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FIELD-EFFECT TRANSISTOR commons

Patent code P03A002029
File No. A111P19
Posted date Nov 18, 2003
Application number P2001-088314
Publication number P2002-286692A
Patent number P3390756
Date of filing Mar 26, 2001
Date of publication of application Oct 3, 2002
Date of registration Jan 17, 2003
Inventor
  • (In Japanese)川原田 洋
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title FIELD-EFFECT TRANSISTOR commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field-effect transistor by which anions in a solution of pH 1 to pH 14 can be sensed with high sensitivity.
SOLUTION: The field-effect transistor is provided with a channel in which the hydrogen termination surface of a diamond is exposed between its source electrode and its drain electrode and a gate which is composed of a KCl solution containing the anions (Cl-) coming into contact with the exposed hydrogen termination surface of the diamond in the channel. The concentration of the anions (Cl-) in the KCl solution is detected.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001088314thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) CREST Function Evolution of Materials and Devices based on Electron/Photon Related Phenomena AREA
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