專利名稱：化學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)傳感器，更詳細(xì)地，涉及使用薄膜晶體管的化學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
以往，作為檢測(cè)和測(cè)定試樣中的化學(xué)物質(zhì)或者生物物質(zhì)的技術(shù)，已知有例如被稱作ISFET(Ion Sensitive FET 離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的生物傳感器。圖6是示出現(xiàn)有的ISFET的構(gòu)成的截面圖。ISFET100是從通常的MOSFET除去柵極電極、利用離子敏感膜 106覆蓋溝道104的區(qū)域的結(jié)構(gòu)。在ISFET100中，成為試樣溶液108中的檢測(cè)對(duì)象的特定離子相對(duì)于離子敏感膜106選擇性地發(fā)生反應(yīng)。由此，柵極部分的表面電位變化，漏極電流變化。在ISFET100的生物傳感器中，檢測(cè)該漏極電流Id的變化。作為使用ISFET的生物傳感器的其它例，在專利文獻(xiàn)1和2中記載了使用多晶硅 TFT等薄膜器件作為ISFET的生物傳感器。另外，以往也已知在二維上配置多個(gè)ISFET的 ISFET陣列，在專利文獻(xiàn)3中記載了降低由開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的噪聲影響的ISFET陣列?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 開(kāi))”專利文獻(xiàn)2
開(kāi))”專利文獻(xiàn)3
開(kāi))”

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題如上所述，在ISFET中，為了檢測(cè)特定離子而使用離子敏感膜。因此，需要根據(jù)成為檢測(cè)對(duì)象的離子而使用不同的離子敏感膜。因此，為了響應(yīng)想根據(jù)多樣的試樣溶液而使用的需求，在成本方面變得不利。因此，本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供不需要離子敏感膜的化學(xué)傳感器。用于解決問(wèn)題的方案為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的化學(xué)傳感器用于檢測(cè)試樣中的對(duì)象物，其是如下構(gòu)成具備薄膜晶體管，該薄膜晶體管在基板上具有柵極電極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源極電極以及漏極電極，在該源極電極與該漏極電極之間的開(kāi)口部分在該半導(dǎo)體層中形成有溝道區(qū)域，進(jìn)一步具備電流取出部，該電流取出部取出在上述溝道區(qū)域產(chǎn)生的漏電流。根據(jù)上述構(gòu)成，化學(xué)傳感器具備薄膜晶體管和電流取出部，該薄膜晶體管在基板上具有柵極電極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源極電極和漏極電極，該電流取出部取出漏電流。日本公開(kāi)專利公報(bào)“特開(kāi)2002-296228號(hào)公報(bào)(2002年10月9日公 日本公開(kāi)專利公報(bào)“特開(kāi)2002-296229號(hào)公報(bào)(2002年10月9日公 日本公開(kāi)專利公報(bào)“特開(kāi)2000-55874號(hào)公報(bào)(2000年2月25日公在薄膜晶體管中，源極電極與漏極電極之間形成開(kāi)口，在該開(kāi)口部分的半導(dǎo)體層中形成有溝道區(qū)域。因此，當(dāng)試樣中的對(duì)象物能從開(kāi)口部分靠近溝道區(qū)域。試樣中的對(duì)象物到達(dá)開(kāi)口的部分，開(kāi)口部近旁的電荷分布變化時(shí)，利用背溝道效應(yīng)，在溝道區(qū)域能產(chǎn)生漏電流的變化。通過(guò)電流取出部取出該漏電流，能檢測(cè)漏電流的變化。因此，根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)傳感器， 能以漏電流的強(qiáng)度變化來(lái)檢測(cè)試樣中的對(duì)象物的有無(wú)。因此，不用像現(xiàn)有的ISFET那樣設(shè)置離子敏感膜就能檢測(cè)對(duì)象物。在此，所謂背溝道效應(yīng)是指由于來(lái)自外部的離子等在背溝道中感應(yīng)空穴或者電子的現(xiàn)象。另外，所謂背溝道是指源極電極與漏極電極之間的開(kāi)口部分的半導(dǎo)體層表面的、 漏電流流過(guò)的路徑。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的檢測(cè)方法用于檢測(cè)試樣中的對(duì)象物的檢測(cè)方法，是包括如下工序的構(gòu)成使上述試樣接觸化學(xué)傳感器的工序，上述化學(xué)傳感器具備薄膜晶體管和電流取出部，該薄膜晶體管在基板上具有柵極電極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源極電極以及漏極電極，在該源極電極與該漏極電極之間的開(kāi)口部分在該半導(dǎo)體層中形成有溝道區(qū)域，該電流取出部取出在該溝道區(qū)域產(chǎn)生的漏電流；由電流取出部取出在使上述試樣接觸時(shí)產(chǎn)生的上述漏電流的工序；以及利用取出的上述漏電流的強(qiáng)度變化來(lái)檢測(cè)上述對(duì)象物的工序。根據(jù)上述構(gòu)成，取出根據(jù)試樣中的對(duì)象物的有無(wú)而產(chǎn)生的漏電流，通過(guò)利用漏電流的變化來(lái)進(jìn)行對(duì)象物的檢測(cè)。即，能以漏電流的強(qiáng)度變化來(lái)檢測(cè)試樣中的對(duì)象物的有無(wú)。 因此，不使用離子敏感膜就能檢測(cè)試樣中的對(duì)象物。發(fā)明效果如上所述，本發(fā)明的化學(xué)傳感器具備具有半導(dǎo)體層的薄膜晶體管和取出在半導(dǎo)體層的溝道區(qū)域產(chǎn)生的漏電流的電流取出部，在源極電極與漏極電極之間的開(kāi)口部分形成有溝道區(qū)域，所以能以漏電流的強(qiáng)度變化來(lái)檢測(cè)試樣中的對(duì)象物的有無(wú)。


圖1是示出本發(fā)明的化學(xué)傳感器的構(gòu)成的方框圖。圖2是示出本發(fā)明的化學(xué)傳感器所包含的傳感器TFT的構(gòu)成的截面圖。圖3是示出圖1的化學(xué)傳感器中的傳感器電路的構(gòu)成的圖。圖4的(a)是示出在周圍不存在對(duì)象物時(shí)的傳感器TFT的截面圖，圖4的(b)是示出在周圍存在對(duì)象物時(shí)的傳感器TFT的截面圖，圖4的(c)是圖4的(a)時(shí)的柵極電壓與漏極電流的關(guān)系的特性曲線圖，圖4的(d)是圖4的(b)時(shí)的柵極電壓與漏極電流的關(guān)系的特性曲線圖。圖5是示出本發(fā)明的化學(xué)傳感器的一實(shí)施方式的外觀的二面圖。圖6是示出現(xiàn)有的ISFET傳感器的概略截面圖。圖7是示出本發(fā)明的化學(xué)傳感器的其它實(shí)施方式的外觀的平面圖。
具體實(shí)施例方式[化學(xué)傳感器]
作為本發(fā)明的化學(xué)傳感器的一實(shí)施方式，如果基于圖1 圖5、以及圖7進(jìn)行說(shuō)明則如下所述。此外，在本實(shí)施方式中，作為化學(xué)傳感器，對(duì)用于測(cè)定生物試樣中的樣本的生物傳感器進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出本發(fā)明的生物傳感器的構(gòu)成的方框圖。如圖1所示，生物傳感器1構(gòu)成為包含傳感器陣列2、向傳感器陣列2發(fā)送信號(hào)的傳感器列驅(qū)動(dòng)電路22和掃描信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路23、以及從傳感器陣列2取出信號(hào)的傳感器信號(hào)放大/取出電路(電流取出部)24. 傳感器陣列2由多個(gè)傳感器TFT (薄膜晶體管)7構(gòu)成。首先，參照?qǐng)D2對(duì)傳感器TFT7的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖2是示出傳感器TFT7的概略構(gòu)成的截面圖。如圖2所示，傳感器TFT7具備玻璃基板(基板)8、基底涂膜9、柵極電極10、 柵極氧化膜(柵極絕緣層)11、硅層(半導(dǎo)體層)12、n+層13、源極電極14、漏極電極15、鈍化膜16以及屏蔽膜17。在硅層12中，在源極電極14與漏極電極15之間的開(kāi)口部分形成有溝道區(qū)域18。作為具有上述構(gòu)成的傳感器TFT7，能利用在現(xiàn)有液晶面板的驅(qū)動(dòng)中所使用的 TFT。此外，本實(shí)施方式中的背溝道指源極電極14與漏極電極15之間的開(kāi)口部分的、硅層12與鈍化膜16的界面的、硅層12側(cè)的漏電流流過(guò)的路徑。另外，將形成有背溝道的區(qū)域稱為背溝道區(qū)域。屏蔽膜17在成為檢測(cè)對(duì)象的樣本基材(對(duì)象物)帶有電荷的情況下起到電遮蔽樣本基材、源極電極14以及漏極電極15的作用。作為屏蔽膜17，既可以使用均勻地包含導(dǎo)電性顆粒的氧化膜，也可以使用膜厚非常厚的氧化膜。鈍化膜16如果可防止在檢測(cè)中使用的試樣溶液侵入，則沒(méi)有特別限制。作為鈍化膜16，能使用例如SiNx膜。如上所述，在傳感器TFT7中，因?yàn)樵谠礃O電極14與漏極電極15之間的開(kāi)口部分形成有溝道區(qū)域18，所以試樣中的樣本基材能靠近溝道區(qū)域18。在生物傳感器1中，對(duì)通過(guò)樣本基材靠近溝道區(qū)域18而產(chǎn)生的漏電流的強(qiáng)度變化進(jìn)行檢測(cè)。因此，通過(guò)檢測(cè)漏電流的變化，能檢測(cè)樣本基材的有無(wú)。此外，由樣本基材的有無(wú)引起的漏電流通過(guò)以下的過(guò)程而產(chǎn)生。例如在試樣溶液所包含的樣本基材整體上帶正電的情況下，鈍化膜16整體以試樣溶液側(cè)為負(fù)、硅層12側(cè)為正進(jìn)行極化。由于鈍化膜16的極化，電子被吸引到硅層12中的與鈍化膜16的界面附近，由此形成溝道(背溝道)。因?yàn)樵诠鑼?2中形成有背溝道，所以產(chǎn)生漏電流。此外，優(yōu)選在鈍化膜16中包含雜質(zhì)離子。例如，在此，當(dāng)負(fù)的雜質(zhì)離子包含于鈍化膜16中時(shí)，由于帶正電的樣本基材的存在，鈍化膜16中的負(fù)的雜質(zhì)離子被吸引到試樣溶液側(cè)，分布于試樣溶液與鈍化膜16的界面。因此，鈍化膜16中的極化與鈍化膜不包含雜質(zhì)的情況相比變大，能產(chǎn)生更大的漏電流。S卩，在生物傳感器1中，不需要在現(xiàn)有的ISFET傳感器中使用的離子敏感膜。此外，通過(guò)使柵極氧化膜11減薄，漏極電流的大小放大，由此能使測(cè)定靈敏度提
尚ο在本實(shí)施方式中，作為傳感器TFT7的基板使用了玻璃基板8，但也可以使用利用聚碳酸酯等高分子材料形成的基板。由此，能實(shí)現(xiàn)生物傳感器1的輕量化，通過(guò)選擇廉價(jià)的材料，能實(shí)現(xiàn)低成本化。另外，也可以利用有機(jī)材料形成柵極電極10、柵極氧化膜11、硅層12、n+層13、源極電極14、漏極電極15以及鈍化膜16。例如，能使用聚乙炔等有機(jī)導(dǎo)體形成柵極電極10、 源極電極14以及漏極電極15。另外，能使用聚酰亞胺等有機(jī)絕緣體形成柵極氧化膜11和鈍化膜16。另外，能使用并五苯等有機(jī)半導(dǎo)體形成硅層12和η+層13。通過(guò)利用這些材料來(lái)形成，能實(shí)現(xiàn)生物傳感器1的輕量化。另外，通過(guò)選擇廉價(jià)的材料，能實(shí)現(xiàn)低成本化。而且，如上所述，通過(guò)使用利用高分子材料形成的基板，能實(shí)現(xiàn)傳感器TFT7整體的柔性化。接著，一邊參照?qǐng)D1和圖3 —邊對(duì)生物傳感器1的電氣構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，傳感器陣列2具備η條柵極電壓信號(hào)線G1 Gn、m條傳感器復(fù)位信號(hào)線RS1 RSm、m條傳感器讀出信號(hào)線RW1 RWm、以及(mXn)個(gè)傳感器電路28。而且，傳感器陣列2具備η條取出信號(hào)線(電流取出部WAS1-PAi^在此，m和η是大于等于1的整數(shù)。柵極電壓信號(hào)線G1 Gn配置成彼此平行。傳感器復(fù)位信號(hào)線RS1 R^11和傳感器讀出信號(hào)線RW1 RWm以與柵極電壓信號(hào)線G1 Gn正交的方式配置成彼此平行。傳感器電路28構(gòu)成為包含傳感器TFT7、前置放大器TFT25、以及電容器沈，在傳感器陣列2上排列成陣列狀。傳感器TFT7的柵極端子連接到柵極電壓信號(hào)線Gi (i是大于等于1小于等于η的整數(shù))。傳感器TFT7的源極端子連接到傳感器復(fù)位信號(hào)線Rh (j是大于等于1小于等于m的整數(shù))。傳感器TFT7的漏極端子連接到電容器沈的一方的電極。電容器26的另一方的電極連接到傳感器讀出信號(hào)線RWjtl前置放大器TFT25的柵極端子在接點(diǎn)P處連接到傳感器TFT7的漏極端子。對(duì)前置放大器TFT25的源極端子施加電源電壓VDD。 前置放大器TFT25的漏極端子連接到取出信號(hào)線PASp掃描信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路23是將掌管傳感器TFT7的通/斷的柵極電壓信號(hào)G1 Gn 發(fā)送到傳感器陣列2上的各傳感器TFT7的電路。傳感器列驅(qū)動(dòng)電路22是將傳感器讀出信號(hào)RW1 RWm和傳感器復(fù)位信號(hào)RS1 R^1發(fā)送到傳感器陣列2上的各傳感器TFT7的電路。 柵極電壓信號(hào)G1 Gn能由來(lái)自主機(jī)CPU21的定時(shí)控制信號(hào)C1進(jìn)行控制，傳感器讀出信號(hào) RW1 RWm和傳感器復(fù)位信號(hào)RS1 R^11由來(lái)自主機(jī)CPU21的定時(shí)控制信號(hào)C2進(jìn)行控制。傳感器信號(hào)放大/取出電路M從傳感器陣列2取出傳感器TFT7的信號(hào)PAS1 PASn，將信號(hào)放大后發(fā)送到主機(jī)CPU21。[檢測(cè)方法]接著，對(duì)使用生物傳感器1檢測(cè)試樣中的樣本基材的檢測(cè)方法中的、傳感器電路 28的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在本檢測(cè)方法中，首先，使試樣與傳感器TFT7的溝道區(qū)域18的附近接觸。此時(shí)，通過(guò)由試樣中的樣本基材的有無(wú)引起的背溝道效應(yīng)，在TFT7的背溝道區(qū)域產(chǎn)生漏電流的強(qiáng)度變化，漏極電流發(fā)生變化。本檢測(cè)方法通過(guò)取出該漏電流/漏極電流并調(diào)查漏電流的變化來(lái)檢測(cè)試樣中的樣本基材。另外，在本說(shuō)明書中，“漏電流的變化”和“漏電流的強(qiáng)度變化”能互換地使用。圖3是提取傳感器陣列2的傳感器電路觀的一個(gè)而示出的圖。為了檢測(cè)利用背溝道效應(yīng)調(diào)制的漏極電流的變化，對(duì)傳感器讀出線RWi和傳感器復(fù)位線RSi施加規(guī)定電壓，對(duì)前置放大器TFT25的源極端子施加電源電壓VDD。當(dāng)樣本基材存在于傳感器TFT7的溝道區(qū)域18附近時(shí)，則在傳感器TFT7中形成背溝道27。利用背溝道效應(yīng)，背溝道27中的漏電流增加，傳感器TFT7的漏極電流增加。當(dāng)漏極電流由于漏電流的增加而增加時(shí)，接點(diǎn)P的電壓降低流過(guò)的電流的程度。在該定時(shí)，通過(guò)對(duì)傳感器讀出線RWi施加高的電壓，使接點(diǎn)P的電壓上升，使前置放大器TFT25的柵極電壓大于等于閾值后在前置放大器TFT25的源極端子側(cè)施加電源電壓Vdd。當(dāng)施加電源電壓Vdd時(shí)，接點(diǎn)P的電壓由前置放大器TFT25放大，在前置放大器TFT25的漏極端子側(cè)輸出放大后的電壓。這樣，根據(jù)輸出到取出信號(hào)線PASi的信號(hào)的變化，檢測(cè)由背溝道效應(yīng)引起的傳感器TFT7中的漏極電流的變化和漏電流的變化。 傳感器信號(hào)放大/取出電路M將該檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到主機(jī)CPU21，在主機(jī)CPU21中進(jìn)行運(yùn)算處理。主機(jī)CPU21通過(guò)運(yùn)算處理，根據(jù)漏電流的變化進(jìn)行樣本基材的檢測(cè)。圖4是示出根據(jù)樣本基材19的有無(wú)而產(chǎn)生的漏極電流不同的圖。圖4的(a)示出在周圍不存在作為檢測(cè)對(duì)象的樣本基材19時(shí)的傳感器TFT7，圖4的(c)是示出此時(shí)的柵極電壓與漏極電流的關(guān)系的特性曲線圖。另一方面，圖4的(b)示出在周圍存在樣本基材 19時(shí)的傳感器TFT7，圖4的(d)是示出此時(shí)的柵極電壓與漏極電流的關(guān)系的特性曲線圖。當(dāng)存在樣本基材19時(shí)，傳感器TFT7產(chǎn)生背溝道效應(yīng)，由此，漏電流增加。因此，如圖4的(d)所示，與示出不存在樣本基材19的情況的圖4的(c)相比，相對(duì)于相同柵極電壓的漏極電流增加。即，根據(jù)漏極電流的增加來(lái)檢測(cè)漏電流的增加，由此能檢測(cè)樣本基材19 的存在。另外，通過(guò)利用漏電流的量、漏極電流-柵極電壓的特性曲線圖的形狀，或者通過(guò)利用后述的圖5所示的作為陣列狀生物傳感器1的傳感器陣列2，能識(shí)別不同種類的樣本基材19。圖5是生物傳感器1的一實(shí)施方式中的概略二面圖，示出俯視圖和截面圖。生物傳感器1取利用基體4的間隔件劃分成多個(gè)方形結(jié)構(gòu)3的矩陣結(jié)構(gòu)，形成作為陣列狀形態(tài)的傳感器陣列2。在各方形結(jié)構(gòu)3的底面配置具有梳形源極電極14和漏極電極15的傳感器TFT7。將試樣溶液5添加到各方形結(jié)構(gòu)3中，利用傳感器TFT7進(jìn)行檢測(cè)。此外，能在各方形結(jié)構(gòu)3中加入彼此不同的試樣溶液。因此，能同時(shí)對(duì)多種不同的試樣進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)。另外，如上所述，通過(guò)利用傳感器陣列2，能識(shí)別不同種類的樣本基材19。在此，參照?qǐng)D7對(duì)不同種類的樣本基材19的識(shí)別方法進(jìn)行說(shuō)明。圖7是示意性地示出傳感器陣列2的平面圖，為了說(shuō)明便利，設(shè)成包括四個(gè)區(qū)間的傳感器陣列，這四個(gè)區(qū)間分別具有傳感器TFT7。首先，在區(qū)間a 區(qū)間d分別加入物質(zhì)A 物質(zhì)D中的任一種。此外，假設(shè)物質(zhì)A 物質(zhì)D相對(duì)于物質(zhì)X和物質(zhì)Y的化學(xué)反應(yīng)條件如表1所示進(jìn)行判斷。另外，假設(shè)通過(guò)該化學(xué)反應(yīng)，各物質(zhì)離子化，由于產(chǎn)生的離子的存在，在傳感器TFT7中產(chǎn)生漏電流。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)傳感器，用于檢測(cè)試樣中的對(duì)象物，其特征在于，上述化學(xué)傳感器具備薄膜晶體管，上述薄膜晶體管在基板上具有柵極電極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源極電極以及漏極電極，在該源極電極與該漏極電極之間的開(kāi)口部分在該半導(dǎo)體層中形成有溝道區(qū)域，上述化學(xué)傳感器進(jìn)一步具備電流取出部，上述電流取出部取出在上述溝道區(qū)域產(chǎn)生的漏電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)傳感器，其特征在于，上述基板由高分子材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)傳感器，其特征在于，上述柵極電極、上述柵極絕緣層、上述半導(dǎo)體層、上述源極電極以及上述漏極電極中的至少任一個(gè)由有機(jī)材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的化學(xué)傳感器，其特征在于，多個(gè)上述薄膜晶體管配置成陣列狀，該多個(gè)薄膜晶體管各自由間隔件劃區(qū)。
5.一種檢測(cè)方法，用于檢測(cè)試樣中的對(duì)象物，其特征在于，上述檢測(cè)方法包含如下工序使上述試樣接觸化學(xué)傳感器的工序，上述化學(xué)傳感器具備薄膜晶體管和電流取出部， 上述薄膜晶體管在基板上具有柵極電極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源極電極以及漏極電極， 在該源極電極與該漏極電極之間的開(kāi)口部分在該半導(dǎo)體層中形成有溝道區(qū)域，上述電流取出部取出在該溝道區(qū)域產(chǎn)生的漏電流；由電流取出部取出使上述試樣接觸時(shí)產(chǎn)生的上述漏電流的工序；以及利用取出的上述漏電流的強(qiáng)度變化來(lái)檢測(cè)上述對(duì)象物的工序。
全文摘要
為了提供不需要離子敏感膜的化學(xué)傳感器，本發(fā)明的化學(xué)傳感器(1)用于檢測(cè)試樣中的樣本基材(19)，化學(xué)傳感器(1)具備傳感器TFT(7)，該傳感器TFT(7)在玻璃基板(8)上具有柵極電極(10)、柵極氧化膜(11)、硅層(12)、源極電極(14)以及漏極電極(15)，在該源極電極(14)與該漏極電極(15)之間的開(kāi)口部分在硅層(12)中形成有溝道區(qū)域(18)，進(jìn)一步具備取出在上述溝道區(qū)域(18)產(chǎn)生的漏電流的取出信號(hào)線(PAS1～PASn)和電流取出部(24)。
文檔編號(hào)G01N27/414GK102301227SQ20108000608
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者柴田佳典, 足立昌浩 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社