JPH0374952B2 - - Google Patents
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- JPH0374952B2 JPH0374952B2 JP59276661A JP27666184A JPH0374952B2 JP H0374952 B2 JPH0374952 B2 JP H0374952B2 JP 59276661 A JP59276661 A JP 59276661A JP 27666184 A JP27666184 A JP 27666184A JP H0374952 B2 JPH0374952 B2 JP H0374952B2
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- type ion
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は小型のフロースルーセルタイプの分析
機器に用いるためのフロースルーセル型イオンセ
ンサに関するものである。
機器に用いるためのフロースルーセル型イオンセ
ンサに関するものである。
（従来の技術とその問題点）
従来より血液、尿等の検体試料をセル内を通過
せしめ、セルに組み込まれたイオンセンサにより
その濃度を測定するフロースルーセル型分析器は
少量の試で測定が可能であるため、医療診断の分
野で数多く用いられている。しかしながら血液、
尿などの検体検査においては、血清肝炎などに感
染する危険性があるためより少量の検体試料で測
定できるフロースルーセル型分析器の開発が望ま
れている。かかる要望に答えるものとして最***
板状の基板表面にゲート感応領域を有する電界効
果トランジスタ型イオンセンサ（以下ISFETと
いう）を用いたフロースルーセル型分析器が提案
された。（Clin Chem 30／１ 135（1984））この
分析器は平板状の基板に形成されたISFETのゲ
ート感応領域を軟質塩ビチユーブの側壁開口部に
配置せしめて、ISFETの基板をチユーブに接着
してチユーブとISFETを一体化したもので、少
量の検体試料で測定が可能であるがISFETのボ
ンデイング部の絶縁のためにボンデイング部がも
りあがることや、配管に従来の軟質塩ビチユーブ
を用いる必要があること等から従の分析器に比べ
て格段に容積が小さくなつているとはいいがた
い。
せしめ、セルに組み込まれたイオンセンサにより
その濃度を測定するフロースルーセル型分析器は
少量の試で測定が可能であるため、医療診断の分
野で数多く用いられている。しかしながら血液、
尿などの検体検査においては、血清肝炎などに感
染する危険性があるためより少量の検体試料で測
定できるフロースルーセル型分析器の開発が望ま
れている。かかる要望に答えるものとして最***
板状の基板表面にゲート感応領域を有する電界効
果トランジスタ型イオンセンサ（以下ISFETと
いう）を用いたフロースルーセル型分析器が提案
された。（Clin Chem 30／１ 135（1984））この
分析器は平板状の基板に形成されたISFETのゲ
ート感応領域を軟質塩ビチユーブの側壁開口部に
配置せしめて、ISFETの基板をチユーブに接着
してチユーブとISFETを一体化したもので、少
量の検体試料で測定が可能であるがISFETのボ
ンデイング部の絶縁のためにボンデイング部がも
りあがることや、配管に従来の軟質塩ビチユーブ
を用いる必要があること等から従の分析器に比べ
て格段に容積が小さくなつているとはいいがた
い。
（問題点を解決するための手段）
本発明者らはISFETを用いたフロースルーセ
ル型分析器用の改良された小型のフロースルーセ
ル型イオンセンサを提供するため鋭意検討した結
果本発明に到達したものである。すなわち本発明
は平板状の基板に形成された細長状の凹状溝内に
電界効果トランジスタ型イオンセンサのゲート感
応領域を設けるとともに該細長状の溝に蓋を一体
的に取り付けたことを特徴とするフロースルーセ
ル型イオンセンサである。
ル型分析器用の改良された小型のフロースルーセ
ル型イオンセンサを提供するため鋭意検討した結
果本発明に到達したものである。すなわち本発明
は平板状の基板に形成された細長状の凹状溝内に
電界効果トランジスタ型イオンセンサのゲート感
応領域を設けるとともに該細長状の溝に蓋を一体
的に取り付けたことを特徴とするフロースルーセ
ル型イオンセンサである。
（実施例）
以下本発明の一実施例を図面にて説明する。第
１図は検体試料の流入路及び流出路を接続したフ
ロースルーセル型イオンセンサの斜視図であり、
フロースルーセル型イオンセンサ１のソース電極
２、ドレイン電極３はそれぞれリード線４に接続
されている。検体試料が流入口５よりセルに入
り、ゲート感応領域上を通り、流出口６より流出
する構造となつている。流入出口を逆に用いても
何ら支障はない。第２図は第１図に示したフロー
スルーセル型イオンセンサの流路垂直方向の断面
図であり、平板状のシリコン基板１０に検体試料
流路を形成する細長状の凹状溝１１を有する
ISFET１２と該溝に一体的に取り付けられた蓋
１３で構成されいる。上記凹状溝１１には
ISFETのゲート感応領域が形成されている。該
ゲート感応領域はSiO2層１４とSi3N4層１５が形
成され、このISFETは水素イオンに感応する。
該Si3N4層１５にさらに他の化学物質感応膜を被
覆することもできる。
１図は検体試料の流入路及び流出路を接続したフ
ロースルーセル型イオンセンサの斜視図であり、
フロースルーセル型イオンセンサ１のソース電極
２、ドレイン電極３はそれぞれリード線４に接続
されている。検体試料が流入口５よりセルに入
り、ゲート感応領域上を通り、流出口６より流出
する構造となつている。流入出口を逆に用いても
何ら支障はない。第２図は第１図に示したフロー
スルーセル型イオンセンサの流路垂直方向の断面
図であり、平板状のシリコン基板１０に検体試料
流路を形成する細長状の凹状溝１１を有する
ISFET１２と該溝に一体的に取り付けられた蓋
１３で構成されいる。上記凹状溝１１には
ISFETのゲート感応領域が形成されている。該
ゲート感応領域はSiO2層１４とSi3N4層１５が形
成され、このISFETは水素イオンに感応する。
該Si3N4層１５にさらに他の化学物質感応膜を被
覆することもできる。
本発明のフロースルー型イオンセンサは次のよ
うにして作製することができる。なお第３図〜第
９図のａは平面図を、またｂは断面図を示す。
うにして作製することができる。なお第３図〜第
９図のａは平面図を、またｂは断面図を示す。
まずフロースルー型イオンセンサを作製すべき
平板状の基板１０に細長状の溝１１を形成する。
本例では基板に半導体用のＰ型シリコンウエフア
を用いて第３図ａの斜線の部分をホトレジスト１
６で覆い、水−アミン系液によるエツチングによ
り溝を形成する。この場合シリコン基板は結晶面
に沿つて異方性エツチングを受け、第４図の如く
面に対して斜めの角度を持つた溝１１が形成され
る。このように溝面が上を向いていないと、後の
ホトエツチングができず不都合である。溝の形成
はホトエツチングの他に機械的な切削により形成
してもよく、また溝は必ずしも本例のように直線
でなく曲がつていてもよい。溝の深さはあまり大
きいとセル容積を小さくするという本発明の目的
よりはずれ、またあまり小さいと、注入口との接
続が困難となり、また血液等の測定において血球
等の異物が詰まりやすくなるので通常10μ〜３mm
が適当である。溝の巾もあまり広いとセルの内容
積が大となり、あまり狭いとISFETの作製が困
難となるので200μ〜５mmが好ましい。
平板状の基板１０に細長状の溝１１を形成する。
本例では基板に半導体用のＰ型シリコンウエフア
を用いて第３図ａの斜線の部分をホトレジスト１
６で覆い、水−アミン系液によるエツチングによ
り溝を形成する。この場合シリコン基板は結晶面
に沿つて異方性エツチングを受け、第４図の如く
面に対して斜めの角度を持つた溝１１が形成され
る。このように溝面が上を向いていないと、後の
ホトエツチングができず不都合である。溝の形成
はホトエツチングの他に機械的な切削により形成
してもよく、また溝は必ずしも本例のように直線
でなく曲がつていてもよい。溝の深さはあまり大
きいとセル容積を小さくするという本発明の目的
よりはずれ、またあまり小さいと、注入口との接
続が困難となり、また血液等の測定において血球
等の異物が詰まりやすくなるので通常10μ〜３mm
が適当である。溝の巾もあまり広いとセルの内容
積が大となり、あまり狭いとISFETの作製が困
難となるので200μ〜５mmが好ましい。
基板の材質としてはシリコンの他にサフアイア
基板（アルミナ）等を使うこともできる。この場
合溝形成後ISFETを作製するためにサフアイア
上にシリコン等の半導体層を適切な方法、例えば
エビタキシヤル生長により作製し以下の工程を行
なう。
基板（アルミナ）等を使うこともできる。この場
合溝形成後ISFETを作製するためにサフアイア
上にシリコン等の半導体層を適切な方法、例えば
エビタキシヤル生長により作製し以下の工程を行
なう。
次にFETセンサのｎ拡散を行なう。これには
第４図に点線で示した部分１７に通常のSiO2層
作製、ホトエツチング、りん熱拡散を行なうこと
により第５図に示すようなｎ型の拡散層１７を作
る。この時のISFETの数は１個でも複数でもよ
いが、ISFETのゲート領域は必ず溝の中に、ま
た電極部は溝の外に位置するようにパターンを形
成しなければならない。もちろん、ｎ拡散層の形
成は他の方法、例えばイオン打込法等で行つても
かまわない。
第４図に点線で示した部分１７に通常のSiO2層
作製、ホトエツチング、りん熱拡散を行なうこと
により第５図に示すようなｎ型の拡散層１７を作
る。この時のISFETの数は１個でも複数でもよ
いが、ISFETのゲート領域は必ず溝の中に、ま
た電極部は溝の外に位置するようにパターンを形
成しなければならない。もちろん、ｎ拡散層の形
成は他の方法、例えばイオン打込法等で行つても
かまわない。
ｎ型の拡散層を作られたウエハーは次に第６図
の斜線で囲まれたゲート部以外の部分１８にP+
の拡散（チヤネルストツパー形成）を行ない、ゲ
ート部分以外に電流が流れないようにする。
の斜線で囲まれたゲート部以外の部分１８にP+
の拡散（チヤネルストツパー形成）を行ない、ゲ
ート部分以外に電流が流れないようにする。
さらに第７図に示すようにP+拡散層１８の上
にウエハ表面全体にSiO2、Si3N4の二重の絶縁膜
１４，１５を形成する。この絶縁膜はCVDによ
り形成することができる。この絶縁膜１４，１５
の厚みは、膜の外の電界がISFETのチヤネルに
十分効果を及ぼしうるものでなければならず、
300Å〜1μの厚さが必要である。通常1000〜3000
Åである。
にウエハ表面全体にSiO2、Si3N4の二重の絶縁膜
１４，１５を形成する。この絶縁膜はCVDによ
り形成することができる。この絶縁膜１４，１５
の厚みは、膜の外の電界がISFETのチヤネルに
十分効果を及ぼしうるものでなければならず、
300Å〜1μの厚さが必要である。通常1000〜3000
Åである。
Si3N4を最外層に形成したISFETはPH感応性と
なつているが他のイオンに感応するように、イオ
ン感応膜、酵素固定化膜をFETのゲート表面に
つけることにより、様々なイオン、化学物質に対
するセンサを作ることができる。このような感応
膜としてはNa+、K+に感応するガラス膜、Cl-、
F-等に感応する固体膜、カリウム、カルシウム
に感応する高分子マトリツクス中に分散した液
膜、グルコースオキシダーゼ、ウレアーゼ等の酵
素を高分子膜に固定化したグルコース感応膜、尿
素感応膜等の酵素固定化膜等がある。
なつているが他のイオンに感応するように、イオ
ン感応膜、酵素固定化膜をFETのゲート表面に
つけることにより、様々なイオン、化学物質に対
するセンサを作ることができる。このような感応
膜としてはNa+、K+に感応するガラス膜、Cl-、
F-等に感応する固体膜、カリウム、カルシウム
に感応する高分子マトリツクス中に分散した液
膜、グルコースオキシダーゼ、ウレアーゼ等の酵
素を高分子膜に固定化したグルコース感応膜、尿
素感応膜等の酵素固定化膜等がある。
このフロースルーセル型センサで複数の化学物
質を測定するためには個々のFETゲート絶縁膜
上にそれぞれ異なる物質に感応する膜を形成する
必要がある。感応膜形成工程は、例えばTa2O5膜
のように膜が電極形成工程に耐える場合はSi3N4
膜形成後行なつてもよいが、一般には次の電極形
成工程後行なわれる。すなわち第７図に示すよう
にSi3N4膜１５を形成したISFETは、第８図に示
すように溝の外の部分に電極部２，３を形成す
る。そのためには、まず電極部のSi3N4、SiO2を
ホトエツチングにより取り除き、電極となる金属
の蒸着を行なう。第８図では金属にアルミを用
い、このアルミの電極は基板の端まで蒸着されて
おり、ここで、コネクタにつながるようになつて
いる。このような電極は各ISFETにつきソース
７及びドレイン８の２個づつ形成しなければなら
ない。
質を測定するためには個々のFETゲート絶縁膜
上にそれぞれ異なる物質に感応する膜を形成する
必要がある。感応膜形成工程は、例えばTa2O5膜
のように膜が電極形成工程に耐える場合はSi3N4
膜形成後行なつてもよいが、一般には次の電極形
成工程後行なわれる。すなわち第７図に示すよう
にSi3N4膜１５を形成したISFETは、第８図に示
すように溝の外の部分に電極部２，３を形成す
る。そのためには、まず電極部のSi3N4、SiO2を
ホトエツチングにより取り除き、電極となる金属
の蒸着を行なう。第８図では金属にアルミを用
い、このアルミの電極は基板の端まで蒸着されて
おり、ここで、コネクタにつながるようになつて
いる。このような電極は各ISFETにつきソース
７及びドレイン８の２個づつ形成しなければなら
ない。
このようにして作製されたISFETは第９図の
ように溝の外側に平面状の蓋２０を接着剤もしく
はパツキングを用いて取付けることによりフロー
スルー型イオンセンサが完成する。この蓋はガラ
スが通常用いられる。
ように溝の外側に平面状の蓋２０を接着剤もしく
はパツキングを用いて取付けることによりフロー
スルー型イオンセンサが完成する。この蓋はガラ
スが通常用いられる。
（効 果）
このようにして作製されるフロースルーセル型
イオンセンサはたて、横、厚さのすべてが数十〜
数mmであり、セル間のつぎめもないことから、非
常に小量の検体試料での測定が可能で、例えば電
極をコネクタを通じ測定回路と接続し、１端の穴
に数μlの血清滴をつければ、血清は毛管現象で中
に吸込まれ、わずか一滴の血液で複数の化学成分
量の測定を行なうことができるなどの優れた効果
を有している。
イオンセンサはたて、横、厚さのすべてが数十〜
数mmであり、セル間のつぎめもないことから、非
常に小量の検体試料での測定が可能で、例えば電
極をコネクタを通じ測定回路と接続し、１端の穴
に数μlの血清滴をつければ、血清は毛管現象で中
に吸込まれ、わずか一滴の血液で複数の化学成分
量の測定を行なうことができるなどの優れた効果
を有している。
第１図は本発明のフロースルー型イオンセンサ
の全体図、第２図は第１図のセンサの流路断面
図、第３図ａ〜第９図ａ及び第３図ｂ〜第９図ｂ
は本発明によるフロースルー型イオンセンサの各
作製工程における平面図と断面図である。 １…ISFET、２…ソース電極、３…ドレイン
電極、２０…蓋。
の全体図、第２図は第１図のセンサの流路断面
図、第３図ａ〜第９図ａ及び第３図ｂ〜第９図ｂ
は本発明によるフロースルー型イオンセンサの各
作製工程における平面図と断面図である。 １…ISFET、２…ソース電極、３…ドレイン
電極、２０…蓋。
Claims (1)
- １ 平板状の基板に形成された細長状の凹状溝内
に電界効果トランジシタ型イオンセンサのゲート
感応領域を設けるとともに該細長状の溝に蓋を一
体的に取り付けたことを特徴とするフロースルー
セル型イオンセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59276661A JPS61151453A (ja) | 1984-12-25 | 1984-12-25 | フロ−スル−セル型イオンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59276661A JPS61151453A (ja) | 1984-12-25 | 1984-12-25 | フロ−スル−セル型イオンセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61151453A JPS61151453A (ja) | 1986-07-10 |
| JPH0374952B2 true JPH0374952B2 (ja) | 1991-11-28 |
Family
ID=17572555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59276661A Granted JPS61151453A (ja) | 1984-12-25 | 1984-12-25 | フロ−スル−セル型イオンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61151453A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2641506B2 (ja) * | 1988-06-24 | 1997-08-13 | 株式会社日立製作所 | 液体クロマトグラフ用検出器 |
-
1984
- 1984-12-25 JP JP59276661A patent/JPS61151453A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61151453A (ja) | 1986-07-10 |
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