[go: up one dir, main page]

JPH0668481B2 - Ion-selective FET sensor - Google Patents

Ion-selective FET sensor

Info

Publication number
JPH0668481B2
JPH0668481B2 JP61290492A JP29049286A JPH0668481B2 JP H0668481 B2 JPH0668481 B2 JP H0668481B2 JP 61290492 A JP61290492 A JP 61290492A JP 29049286 A JP29049286 A JP 29049286A JP H0668481 B2 JPH0668481 B2 JP H0668481B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
layer
selective
sensor
redox
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61290492A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62276452A (en
Inventor
秀一郎 山口
猛 下村
昇 小山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Terumo Corp filed Critical Terumo Corp
Publication of JPS62276452A publication Critical patent/JPS62276452A/en
Priority to KR1019880700944A priority Critical patent/KR900005620B1/en
Priority to EP19870907990 priority patent/EP0333861A4/en
Priority to PCT/JP1987/000951 priority patent/WO1988004424A1/en
Priority to DK442588A priority patent/DK442588D0/en
Publication of JPH0668481B2 publication Critical patent/JPH0668481B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はイオン選択性FETセンサ、更に詳細には、溶
液中のイオン濃度を電極電位応答で測定するためのイオ
ン選択性FET(以下、ISFETという)センサに関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion-selective FET sensor, and more specifically, an ion-selective FET (hereinafter, ISFET) for measuring an ion concentration in a solution by an electrode potential response. Say) sensor.

[従来の技術及びその問題点] 従来、MOSFETを利用したISFETセンサは多く
知られているが、いずれのイオン選択性FETセンサ
も、一般に電位ドリフトが大きいという共通の欠点を有
していた。
[Prior Art and its Problems] Conventionally, many ISFET sensors using MOSFETs are known, but all the ion-selective FET sensors have a common drawback that the potential drift is generally large.

而して、ゲート絶縁層とイオン選択性層の間に、これら
の密着性を高めるために、イオン感応物質を含まぬ高分
子層を介在させた構造にすると電位ドリフトを減少しう
ることが知られている(特開昭59−164952
号)。しかし、この構造のISFETセンサは、介在せ
しめた高分子層の電子電導性が悪い結果、膜インピーダ
スが高くなり、測定用ノイズ等の妨害を受け易いという
欠点があった。
It is known that the potential drift can be reduced by using a structure in which a polymer layer containing no ion-sensitive substance is interposed between the gate insulating layer and the ion-selective layer in order to enhance the adhesion therebetween. (JP-A-59-164952)
issue). However, the ISFET sensor having this structure has a drawback in that the intervening polymer layer has a poor electron conductivity, resulting in a high film impedance and being susceptible to interference such as measurement noise.

また、ゲート絶縁層とイオン選択性層の間に金属層を介
在させた構造にするとイオン選択性層の密着性が改善さ
れ、耐久性に優れたISFETセンサが得られることが
知られている(特開昭57−63444号、特開昭60
−73351号)。しかし、そのゲート部が酸素等の影
響を受け易く安定性の点で問題があった。
It is also known that a structure in which a metal layer is interposed between the gate insulating layer and the ion selective layer improves the adhesion of the ion selective layer, and an ISFET sensor having excellent durability can be obtained ( JP-A-57-63444, JP-A-60
-73351). However, there is a problem in stability that the gate portion is easily affected by oxygen and the like.

従つて、イオン選択性層とゲート絶縁層との密着性が良
好で、耐久性に優れ、かつ妨害イオンの影響を受けにく
く安定性に優れたISFETセンサの提供が望まれてい
た。
Therefore, it has been desired to provide an ISFET sensor having good adhesion between the ion-selective layer and the gate insulating layer, excellent durability, and less likely to be affected by interfering ions, and excellent in stability.

[発明が解決しようとする課題] 本発明は、前記従来の欠点を除去し、優れた耐久性・安
定性を有し、併せて優れたセンサ特性を有するイオン選
択性FETセンサを提供する。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, provides an ion selective FET sensor having excellent durability and stability, and also having excellent sensor characteristics.

[課題を解決するための手段] 本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、ゲ
ート絶縁層の表面に導電体層を設け、更に、これに直接
イオン選択性層を被着せずに、酸化還元機能を有する酸
化還元機能層、特に2,6−キシレノール(2,6−ジ
メチルフエノール)を含む電解液を電解酸化重合して該
導電体層の表面に被着された層を介して被着すれば、優
れた耐久性・安定性を有し、併せて優れたセンサ特性を
有するイオン選択性FETセンサが得られることを見出
し、本発明を完成した。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor provided a conductor layer on the surface of a gate insulating layer, and did not directly deposit an ion selective layer on the conductor layer. In addition, a redox functional layer having a redox function, in particular, an electrolytic solution containing 2,6-xylenol (2,6-dimethylphenol) is electrolytically oxidatively polymerized to form a layer deposited on the surface of the conductor layer. It has been found that an ion-selective FET sensor having excellent durability and stability, and also excellent sensor characteristics can be obtained by applying the same.

本発明のイオン選択性FETセンサは、MOSFET
と、該MOSFETのゲート部絶縁層の表面に被着され
た導電体層と、2,6−キシレノール(2,6−ジメチ
ルフエノール)を含む電解液を電解酸化重合して該導電
体層の表面に被着された、酸化還元機能を有する酸化還
元機能層と、該酸化還元機能層の表面に被着されたイオ
ン選択性を示すイオン選択性層とからなることを特徴と
する。
The ion selective FET sensor of the present invention is a MOSFET
And a conductor layer deposited on the surface of the gate insulating layer of the MOSFET and an electrolytic solution containing 2,6-xylenol (2,6-dimethylphenol) by electrolytic oxidation polymerization to form a surface of the conductor layer. A redox functional layer having a redox function, and an ion selective layer having ion selectivity deposited on the surface of the redox functional layer.

[作用] かかる構成において、MOSFETのゲート絶縁層と所
定イオンに感応するイオン選択性層との間に、2,6−
キシレノール(2,6−ジメチルフエノール)を含む電
解液を電解酸化重合した酸化還元機能を有する酸化還元
機能層を挿入して、耐久性・安定性を高め併せて優れた
センサ特性を示し、更に、ゲート絶縁層と酸化還元機能
層との間に導電体層を挿入して、密着性・耐久性を高め
る。
[Operation] In such a configuration, the gate insulating layer of the MOSFET and the ion-selective layer sensitive to predetermined ions are separated by 2,6-
By inserting an oxidation-reduction functional layer having an oxidation-reduction function, which is obtained by electrolytically oxidatively polymerizing an electrolytic solution containing xylenol (2,6-dimethylphenol), the durability and stability are improved, and excellent sensor characteristics are shown. A conductor layer is inserted between the gate insulating layer and the redox functional layer to improve adhesion and durability.

[実施例] 本実施例において使用されるMOSFETとしては、公
知のISFETに使用されるものでゲート絶縁層(以
下、ゲート絶縁膜ということがある)が利用できるもの
であればいずれも使用することができ[松尾、江刺「電
気化学と工業物理化学」50,64(1982)]、例
えばシリコン又はサフアイア基板上にSi−SiO
ート部絶縁層を有するFETを形成したものが挙げら
れ、更に分離ゲートタイプのものが好適に使用される。
シリコン基板を用いたものは、比較的安価であることか
ら汎用性があり、サフアイア基板のものは、マルチ化が
容易、絶縁が取り易い、小型化が容易である等、機能面
で優れている。
[Embodiment] As the MOSFET used in this embodiment, any MOSFET can be used as long as it is used in a known ISFET and a gate insulating layer (hereinafter sometimes referred to as a gate insulating film) can be used. [Matsuo, Esashi “Electrochemistry and Industrial Physical Chemistry” 50, 64 (1982)], for example, a FET having an Si—SiO 2 gate insulating layer formed on a silicon or sapphire substrate and further separated. A gate type is preferably used.
The one using a silicon substrate is versatile because it is relatively inexpensive, and the one using a sapphire substrate is superior in terms of functionality, such as easy multi-processing, easy insulation, and easy miniaturization. .

MOSFETは、従来のプレーナー技術やイオン注入技
術等を利用して作製することができる。
The MOSFET can be manufactured by utilizing the conventional planar technology, ion implantation technology, or the like.

かくして作製されたMOSFETのゲート部絶縁層上に
導電体層を形成するには、ゲート部絶縁層の表面に導電
体を蒸着法、スパツタリング法、イオンプレーテイング
法、CVD法、イオンビームスパツタ法等を用いて被着
する方法を用いることができる。膜厚は、光を実質的に
透過しない厚さ、例えば100Å以上とするのが好まし
い。導電体としては、導電性炭素が最も好ましいが、ゲ
ート部絶縁層及び酸化還元膜との密着性の良好な化合物
であれば特に制限なく使用される。また、導電体層は一
層のみならず多層構造とすることもできる。多層構造と
する場合には、ゲート部絶縁層にNi,Cr等の金属の
薄膜を被覆した上に更に他の導電体層を設けたものが好
ましい結果を与える。
In order to form a conductor layer on the gate insulating layer of the MOSFET thus manufactured, a conductor is deposited on the surface of the gate insulating layer by a vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, an ion beam sputtering method. It is possible to use a method of depositing using the above. The film thickness is preferably a thickness at which light is not substantially transmitted, for example, 100 Å or more. As the conductor, conductive carbon is most preferable, but any compound having good adhesion to the gate insulating layer and the redox film can be used without particular limitation. Further, the conductor layer may have not only one layer but also a multilayer structure. In the case of a multi-layered structure, a preferable result is obtained by covering the gate insulating layer with a thin film of a metal such as Ni or Cr and further providing another conductor layer.

導電体層の表面に被着あれる酸化還元膜とは、これを導
電性基体表面に被着してなる電極が可逆的酸化還元反応
によつて導電体基体に一定電位を発生しうる性質を有す
るものであり、本発明においては特に酸素ガス分圧によ
つて電位が変動しないものが好ましい。斯かる酸化還元
膜としては、例えばキノン−ヒドロキノン型の酸化還
元反応を行なうことができる有機化合物膜若しくは高分
子膜、アミン−キノイド型の酸化還元反応を行なうこ
とができる有機化合物膜若しくは高分子膜、ポリ(ピ
ロール)、ポリ(チエニレン)等の導電性物質等が好適
なものとして挙げられる。なお、ここでキノン−ヒドロ
キノン型の酸化還元反応とは、重合体の場合を例にとれ
ば、例えば次の反応式で表わされるものをいう。
The redox film deposited on the surface of the conductor layer has a property that the electrode formed by depositing it on the surface of the conductive substrate can generate a constant potential on the conductor substrate by a reversible redox reaction. In the present invention, it is preferable that the potential does not fluctuate due to the partial pressure of oxygen gas. Examples of such a redox film include an organic compound film or a polymer film capable of performing a quinone-hydroquinone type redox reaction, an organic compound film or a polymer film capable of performing an amine-quinoid type redox reaction. Preferable examples include conductive substances such as poly (pyrrole) and poly (thienylene). Here, the quinone-hydroquinone type redox reaction means, for example, in the case of a polymer, a reaction represented by the following reaction formula.

(式中、R,Rは例えば芳香族含有構造の化合物を
示す) また、アミン−キノイド型の酸化還元反応とは、前記同
様重合体の場合を例にとれば、例えば次の反応式で表わ
されるものをいう。
(In the formula, R 1 and R 2 represent, for example, a compound having an aromatic-containing structure.) The amine-quinoid type redox reaction means, for example, in the case of a polymer similar to the above, for example, the following reaction formula Means the one represented by.

(式中、R,Rは例えば芳香族含有構造の化合物を
示す) このような酸化還元機能を有する酸化還元機能層を形成
しうる化合物としては、例えば次の(a)〜(d)の化
合物が挙げられる。
(In the formula, R 3 and R 4 represent, for example, a compound having an aromatic-containing structure) Examples of the compound capable of forming the redox functional layer having the redox function include the following (a) to (d) Compounds of

(a) (式中、Arは芳香核、各Rは置換基、m2は1な
いしArの有効原子価数、n2は0ないしArの有
効原子価数−1を示す) で表わされるヒドロキシ芳香族化合物。
(A) (Wherein Ar 1 is an aromatic nucleus, each R 5 is a substituent, m 2 is an effective valence number of 1 to Ar 1 , and n 2 is 0 to an effective valence number of Ar 1 −1) Family compounds.

Arの芳香核は、例えばベンゼン核のように単環のも
のであつても、アントラセン核、ピレン核、クリセン
核、ペリレン核、コロネン核等のように多環のものであ
つてもよく、またベンゼン骨核のみならず複素環骨核の
ものであつてもよい。置換基Rとしては、例えばメチ
ル基等のアルキル基、フエニル基等のアリール基、およ
びハロゲン原子等が挙げられる。具体的には、例えばジ
メチルフエノール、ヒドロキシピリジン、o−またはm
−ベンジルアルコール、o−,m−またはp−ヒドロキ
シベンズアルデヒド、o−またはm−ヒドロキシアセト
フエノン、o−,m−またはp−ヒドロキシプロピオフ
エノン、o−,m−またはp−ヒドロキシベンゾフエノ
ン、o−,m−またはp−カルボキシフエノール、ジフ
エニルフエノール、2−メチル−8−ヒドロキシキノリ
ン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、4−(p
−ヒドロキシフエニル)2−ブタノン、1,5−ジヒド
ロキシ−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、ビ
スフエノールA、サリチルアニリド、5−ヒドロキシキ
ノリン、8−ヒドロキシキノリン、1,8−ジヒドロキ
シアントラキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキ
ノン等が挙げられる。
The aromatic nucleus of Ar 1 may be monocyclic such as a benzene nucleus, or polycyclic such as an anthracene nucleus, pyrene nucleus, chrysene nucleus, perylene nucleus, coronene nucleus, Further, not only benzene skeleton but also heterocyclic skeleton may be used. Examples of the substituent R 5 include an alkyl group such as a methyl group, an aryl group such as a phenyl group, and a halogen atom. Specifically, for example, dimethylphenol, hydroxypyridine, o- or m
-Benzyl alcohol, o-, m- or p-hydroxybenzaldehyde, o- or m-hydroxyacetophenone, o-, m- or p-hydroxypropiophenone, o-, m- or p-hydroxybenzophenone , O-, m- or p-carboxyphenol, diphenylphenol, 2-methyl-8-hydroxyquinoline, 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, 4- (p
-Hydroxyphenyl) 2-butanone, 1,5-dihydroxy-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, bisphenol A, salicylanilide, 5-hydroxyquinoline, 8-hydroxyquinoline, 1,8-dihydroxyanthraquinone, Examples thereof include 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone.

(b)次式 (式中、Arは芳香核、各Rは置換基、m3は1な
いしArの有効原子価数、n3は0ないしARの有
効原子価数−1を示す) で表わされるアミノ芳香族化合物。
(B) The following formula (In the formula, Ar 2 is an aromatic nucleus, each R 6 is a substituent, m 3 is an effective valence number of 1 to Ar 2 , n 3 is 0 to an effective valence number of AR 2 −1) Family compounds.

Arの芳香核、置換基Rとしては化合物(a)にお
けるAr、置換基Rと夫々同様のものが使用され
る。アミノ芳香族化合物の具体例を挙げると、アニリ
ン、1,2−ジアミノベンゼン、アミノピレン、ジアミ
ノピレン、アミノクリセン、ジアミノクリセン、1−ア
ミノフエナントレン、9−アミノフエナントレン、9,
10−ジアミノフエナントレン、1−アミノアントラキ
ノン、p−フエノキシアニリン、o−フエニレンジアミ
ン、p−クロロアニリン、3,5−ジクロロアニリン、
2,4,6−トリクロロアニリン、N−メチルアニリ
ン、N−フエニル−p−フエニレンジアミン等である。
As the aromatic nucleus and the substituent R 6 of Ar 2 , the same ones as Ar 1 and the substituent R 5 in the compound (a) are used. Specific examples of the amino aromatic compound include aniline, 1,2-diaminobenzene, aminopyrene, diaminopyrene, aminochrysene, diaminochrysene, 1-aminophenanthrene, 9-aminophenanthrene, 9,
10-diaminophenanthrene, 1-aminoanthraquinone, p-phenoxyaniline, o-phenylenediamine, p-chloroaniline, 3,5-dichloroaniline,
2,4,6-trichloroaniline, N-methylaniline, N-phenyl-p-phenylenediamine and the like.

(c)1,6−ピレンキノン、1,2,5,8−テトラ
ヒドロキシナリザリン、フエナントレンキノン、1−ア
ミノアントラキノン、プルプリン、1−アミノ−4−ヒ
ドロキシアントラキノン、アントラルフイン等のキノン
類。
(C) Quinones such as 1,6-pyrenequinone, 1,2,5,8-tetrahydroxynalizarin, phenanthrenequinone, 1-aminoanthraquinone, purpurin, 1-amino-4-hydroxyanthraquinone and anthralphine Kind.

これらの化合物のうち、特に2,6−キシレノール、1
−アミノピレンが好ましい。
Of these compounds, especially 2,6-xylenol, 1
-Aminopyrene is preferred.

(d)ピロールおよびその誘導体(例えばN−メチルピ
ロール)、チオフエンおよびその誘導体(例えばメチル
チオフエン)等である。
(D) Pyrrole and its derivatives (for example, N-methylpyrrole), thiophene and its derivatives (for example, methylthiophene) and the like.

更に、本発明に係る酸化還元層を形成しうる化合物とし
ては、ポリ(N−メチルアニリン)[大貫、松田、小
山、日本化学会誌、1801-1809(1984)]ポリ(2,6−
ジメチル−1,4−フエニレンエーテル)、ポリ(o−
フエニレンジアミン)、ポリ(フエノール)、ポリキシ
レノール;ピラゾロキノン系ビニルモノマーの重合体、
イソアロキサジン系ビニルモノマーの重合体等のキノン
系ビニルポリマー縮重合化合物のような(a)〜(c)
の化合物を含有する有機化合物、(a)〜(c)の化合
物の低重合度高分子化合物(オリゴマー)、あるいは
(a)〜(c)をポリビニル化合物、ポリアミド化合物
等の高分子化合物に固定したもの等の当該酸化還元反応
性を有するもの が挙げられる。なお、本明細書において、重合体という
語は単独重合体及び共重合体等の相互重合体の双方を含
む。
Further, as the compound capable of forming the redox layer according to the present invention, poly (N-methylaniline) [Onuki, Matsuda, Koyama, Journal of Chemical Society of Japan, 1801-1809 (1984)] poly (2,6-
Dimethyl-1,4-phenylene ether), poly (o-
(Phenylenediamine), poly (phenol), polyxylenol; polymers of pyrazoloquinone vinyl monomers,
(A) to (c) such as a quinone-based vinyl polymer polycondensation compound such as a polymer of an isoalloxazine-based vinyl monomer
An organic compound containing a compound of (a) to (c), a low-polymerization polymer compound (oligomer) of compounds (a) to (c), or (a) to (c) is immobilized on a polymer compound such as a polyvinyl compound or a polyamide compound. Examples thereof include those having the redox reactivity. In the present specification, the term polymer includes both homopolymers and interpolymers such as copolymers.

本実施例において、叙上の酸化還元機能層を形成しうる
化合物を導電体層の表面に被着するためには、アミノ芳
香族化合物、ヒドロキシ芳香族化合物等を電解酸化重合
法または電解析出法によつて導電性炭素、貴金属等の導
電性基体上で合成した重合体あるいは電子線照射、光、
熱などの適用によつて合成した重合体を溶媒に溶解した
ものを、導電体層の表面に塗布または浸漬により被着す
る方法、真空下気相中で反応させ直接FETゲート絶縁
膜上に析出させ被着する方法、電解酸化重合法あるいは
光・熱・放射線等の照射により直接導電体層の表面に被
着する方法等を採ることができる。これらの方法の中で
は、特に電解酸化重合法により直接被着する方法が好ま
しい。
In this example, in order to deposit the compound capable of forming the above redox functional layer on the surface of the conductor layer, an amino aromatic compound, a hydroxy aromatic compound or the like is electrolytically oxidized or polymerized or electrolytically deposited. Polymer synthesized on conductive substrate such as conductive carbon or noble metal by the method or electron beam irradiation, light,
A method in which a polymer synthesized by applying heat or the like is dissolved in a solvent and applied to the surface of a conductor layer by coating or dipping, or by reacting in the gas phase under vacuum and directly depositing on the FET gate insulating film. It is possible to employ a method of depositing, a method of electrolytic oxidation polymerization or a method of directly depositing on the surface of the conductor layer by irradiation with light, heat, radiation or the like. Among these methods, the method of directly depositing by the electrolytic oxidative polymerization method is particularly preferable.

電解酸化重合法は、溶媒中で適当な支持電解質の存在
下、アミノ芳香族化合物、ヒドロキシ芳香族化合物等を
電解酸化重合させ導電体の表面に重合体層が被覆される
ことにより実施される。溶媒としては、例えばアセトニ
トリル、水、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキ
シド、プロピレンカーボネート等が、また支持電解質と
しては、例えば過塩素酸ナトリウム、硫酸、硫酸二ナト
リウム、リン酸、ホウ酸、テトラフルオロリン酸カリウ
ム、4級アンモニウム塩などが好適なものとして挙げら
れる。
The electrolytic oxidative polymerization method is carried out by electrolytically oxidatively polymerizing an aminoaromatic compound, a hydroxyaromatic compound and the like in a solvent in the presence of a suitable supporting electrolyte to coat the surface of a conductor with a polymer layer. As the solvent, for example, acetonitrile, water, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, propylene carbonate and the like, and as the supporting electrolyte, for example, sodium perchlorate, sulfuric acid, disodium sulfate, phosphoric acid, boric acid, potassium tetrafluorophosphate, Suitable examples include quaternary ammonium salts.

酸化還元機能層の膜厚は0.01μm〜0.5mm、特に
0.1〜10μmとなるようにするのが好ましい。0.
01μmより薄い場合には、本発明の効果を十分奏さ
ず、また0.5mmより厚くすることはセンサを小型化す
るうえで好ましくない。
The thickness of the redox functional layer is preferably 0.01 μm to 0.5 mm, and particularly preferably 0.1 to 10 μm. 0.
When the thickness is less than 01 μm, the effect of the present invention is not sufficiently exhibited, and when the thickness is more than 0.5 mm, it is not preferable for downsizing the sensor.

また、本実施例に使用される酸化還元機能層は、これに
電解質を含浸させて使用することができる。電解質とし
ては、例えばリン酸、リン酸水素二カリウム、過塩素酸
ナトリウム、硫酸、テトラフルオロホウ酸塩、テトラフ
エニルホウ酸塩等が挙げられる。酸化還元機能層に電解
質を含侵させるには、酸化還元機能層を導電体層の表面
に被覆したのち、これを電解質溶液に浸漬する方法が簡
便である。
Further, the redox functional layer used in this example can be used by impregnating it with an electrolyte. Examples of the electrolyte include phosphoric acid, dipotassium hydrogen phosphate, sodium perchlorate, sulfuric acid, tetrafluoroborate, and tetraphenylborate. In order to impregnate the redox functional layer with the electrolyte, it is convenient to coat the redox functional layer on the surface of the conductor layer and then immerse the surface in the electrolyte solution.

叙上の如くして導電体層に被覆された酸化還元機能層の
表面に重ねて被覆されるイオン選択性層としては、被検
イオンのイオンキヤリヤ物質及び必要により電解質塩を
高分子化合物に担持せしめた層(ニユートラルキヤリヤ
層)が使用される。イオンキヤリヤ物質としては、被検
イオンに応じて例えば次のものが使用される。
As described above, as the ion-selective layer that is overlaid on the surface of the redox functional layer that is coated on the conductor layer, the ion carrier substance of the test ion and, if necessary, the electrolyte salt may be supported on the polymer compound. Layer (Neutrarkyariya layer) is used. As the ion carrier substance, for example, the following substances are used according to the ions to be detected.

(i)カリウムイオン バリノマイシン;ノナクチン、モナクチン;ジシクロヘ
キシル−18−クラウン−6、ナフト−15−クラウン
−5、ビス(15−クラウン−5)等のクラウンエーテ
ル化合物等が挙げられ、就中、バリノマイシン、ビス
(15−クラウン−5)が好適である。
(I) Potassium ion valinomycin; nonactin, monactin; crown ether compounds such as dicyclohexyl-18-crown-6, naphth-15-crown-5, bis (15-crown-5) and the like, among which valinomycin, Bis (15-crown-5) is preferred.

(ii)ナトリウムイオン 芳香族系アミドもしくはジアミド類、脂肪族系アミドも
しくはジアミド類、クラウン化合物、例えばビス[(1
2−クラウン−4)メチル]ドデシルマロネート、N,
N,N,N−テトラプロピル−3,6−ジオキサネート
ジアミド、N,N,N′,N′−テトラベンジル−
1,2−エチレンオキシジアセトアミド、N,N′−ジ
ベンジル−N,N′−ジフエニル−1,2−フエニレン
ジアセトアミド、N,N′,N″−トリヘプチル−N,
N′,N″−トリメチル−4,4′,4″−プロピリジ
ントリス(3−オキサブチルアミド),3−メトキシ−
N,N,N,N−テトラプロピル−1,2−フエニレン
ジオキシジアセトアミド、(−)−(R,R)−4,5
−ジメチル−N,N,N,N−テトラプロピル−3,6
−ジオキサオクタン ジアミド、4−メチル−N,N,
N,N−テトラプロピル−3,6−ジオキサオクタン
ジアミド、N,N,N,N−テトラプロピル−1,2−
フエニレンジオキシジアセトアミド、N,N,N,N−
テトラプロピル、2,3−ナフタレンジオキシジアセト
アミド、4−t−ブチル−N,N,N,N−テトラプロ
ピル−1,2−シクロヒエキサンジオキシ−ジアセトア
ミド、シス−N,N,N,N−テトラプロピル−1,2
−シクロヘキサンジオキシアセトアミド、トランス−
N,N,N,N−テトラプロピル−1,2−シクロヘキ
サンジオイシジアセトアミド等が挙げられ、就中、ビス
[(12−クラウン−4)メチル]ドデシルマロネート
が好適に使用される。
(Ii) Sodium ion aromatic amides or diamides, aliphatic amides or diamides, crown compounds such as bis [(1
2-crown-4) methyl] dodecyl malonate, N,
N, N, N-tetrapropyl-3,6-dioxanate diamide, N, N, N ', N'-tetrabenzyl-
1,2-ethyleneoxydiacetamide, N, N'-dibenzyl-N, N'-diphenyl-1,2-phenylenediacetamide, N, N ', N "-triheptyl-N,
N ', N "-trimethyl-4,4', 4" -propyridine tris (3-oxabutyramide), 3-methoxy-
N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-phenylenedioxydiacetamide, (-)-(R, R) -4,5
-Dimethyl-N, N, N, N-tetrapropyl-3,6
-Dioxaoctane diamide, 4-methyl-N, N,
N, N-tetrapropyl-3,6-dioxaoctane
Diamide, N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-
Phenylenedioxy diacetamide, N, N, N, N-
Tetrapropyl, 2,3-naphthalenedioxydiacetamide, 4-t-butyl-N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-cyclohyexanedioxy-diacetamide, cis-N, N, N, N-tetrapropyl-1,2
-Cyclohexanedioxyacetamide, trans-
N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-cyclohexanedioicidiacetamide and the like can be mentioned. Among them, bis [(12-crown-4) methyl] dodecyl malonate is preferably used.

(iii)塩素イオン 次式 (式中、R,R,Rは各々同一若しくは異なつて
炭素数8〜18のアルキル基を、R10は水素または炭
素数1〜8のアルキル基を示す) で表わされる4級アンモニウムの塩及び次式 で表わされるトリフエニルスズクロライド等が挙げられ
る。
(Iii) Chloride ion (In the formula, R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and each represents an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms, and R 10 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms). Salt of And triphenyl tin chloride represented by the following.

(IV)カルシウムイオン カルシウム ビス[ジ−(n−オクチルフエニル)ホス
フエート],(−)−(R,R)−N,N′−ビス
[(11−エトキシカルボニル)ウンデシル]−N,
N′,4,5−テトラメチル−3,6−ジオキサオクタ
ン−ジアミド、カルシウムビス[ジ(n−デシル)ホス
フエート]等が好適なものとして挙げられる。
(IV) Calcium ion Calcium bis [di- (n-octylphenyl) phosphate], (-)-(R, R) -N, N'-bis [(11-ethoxycarbonyl) undecyl] -N,
Preferred examples include N ', 4,5-tetramethyl-3,6-dioxaoctane-diamide and calcium bis [di (n-decyl) phosphate].

(V)炭酸水素イオン 次式 (式中、R11,R12,R13は各々同一又は異なつ
て炭素数8〜18のアルキル基を、R14は水素原子又
は炭素数1〜4のアルキル基を、XはC,Br
又はOHを示す) で表わされる4級アンモニウム塩;次式 (式中、R15はフエニル基、水素原子又はメチル基
を、R16は水素原子又はメチル基を、R17は水素原
子、メチル基又はオクタデシル基を示す)で表わされる
3級アミン化合物;更に次式 で表わされる化合物等が挙げられる。
(V) Hydrogen carbonate ion (In the formula, R 11 , R 12 , and R 13 are the same or different and each represent an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms, R 14 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents C , Br
Or OH ); (In the formula, R 15 represents a phenyl group, a hydrogen atom or a methyl group, R 16 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 17 represents a hydrogen atom, a methyl group or an octadecyl group). The following formula And the like.

電解質塩としては、例えばナトリウムテトラキス(p−
クロロフエニル)ボレート、カリウムテトラキス(p−
クロロフエニル)ボレート、および次式 R18NBF (式中、R18はアルキル基、好ましくは炭素数2〜6
のアルキル基を示す) で表わされる化合物が挙げられる。
Examples of the electrolyte salt include sodium tetrakis (p-
Chlorophenyl) borate, potassium tetrakis (p-
Chlorophenyl) borate, and the following formula R 18 NBF 4 (in the formula, R 18 is an alkyl group, preferably having 2 to 6 carbon atoms).
Which represents an alkyl group of).

また、高分子化合物としては、例えば塩化ビニル樹脂、
塩化ビニル−エチレン共重合体、ポリエステル、ポリア
クリルアミド、ポリウレタンなどの有機高分子化合物お
よびシリコーン樹脂などの無機高分子化合物等を挙げる
ことができ、可塑剤が溶出しにくいものが使用される。
このような可塑剤としては、例えばセバシン酸ジオクチ
ルステル、アジピン酸ジオクチルエステル、マレイン酸
ジオクチルエステル、ジ−n−オクチルフエニルホスホ
ネート等が挙げられる。
Further, as the polymer compound, for example, vinyl chloride resin,
Examples thereof include organic polymer compounds such as vinyl chloride-ethylene copolymer, polyester, polyacrylamide and polyurethane, and inorganic polymer compounds such as silicone resin, and those in which the plasticizer is difficult to elute are used.
Examples of such a plasticizer include dioctyl stearate, dioctyl adipate, dioctyl maleate, di-n-octylphenyl phosphonate and the like.

このような組成のイオン選択性層がMOSFETのゲー
ト部の酸化還元機能層の表面に被覆するには、例えば担
体である高分子化合物100重量部に対して可塑剤を5
0〜500重量部、イオンキヤリヤ物質0.1ないし5
0重量部及び電解質塩等を溶媒(例えばテトラヒドロフ
ラン)に溶かした溶液をゲート絶縁膜上に厚さ0.1μ
m〜10mmになるように載せ常温ないしは加熱下乾燥す
る方法、あるいは該溶液にゲート絶縁膜を浸漬したのち
同様にして乾燥する方法を用いることができる。かくし
て被覆されるイオン選択性層の厚さは、1μm〜10mm
とするのが好ましい。実施例1 次の方法によりMOSFETのゲート絶縁層の表面に導
電性炭素膜を形成し、該膜の上に酸化還元機能層、更に
その上に水素イオン選択性層を形成してpH測定用ISF
ETセンサを作製した。その模式図を第1図及び第2図
に示す。第2図は第1図におけるA−A断面図である。
In order to coat the surface of the redox functional layer of the gate portion of the MOSFET with the ion-selective layer having such a composition, for example, 5 parts of a plasticizer is added to 100 parts by weight of a polymer compound as a carrier.
0 to 500 parts by weight, ion carrier substance 0.1 to 5
A solution of 0 parts by weight and an electrolyte salt in a solvent (for example, tetrahydrofuran) is formed on the gate insulating film to a thickness of 0.1 μm.
It is possible to use a method in which it is placed at a thickness of m to 10 mm and dried at room temperature or under heating, or a method in which the gate insulating film is immersed in the solution and then dried in the same manner. The thickness of the ion-selective layer thus coated is 1 μm to 10 mm.
Is preferred. Example 1 A conductive carbon film is formed on the surface of a gate insulating layer of a MOSFET by the following method, an oxidation-reduction functional layer is formed on the film, and a hydrogen ion selective layer is further formed on the conductive carbon film to form an ISF for pH measurement.
An ET sensor was produced. The schematic diagram is shown in FIG. 1 and FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.

(1)MOSFET MOSFETとしては、p型シリコンウエハー上にp型
Si−SiOゲート絶縁膜を重ねた構造を有するFE
T(いわゆる絶縁型FET)を用いた。このものは、p
型シリコンウエハー上にホロリングラフイを用いる一般
的プレーナー技術を利用して作製し、更にスパツタ法を
用いて窒化シリコンよりなる絶縁膜14を被覆したもの
である。
(1) MOSFET As a MOSFET, an FE having a structure in which a p-type Si-SiO 2 gate insulating film is stacked on a p-type silicon wafer.
T (so-called insulated FET) was used. This is p
It is manufactured by using a general planer technique using a Holorolin graphi on a mold type silicon wafer, and further coated with an insulating film 14 made of silicon nitride by using a sputtering method.

(2)導電体層 このようにして作製したMOSFETのゲート部絶縁膜
14の表面に、イオンビームスパツタ法を用いて導電性
炭素被膜(膜厚:2000Å)を導電層15として形成
した。
(2) Conductor Layer A conductive carbon film (film thickness: 2000Å) was formed as a conductive layer 15 on the surface of the gate insulating film 14 of the MOSFET thus manufactured by the ion beam sputtering method.

(3)酸化還元機能層 次にこの炭素被膜15の一端に金製の接触子により電気
的接触を取り、下記組成の電解液中、下記条件で電解酸
化を行うことによつて酸化還元膜16を被着した。な
お、電解にあたり、対向電極としては白金網を、基準電
極としては飽和塩化ナトリウム飽和カロメル電極(SS
CE)を用いた。
(3) Redox functional layer Next, one end of the carbon coating film 15 is electrically contacted with a gold contactor, and electrolytic oxidation is performed under the following conditions in an electrolytic solution having the following composition. I was wearing In the electrolysis, a platinum mesh is used as a counter electrode, and a saturated sodium chloride saturated calomel electrode (SS) is used as a reference electrode.
CE) was used.

(電解液) 0.5M 2,6−ジメチルフエノール 0.2M 過塩素酸ナトリウム 溶媒:アセトニトリル (電解条件) 0Vから1.5V対SSCEまで3回掃引(50mV/
秒)したのち、1.5V対SSCEで10分間定電位電
解(−20℃) このようにして、酸化還元機能層として、キノン−ヒド
ロキノン型酸化還元反応を行う重合体膜(膜厚:約1μ
m)を形成した。
(Electrolyte solution) 0.5M 2,6-Dimethylphenol 0.2M Sodium perchlorate Solvent: Acetonitrile (Electrolysis conditions) 3 sweeps from 0V to 1.5V vs SSCE (50 mV /
Second), and then 1.5 V vs. SSCE for 10 minutes at constant potential electrolysis (−20 ° C.). Thus, as a redox functional layer, a polymer film (thickness: about 1 μm) for performing a quinone-hydroquinone type redox reaction.
m) was formed.

(4)水素イオン選択性層 更に、酸化還元機能層16を被覆した電極に、下記組成
の水素イオンキヤリヤ組成物を塗布・乾燥することによ
り、水素イオンキヤリヤ膜(膜厚:0.4mm)を被覆し
た。
(4) Hydrogen ion selective layer Further, a hydrogen ion carrier film (film thickness: 0.4 mm) was coated on the electrode coated with the redox functional layer 16 by applying and drying a hydrogen ion carrier composition having the following composition. .

(水素イオンキヤリヤ組成物) トリドデシルアミン 2.0mg/mlカリウムテトラキス (p-クロロフエニル)ボレ-ト 1.2mg/ml (KTCPB,同仁化学製) ポリ塩化ビニル(PVC、 平均重合度Pn=1050 65.6mg/ml セバシン酸ジ(2-エチルヘキシル)(DOS) 131.2mg
/ml 溶媒:テトラヒドロフラン(THF) 実施例2 実施例1において、MOSFETの基板としてサフアイ
ヤ基板を用いた以外は実施例1と同様にしてpH測定用の
ISFETを作製した。そのゲート部の断面模式図を第
3図に示す。
(Hydrogen ion carrier composition) Tridodecylamine 2.0 mg / ml Potassium tetrakis (p-chlorophenyl) borate 1.2 mg / ml (KT p CPB, Dojindo) Polyvinyl chloride (PVC, average degree of polymerization P n = 1050 65.6) mg / ml Di (2-ethylhexyl) sebacate (DOS) 131.2mg
/ ml Solvent: Tetrahydrofuran (THF) Example 2 An ISFET for pH measurement was produced in the same manner as in Example 1 except that a sapphire substrate was used as the substrate of the MOSFET. A schematic sectional view of the gate portion is shown in FIG.

実施例3 実施例1において、MOSFETとして第4図及び第5
図に示す構造のいわゆる分離ゲートタイプのものを用い
た以外は実施例1と同様にしてpH測定用のISFETを
作製した。
Example 3 In Example 1, as a MOSFET, FIG. 4 and FIG.
An ISFET for pH measurement was produced in the same manner as in Example 1 except that a so-called separated gate type having the structure shown in the figure was used.

実施例4 実施例1において、水素イオンキヤリヤ組成物の代わり
に下記組成のカリウムイオンキヤリヤ組成物を用い、酸
化還元機能層の上にカリウムイオン選択性層(膜厚:
0.4mm)を被覆した以外は、実施例1と同様にしてカ
リウムイオン濃度測定用のISFETセンサを作製し
た。
Example 4 In Example 1, a potassium ion carrier composition having the following composition was used in place of the hydrogen ion carrier composition, and a potassium ion selective layer (film thickness:
An ISFET sensor for measuring potassium ion concentration was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ISFET sensor was coated with 0.4 mm).

(カリウムイオンキヤリヤ組成物) バリノマイシン 3.2mg/ml PVC 65.6mg/ml DOS 131.2mg/ml 溶媒:THF 試験例1 実施例1で作製したpH測定用のISFETセンサの特性
を、第6図に示す測定回路及び装置を用いて、SSCE
に対するセンサのソース電圧(VOUT)を測定するこ
とにより調べた。Voutの測定は、デイジタルボルト
メータ(TR6841、アドバンテスト社製)を用い
た。また、被検液としては、50mMリン酸塩緩衝溶液
を用いた。測定は、pH5〜9(37℃)の範囲で、被検
液を攪拌しながら、大気中、光照度一定の条件で行つ
た。
(Potassium Ion Carrier Composition) Valinomycin 3.2 mg / ml PVC 65.6 mg / ml DOS 131.2 mg / ml Solvent: THF Test Example 1 The characteristics of the ISFET sensor for pH measurement prepared in Example 1 are shown in FIG. Using the measurement circuit and equipment, SSCE
It was investigated by measuring the source voltage (VOUT) of the sensor for. For the measurement of Vout, a digital voltmeter (TR6841, manufactured by Advantest) was used. A 50 mM phosphate buffer solution was used as the test solution. The measurement was carried out in the atmosphere with constant light illuminance while stirring the test liquid in the range of pH 5 to 9 (37 ° C.).

pHに対する応答特性は、E=E−S・pH(Eは起電
力、Eは一定電位、Sは傾きを示す)で示されるネル
ンスト式に従う直線関係を示し、S=61mV/pH(3
7℃)であり、理論値に近い値が得られた。また、99
%応答は5秒以内であり、極めて応答が速いこと、光照
度を0〜10000ルクスの範囲で変化させてもVou
tは実験誤差(±1mV)以内で一定であることから、
光の影響を受けにくいことが明らかとなつた。
The response characteristic to pH shows a linear relationship according to the Nernst equation represented by E = E o −S · pH (E is an electromotive force, E o is a constant potential, and S is a slope), and S = 61 mV / pH (3
7 ° C.), and a value close to the theoretical value was obtained. Also, 99
% Response is within 5 seconds, extremely quick response, and Vou even if the light illuminance is changed in the range of 0 to 10000 lux.
Since t is constant within the experimental error (± 1 mV),
It became clear that it was not easily affected by light.

更に、このpHセンサの経時安定性を、上記と同様の測定
を40日間繰り返すことにより調べた。その結果を第7
図及び第8図に示す。なお、比較品としては、ゲート絶
縁層に水素イオンキヤリヤ膜を直接被着したものを用い
た。
Furthermore, the temporal stability of this pH sensor was examined by repeating the same measurement as above for 40 days. The result is No. 7
It is shown in FIGS. As the comparative product, a gate insulating layer directly coated with a hydrogen ion carrier film was used.

第7図及び第8図に示す如く、本実施例のセンサは、1
ケ月以上の間センサ特性に変化は見られず安定であるの
に対し、比較品は極めて不安定であつた。
As shown in FIGS. 7 and 8, the sensor of this embodiment is
The sensor characteristics were stable for more than a month and were stable, while the comparative product was extremely unstable.

試験例2 実施例2及び3で得られたISFETについて、試験例
1と同様の測定を行つたところ、上記試験例1と同様の
結果が得られた。
Test Example 2 When the ISFETs obtained in Examples 2 and 3 were measured in the same manner as in Test Example 1, the same results as in Test Example 1 were obtained.

試験例3 実施例4で得られたカリウムイオン濃度測定用のISF
ETの応答特性を試験例1と同様にして調べた。
Test Example 3 ISF for measuring potassium ion concentration obtained in Example 4
The response characteristics of ET were examined in the same manner as in Test Example 1.

Voutとカリウムイオン濃度の対数値は10−4〜5
×10−1Mの範囲で極めて良い直線関係を示し、その
直線の傾きは60mV/og[K]であつた。ま
た、応答速度は95%応答が1秒以内と極めて速いこ
と、光照度の変化を受け難いこと、及び特性が1ケ月以
上安定なことが分つた。
The logarithmic value of Vout and potassium ion concentration is 10 −4 to 5
A very good linear relationship was shown in the range of × 10 -1 M, and the inclination of the straight line was 60 mV / og [K + ]. In addition, it was found that the response speed was 95%, that is, the response was extremely fast within 1 second, it was difficult to receive the change of the light illuminance, and the characteristics were stable for 1 month or more.

実施例5〜10 実施例1において、水素イオンキヤリヤ組成物の代わり
に第1表に示すイオンキヤリヤ組成物を用い、酸化還元
機能層の上にイオン選択性層(膜厚:0.3mm)を被覆
した以外は、実施例1と同様にして第1表に示すイオン
濃度測定用のISFETを作製した。
Examples 5 to 10 In Example 1, the ion carrier composition shown in Table 1 was used in place of the hydrogen ion carrier composition, and an ion selective layer (film thickness: 0.3 mm) was coated on the redox functional layer. Except for the above, in the same manner as in Example 1, the ISFET for ion concentration measurement shown in Table 1 was produced.

Bis-12-Crown-4:ビス[(12-−クラウン-4)メチル]ドデ
シルマロネート (同仁化学社製) TPSnCl:トリフエニル錫クロライド (Aldrich社製) TDDA-Cl:トリドデシルアンモニウムクロライド Ca(DOPO)2:カルシウム ビス[ジ-(n-オクチルフエニ
ル)ホスフエート] (同仁化学社製) DOPO:ジ-(n-オクチルフエニル)ホスフエート (同仁化学社製) DHDMBA:N,N′−ジヘプチル-N,N′-ジメチル1、4-ブタン
ジアミド (FluKa社製) 実施例11 実施例1において、導電性炭素被膜の代わりに導電性酸
化イリジウム被膜(膜厚:2000Å)を導電層15と
して形成した以外は、実施例1と同様にしてpH測定用の
ISFETセンサを作製した。
Bis-12-Crown-4: Bis [(12--crown-4) methyl] dodecyl malonate (manufactured by Dojindo Co., Ltd.) TPSnCl: triphenyl tin chloride (manufactured by Aldrich) TDDA-Cl: tridodecyl ammonium chloride Ca (DOPO) ) 2 : Calcium bis [di- (n-octylphenyl) phosphate] (manufactured by Dojindo) DOPO: Di- (n-octylphenyl) phosphate (manufactured by Dojindo) DHDMBA: N, N′-diheptyl- N, N′-dimethyl 1,4-butanediamide (manufactured by FluKa) Example 11 In Example 1, except that a conductive iridium oxide coating (film thickness: 2000Å) was formed as the conductive layer 15 instead of the conductive carbon coating. In the same manner as in Example 1, an ISFET sensor for pH measurement was manufactured.

実施例12 実施例11において、MOSFETの基板としてサフア
イア基板を用いた以外は実施例11と同様にしてpH測定
用のISFETを作成した。そのゲート部の断面摸式図
を第5図に示す。
Example 12 An ISFET for pH measurement was prepared in the same manner as in Example 11 except that a sapphire substrate was used as the MOSFET substrate. A schematic sectional view of the gate portion is shown in FIG.

実施例13 実施例11において、MOSFETとして第6図及び第
7図に示す構造のいわゆる分離ゲートタイプのものを用
いた以外は実施例11と同様にしてpH測定用のISFE
Tを作成した。
Example 13 ISFE for pH measurement was performed in the same manner as in Example 11 except that a MOSFET of the so-called separated gate type having the structure shown in FIGS. 6 and 7 was used as the MOSFET.
Created T.

実施例14 実施例11において、水素イオンキヤリヤ組成物の代わ
りに下記組成のカリウムイオンキヤリヤ組成物を用い、
酸化還元膜の上にカリウムイオン選択性層(膜厚:0.
4mm)を被覆した以外は、実施例11と同様にしてカリ
ムイオン濃度測定用のISFETセンサを作製した。
Example 14 In Example 11, a potassium ion carrier composition having the following composition was used in place of the hydrogen ion carrier composition,
A potassium ion selective layer (film thickness: 0.
An ISFET sensor for measuring kalim ion concentration was produced in the same manner as in Example 11 except that the ISFET sensor was coated with 4 mm).

(カリウムイオンキヤリヤ組成物) バリノマイシン 3.2mg/ml PVC 65.6mg/ml DOS 131.2mg/ml 溶媒:THF 試験例11 実施例11で作成したpH測定用のISFETセンサの特
性を第6図に示す測定回路及び装置を用いて、SSCE
に対するセンサのソース電圧(Vout)を測定するこ
とにより調べた。Voutの測定は、デイジタルボルト
メータ(TR6841、アドバンステスト社製)を用い
た。また、被検液としては、50mMリン酸塩緩衝溶液
を用いた。測定は、pH5〜9(37℃)の範囲で、被検
液を攪拌しながら、大気中、光照度一定の条件で行つ
た。
(Potassium ion carrier composition) Valinomycin 3.2 mg / ml PVC 65.6 mg / ml DOS 131.2 mg / ml Solvent: THF Test Example 11 The characteristics of the ISFET sensor for pH measurement prepared in Example 11 are shown in FIG. Using circuits and devices, SSCE
It was investigated by measuring the source voltage (Vout) of the sensor for. For the measurement of Vout, a digital voltmeter (TR6841, manufactured by Advance Test Co.) was used. A 50 mM phosphate buffer solution was used as the test solution. The measurement was carried out in the atmosphere with constant light illuminance while stirring the test liquid in the range of pH 5 to 9 (37 ° C.).

第9図に示すように、pHに対する応答特性は、E=E
−S・pH(Eは起電力、Eは一定電位、Sは傾きを示
す)で示されるネルンスト式に従う直線関係を示し、S
=61mV/pH(37℃)であり、理論値に近い値が得
られた。また、99%応答は5秒以内であり、極めて応
答が速いこと、光照度を0〜10000ルクスの範囲で
変化させてもVoutは実験誤差(±1mV)以内で一
定であることから、光の影響を受けにくいことが明らか
となつた。
As shown in FIG. 9, the response characteristic to pH is E = E o
-S · pH (E is an electromotive force, E o is a constant potential, S is a slope) shows a linear relationship according to the Nernst equation, S
= 61 mV / pH (37 ° C), which was close to the theoretical value. In addition, the 99% response is within 5 seconds, the response is extremely fast, and Vout is constant within the experimental error (± 1 mV) even when the light illuminance is changed in the range of 0 to 10000 lux, so the influence of light It became clear that it was hard to receive.

更に、このpHセンサの計時安定性を、上記と同様の測定
を40日間繰り返すことにより調べた。その結果を本実
施例のセンサは1ケ月以上の間センサ特性に変化は見ら
れず安定であつた。
Furthermore, the time stability of this pH sensor was examined by repeating the same measurement as above for 40 days. As a result, the sensor of this example was stable for one month or more without any change in the sensor characteristics.

試験例12 実施例12及び13で得られたISFETについて、試
験例11と同様の測定を行つたところ、上記試験例と同
様の測定を行つたところ、上記試験例11と同様の結果
が得られた。
Test Example 12 With respect to the ISFETs obtained in Examples 12 and 13, the same measurement as that of Test Example 11 was performed. When the same measurement as that of the above Test Example was performed, the same result as that of the above Test Example 11 was obtained. It was

試験例13 実施例14で得られたカリウムイオン濃度測定用のIS
FETの応答特性を試験例11と同様にして調べた。
Test Example 13 IS for measuring potassium ion concentration obtained in Example 14
The response characteristics of the FET were examined in the same manner as in Test Example 11.

第10図に示すように、Voutとカリウムイオン濃度
の対数値は、10−4〜5×10−1Mの範囲で極めて
良い直線関係を示し、その直線の傾きは60mV/o
g[K]であつた。また、応答速度は95%応答が1
秒以内と極めて速いこと、光照度の変化を受け難いこ
と、及び特性が1ケ月以上安定なことが分つた。
As shown in FIG. 10, the logarithmic value of Vout and potassium ion concentration shows a very good linear relationship in the range of 10 −4 to 5 × 10 −1 M, and the slope of the straight line is 60 mV / o.
It was g [K + ]. The response speed is 95% and the response is 1
It was found that it was extremely fast within seconds, was not easily affected by changes in light illuminance, and had stable characteristics for 1 month or longer.

実施例15〜18及び試験例15〜18 実施例11において、導電体層として、酸化イリジウム
の代わりに、白金,パラジウム,酸化インジウム,銀を
用いた以外は実施例11と同様にしてpH測定用のISF
ETを作成し、試験例11と同様の測定を行つたとこ
ろ、上記試験例11と同様の結果が得られた。
Examples 15-18 and Test Examples 15-18 For measuring pH in the same manner as in Example 11 except that platinum, palladium, indium oxide, and silver were used as the conductor layer instead of iridium oxide. ISF
When ET was prepared and the same measurement as in Test Example 11 was performed, the same result as in Test Example 11 was obtained.

[発明の効果] 本発明のイオン選択性FETセンサは、MOSFETの
ゲート絶縁層の表面に導電体層を設け、その上にイオン
選択性層を2,6−キシレノール(2,6−ジメチルフ
エノール)を含む電解液を電解酸化重合した酸化還元機
能層を介して被覆した構成であるため、これらの層の密
着性・耐久性がよくしかも光の影響を受け難いため、電
位ドリフトが極めて小さく安定性に優れている。
[Advantages of the Invention] In the ion-selective FET sensor of the present invention, a conductor layer is provided on the surface of a gate insulating layer of a MOSFET, and an ion-selective layer is formed thereon with 2,6-xylenol (2,6-dimethylphenol). Since the electrolyte is coated with a redox functional layer that is electro-oxidatively polymerized, the adhesion and durability of these layers are good and they are not easily affected by light. Is excellent.

また、MOSFETは高入力インピーダンスであるた
め、本発明のイオン選択性FETセンサは高抵抗率のイ
オン選択性層を被覆しても安定に動作し、またその増幅
作用を利用できるため、小型にもかかわらず応答速度が
速く実用上有利に使用できるものである。
Further, since the MOSFET has a high input impedance, the ion-selective FET sensor of the present invention operates stably even if it is coated with a high-resistivity ion-selective layer, and since its amplifying action can be utilized, it can be made compact. Nevertheless, it has a fast response speed and can be practically used advantageously.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は実施例1で作製されたpH測定用のISFETセ
ンサの概略図、 第2図は第1図のISFETセンサのゲート部A−A断
面図、 第3図は実施例2及び実施例12で作製されたpH測定用
のISFETセンサのゲート部断面図、 第4図は実施例3及び実施例13で作製されたpH測定用
のISFETセンサの概略図、 第5図は第4図のISFETセンサのC−C断面図、 第6図は本実施例のISFETセンサによりpHを測定す
るためのセルと基準電極に対するソース電圧(Vou
t)を測定するための回路を示す概略説明図、 第7図及び第8図は本実施例のISFETセンサと比較
品の夫々Vout及びネルンストプロツトの傾きSの経
時変化を示す図、 第9図は実施例11で作製されたpH測定用のISFET
センサの試験例11の結果を示す図、 第10図は実施例14で作製されたカリウムイオン測定
用のISFETセンサの試験例13の結果を示す図であ
る。 図中、10……ゲート、11……ドレイン、12……ソ
ース、13……酸化膜、14……絶縁膜、15……導電
層、16……酸化還元機能層、17……イオン反応膜、
18……シリコン基板、19……SOS基板、20……
p型シリコーン、21……絶縁体、22……ISFE
T、23……基準電極、24……攪拌子、25……Vo
utである。
FIG. 1 is a schematic view of an ISFET sensor for pH measurement produced in Example 1, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of the ISFET sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is Example 2 and Example. 12 is a sectional view of the gate portion of the pH-measurement ISFET sensor manufactured in 12, FIG. 4 is a schematic view of the pH-measurement ISFET sensor manufactured in Examples 3 and 13, and FIG. 5 is a graph of FIG. 6 is a sectional view taken along line CC of the ISFET sensor, and FIG. 6 shows a source voltage (Vou) for a cell and a reference electrode for measuring pH by the ISFET sensor of this embodiment.
7 is a schematic explanatory view showing a circuit for measuring t), and FIGS. 7 and 8 are views showing changes with time of Vout and the slope S of the Nernst plot of the ISFET sensor of this embodiment and the comparative product, respectively. The figure shows the ISFET for pH measurement manufactured in Example 11.
FIG. 10 is a diagram showing the results of Test Example 11 of the sensor, and FIG. 10 is a diagram showing the results of Test Example 13 of the ISFET sensor for measuring potassium ions prepared in Example 14. In the figure, 10 ... Gate, 11 ... Drain, 12 ... Source, 13 ... Oxide film, 14 ... Insulating film, 15 ... Conductive layer, 16 ... Redox functional layer, 17 ... Ion reaction film ,
18 ... Silicon substrate, 19 ... SOS substrate, 20 ...
p-type silicone, 21 ... Insulator, 22 ... ISFE
T, 23 ... Reference electrode, 24 ... Stirrer, 25 ... Vo
ut.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−176662(JP,A) 特開 昭60−202347(JP,A) 特開 昭60−14159(JP,A) 特開 昭52−142584(JP,A) 日本化学会誌,1984年,NO.11,P. 1801〜1808Continuation of the front page (56) Reference JP-A-59-176662 (JP, A) JP-A-60-202347 (JP, A) JP-A-60-14159 (JP, A) JP-A-52-142584 (JP , A) Journal of the Chemical Society of Japan, 1984, NO. 11, P. 1801-1808

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】MOSFETと、 該MOSFETのゲート部絶縁層の表面に被着された導
電体層と、 2,6−キシレノール(2,6−ジメチルフエノール)
を含む電解液を電解酸化重合して該導電体層の表面に被
着された、酸化還元機能を有する酸化還元機能層と、 該酸化還元機能層の表面に被着されたイオン選択性を示
すイオン選択性層とからなることを特徴とするイオン選
択性FETセンサ。
1. A MOSFET, a conductor layer deposited on a surface of a gate insulating layer of the MOSFET, and 2,6-xylenol (2,6-dimethylphenol).
And a redox functional layer having a redox function, which is deposited on the surface of the conductor layer by electrolytically oxidatively polymerizing an electrolytic solution containing a, and an ion selectivity deposited on the surface of the redox functional layer. An ion-selective FET sensor comprising an ion-selective layer.
【請求項2】イオン選択性層がイオンキヤリヤ物質を担
持せしめた高分子膜であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のイオン選択性FETセンサ。
2. The ion-selective FET sensor according to claim 1, wherein the ion-selective layer is a polymer film supporting an ion carrier substance.
JP61290492A 1986-02-14 1986-12-08 Ion-selective FET sensor Expired - Lifetime JPH0668481B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019880700944A KR900005620B1 (en) 1986-12-08 1987-12-08 Ion - selective fet sensor
EP19870907990 EP0333861A4 (en) 1986-12-08 1987-12-08 Ion-selective fet sensor
PCT/JP1987/000951 WO1988004424A1 (en) 1986-12-08 1987-12-08 Ion-selective fet sensor
DK442588A DK442588D0 (en) 1986-12-08 1988-08-08 ION SELECTIVE FAT SENSOR FOR POTENTIOMETRIC ION CONCENTRATION MEASUREMENT

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61-30394 1986-02-14
JP3039486 1986-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62276452A JPS62276452A (en) 1987-12-01
JPH0668481B2 true JPH0668481B2 (en) 1994-08-31

Family

ID=12302709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61290492A Expired - Lifetime JPH0668481B2 (en) 1986-02-14 1986-12-08 Ion-selective FET sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0668481B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63265153A (en) * 1986-12-10 1988-11-01 Terumo Corp Ion carrier film and ion sensor provided with said ion carrier film
JP5162413B2 (en) * 2008-10-30 2013-03-13 株式会社インテリジェントセンサーテクノロジー Taste sensor
GB2501769A (en) * 2012-05-04 2013-11-06 Schlumberger Holdings Electrochemical sensor for pH measurement

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2722617C2 (en) * 1976-05-19 1983-10-20 Eastman Kodak Co., 14650 Rochester, N.Y. Ion selective electrode and use of the same
JPS59176662A (en) * 1983-03-25 1984-10-06 Sumitomo Electric Ind Ltd semiconductor sensor
JPS6014159A (en) * 1983-07-05 1985-01-24 Seiko Instr & Electronics Ltd Ion sensor
JPS60202347A (en) * 1984-03-27 1985-10-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Field effect type semiconductor sensor
JPH0433202Y2 (en) * 1985-10-17 1992-08-10

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
日本化学会誌,1984年,NO.11,P.1801〜1808

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62276452A (en) 1987-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR900004691B1 (en) Ion Selective FET Sensors
KR890002940B1 (en) Ion sensor
KR900004692B1 (en) Ion sensor
US4773970A (en) Ion-sensitive electrochemical sensor and method of determining ion concentrations
US5139626A (en) Ion concentration measurement method
JPH0668481B2 (en) Ion-selective FET sensor
US5190636A (en) Ion-sensitive film, method of producing the same and ion sensor
KR900005620B1 (en) Ion - selective fet sensor
KR910002090B1 (en) Ionic concentration measurement method
JPS61251764A (en) Ph sensor
JPH0795060B2 (en) Ion-selective FET sensor-
JPS61194343A (en) Ph sensor
JPH01263550A (en) Ion sensor
JPS61213662A (en) Ph sensor
JPH0641929B2 (en) Ion sensor
JPS6252449A (en) Calcium ion sensor
JPH0376863B2 (en)
JPH0375064B2 (en)
JPS5832155A (en) Ion sensor
JPH0376861B2 (en)
JPH0743342B2 (en) Lithium ion sensor
JPS61270653A (en) Ion selective field effect transistor electrode
JPH0362225B2 (en)
JPH0422465B2 (en)
JPS6275347A (en) Ph measurement