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化学・物理現象検出装置 コモンズ

国内特許コード P110005629
整理番号 06016P
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-103253
公開番号 特開2007-278760
登録番号 特許第4852752号
出願日 平成18年4月4日(2006.4.4)
公開日 平成19年10月25日(2007.10.25)
登録日 平成23年11月4日(2011.11.4)
発明者
  • 澤田 和明
  • 飛沢 健
  • 渡邊 恵弥
出願人
  • 国立大学法人豊橋技術科学大学
発明の名称 化学・物理現象検出装置 コモンズ
発明の概要 【課題】 累積型化学・物理現象検出装置の感度を向上させる。
【解決手段】 センシング部の電荷をフローティングディフュージョン部へ移動した後にフローティングディフュージョンの電位変化を、FETを用いて読み出す。このFETに、より低雑音なJFET(接合型電界効果トランジスタ)を用いることを特徴とする。さらにフローティングディフュージョン領域とJFETのゲート電極を兼ね合わせた構造とし、小型化と更なる低雑音化を図る。
【選択図】 図4
従来技術、競合技術の概要


化学・物理現象検出装置として特許文献1、特許文献2及び特許文献3等に記載のものが知られている。
例えばイオン濃度を測定するためにこの化学・物理現象検出装置を利用する例を図1に示す。
シリコン基板10にはn型ドープ領域11、13とp型ドープ領域15が形成されている。p型ドープ領域15にはゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜19が積層されている。このシリコン酸化膜19の上に2つのゲート電極22及び24が設けられている。図中の符号23はシリコン窒化膜である。シリコン窒化膜23の上に液槽21が設けられ、その中にイオン濃度(pH)の測定対象となる水溶液32が充填される。符号26は参照電極であり、一定の電位に保たれている。
基板のn領域11、ゲート電極22、ゲート電極24及びn領域13はそれぞれ、端子ID、ICG、TG及びFDに接続され、所定の電位が所定のタイミングで印加される。その結果、基板のn領域11が電荷供給部1となり、ゲート電極22に対応する部分が電荷注入調節部2となり、シリコン窒化膜23に対応する部分がセンシング部3となり、ゲート電極24に対応する部分が障壁部4となり、n型領域13がフローティングディフュージョン部5となる。



このように構成された従来例の累積型化学・物理現象検出装置の理論上の動作を図2に示す。
スタンバイ状態S1においてフローティングディフュージョン部5には電荷が蓄積されている。この電荷は前回までの単位検出動作により蓄積されたものである。このとき、溶液32のイオン濃度に対応してセンシング部3のポテンシャルが変化している。
次に、電荷供給部1に印加する電位を下げることによってセンシング部3へ電荷をチャージする(ステップ3)。その後、電荷供給部1の電位を上げることによって、電荷注入調節部2によりすり切られた電荷がセンシング部3に残される(ステップ5)。そして、ステップ7においてこの残された電荷をフローティングディフュージョン部5へ蓄積する。
ステップ1~ステップ7で示される単位検出動作を繰返すことによりフローティングディフュージョン部5に電荷が累積される。これにより、図3に示すように、検出の感度が高くなる。

産業上の利用分野


本発明は化学・物理現象検出装置(以下、単に「検出装置」又は「装置」と略することがある)に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1導電型で、被検査溶液のイオン濃度に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記第1導電型と極性の異なる第2導電型で、前記センシング部に蓄積された電荷を累積するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部に蓄積された電荷に基づく出力信号からフローティングディフュージョン部の電位変化を検出することにより、前記被検査溶液のイオン濃度を特定する接合型電界効果トランジスタ(Junction Field-Effect Transistor:JFET)とを備える化学・物理現象検出装置であって、
前記センシング部に蓄積された電荷を、前記センシング部から前記フローティングディフュージョン部に転送する転送電極を備え、
前記センシング部及び前記フローティングディフュージョン部を配列する方向と直交する方向で、前記フローティングディフュージョン部の1方の外側に前記接合型電界効果トランジスタのソース領域を配置し、前記直交する方向で、前記フローティングディフュージョン部の他方の外側に前記接合型電界効果トランジスタのドレイン領域を配置し、
前記フローティングディフュージョン部が前記接合型電界効果トランジスタのゲート電極と一体に形成されることにより、前記フローティングディフュージョン部が前記接合型電界効果トランジスタのゲート電極を兼用し、
前記フローティングディフュージョン部に蓄積された電荷に基づく前記出力信号を、配線を経ることなく、前記接合型電界効果トランジスタのゲート電極に直接入力することにより前記被検査溶液のイオン濃度を特定することを特徴とする化学・物理現象検出装置。

【請求項2】
前記フローティングディフュージョン部に残留する電荷を除去するために、前記フローティングディフュージョン部からリセット部に電荷を転送するリセット電極を備えることを特徴とする請求項1記載の化学・物理現象検出装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006103253thum.jpg
出願権利状態 登録
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