JP5796373B2 - Inspection instrument and inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、トランジスタを用いた検査用デバイスおよびそれに用いられる検査用器具に関する。 The present invention relates to an inspection device using a transistor and an inspection instrument used therefor.
近年、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、または、食品若しくは環境モニタ等の目的で、ＤＮＡ、糖鎖、たんぱく質等の生体関連物質の検査をするための種々の方法が開発されており、特に、電気的な信号によって生体分子を検出するバイオセンサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とＭＥＭＳの接続が容易であるという観点から、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用して生物学的な反応を検出するバイオセンサについて多くの研究が為されている。 In recent years, various methods have been developed for testing biologically relevant substances such as DNA, sugar chains, and proteins for the purpose of disease diagnosis, detection of individual differences in drug metabolism, or food or environmental monitoring. In particular, research on biosensors that detect biomolecules using electrical signals is in progress. Recently, many studies have been conducted on biosensors that use field-effect transistors (FETs) to detect biological reactions from the viewpoint of fast electrical signal conversion and easy connection between integrated circuits and MEMS. Has been made.
従来、ＦＥＴを用いたバイオセンサは、ＭＯＳＦＥＴからゲート電極を除去し、絶縁層上にイオン感応層を被着した構造を有しており、ＩＳＦＥＴと呼ばれている。そして、イオン感応層上に酸化還元酵素、各種タンパク質、ＤＮＡ、抗原または抗体等を配置することによって、各種バイオセンサとして機能するようになっている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a biosensor using an FET has a structure in which a gate electrode is removed from a MOSFET and an ion-sensitive layer is deposited on an insulating layer, and is called an ISFET. And it arrange | positions on an ion sensitive layer, and functions as various biosensors by arrange | positioning oxidoreductase, various proteins, DNA, an antigen, or an antibody (for example, refer patent document 1).
具体的には、バイオセンサに用いられるＦＥＴは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極およびゲート絶縁層を形成し、ソース電極とドレイン電極間のゲート絶縁層表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、ＤＮＡプローブとアルカンチオールが配置されている。実際に測定を行う場合には、金属電極と、金属電極の表面上に配置されたＤＮＡプローブおよびアルカンチオールと、参照電極とが測定セル内の反応溶液中に配置されるようになっており、参照電極を介して高周波電圧が印加されると、反応溶液中に含まれるターゲットＤＮＡとＤＮＡプローブとの結合の前後で変化する絶縁ゲート電界効果トランジスタの電気特性変化、すなわち、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値の変化を検出することにより、反応溶液中に含まれるターゲットＤＮＡの伸長の有無を検出することができるようになっている。 Specifically, an FET used for a biosensor has a source electrode, a drain electrode, and a gate insulating layer formed on the surface of a silicon substrate, and a metal electrode on the surface of the gate insulating layer between the source electrode and the drain electrode. . A DNA probe and alkanethiol are disposed on the surface of the metal electrode. When actually performing the measurement, the metal electrode, the DNA probe and alkanethiol disposed on the surface of the metal electrode, and the reference electrode are disposed in the reaction solution in the measurement cell, When a high-frequency voltage is applied through the reference electrode, the electrical property change of the insulated gate field effect transistor that changes before and after the binding between the target DNA and the DNA probe contained in the reaction solution, that is, the source electrode and the drain electrode By detecting the change in the value of the current flowing between the two, it is possible to detect the presence or absence of extension of the target DNA contained in the reaction solution.
従来、トランジスタを用いたバイオセンサにおいては、電気特性の変化を検出する際に、酸化還元酵素、各種タンパク質、ＤＮＡ、抗原または抗体等のサンプルを含む被検査液に、電極および電解液を内包する参照電極構造体を挿入することで、参照電極構造体を介して被検査液に電圧を印加している。そのため、例えばマイクロプレート等を用いて多サンプルの検査を行う場合には、サンプル毎に参照電極構造体が必要であり、検査プロセスに手間がかかり、効率が悪いという問題があった。 Conventionally, in a biosensor using a transistor, an electrode and an electrolytic solution are included in a test solution including a sample such as an oxidoreductase, various proteins, DNA, an antigen, or an antibody when detecting a change in electrical characteristics. By inserting the reference electrode structure, a voltage is applied to the liquid to be inspected via the reference electrode structure. Therefore, for example, when inspecting a large number of samples using a microplate or the like, a reference electrode structure is required for each sample, and there is a problem that the inspection process is troublesome and inefficient.
一方、バイオセンサに用いられるトランジスタにおいては、参照電極構造体を用いる他に、参照電極をバイオセンサに作り込むことも提案されている。
例えば特許文献２においては、複数個のウェルに共通する参照電極を形成することが開示されている。
On the other hand, in a transistor used for a biosensor, in addition to using a reference electrode structure, it has been proposed to build a reference electrode into the biosensor.
For example, Patent Document 2 discloses forming a reference electrode common to a plurality of wells.
特許文献２に記載のバイオセンサにおいては、参照電極が形成された第２ウェルにも細胞等のサンプルが注入された第１ウェルと同じ培養液を注入し、第１ウェルおよび第２ウェル間の切り欠き等により第１ウェルおよび第２ウェルの液体間には電気化学的連続性が確立されている。そのため、単一の第２ウェルに対して複数の第１ウェルを設ける場合には、単一の第２ウェルと複数の第１ウェルとで液体間に電気化学的連続性が確立されるように第１ウェルおよび第２ウェル間に切り欠き部等を形成する必要があり、また測定の際にはすべてのウェルに同じ培養液を注入する必要がある。したがって、異なる培養液を用いた測定は実質上不可能である。また、細胞電位やイオン電位を測定する際には、別途、電極および電解液を内包する参照電極構造体を用いる必要がある。 In the biosensor described in Patent Document 2, the same culture solution as the first well in which a sample such as a cell is injected is also injected into the second well in which the reference electrode is formed, and between the first well and the second well. Electrochemical continuity is established between the liquids in the first well and the second well by notching or the like. Therefore, when a plurality of first wells are provided for a single second well, electrochemical continuity is established between the liquids in the single second well and the plurality of first wells. It is necessary to form a notch or the like between the first well and the second well, and it is necessary to inject the same culture solution into all the wells at the time of measurement. Therefore, measurement using different culture media is virtually impossible. Further, when measuring the cell potential or the ion potential, it is necessary to use a reference electrode structure containing an electrode and an electrolyte separately.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、トランジスタを用いたバイオセンサ等の検査用デバイスにおいて効率的な測定を可能とする検査用器具および検査用デバイスを提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its main object to provide an inspection instrument and an inspection device that enable efficient measurement in an inspection device such as a biosensor using a transistor. To do.
上記課題を解決するために、本発明は、底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有し、電解液を収容し得る、少なくとも１個の電解液用収容部と、底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得る、少なくとも１個の検査用収容部とを有することを特徴とする検査用器具を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has an external electrode opening and a reference electrode opening on the bottom surface, and can contain at least one electrolyte solution storage portion that can store an electrolyte solution, and the bottom surface is referred to Provided is an inspection instrument having an electrode opening and a signal extraction opening, and having at least one inspection storage portion capable of storing a liquid to be inspected.
本発明においては、検査用収容部とは別に電解液用収容部が設けられているので、本発明の検査用器具を検査用デバイスに用いた場合には、プラスとマイナスのイオンを一定に保つことができ、安定的にイオンの変化を電気信号に変えることが可能となる。また本発明においては、検査用収容部が複数個設けられている場合には、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、電解液用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極と検査用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極とが電気的に接続されていれば、同時に複数の検査が可能となり、効率的な測定が可能である。また、本発明の検査用器具は電解液用収容部および検査用収容部を有していればよく、電解液用収容部を検査用収容部の近傍に配置することができるので、本発明の検査用器具を検査用デバイスに用いた場合には、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極の長さを短くすることができ、ノイズの影響を極力低減することが可能である。 In the present invention, since the electrolytic solution storage portion is provided separately from the inspection storage portion, positive and negative ions are kept constant when the inspection instrument of the present invention is used in the inspection device. Therefore, it is possible to stably change the ion change into an electric signal. Further, in the present invention, when a plurality of test storage parts are provided, when the test device is manufactured using the test tool of the present invention, the reference electrode opening of the electrolyte solution storage part If the reference electrode arranged at the reference electrode and the reference electrode arranged at the reference electrode opening of the inspection container are electrically connected, a plurality of inspections can be performed at the same time, and efficient measurement is possible. . Moreover, the inspection instrument of the present invention only needs to have an electrolytic solution storage portion and an inspection storage portion, and the electrolytic solution storage portion can be disposed in the vicinity of the inspection storage portion. When the inspection instrument is used for an inspection device, the length of the reference electrode disposed in the reference electrode opening of the electrolyte storage portion and the reference electrode opening of the inspection storage portion may be shortened. It is possible to reduce the influence of noise as much as possible.
上記発明においては、底面にトランジスタ基板を配置し得るトランジスタ基板配置用凹部が形成され、上記トランジスタ基板配置用凹部の深さが配置される上記トランジスタ基板の厚さ以上であることが好ましい。本発明の検査用器具のトランジスタ基板配置用凹部にトランジスタ基板を配置して検査用デバイスを作製した場合には、トランジスタ基板配置用凹部の深さがトランジスタ基板の厚さ以上であることで、トランジスタ基板配置用凹部内にトランジスタ基板を埋め込むことができ、安定的な測定が可能となる。また、検査用デバイスが緩衝材となり、検査用デバイスによってトランジスタ基板を保護することができる。 In the above-mentioned invention, it is preferable that a recess for arranging the transistor substrate on which the transistor substrate can be arranged is formed on the bottom surface, and the depth of the recess for arranging the transistor substrate is greater than or equal to the thickness of the transistor substrate. In the case where a transistor substrate is arranged in the transistor substrate arrangement recess of the inspection instrument of the present invention to produce an inspection device, the depth of the transistor substrate arrangement recess is equal to or greater than the thickness of the transistor substrate. The transistor substrate can be embedded in the substrate placement recess, which enables stable measurement. Further, the inspection device serves as a buffer material, and the transistor substrate can be protected by the inspection device.
また本発明においては、複数個の上記検査用収容部を有し、上記検査用収容部の１列毎に上記電解液用収容部が１個形成されていることが好ましい。本発明の検査用器具を用いた検査用デバイスにおいて、アクティブマトリクス駆動の測定が可能となり、より効率的な測定が可能となるからである。また、トランジスタへのバイアスストレスを低減することができるからである。 In the present invention, it is preferable that a plurality of the above-described inspection accommodating portions are provided, and one electrolytic solution accommodating portion is formed for each row of the above-described inspection accommodating portions. This is because in the inspection device using the inspection instrument of the present invention, active matrix drive measurement is possible, and more efficient measurement is possible. In addition, bias stress to the transistor can be reduced.
また本発明は、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、上記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、上記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、上記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するトランジスタ基板、および、上記トランジスタ基板の上記イオン感応層、上記参照電極および上記外部電極上に配置された上述の検査用器具を備え、上記イオン感応層が少なくとも上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、上記参照電極が上記検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置され、上記外部電極が上記検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されていることを特徴とする検査用デバイスを提供する。 The present invention also provides a substrate, at least one transistor formed on the substrate, an interlayer insulating layer formed to cover the transistor, a reference electrode and an external electrode formed on the interlayer insulating layer And an ion-sensitive layer formed on the interlayer insulating layer, and the above-described inspection instrument disposed on the ion-sensitive layer, the reference electrode, and the external electrode of the transistor substrate. The ion sensitive layer is disposed at least in the signal extraction opening of the inspection housing portion of the inspection instrument, and the reference electrode includes the reference electrode opening and the inspection housing of the electrolyte storage section of the inspection instrument. A test electrode, wherein the external electrode is disposed in the external electrode opening of the electrolyte container of the test instrument. To provide a scan.
本発明においては、上述の検査用器具を用いるので、イオンの変化を効率的に電気信号に変換することが可能となる。また、検査用収容部が複数個設けられている場合には、電解液用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極と検査用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極とが電気的に接続されていれば、同測定条件で同時に複数の検査が可能となり、効率的な測定が可能である。 In the present invention, since the above-described inspection instrument is used, changes in ions can be efficiently converted into electrical signals. In the case where a plurality of test storage units are provided, the reference electrode disposed in the reference electrode opening of the electrolyte storage unit and the reference electrode disposed in the reference electrode opening of the test storage unit If the electrodes are electrically connected, a plurality of inspections can be performed simultaneously under the same measurement conditions, and efficient measurement is possible.
上記発明においては、上記基板が透明基板であることが好ましい。基板が透明基板であれば、イオン感応層上の試料の電気特性の測定とともに、倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によってイオン感応層上の試料を観察することができるからである。 In the said invention, it is preferable that the said board | substrate is a transparent substrate. This is because, if the substrate is a transparent substrate, the sample on the ion-sensitive layer can be observed with an observation instrument such as an inverted transmission microscope as well as measuring the electrical characteristics of the sample on the ion-sensitive layer.
上記発明においては、上記トランジスタが、上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていてもよい。この場合には、本発明の検査用デバイスの集積度を高めることができる。 In the above invention, the transistor may be disposed in the signal extraction opening of the inspection container of the inspection instrument. In this case, the degree of integration of the inspection device of the present invention can be increased.
上記の場合、上記トランジスタが酸化物半導体層を有することが好ましい。酸化物半導体は透明性を有するものとすることができるので、イオン感応層上の試料の電気特性の測定とともに、倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によってイオン感応層上の試料を観察することができるからである。 In the above case, the transistor preferably includes an oxide semiconductor layer. Since the oxide semiconductor can be transparent, the electrical properties of the sample on the ion-sensitive layer are measured, and the sample on the ion-sensitive layer is observed with an observation device such as an inverted transmission microscope. Because you can.
また上記発明においては、上記トランジスタが、上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部には配置されておらず、上記層間絶縁層上に検知用電極が形成されており、上記検知用電極が上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていることが好ましい。トランジスタが検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、トランジスタの透明性の有無にかかわらず、イオン感応層上の試料を倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によって観察することが可能となる。したがって、本発明の検査用デバイスの用途等にかかわらず、トランジスタを構成する部材に用いられる材料が制約されないという利点を有する。また、トランジスタに対する培養液、細胞、薬品等が含まれる被検査液の影響を極力減らすことが可能となる。 In the above invention, the transistor is not disposed in the signal extraction opening of the inspection container of the inspection instrument, and a detection electrode is formed on the interlayer insulating layer. It is preferable that the electrode for an electrode is arrange | positioned at the opening part for signal extraction of the accommodating part for an inspection of the said instrument for an inspection. When the transistor is not arranged in the signal extraction opening of the inspection container of the inspection instrument, the sample on the ion sensitive layer can be removed from an inverted transmission microscope or the like regardless of whether the transistor is transparent. It is possible to observe with an observation device. Therefore, the material used for the member constituting the transistor is not limited regardless of the use of the inspection device of the present invention. In addition, it is possible to reduce as much as possible the influence of the liquid to be inspected, which includes culture fluid, cells, chemicals, and the like on the transistor.
上記の場合、上記検知用電極が透明電極であることが好ましい。検知用電極が透明電極であれば、イオン感応層上の試料の電気特性の測定とともに、倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によってイオン感応層上の試料を観察することができるからである。 In the above case, the detection electrode is preferably a transparent electrode. This is because if the detection electrode is a transparent electrode, the sample on the ion-sensitive layer can be observed with an observation device such as an inverted transmission microscope as well as measuring the electrical characteristics of the sample on the ion-sensitive layer.
本発明においては、検査用器具が所定の開口部を有する電解液用収容部および検査用収容部を有するので、効率的な測定が可能であるという効果を奏する。 In the present invention, since the inspection instrument includes the electrolytic solution storage portion and the inspection storage portion having the predetermined opening, an effect is obtained that efficient measurement is possible.
以下、本発明の検査用器具および検査用デバイスについて詳細に説明する。 Hereinafter, the inspection instrument and the inspection device of the present invention will be described in detail.
Ａ．検査用器具
本発明の検査用器具は、底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有し、電解液を収容し得る、少なくとも１個の電解液用収容部と、底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得る、少なくとも１個の検査用収容部とを有することを特徴とするものである。
A. Inspection instrument The inspection instrument of the present invention has an external electrode opening and a reference electrode opening on the bottom surface, and can accommodate at least one electrolyte solution storage section and a reference electrode on the bottom surface. And an opening for signal extraction, and has at least one inspection storage section capable of storing a liquid to be inspected.
まず、本発明の検査用器具について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具の一例を示す概略平面図および断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に例示するように、検査用器具１は、底面１１に外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２を有し、電解液を収容し得る電解液用収容部３と、底面１２に参照電極用開口部ｈ３および信号取出用開口部ｈ４を有し、被検査液を収容し得る検査用収容部４とを有している。
First, the inspection instrument of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing an example of the inspection instrument of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
As illustrated in FIGS. 1A and 1B, the inspection instrument 1 has an external electrode opening h <b> 1 and a reference electrode opening h <b> 2 on the bottom surface 11, and can be used for accommodating an electrolytic solution. The housing 3 has a reference electrode opening h3 and a signal extraction opening h4 on the bottom surface 12, and a test housing 4 capable of housing a liquid to be tested.
図２（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具を備える検査用デバイスの一例を示す概略平面図および断面図であり、薄膜トランジスタを用いた検査用デバイスの例であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）に例示するように、検査用デバイス１０は、トランジスタ基板３０と、トランジスタ基板３０上に配置された検査用器具１とを備えている。
トランジスタ基板３０は、基板２１と、基板２１上に形成されたトランジスタ２０と、トランジスタ２０を覆うように形成された層間絶縁層２７と、層間絶縁層２７上に形成された検知用電極２８と、層間絶縁層２７上に形成されたイオン感応層２９と、イオン感応層２９上に形成された参照電極３１および外部電極３２とを有している。トランジスタ２０は、基板２１上に形成されたゲート電極２２と、ゲート電極２２を覆うように形成されたゲート絶縁層２３と、ゲート絶縁層２３上に形成された半導体層２４と、半導体層２４上に形成されたソース電極２５およびドレイン電極２６とを有している。トランジスタ２０のゲート電極２２と検知用電極２８とは電気的に接続されている。
検査用器具１は、底面に外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２を有し、電解液を収容し得る電解液用収容部３と、底面に参照電極用開口部ｈ３および信号取出用開口部ｈ４を有し、被検査液を収容し得る検査用収容部４と、電解液用収容部３および検査用収容部４の底面に配置された接着層５とを有している。
検査用器具１は、接着層５を介して、トランジスタ基板３０のイオン感応層２９、参照電極３１および外部電極３２上に配置されており、イオン感応層２９が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４に配置され、参照電極３１が検査用器具１の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２および検査用収容部４の参照電極用開口部ｈ４に配置され、外部電極３２が検査用器具１の電解液用収容部３の外部電極用開口部ｈ１に配置されている。
FIGS. 2A and 2B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing an example of an inspection device provided with the inspection instrument of the present invention, an example of an inspection device using a thin film transistor, and FIG. ) Is a sectional view taken along line BB in FIG.
As illustrated in FIGS. 2A and 2B, the inspection device 10 includes a transistor substrate 30 and an inspection instrument 1 disposed on the transistor substrate 30.
The transistor substrate 30 includes a substrate 21, a transistor 20 formed on the substrate 21, an interlayer insulating layer 27 formed so as to cover the transistor 20, a detection electrode 28 formed on the interlayer insulating layer 27, An ion sensitive layer 29 formed on the interlayer insulating layer 27, and a reference electrode 31 and an external electrode 32 formed on the ion sensitive layer 29 are included. The transistor 20 includes a gate electrode 22 formed on the substrate 21, a gate insulating layer 23 formed so as to cover the gate electrode 22, a semiconductor layer 24 formed on the gate insulating layer 23, and a semiconductor layer 24 The source electrode 25 and the drain electrode 26 are formed. The gate electrode 22 of the transistor 20 and the detection electrode 28 are electrically connected.
The inspection instrument 1 has an external electrode opening h1 and a reference electrode opening h2 on the bottom surface, and an electrolytic solution storage portion 3 that can store an electrolytic solution, and a reference electrode opening h3 and a signal extraction on the bottom surface. It has a test opening 4 that has an opening h <b> 4 and can store a liquid to be inspected, and an electrolytic solution storage 3 and an adhesive layer 5 disposed on the bottom surface of the test storage 4.
The inspection instrument 1 is disposed on the ion-sensitive layer 29, the reference electrode 31 and the external electrode 32 of the transistor substrate 30 via the adhesive layer 5, and the ion-sensitive layer 29 is provided in the inspection container of the inspection instrument 1. 4, the reference electrode 31 is disposed in the reference electrode opening h2 of the electrolyte container 3 and the reference electrode opening h4 of the container 4 for inspection. The external electrode 32 is disposed in the external electrode opening h <b> 1 of the electrolytic solution housing part 3 of the inspection instrument 1.
次に、図３を参照して本発明の検査用器具を備える検査用デバイスの動作原理について説明する。なお、図３に示す検査用デバイスは図２（ａ）、（ｂ）に示す検査用デバイスと同様である。
図３に例示するように、検査用器具において、電解液用収容部３にはＫＣｌ溶液等の電解液５１が収容され、検査用収容部４には細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質等の試料を含む被検査液５２が収容されている。
検査用収容部４では、信号取出用開口部ｈ４にイオン感応層２９が配置されているので、イオン感応層２９上に被検査液５２を付与することができるようになっている。
また、電解液用収容部３では、外部電極用開口部ｈ１に外部電極３２が配置され、参照電極用開口部ｈ２に参照電極３１が配置され、また検査用収容部４では、参照電極用開口部ｈ３に参照電極３１が配置されているので、外部電極３２に電圧を印加すると、外部電極３２と電解液５１と参照電極３１とを介して、被検査液５２に電圧が印加されることとなる。
したがって、ソース電極２５およびドレイン電極２６間に所定の電圧ＶＤＳを印加しつつ、外部電極３２と電解液５１と参照電極３１とを介して可変電圧ＶＧを被検査液５２に印加すると、イオン感応層２９に生ずる電位の変化に応じて、半導体層２４に形成されるチャネル領域が変化し、ドレイン電流ＩＤの変化を検出することができる。その結果、例えば、可変電圧ＶＧに基づくドレイン電流ＩＤの変化、すなわち電流−電圧特性を、予め測定した試料における電流−電圧特性と比較することによって、被検査液５２に含まれる試料の種別を特定することができるようになっている。
Next, the operation principle of the inspection device including the inspection instrument of the present invention will be described with reference to FIG. 3 is the same as the inspection device shown in FIGS. 2A and 2B.
As illustrated in FIG. 3, in the test instrument, the electrolyte solution storage unit 3 stores an electrolyte solution 51 such as a KCl solution, and the test storage unit 4 has a living body such as a cell, DNA, sugar chain, or protein. A test liquid 52 containing a sample such as a related substance is accommodated.
In the inspection container 4, since the ion sensitive layer 29 is disposed in the signal extraction opening h <b> 4, the liquid 52 to be inspected can be applied on the ion sensitive layer 29.
Further, in the electrolytic solution housing part 3, the external electrode 32 is disposed in the external electrode opening h1, the reference electrode 31 is disposed in the reference electrode opening h2, and the inspection electrode housing 4 includes the reference electrode opening. Since the reference electrode 31 is disposed in the part h3, when a voltage is applied to the external electrode 32, a voltage is applied to the liquid 52 to be inspected via the external electrode 32, the electrolytic solution 51, and the reference electrode 31. Become.
Therefore, while applying a predetermined voltage V DS between the source electrode 25 and drain electrode 26, by applying a variable voltage V G to the inspected liquid 52 via the external electrode 32 and the reference electrode 31 and the electrolyte solution 51, ion The channel region formed in the semiconductor layer 24 changes in accordance with the change in potential generated in the sensitive layer 29, and the change in the drain current ID can be detected. As a result, for example, by comparing the change of the drain current ID based on the variable voltage V G , that is, the current-voltage characteristic with the current-voltage characteristic of the sample measured in advance, the type of the sample contained in the liquid 52 to be inspected. Can be specified.
従来では、イオン感応層上に被検査液を滞留させた後に電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入することで参照電極構造体を介して被検査液に電圧を印加していたが、本発明によれば、参照電極を予め備える所定のトランジスタ基板上に所定の位置で検査用器具を配置することにより、参照電極構造体を挿入することなく、トランジスタ基板に形成された参照電極を介して被検査液に電圧を印加することができるので、検査プロセスを簡易化することができる。
また、本発明の検査用器具においては、電解液用収容部の底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部が設けられ、検査用収容部の底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部が設けられているので、本発明の検査用器具と所定のトランジスタ基板とを用いて検査用デバイスを組み立てる際には、所定の位置で本発明の検査用器具と所定のトランジスタ基板とを配置するだけでよく、参照電極との接続に関して効率良く取り付けることが可能である。
Conventionally, after a liquid to be inspected is retained on the ion-sensitive layer, a voltage is applied to the liquid to be inspected via the reference electrode structure by inserting a reference electrode structure containing an electrode or an electrolyte into the liquid to be inspected. However, according to the present invention, an inspection instrument is arranged at a predetermined position on a predetermined transistor substrate that is provided with a reference electrode in advance, so that the reference electrode structure is not inserted into the transistor substrate. Since a voltage can be applied to the liquid to be inspected via the reference electrode, the inspection process can be simplified.
In the inspection instrument of the present invention, an opening for the external electrode and an opening for the reference electrode are provided on the bottom surface of the electrolytic solution storage portion, and the reference electrode opening and the signal extraction opening are provided on the bottom surface of the inspection storage portion. Since the opening is provided, when assembling the inspection device using the inspection instrument of the present invention and the predetermined transistor substrate, the inspection instrument of the present invention and the predetermined transistor substrate are assembled at a predetermined position. It only needs to be arranged, and can be efficiently attached with respect to the connection with the reference electrode.
また本発明においては、従来のように電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入するのではなく、電解液用収容部を設け、この電解液用収容部に電解液を収容するので、プラスとマイナスのイオンを一定に保つことが可能となり、安定的にイオンの変化を電気信号に変えることが可能となる。 Further, in the present invention, instead of inserting a reference electrode structure containing an electrode or an electrolyte solution into a liquid to be inspected as in the prior art, an electrolyte solution storage portion is provided, and the electrolyte solution is placed in the electrolyte solution storage portion. Since it is accommodated, it is possible to keep positive and negative ions constant, and it is possible to stably change the ion to an electric signal.
さらに、本発明の検査用器具は電解液用収容部と検査用収容部とを有していればよいので、電解液用収容部を検査用収容部の近傍に配置することが可能であり、これにより参照電極の長さを極力短くすることができ、ノイズの影響を極力低減することが可能となる。 Furthermore, since the inspection instrument of the present invention only needs to have an electrolytic solution storage portion and an inspection storage portion, the electrolytic solution storage portion can be disposed in the vicinity of the inspection storage portion, Thereby, the length of the reference electrode can be shortened as much as possible, and the influence of noise can be reduced as much as possible.
図４は本発明の検査用器具の他の例を示す概略斜視図である。図４に示す例において、検査用器具１は、１個の電解液用収容部３と３個の検査用収容部４とを有しており、１個の電解液用収容部３に対して複数個の検査用収容部４が形成されている。
図４に例示するような検査用器具を備える検査用デバイスにおいては、１個の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２に配置される参照電極と、３個の検査用収容部４の各参照電極用開口部ｈ３に配置される参照電極とが電気的に接続されていることで、１個の電解液用収容部３で３個の検査用収容部４に収容される被検査液を検査することが可能である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing another example of the inspection instrument of the present invention. In the example shown in FIG. 4, the inspection instrument 1 has one electrolytic solution storage portion 3 and three inspection storage portions 4, with respect to one electrolytic solution storage portion 3. A plurality of inspection accommodating portions 4 are formed.
In the inspection device including the inspection instrument as illustrated in FIG. 4, the reference electrode disposed in the reference electrode opening h <b> 2 of the single electrolyte solution storage unit 3 and the three test storage units 4. The reference electrodes arranged in the respective reference electrode openings h3 are electrically connected to each other, so that the inspected objects accommodated in the three inspection accommodating portions 4 by one electrolytic solution accommodating portion 3 It is possible to inspect the liquid.
このように本発明においては、検査用収容部とは別に電解液用収容部が設けられていることにより、１個の参照電極で複数個の検査用収容部にそれぞれ収容される被検査液を検査することが可能である。
従来のように参照電極構造体を被検査液に挿入する場合には、被検査液毎に参照電極構造体が必要であったが、本発明においては検査用収容部毎に電解液用収容部を設ける必要はなく、効率的な測定が可能である。
As described above, in the present invention, since the electrolytic solution storage portion is provided separately from the inspection storage portion, the liquids to be inspected respectively stored in the plurality of inspection storage portions by one reference electrode are provided. It is possible to inspect.
When the reference electrode structure is inserted into the liquid to be inspected as in the prior art, a reference electrode structure is required for each liquid to be inspected. It is not necessary to provide an effective measurement.
以下、本発明の検査用器具における各構成ついて説明する。 Hereinafter, each structure in the test | inspection instrument of this invention is demonstrated.
１．電解液用収容部
本発明における電解液用収容部は、底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有するものである。本発明の検査用器具は、少なくとも１個の電解液用収容部を有している。
なお、底面とは、電解液の注入口とは反対側の面をいい、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際にトランジスタ基板が配置される面である。
1. Electrolytic Solution Housing The electrolytic solution housing in the present invention has an external electrode opening and a reference electrode opening on the bottom surface. The inspection instrument of the present invention has at least one electrolytic solution container.
The bottom surface means a surface opposite to the electrolyte injection port, and is a surface on which the transistor substrate is arranged when an inspection device is manufactured using the inspection instrument of the present invention.
外部電極用開口部および参照電極用開口部の配置、大きさ、形状等としては、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、外部電極用開口部に外部電極を配置することができ、また参照電極用開口部に参照電極を配置することができれば特に限定されるものではなく、任意の配置、大きさ、形状等とすることができる。
また、電解液用収容部の大きさ、形状は、後述の検査用収容部の大きさ、形状と同じであってもよく異なっていてもよい。
As for the arrangement, size, shape, etc. of the external electrode opening and the reference electrode opening, the external electrode is arranged in the external electrode opening when the inspection device is produced using the inspection instrument of the present invention. The reference electrode is not particularly limited as long as the reference electrode can be arranged in the reference electrode opening, and can have any arrangement, size, shape, and the like.
In addition, the size and shape of the electrolytic solution housing portion may be the same as or different from the size and shape of the inspection housing portion described later.
外部電極用開口部および参照電極用開口部としては、図１（ａ）、（ｂ）に例示するように外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２が別々に形成されていてもよく、図５（ａ）、（ｂ）に例示するように外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２が一体として形成されていてもよい。なお、「一体として」とは、外部電極用開口部および参照電極用開口部が単一の開口部として形成されていることを意味する。
ここで、図５（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図および断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
As the external electrode opening and the reference electrode opening, the external electrode opening h1 and the reference electrode opening h2 may be separately formed as illustrated in FIGS. 1 (a) and 1 (b). As illustrated in FIGS. 5A and 5B, the external electrode opening h1 and the reference electrode opening h2 may be integrally formed. Note that “as an integral unit” means that the external electrode opening and the reference electrode opening are formed as a single opening.
Here, FIGS. 5 (a) and 5 (b) are a schematic plan view and a cross-sectional view showing another example of the inspection instrument of the present invention, and FIG. 5 (b) is a CC line in FIG. 5 (a). It is sectional drawing.
電解液用収容部の高さとしては、電解液を収容可能な高さであれば特に限定されるものではなく、任意の高さとすることができる。
また、外部電極用開口部および参照電極用開口部の厚みとしては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、電解液用収容部内に電解液を収容可能であれば特に限定されるものではなく、任意の厚みとすることができる。
The height of the electrolytic solution container is not particularly limited as long as the electrolytic solution can be accommodated, and can be set to an arbitrary height.
Further, the thickness of the external electrode opening and the reference electrode opening is not particularly limited as long as the electrolytic solution can be accommodated in the electrolytic solution storage portion in the inspection device including the inspection instrument of the present invention. Instead, it can be of any thickness.
電解液用収容部に用いられる材料としては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、電解液用収容部外に電解液を漏出させないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、ガラス、樹脂等が挙げられる。
樹脂は、耐化学薬品性、透明性、成型性、剛性等を有するものであることが好ましく、要求特性に応じて適宜選択される。具体的には、ポリスチレン、白色ポリスチレン、三井化学株式会社製のバレックス等のポリアクリロニトリル、ナチュラルポリプロピレン、ガラス入ポリプロピレン、ＧＥヘルスケアジャパン株式会社製のマルチケム等のフッ素樹脂、シリコンゴム等が挙げられる。ポリスチレンは、硬質で成型が容易なためマイクロプレートの材質として汎用されているとともに、ガラスに準ずる透明度があり電解液用収容部や後述の検査用収容部の収容部の中身が確認しやすく、サンプル調製や吸光度測定に適している。白色ポリスチレンは、収容部間のシグナルクロストークが起きにくくなるため、化学発光測定などのアプリケーションに適している。三井化学株式会社製のバレックスは、白色不透明で耐化学薬品性があるため、液体シンチレーション測定等に適している。ナチュラルポリプロピレンは、耐化学薬品性に優れタンパク質等の分子の吸着が少なく、またポリスチレンに比べ割れにくく、有機溶媒性サンプルの調製やリキッドハンドリングシステムのリザーバに用いられる。ガラス入ポリプロピレンは、ポリプロピレンにガラス繊維を加えて剛性を高めている。ＧＥヘルスケアジャパン株式会社製のマルチケムは、フッ素ポリマー製で耐化学薬品性が極めて高く、また分子が吸着しにくいためサンプルの保存に適している。
The material used for the electrolytic solution container is not particularly limited as long as it does not leak the electrolyte solution outside the electrolytic solution container in the inspection device including the inspection instrument of the present invention. Specifically, glass, resin, etc. are mentioned.
The resin preferably has chemical resistance, transparency, moldability, rigidity, and the like, and is appropriately selected according to required characteristics. Specifically, polystyrene, white polystyrene, polyacrylonitrile such as Valex manufactured by Mitsui Chemicals, natural polypropylene, glass-filled polypropylene, fluorine resin such as Multichem manufactured by GE Healthcare Japan, silicone rubber, and the like. Polystyrene is widely used as a material for microplates because it is hard and easy to mold, and has transparency similar to that of glass, making it easy to check the contents of the electrolyte storage part and the test storage part described below. Suitable for preparation and absorbance measurement. White polystyrene is suitable for applications such as chemiluminescence measurement because signal crosstalk is less likely to occur between the housing parts. Valex manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. is suitable for liquid scintillation measurement and the like because it is white opaque and has chemical resistance. Natural polypropylene is superior in chemical resistance, has less adsorption of molecules such as proteins, and is harder to break than polystyrene, and is used for the preparation of organic solvent samples and the reservoir of liquid handling systems. Glass-filled polypropylene increases the rigidity by adding glass fibers to polypropylene. Multichem manufactured by GE Healthcare Japan Co., Ltd. is suitable for sample storage because it is made of a fluoropolymer and has extremely high chemical resistance and is difficult to adsorb molecules.
電解液用収容部は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
電解液用収容部の形状としては特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。
電解液用収容部の数としては、１個以上であればよく、本発明の検査用器具の用途等に応じて適宜選択される。
The electrolytic solution container may be transparent or opaque.
The shape of the electrolytic solution container is not particularly limited, and may be any shape.
The number of the electrolytic solution accommodating portions may be one or more, and is appropriately selected according to the use of the inspection instrument of the present invention.
また、電解液用収容部の配置としては、本発明の検査用器具が少なくとも１個の電解液用収容部を有していればよく、特に限定されるものではない。
例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、１個の電解液用収容部３に対して１個の検査用収容部４が形成されていてもよく、図４および図６〜図９に示すように１個の電解液用収容部３に対して複数個の検査用収容部４が形成されていてもよい。
図６においては、検査用器具１が、規則的に配列された複数個の電解液用収容部３および複数個の検査用収容部４を有しており、検査用収容部４の１列毎に電解液用収容部３が１個形成されている。図６に示す例においては、端一列に電解液用収容部３が設けられているが、図示しないが真ん中一列に電解液用収容部が設けられていてもよい。図６に例示するように、検査用収容部の１列毎に電解液用収容部が１個形成されている場合には、アクティブマトリクス駆動の測定が可能となり、より効率的な測定が可能である。また、本発明の検査用器具を用いた検査用デバイスにおいて、トランジスタへのバイアスストレスを低減することができる。
図７においては、検査用器具１が、規則的に配列された１個の電解液用収容部３および複数個の検査用収容部４を有しており、複数個の検査用収容部４に対して電解液用収容部３が１個のみ形成されている。図７に示す例においては、端に電解液用収容部３が設けられているが、図示しないが真ん中に電解液用収容部が設けられていてもよい。
図８および図９においては、検査用器具１が、電解液の注入口の平面視形状が矩形である１個の電解液用収容部３と、規則的に配列され、被検査液の注入口の平面視形状が円形である複数個の検査用収容部４とを有しており、複数個の検査用収容部４に対して電解液用収容部３が１個のみ形成されている。図８においては、端に電解液用収容部３が設けられており、図９においては、真ん中に電解液用収容部３が設けられている。
このように電解液用収容部の配置としては、任意の配置とすることができる。
In addition, the arrangement of the electrolytic solution storage section is not particularly limited as long as the inspection instrument of the present invention has at least one electrolytic solution storage section.
For example, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), one test storage section 4 may be formed for one electrolyte solution storage section 3, and FIGS. As shown in FIG. 9, a plurality of inspection accommodating portions 4 may be formed for one electrolytic solution accommodating portion 3.
In FIG. 6, the inspection instrument 1 has a plurality of electrolytic solution storage portions 3 and a plurality of inspection storage portions 4 that are regularly arranged. In addition, one electrolytic solution container 3 is formed. In the example illustrated in FIG. 6, the electrolyte solution storage portions 3 are provided in the end row, but the electrolyte solution storage portions may be provided in the middle row although not illustrated. As illustrated in FIG. 6, when one electrolytic solution storage unit is formed for each row of inspection storage units, active matrix drive measurement is possible, and more efficient measurement is possible. is there. Further, in the inspection device using the inspection instrument of the present invention, bias stress to the transistor can be reduced.
In FIG. 7, the inspection instrument 1 has one electrolytic solution storage portion 3 and a plurality of inspection storage portions 4 that are regularly arranged. On the other hand, only one electrolytic solution container 3 is formed. In the example illustrated in FIG. 7, the electrolyte solution storage unit 3 is provided at the end. However, although not illustrated, the electrolyte solution storage unit may be provided in the middle.
8 and 9, the inspection instrument 1 is regularly arranged with one electrolytic solution container 3 having a rectangular shape in plan view of the electrolytic solution injection port, and the inspection solution injection port And a plurality of inspection accommodating portions 4 having a circular shape in plan view, and only one electrolytic solution accommodating portion 3 is formed for the plurality of inspection accommodating portions 4. In FIG. 8, an electrolytic solution storage unit 3 is provided at the end, and in FIG. 9, the electrolytic solution storage unit 3 is provided in the middle.
Thus, as arrangement | positioning of the accommodating part for electrolyte solutions, it can be set as arbitrary arrangement | positioning.
電解液用収容部の形成方法としては、材料に応じて適宜選択される。例えば樹脂を用いる場合には、金型を用いる方法等が挙げられる。 The method for forming the electrolytic solution container is appropriately selected according to the material. For example, when using resin, the method of using a metal mold | die etc. are mentioned.
２．検査用収容部
本発明における検査用収容部は、底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得るものである。本発明の検査用器具は、少なくとも１個の検査用収容部を有している。
なお、底面とは、被検査液の注入口とは反対側の面をいい、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際にトランジスタ基板が配置される面である。
2. Inspection Container The inspection container in the present invention has a reference electrode opening and a signal extraction opening on the bottom surface, and can store a liquid to be inspected. The inspection instrument of the present invention has at least one inspection container.
Note that the bottom surface refers to a surface opposite to the injection port of the liquid to be inspected, and is a surface on which the transistor substrate is disposed when an inspection device is manufactured using the inspection instrument of the present invention.
参照電極用開口部および信号取出用開口部の配置、大きさ、形状等としては、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、参照電極用開口部に参照電極を配置することができ、また信号取出用開口部にイオン感応層を配置することができれば特に限定されるものではなく、任意の配置、大きさ、形状等とすることができる。 For the arrangement, size, shape, etc. of the reference electrode opening and the signal extraction opening, the reference electrode is arranged in the reference electrode opening when the inspection device is manufactured using the inspection instrument of the present invention. It is not particularly limited as long as the ion sensitive layer can be arranged in the signal extraction opening, and any arrangement, size, shape and the like can be adopted.
検査用収容部の高さとしては、被検査液を収容可能な高さであれば特に限定されるものではなく、任意の高さとすることができる。
また、参照電極用開口部および信号取出用開口部の厚みとしては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、検査用収容部内に被検査液を収容可能であれば特に限定されるものではなく、任意の厚みとすることができる。
The height of the inspection container is not particularly limited as long as it can accommodate the liquid to be inspected, and can be set to an arbitrary height.
Further, the thickness of the reference electrode opening and the signal extraction opening is not particularly limited as long as the liquid to be inspected can be accommodated in the inspection accommodating portion in the inspection device including the inspection instrument of the present invention. Instead, it can be of any thickness.
検査用収容部に用いられる材料としては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、検査用収容部外に被検査液を漏出させないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、ガラス、樹脂等が挙げられる。
なお、樹脂については、上記電解液用収容部に用いられる樹脂と同様である。
The material used for the inspection container is not particularly limited as long as it does not leak the liquid to be inspected outside the inspection container in the inspection device including the inspection instrument of the present invention. Examples thereof include glass and resin.
In addition, about resin, it is the same as that of resin used for the said accommodating part for electrolyte solutions.
検査用収容部は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
検査用収容部の形状としては特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。
検査用収容部の数としては、１個以上であればよく、本発明の検査用器具の用途等に応じて適宜選択される。
The inspection container may be transparent or opaque.
The shape of the inspection accommodating portion is not particularly limited, and can be an arbitrary shape.
The number of inspection accommodating portions may be one or more, and is appropriately selected according to the use of the inspection instrument of the present invention.
また、検査用収容部の配置としては、本発明の検査用器具が少なくとも１個の検査用収容部を有していればよく、特に限定されるものではない。
なお、検査用収容部の配置の例については、上記電解液用収容部の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
検査用収容部の配置としては、任意の配置とすることができる。
Moreover, as arrangement | positioning of the accommodating part for a test | inspection, the inspection instrument of this invention should just have at least 1 test | inspection accommodating part, and it is not specifically limited.
In addition, since the example of arrangement | positioning of the accommodating part for a test | inspection was described in the term of the said accommodating part for electrolyte solutions, description here is abbreviate | omitted.
Arrangement of the inspection accommodating portion may be arbitrary.
検査用収容部の形成方法としては、材料に応じて適宜選択される。例えば樹脂を用いる場合には、金型を用いる方法等が挙げられる。 The method for forming the inspection container is appropriately selected according to the material. For example, when using resin, the method of using a metal mold | die etc. are mentioned.
通常、電解液用収容部および検査用収容部は一体として形成されている。なお、「一体として」とは、電解液用収容部および検査用収容部が単一の部材として形成されていることを意味する。 Usually, the electrolytic solution housing portion and the inspection housing portion are integrally formed. Note that “as a single body” means that the electrolytic solution housing portion and the inspection housing portion are formed as a single member.
３．トランジスタ基板配置用凹部
本発明においては、図１０に例示するように、検査用器具１の底面１３にトランジスタ基板を配置し得るトランジスタ基板配置用凹部１５が形成されていることが好ましい。これにより、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいては、例えば図１１（ｂ）に示すように、検査用器具１の底面に形成されたトランジスタ基板配置用凹部１５に、トランジスタ基板３０を埋め込むことが可能となる。
3. In the present invention, as illustrated in FIG. 10, it is preferable that a transistor substrate disposition recess 15 capable of disposing a transistor substrate is formed on the bottom surface 13 of the inspection instrument 1. Thereby, in the inspection device provided with the inspection instrument of the present invention, for example, as shown in FIG. 11B, the transistor substrate 30 is placed in the transistor substrate disposition recess 15 formed on the bottom surface of the inspection instrument 1. It becomes possible to embed.
この場合、トランジスタ基板配置用凹部の深さは、トランジスタ基板の厚さ以上であることが好ましい。トランジスタ基板配置用凹部の深さがトランジスタ基板の厚さと同程度である場合には、検査用デバイスの底面を平坦にすることができ、安定的な測定が可能になる。また、トランジスタ基板配置用凹部の深さがトランジスタ基板の厚さよりも大きい場合には、検査用デバイスを例えば台の上に設置した際にトランジスタ基板は台に触れなくなるので、より安定的に測定することが可能となる。さらには、検査用器具が緩衝材となり、検査用器具でトランジスタ基板を保護することができる。
中でも、トランジスタ基板配置用凹部の深さは、トランジスタ基板の厚さよりも大きいことが好ましい。
In this case, the depth of the recess for arranging the transistor substrate is preferably equal to or greater than the thickness of the transistor substrate. When the depth of the recess for arranging the transistor substrate is substantially the same as the thickness of the transistor substrate, the bottom surface of the inspection device can be flattened, and stable measurement can be performed. In addition, when the depth of the recess for arranging the transistor substrate is larger than the thickness of the transistor substrate, the transistor substrate does not touch the table when the inspection device is placed on the table, for example, and the measurement is performed more stably. It becomes possible. Further, the inspection instrument serves as a buffer material, and the transistor substrate can be protected by the inspection instrument.
Especially, it is preferable that the depth of the recessed part for transistor substrate arrangement | positioning is larger than the thickness of a transistor substrate.
トランジスタ基板配置用凹部の深さとしては、トランジスタ基板の厚さ以上であれば特に限定されるものではなく、配置されるトランジスタ基板の厚さに応じて適宜調整される。具体的には、トランジスタ基板配置用凹部の深さとトランジスタ基板の厚さとの差は、０ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。トランジスタ基板配置用凹部の深さが、トランジスタ基板の厚さに対して過剰に大きいと、トランジスタ基板をトランジスタ基板配置用凹部に配置することが困難となったり、検査用デバイスの安定性が損なわれたりする場合がある。 The depth of the recess for arranging the transistor substrate is not particularly limited as long as it is equal to or greater than the thickness of the transistor substrate, and is appropriately adjusted according to the thickness of the transistor substrate to be arranged. Specifically, the difference between the depth of the transistor substrate placement recess and the thickness of the transistor substrate is preferably in the range of 0 mm to 3 mm. If the depth of the recess for arranging the transistor substrate is excessively large relative to the thickness of the transistor substrate, it becomes difficult to arrange the transistor substrate in the recess for arranging the transistor substrate, and the stability of the inspection device is impaired. Sometimes.
トランジスタ基板配置用凹部の配置、大きさ、形状等としては、配置されるトランジスタ基板に応じて適宜選択される。 The arrangement, size, shape, and the like of the recesses for transistor substrate arrangement are appropriately selected according to the transistor substrate to be arranged.
トランジスタ基板配置用凹部に用いられる材料としては、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。
なお、樹脂については、上記電解液用収容部に用いられる樹脂と同様である。
Examples of the material used for the recess for arranging the transistor substrate include glass and resin.
In addition, about resin, it is the same as that of resin used for the said accommodating part for electrolyte solutions.
トランジスタ基板配置用凹部の形成方法としては、材料に応じて適宜選択される。例えば樹脂を用いる場合には、金型を用いる方法等が挙げられる。
通常、電解液用収容部と検査用収容部とトランジスタ基板配置用凹部とは一体として形成されている。なお、「一体として」とは、電解液用収容部と検査用収容部とトランジスタ基板配置用凹部とが単一の部材として形成されていることを意味する。
The method for forming the recess for arranging the transistor substrate is appropriately selected depending on the material. For example, when using resin, the method of using a metal mold | die etc. are mentioned.
Usually, the electrolytic solution housing portion, the inspection housing portion, and the transistor substrate disposing recessed portion are integrally formed. Note that “integrally” means that the electrolytic solution housing portion, the inspection housing portion, and the transistor substrate placement recessed portion are formed as a single member.
４．接着層
本発明においては、図５に例示するように、電解液用収容部３および検査用収容部４の底面１１、１２に接着層が配置されていてもよい。本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、接着層によって検査用器具およびトランジスタ基板を貼り合わせることができる。
4). Adhesive Layer In the present invention, as illustrated in FIG. 5, an adhesive layer may be disposed on the bottom surfaces 11 and 12 of the electrolytic solution housing portion 3 and the inspection housing portion 4. When producing an inspection device using the inspection instrument of the present invention, the inspection instrument and the transistor substrate can be bonded together by an adhesive layer.
接着層に用いられる材料としては、本発明の検査用器具およびトランジスタ基板を接着することができ、また電解液および被検査液を漏出させないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂が好ましく用いられる。 The material used for the adhesive layer is not particularly limited as long as it can adhere the inspection instrument and the transistor substrate of the present invention and does not leak out the electrolyte and the liquid to be inspected. A curable resin or a thermosetting resin is preferably used.
また、接着層は再剥離可能であることが好ましい。本発明の検査用器具を用いた検査用デバイスにおいて、容易に検査用器具を取り換えることができるからである。また、本発明の検査用器具が取り外し可能となり、再利用も可能となるからである。
ここで、「再剥離可能」とは、検査用器具とトランジスタ基板とを接着した後、剥離した場合に、検査用器具およびトランジスタ基板が破損することなく剥離することができることをいう。
このような再剥離可能な接着層に用いられる材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、天然ゴム系樹脂等を挙げることができる。
In addition, the adhesive layer is preferably detachable. This is because in the inspection device using the inspection instrument of the present invention, the inspection instrument can be easily replaced. Further, the inspection instrument of the present invention can be removed and reused.
Here, “removable” means that when the inspection instrument and the transistor substrate are bonded and then separated, the inspection instrument and the transistor substrate can be separated without being damaged.
Examples of the material used for such a re-peelable adhesive layer include, for example, ethylene-vinyl acetate resin, polyolefin resin, polyamide resin, acrylic resin, polyurethane resin, silicone resin, natural rubber resin, etc. Can be mentioned.
接着層の膜厚としては、本発明の検査用器具およびトランジスタ基板を接着することができ、また電解液および被検査液を漏出させなければ特に限定されるものではなく、適宜調整される。 The film thickness of the adhesive layer is not particularly limited as long as the inspection instrument and the transistor substrate of the present invention can be bonded, and the electrolytic solution and the liquid to be inspected are not leaked out, and is adjusted as appropriate.
接着層の形成方法としては、電解液用収容部および検査用収容部の底面に接着層を配置することができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、上記材料を塗布する方法、接着シートを貼付する方法等が挙げられる。 The method for forming the adhesive layer is not particularly limited as long as the adhesive layer can be disposed on the bottom surfaces of the electrolytic solution storage portion and the inspection storage portion, for example, a method of applying the above material, The method of sticking an adhesive sheet etc. are mentioned.
接着層は、検査用器具に形成されていてもよく、トランジスタ基板に形成されていてもよいが、接着層形成によるトランジスタへの影響を低減する観点から、検査用器具に形成されていることが好ましい。 The adhesive layer may be formed on the inspection instrument or may be formed on the transistor substrate. However, from the viewpoint of reducing the influence on the transistor due to the formation of the adhesive layer, the adhesive layer may be formed on the inspection instrument. preferable.
５．アライメントマーク
本発明の検査用器具には、アライメントマークが形成されていることが好ましい。本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する場合、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極を配置し、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極を配置し、検査用収容部の信号取出用開口部にイオン感応層を配置する際に、検査用器具がアライメントマークを有することにより、確実に位置合せを行うことができるからである。
なお、アライメントマークについては、後述の「Ｂ．検査用デバイス」の項に詳しく記載するので、ここでの説明は省略する。
5. Alignment Mark An alignment mark is preferably formed on the inspection instrument of the present invention. When producing an inspection device using the inspection instrument of the present invention, an external electrode is disposed in the external electrode opening of the electrolytic solution housing portion, the reference electrode opening of the electrolytic solution housing portion and the inspection housing When the reference electrode is placed in the reference electrode opening and the ion sensitive layer is placed in the signal extraction opening of the test container, the test tool has an alignment mark, so that the alignment is ensured. Because it can be done.
The alignment mark will be described in detail in the section “B. Device for inspection”, which will be described later.
６．参照電極
本発明においては、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極が配置されるように、電解液用収容部および検査用収容部の底面に参照電極が形成されていてもよい。
6). Reference Electrode In the present invention, the electrolyte solution storage portion and the inspection storage portion are arranged so that the reference electrode is disposed in the reference electrode opening portion of the electrolyte solution storage portion and the reference electrode opening portion of the inspection storage portion. A reference electrode may be formed on the bottom surface.
参照電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明電極も使用することができる。 The reference electrode is not particularly limited as long as it functions as an electrode. For example, in addition to a general metal electrode such as Al, a transparent electrode such as ITO, IZO, or ZnO can also be used.
参照電極は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
参照電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１０μｍの範囲内とされる。
The reference electrode may be transparent or opaque.
The thickness of the reference electrode is usually in the range of 50 nm to 10 μm.
参照電極の形成方法としては、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極が配置されるように、電解液用収容部および検査用収容部の底面に参照電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、樹脂基板と電極層との積層体を用い、電極層をパターニングすることにより、参照電極を形成する方法や、スパッタ法、蒸着法等を挙げることができる。 As a method for forming the reference electrode, the electrolytic solution storage portion and the inspection storage portion are arranged so that the reference electrode is disposed in the reference electrode opening portion of the electrolytic solution storage portion and the reference electrode opening portion of the inspection storage portion. The method is not particularly limited as long as the method can form the reference electrode on the bottom surface, for example, a method of forming the reference electrode by patterning the electrode layer using a laminate of the resin substrate and the electrode layer, A sputtering method, a vapor deposition method, etc. can be mentioned.
７．外部電極
本発明においては、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極が配置されるように、電解液用収容部の底面に外部電極が形成されていてもよい。電解液用収容部の底面に上記参照電極が形成されている場合には、外部電極および参照電極は導通しないように配置される。
7). External Electrode In the present invention, an external electrode may be formed on the bottom surface of the electrolytic solution housing portion so that the external electrode is disposed in the external electrode opening of the electrolytic solution housing portion. When the reference electrode is formed on the bottom surface of the electrolytic solution container, the external electrode and the reference electrode are arranged so as not to conduct.
外部電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明電極も使用することができる。 The external electrode is not particularly limited as long as it functions as an electrode. For example, in addition to general metal electrodes such as Al, Pt, and Au, transparent electrodes such as ITO, IZO, and ZnO are also used. be able to.
外部電極は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
外部電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１０μｍの範囲内とされる。
The external electrode may be transparent or opaque.
The thickness of the external electrode is usually in the range of 50 nm to 10 μm.
外部電極の形成方法としては、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極が配置されるように、電解液用収容部の底面に外部電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、樹脂基板と電極層との積層体を用い、電極層をパターニングすることにより、外部電極を形成する方法や、スパッタ法、蒸着法等を挙げることができる。 The method for forming the external electrode is not particularly limited as long as the external electrode can be formed on the bottom surface of the electrolytic solution housing portion so that the external electrode is disposed in the external electrode opening of the electrolytic solution housing portion. For example, a method of forming an external electrode by using a laminate of a resin substrate and an electrode layer and patterning the electrode layer, a sputtering method, a vapor deposition method, and the like can be given.
Ｂ．検査用デバイス
本発明の検査用デバイスは、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、上記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、上記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、上記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するトランジスタ基板、および、上記トランジスタ基板の上記イオン感応層、上記参照電極および上記外部電極上に配置された上述の検査用器具を備え、上記イオン感応層が少なくとも上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、上記参照電極が上記検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置され、上記外部電極が上記検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されていることを特徴とするものである。
B. Inspection Device The inspection device of the present invention is formed on a substrate, at least one transistor formed on the substrate, an interlayer insulating layer formed to cover the transistor, and the interlayer insulating layer. A transistor substrate having a reference electrode and an external electrode, and an ion sensitive layer formed on the interlayer insulating layer, and the ion sensitive layer of the transistor substrate, the reference electrode and the external electrode The ion-sensitive layer is disposed at least in the signal extraction opening of the inspection container of the inspection instrument, and the reference electrode is used for the reference electrode of the electrolyte container of the inspection instrument The opening and the reference electrode opening of the inspection container are arranged, and the external electrode is arranged in the external electrode opening of the electrolyte container of the inspection instrument. It is characterized by this.
以下、本発明の検査用デバイスについて、図面を参照しながら説明する。 The inspection device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１１（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具を備える検査用デバイスの一例を示す概略平面図および断面図であり、薄膜トランジスタを用いた検査用デバイスの例であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
図１１（ａ）、（ｂ）に例示するように、検査用デバイス１０は、トランジスタ基板３０と、トランジスタ基板３０上に配置された検査用器具１とを備えている。
トランジスタ基板３０は、基板２１と、基板２１上に形成されたトランジスタ２０と、トランジスタ２０を覆うように形成された層間絶縁層２７と、層間絶縁層２７上に形成された検知用電極２８と、層間絶縁層２７上に形成されたイオン感応層２９と、イオン感応層２９上に形成された参照電極３１および外部電極３２とを有している。トランジスタ２０は、基板２１上に形成されたゲート電極２２と、ゲート電極２２を覆うように形成されたゲート絶縁層２３と、ゲート絶縁層２３上に形成された半導体層２４と、半導体層２４上に形成されたソース電極２５およびドレイン電極２６とを有している。トランジスタ２０のゲート電極２２と検知用電極２８とは電気的に接続されている。
検査用器具１は、底面に外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２を有し、電解液を収容し得る電解液用収容部３と、底面に参照電極用開口部ｈ３および信号取出用開口部ｈ４を有し、被検査液を収容し得る検査用収容部４と、電解液用収容部３および検査用収容部４の底面に配置された接着層５とを有している。
検査用器具１は、接着層５を介して、トランジスタ基板３０のイオン感応層２９、参照電極３１および外部電極３２上に配置されており、イオン感応層２９が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４に配置され、参照電極３１が検査用器具１の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２および検査用収容部４の参照電極用開口部ｈ４に配置され、外部電極３２が検査用器具１の電解液用収容部３の外部電極用開口部ｈ１に配置されている。
なお、図１１（ａ）において参照電極３１および外部電極３２は一点鎖線で示されている。
FIGS. 11A and 11B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing an example of an inspection device provided with the inspection instrument of the present invention, an example of an inspection device using a thin film transistor, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
As illustrated in FIGS. 11A and 11B, the inspection device 10 includes a transistor substrate 30 and an inspection instrument 1 disposed on the transistor substrate 30.
The transistor substrate 30 includes a substrate 21, a transistor 20 formed on the substrate 21, an interlayer insulating layer 27 formed so as to cover the transistor 20, a detection electrode 28 formed on the interlayer insulating layer 27, An ion sensitive layer 29 formed on the interlayer insulating layer 27, and a reference electrode 31 and an external electrode 32 formed on the ion sensitive layer 29 are included. The transistor 20 includes a gate electrode 22 formed on the substrate 21, a gate insulating layer 23 formed so as to cover the gate electrode 22, a semiconductor layer 24 formed on the gate insulating layer 23, and a semiconductor layer 24 The source electrode 25 and the drain electrode 26 are formed. The gate electrode 22 of the transistor 20 and the detection electrode 28 are electrically connected.
The inspection instrument 1 has an external electrode opening h1 and a reference electrode opening h2 on the bottom surface, and an electrolytic solution storage portion 3 that can store an electrolytic solution, and a reference electrode opening h3 and a signal extraction on the bottom surface. It has a test opening 4 that has an opening h <b> 4 and can store a liquid to be inspected, and an electrolytic solution storage 3 and an adhesive layer 5 disposed on the bottom surface of the test storage 4.
The inspection instrument 1 is disposed on the ion-sensitive layer 29, the reference electrode 31 and the external electrode 32 of the transistor substrate 30 via the adhesive layer 5, and the ion-sensitive layer 29 is provided in the inspection container of the inspection instrument 1. 4, the reference electrode 31 is disposed in the reference electrode opening h2 of the electrolyte container 3 and the reference electrode opening h4 of the container 4 for inspection. The external electrode 32 is disposed in the external electrode opening h <b> 1 of the electrolytic solution housing part 3 of the inspection instrument 1.
In FIG. 11A, the reference electrode 31 and the external electrode 32 are indicated by alternate long and short dash lines.
本発明の検査用デバイスの動作原理については、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。 Since the operation principle of the inspection device of the present invention is described in the above section “A. Inspection instrument”, description thereof is omitted here.
従来では、イオン感応層上に被検査液を滞留させた後に電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入することで参照電極構造体を介して被検査液に電圧を印加していたが、本発明によれば、参照電極を有するトランジスタ基板上に所定の位置で検査用器具が配置されているので、検査用収容部に収容される被検査液に参照電極構造体を挿入することなく、トランジスタ基板に形成された参照電極を介して被検査液に電圧を印加することができ、検査プロセスを簡易化することができる。
また、本発明においては、検査用器具では、電解液用収容部の底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部が設けられ、検査用収容部の底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部が設けられているので、検査用器具とトランジスタ基板とを組み合わせる際には、所定の位置で検査用器具とトランジスタ基板とを配置するだけでよく、参照電極との接続に関して効率良く取り付けることが可能である。それにより、検査用器具の検査用収容部に収容される被検査液のイオンの変化を効率的に電気信号に変換することが可能となる。
Conventionally, after a liquid to be inspected is retained on the ion-sensitive layer, a voltage is applied to the liquid to be inspected via the reference electrode structure by inserting a reference electrode structure containing an electrode or an electrolyte into the liquid to be inspected. However, according to the present invention, since the inspection instrument is arranged at a predetermined position on the transistor substrate having the reference electrode, the reference electrode structure is attached to the liquid to be inspected that is accommodated in the inspection accommodating portion. Without insertion, a voltage can be applied to the liquid to be inspected via a reference electrode formed on the transistor substrate, and the inspection process can be simplified.
According to the present invention, in the inspection instrument, the external electrode opening and the reference electrode opening are provided on the bottom surface of the electrolytic solution storage portion, and the reference electrode opening and the signal extraction are provided on the bottom surface of the inspection storage portion. When the inspection instrument and the transistor substrate are combined, it is only necessary to arrange the inspection instrument and the transistor substrate at a predetermined position, so that the connection with the reference electrode can be efficiently performed. It is possible. Thereby, it becomes possible to efficiently convert the change in ions of the liquid to be inspected accommodated in the inspection accommodating portion of the inspection instrument into an electric signal.
また本発明においては、従来のように電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入するのではなく、電解液用収容部を設け、この電解液用収容部に電解液を収容するので、プラスとマイナスのイオンを一定に保つことが可能となり、安定的にイオンの変化を電気信号に変えることが可能となる。 Further, in the present invention, instead of inserting a reference electrode structure containing an electrode or an electrolyte solution into a liquid to be inspected as in the prior art, an electrolyte solution storage portion is provided, and the electrolyte solution is placed in the electrolyte solution storage portion. Since it is accommodated, it is possible to keep positive and negative ions constant, and it is possible to stably change the ion to an electric signal.
さらに本発明においては、検査用器具は電解液用収容部と検査用収容部とを有していればよいので、電解液用収容部を検査用収容部の近傍に配置することが可能であり、これにより参照電極の長さを極力短くすることができ、ノイズの影響を極力低減することが可能となる。 Furthermore, in the present invention, since the inspection instrument only needs to have an electrolytic solution storage portion and an inspection storage portion, the electrolytic solution storage portion can be disposed in the vicinity of the inspection storage portion. Thereby, the length of the reference electrode can be shortened as much as possible, and the influence of noise can be reduced as much as possible.
図１２は本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図である。図１２に例示する検査用デバイス１０において、検査用器具１は、規則的に配列された複数個の電解液用収容部３と複数個の検査用収容部４とを有しており、検査用収容部４の１列毎に電解液用収容部３が１個形成されている。また、１個の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２に配置された参照電極３１と、３個の検査用収容部４の各参照電極用開口部ｈ３に配置される参照電極３１とは電気的に接続されている。そのため、１個の電解液用収容部３で３個の検査用収容部４に収容される被検査液を検査することが可能である。
なお、図１２において参照電極３１および外部電極３２は一点鎖線で示されている。
FIG. 12 is a schematic plan view showing another example of the inspection device of the present invention. In the inspection device 10 illustrated in FIG. 12, the inspection instrument 1 includes a plurality of electrolytic solution storage portions 3 and a plurality of inspection storage portions 4 that are regularly arranged. One electrolytic solution storage portion 3 is formed for each row of the storage portions 4. Further, the reference electrode 31 disposed in the reference electrode opening h2 of the single electrolytic solution housing portion 3 and the reference electrode 31 disposed in each reference electrode opening h3 of the three inspection housing portions 4 are provided. And are electrically connected. Therefore, it is possible to inspect the liquid to be inspected accommodated in the three inspection accommodating portions 4 with one electrolytic solution accommodating portion 3.
In FIG. 12, the reference electrode 31 and the external electrode 32 are indicated by alternate long and short dash lines.
このように本発明においては、検査用器具では、検査用収容部とは別に電解液用収容部が設けられていることにより、１個の参照電極で複数個の検査用収容部にそれぞれ収容される被検査液を検査することが可能である。したがって、検査用収容部が複数個設けられている場合には、同測定条件で複数の被検査液について同時に評価することが可能となる。また、従来のように参照電極構造体を被検査液に挿入する場合には、被検査液毎に参照電極構造体が必要であったが、本発明においては検査用収容部毎に電解液用収容部を設ける必要はなく、効率的な測定が可能である。 As described above, in the present invention, the inspection instrument is provided in the plurality of inspection accommodating portions with one reference electrode by providing the electrolytic solution accommodating portion separately from the inspection accommodating portion. It is possible to inspect the liquid to be inspected. Therefore, when a plurality of test storage units are provided, it is possible to simultaneously evaluate a plurality of test liquids under the same measurement conditions. In addition, when the reference electrode structure is inserted into the liquid to be inspected as in the prior art, a reference electrode structure is required for each liquid to be inspected. There is no need to provide a storage section, and efficient measurement is possible.
以下、本発明の検査用デバイスにおける各構成ついて説明する。 Hereinafter, each configuration in the inspection device of the present invention will be described.
１．検査用器具
本発明に用いられる検査用器具は、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したものと同様である。
1. Inspection Instrument The inspection instrument used in the present invention is the same as that described in the above section “A. Inspection Instrument”.
２．トランジスタ基板
本発明に用いられるトランジスタ基板は、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、上記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、上記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、上記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するものである。
以下、トランジスタ基板における各構成について説明する。
2. Transistor substrate A transistor substrate used in the present invention is formed on a substrate, at least one transistor formed on the substrate, an interlayer insulating layer formed to cover the transistor, and the interlayer insulating layer. A reference electrode and an external electrode, and an ion-sensitive layer formed on the interlayer insulating layer.
Hereinafter, each structure in the transistor substrate will be described.
（１）トランジスタ
本発明に用いられるトランジスタは、基板上に形成されるものである。本発明におけるトランジスタ基板は、少なくとも１個のトランジスタを有している。
(1) Transistor The transistor used in the present invention is formed on a substrate. The transistor substrate in the present invention has at least one transistor.
トランジスタは、通常、上記検査用器具の検査用収容部毎に設けられるものであり、１個の検査用収容部に対して１個のトランジスタが設けられる。また、安定したトランジスタ特性を得る等のために、１個の検査用収容部に対して複数個のトランジスタが設けられていてもよい。上記検査用器具が複数個の検査用収容部を有する場合には、トランジスタ基板には複数個のトランジスタが設けられる。また、増幅器や信号処理回路が設けられている場合には、トランジスタが複数個存在する。 The transistor is normally provided for each inspection container of the inspection instrument, and one transistor is provided for one inspection container. In order to obtain stable transistor characteristics, a plurality of transistors may be provided for one inspection container. In the case where the inspection instrument has a plurality of inspection accommodating portions, a plurality of transistors are provided on the transistor substrate. In the case where an amplifier or a signal processing circuit is provided, there are a plurality of transistors.
トランジスタとしては、トランジスタとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等を挙げることができる。薄膜トランジスタは、マイクロプレート等の大面積の検査用器具を用いたとしても、安価に検査用デバイスを提供することが可能である。また、電界効果トランジスタおよびＳＯＩでは、シリコンデバイスを用いるので、性能の良い電気特性の測定が可能となる。 The transistor is not particularly limited as long as it functions as a transistor, and examples thereof include a thin film transistor (TFT), a field effect transistor (FET), and an SOI (Silicon on Insulator). The thin film transistor can provide an inspection device at low cost even when a large-area inspection instrument such as a microplate is used. In addition, since field effect transistors and SOI use silicon devices, it is possible to measure electrical characteristics with good performance.
トランジスタの配置としては、図１１（ａ）、（ｂ）および図１４（ａ）、（ｂ）に例示するようにトランジスタ２０が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４に配置されていてもよく、または図１３（ａ）、（ｂ）に例示するようにトランジスタ２０が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４には配置されていなくてもよい。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図であり、薄膜トランジスタを用いた検査用デバイスの例であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
また、図１４（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図であり、ＳＯＩを用いた検査用デバイスの例であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。図１４（ａ）、（ｂ）において、トランジスタ２０は、シリコン基板３５と、シリコン基板３５表面に形成されたｐ−ｗｅｌｌ領域３６と、ｐ−ｗｅｌｌ領域３６表面に形成されたｎ＋領域３７、３８とを有している。
As for the arrangement of the transistors, as illustrated in FIGS. 11A and 11B and FIGS. 14A and 14B, the transistor 20 has a signal extraction opening h4 of the inspection container 4 of the inspection instrument 1. Or the transistor 20 is not disposed in the signal extraction opening h4 of the inspection container 4 of the inspection instrument 1 as illustrated in FIGS. 13 (a) and 13 (b). Also good.
FIGS. 13A and 13B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing another example of the inspection device of the present invention, which is an example of an inspection device using a thin film transistor, and FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
FIGS. 14A and 14B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing another example of the inspection device of the present invention, which is an example of an inspection device using SOI, and FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 14A and 14B, the transistor 20 includes a silicon substrate 35, a p − well region 36 formed on the surface of the silicon substrate 35, an n + region 37 formed on the surface of the p − well region 36, 38.
トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、トランジスタの透明性の有無にかかわらず、イオン感応層上の試料を透過光で観察することが可能となる。したがって、本発明の検査用デバイスの用途等にかかわらず、トランジスタを構成する部材に用いられる材料が制約されないという利点を有する。また、この場合には、トランジスタに対する培養液、細胞、薬品等が含まれる被検査液の影響を極力減らすことが可能となる。そのため、層間絶縁層やイオン感応層の膜厚が比較的薄い場合には、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていないことが好ましい。
一方、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、検査用デバイスの集積度を高めることが可能である。
When the transistor is not disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the sample on the ion-sensitive layer can be observed with transmitted light regardless of whether the transistor is transparent. Therefore, the material used for the member constituting the transistor is not limited regardless of the use of the inspection device of the present invention. In this case, it is possible to reduce as much as possible the influence of the test solution containing the culture solution, cells, chemicals, etc. on the transistor. Therefore, when the film thickness of the interlayer insulating layer or the ion sensitive layer is relatively thin, it is preferable that the transistor is not disposed in the signal extraction opening of the test accommodating portion.
On the other hand, when the transistor is disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the degree of integration of the inspection device can be increased.
また、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、トランジスタは薄膜トランジスタであることが好ましい。後述するように、薄膜トランジスタの半導体層が酸化物半導体層である場合には、透明性を有するものとすることができ、イオン感応層上の試料を例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能となるからである。 Further, in the case where the transistor is disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the transistor is preferably a thin film transistor. As will be described later, when the semiconductor layer of the thin film transistor is an oxide semiconductor layer, it can be transparent, and the sample on the ion sensitive layer can be observed using, for example, a transmission microscope. Because it becomes.
以下、薄膜トランジスタを例に挙げて説明する。 Hereinafter, a thin film transistor will be described as an example.
（薄膜トランジスタ）
本発明に用いられる薄膜トランジスタの構造としては、トランジスタとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、ボトムゲート型構造であってもよく、またはトップゲート構造であってもよい。また、コプレーナ型構造であってもよい。
(Thin film transistor)
The structure of the thin film transistor used in the present invention is not particularly limited as long as it functions as a transistor, and may be a bottom gate structure or a top gate structure. A coplanar structure may also be used.
トップゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、通常、半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを有する。また、トップゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、ゲート電極を有さなくてもよい。 A thin film transistor having a top-gate structure generally includes a semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode formed so as to be in contact with and opposed to the semiconductor layer, a gate insulating layer formed on the semiconductor layer, A gate electrode formed on the gate insulating layer. In addition, the thin film transistor having a top gate structure does not have to have a gate electrode.
ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、通常、ゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを有する。 A thin film transistor having a bottom-gate structure generally has a gate electrode, a gate insulating layer formed so as to cover the gate electrode, a semiconductor layer formed on the gate insulating layer, and in contact with the semiconductor layer, and A source electrode and a drain electrode are formed so as to face each other.
以下、薄膜トランジスタにおける各構成について説明する。 Hereinafter, each structure in the thin film transistor will be described.
（ｉ）半導体層
本発明に用いられる半導体層としては、半導体としての機能を有する材料からなるものであれば特に限定されるものではない。
(I) Semiconductor layer The semiconductor layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is made of a material having a function as a semiconductor.
半導体層に求められる透明性は、トランジスタの配置等により適宜選択される。トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、半導体層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。一方、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、半導体層は透明性を有することが好ましい。 The transparency required for the semiconductor layer is appropriately selected depending on the arrangement of the transistors and the like. When the transistor is not disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the semiconductor layer may be transparent or opaque. On the other hand, in the case where the transistor is disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the semiconductor layer preferably has transparency.
透明性を有する半導体層に用いられる材料としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ、Ａｌ、Ｆｅのうち少なくとも１種）を主成分とするアモルファス酸化物等を挙げることができる。この場合、特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましい。また、このＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物を用いる場合には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。また、透明性を有する材料としては、ＺｎＯを主成分とする酸化物半導体を用いることもできる。このＺｎＯを主成分とする材料には、真性の酸化物亜鉛の他に、必要に応じて、Ｌｉ、Ｎａ、ＮおよびＣ等のｐ型ドーパントおよびＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のｎ型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛およびＭｇ、Ｂｅ等がドーピングされた酸化亜鉛を加えたものであってもよい。さらに、透明性を有する材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯまたはＭｇＯ等の材料を用いることもできる。
一方、透明性を有さない半導体層に用いられる材料の例としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン、有機半導体等を挙げることができる。
As a material used for the semiconductor layer having transparency, for example, an amorphous oxide whose main component is InMZnO (M is at least one of Ga, Al, and Fe) can be given. In this case, an InGaZnO-based amorphous oxide in which M is Ga is particularly preferable. Further, when this InGaZnO-based amorphous oxide is used, it may be added Al, Fe, Sn or the like as a constituent element, if necessary. As the material having transparency, an oxide semiconductor containing ZnO as a main component can be used. In addition to the intrinsic zinc oxide, the material mainly composed of ZnO includes a p-type dopant such as Li, Na, N and C and an n-type dopant such as B, Al, Ga and In as necessary. May be added zinc oxide doped with and zinc oxide doped with Mg, Be or the like. Furthermore, as a material having transparency, a material such as ITO, IZO, or MgO can be used.
On the other hand, examples of materials used for the semiconductor layer having no transparency include amorphous silicon, polysilicon, and organic semiconductor.
半導体層の厚みは、構成材料の種類等に応じて所望の半導体特性を実現できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とされる。 The thickness of the semiconductor layer is not particularly limited as long as desired semiconductor characteristics can be realized according to the type of the constituent material and the like, but is usually in the range of 5 nm to 100 nm.
（ii）ゲート電極
本発明に用いられるゲート電極としては、電極としての機能を有するものであれば特に限定されるものではない。このようなゲート電極としては、例えば、Ａｌ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ等の透明電極も使用することができる。
ゲート電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内とされる。
(Ii) Gate electrode The gate electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it has a function as an electrode. As such a gate electrode, for example, a transparent electrode such as ITO can be used in addition to a general metal electrode such as Al.
The thickness of the gate electrode is usually in the range of 50 nm to 500 nm.
（iii）ゲート絶縁層
本発明に用いられるゲート絶縁層としては、所望の絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。このようなゲート絶縁層としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮx）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯxＮy）等のシリコン酸化物もしくはシリコン窒化物からなるもの等を挙げることができる。
(Iii) Gate insulating layer The gate insulating layer used in the present invention is not particularly limited as long as it has a desired insulating property. Examples of such a gate insulating layer include those made of silicon oxide or silicon nitride such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), and silicon nitride oxide (SiO x N y ). Can do.
ゲート絶縁層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、ゲート絶縁層は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。
透明性を有するゲート絶縁層としては、上記のものを挙げることができる。
The gate insulating layer may be transparent or opaque, and is appropriately selected according to the use of the inspection device of the present invention. In particular, in the measurement using the inspection device of the present invention, it is preferable that the gate insulating layer has transparency when evaluating not only the voltage change but also the sample shape change. This is because the biological material on the ion sensitive layer can be observed using, for example, a transmission microscope.
Examples of the gate insulating layer having transparency include those described above.
ゲート絶縁層の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１μｍの範囲内とされる。 The thickness of the gate insulating layer is usually in the range of 50 nm to 1 μm.
（iv）ソース電極およびドレイン電極
本発明に用いられるソース電極およびドレイン電極は、上記半導体層と接し、かつ互いに対向するように形成されたものである。
(Iv) Source electrode and drain electrode The source electrode and drain electrode used in the present invention are formed so as to be in contact with the semiconductor layer and opposed to each other.
ソース電極およびドレイン電極に求められる透明性は、トランジスタの配置等により適宜選択される。トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、ソース電極およびドレイン電極は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。一方、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、ソース電極およびドレイン電極は透明性を有することが好ましい。 The transparency required for the source electrode and the drain electrode is appropriately selected depending on the arrangement of the transistors. In the case where the transistor is not disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the source electrode and the drain electrode may be transparent or opaque. On the other hand, when the transistor is disposed in the signal extraction opening of the inspection container, it is preferable that the source electrode and the drain electrode have transparency.
透明性を有するソース電極およびドレイン電極としては、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2等からなるものを挙げることができる。
また、透明性を有さないソース電極およびドレイン電極としては、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗからなるもの等を挙げることができる。
ソース電極およびドレイン電極の厚みは特に限定されるものではないが、通常、２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内とされる。
Examples of the source and drain electrodes having transparency include those made of ITO, ZnO, SnO 2 and the like.
Moreover, as a source electrode and a drain electrode which do not have transparency, what consists of Ti, Mo, Cr, W etc. can be mentioned, for example.
Although the thickness of a source electrode and a drain electrode is not specifically limited, Usually, it shall be in the range of 20 nm-200 nm.
（２）参照電極
本発明に用いられる参照電極は、層間絶縁層上に形成されるものであり、検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置されるものである。
(2) Reference Electrode The reference electrode used in the present invention is formed on the interlayer insulating layer, and is used for the reference electrode opening of the electrolytic solution storage portion of the inspection instrument and the reference electrode of the inspection storage portion. It is arranged in the opening.
参照電極の形成位置としては、参照電極が層間絶縁層上に形成されていれば特に限定されるものではなく、参照電極が層間絶縁層上に形成されていてもよくイオン感応層上に形成されていてもよい。 The formation position of the reference electrode is not particularly limited as long as the reference electrode is formed on the interlayer insulating layer. The reference electrode may be formed on the interlayer insulating layer and may be formed on the ion sensitive layer. It may be.
なお、参照電極のその他の点については、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。 Since the other points of the reference electrode are the same as those described in the section “A. Inspection instrument”, description thereof is omitted here.
（３）外部電極
本発明に用いられる外部電極は、層間絶縁層上に形成されるものであり、検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されるものである。
(3) External electrode The external electrode used for this invention is formed on an interlayer insulation layer, and is arrange | positioned at the opening part for external electrodes of the accommodating part for electrolyte solutions of a test | inspection instrument.
外部電極の形成位置としては、外部電極が層間絶縁層上に形成されていれば特に限定されるものではなく、外部電極が層間絶縁層上に形成されていてもよくイオン感応層上に形成されていてもよい。 The position of the external electrode is not particularly limited as long as the external electrode is formed on the interlayer insulating layer, and the external electrode may be formed on the interlayer insulating layer and may be formed on the ion sensitive layer. It may be.
なお、外部電極のその他の点については、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。 Since the other points of the external electrode are the same as those described in the section “A. Instrument for inspection”, description thereof is omitted here.
（４）検知用電極
本発明のトランジスタ基板は、層間絶縁層上に形成され、検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、トランジスタのゲート電極に電気的に接続された検知用電極をさらに有していてもよい。
上述したように、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、検知用電極が検査用収容部の信号取出用開口部に配置される。
(4) Detection Electrode The transistor substrate of the present invention is formed on the interlayer insulating layer, disposed in the signal extraction opening of the inspection accommodating portion of the inspection instrument, and electrically connected to the gate electrode of the transistor. You may have further the electrode for a detection.
As described above, when the transistor is not disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the detection electrode is disposed in the signal extraction opening of the inspection container.
検知用電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明電極も使用することができる。 The detection electrode is not particularly limited as long as it functions as an electrode. For example, in addition to a general metal electrode such as Al, a transparent electrode such as ITO, IZO, or ZnO can also be used. .
検知用電極は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。
ここで、本発明の検査用デバイスを用いて測定を行う場合は、検査用収容部内のイオン感応層上に測定対象となる試料を付与し、これに伴う電圧変化を後述するトランジスタで検知することになる。本発明の検査用デバイスの用途によっては、単に電圧変化を評価するのみではなく、イオン感応層上に付与された測定対象試料の形態変化も同時に行えることが望ましい場合がある。特に、本発明の検査用デバイスをバイオセンサとして用いる場合には、生体関連物質をイオン感応層上に付与することになるが、生体関連物質の評価に際しては、単に電圧変化を評価することにより、ｐＨ等の変化を測定することのみならず、生体関連物質の経時的な形態変化の評価を同時に行えることが望ましい場合がある。また、このような場合において、イオン感応層上の生体関連物質の形態を観察する方法としては、生体関連物質は、例えば細胞等のサイズが微小なものである場合が多いことから、顕微鏡観察が行えることがより好ましいといえる。
このような観点から、検知用電極は、透明性を有する透明電極であることが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば、倒立型の透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。なお、この場合、後述のイオン感応層、層間絶縁層、基板等も透明性を有することが好ましい。
The detection electrode may be transparent or opaque, and is appropriately selected according to the use of the inspection device of the present invention.
Here, when measurement is performed using the inspection device of the present invention, a sample to be measured is provided on the ion sensitive layer in the inspection container, and a voltage change associated therewith is detected by a transistor described later. become. Depending on the application of the inspection device of the present invention, it may be desirable not only to evaluate the voltage change, but also to simultaneously change the shape of the sample to be measured provided on the ion sensitive layer. In particular, when the test device of the present invention is used as a biosensor, a biological substance is applied on the ion-sensitive layer, but when evaluating the biological substance, simply evaluating a voltage change, It may be desirable not only to measure changes in pH etc., but also to be able to simultaneously evaluate morphological changes over time of biological materials. In such a case, as a method for observing the form of the biologically relevant substance on the ion-sensitive layer, the biologically relevant substance is often small in size, such as a cell. More preferably, it can be done.
From such a viewpoint, the detection electrode is preferably a transparent electrode having transparency. This is because the biological material on the ion-sensitive layer can be observed using, for example, an inverted transmission microscope. In this case, it is preferable that an ion sensitive layer, an interlayer insulating layer, a substrate and the like described later also have transparency.
上述の検知用電極に用いられる材料のうち、透明性を有する検知用電極を形成可能なものとしては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等を挙げることができる。 Among the materials used for the detection electrode described above, examples of materials that can form a detection electrode having transparency include ITO, IZO, and ZnO.
検知用電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内とされる。 The thickness of the detection electrode is usually in the range of 50 nm to 500 nm.
検知用電極は、通常、上記トランジスタのゲート電極に接続するように形成される。検知用電極は、上記トランジスタのゲート電極と一体として形成されていてもよい。なお、「一体として」とは、検知用電極とゲート電極とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。 The detection electrode is usually formed so as to be connected to the gate electrode of the transistor. The detection electrode may be formed integrally with the gate electrode of the transistor. Note that “integrally” means that the detection electrode and the gate electrode are formed as a single member having both functions.
（５）イオン感応層
本発明に用いられるイオン感応層は、少なくとも検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されるものである。上記検知用電極が形成されている場合には、イオン感応層は少なくとも検知用電極上に形成される。
(5) Ion sensitive layer The ion sensitive layer used for this invention is arrange | positioned at the signal extraction opening part of the test | inspection accommodating part of an inspection instrument at least. When the detection electrode is formed, the ion sensitive layer is formed at least on the detection electrode.
イオン感応層としては、絶縁性材料からなり、所望のイオンに対する感応性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本発明の検査用デバイスの用途や、本発明の検査用デバイスを用いて評価したい対象に応じて適宜選択して用いることができる。イオン感応層に用いられる絶縁性材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）、タンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）または酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3）等を挙げることができる。これらの絶縁性材料はいずれも好適に用いることができる。 The ion-sensitive layer is not particularly limited as long as it is made of an insulating material and has sensitivity to desired ions. The use of the inspection device of the present invention and the inspection device of the present invention are used. Can be selected and used as appropriate according to the object to be evaluated. Examples of the insulating material used for the ion sensitive layer include a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), or an aluminum oxide film (Al 2 O 3). And the like. Any of these insulating materials can be suitably used.
本発明の検査用デバイスがバイオセンサとして用いられる場合、イオン感応層に用いられる絶縁性材料としては、細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質を配置可能なものが用いられる。このような絶縁性材料としては、上述の絶縁性材料を挙げることができる。
なお、本発明の検査用デバイスがバイオセンサとして用いられる場合は、必要に応じて、イオン感応層の表面にＤＮＡ、タンパク質、糖鎖を固定化する為の表面修飾がなされていてもよい。このような表面修飾の例としては、金チオール反応やシランカップリング材を使った結合、ＬＢ膜等の自己組織化単分子膜の形成方法や、静電吸着、物理吸着等を挙げることができる。
When the test device of the present invention is used as a biosensor, as the insulating material used for the ion-sensitive layer, a material capable of arranging a biological substance such as a cell, DNA, sugar chain, or protein is used. Examples of such an insulating material include the above-described insulating materials.
In addition, when the test device of the present invention is used as a biosensor, surface modification for immobilizing DNA, protein, and sugar chain may be made on the surface of the ion sensitive layer as necessary. Examples of such surface modification include gold thiol reaction, bonding using a silane coupling material, a method for forming a self-assembled monolayer such as an LB film, electrostatic adsorption, and physical adsorption. .
イオン感応層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、イオン感応層は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。 The ion sensitive layer may be transparent or opaque, and is appropriately selected according to the use of the inspection device of the present invention. In particular, in the measurement using the inspection device of the present invention, it is preferable that the ion-sensitive layer has transparency when evaluating not only the voltage change but also the sample shape change. This is because the biological material on the ion sensitive layer can be observed using, for example, a transmission microscope.
透明性を有するイオン感応層を形成可能な材料としては、例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3等を挙げることができる。 Examples of materials that can form an ion-sensitive layer having transparency include SiO 2 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , and Al 2 O 3 .
また、イオン感応層は、絶縁性材料からなるので、後述の層間絶縁層を兼ねることもできる。 Further, since the ion sensitive layer is made of an insulating material, it can also serve as an interlayer insulating layer described later.
（６）層間絶縁層
本発明に用いられる層間絶縁層は、トランジスタを覆うように形成されるものである。
(6) Interlayer Insulating Layer The interlayer insulating layer used in the present invention is formed so as to cover the transistor.
層間絶縁層としては、絶縁性材料からなるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮx）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯxＮy）等のシリコン酸化物またはシリコン窒化物等が挙げられる。特に、酸化ケイ素が好ましい。 The interlayer insulating layer is not particularly limited as long as it is made of an insulating material, and examples thereof include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), and silicon nitride oxide (SiO x N y ). Examples thereof include silicon oxide or silicon nitride. In particular, silicon oxide is preferable.
層間絶縁層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、層間絶縁層は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。 The interlayer insulating layer may be transparent or opaque, and is appropriately selected according to the use of the inspection device of the present invention. In particular, in the measurement using the test device of the present invention, when evaluating not only the voltage change but also the sample shape change, the interlayer insulating layer preferably has transparency. This is because the biological material on the ion sensitive layer can be observed using, for example, a transmission microscope.
透明性を有する層間絶縁層を形成可能な材料としては、例えば、上述の絶縁性材料を挙げることができる。 Examples of the material capable of forming the interlayer insulating layer having transparency include the above-described insulating materials.
層間絶縁層の膜厚は、諸条件により適宜選択可能であるが、５０ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。 The film thickness of the interlayer insulating layer can be appropriately selected depending on various conditions, but is preferably about 50 nm to 1 μm.
（７）基板
本発明に用いられる基板としては、上述のトランジスタ、外部電極、参照電極、検知用電極、層間絶縁層、イオン感応層等を支持できるものであれば特に限定されるものではない。このような基板としては、具体的には、ガラス等の無機材料、ＰＥＮ、ＰＥＴ、透明ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂等の有機材料を挙げることができる。
(7) Substrate The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it can support the above-described transistor, external electrode, reference electrode, detection electrode, interlayer insulating layer, ion-sensitive layer, and the like. Specifically, as such a substrate, inorganic materials such as glass, PEN, PET, transparent polyimide resin, polyester resin, polyethylene resin, polypropylene resin, ABS resin, nylon, acrylic resin, fluorine resin, polycarbonate resin, polyurethane Examples thereof include organic materials such as resin, methylpentene resin, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, and vinyl chloride resin.
基板は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、基板は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。 The substrate may be transparent or opaque, and is appropriately selected according to the use of the inspection device of the present invention. In particular, in the measurement using the inspection device of the present invention, when evaluating not only the voltage change but also the sample shape change, the substrate preferably has transparency. This is because the biological material on the ion sensitive layer can be observed using, for example, a transmission microscope.
基板の形態としては特に限定されるものではなく、例えば、平板、平膜、フィルム、多孔質膜等の平坦な形状や、シリンダ、スタンプ、マルチウェルプレート、マイクロ流路等の立体的な形状が挙げられる。 The form of the substrate is not particularly limited. For example, a flat shape such as a flat plate, a flat film, a film, and a porous film, and a three-dimensional shape such as a cylinder, a stamp, a multiwell plate, and a micro flow path are available. Can be mentioned.
基板がフィルムである場合、基板の厚さは特に限定されないが、通常、１μｍ〜１ｍｍ程度である。 When the substrate is a film, the thickness of the substrate is not particularly limited, but is usually about 1 μm to 1 mm.
（８）アライメントマーク
本発明においては、トランジスタ基板にアライメントマークが形成されていることが好ましい。本発明の検査用デバイスを作製する過程において、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極を配置し、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極を配置し、検査用収容部の信号取出用開口部にイオン感応層を配置する際に、検査用器具およびトランジスタ基板がアライメントマークを有することにより、確実に位置合わせを行うことができるからである。
(8) Alignment Mark In the present invention, an alignment mark is preferably formed on the transistor substrate. In the process of producing the inspection device of the present invention, an external electrode is disposed in the external electrode opening of the electrolytic solution housing portion, and the reference electrode opening of the electrolytic solution housing portion and the reference electrode of the inspection housing portion When the reference electrode is disposed in the opening and the ion sensitive layer is disposed in the signal extraction opening of the inspection container, the inspection instrument and the transistor substrate have alignment marks to ensure alignment. Because you can.
アライメントマークとしては、本発明の検査用デバイスを作製する際に、検査用器具とトランジスタ基板との位置合わせを行うことができるものであれば特に限定されるものではない。 The alignment mark is not particularly limited as long as it can align the inspection instrument and the transistor substrate when the inspection device of the present invention is manufactured.
上述したようにトランジスタ基板を構成する基板、イオン感応層、層間絶縁層、トランジスタ、検知用電極等が透明性を有する場合には、トランジスタ基板の表裏を判別し難くなる。そのため、このような場合には、アライメントマークの形状は、トランジスタ基板の辺に平行な軸に対して非対称であることが好ましい。アライメントマークの形状が非対称であれば、トランジスタ基板の表側から見たアライメントマークと、トランジスタ基板の裏側から見たアライメントマークとで形状が異なるので、トランジスタ基板の表裏の判別が容易となるからである。
さらに、トランジスタ基板の形状が、正方形等の、対角線に対して対称な形状である場合には、アライメントマークの形状は、トランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して非対称であることが好ましい。例えば、トランジスタ基板の形状が正方形である場合、アライメントマークの形状がトランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して対称であると、トランジスタ基板の表側から見たアライメントマークと、９０度回転させてトランジスタ基板の裏側から見たアライメントマークとで形状が同じになってしまうことがあるからである。
As described above, when the substrate constituting the transistor substrate, the ion sensitive layer, the interlayer insulating layer, the transistor, the detection electrode, and the like have transparency, it is difficult to distinguish the front and back of the transistor substrate. Therefore, in such a case, the shape of the alignment mark is preferably asymmetric with respect to an axis parallel to the side of the transistor substrate. If the shape of the alignment mark is asymmetric, the alignment mark viewed from the front side of the transistor substrate is different from the alignment mark viewed from the back side of the transistor substrate, so that the front and back of the transistor substrate can be easily distinguished. .
Further, when the shape of the transistor substrate is a symmetric shape with respect to the diagonal, such as a square, the shape of the alignment mark is preferably asymmetric with respect to an axis parallel to the diagonal of the transistor substrate. For example, when the shape of the transistor substrate is square, if the shape of the alignment mark is symmetric with respect to an axis parallel to the diagonal line of the transistor substrate, the transistor is rotated 90 degrees from the alignment mark viewed from the front side of the transistor substrate. This is because the alignment mark viewed from the back side of the substrate may be the same.
図１５（ａ）は検査用器具のアライメントマークの一例を示す概略平面図であり、図１５（ｂ）はトランジスタ基板のアライメントマークの一例を示す概略平面図であり、図１５（ａ）に示す検査用器具のアライメントマークと図１５（ｂ）に示すトランジスタ基板のアライメントマークとが位置合わせに対応している。
図１５（ｂ）に例示するように、トランジスタ基板３０に形成されたアライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の辺に平行な軸４６ａ、４７ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４５の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の対角線に平行な軸４８ａに対しても非対称である。
トランジスタ基板のアライメントマークの形状と同様に、図１５（ａ）に例示するように、検査用器具１のアライメントマーク４０の形状も、検査用器具１の辺に平行な軸４１ａ、４２ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４０の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４０の形状は、検査用器具１の対角線に平行な軸４３ａに対しても非対称である。
FIG. 15A is a schematic plan view showing an example of an alignment mark of an inspection instrument, and FIG. 15B is a schematic plan view showing an example of an alignment mark of a transistor substrate, which is shown in FIG. The alignment mark of the inspection instrument and the alignment mark of the transistor substrate shown in FIG. 15B correspond to the alignment.
As illustrated in FIG. 15B, the shape of the alignment mark 45 formed on the transistor substrate 30 is asymmetric with respect to axes 46 a and 47 a parallel to the sides of the transistor substrate 30. That is, the shape of the alignment mark 45 is asymmetric vertically and horizontally. The shape of the alignment mark 45 is also asymmetric with respect to the axis 48 a parallel to the diagonal line of the transistor substrate 30.
Similar to the shape of the alignment mark on the transistor substrate, as illustrated in FIG. 15A, the shape of the alignment mark 40 of the inspection instrument 1 is also relative to the axes 41a and 42a parallel to the sides of the inspection instrument 1. Each is asymmetric. That is, the shape of the alignment mark 40 is asymmetric vertically and horizontally. The shape of the alignment mark 40 is also asymmetric with respect to an axis 43a parallel to the diagonal line of the inspection instrument 1.
図１６（ａ）は検査用器具のアライメントマークの他の例を示す概略平面図であり、図１６（ｂ）はトランジスタ基板のアライメントマークの他の例を示す概略平面図であり、図１６（ａ）に示す検査用器具のアライメントマークと図１６（ｂ）に示すトランジスタ基板のアライメントマークとが位置合わせに対応している。
図１６（ｂ）に例示するように、トランジスタ基板３０に形成されたアライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の辺に平行な軸４６ａ、４７ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４５の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の対角線に平行な軸４８ａに対しても非対称である。
トランジスタ基板のアライメントマークの形状と同様に、図１６（ａ）に例示するように、検査用器具１のアライメントマーク４０の形状も、検査用器具１の辺に平行な軸４１ａ、４２ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４０の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４０の形状は、検査用器具１の対角線に平行な軸４３ａに対しても非対称である。
FIG. 16A is a schematic plan view showing another example of the alignment mark of the inspection instrument, and FIG. 16B is a schematic plan view showing another example of the alignment mark of the transistor substrate. The alignment mark of the inspection instrument shown in a) and the alignment mark of the transistor substrate shown in FIG. 16B correspond to the alignment.
As illustrated in FIG. 16B, the shape of the alignment mark 45 formed on the transistor substrate 30 is asymmetric with respect to axes 46 a and 47 a parallel to the sides of the transistor substrate 30. That is, the shape of the alignment mark 45 is asymmetric vertically and horizontally. The shape of the alignment mark 45 is also asymmetric with respect to the axis 48 a parallel to the diagonal line of the transistor substrate 30.
Similar to the shape of the alignment mark of the transistor substrate, as illustrated in FIG. 16A, the shape of the alignment mark 40 of the inspection instrument 1 is also relative to the axes 41a and 42a parallel to the sides of the inspection instrument 1. Each is asymmetric. That is, the shape of the alignment mark 40 is asymmetric vertically and horizontally. The shape of the alignment mark 40 is also asymmetric with respect to an axis 43a parallel to the diagonal line of the inspection instrument 1.
また、トランジスタ基板の表裏の判別を容易とするために、アライメントマークは、上下左右の方向を認識可能なものであってもよい。
例えば、図１５（ｂ）において、トランジスタ基板３０に形成されたアライメントマーク４５は、二つの三角形４５ａ、４５ｂによって上下左右の方向を認識できるようになっている。
In addition, in order to easily distinguish the front and back of the transistor substrate, the alignment mark may be one that can recognize the vertical and horizontal directions.
For example, in FIG. 15B, the alignment mark 45 formed on the transistor substrate 30 can recognize the vertical and horizontal directions by two triangles 45a and 45b.
アライメントマークは、通常、複数形成される。例えば、トランジスタ基板の対向する二辺にアライメントマークが形成されていてもよく、トランジスタ基板の対向する角にアライメントマークが形成されていてもよい。トランジスタ基板の対向する角にアライメントマークが形成されている場合には、トランジスタ基板の四つの角にアライメントマークが形成されていてもよい。 Usually, a plurality of alignment marks are formed. For example, alignment marks may be formed on two opposite sides of the transistor substrate, or alignment marks may be formed on opposite corners of the transistor substrate. When alignment marks are formed at opposite corners of the transistor substrate, alignment marks may be formed at four corners of the transistor substrate.
アライメントマークが複数形成されている場合、複数のアライメントマークは、トランジスタ基板の辺に平行な軸に対して非対称となるように配置されていることが好ましい。トランジスタ基板および検査用器具の位置合わせを行う際に、複数のアライメントマークが非対称に配置されていれば、トランジスタ基板の表裏の判別が容易となり、確実に位置合わせを行うことができるからである。
さらに、トランジスタ基板の形状が、正方形等の、対角線に対して対称な形状である場合には、複数のアライメントマークは、トランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して非対称となるように配置されていることが好ましい。例えば、トランジスタ基板の形状が正方形である場合、アライメントマークの形状がトランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して対称であると、トランジスタ基板の表側から見たアライメントマークと、９０度回転させてトランジスタ基板の裏側から見たアライメントマークとで形状が同じになってしまうことがあるからである。
When a plurality of alignment marks are formed, the plurality of alignment marks are preferably arranged so as to be asymmetric with respect to an axis parallel to the side of the transistor substrate. This is because, when the alignment of the transistor substrate and the inspection instrument is performed, if the plurality of alignment marks are arranged asymmetrically, the front and back of the transistor substrate can be easily distinguished, and the alignment can be performed reliably.
Furthermore, when the shape of the transistor substrate is a symmetric shape with respect to a diagonal line such as a square, the plurality of alignment marks are arranged so as to be asymmetric with respect to an axis parallel to the diagonal line of the transistor substrate. Preferably it is. For example, when the shape of the transistor substrate is square, if the shape of the alignment mark is symmetric with respect to an axis parallel to the diagonal line of the transistor substrate, the transistor is rotated 90 degrees from the alignment mark viewed from the front side of the transistor substrate. This is because the alignment mark viewed from the back side of the substrate may be the same.
例えば、図１５（ｂ）において、アライメントマーク４５がトランジスタ基板３０の四つの角に形成されており、トランジスタ基板３０の四つの角に形成されたアライメントマーク４５は、トランジスタ基板３０の辺に平行な軸４６ｂ、４７ｂに対してそれぞれ非対称となるように配置されている。すなわち、複数のアライメントマーク４５は、上下左右非対称となるように配置されている。また、複数のアライメントマーク４５は、トランジスタ基板３０の対角線に平行な軸４８ａ、４９ａに対してもそれぞれ非対称となるように配置されている。
トランジスタ基板のアライメントマークと同様に、図１５（ａ）に例示するように、検査用器具１においても、アライメントマーク４０が検査用器具１の四つの角に形成されており、検査用器具１の四つの角に形成されたアライメントマーク４０は、検査用器具１の辺に平行な軸４１ａ、４２ａに対してそれぞれ非対称となるように配置されている。すなわち、複数のアライメントマーク４０は、上下左右非対称となるように配置されている。また、複数のアライメントマーク４０は、検査用器具１の対角線に平行な軸４３ａ、４４ａに対しても非対称となるように配置されている。
For example, in FIG. 15B, alignment marks 45 are formed at four corners of the transistor substrate 30, and the alignment marks 45 formed at the four corners of the transistor substrate 30 are parallel to the sides of the transistor substrate 30. They are arranged so as to be asymmetric with respect to the shafts 46b and 47b. That is, the plurality of alignment marks 45 are arranged so as to be asymmetrical in the vertical and horizontal directions. The plurality of alignment marks 45 are also arranged so as to be asymmetric with respect to the axes 48 a and 49 a parallel to the diagonal line of the transistor substrate 30.
Similarly to the alignment mark on the transistor substrate, as illustrated in FIG. 15A, in the inspection instrument 1, the alignment marks 40 are formed at the four corners of the inspection instrument 1. The alignment marks 40 formed at the four corners are arranged so as to be asymmetric with respect to the axes 41a and 42a parallel to the sides of the inspection instrument 1. That is, the plurality of alignment marks 40 are arranged so as to be asymmetric in the vertical and horizontal directions. In addition, the plurality of alignment marks 40 are disposed so as to be asymmetrical with respect to the axes 43 a and 44 a parallel to the diagonal line of the inspection instrument 1.
アライメントマークに用いられる材料及び形成方法としては、一般的な材料および形成方法を適用することができる。 As materials and forming methods used for the alignment marks, general materials and forming methods can be applied.
（９）信号処理回路
本発明においては、トランジスタ基板に信号処理回路が内蔵されていてもよい。これにより、ノイズの影響を減らした評価が可能となるからである。
信号処理回路としては、一般的なものを用いることができる。
(9) Signal Processing Circuit In the present invention, a signal processing circuit may be built in the transistor substrate. This is because evaluation with reduced influence of noise becomes possible.
A general circuit can be used as the signal processing circuit.
３．検査用デバイスの用途
本発明の検査用デバイスは、トランジスタのソース電極−ドレイン電極間に一定の電圧を印加しつつ、イオン感応層上に被検査液を付与し、被検査液に参照電極を介して可変電圧を印加すると、イオン感応層に生ずる電位の変化に応じて、半導体層に形成されるチャネル領域が変化し、ドレイン電流の変化を検出することができるものである。この結果、可変電圧に基づくドレイン電流の変化、すなわち、トランジスタとしての電流−電圧特性を、予め測定した標準試料における電流−電圧特性と比較することによって被検査液に含まれる試料の種別を特定することができるようになっている。
3. Application of the inspection device The inspection device of the present invention applies a liquid to be tested on the ion-sensitive layer while applying a constant voltage between the source electrode and the drain electrode of the transistor, and passes the reference electrode to the liquid to be tested. When a variable voltage is applied, the channel region formed in the semiconductor layer changes in accordance with the change in potential generated in the ion sensitive layer, and the change in drain current can be detected. As a result, a change in drain current based on the variable voltage, that is, a current-voltage characteristic as a transistor is compared with a current-voltage characteristic in a standard sample measured in advance to identify the type of the sample contained in the liquid to be inspected. Be able to.
本発明において、検査用器具が複数個の検査用収容部を有する場合には、アクティブマトリクス駆動の測定が可能である。 In the present invention, when the inspection instrument has a plurality of inspection accommodating portions, active matrix drive measurement is possible.
図１７は本発明の検査用デバイスを用いた測定方法の一例を示す模式図であり、アクティブマトリクス駆動による測定の例である。図１７に示す検査用デバイスの測定においては、（１）まず、ゲートドライバラインｇを一本選択する。（２）次に、参照電極３の一本を選択する。（３）選択した参照電極３と同じデータラインｄに電流を挿入する。そのときのデータラインｄの電圧を測定する。これにより、選択された検査用収容部の出力電圧が測定可能となる。（４）（２）および（３）を繰り返し、横一列分のデータを取得する。次に、（５）他のゲートドライバラインｇを選択して、（２）〜（４）を繰り返す。 FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of a measurement method using the inspection device of the present invention, which is an example of measurement by active matrix driving. In the measurement of the inspection device shown in FIG. 17, (1) First, one gate driver line g is selected. (2) Next, one of the reference electrodes 3 is selected. (3) Current is inserted into the same data line d as the selected reference electrode 3. The voltage of the data line d at that time is measured. As a result, the output voltage of the selected inspection container can be measured. (4) Repeat (2) and (3) to acquire data for one horizontal row. Next, (5) another gate driver line g is selected, and (2) to (4) are repeated.
図１８は本発明の検査用デバイスを用いた測定方法の他の例を示す模式図であり、アクティブマトリクス駆動による測定の例である。図１８に示す検査用デバイスの測定においては、（１）まず、ゲートドライバラインｇを一本選択する。（２）次に、データラインｄに電流を挿入する。そのときのデータラインｄの電圧を測定する。これにより、選択された検査用収容部の出力電圧が測定可能となる。（３）データラインｄを横に順に選択していき、横一列分のデータを取得する。次に、（４）他のゲートドライバラインｇを選択して、（１）〜（３）を繰り返す。
なお、図１７および図１８において、６１はゲートドライバ、６２は信号処理回路である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing another example of the measurement method using the inspection device of the present invention, which is an example of measurement by active matrix driving. In the measurement of the inspection device shown in FIG. 18, (1) First, one gate driver line g is selected. (2) Next, a current is inserted into the data line d. The voltage of the data line d at that time is measured. As a result, the output voltage of the selected inspection container can be measured. (3) The data line d is sequentially selected in the horizontal direction, and data for one horizontal row is acquired. Next, (4) another gate driver line g is selected, and (1) to (3) are repeated.
In FIGS. 17 and 18, 61 is a gate driver, and 62 is a signal processing circuit.
また、本発明においては、上記の基板、イオン感応層、層間絶縁層、検知用電極、半導体層等に透明性を有するものを用いることにより、イオン感応層上の試料の形態観察も行うことが可能になる。すなわち、イオン感応層上に付与された試料に対して、上部から光を照射し、その透過光を利用して、基板側から顕微鏡その他の光学観察機器によって観察することができる。また、必要に応じて明視野観察の他に位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡等を用いることも可能である。 Further, in the present invention, by using transparent materials for the substrate, ion sensitive layer, interlayer insulating layer, detection electrode, semiconductor layer, etc., it is possible to observe the form of the sample on the ion sensitive layer. It becomes possible. That is, the sample provided on the ion-sensitive layer can be observed with a microscope or other optical observation equipment from the substrate side by irradiating light from above and using the transmitted light. In addition to bright field observation, a phase contrast microscope, a differential interference microscope, or the like can be used as necessary.
本発明の検査用デバイスは、このようにして動作するものであることから、あらゆる試料の評価に用いることが可能なものであるが、特に細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質を評価対象とする、バイオセンサとして好適に用いることができる。 Since the testing device of the present invention operates in this way, it can be used for the evaluation of any sample, but in particular, biological substances such as cells, DNA, sugar chains, proteins, etc. It can be suitably used as a biosensor to be evaluated.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits the same function and effect. Are included in the technical scope.
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
１．検査用デバイスの作製
まず、図１３（ａ）に示すような所定の開口部を有する、２種類のガラス筒を準備し、電解液用収容部および検査用収容部とした。
また、図１３（ｂ）に示すようなトランジスタ基板を作製した。イオン感応層には、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ2Ｏ5の３種類の材料を用いた。
次に、電解液用収容部および検査用収容部に接着剤を塗布し、トランジスタ基板上の所定の位置に電解液用収容部および検査用収容部を配置し、検査用デバイスを作製した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
1. Preparation of Device for Inspection First, two types of glass cylinders having predetermined openings as shown in FIG. 13A were prepared and used as an electrolytic solution storage portion and an inspection storage portion.
Further, a transistor substrate as shown in FIG. Three types of materials of SiO 2 , Si 3 N 4 and Ta 2 O 5 were used for the ion sensitive layer.
Next, an adhesive was applied to the electrolytic solution storage portion and the inspection storage portion, and the electrolytic solution storage portion and the inspection storage portion were arranged at predetermined positions on the transistor substrate to produce an inspection device.
２．ｐＨ溶液試験
電解液用収容部にＫＣｌ溶液を入れ、検査用収容部に種々のｐＨの溶液を入れて、ｐＨ溶液試験を行った。図１９〜図２１に、トランジスタのトランスファー特性をそれぞれ示す。
イオン感応層がＳｉＯ2の場合、一定のドレイン電流ＩＤに対する可変電圧ＶＧの差は、ｐＨ４．０１とｐＨ７．４１とで約０．１８Ｖ、ｐＨ７．４１とｐＨ９．１８とで約０．０５Ｖとなり、約５０ｍＶ／ｐＨのｐＨ感度が得られた。
シリコンデバイスを用いた検査用デバイスのｐＨ感度は５０ｍＶ／ｐＨといわれており、各ｐＨに対して同様の応答をすることが確認できた。
イオン感応層がＳｉ3Ｎ4の場合、約１４０〜１９０ｍＶ／ｐＨのｐＨ感度が得られた。
イオン感応層がＴａ2Ｏ5の場合、約２２〜３５ｍＶ／ｐＨのｐＨ感度が得られた。
以上より、Ｓｉ3Ｎ4をイオン感応層に用いた場合に最も感度が高くなった。
2. pH solution test A KCl solution was put in the electrolytic solution housing section, and various pH solutions were put in the testing housing section, and a pH solution test was performed. 19 to 21 show the transfer characteristics of the transistors, respectively.
If the ion-sensitive layer is SiO 2, the difference between the variable voltage V G for the constant drain current I D is about between about 0.18V between pH4.01 and pH7.41, pH7.41 and pH9.18 0. The voltage became 05 V, and a pH sensitivity of about 50 mV / pH was obtained.
The pH sensitivity of the testing device using a silicon device is said to be 50 mV / pH, and it was confirmed that the same response was obtained for each pH.
When the ion sensitive layer was Si 3 N 4 , a pH sensitivity of about 140 to 190 mV / pH was obtained.
When the ion sensitive layer was Ta 2 O 5 , a pH sensitivity of about 22 to 35 mV / pH was obtained.
From the above, the highest sensitivity was obtained when Si 3 N 4 was used for the ion sensitive layer.
３．細胞搭載試験
Ｓｉ3Ｎ4をイオン感応層に用いた検査用デバイスを使用し、電解液用収容部にＫＣｌ溶液を入れ、検査用収容部に細胞培養液を入れて、細胞搭載試験を行った。
まず、−８０度で冷凍保存してあるＨｅＬａ細胞を培養液の入ったシャーレに入れ解凍し培養した。１日ほど培養したものをシャーレからはがしとって使用した。
次に、検査用収容部内の７０％をエタノールで満たし、３０分間置いた後、乾燥させ、ＵＶによる滅菌処理を１５分間実施した。
次いで、検査用収容部内に培養液と２×１０4個の細胞を入れて１日培養した。図２２（ａ）、（ｂ）に倒立型顕微鏡写真および正立型顕微鏡写真をそれぞれ示す。なお、図２２（ａ）、（ｂ）のスケールは同じである。培養液を通して細胞を見なければならない正立型顕微鏡での観察は像が不鮮明で判断しにくかった。一方、倒立型顕微鏡では、トランジスタ基板が透明性を有することで鮮明な像を見ながらの判断が可能であった。
3. Cell mounting test Using a test device using Si 3 N 4 as an ion sensitive layer, a KCl solution was placed in the electrolyte container, and a cell culture solution was placed in the test container, and a cell mount test was performed. .
First, HeLa cells that had been stored frozen at -80 degrees were placed in a petri dish containing a culture solution and thawed and cultured. What was cultured for about 1 day was peeled off from the petri dish and used.
Next, 70% of the test container was filled with ethanol, allowed to stand for 30 minutes, dried, and then sterilized by UV for 15 minutes.
Next, the culture solution and 2 × 10 4 cells were placed in the test container and cultured for 1 day. 22 (a) and 22 (b) show an inverted microscope photograph and an upright microscope photograph, respectively. Note that the scales of FIGS. 22A and 22B are the same. Observation with an upright microscope, in which cells must be seen through the culture solution, was unclear and difficult to judge. On the other hand, in the inverted microscope, it was possible to make a judgment while viewing a clear image because the transistor substrate had transparency.
また、１日培養したＨｅＬａ細胞に対してアポトーシス（細胞死）試験を実施した。
図２３に１日培養したＨｅＬａ細胞の顕微鏡写真を示す。図２３において、信号取出用開口部ｈ４は破線で示されている。
図２４にアポトーシス試験結果を示す。カリウムイオンによると思われる電位の上昇が確認された。
In addition, an apoptosis (cell death) test was performed on HeLa cells cultured for 1 day.
FIG. 23 shows a photomicrograph of HeLa cells cultured for 1 day. In FIG. 23, the signal extraction opening h4 is indicated by a broken line.
FIG. 24 shows the apoptosis test results. An increase in potential, which seems to be due to potassium ions, was confirmed.
１ … 検査用器具
３ … 電解液用収容部
４ … 検査用収容部
５ … 接着層
１１ … 電解液用収容部の底面
１２ … 検査用収容部の底面
１３ … 検査用器具の底面
１５ … トランジスタ基板配置用凹部
２０ … トランジスタ
２１ … 基板
２２ … ゲート電極
２３ … ゲート絶縁層
２４ … 半導体層
２５ … ソース電極
２６ … ドレイン電極
２７ … 層間絶縁層
２８ … 検知用電極
２９ … イオン感応層
３０ … トランジスタ基板
３１ … 参照電極
３２ … 外部電極
ｈ１ … 外部電極用開口部
ｈ２ … 参照電極用開口部
ｈ３ … 参照電極用開口部
ｈ４ … 信号取出用開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inspection instrument 3 ... Electrolyte accommodating part 4 ... Inspection accommodating part 5 ... Adhesive layer 11 ... Bottom face of electrolyte accommodating part 12 ... Bottom face of accommodating part 13 ... Bottom face of inspection instrument 15 ... Transistor substrate Recess 20 for placement 20 Transistor 21 ... Substrate 22 ... Gate electrode 23 ... Gate insulating layer 24 ... Semiconductor layer 25 ... Source electrode 26 ... Drain electrode 27 ... Interlayer insulating layer 28 ... Detection electrode 29 ... Ion sensitive layer 30 ... Transistor substrate 31 Reference electrode 32 ... External electrode h1 ... Opening for external electrode h2 ... Opening for reference electrode h3 ... Opening for reference electrode h4 ... Opening for signal extraction
Claims (9)
底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得る、少なくとも１個の検査用収容部とを有する検査用器具であって、
前記電解液用収容部内に収容される液体と、前記検査用収容部内に収容される液体との間には、イオン交換の経路が設けられていないことを特徴とする検査用器具。 Having at least one external electrode opening and a reference electrode opening on the bottom surface, and accommodating at least one electrolyte solution;
An inspection instrument having a reference electrode opening and a signal extraction opening on a bottom surface and having at least one inspection storage portion capable of storing a liquid to be inspected ,
An inspection instrument , wherein an ion exchange path is not provided between the liquid stored in the electrolyte storage section and the liquid stored in the inspection storage section.
前記トランジスタ基板の前記イオン感応層、前記参照電極および前記外部電極上に配置された請求項１から請求項３までのいずれかに記載の検査用器具
を備え、前記イオン感応層が少なくとも前記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、前記参照電極が前記検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置され、前記外部電極が前記検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されていることを特徴とする検査用デバイス。 A substrate, at least one transistor formed on the substrate, an interlayer insulating layer formed to cover the transistor, a reference electrode and an external electrode formed on the interlayer insulating layer, and the interlayer insulation A transistor substrate having an ion sensitive layer formed on the layer; and
The inspection instrument according to claim 1, which is disposed on the ion-sensitive layer, the reference electrode, and the external electrode of the transistor substrate, wherein the ion-sensitive layer is at least for the inspection. The reference electrode is disposed in the signal extraction opening of the inspection container of the instrument, and the reference electrode opening of the electrolyte container of the inspection instrument and the reference electrode opening of the inspection container. The inspection device is characterized in that the external electrode is disposed in the external electrode opening of the electrolytic solution housing portion of the inspection instrument.
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