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電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ並びにそれを用いたセンサ

国内特許コード P110003211
整理番号 A242P23
掲載日 2011年6月17日
出願番号 特願2003-307798
公開番号 特開2005-079342
登録番号 特許第4669213号
出願日 平成15年8月29日(2003.8.29)
公開日 平成17年3月24日(2005.3.24)
登録日 平成23年1月21日(2011.1.21)
発明者
  • 松本 和彦
  • 小島 厚彦
  • 長尾 哲
  • 加藤 尚範
  • 山田 豊
  • 長池 一博
  • 井福 康夫
  • 三谷 浩
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 株式会社LSIメディエンス
発明の名称 電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ並びにそれを用いたセンサ
発明の概要 【課題】 高感度の検出感度が要求される検出対象物質の検出を可能としたセンサを提供する。
【解決手段】基板2と、基板2に設けられたソース電極4及びドレイン電極5と、ソース電極4及びドレイン電極5間の電流通路になるチャネル6とを備えた電界効果トランジスタ1Aを有し、検出対象物質を検出するためのセンサにおいて、電界効果トランジスタ1Aが、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質10を固定するための相互作用感知ゲート9と、相互作用を電界効果トランジスタ1Aの特性の変化として検出するべく電圧を印加されるゲート7とを有するように構成する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


電界効果トランジスタ(FET)及び単一電子トランジスタ(SET)は、ゲートに入力される電圧信号を、ソース電極あるいはドレイン電極から出力される電流信号に変換する素子である。ソース電極とドレイン電極との間に電圧を加えると、チャネルに存在する荷電粒子がソース電極とドレイン電極との間を電界方向に沿って移動し、ソース電極あるいはドレイン電極から電流信号として出力される。



この際、出力される電流信号の強さは荷電粒子の密度に比例する。絶縁体を介してチャネルの上方、側面、あるいは下方などに設置したゲートに電圧を加えると、チャネルに存在する荷電粒子の密度が変化するため、これを利用して、ゲート電圧を変化させることにより電流信号を変化させることができる。なお以下、電界効果トランジスタと単一電子トランジスタとを区別せずに述べる場合、単に「トランジスタ」という。



現在知られている、トランジスタを用いた化学物質検出素子(センサ)は上に述べたトランジスタの原理を応用したものである。具体的なセンサの例としては、特許文献1に記載されているものが挙げられる。特許文献1には、トランジスタのゲートに検出すべき物質と選択的に反応する物質を固定化した構造を有するセンサが記載されている。検出すべき物質とゲートに固定化された物質との反応によるゲート上の表面電荷の変化により、ゲートにかかる電位が変化するため、チャネルに存在する荷電粒子の密度が変化する。これによって生じるトランジスタのドレイン電極あるいはソース電極からの出力信号の変化を読み取ることによって、検出すべき物質を検出することができる。



【特許文献1】
特開平10-260156号公報

産業上の利用分野


本発明は、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ、並びにそれを用いたセンサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルとを備えた電界効果トランジスタを有し、検出対象物質を検出するためのセンサであって、
該電界効果トランジスタが、
該検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定するための相互作用感知ゲートと、
該相互作用を該電界効果トランジスタの特性の変化として検出するべく電圧を印加されるゲートとを有し、
該相互作用感知ゲートが、電圧を印加されるゲートとは異なる他のゲートであり、
該他のゲートが、該基板の表面側に設けられたトップゲート又は該基板表面のチャネル側面に設けられたサイドゲートであり、
該チャネルが、カーボンナノチューブで構成され、
該カーボンナノチューブが、室温において該ソース電極及びドレイン電極の間に弛んだ状態で設けられており、
該チャネルが絶縁性部材で被覆されている
ことを特徴とする、センサ。

【請求項2】
基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルとを備えた電界効果トランジスタを有し、検出対象物質を検出するためのセンサであって、
該電界効果トランジスタが、
該検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定するための相互作用感知ゲートと、
該相互作用を該電界効果トランジスタの特性の変化として検出するべく電圧を印加されるゲートとを有し、
該相互作用感知ゲートが、電圧を印加されるゲートとは異なる他のゲートであり、
該他のゲートが、裏面側に設けられたバックゲートであり、
該チャネルが、カーボンナノチューブで構成され、
該カーボンナノチューブが、室温において該ソース電極及びドレイン電極の間に弛んだ状態で設けられており、
該チャネルと該相互作用感知ゲートとの間に、低誘電率の絶縁性材料の層が形成されている
ことを特徴とする、センサ。

【請求項3】
該カーボンナノチューブの電気特性が半導体的性質を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ。

【請求項4】
基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルとを備えた単一電子トランジスタを有し、検出対象物質を検出するためのセンサであって、
該単一電子トランジスタが、
該検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定するための相互作用感知ゲートと、
該相互作用を該単一電子トランジスタの特性の変化として検出するべく電圧を印加されるゲートとを有し、
該相互作用感知ゲートが、電圧を印加されるゲートとは異なる他のゲートであり、
該他のゲートが、該基板の表面側に設けられたトップゲート又は該基板表面のチャネル側面に設けられたサイドゲートであり、
該チャネルがカーボンナノチューブで構成され、
該カーボンナノチューブが、室温において該ソース電極及びドレイン電極の間に弛んだ状態で設けられており、
該チャネルが絶縁性部材で被覆されている
ことを特徴とする、センサ。

【請求項5】
基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルとを備えた単一電子トランジスタを有し、検出対象物質を検出するためのセンサであって、
該単一電子トランジスタが、
該検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定するための相互作用感知ゲートと、
該相互作用を該単一電子トランジスタの特性の変化として検出するべく電圧を印加されるゲートとを有し、
該相互作用感知ゲートが、電圧を印加されるゲートとは異なる他のゲートであり、
該他のゲートが、裏面側に設けられたバックゲートであり、
該チャネルがカーボンナノチューブで構成され、
該カーボンナノチューブが、室温において該ソース電極及びドレイン電極の間に弛んだ状態で設けられており、
該チャネルと該相互作用感知ゲートとの間に、低誘電率の絶縁性材料の層が形成されている
ことを特徴とする、センサ。

【請求項6】
該カーボンナノチューブに欠陥が導入されている
こと特徴とする、請求項4または5に記載のセンサ。

【請求項7】
該カーボンナノチューブの電気特性が金属的性質を有する
ことを特徴とする、請求項4~6のいずれか1項に記載のセンサ。

【請求項8】
該チャネルが、該基板から離隔した状態で上記のソース電極及びドレイン電極間に装架されている
ことを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載のセンサ。

【請求項9】
該基板が、絶縁性基板である
ことを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載のセンサ。

【請求項10】
該チャネルと該電圧を印加されるゲートとの間に、高誘電率の絶縁性材料の層が形成されている
ことを特徴とする、請求項1~9のいずれか1項に記載のセンサ。

【請求項11】
該相互作用感知ゲートに、該特定物質を固定化した
ことを特徴とする、請求項1~10のいずれか1項に記載のセンサ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003307798thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 新しい物理現象や動作原理に基づくナノデバイス・システムの創製 領域
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