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JP2013076656A - Transparent biosensor - Google Patents

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JP2013076656A
JP2013076656A JP2011217282A JP2011217282A JP2013076656A JP 2013076656 A JP2013076656 A JP 2013076656A JP 2011217282 A JP2011217282 A JP 2011217282A JP 2011217282 A JP2011217282 A JP 2011217282A JP 2013076656 A JP2013076656 A JP 2013076656A
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JP
Japan
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transparent
film
oxide semiconductor
electrode
semiconductor film
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Withdrawn
Application number
JP2011217282A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Higuchi
樋口  拓也
Toru Miyoshi
徹 三好
Shohei Okumura
昌平 奥村
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.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transparent biosensor capable of accurately acquiring signal information of an organism-related substance when acquiring the signal information simultaneously with microscopic observation by using the biosensor including a TFT.SOLUTION: The transparent biosensor includes a transparent base material 1, and a transparent thin film transistor element part A and a transparent organism-related substance sensitive part B which are formed on the transparent base material 1 and is configured so that a gate electrode 2 included in the thin film transistor element part A has an ultraviolet protection function against an oxide semiconductor film 4 composing the thin film transistor element part A. The gate electrode 2 is configured so as to be any one of a transparent electrode (i) including an ultraviolet protection material, a transparent electrode (ii) composed of the ultraviolet protection material and a transparent electrode (iii) having a band gap smaller than a band gap of the oxide semiconductor film.

Description

本発明は、透明バイオセンサに関し、さらに詳しくは、顕微鏡観察と同時に生体関連物質の信号情報を取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる透明バイオセンサに関する。   The present invention relates to a transparent biosensor, and more particularly, to a transparent biosensor that can accurately acquire signal information when acquiring signal information of a biological substance simultaneously with microscopic observation.

生物はμmオーダーの細胞から構成されており、その細胞はタンパク質、脂質又は核酸等のnmオーダーの構造の集合体である。一方、半導体加工技術の微細加工もnmオーダーであり、細胞の大きさと同程度である。こうした半導体加工技術で作製された素子を生物のナノ構造に対して適用することにより、例えば細胞の機能発現を制御したり、タンパク質や核酸等の生体分子情報を取得したりすることが可能になり、現在多方面で研究されている(非特許文献1)。   Living organisms are composed of cells of the order of μm, and the cells are aggregates of nm-order structures such as proteins, lipids or nucleic acids. On the other hand, the fine processing of the semiconductor processing technology is also on the order of nm, which is about the same as the cell size. By applying elements fabricated using such semiconductor processing technology to biological nanostructures, it becomes possible to control the functional expression of cells and acquire biomolecular information such as proteins and nucleic acids, for example. Currently, it is being studied in various fields (Non-Patent Document 1).

特に、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、又は、食品若しくは環境モニタ等の目的で、DNA、糖鎖又はタンパク質等の生体関連物質を検査する種々の方法が開発されており、生体分子(biomolecule)から電気的な信号情報を取得するバイオセンサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とMEMS(Micro Electro Mechanical System)との接続が容易であるという観点から、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)を使用して生物学的な反応を検出するバイオセンサについて、多くの研究がなされている。   In particular, various methods for inspecting biologically related substances such as DNA, sugar chains or proteins have been developed for the purposes of disease diagnosis, detection of individual differences in drug metabolism, or food or environmental monitoring. Research on biosensors that acquire electrical signal information from (biomolecules) is advancing. In recent years, field effect transistors (FETs) have been used for biological purposes from the viewpoint of fast electrical signal conversion and easy connection between integrated circuits and MEMS (Micro Electro Mechanical System). Many studies have been conducted on biosensors that detect sensitive reactions.

FETを用いたバイオセンサは、MOSFETからゲート電極を除き、絶縁膜上に感応膜を被着した構造を有しており、「ISFET(Ion Sensitive FET)」と呼ばれている。そして、感応膜上に酸化還元酵素、各種タンパク質、DNA、抗原又は抗体等を載置することによって、各種バイオセンサとして機能できるようになっている(特許文献1,2)。具体的には、バイオセンサに用いられるFETは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜を形成し、ソース電極とドレイン電極と間のゲート絶縁膜の表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、DNAプローブとアルカンチオールが載置されている。   A biosensor using an FET has a structure in which a gate electrode is removed from a MOSFET and a sensitive film is deposited on an insulating film, and is called “ISFET (Ion Sensitive FET)”. And it can function as various biosensors by placing an oxidoreductase, various proteins, DNA, antigen or antibody on the sensitive membrane (Patent Documents 1 and 2). Specifically, an FET used in a biosensor has a source electrode, a drain electrode, and a gate insulating film formed on the surface of a silicon substrate, and a metal electrode on the surface of the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode. ing. A DNA probe and alkanethiol are placed on the surface of the metal electrode.

ところで、近年、酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(以下「TFT」ともいう。)の研究が活発に行われている。特許文献3では、In、Ga及びZnからなる酸化物(「IGZO」と略す。)の多結晶膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案され、非特許文献2と特許文献4では、IGZOの非晶質膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案されている。これらのIGZOを半導体膜に用いた薄膜トランジスタは、室温での低温成膜が可能であり、プラスチック基板等の非耐熱性基板に熱ダメージを与えることなく形成できるとされている。このIGZO系の酸化物半導体は、可視光に対する透過率が高い透明材料であるとともに、ITO等の従来公知の透明導電材料をゲート電極、ソース電極又はドレイン電極とした場合であっても良好な電気的な接触特性が得られることから、透明材料のみを用いた透明な薄膜トランジスタも検討されている。   In recent years, research on thin film transistors (hereinafter also referred to as “TFTs”) using an oxide semiconductor film has been actively conducted. Patent Document 3 proposes an example in which a polycrystalline film of an oxide made of In, Ga, and Zn (abbreviated as “IGZO”) is used as a semiconductor film of a thin film transistor. In Non-Patent Document 2 and Patent Document 4, IGZO is proposed. An example in which the amorphous film is used as a semiconductor film of a thin film transistor has been proposed. Thin film transistors using these IGZO as semiconductor films can be formed at a low temperature at room temperature, and can be formed without causing thermal damage to a non-heat resistant substrate such as a plastic substrate. This IGZO-based oxide semiconductor is a transparent material having a high transmittance to visible light, and also has a good electrical property even when a conventionally known transparent conductive material such as ITO is used as a gate electrode, a source electrode, or a drain electrode. Since transparent contact characteristics can be obtained, a transparent thin film transistor using only a transparent material has been studied.

松元亮、宮原裕二、「バイオセンサの現状と今後の課題」、応用物理、第80巻、第3号、p.205-210(2011).Ryo Matsumoto and Yuji Miyahara, `` Current status of biosensors and future issues '', Applied Physics, Vol. 80, No. 3, p.205-210 (2011). K.Nomura et.al., Nature, vol.432, p.488-492(2004)K. Nomura et.al., Nature, vol.432, p.488-492 (2004)

特開2002−296228号公報JP 2002-296228 A 特開2007−108160号公報JP 2007-108160 A 特開2004−103957号公報JP 2004-103957 A 特表2005−088726号公報JP 2005-088726 A 特開2011−009293号公報JP 2011-009293 A

TFTを用いたバイオセンサは、半導体加工技術を利用した微細加工が可能であることから研究が進められている。TFTを用いたバイオセンサによって細胞又はDNA等の生体関連物質の状態を電気的な信号情報として検出する場合、得られた情報データは重要な評価要素となるが、その検出時の細胞又はDNAの状態を顕微鏡観察することも重要な評価手段である。細胞等の顕微鏡観察は、透過光により高倍率で直接観察することが望ましい。感応膜上の生体関連物質から電気的な信号情報を取得するのと同時にその状態を顕微鏡観察するためには、生体関連物質をバイオセンサの下側から観察する倒立型顕微鏡が好ましく用いられる。そのため、TFTを有するバイオセンサでは、半導体膜として透明な酸化物半導体膜を用いることが好ましい。   Biosensors using TFTs are being researched because microfabrication using semiconductor processing technology is possible. When a biosensor using a TFT detects the state of a biological substance such as a cell or DNA as electrical signal information, the obtained information data is an important evaluation factor. Microscopic observation of the state is also an important evaluation means. For microscopic observation of cells and the like, it is desirable to directly observe at high magnification with transmitted light. In order to obtain the electrical signal information from the biological substance on the sensitive membrane and to observe the state of the signal with a microscope, an inverted microscope that observes the biological substance from below the biosensor is preferably used. Therefore, in a biosensor having a TFT, it is preferable to use a transparent oxide semiconductor film as the semiconductor film.

透明酸化物半導体であるIGZO系の酸化物半導体膜の使用は、TFTを有するバイオセンサ全体の透明化を実現できるが、その酸化物半導体自体が紫外線、特に波長が200nm〜280nmのUV−Cに対して感応することが知られている(特許文献5)。しかしながら、そうした酸化物半導体膜を、電気的な信号情報を取得すると共に顕微鏡観察できる透明なバイオセンサに適用した場合、その透明バイオセンサに対し、顕微鏡観察時の照射光が上方から又は下方から照射される。そのため、その照射光に含まれる紫外線によって、酸化物半導体膜からの出力信号が変動又は低下するおそれがある。その結果、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報と、顕微鏡観察と同時に取得しない生体関連物質の信号情報とが異なるおそれがある。   The use of an IGZO-based oxide semiconductor film, which is a transparent oxide semiconductor, can realize the transparency of the entire biosensor having TFTs. However, the oxide semiconductor itself can be converted into ultraviolet rays, particularly UV-C having a wavelength of 200 nm to 280 nm. It is known to respond to this (Patent Document 5). However, when such an oxide semiconductor film is applied to a transparent biosensor capable of obtaining electrical signal information and observing under a microscope, the transparent biosensor is irradiated with irradiation light from above or below under the microscope. Is done. Therefore, the output signal from the oxide semiconductor film may fluctuate or decrease due to ultraviolet rays included in the irradiation light. As a result, there is a possibility that the signal information of the biological substance acquired simultaneously with the microscopic observation is different from the signal information of the biological substance not acquired simultaneously with the microscopic observation.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、TFTを有するバイオセンサを用いて顕微鏡観察と同時に生体関連物質の信号情報を取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる透明バイオセンサを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to obtain signal information of a biologically relevant substance simultaneously with microscopic observation using a biosensor having a TFT. The object is to provide a transparent biosensor that can be obtained accurately.

(1)本発明に係る透明バイオセンサは、透明基材と、該透明基材上に設けられた透明な薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、前記薄膜トランジスタ素子部が有するゲート電極が、前記薄膜トランジスタ素子部を構成する酸化物半導体膜に対する紫外線カット機能を有することを特徴とする。   (1) A transparent biosensor according to the present invention includes a transparent base material, a transparent thin film transistor element portion provided on the transparent base material, and a transparent biological material sensitive part, and the thin film transistor element portion includes The gate electrode has an ultraviolet blocking function for the oxide semiconductor film constituting the thin film transistor element portion.

この発明によれば、透明な薄膜トランジスタ素子部が有するゲート電極が、酸化物半導体膜に対する紫外線カット機能を有するので、透明バイオセンサの下方又は上方から照射される光に含まれる紫外線を、その照射光側に配置されたゲート電極が紫外線をカットするように作用する。その結果、酸化物半導体膜が紫外線に感応するのを防いで、その酸化物半導体膜による出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   According to the present invention, since the gate electrode of the transparent thin film transistor element portion has an ultraviolet cut function for the oxide semiconductor film, the ultraviolet light contained in the light irradiated from below or above the transparent biosensor is irradiated with the irradiated light. The gate electrode arranged on the side acts to cut off the ultraviolet rays. As a result, it is possible to prevent the oxide semiconductor film from being sensitive to ultraviolet rays and to prevent the output signal from the oxide semiconductor film from fluctuating or decreasing. Can be obtained accurately.

(2)本発明に係る透明バイオセンサにおいて、前記ゲート電極が、(i)紫外線カット材料を含む透明電極、(ii)紫外線カット材料からなる透明電極、及び、(iii)前記酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明電極、のいずれかであるように構成する。   (2) In the transparent biosensor according to the present invention, the gate electrode comprises (i) a transparent electrode containing an ultraviolet cut material, (ii) a transparent electrode made of an ultraviolet cut material, and (iii) the oxide semiconductor film. The transparent electrode has a band gap smaller than the band gap.

この発明によれば、紫外線カット手段であるゲート電極が、上記(i)〜(iii)のいずれかであるので、透明バイオセンサの下方又は上方から照射される光に含まれる紫外線を、その照射光側に配置されたゲート電極が紫外線をカットするように作用する。特に、酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明電極は、照射光のうち、酸化物半導体膜で電子を励起する紫外線をカットできるので好ましい。   According to this invention, since the gate electrode which is the ultraviolet ray cutting means is any one of the above (i) to (iii), the ultraviolet ray contained in the light emitted from below or above the transparent biosensor is irradiated with the ultraviolet ray. The gate electrode arranged on the light side acts to cut off the ultraviolet rays. In particular, a transparent electrode having a band gap smaller than that of an oxide semiconductor film is preferable because ultraviolet light that excites electrons in the oxide semiconductor film can be cut out of irradiated light.

(3)本発明に係る透明バイオセンサにおいて、前記薄膜トランジスタ素子部が、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ構造又はトップゲート型の薄膜トランジスタ構造を有する。   (3) In the transparent biosensor according to the present invention, the thin film transistor element portion has a bottom gate type thin film transistor structure or a top gate type thin film transistor structure.

この発明によれば、トップゲート型及びボトムゲート型のいずれの薄膜トランジスタ構造でも好ましく適用できる。   According to the present invention, any top gate type or bottom gate type thin film transistor structure can be preferably applied.

(4)本発明に係る透明バイオセンサにおいて、前記薄膜トランジスタ素子部がボトムゲート型の薄膜トランジスタ構造であり、該薄膜トランジスタ構造の上方に絶縁膜を介して前記ゲート電極に接続する検出電極が設けられ、該検出電極が前記酸化物半導体膜に対する前記紫外線カット機能を有する。   (4) In the transparent biosensor according to the present invention, the thin film transistor element portion has a bottom gate type thin film transistor structure, and a detection electrode connected to the gate electrode via an insulating film is provided above the thin film transistor structure, The detection electrode has the ultraviolet blocking function for the oxide semiconductor film.

この発明によれば、薄膜トランジスタ構造の上方に設けられた検出電極が、ゲート電極と同じ紫外線カット機能を有するので、透明バイオセンサの下方及び上方の両方から入り込む紫外線を、酸化物半導体膜の下方に配置されたゲート電極と上方に配置され検出電極とでカットするように作用する。   According to the present invention, the detection electrode provided above the thin film transistor structure has the same ultraviolet ray blocking function as that of the gate electrode. Therefore, the ultraviolet rays that enter from both below and above the transparent biosensor are transmitted below the oxide semiconductor film. The gate electrode disposed above and the detection electrode disposed above act to cut.

(5)本発明に係る透明バイオセンサにおいて、前記酸化物半導体膜が、IGZO系の酸化物半導体膜であることが好ましい。   (5) In the transparent biosensor according to the present invention, the oxide semiconductor film is preferably an IGZO-based oxide semiconductor film.

IGZO系酸化物半導体材料からなる酸化物半導体膜は、生体関連物質を顕微鏡観察する際に照射される光に含まれる紫外線に感応し易い。この発明によれば、その酸化物半導体膜からの出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができるので、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   An oxide semiconductor film made of an IGZO-based oxide semiconductor material is sensitive to ultraviolet rays contained in light irradiated when a biological substance is observed with a microscope. According to the present invention, it is possible to prevent the output signal from the oxide semiconductor film from fluctuating or decreasing, and thus it is possible to accurately acquire the signal information of the biological substance obtained simultaneously with the microscopic observation.

本発明に係る透明バイオセンサによれば、透明バイオセンサの下方又は上方から照射される光に含まれる紫外線を、その照射光側に配置されたゲート電極が紫外線をカットするので、酸化物半導体膜が紫外線に感応するのを防いで、その酸化物半導体膜による出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   According to the transparent biosensor of the present invention, since the gate electrode disposed on the irradiation light side cuts the ultraviolet ray contained in the light irradiated from below or above the transparent biosensor, the oxide semiconductor film Can be prevented from being sensitive to ultraviolet rays, the output signal from the oxide semiconductor film can be prevented from fluctuating or decreasing, and the signal information of the biological substance acquired simultaneously with the microscopic observation can be acquired accurately. .

本発明に係るボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサの一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the transparent biosensor which has the bottom gate type TFT which concerns on this invention. 本発明に係るボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサの他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the transparent biosensor which has the bottom gate type TFT which concerns on this invention. 本発明に係るボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサのさらに他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the transparent biosensor which has a bottom gate type TFT which concerns on this invention. 本発明に係るトップゲート型TFTを有する透明バイオセンサの一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the transparent biosensor which has a top gate type TFT which concerns on this invention. 本発明に係るトップゲート型TFTを有する透明バイオセンサの他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the transparent biosensor which has a top gate type TFT which concerns on this invention.

本発明に係る透明バイオセンサについて図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、その技術的思想を含む範囲内で以下の形態に限定されない。   The transparent biosensor according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following forms within the range including the technical idea.

本発明に係る透明バイオセンサ10,20は、図1〜図5に示すように、透明基材1と、透明基材1上に設けられた透明な薄膜トランジスタ素子部A(以下「TFT素子部A」ともいう。)及び透明な生体関連物質感応部Bとを有する。そして、TFT素子部Aが有するゲート電極2を、TFT素子部Aを構成する酸化物半導体膜2に対する紫外線カット機能を有するように構成したことに特徴がある。   As shown in FIGS. 1 to 5, the transparent biosensors 10 and 20 according to the present invention include a transparent substrate 1 and a transparent thin film transistor element A (hereinafter referred to as “TFT element A”) provided on the transparent substrate 1. And a transparent biological substance sensitive part B. The gate electrode 2 included in the TFT element portion A is characterized in that it has an ultraviolet cut function for the oxide semiconductor film 2 constituting the TFT element portion A.

この透明バイオセンサ10,20では、透明なTFT素子部Aが有するゲート電極2が、酸化物半導体膜4に対する紫外線カット機能を有するので、透明バイオセンサ10,20の下方又は上方から照射される光に含まれる紫外線を、その照射光側に配置されたゲート電極2が紫外線をカットするように作用する。その結果、酸化物半導体膜4が紫外線に感応するのを防いで、その酸化物半導体膜4による出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   In the transparent biosensors 10 and 20, the gate electrode 2 included in the transparent TFT element portion A has an ultraviolet cut function with respect to the oxide semiconductor film 4. Therefore, light irradiated from below or above the transparent biosensors 10 and 20. The gate electrode 2 disposed on the irradiation light side acts to cut the ultraviolet rays contained in the ultraviolet rays. As a result, the oxide semiconductor film 4 can be prevented from being sensitive to ultraviolet rays, and the output signal from the oxide semiconductor film 4 can be prevented from fluctuating or decreasing. Information can be obtained accurately.

以下、透明バイオセンサの構成を、ボトムゲート型TFTを有するものと、トップゲート型TFTを有するものとに分けて詳しく説明する。なお、本発明において、「上に」とは、そのものの上に直に設けられていることを意味し、直に設けられていない場合は「上方に」と言い分ける。また、「覆う」とは、そのものの上に直接設けられるとともに、そのものの周りにも設けられていることを意味する。また、「紫外線をカットする」とは、紫外線を吸収又は反射することをいう。   Hereinafter, the configuration of the transparent biosensor will be described in detail by dividing it into one having a bottom gate type TFT and one having a top gate type TFT. In the present invention, “above” means that it is provided directly on itself, and when it is not provided directly, it is referred to as “above”. In addition, “covering” means that it is provided directly on itself and around it. Further, “cutting off ultraviolet rays” means absorbing or reflecting ultraviolet rays.

[ボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサ]
図1〜図3に示す透明バイオセンサ10は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ(以下「TFT」ともいう。)を有するTFT素子部Aと、生体関連物質感応部Bとを有している。
[Transparent biosensor with bottom-gate TFT]
The transparent biosensor 10 shown in FIGS. 1 to 3 includes a TFT element part A having a bottom gate type thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) and a biological substance sensitive part B.

図1に示すボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサ10Aは、透明基材1と、透明基材1上に設けられたTFT素子部A及び生体関連物質感応部Bとで構成されている。TFT素子部Aと生体関連物質感応部Bとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Bの絶縁膜3’及び感応膜8の下に設けられた電極2’は、TFT素子部Aを構成するゲート電極2に接続されている。   A transparent biosensor 10A having a bottom-gate TFT shown in FIG. 1 includes a transparent base material 1, a TFT element part A and a biological substance sensitive part B provided on the transparent base material 1. The TFT element part A and the biological substance-sensitive part B are provided side by side without overlapping in a plan view. In addition, the electrode 2 ′ provided below the insulating film 3 ′ and the sensitive film 8 of the biological substance sensitive part B is connected to the gate electrode 2 constituting the TFT element part A.

TFT素子部Aは、ボトムゲート型TFTを有するものであり、図1に示すように、透明基材1上に設けられたゲート電極2と、ゲート電極2上に設けられたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に設けられた酸化物半導体膜4と、酸化物半導体膜4の両側にトップコンタクト状に設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、酸化物半導体膜4、ソース電極5及びドレイン電極6を覆う保護膜7とを有している。一方、生体関連物質感応部Bは、図1に示すように、透明基材1上にTFT素子部Aのゲート電極2と共に形成された電極2’と、その電極2’上にTFT素子部Aのゲート絶縁膜3と共に形成された絶縁膜3’と、その絶縁膜3’上に設けられた感応膜8とを有している。生体関連物質は、感応膜8上に載置される。   The TFT element portion A has a bottom gate type TFT, and as shown in FIG. 1, a gate electrode 2 provided on the transparent substrate 1, a gate insulating film 3 provided on the gate electrode 2, and The oxide semiconductor film 4 provided on the gate insulating film 3, the source electrode 5 and the drain electrode 6 provided in a top contact form on both sides of the oxide semiconductor film 4, the oxide semiconductor film 4, and the source electrode 5 And a protective film 7 covering the drain electrode 6. On the other hand, as shown in FIG. 1, the biological substance-sensitive part B includes an electrode 2 ′ formed on the transparent substrate 1 together with the gate electrode 2 of the TFT element part A, and the TFT element part A on the electrode 2 ′. An insulating film 3 ′ formed together with the gate insulating film 3 and a sensitive film 8 provided on the insulating film 3 ′. The biological substance is placed on the sensitive film 8.

図2に示すボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサ10Bは、透明基材1と、透明基材1上に設けられたTFT素子部Aと、そのTFT素子部Aを覆う保護膜7と、その保護膜7上に設けられた生体関連物質感応部Bとで構成されている。TFT素子部Aと生体関連物質感応部Bとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Bの絶縁膜3’及び感応膜8の下に設けられた電極2’は、TFT素子部Aを構成するゲート電極2と、絶縁膜3’及び感応膜8を上下に貫く配線2”を介して接続されている。   A transparent biosensor 10B having a bottom-gate TFT shown in FIG. 2 includes a transparent substrate 1, a TFT element portion A provided on the transparent substrate 1, a protective film 7 covering the TFT element portion A, and It is composed of a living body related substance sensitive part B provided on the protective film 7. The TFT element part A and the biological substance-sensitive part B are provided side by side without overlapping in a plan view. In addition, the electrode 2 ′ provided below the insulating film 3 ′ and the sensitive film 8 of the biological substance sensitive part B is located above and below the gate electrode 2, the insulating film 3 ′, and the sensitive film 8 constituting the TFT element part A. Are connected via a wiring 2 "penetrating through the wiring.

TFT素子部Aもボトムゲート型TFTを有するものであり、図2に示すように、図1と同じ形態であるのでここではその説明を省略する。一方、生体関連物質感応部Bは、図2に示すように、透明基材1と、透明基材1上に設けられた絶縁膜3’と、絶縁膜3’上に設けられた保護膜7’と、保護膜7’上に設けられた電極2’と、電極2’上に設けられた感応膜8とを有している。生体関連物質は、感応膜8のうち、電極2’が設けられた範囲の感応膜8上に載置される。   The TFT element portion A also has a bottom gate type TFT, and as shown in FIG. 2, since it has the same form as FIG. 1, its description is omitted here. On the other hand, as shown in FIG. 2, the biological substance-sensitive part B includes a transparent base material 1, an insulating film 3 ′ provided on the transparent base material 1, and a protective film 7 provided on the insulating film 3 ′. ', An electrode 2' provided on the protective film 7 ', and a sensitive film 8 provided on the electrode 2'. The biological substance is placed on the sensitive film 8 in the range where the electrode 2 ′ is provided in the sensitive film 8.

図3に示すボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサ10Cは、図2とほぼ同じ形態である。異なる点は、生体関連物質感応部Bを構成する電極2’が、TFT素子部Aの上方にまで延びていることであり、それ以外は図1と同じ形態であるのでここではその説明を省略する。生体関連物質は、感応膜8のうち、電極2’が設けられた範囲の感応膜8上に載置される。   A transparent biosensor 10C having a bottom-gate TFT shown in FIG. 3 has substantially the same form as FIG. The difference is that the electrode 2 ′ constituting the biological material sensitive part B extends to above the TFT element part A, and the rest is the same as in FIG. To do. The biological substance is placed on the sensitive film 8 in the range where the electrode 2 ′ is provided in the sensitive film 8.

(透明基材)
透明基材1は、透明であればその種類や構造は特に限定されるものではなく、用途に応じてフレキシブルな材料や硬質な材料等が選択される。具体的には、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。通常は、ITO付きガラス基板やITO付きプラスチック基板等が好ましく用いられる。なお、金属膜や透明導電膜がゲート電極として形成されたガラス基板やプラスチック基板等を用いてもよい。
(Transparent substrate)
If the transparent base material 1 is transparent, the kind and structure are not particularly limited, and a flexible material, a hard material, or the like is selected according to the application. Specific examples include glass, quartz, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polymethacrylate, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyester, polycarbonate, and the like. Usually, a glass substrate with ITO, a plastic substrate with ITO, or the like is preferably used. Note that a glass substrate, a plastic substrate, or the like in which a metal film or a transparent conductive film is formed as a gate electrode may be used.

透明の定義は、透明基材1の下方から生体関連物質感応部Bに載置された生体関連物質を観察することができる程度に透明であればよい。例えば、(i)反射率で判断する場合には、波長350nm〜650nmの可視光域において、各膜の屈折率が約2以下で屈折率差が約0.5以下であることが好ましく、(ii)透過率で判断する場合には、波長350nm〜650nmの可視光域において、各膜の消光係数kが約0.1以下と低いことが好ましい。また、透明基材1の厚さは特に制限されないが、通常、1μm〜1mm程度である。透明基材1の形状は特に限定されないが、顕微鏡観察に利用できる形状であることが好ましく、例えばチップ状、カード状、ディスク状等を挙げることができる。   The definition of transparency should just be transparent to the extent that the biological substance mounted on the biological substance-sensitive part B can be observed from below the transparent substrate 1. For example, (i) when judging by reflectivity, it is preferable that the refractive index of each film is about 2 or less and the difference in refractive index is about 0.5 or less in the visible light wavelength range of 350 nm to 650 nm. ii) When judging by transmittance, it is preferable that the extinction coefficient k of each film is as low as about 0.1 or less in the visible light range of wavelength 350 nm to 650 nm. The thickness of the transparent substrate 1 is not particularly limited, but is usually about 1 μm to 1 mm. The shape of the transparent substrate 1 is not particularly limited, but is preferably a shape that can be used for microscopic observation, and examples thereof include a chip shape, a card shape, and a disk shape.

(ゲート電極)
ゲート電極2は、図1〜図3に示すように、TFT素子部Aではゲート電極2として設けられ、生体関連物質感応部Bではゲート電極2が延びた電極2’として設けられており、いずれも透明基材1上にパターン形成されている。ゲート電極2の形成材料は、透明電極であればよく、例えばITO(インジウム錫オキサイド)、酸化インジウム、IZO(インジウム亜鉛オキサイド)、SnO、ZnO等の透明導電膜を好ましく挙げることができる。なお、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような透明な導電性高分子等であってもよい。
(Gate electrode)
As shown in FIGS. 1 to 3, the gate electrode 2 is provided as a gate electrode 2 in the TFT element part A, and is provided as an electrode 2 ′ in which the gate electrode 2 extends in the biological substance-sensitive part B. Is also patterned on the transparent substrate 1. Material for forming the gate electrode 2 may be transparent electrodes, for example, ITO (indium tin oxide), indium oxide, IZO (indium zinc oxide), can be exemplified preferably a transparent conductive film of SnO 2, ZnO and the like. Note that a transparent conductive polymer such as polyaniline, polyacetylene, a polyalkylthiophene derivative, or a polysilane derivative may be used as long as it has desired conductivity.

ゲート電極2の形成は、ゲート電極材料の種類や透明基材1の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、透明導電膜でゲート電極2を形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種CVD法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極2の形成に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマCVD法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でゲート電極2を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極2の形成工程時には、同時に、ゲート電極用配線、グラウンド配線及び電源配線等の回路配線群を、ゲート電極2と同一材料で形成してもよい。ゲート電極2の厚さ、及び、ゲート電極2の形成時に同時に形成する回路配線群(電極や配線)の厚さは、通常、0.05μm〜0.2μm程度である。   For the formation of the gate electrode 2, film forming means and patterning means corresponding to the kind of the gate electrode material and the heat resistance of the transparent substrate 1 are applied. For example, when forming the gate electrode 2 with a transparent conductive film, a sputtering method, various CVD methods, etc. can be applied as a film forming means, and photolithography can be applied as a patterning means. When a low temperature film formation is required for forming the gate electrode 2, a sputtering method or a plasma CVD method capable of forming a low temperature can be preferably applied as a film forming means. When the gate electrode 2 is formed of a conductive polymer, a vacuum deposition method, a pattern printing method, or the like can be applied as a film forming unit, and photolithography can be applied as a patterning unit. At the same time as forming the gate electrode 2, a circuit wiring group such as a gate electrode wiring, a ground wiring, and a power wiring may be formed of the same material as the gate electrode 2. The thickness of the gate electrode 2 and the thickness of the circuit wiring group (electrode or wiring) formed simultaneously with the formation of the gate electrode 2 are usually about 0.05 μm to 0.2 μm.

(ゲート電極の紫外線カット機能)
本発明では、TFT素子部Aが有するゲート電極2が、TFT素子部Aを構成する酸化物半導体膜4に悪影響を及ぼす紫外線をカットする。こうしたゲート電極2を設けることにより、図1〜図3に示す透明バイオセンサ10では下方から照射される光に含まれる紫外線を、その照射光側である下方に配置されたゲート電極2が紫外線をカットするように作用し、後述する図4及び図5に示す透明バイオセンサ20では上方から照射される光に含まれる紫外線を、その照射光側である上方に配置されたゲート電極2が紫外線をカットするように作用する。その結果、酸化物半導体膜4が紫外線に感応するのを防いで、その酸化物半導体膜4による出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
(Gate electrode UV cut function)
In the present invention, the gate electrode 2 included in the TFT element portion A cuts ultraviolet rays that adversely affect the oxide semiconductor film 4 constituting the TFT element portion A. By providing such a gate electrode 2, in the transparent biosensor 10 shown in FIGS. 1 to 3, ultraviolet light contained in light irradiated from below is emitted, and the gate electrode 2 disposed below on the irradiated light side emits ultraviolet light. In the transparent biosensor 20 shown in FIG. 4 and FIG. 5 to be described later, ultraviolet light contained in light irradiated from above is applied to the gate electrode 2 disposed on the upper side on the irradiated light side. Acts to cut. As a result, the oxide semiconductor film 4 can be prevented from being sensitive to ultraviolet rays, and the output signal from the oxide semiconductor film 4 can be prevented from fluctuating or decreasing. Information can be obtained accurately.

ゲート電極2としては、(i)紫外線カット材料を含む透明電極、(ii)紫外線カット材料からなる透明電極、及び、(iii)酸化物半導体膜4のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明電極、のいずれかを挙げることができる。「紫外線カット材料」とは、紫外線を吸収又は反射する能力のある材料を意味する。   The gate electrode 2 includes (i) a transparent electrode containing an ultraviolet cut material, (ii) a transparent electrode made of an ultraviolet cut material, and (iii) a transparent electrode having a band gap smaller than the band gap of the oxide semiconductor film 4. Or any one of them. “Ultraviolet cut material” means a material capable of absorbing or reflecting ultraviolet rays.

(i)又は(ii)の透明電極をゲート電極2として用いる場合、ゲート電極2の形成材料としては、例えば、ITOやZnO等の紫外線カット材料を挙げることができる。これらの材料を含むゲート電極2又はこれらの材料からなるゲート電極2は、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。成膜手段としては、スパッタリング法、各種CVD法、塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニングすればよい。なお、紫外線カット材料を含有させる場合の含有量は、含有させる材料の特性によって任意に選択される。   When the transparent electrode (i) or (ii) is used as the gate electrode 2, examples of the material for forming the gate electrode 2 include an ultraviolet cut material such as ITO and ZnO. The gate electrode 2 containing these materials or the gate electrode 2 made of these materials is applied with film forming means and patterning means corresponding to the type of the forming material. The film forming means may be formed by sputtering, various CVD methods, coating or the like and then patterned by photolithography or the like. In addition, content in the case of containing an ultraviolet cut material is arbitrarily selected by the characteristic of the material to contain.

(iii)の透明電極をゲート電極2として用いる場合、ゲート電極2の形成材料としては、ゲート電極の形成材料のバンドギャップが酸化物半導体膜の形成材料のバンドギャップよりも小さく、且つ透明なゲート電極2を形成できる材料を用いる。こうした材料で形成したゲート電極2は、今まで酸化物半導体膜4でカットしていた紫外線をゲート電極2でカットできるので、酸化物半導体膜4への紫外線の入射を減らすことができ、紫外線に基づいた影響を極力減らすことができる。   When the transparent electrode of (iii) is used as the gate electrode 2, the gate electrode 2 is formed of a material having a band gap smaller than that of the oxide semiconductor film and a transparent gate. A material capable of forming the electrode 2 is used. Since the gate electrode 2 formed of such a material can cut the ultraviolet rays that have been cut by the oxide semiconductor film 4 until now, the incidence of the ultraviolet rays on the oxide semiconductor film 4 can be reduced. The influence based on it can be reduced as much as possible.

例えば酸化物半導体膜4をIGZO酸化物半導体で形成した場合には、バンドギャップが3.1eV超、4.05V未満の範囲の材料でゲート電極2を形成することが好ましい。詳しくは、IGZO酸化物半導体のバンドギャップは最大4.05eVであり、一方、可視光域と紫外光域の境目はエネルギーが3.1eVの400nmである。そのため、ゲート電極2としては、400nm未満の紫外線を吸収し、IGZO酸化物半導体のバンドギャップよりも小さい範囲であることが好ましい。したがって、400nmの光のエネルギー(3.1eV)を超えるエネルギー(3.1eV超)から、IGZO酸化物半導体のバンドギャップ(最大4.05eV)未満のエネルギー(4.05eV未満)の範囲のバンドギャップを持つ材料でゲート電極2を作製すれば、そのゲート電極2がその範囲のエネルギーの光を吸収でき、酸化物半導体膜4に紫外線の影響を及ぼさない。   For example, in the case where the oxide semiconductor film 4 is formed using an IGZO oxide semiconductor, the gate electrode 2 is preferably formed using a material having a band gap in the range of more than 3.1 eV and less than 4.05 V. Specifically, the band gap of the IGZO oxide semiconductor is 4.05 eV at the maximum, while the boundary between the visible light region and the ultraviolet light region is 400 nm with an energy of 3.1 eV. Therefore, the gate electrode 2 preferably absorbs ultraviolet light having a wavelength of less than 400 nm and is in a range smaller than the band gap of the IGZO oxide semiconductor. Accordingly, the band gap in the range of energy exceeding 400 nm light energy (3.1 eV) (greater than 3.1 eV) to energy less than the band gap of the IGZO oxide semiconductor (maximum 4.05 eV) (less than 4.05 eV). If the gate electrode 2 is manufactured using a material having the above, the gate electrode 2 can absorb light in the energy range, and the oxide semiconductor film 4 is not affected by ultraviolet rays.

その結果、バンドギャップが4.05eVのIGZOで酸化物半導体膜4を構成した場合、その酸化物半導体膜4に、エネルギーが4.05eVよりも小さい光が照射しても、その光は酸化物半導体膜4を透過して電子を励起しない。一方、その酸化物半導体膜4に、エネルギーが4eVよりも大きい光が照射すると、その光は酸化物半導体膜4で吸収されて電子を励起する。したがって、ゲート電極2は、酸化物半導体膜4が吸収するエネルギーの光、すなわち紫外線を吸収する材料で構成されていればよい。波長400nmの可視光のエネルギーは、3.1eV(400nm)〜1.55eV(800nm)であるので、これらの範囲の光は、バンドギャップが4.05eVのIGZO酸化物半導体膜4を透過し、電子が励起しないので、悪影響が生じない。なお、光エネルギーE(eV)は、1240/λ(波長:nm)で計算できる。   As a result, when the oxide semiconductor film 4 is formed of IGZO having a band gap of 4.05 eV, even if the oxide semiconductor film 4 is irradiated with light whose energy is less than 4.05 eV, the light is oxide. Electrons are not excited through the semiconductor film 4. On the other hand, when the oxide semiconductor film 4 is irradiated with light having energy greater than 4 eV, the light is absorbed by the oxide semiconductor film 4 to excite electrons. Therefore, the gate electrode 2 only needs to be made of a material that absorbs light of energy absorbed by the oxide semiconductor film 4, that is, ultraviolet rays. Since the energy of visible light having a wavelength of 400 nm is 3.1 eV (400 nm) to 1.55 eV (800 nm), light in these ranges is transmitted through the IGZO oxide semiconductor film 4 having a band gap of 4.05 eV. Since electrons are not excited, no adverse effects occur. The light energy E (eV) can be calculated by 1240 / λ (wavelength: nm).

この例では、バンドギャップが4.05eVのIGZOで酸化物半導体膜4を作製しているが、用いる酸化物半導体材料によってバンドギャップは違ってくる。そのため、上記同様の考え方で、用いた酸化物半導体膜4のバンドギャップに応じて、ゲート電極2を構成する材料を選定する。例えば、ゲート電極2に使用可能な透明材料としては、ITO(3.3eV)、IZO(3.3eV)、ZnO(3.2eV)、SnO(3.8ev)等を挙げることができる。中でも、ITO(3.3eV)、IZO(3.3eV)、ZnO(3.2eV)が好ましい。   In this example, the oxide semiconductor film 4 is formed using IGZO having a band gap of 4.05 eV. However, the band gap varies depending on the oxide semiconductor material used. Therefore, in the same way as described above, a material constituting the gate electrode 2 is selected according to the band gap of the oxide semiconductor film 4 used. For example, examples of the transparent material that can be used for the gate electrode 2 include ITO (3.3 eV), IZO (3.3 eV), ZnO (3.2 eV), SnO (3.8 ev), and the like. Of these, ITO (3.3 eV), IZO (3.3 eV), and ZnO (3.2 eV) are preferable.

一方、そうした材料と組み合わされるIGZO酸化物半導体としては、In:Ga:Zn比が1.1:0.9:1(3.77eV)、In:Ga:Zn比が1:1:1(3.81eV)、In:Ga:Zn比が0.7:1.3:1(3.97eV)、In:Ga:Zn比が0.5:1.5:1(4.05eV)、In:Ga:Zn比が1.1:0.9:2(3.61eV)、In:Ga:Zn比が1:1:2(3.68eV)、In:Ga:Zn比が0.7:1.3:2(3.79eV)、In:Ga:Zn比が0.5:1.5:2(3.85eV)、等を挙げることができる。   On the other hand, an IGZO oxide semiconductor combined with such a material has an In: Ga: Zn ratio of 1.1: 0.9: 1 (3.77 eV) and an In: Ga: Zn ratio of 1: 1: 1 (3 .81 eV), In: Ga: Zn ratio is 0.7: 1.3: 1 (3.97 eV), In: Ga: Zn ratio is 0.5: 1.5: 1 (4.05 eV), In: The Ga: Zn ratio is 1.1: 0.9: 2 (3.61 eV), the In: Ga: Zn ratio is 1: 1: 2 (3.68 eV), and the In: Ga: Zn ratio is 0.7: 1. .3: 2 (3.79 eV), In: Ga: Zn ratio is 0.5: 1.5: 2 (3.85 eV), and the like.

また、IGZO酸化物半導体以外の酸化物半導体としては、n型半導体では、ZnO(3.37eV)、In(3.75)、Ga(4.8eV)、SnO(3.57eV)を挙げることができ、p型半導体では、CuAlO(3.5eV)、LaCuOS(3.1eV)、LaCuOSe(3.1eV)、SrCu(3.2eV)等を挙げることができる。本発明では、透明性が必要であるので、IGZO酸化物半導体が好ましく用いられる。 As an oxide semiconductor other than the IGZO oxide semiconductor, an n-type semiconductor includes ZnO (3.37 eV), In 2 O 3 (3.75), Ga 2 O 3 (4.8 eV), SnO 2 (3 .57 eV), and p-type semiconductors include CuAlO 2 (3.5 eV), LaCuOS (3.1 eV), LaCuOSe (3.1 eV), SrCu 2 O 2 (3.2 eV), and the like. it can. In the present invention, since transparency is required, an IGZO oxide semiconductor is preferably used.

上記した材料からなるゲート電極2の成膜には、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。成膜手段としては、スパッタリング法、各種CVD法、塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニングすればよい。なお、紫外線カット材料を含有させる場合の含有量は、含有させる材料の特性によって任意に選択される。   For film formation of the gate electrode 2 made of the material described above, film formation means and patterning means corresponding to the type of the formation material and the like are applied. The film forming means may be formed by sputtering, various CVD methods, coating or the like and then patterned by photolithography or the like. In addition, content in the case of containing an ultraviolet cut material is arbitrarily selected by the characteristic of the material to contain.

ここで説明した紫外線カット材料であるITO膜(バンドギャップ3.3eV)をゲート電極2とし、IGZO(バンドギャップ4.05eV)を酸化物半導体膜4としたときの半導体特性を測定した。具体的には、ソース電極とドレイン電極との間のチャネル長さを10μmとし、チャネル幅を100μmとしたIGZO酸化物半導体膜を用いた。UVライトとしては、SPECTROLINE LONGGIFE_TM FILTER HIGHEST ULTRAVILET INTENSITY GUARANTEEDを用い、半導体膜とUVライトとの距離を13cmとして365nmの紫外光を照射した。このとき、ドレイン電圧を1V固定とし、ゲート電圧を15V〜−15Vの間で変化させたときの半導体特性(V−I特性)を測定した。ITO膜で遮蔽したときと遮蔽しないときの半導体特性の結果は、移動度で最大約10cm/(V・s)の差が確認できた。ITO膜で遮蔽しない場合は、遮蔽した場合と比較して、紫外線照射によりキャリアが増加してリーク電流が増加し、OFFレベルが上がって、ON/OFF比が悪化した。そして、キャリアが多くなったため、トランジスタがONし易くなり、閾値Vthがマイナスにシフトした。さらに、閾値Vthがマイナスにシフトした。 The semiconductor characteristics were measured when the ITO film (band gap 3.3 eV), which is the ultraviolet cut material described here, was used as the gate electrode 2 and the oxide semiconductor film 4 was formed using IGZO (band gap 4.05 eV). Specifically, an IGZO oxide semiconductor film having a channel length between the source electrode and the drain electrode of 10 μm and a channel width of 100 μm was used. As UV light, SPECTROLINE LONGGIFE_TM FILTER HIGHEST ULTRAVILET INTENSITY GUARANTEED was used, and the distance between the semiconductor film and the UV light was 13 cm, and ultraviolet light of 365 nm was irradiated. At this time, the drain voltage is 1V fixed and measured semiconductor characteristics (V G -I D characteristic) when changing the gate voltage between the 15V~-15V. As a result of semiconductor characteristics when shielded with an ITO film and when not shielded, a difference of about 10 3 cm / (V · s) at maximum was confirmed. When not shielded with the ITO film, the number of carriers increased due to ultraviolet irradiation, the leakage current increased, the OFF level increased, and the ON / OFF ratio deteriorated as compared with the case of shielding. Then, since the number of carriers increased, the transistor was easily turned on, and the threshold value Vth shifted to minus. Furthermore, the threshold value Vth has shifted to minus.

(ゲート絶縁膜)
ゲート絶縁膜3は、図1〜図3に示すように、TFT素子部Aではゲート電極2を覆うゲート絶縁膜3として設けられ、生体関連物質感応部Bでは電極2’を覆うように絶縁膜3’として設けられている。ゲート絶縁膜3は、透明で、絶縁性が高く、誘電率が比較的高く、ゲート絶縁膜として適しているものであれば各種の材料を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等を好ましく挙げることができる。また、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スカンジウム及びチタン酸バリウムストロンチウムのうち少なくとも1種又は2種以上を挙げることができる。特に透明性に優れる酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等が好ましい。
(Gate insulation film)
As shown in FIGS. 1 to 3, the gate insulating film 3 is provided as the gate insulating film 3 covering the gate electrode 2 in the TFT element part A, and the insulating film so as to cover the electrode 2 ′ in the biological substance sensitive part B. 3 'is provided. Various materials can be used for the gate insulating film 3 as long as it is transparent, has high insulating properties, has a relatively high dielectric constant, and is suitable as a gate insulating film. For example, silicon oxide such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride, nitride, oxynitride, or the like can be preferably exemplified. In addition, at least one or more of yttrium oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, scandium oxide, and barium strontium titanate can be given. Particularly preferred are silicon oxides, nitrides or oxynitrides such as silicon oxide, silicon nitride or silicon oxynitride which are excellent in transparency.

ゲート絶縁膜3の形成は、ゲート絶縁膜材料の種類や透明基材1の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、ケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等でゲート絶縁膜3を形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種CVD法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート絶縁膜3の成膜に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマCVD法を好ましく適用できる。なお、ゲート絶縁膜3の厚さは、通常、0.1μm〜0.3μm程度である。   The gate insulating film 3 is formed by a film forming means and a patterning means corresponding to the type of gate insulating film material and the heat resistance of the transparent substrate 1. For example, when the gate insulating film 3 is formed of silicon oxide, nitride, oxynitride, or the like, a sputtering method or various CVD methods can be applied as the film forming unit, and photolithography can be applied as the patterning unit. When the gate insulating film 3 is required to be formed at a low temperature, a sputtering method or a plasma CVD method capable of forming at a low temperature can be preferably applied as the film forming means. The thickness of the gate insulating film 3 is usually about 0.1 μm to 0.3 μm.

(酸化物半導体膜)
酸化物半導体膜4は、図1〜図3に示すように、TFT素子部Aで、TFT素子部Aを構成するゲート絶縁膜3上であって、ゲート電極2の上方に所定のパターンで設けられている。酸化物半導体膜4は、透明であり、TFT素子部Aを構成するチャネル領域として使用できる程度の移動度を有するものであれば、その種類は特に限定されず、現在知られている酸化物半導体膜であっても、今後発見される酸化物半導体膜であってもよい。
(Oxide semiconductor film)
As shown in FIGS. 1 to 3, the oxide semiconductor film 4 is provided in a predetermined pattern on the gate insulating film 3 constituting the TFT element portion A in the TFT element portion A and above the gate electrode 2. It has been. The oxide semiconductor film 4 is not particularly limited as long as the oxide semiconductor film 4 is transparent and has a mobility that can be used as a channel region constituting the TFT element portion A. Even a film may be an oxide semiconductor film to be discovered in the future.

こうした透明な酸化物半導体膜4は、例えばIGZO系酸化物半導体膜のように紫外線に感応し易いものが多く、生体関連物質を顕微鏡観察する際に照射される光に含まれる紫外線に感応して、酸化物半導体膜4からの出力信号が変動又は低下することがある。そのため、紫外線カット能を有するゲート電極2で紫外線をカットすることにより、酸化物半導体膜4からの出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   Many of these transparent oxide semiconductor films 4 are sensitive to ultraviolet rays, such as an IGZO-based oxide semiconductor film, and are sensitive to ultraviolet rays contained in light irradiated when microscopically observing biological materials. The output signal from the oxide semiconductor film 4 may fluctuate or decrease. Therefore, it is possible to prevent the output signal from the oxide semiconductor film 4 from fluctuating or decreasing by cutting the ultraviolet rays with the gate electrode 2 having the ultraviolet ray cutting ability, and the signal of the biological substance acquired simultaneously with the microscopic observation Information can be obtained accurately.

酸化物半導体膜4を構成する酸化物としては、例えば、InMZnO(MはGa,Sn,Al及びFeのうち少なくとも1種)を主たる構成元素とするアモルファス酸化物を挙げることができる。特に、MがGaであるInGaZnO系のアモルファス酸化物が好ましく、この場合、In:Ga:Znの比が1:1:m(m<6)であることが好ましい。また、Mgをさらに含む場合には、In:Ga:Zn1-xMgxの比が1:1:m(m<6)で0<x≦1であることが好ましい。なお、組成割合は、蛍光X線(XRF)装置で測定したものである。InMZnOを含むアモルファス酸化物である酸化物半導体材料で酸化物半導体膜4を形成した場合、その酸化物半導体膜4は、特に可視光域で良好な光透過性を示するので好ましく適用できる。特にMがGaであるInGaZnO系のアモルファス酸化物が好ましい。 Examples of the oxide constituting the oxide semiconductor film 4 include an amorphous oxide containing InMZnO (M is at least one of Ga, Sn, Al, and Fe) as a main constituent element. In particular, an InGaZnO-based amorphous oxide in which M is Ga is preferable. In this case, the ratio of In: Ga: Zn is preferably 1: 1: m (m <6). When Mg is further contained, the ratio of In: Ga: Zn 1-x Mg x is preferably 1: 1: m (m <6) and 0 <x ≦ 1. The composition ratio is measured with a fluorescent X-ray (XRF) apparatus. In the case where the oxide semiconductor film 4 is formed using an oxide semiconductor material that is an amorphous oxide containing InMZnO, the oxide semiconductor film 4 can be preferably applied because it exhibits good light transmittance particularly in the visible light region. In particular, an InGaZnO-based amorphous oxide in which M is Ga is preferable.

InGaZnO系のアモルファス酸化物については、InとGaとZnの広い組成範囲でアモルファス相を示す。この三元系でアモルファス相を安定して示す組成範囲としては、InGaZn(3x/2+3y/2+z)で比率x/yが0.4〜1.4の範囲であり、比率z/yが0.2〜12の範囲にあるように表すことができる。なお、ZnOに近い組成とInに近い組成で結晶質を示す。 The InGaZnO-based amorphous oxide exhibits an amorphous phase in a wide composition range of In, Ga, and Zn. The composition range stably showing the amorphous phase in this ternary system is In x Ga y Zn z O (3x / 2 + 3y / 2 + z) and the ratio x / y is in the range of 0.4 to 1.4, and the ratio It can be expressed such that z / y is in the range of 0.2-12. In addition, crystalline is shown with a composition close to ZnO and a composition close to In 2 O 3 .

また、アモルファス酸化物が、InxGa1-x酸化物(0≦x≦1)、InxZn1-x酸化物(0.2≦x≦1)、InxSn1-x酸化物(0.8≦x≦1)、及びInx(Zn,Sn)1-x酸化物(0.15≦x≦1)から選ばれるいずれかのアモルファス酸化物であってもよい。 Amorphous oxides include In x Ga 1-x oxide (0 ≦ x ≦ 1), In x Zn 1-x oxide (0.2 ≦ x ≦ 1), In x Sn 1-x oxide ( It may be any amorphous oxide selected from 0.8 ≦ x ≦ 1) and In x (Zn, Sn) 1-x oxide (0.15 ≦ x ≦ 1).

InGaZnO系(以下「IGZO系」と略す)酸化物半導体膜は、可視光を透過して透明膜となるので好ましく用いられる。また、このIGZO系酸化物半導体膜には、必要に応じて、Al、Fe又はSn等を構成元素として加えたものであってもよい。このIGZO系酸化物半導体膜は、透明性を要求される薄膜集積回路に好ましく用いられる。また、このIGZO系酸化物半導体膜は、スパッタリング法(特にRFスパッタリング法)により、室温から150℃程度の低温での成膜が可能であることから、ガラス転移温度が200℃未満の耐熱性に乏しいプラスチック基板に対して好ましく適用できる。   An InGaZnO-based (hereinafter abbreviated as “IGZO-based”) oxide semiconductor film is preferably used because it transmits visible light and becomes a transparent film. Further, the IGZO-based oxide semiconductor film may be added with Al, Fe, Sn, or the like as a constituent element, if necessary. This IGZO-based oxide semiconductor film is preferably used for a thin film integrated circuit that requires transparency. In addition, since this IGZO-based oxide semiconductor film can be formed at a low temperature of about 150 ° C. from room temperature by sputtering (particularly RF sputtering), the glass transition temperature is less than 200 ° C. It can be preferably applied to a poor plastic substrate.

酸化物半導体膜4の形成は、酸化物半導体材料の種類や透明基材1の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、成膜手段としてスパッタリング法やCVD法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段としてスパッタリング法(特にRFスパッタリング法)やプラズマCVD法を好ましく適用できる。   For the formation of the oxide semiconductor film 4, film forming means and patterning means corresponding to the kind of the oxide semiconductor material and the heat resistance of the transparent substrate 1 are applied. For example, a sputtering method, a CVD method, or the like can be applied as a film forming unit, and photolithography can be applied as a patterning unit. However, when low temperature film formation is required, a sputtering method (particularly, RF sputtering method) The plasma CVD method can be preferably applied.

酸化物半導体膜4の厚さは、成膜条件によって任意に設計されるために一概には言えないが、通常10nm〜150nmの範囲内であることが好ましく、30nm〜100nmの範囲内であることがより好ましい。   Although the thickness of the oxide semiconductor film 4 is not generally specified because it is arbitrarily designed depending on the film formation conditions, it is usually preferably in the range of 10 nm to 150 nm, and preferably in the range of 30 nm to 100 nm. Is more preferable.

(ソース電極、ドレイン電極)
ソース電極5及びドレイン電極6は、図1〜図3に示すように、TFT素子部Aで、酸化物半導体膜4の両側にトップコンタクトするようにパターン形成されている。ソース電極材料及びドレイン電極材料は、透明であり、酸化物半導体膜4のソース電極接続部(図示しない)及びドレイン電極接続部(図示しない)とのオーミック接触が考慮されて選択される。ソース電極材料及びドレイン電極材料としては、通常、導電性の良い金属膜又は導電性酸化物膜等が用いられる。金属膜としては、チタン膜、アルミニウム膜、アルミニウム膜上にチタン膜を設けた積層膜等を挙げることができ、導電性酸化物膜としては、ITO(インジウム錫オキサイド)、酸化インジウム、IZO(インジウム亜鉛オキサイド)、SnO、ZnO等の透明導電膜を挙げることができる。また、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等であってもよい。
(Source electrode, drain electrode)
As shown in FIGS. 1 to 3, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are patterned so as to be in top contact with both sides of the oxide semiconductor film 4 in the TFT element portion A. The source electrode material and the drain electrode material are transparent and are selected in consideration of ohmic contact with the source electrode connection portion (not shown) and the drain electrode connection portion (not shown) of the oxide semiconductor film 4. As the source electrode material and the drain electrode material, a metal film having good conductivity or a conductive oxide film is usually used. Examples of the metal film include a titanium film, an aluminum film, and a laminated film in which a titanium film is provided on the aluminum film. Examples of the conductive oxide film include ITO (indium tin oxide), indium oxide, and IZO (indium). Zinc oxide), transparent conductive films such as SnO 2 and ZnO can be mentioned. Further, a conductive polymer such as polyaniline, polyacetylene, polyalkylthiophene derivative, polysilane derivative, or the like may be used as long as it has desired conductivity.

ソース電極5及びドレイン電極6の形成は、電極材料の種類や透明基材1の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、金属膜又は導電性酸化物でソース電極5及びドレイン電極6を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法、スパッタリング法又は各種のCVD法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマCVD法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でソース電極5及びドレイン電極6を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ソース電極5及びドレイン電極6の形成工程時には、同じ電極材料で、同時に、既に形成されている回路配線群への接続や新しい回路配線群の形成を行うことが好ましい。ソース電極5及びドレイン電極6の厚さは、通常、0.1μm〜0.3μm程度である。   For the formation of the source electrode 5 and the drain electrode 6, film forming means and patterning means corresponding to the type of electrode material and the heat resistance of the transparent substrate 1 are applied. For example, when the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed of a metal film or a conductive oxide, a vacuum deposition method, a sputtering method, or various CVD methods can be applied as a film forming unit, and photolithography is used as a patterning unit. Although it can be applied, when low-temperature film formation is required, a sputtering method or a plasma CVD method capable of low-temperature film formation can be preferably applied as a film forming means. Further, when the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed using a conductive polymer, a vacuum deposition method, a pattern printing method, or the like can be applied as a film forming unit, and photolithography can be applied as a patterning unit. In the process of forming the source electrode 5 and the drain electrode 6, it is preferable to simultaneously connect to the already formed circuit wiring group or form a new circuit wiring group with the same electrode material. The thickness of the source electrode 5 and the drain electrode 6 is usually about 0.1 μm to 0.3 μm.

(保護膜)
保護膜7は、図1〜図3に示すように、TFT素子部Aで、酸化物半導体膜4、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うように形成されている。透明な保護膜7としては、厚さ500nm〜1000nm程度のPVP(ポリビニルピロリドン)膜等の有機保護膜、又は厚さ100nm〜500nm程度の酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア性の無機保護膜等を好ましく挙げることができる。また、上記した酸化物半導体膜4の構成材料と同じ酸化物半導体材料で形成してもよい。
(Protective film)
As shown in FIGS. 1 to 3, the protective film 7 is formed so as to cover the oxide semiconductor film 4, the source electrode 5, and the drain electrode 6 in the TFT element portion A. As the transparent protective film 7, an organic protective film such as a PVP (polyvinylpyrrolidone) film having a thickness of about 500 nm to 1000 nm, or a gas barrier inorganic protective film made of silicon oxide or silicon oxynitride having a thickness of about 100 nm to 500 nm. Etc. can be mentioned preferably. Alternatively, the oxide semiconductor film 4 may be formed using the same oxide semiconductor material as the constituent material of the oxide semiconductor film 4 described above.

保護膜7の形成は、保護膜材料の種類や透明基材1の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、有機保護膜を形成する場合には、塗布法や蒸着法等を適用でき、無機保護膜を形成する場合には、スパッタリング法や各種のCVD法等を適用できる。また、パターニングする場合は、フォトリソグラフィを適用できる。   For the formation of the protective film 7, film forming means and patterning means corresponding to the kind of the protective film material and the heat resistance of the transparent substrate 1 are applied. For example, when an organic protective film is formed, a coating method or a vapor deposition method can be applied, and when an inorganic protective film is formed, a sputtering method or various CVD methods can be applied. In the case of patterning, photolithography can be applied.

(感応膜)
感応膜8は、図1〜図3に示すように、生体関連物質感応部Bで、絶縁膜3’上にパターン形成されている。感応膜8は、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、DNA、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等を載置可能な材料で形成される。感応膜8の形成材料としては、酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(Si)、酸化タンタル(Ta)又は酸化アルミニウム(Al)等を挙げることができる。これらの材料で形成した感応膜8は、イオン感応性膜であり、測定したいイオン種に応じて適宜選定される。感応膜8は、単層であっても積層であってもよく、積層の場合は、例えば酸化ケイ素膜上に窒化ケイ素膜を設けてもよいし、さらにその上に酸化タンタル膜を設けてもよい。
(Sensitive membrane)
As shown in FIGS. 1 to 3, the sensitive film 8 is a pattern formed on the insulating film 3 ′ in the biological material sensitive part B. The sensitive film 8 is formed of a material on which a biological substance contained in the fluid to be inspected, such as cells, DNA, sugar chains, proteins, oxidoreductases, antigens or antibodies can be placed. Examples of the material for forming the sensitive film 8 include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The sensitive film 8 formed of these materials is an ion sensitive film and is appropriately selected according to the ion species to be measured. The sensitive film 8 may be a single layer or a laminated layer. In the case of a laminated layer, for example, a silicon nitride film may be provided on a silicon oxide film, or a tantalum oxide film may be further provided thereon. Good.

また、必要に応じて、DNA、タンパク質又は糖鎖等を固定化するための表面修飾を行うこともできる。感応膜8の周囲には、後述する隔壁9が設けられ、酸化物半導体膜4のチャネル領域(図示しない)上に、被検査流体に含まれる生体関連物質を載置する載置領域が設けられている。   If necessary, surface modification for immobilizing DNA, protein, sugar chain or the like can also be performed. A partition wall 9 to be described later is provided around the sensitive film 8, and a placement region for placing a biological substance contained in the fluid to be tested is provided on the channel region (not shown) of the oxide semiconductor film 4. ing.

なお、感応膜8は絶縁性を有するので、例えばゲート電極2を覆う保護膜として利用してもよい。感応膜8の形成は、感応膜材料の種類や透明基材1の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、スパッタリング法や各種のCVD法等を適用でき、パターニング手段としてはフォトリソグラフィを適用できる。   In addition, since the sensitive film | membrane 8 has insulation, you may utilize as a protective film which covers the gate electrode 2, for example. For the formation of the sensitive film 8, a film forming means and a patterning means corresponding to the kind of the sensitive film material and the heat resistance of the transparent substrate 1 are applied. For example, sputtering or various CVD methods can be applied, and photolithography can be applied as the patterning means.

感応膜8の厚さは、通常、50nm〜500nm程度である。例えば厚さ100nmの酸化ケイ素膜を単層で形成したり、例えば厚さ100nmの酸化ケイ素膜上に厚さ100nmの窒化ケイ素膜を形成したりしてもよいし、さらにその上に厚さ100nmの酸化タンタル膜を形成したりしてもよい。   The thickness of the sensitive film 8 is usually about 50 nm to 500 nm. For example, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm may be formed as a single layer, or a silicon nitride film having a thickness of 100 nm may be formed on a silicon oxide film having a thickness of 100 nm. Alternatively, a tantalum oxide film may be formed.

以上説明したように、ボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサ10では、透明バイオセンサ10の下方から照射される光に含まれる紫外線を、紫外線カット機能を有するゲート電極2によって紫外線をカットする。その結果、酸化物半導体膜4が紫外線に感応するのを防いで、その酸化物半導体膜4による出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   As described above, in the transparent biosensor 10 having the bottom gate TFT, the ultraviolet light contained in the light irradiated from below the transparent biosensor 10 is cut by the gate electrode 2 having the ultraviolet cut function. As a result, the oxide semiconductor film 4 can be prevented from being sensitive to ultraviolet rays, and the output signal from the oxide semiconductor film 4 can be prevented from fluctuating or decreasing. Information can be obtained accurately.

[トップゲート型TFTを有する透明バイオセンサ]
図4及び図5に示す透明バイオセンサ20は、トップゲート型のTFTを有するTFT素子部Aと、生体関連物質感応部Bとを有している。なお、このトップゲート型TFTを有する透明バイオセンサ20では、紫外線カット能を有するゲート電極2を含め、TFT素子部A及び生体関連物質感応部Bの各構成要素は、図1〜図3のボトムゲート型TFTを有する透明バイオセンサ10の場合と同様である。そのため、図4及び図5には同じ符号を付し、その説明は省略する。
[Transparent biosensor with top-gate TFT]
The transparent biosensor 20 shown in FIGS. 4 and 5 has a TFT element part A having a top gate type TFT and a biological substance sensitive part B. In the transparent biosensor 20 having the top-gate TFT, the constituent elements of the TFT element part A and the biological substance-sensitive part B including the gate electrode 2 having an ultraviolet cutting ability are the bottom parts shown in FIGS. This is the same as the case of the transparent biosensor 10 having a gate type TFT. Therefore, the same reference numerals are given to FIGS. 4 and 5, and the description thereof is omitted.

図4に示すトップゲート型TFTを有する透明バイオセンサ20Aは、透明基材1と、透明基材1上に設けられたTFT素子部A及び生体関連物質感応部Bとで構成されている。図4に示すTFT素子部Aと生体関連物質感応部Bとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Bの感応膜8の下方に設けられた電極2’は、TFT素子部Aを構成するゲート電極2に接続されている。   A transparent biosensor 20A having a top-gate TFT shown in FIG. 4 includes a transparent base material 1, a TFT element part A and a biological substance sensitive part B provided on the transparent base material 1. The TFT element part A and the biological substance-sensitive part B shown in FIG. 4 are provided side by side without overlapping in a plan view. Further, the electrode 2 ′ provided below the sensitive film 8 of the biological substance sensitive part B is connected to the gate electrode 2 constituting the TFT element part A.

TFT素子部Aは、トップゲート型TFTを有するものであり、図4に示すように、透明基材1上に設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、そのソース電極5及びドレイン電極6にボトムコンタクト態様で両側で接続するように設けられた酸化物半導体膜4と、ソース電極5、酸化物半導体膜4及びドレイン電極6を覆うように設けられたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に設けられたゲート電極2と、ゲート電極2上に設けられた保護層7とを有している。一方、生体関連物質感応部Bは、図4に示すように、透明基材1上にTFT素子部Aのゲート絶縁膜3と共に形成された絶縁膜3’と、その絶縁膜3’上にTFT素子部Aのゲート電極2と共に形成された電極2’と、その電極2’上にTFT素子部Aの保護膜7と共に形成された保護膜7と、その保護膜7上に設けられた感応膜8とを有している。生体関連物質は、感応膜8上に載置される。   The TFT element portion A has a top gate type TFT, and as shown in FIG. 4, the source electrode 5 and the drain electrode 6 provided on the transparent substrate 1 and the source electrode 5 and the drain electrode 6 An oxide semiconductor film 4 provided so as to be connected on both sides in a bottom contact manner, a gate insulating film 3 provided so as to cover the source electrode 5, the oxide semiconductor film 4 and the drain electrode 6, and a gate insulating film 3 It has a gate electrode 2 provided on top and a protective layer 7 provided on the gate electrode 2. On the other hand, as shown in FIG. 4, the biological substance-sensitive part B includes an insulating film 3 ′ formed on the transparent substrate 1 together with the gate insulating film 3 of the TFT element part A, and a TFT on the insulating film 3 ′. An electrode 2 ′ formed with the gate electrode 2 of the element part A, a protective film 7 formed with the protective film 7 of the TFT element part A on the electrode 2 ′, and a sensitive film provided on the protective film 7 8. The biological substance is placed on the sensitive film 8.

図4に示す透明バイオセンサ20Aにおいては、紫外線カット能を有するゲート電極2は酸化物半導体膜4の上方に設けられているので、そのゲート電極2は、透明バイオセンサ20の上方から照射される光に含まれる紫外線をカットする。なお、図4の例では、感応膜8は、平面視でTFT素子部A以外の領域に設けられているが、TFT素子部Aの上方にも設けてもよい。そうすることで、感応膜8上での生体関連物質の載置面積を大きくし、観察範囲を広くすることができる。   In the transparent biosensor 20 </ b> A shown in FIG. 4, the gate electrode 2 having an ultraviolet cutting ability is provided above the oxide semiconductor film 4, so that the gate electrode 2 is irradiated from above the transparent biosensor 20. Cuts out ultraviolet rays contained in light. In the example of FIG. 4, the sensitive film 8 is provided in a region other than the TFT element part A in a plan view, but may be provided above the TFT element part A. By doing so, the mounting area of the biological substance on the sensitive film 8 can be increased and the observation range can be widened.

図5に示すトップゲート型TFTを有する透明バイオセンサ20Bは、透明基材1と、透明基材1上に設けられたTFT素子部A及び生体関連物質感応部Bとで構成されている。図5に示すTFT素子部Aと生体関連物質感応部Bとは、平面視で重なるように上下の位置関係で設けられている。また、生体関連物質感応部Bの感応膜8の下方に設けられた電極は、感応膜8の検出電極2’とTFT素子部Aを構成するゲート電極2とを兼ねている。   A transparent biosensor 20B having a top-gate TFT shown in FIG. 5 includes a transparent base material 1, a TFT element part A and a biological substance sensitive part B provided on the transparent base material 1. The TFT element part A and the biological substance-sensitive part B shown in FIG. 5 are provided in a vertical positional relationship so as to overlap in plan view. Further, the electrode provided below the sensitive film 8 of the biological substance sensitive part B serves as both the detection electrode 2 ′ of the sensitive film 8 and the gate electrode 2 constituting the TFT element part A.

TFT素子部Aは、トップゲート型TFTを有するものであり、図5に示すように、透明基材1上に設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、そのソース電極5及びドレイン電極6にボトムコンタクト態様で両側で接続するように設けられた酸化物半導体膜4と、ソース電極5、酸化物半導体膜4及びドレイン電極6を覆うように設けられたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に設けられたゲート電極2とを有している。なお、ゲート電極2と感応膜8との間には、保護膜7が設けられていてもよい。   The TFT element portion A has a top gate type TFT. As shown in FIG. 5, the source electrode 5 and the drain electrode 6 provided on the transparent substrate 1, and the source electrode 5 and the drain electrode 6 are provided. An oxide semiconductor film 4 provided so as to be connected on both sides in a bottom contact manner, a gate insulating film 3 provided so as to cover the source electrode 5, the oxide semiconductor film 4 and the drain electrode 6, and a gate insulating film 3 And a gate electrode 2 provided thereon. A protective film 7 may be provided between the gate electrode 2 and the sensitive film 8.

一方、生体関連物質感応部Bは、図5に示すように、そのTFT素子部A上を構成するゲート電極2上に設けられたものである。そして、この生体関連物質感応部Bでは、TFT素子部Aが有するゲート電極2を、検出電極2’として併用し、その検出電極2’上には、感応膜8が設けられている。感応膜8が設けられた生体関連物質感応部Bの周縁には、隔壁9が設けられており、その隔壁9で囲まれた領域に、被検査流体に含まれる生体関連物質が投入され、透明バイオセンサによる電気的な信号情報と、顕微鏡観察とが同時に行われる。「周縁」とは、生体関連物質感応部Bに設けられた検出電極2’を平面視した場合に、その検出電極2’に重ならない外側位置のことを意味する。感応膜8上には、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、DNA、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等が、隔壁9,9間に配置される。   On the other hand, the biological substance-sensitive part B is provided on the gate electrode 2 constituting the TFT element part A as shown in FIG. In the biological substance-sensitive part B, the gate electrode 2 of the TFT element part A is used in combination as a detection electrode 2 ', and a sensitive film 8 is provided on the detection electrode 2'. A partition wall 9 is provided at the periphery of the living body related substance sensitive part B provided with the sensitive film 8, and the body related substance contained in the fluid to be inspected is introduced into a region surrounded by the partition wall 9 and is transparent. Electrical signal information from the biosensor and microscopic observation are simultaneously performed. The “periphery” means an outer position that does not overlap with the detection electrode 2 ′ when the detection electrode 2 ′ provided in the biological substance-sensitive part B is viewed in plan. On the sensitive film 8, a biological substance contained in the fluid to be inspected, such as a cell, DNA, sugar chain, protein, oxidoreductase, antigen or antibody, is disposed between the partition walls 9.

隔壁9は、生体関連物質感応部Bの周縁の感応膜8上に設けられている。隔壁9は、水溶液又は培養液等の被検査流体を感応膜8上に滞留させるためのものであり、所定の高さで設けられる。障壁9の形成材料は、被検査流体を漏出させない材料であればよく、特に限定されるものではない。具体的には被検査流体の種類に応じて、各種の樹脂材料や金属材料から選択して適用できる。   The partition wall 9 is provided on the sensitive film 8 at the periphery of the living body related substance sensitive part B. The partition wall 9 is for retaining a fluid to be inspected such as an aqueous solution or a culture solution on the sensitive film 8 and is provided at a predetermined height. The material for forming the barrier 9 is not particularly limited as long as it does not leak the fluid to be inspected. Specifically, according to the type of fluid to be inspected, various resin materials and metal materials can be selected and applied.

図5に示す透明バイオセンサ20Bにおいては、紫外線カット能を有するゲート電極2は酸化物半導体膜4の上方に設けられているので、そのゲート電極2は、透明バイオセンサ20の上方から照射される光に含まれる紫外線をカットする。   In the transparent biosensor 20 </ b> B shown in FIG. 5, the gate electrode 2 having an ultraviolet cutting ability is provided above the oxide semiconductor film 4, so that the gate electrode 2 is irradiated from above the transparent biosensor 20. Cuts out ultraviolet rays contained in light.

以上説明したように、トップゲート型TFTを有する透明バイオセンサ20では、透明バイオセンサ20の上方から照射される光に含まれる紫外線を、紫外線カット機能を有するゲート電極2によって紫外線をカットする。その結果、酸化物半導体膜4が紫外線に感応するのを防いで、その酸化物半導体膜4による出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。   As described above, in the transparent biosensor 20 having the top-gate TFT, the ultraviolet light contained in the light irradiated from above the transparent biosensor 20 is cut by the gate electrode 2 having the ultraviolet cut function. As a result, the oxide semiconductor film 4 can be prevented from being sensitive to ultraviolet rays, and the output signal from the oxide semiconductor film 4 can be prevented from fluctuating or decreasing. Information can be obtained accurately.

1 透明基材
2 ゲート電極
2’ 検出電極
2” 連結配線
3 ゲート絶縁膜
3’ 絶縁膜
4 酸化物半導体膜
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 保護膜
8 感応膜
9 隔壁
10,10A,10B,10C 透明バイオセンサ
20,20A,20B 透明バイオセンサ
A 薄膜トランジスタ素子部
B 生体関連物質感応部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent base material 2 Gate electrode 2 'Detection electrode 2 "Connection wiring 3 Gate insulating film 3' Insulating film 4 Oxide semiconductor film 5 Source electrode 6 Drain electrode 7 Protective film 8 Sensitive film 9 Partition 10, 10A, 10B, 10C Transparent Biosensor 20, 20A, 20B Transparent biosensor A Thin-film transistor element part B Bio-related substance sensitive part

Claims (5)

透明基材と、該透明基材上に設けられた透明な薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、前記薄膜トランジスタ素子部が有するゲート電極が、前記薄膜トランジスタ素子部を構成する酸化物半導体膜に対する紫外線カット機能を有することを特徴とする透明バイオセンサ。   A transparent base material, a transparent thin film transistor element portion provided on the transparent base material, and a transparent biological material sensitive part, and a gate electrode included in the thin film transistor element portion constitutes the thin film transistor element portion. A transparent biosensor having an ultraviolet blocking function for a semiconductor film. 前記ゲート電極が、(i)紫外線カット材料を含む透明電極、(ii)紫外線カット材料からなる透明電極、及び、(iii)前記酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明電極、のいずれかである、請求項1に記載の透明バイオセンサ。   The gate electrode is (i) a transparent electrode containing an ultraviolet cut material, (ii) a transparent electrode made of an ultraviolet cut material, and (iii) a transparent electrode having a band gap smaller than the band gap of the oxide semiconductor film, The transparent biosensor according to claim 1, which is any one of the above. 前記薄膜トランジスタ素子部が、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ構造又はトップゲート型の薄膜トランジスタ構造を有する、請求項1又は2に記載の透明バイオセンサ。   The transparent biosensor according to claim 1, wherein the thin film transistor element portion has a bottom gate type thin film transistor structure or a top gate type thin film transistor structure. 前記薄膜トランジスタ素子部がボトムゲート型の薄膜トランジスタ構造であり、該薄膜トランジスタ構造の上方に絶縁膜を介して前記ゲート電極に接続する検出電極が設けられ、該検出電極が前記酸化物半導体膜に対する前記紫外線カット機能を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明バイオセンサ。   The thin film transistor element portion has a bottom gate type thin film transistor structure, and a detection electrode connected to the gate electrode through an insulating film is provided above the thin film transistor structure, and the detection electrode cuts the ultraviolet ray with respect to the oxide semiconductor film. The transparent biosensor according to claim 1, which has a function. 前記酸化物半導体膜が、IGZO系の酸化物半導体膜である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の透明バイオセンサ。   The transparent biosensor according to claim 1, wherein the oxide semiconductor film is an IGZO-based oxide semiconductor film.
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