ素子並びにＦＥＴ型センサとしての出力特性に与
える影響を顕著に抑制する効果を有するため、湿度検知
の場合のみならずガスやイオンの検知更には有機物検知
を対象とするバイオセンサ々どの各種のＦＥＴ型センサ
の動作特性及び出力特性の長期安定性並びに特性再現性
に多大な効果音もたらすものである。
は感応体とＦＥＴ素子との界面に存在する不純物やイオ
ン及び使用中に外界囲気から混入する不純物やイオンが
ＦＥＴ素子並びにＦＥＴ型センサとしての出力特性に与
える影響を顕著に抑制する効果を有するため、湿度検知
の場合のみならずガスやイオンの検知更には有機物検知
を対象とするバイオセンサ々どの各種のＦＥＴ型センサ
の動作特性及び出力特性の長期安定性並びに特性再現性
に多大な効果音もたらすものである。
第１図及び第２図は夫々本発明の実施例を示すＦ Ｅ
Ｔ型ｊｌｉ！度センサの構造Ｗ［面図と等価回路図であ
る。 第３図は第１図に示す湿度センサの出力対相対湿度特性
図、第４図は出力の経時変化を示す特性図である。図中
の曲線Ａは第１図のＦＥＴ型湿度センサについての実測
値を示し、曲線Ｂは比較のために、ブロッキング膜を用
いない場合のＦＥＴ型湿度センサの実測値を示す。 ■ ・シ） コアＴｒＦ板２−・・ソース ３・・・ド
レイン ５・・・二酸化シリコン膜 ７・・・窒化シリ
コン膜 ８・・・プロンキング膜 ９・・・感湿体 １
０・・・ゲート電極膜 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）ｂ Ｗ；１図 ０ ２０ ４０ ６０ ８０ １００ ａ苅簸 （％ＲＨ）
Ｔ型ｊｌｉ！度センサの構造Ｗ［面図と等価回路図であ
る。 第３図は第１図に示す湿度センサの出力対相対湿度特性
図、第４図は出力の経時変化を示す特性図である。図中
の曲線Ａは第１図のＦＥＴ型湿度センサについての実測
値を示し、曲線Ｂは比較のために、ブロッキング膜を用
いない場合のＦＥＴ型湿度センサの実測値を示す。 ■ ・シ） コアＴｒＦ板２−・・ソース ３・・・ド
レイン ５・・・二酸化シリコン膜 ７・・・窒化シリ
コン膜 ８・・・プロンキング膜 ９・・・感湿体 １
０・・・ゲート電極膜 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）ｂ Ｗ；１図 ０ ２０ ４０ ６０ ８０ １００ ａ苅簸 （％ＲＨ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被検知体との物理的或は化学的相互作用によって電
気的変化を生ずる感応体と、電界効果型素子と、を−外
的に結合させてなる電界効果型センサにおいて、前記感
応体のドリフト解除用電圧を印加する補助電極を前記感
応体にイ」役したことを特徴とする電界効果型センサ。 ２、補助電極を電界効果型素子のゲート絶縁膜と感応体
の界面に介設し、感応体の他方の面にゲート電極を配設
した特許請求の範囲第１項記載の電界効果型センサ。 ３ 水蒸気或は水分の吸脱着によって静電容量または電
気伝導度が変化する感湿体を感応体とした特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の電界効果型センサ。 ４、 感湿体としてセルロース系膜、ビニル系（換。 有機もしくは無機の固体電解質膜または釡属酸化膜を用
いた特許請求の範囲第３項記載の電界効果型センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59023598A JPS60168043A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | Ｆｅｔ型センサ |
| US06/697,640 US4698657A (en) | 1984-02-10 | 1985-02-04 | FET type sensor and a method for driving the same |
| GB08503061A GB2156150B (en) | 1984-02-10 | 1985-02-07 | Fet with an auxiliary electrode at a sensitive layer |
| DE19853504401 DE3504401A1 (de) | 1984-02-10 | 1985-02-08 | Feldeffekttransistortyp-sensor und verfahren zu dessen betrieb |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59023598A JPS60168043A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | Ｆｅｔ型センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60168043A true JPS60168043A (ja) | 1985-08-31 |
| JPH0415902B2 JPH0415902B2 (ja) | 1992-03-19 |
Family
ID=12115033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59023598A Granted JPS60168043A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | Ｆｅｔ型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60168043A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533988A (ja) * | 2004-04-22 | 2007-11-22 | マイクロナス ゲーエムベーハー | Ｔｆｔ型ガスセンサーにおけるガスの測定方法及び／又は横感度を低減させる方法 |
| JP2013525808A (ja) * | 2010-05-06 | 2013-06-20 | ソウル・ナショナル・ユニバーシティ・アール・アンド・ディ・ファウンデイション | 容量素子センサー及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54141699A (en) * | 1978-04-26 | 1979-11-05 | Olympus Optical Co Ltd | Chemically responding element |
-
1984
- 1984-02-10 JP JP59023598A patent/JPS60168043A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54141699A (en) * | 1978-04-26 | 1979-11-05 | Olympus Optical Co Ltd | Chemically responding element |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533988A (ja) * | 2004-04-22 | 2007-11-22 | マイクロナス ゲーエムベーハー | Ｔｆｔ型ガスセンサーにおけるガスの測定方法及び／又は横感度を低減させる方法 |
| JP2013525808A (ja) * | 2010-05-06 | 2013-06-20 | ソウル・ナショナル・ユニバーシティ・アール・アンド・ディ・ファウンデイション | 容量素子センサー及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0415902B2 (ja) | 1992-03-19 |
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