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電界効果トランジスタ コモンズ

国内特許コード P03A002029
整理番号 A111P19
掲載日 2003年11月18日
出願番号 特願2001-088314
公開番号 特開2002-286692
登録番号 特許第3390756号
出願日 平成13年3月26日(2001.3.26)
公開日 平成14年10月3日(2002.10.3)
登録日 平成15年1月17日(2003.1.17)
発明者
  • 川原田 洋
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 電界効果トランジスタ コモンズ
発明の概要 【課題】 pH1-pH14の溶液の負イオンに高感度で感応することができる電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】 電界効果トランジスタにおいて、ソース電極とドレイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が露出したチャネルと、このチャネルの露出したダイヤモンドの水素終端表面に接触する負イオン(Cl- )を含むKCl溶液からなるゲートとを備え、前記KCl溶液の負イオン(Cl- )の濃度を検出する。
従来技術、競合技術の概要


従来、このような分野の技術としては、以下に記載されるものがある。
(1)H.Kawarada,Surface Science Reports 26(1996)205
(2)G.W.Swain,Advanced Materials,6,(1994)388
(3)藤嶋 昭;化学と工業51,(1998)207
ISFET(イオン感応性電界効果トランジスタ)はその集積化、微細化のメリットから盛んに研究が進められ、すでにSiを用いたものは市販されている。ダイヤモンドは物理的化学的に安定であることから、将来は生体適合型バイオセンサとして期待されている。
ボロンドープされたダイヤモンドは、p型の半導体的伝導性を示す。表面を水素で終端されたアンドープのダイヤモンドも表面にp型の伝導層を有する。この水素終端表面伝導層は室温においても高い表面キャリア密度を示し(1013/cm2 )、温度依存性をほとんど示さない。さらに、ほとんどのキャリアは表面からの浅い領域に存在する(~10nm)。このような構造はFETの動作に有利であるため、本願発明者らはアンドープで水素終端処理を施したダイヤモンドを用いISFETの研究を行っている。
また、水素終端構造はダイヤモンドの合成にマイクロ波プラズマCVD法によりas grownで得られるため、ボロンドープよりも容易にp型の半導体的伝導性を得ることができる。ボロンドープのダイヤモンド電極は広い電位窓を持ち、溶存酸素の影響が少なく、バックグラウンド電流が微小なことであるとの特徴から、電極の研究は広い範囲で進歩している。本願発明者らはアンドープ水素終端ダイヤモンドがボロンドープと同様に広い電位窓を持つことをすでに確認しており、これを用いてダイヤモンドISFETの開発を世界ではじめて行った。

産業上の利用分野


本発明は、液体電解質をゲートとして使用し、ダイヤモンドの水素終端表面をチャネルとした電界効果トランジスタに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
(a)ソース電極とドレイン電極間にダイヤモンドの水素終端表面が露出したチャネルと、(b)該チャネルの露出したダイヤモンドの水素終端表面に接触する負イオンを含むpH1-pH14の溶液からなるゲートとを備え、(c)前記pH1-pH14の溶液の負イオンの濃度を検出することを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項2】
請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、前記pH1-pH14の溶液のClイオンの濃度に対して閾値電圧の変化を検出することを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項3】
請求項2記載の電界効果トランジスタにおいて、前記溶液は、KClであることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項4】
請求項2記載の電界効果トランジスタにおいて、前記溶液は、HClであることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項5】
請求項2記載の電界効果トランジスタにおいて、前記溶液は、NaClであることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項6】
請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、前記チャネルはpチャネルであることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項7】
請求項6記載の電界効果トランジスタにおいて、前記pチャネルはピンチオフすることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項8】
請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ダイヤモンドは、アンドープ水素終端単結晶又は多結晶ダイヤモンド薄膜からなることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項9】
請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ダイヤモンドの水素終端表面は広い電位窓を有し、該電位窓の範囲で正確な動作を行うことを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項10】
請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、閾値電圧が前記液体電解質のpHに依存しない特性を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。

【請求項11】
請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、閾値電圧が環境に影響されない特性を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001088314thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 電子・光子等の機能制御 領域
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