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ダイヤモンドチャネル電界効果トランジスタ

シーズコード S032000378
掲載日 2003年10月1日
研究者
  • 川原田 洋
研究者所属機関
  • 早稲田大学 理工学部電子・情報通信学科
研究機関
  • 早稲田大学 理工学部電子・情報通信学科
技術名称 ダイヤモンドチャネル電界効果トランジスタ
技術概要 化学的に安定なダイヤモンド表面を直接、液体電解質にさらし、液体電解質をゲート電極として電界効果トランジスタ(FET)を構成し、電解質中のイオンを高感度に検出するもの。 具体的にはダイヤモンドの水素終端表面をチャンネルとしたpチャンネルFETで、ドレイン電流はゲート電圧により制御され、完全にピンチオフが確認できる。しきい値電圧は、電解質のpH1-14の変化に対し、±0.2V範囲内で一定値を示し、ネルンスト応答(pHの変動に対し、しきい値電圧が59mV/pHで変化する現象)は見られない。水素原子で被覆されている場合、正イオンに対する感応性はない。負イオンでは、ハロゲンイオンのみに感応性を有する。電界効果トランジスタの動作電圧範囲は、ダイヤモンドを電気化学的電極とした場合の電位窓の範囲に対応する。ダイヤモンドは単結晶もしくは多結晶である。
従来技術、競合技術の概要 市販のSiMOSFETを基礎とするイオン感応性FET(ISFET)は、酸化膜や酸化膜/Si界面へのイオンの侵入による動作不良を防止するため、Si酸化膜をSi窒化膜が覆う構造となっている。Si窒化膜表面が感応部となることから、感応部が酸化膜/Si界面から離れることになり、表面の電位変化に対応する電流変化が小さく高感度化が困難である。 感応膜や保護膜としてのシリコン窒化膜やアルミナ膜の稠密性を上げ、膜厚を薄くし感応性を高くする成膜技術がレーザーアブレーション等を使用し行われている。
研究分野
  • トランジスタ
  • 無機化合物の薄膜
  • 分析機器
展開可能なシーズ (1)Si系ISFETと比較して高感度な電界効果トランジスタ
(2)生体適合性が高い炭素からなるダイヤモンド基板
(3)表面改質による生体分子の固定が行いやすい炭素表面
用途利用分野 体内埋め込みイオンセンサー
臨床検査、工業計測、環境計測分野におけるイオンセンサー
関連発表論文 (1)荒木裕太, 堺俊克, 梅沢仁, 立木実, 川原田洋. アンドープ水素終端ダイヤモンドを用いたISFETの特性評価. Chem Sens. Vol.17,no.Supplement A,2001,p.70-72.
(2)梅沢仁, 谷内寛直, 有馬拓也, 石坂博明, 藤原直樹, 大庭誉士和, 立木実,川原田洋. ワイドギャップ半導体 水素終端ダイヤモンド表面伝導層を利用した高性能電界効果トランジスタ. 電気学会論文誌 C. Vol.122-C,no.1,2002,p.10-16.
(3)立木実, 石坂博明, 坂野時習, 堺俊克, 梅沢仁, SONG K S, 川原田洋. ダイヤモンド表面のエレクトロニクス・バイオ応用. 表面科学. Vol.23,no.7,2002,p.411-416.
(4)立木実, 福田徹, 瀬尾北斗, 須方健太, 坂野時習, 梅沢仁, 川原田洋. AFM陽極酸化法を用いた水素終端ダイヤモンド表面のナノファブリケーション. 電気化学会大会講演要旨集. Vol.68th,2001,p.306.
(5)小川雄史, 荒木裕太, 津川和夫, 川原田洋, 立木実. アルカリ溶液中におけるダイヤモンドISFET. ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集. Vol.13th,1999,p.206-207.
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 CRESTタイプ 研究領域「電子・光子等の機能制御」
出願特許   特許 国際特許分類(IPC)
( 1 ) 国立研究開発法人科学技術振興機構, . 川原田 洋, . 電界効果トランジスタ. 特開2001-272372. 2001-10-05
  • G01N 27/414     
  • G01N  27/26     
  • H01L 29/80      
( 2 ) 国立研究開発法人科学技術振興機構, . 川原田 洋, . 電界効果トランジスタ. 特開2002-286692. 2002-10-03
  • G01N  27/414    
  • G01N  27/416    
  • H01L  29/80     

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