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公開番号2025138271
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2024037269
出願日2024-03-11
発明の名称センサ素子及びその製造方法並びにセンサアレイ
出願人株式会社リコー
代理人個人,個人
主分類G01N 27/414 20060101AFI20250917BHJP(測定;試験)
要約【課題】センサ特性を向上させることが可能なセンサ素子を提供する。
【解決手段】センサ素子は、基材11と、前記基材11上に設けられたチャネル層14と、前記基材11上に設けられ、前記チャネル層14に電気的に接続する第1電極16と、前記基材11上に設けられ、前記チャネル層14に電気的に接続する第2電極18と、前記基材11上に設けられたゲート電極24と、前記チャネル層14上に設けられ、標的物質を捕捉可能な受容層26と、前記基材11上において、前記チャネル層14と前記ゲート電極24とを仕切る仕切り部30と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基材と、
前記基材上に設けられたチャネル層と、
前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第１電極と、
前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第２電極と、
前記基材上に設けられたゲート電極と、
前記チャネル層上に設けられ、標的物質を捕捉可能な受容層と、
前記基材上において、前記チャネル層と前記ゲート電極とを仕切る仕切り部と、
を備える、センサ素子。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記基材上において、前記チャネル層及び前記ゲート電極を囲むダム部を備え、
前記仕切り部と前記ダム部とは、前記基材の厚さ方向から見て、前記チャネル層を含む領域と前記ゲート電極を含む領域とを形成し、
前記仕切り部の少なくとも一部の高さは前記ダム部の高さより低い、
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記ダム部内において、前記仕切り部により仕切られた前記チャネル層を含む空間と前記ゲート電極を含む空間とを遮断可能な遮断部を備える、請求項２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記仕切り部の少なくとも一部を開閉可能な開閉部を備える、請求項２に記載のセンサ素子。
【請求項５】
請求項１に記載のセンサ素子を複数備える、センサアレイ。
【請求項６】
前記基材上に設けられ、前記複数のセンサ素子を囲み、前記仕切り部の高さより高い高さを有するダム部を備え、
前記複数のセンサ素子のチャネル層のうち同じ種類の受容層を有する少なくとも２つのチャネル層の間は、仕切り部により仕切られていない、
請求項５に記載のセンサアレイ。
【請求項７】
前記基材上に設けられ、前記複数のセンサ素子を囲み、前記仕切り部の高さより高い高さを有するダム部と、
前記基材上に設けられ、前記仕切り部の高さより高くかつ前記ダム部の高さより低い高さを有する第２仕切り部と、
を備え、
前記複数のセンサ素子は、第１センサ素子と、前記第１センサ素子と異なる種類の受容層を有する第２センサ素子と、を含み、
前記第２仕切り部は、前記第１センサ素子のチャネル層及びゲート電極と、前記第２センサ素子のチャネル層及びゲート電極と、を仕切る、
請求項５に記載のセンサアレイ。
【請求項８】
前記基材上に設けられ、前記複数のセンサ素子を囲み、前記仕切り部の高さより高い高さを有するダム部と、
前記基材上に設けられ、前記仕切り部の高さより高い高さを有する第２仕切り部と、
を備え、
前記複数のセンサ素子は、第１センサ素子と、前記第１センサ素子と同じ種類の受容層を有する第２センサ素子と、を含み、
前記第２仕切り部は、前記第１センサ素子のチャネル層と前記第２センサ素子のチャネル層とを仕切る、
請求項５に記載のセンサアレイ。
【請求項９】
前記複数のセンサ素子のうち少なくとも２つのセンサ素子における前記ゲート電極は共通に設けられている、請求項５から８のいずれか一項に記載のセンサアレイ。
【請求項１０】
基材と、前記基材上に設けられたチャネル層と、前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第１電極と、前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第２電極と、前記基材上に設けられたゲート電極と、を備えるトランジスタを準備する工程と、
前記チャネル層上に、標的物質を捕捉可能な受容層となる材料を含む溶液を接触させて、前記ゲート電極上に前記溶液を接触させずに、前記チャネル層上に前記受容層を形成す工程と、
を含む、センサ素子の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子及びその製造方法並びにセンサアレイに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
バイオセンサなどに用いられるセンサ素子として、グラフェンなどの原子層状のチャネル層を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）が知られている。
【０００３】
センサ素子では、標的物質が、チャネル層上に設けられた受容層に補足されると、チャネル層の電位が変化する。そこで、チャネル層を流れる電流に基づき、標的物質の検出が可能となる。チャネル層に電気的に接続された電極下に凹凸を設けることが知られている（例えば特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受容層をチャネル層上に形成するときに、ゲート電極の表面に受容層の材料の一部が付着すると、チャネル層のゲート電位が不均一になることがある。また、繰り返しの測定においてセンサ特性が劣化する、または、センサ特性が経時的に変化することがある。このように、センサ特性が劣化する。
【０００５】
本開示は、センサ特性を向上させることが可能なセンサ素子及びその製造方法並びにセンサアレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態によれば、センサ素子は、基材と、前記基材上に設けられたチャネル層と、前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第１電極と、前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第２電極と、前記基材上に設けられたゲート電極と、前記チャネル層上に設けられ、標的物質を捕捉可能な受容層と、前記基材上において、前記チャネル層と前記ゲート電極とを仕切る仕切り部と、を備える。
【０００７】
本開示の実施形態によれば、センサ素子の製造方法は、基材と、前記基材上に設けられたチャネル層と、前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第１電極と、前記基材上に設けられ、前記チャネル層に電気的に接続する第２電極と、前記基材上に設けられたゲート電極と、を備えるトランジスタを準備する工程と、前記チャネル層上に、標的物質を捕捉可能な受容層となる材料を含む溶液を接触させて、前記ゲート電極上に前記溶液を接触させずに、前記チャネル層上に前記受容層を形成す工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、センサ特性を向上させることが可能なセンサ素子及びその製造方法並びにセンサアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図、図１（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子の使用状態を示す断面図、図１（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子の平面図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子の製造方法及び使用方法を示すフローチャートである。
図３は、本発明の第１実施形態の変形例１に係るセンサ素子の断面図である。
図４（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例２に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図、図４（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例２に係るセンサ素子の使用状態を示す断面図、図４（ｃ）は、本発明の第１実施形態の変形例２に係るセンサ素子の平面図である。
図５（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例３に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図、図５（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例３に係るセンサ素子の使用状態を示す断面図である。
図６（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例４に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図、図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例４に係るセンサ素子の使用状態を示す断面図である。
図７（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例５に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図、図７（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例５に係るセンサ素子の使用状態を示す断面図である。
図８（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るセンサ素子の使用状態を示す断面図、図８（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るセンサ素子の製造方法を示す断面図である。
図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサ素子の製造方法及び使用方法を示すフローチャートである。
図１０（ａ）は、本発明の第２実施形態の変形例１に係るセンサ素子の製造方法を示す断面図、図１０（ｂ）は、本発明の第２実施形態の変形例１における使用状態を示す断面図である。
図１１（ａ）は、本発明の第２実施形態の変形例２に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図である。図１１（ｂ）は、本発明の第２実施形態の変形例３に係るセンサ素子の製造工程を示す断面図である。
図１２（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るセンサアレイの製造工程を示す断面図、図１２（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係るセンサアレイの使用状態を示す断面図である。
図１３は、本発明の第３実施形態の変形例１に係るセンサアレイを示す平面図である。
図１４は、本発明の第３実施形態の変形例２に係るセンサアレイを示す平面図である。
図１５は、本発明の第３実施形態の変形例３に係るセンサアレイを示す平面図である。
図１６は、本発明の第３実施形態の変形例４に係るセンサアレイを示す平面図である。
図１７は、本発明の第３実施形態の変形例５に係るセンサアレイを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。下記の実施形態は、発明の技術思想を具体化するための例示であり、本発明を記載された構成や数値に限定するものではない。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する場合がある。各図面が示す各部材の大きさ、位置関係等は、発明の理解を容易にするために誇張して描かれている場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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