[发明专利]TFT离子传感器、使用该TFT离子传感器的TFT离子传感器装置

说明书

本发明涉及TFT离子传感器、使用该TFT离子传感器的TFT离子传感器装置。使用TFT或MOSFET的离子传感器的测量灵敏度低，因此难以检测极微量的感测对象物质。TFT离子传感器包括栅电极(硅基板)和参照电极，其中设定栅极绝缘膜(热氧化膜)的静电电容比离子敏感绝缘膜的静电电容大。因此，可根据栅极‑源极电压对源极‑漏极电流特性的阈值电压漂移检测感测对象物质中的离子、激素等的浓度。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2014年3月28日提交的日本专利申请No.2014-068159的优先权的权益，该日本专利申请的全文并入到本文供参考。

技术领域

本发明涉及由TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)构成的TFT离子传感器、使用该TFT离子传感器的测量方法、以及使用TFT离子传感器的TFT离子传感器装置。

背景技术

近年来，例如，在医疗服务等领域利用用于生物传感的离子浓度传感器。该离子浓度传感器通过将无机氧化物表面上的氢离子浓度检测功能、无机氧化物表面上的氧分子识别功能与电化学装置结合来获得。

使用硅基板MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)的离子敏感FET(FET离子传感器)已经产品化，主要用作溶液的pH(酸碱度，Potential of Hydrogen)传感器。在电化学上已知，在溶液与绝缘膜之间的界面中必然形成双电层。双电层中产生的电位差根据溶液的pH发生变化，这是通过将该变化量读取为FET的Vt(阈值电压)变化来感测pH的值的测量原理。

根据电化学的能斯特理论，由于在25℃下溶液的pH变化“1”(氢离子浓度变化1位)，因此在pH溶液/氧化膜界面中的双电层中产生大约59mV的电位变化。即，59mV/pH是测量灵敏度的理论界限。实际的离子敏感FET产品的灵敏度大约为45～50mV/pH，正在研究使灵敏度接近理论界限。

与生物医学行业相关，以后，各种溶液中的物质的精密的感测技术将变得 重要。在生物传感中，经常使用通过酶反应等最终检测氢离子浓度的变化的方法。因此，关于pH，需要能够感测较小的pH变化的技术。因此，通过某种方法提高测量灵敏度(使灵敏度高于59mV/pH)的必要性越来越高。

接下来，对与本发明有关的相关技术文献(以下，称作“相关技术”)进行说明。

关于利用TFT的Vt漂移的TFT离子传感器，具有使用多结晶硅TFT的基于F.Yan等的报告例(“Applied Physics Letters”,vol.86,053901(2005)(非专利文献1))。作为离子敏感绝缘膜，使用氮化硅膜，进行pH感测，获得54mV/pH的灵敏度。

J.-C.Chou等通过使用非晶硅TFT来进行pH感测，获得58mV/pH的灵敏度(“Sensorsand Actuators”,B62,92-96(2000)(非专利文献2))。

K.Koike等通过使用将作为氧化物半导体的氧化锌用作半导体活性层的晶体管来进行pH感测，获得－20μA/pH的灵敏度(Japanese Journal of Applied Physics,vol.46,L865-L867(2007)(非专利文献3))。

如下的方法被公开，在使用氧化物半导体的底栅型TFT中，在氧化物半导体膜上形成离子敏感绝缘膜，在对底栅电极施加恒定电压的同时改变感测溶液中的参照电极的电压，从而根据参照电极电压-漏极电流特性的阈值电压的漂移进行感测(日本未审查专利公开2012-73101(专利文献1))。