(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物の多孔質により形成される多孔質絶縁層と、前記多孔質絶縁層の一方の面に形成される第１の開口部を有する第１の電極と、前記多孔質絶縁層の他方の面に形成される前記第１の開口部からの孔に対応した第２の開口部を有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間でかつ、前記多孔質絶縁層に配置された第３の電極とを有することを特徴とするセンサデバイス。 
【請求項２】
第１の開口部を有する低抵抗基板と、前記低抵抗基板の下の面に形成される第１の電極と、前記低抵抗基板の上の面に形成される絶縁層と、前記絶縁層の上に形成される第３の電極と、前記第３の電極の上に形成される第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層上に形成される多孔質絶縁層と、前記多孔質絶縁層上に形成される前記第１の開口部からの孔に対応した第２の開口部を有する第２の電極とを有することを特徴とするセンサデバイス。 
【請求項３】
前記第３の電極が絶縁材料ですべて覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサデバイス。 
【請求項４】
前記第１の電極、前記第２の電極及び多孔質絶縁層のすべてを溶液に浸し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することにより流れる電流値を検出し、前記電流値に基づき前記溶液又は前記溶液に含まれる物質の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサデバイス。 
【請求項５】
前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極及び多孔質絶縁層のすべてを溶液に浸し、前記第３の電極に一定の電圧を印加するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することにより流れる電流値を検出し、前記電流値に基づき前記溶液又は前記溶液に含まれる材料の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサデバイス。 
【請求項６】
前記多孔質絶縁層は、前記一方の面から前記他方の面に連通する複数の孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサデバイス。 
【請求項７】
前記多孔質絶縁層は、金属酸化物を含み、前記金属酸化物は、（ａ）酸化亜鉛、酸化チタン、酸化錫、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、五酸化タンタル、チタン酸バリウム、及び、チタン酸ストロンチウムから選択された一つの金属酸化物、若しくは（ｂ）酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ビスマスから選択された一つの金属酸化物、又は不純物をドーピングして形成された（ａ）若しくは（ｂ）に記載された金属酸化物であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサデバイスに係り、特に多孔質絶縁層を有するトランジスタを用いたセンサデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々なセンサの研究開発がなされており、センサは工業的なものから医学的なものまで、或いは一般家庭にまで広く浸透しており、現代社会において欠くことのできない存在となっている。センサは、例えば測定対象、信号変換機能、又は構成材料等により分類され、信号変換機能は、物理センサ、化学センサ、又はバイオセンサに大別することができる。
【０００３】
この中で、バイオセンサは、生体のもつ優れた分子認識能力を模倣、又は直接利用した計測デバイスであり、幅広い応用の可能性が期待され注目されている。特に、創薬、臨床検査、医学研究分野での応用を目指したさまざまなバイオチップの研究が活発に進められている。
【０００４】
これらのバイオチップは、生体分子の特異的反応の検出に、蛍光、屈折率、質量、酸化・還元電流、化学発光などの物性（物質が示す物理的性質）の変化を用いている。
また、2003 年にヒトゲノムの全塩基配列の解読が完了したのを契機に、その成果を基盤とする遺伝子機能解析が行われ、生体分子固有の電荷（キャリア）を電界効果により、特異的反応を直接検出するバイオトランジスタの研究が行なわれるようになっている。
【０００５】
さらにまた、将来のテーラーメイド医療の実現を目指して、遺伝子検査用ＤＮＡチップの開発も進められており、ゲノムＤＮＡ配列の個人差を簡単に調べることができる技術として期待され、ゲノムＤＮＡ配列の個人差の中で、疾病との関係性や薬剤代謝に関連する遺伝子塩基が注目されており、個人の塩基のタイプを調べることにより、薬の効き具合や副作用を予測して、個人の体質に合った医療の提供が推進されようとしている。
【０００６】
図１に、従来のバイオトランジスタを説明するための素子概略断面図と電気回路図を示す。
生体の絶縁ゲート電界効果トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＦＥＴ）は、ゲート絶縁膜の表面にＤＮＡ、ＲＮＡ、抗原・抗体、たんぱく質などの分子認識材料が固定化され、参照電極と共に溶液の中に浸漬される。
【０００７】
ＩＧＦＥＴは、溶液の電位を、参照電極により制御し、ゲート絶縁膜の表面における分子認識材料の分子認識による電荷密度を、参照電極を介して測定する。
シリコン（Ｓｉ）表面では、ゲート絶縁膜の表面における電荷密度に応答して、チャネル（ソース電極とドレイン電極間）の電子密度が変化するため、ドレイン電流を測定することにより、原理的に分子認識による電荷の変位量に基づく信号のみを検出することができる（例えば、非特許文献１、２参照）。 
【０００８】
ここで、ＩＧＦＥＴを用いたＤＮＡの電位計測について説明する。 
図１に示すように、ＩＧＦＥＴのゲート絶縁膜表面にオリゴヌクレオチドプローブを固定化し、参照電極と共に溶液中に浸漬する。溶液の電位は参照電極により制御される。このように、ゲート絶縁膜表面での分子認識による電荷密度変化を、参照電極を介して測定する。この中で、ゲート絶縁膜表面にターゲットＤＮＡを含有する試料溶液を導入すると、ハイブリダイゼーションにより二本鎖ＤＮＡが形成される。ＤＮＡ分子は水溶液中でリン酸イオンに起因する負の電荷を有しているためＤＮＡ分子とシリコン基板中の電子が静電的に相互作用する状態を実現することができる。
したがって、ゲート絶縁膜表面のＤＮＡ分子の電荷密度変化に応答してシリコン表面（チャネル）の電子密度が変化するため、ソース（Ｓ）−ドレイン（Ｄ）間電流を測定することにより、原理的にＤＮＡのハイブリダイゼーションを検出できる。 
しかしながら、図１に示すＩＧＦＥＴは、横型の電解効果トランジスタ構造を基本としているために、高感度検出および高速度検出には限界があった。
【０００９】
近年、環境負荷低減や機器の軽量化や携帯性や柔軟性の必要性から、有機半導体材料をエレクトロニクスに用いることが提案されており、このため有機半導体材料を用いた様々なトランジスタが提案されている。無機半導体材料を用いたトランジスタはそのほとんどが横型トランジスタであり、無機の縦型トランジスタは数少ないが、有機半導体材料を用いたトランジスタにおいては、有機半導体材料が高抵抗でしかも低移動度の材料であるから縦型トランジスタは横型トランジスタよりも大電流、高速動作が容易である点で注目されている。
【００１０】
有機半導体を用いた縦型トランジスタとしては、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）をソース電極、ドレイン電極で挟み、ゲート電極にスリット状のアルミニウム薄膜をＣｕＰｃ層に埋め込んで形成したものが報告されている（例えば、非特許文献３参照）。 
【００１１】
縦型の電界効果トランジスタは、横型の例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の電界効果型トランジスタと比較した場合、横型が導電層の水平方向に電流を流すのに対して、縦型が導電層の垂直方向に電流を流すのであるから、縦型の電界効果トランジスタは、トランジスタの電流経路であるチャネル長（ソース−ドレイン間の距離）を導電層厚さ程度に短くすることが可能であり、且つドレイン電流を大きく取ることができるため、トランジスタを高速度で動作させることが可能となる。また、素子構造が簡単なため、素子サイズを小さくすることができる特徴を有している。 
【００１２】
縦型トランジスタは、このような特徴を有しているため、例えば、有機ＥＬ層等の発光層の制御素子（スイッチング素子と呼ぶ場合もある）として用いられる場合には、有機ＥＬ層を用いた表示装置が、高速な応答性と比較的大きな電流を要求されるため、横型トランジスタよりも適している。このように、縦型有機トランジスタは、横型有機トランジスタを用いた場合と比較して、圧倒的に有利に利用可能であることが判明しており、現在では、フレキシブルシートディスプレイの実現化へ向けた活発な研究開発がなされている。
しかし、高性能な縦型バイオトランジスタを提供するには至っていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、本発明は、縦型の電解効果トランジスタ構造を生体分子の測定に用いることにより、従来の欠点を解消して、高精度で、高速で動作させることができ、小型化可能な高感度・高性能なセンサデバイス（バイオトランジスタ）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】
【００１４】
本発明は、下記（１）〜（８）によって解決される。
（１）絶縁物の多孔質により形成される多孔質絶縁層と、前記多孔質絶縁層の一方の面に形成される第１の開口部を有する第１の電極と、前記多孔質絶縁層の他方の面に形成される前記第１の開口部からの孔に対応した第２の開口部を有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間でかつ、前記多孔質絶縁層に配置された第３の電極とを有することを特徴とするセンサデバイス。 
（２）第１の開口部を有する低抵抗基板と、前記低抵抗基板の下の面に形成される第１の電極と、前記低抵抗基板の上の面に形成される絶縁層と、前記絶縁層の上に形成される第３の電極と、前記第３の電極の上に形成される第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層上に形成される多孔質絶縁層と、前記多孔質絶縁層上に形成される前記第１の開口部からの孔に対応した第２の開口部を有する第２の電極とを有することを特徴とするセンサデバイス。 
（３）前記第３の電極が絶縁材料ですべて覆われていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のセンサデバイス。 
（４）前記第１の電極、前記第２の電極及び多孔質絶縁層のすべてを溶液に浸し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することにより流れる電流値を検出し、前記電流値に基づき前記溶液又は前記溶液に含まれる物質の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なうことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載のセンサデバイス。 
（５）前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極及び多孔質絶縁層のすべてを溶液に浸し、前記第３の電極に一定の電圧を印加するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することにより流れる電流値を検出し、前記電流値に基づき前記溶液又は前記溶液に含まれる材料の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なうことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載のセンサデバイス。 
（６）前記多孔質絶縁層は、前記一方の面から前記他方の面に連通する複数の孔が設けられていることを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれかに記載のセンサデバイス。 
（７）前記多孔質絶縁層は、金属酸化物を含み、前記金属酸化物は、（ａ）酸化亜鉛、酸化チタン、酸化錫、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、五酸化タンタル、チタン酸バリウム、及び、チタン酸ストロンチウムから選択された一つの金属酸化物、若しくは（ｂ）酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ビスマスから選択された一つの金属酸化物、又は不純物をドーピングして形成された（ａ）若しくは（ｂ）に記載された金属酸化物であることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載のセンサデバイス。 
（８）前記第１の電極、又は前記第２、前記第３の電極のいずれかは、クロム、タンタル、チタン、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、パラジウム、白金、銀、錫、マグネシウム、インジュウム錫酸化物、酸化亜鉛の導電性金属酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも一種の材料を含むことを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれかに記載のセンサデバイス。
【発明の効果】
【００１５】
以下の詳細かつ具体的な説明から理解されるように、本発明によれば、本発明による縦型バイオトランジスタをたとえばＤＮＡシークエンシングに用いることにより、高感度かつ高速の信号検出が可能になり、小型で低コストで高性能なセンサデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のバイオトランジスタを説明するための素子概略断面図と電気回路図である。
【図２】本発明の縦型バイオトランジスタ単素子を模式的に示した断面図及び電気回路図である。
【図３】バイオセンサアレイの中で本発明の縦型バイオトランジスタを示す図である。
【図４】縦型バイオトランジスタの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の多孔質絶縁層の孔径およびセル周期の定義を示す図である。
【図６】本発明の多孔質絶縁層の製造方法を模式的に示した図、および、多孔質絶縁膜の表面および断面の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のセンサデバイスについて図を用いて詳細に説明する。
＜縦型バイオトランジスタ単素子＞ 
図２は、本発明の縦型バイオトランジスタ単素子を模式的に示した断面図及び電気回路図である。図２に示すように、縦型バイオトランジスタ（１０）は、多孔部の一方の面には第１の開口部（６３）を有するソース電極（２０）が形成され、多孔部の他方の面には第２の開口部（６４）を有するドレイン電極（４０）と、ドレイン電極（４０）の下に形成された絶縁層（５０）と、ソース電極（２０）及びドレイン電極（４０）の間でかつ多孔部近傍に設けられたゲート電極（３０）により構成される。
【００１８】
図３の中図は、図３の下図に示すバイオセンサアレイ（１１）の中で、本発明の縦型バイオトランジスタ（１０）を示している。単素子断面中に円形で表示された図３の上図（拡大図）は、多孔部（６０）の断面図である。多孔部（６０）に形成された多孔質アルミナ（ポーラスＡｌ２Ｏ３）は、多孔質絶縁層（５０）であり、上下に突き抜ける多数の孔（６５）が形成されている。
即ち、多孔質アルミナ（５０）には、ソース電極（２０）が形成されている面からドレイン電極（４０）に形成されている面に連通する複数の孔（６５）が設けられている（図では代表して１個の連通する孔が描かれている）。多孔質アルミナの孔は、上下に突き抜ける空間的な隙間を有している。図中、１本の鎖状に連結した、Ａ、Ｔ、Ｇ、ＣはＤＮＡの４塩基を示している。これについては後述する。
【００１９】
多孔質アルミナ（５０）は、ソース電極（２０）と、ドレイン電極（４０）との間に設けられ、多孔質アルミナには、ソース電極（２０）に被われない第１の開口部（６３）と、ドレイン電極に被われない第２の開口部（６４）が設けられている。第１の開口部及び第２の開口部における開口は対応しているものであり、例えば矩形、円形、又は楕円形状に、形成されている。 
【００２０】
ソース電極（２０）は、低抵抗基板であるシリコン（Ｓｉ）を用いるが、例えばＳｉ基板にアルミニウム（Ａｌ）等の導電性材料を真空蒸着などにより配置しても良い。電気的に接続される第１の電極としてのソース電極が設けられ、多孔質アルミナ（５０）の一方の面における第１の開口部の周縁部に、例えば矩形、円形、又は楕円形状に、形成される。多孔質アルミナ（５０）の他方の面における第２の開口部の周縁部には同様に、第２の電極としてのドレイン電極（４０）が形成される。また、ドレイン電極直下には、絶縁層（５０）が形成される。
ゲート電極（３０）は、ソース電極とドレイン電極の間に形成され、第３の電極となる。このゲート電極は、シリコン酸化物などの絶縁膜で覆われている。 
上述した構成において、ソース電極からドレイン電極へ電荷が移動するときに、ソース−ドレイン電極間の電気伝導度が増加して（抵抗が小さくなって）、効率よくソース−ドレイン電極間に電流を流すことが可能となる。
【００２１】
次に、本発明のセンサデバイスを図３の拡大図により、ＤＮＡの場合を例に説明する。
図３の上図には、連通する複数の孔を通り抜けて動く一本鎖ＤＮＡ（図中左）と折りたたまれたＤＮＡ（図中右）が孔にトラップされている様子を示している。また、１本鎖ＤＮＡの塩基配列の例を最も左側に示している。
これはＤＮＡに代表される生体物質溶液の圧力流とソース−ドレイン間の電界による力を利用した分子通過現象として説明される。これにより、第１の電極、前記第２の電極及び多孔質絶縁層のすべてを溶液に浸し、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することにより、第１の電極と第２の電極間を流れる電流値を検出し、溶液に含まれる物質の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なうことができる。
さらに、第３の電極を用いて、デバイ長制御することで選択的で、より効率的な分子通過現象を実現可能になる。 
【００２２】
ＤＮＡシークエンシングについて、説明を加えると、ＤＮＡシークエンシングとはＤＮＡを構成するヌクレオチドの結合順序（塩基配列）を決定することである。
ＤＮＡは、生物の遺伝情報のほとんどすべてを担う分子であり、基本的に塩基配列の形で符号化されている。このため、ＤＮＡシークエンシングは遺伝情報を解析するための基本手段になっている。このため、生物分類学や生態学などでも盛んに応用されている。また、医学分野では、遺伝疾患や感染病の診断や治療法の開発や創薬などに役立っている。現在主流になっているＤＮＡシークエンシング方法は、塩基依存的にＤＮＡ断片を作製し、その長さを比べることで塩基の順序（配列）を決定する方法である。
たとえば、ＤＮＡの塩基は４塩基からなるが、アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）の４塩基、それぞれの塩基に対応して一回ずつ切断し、長さの短い断片から並べ直し、切断した塩基の順に読めば塩基配列が決定できる。
【００２３】
ＤＮＡは、デオキシリボース、リン酸と塩基から構成される核酸である。前述の４塩基は、デオキシリボースと結合してヌクレオシドを形成し、このヌクレオシドにリン酸が結合したものをヌクレオチドと呼ぶ。このヌクレオチドは核酸の最小単位であるが、ＤＮＡはデオキシヌクレオチドの高分子である。ヌクレオチド分子は、リン酸を介した結合で連結して鎖状の分子構造をとる。
したがって、ＤＮＡ鎖は相補的な塩基（ＡとＴ、ＧとＣ）による水素結合を介して全体として２重らせん構造をしている。塩基の相補性とは、塩基のＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃの４種類のうち１種が決まればそれと水素結合で結ばれるもう１種も決まる性質である。このことから、鎖状の２重らせん構造を化学反応により１本鎖ＤＮＡに加工することにより得られ、この１本鎖ＤＮＡの塩基配列を決定すれば、すべての塩基配列が判明する。
【００２４】
本発明においては、１本鎖ＤＮＡのヌクレヲチド分子の大きさは結合している塩基により異なること、及び、ヌクレオチド分子が固有の負電荷を保持していることを利用して、電界効果トランジスタの原理応用により、ＤＮＡ シークエンシングを可能にするものである。
ヌクレオチド分子の大きさが異なることは、以下のように利用される。すなわち、連通する孔の径をゲート電極に印加する電圧によるデバイ長制御により、ヌクレオチド分子を補足できる。このときに、ソース−ドレイン間の電流を計測することによりＤＮＡシークエンシングができる。
【００２５】
本発明の縦型バイオトランジスタ用いたＤＮＡシークエンシングについて説明する。
一定のゲート電圧印加時の、閾値電圧及びドレイン電流の変化分を検出し、ＤＮＡシークエンシングができる。
図２に示す縦型バイオトランジスタは、例えばＤＮＡの溶液中に浸漬されることにより用いられる。
即ち、縦型バイオトランジスタにおけるソース電極、ドレイン電極、ゲート電極のすべてを溶液に浸した状態で前記電流を検出し、前記電流の値に基づき前記溶液又は前記溶液に含まれる材料の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なう。
また、縦型バイオトランジスタにおいて、ソース電極からドレイン電極に移動する電荷が、多孔質アルミナにおいて第１の開口部及び第２の開口部における孔の空間的な隙間を通って移動することにより、電荷移動の距離が短くなり抵抗が低減される。このとき、ゲート電圧を印加せずに０Ｖにすれば、ソース電極とドレイン電極間の電界勾配によりＤＮＡは搬送され、孔内を通り抜けていくから、ヌクレオチド分子固有の負電荷を計測可能になる。 
【００２６】
また、縦型バイオトランジスタにおけるソース電極、ドレイン電極、ゲート電極のすべてを溶液に浸した状態で前記電流を検出し、前記電流の値に基づき前記溶液又は前記溶液に含まれる材料の特性又は含まれる材料の物性量の計測を行なうことができる。 
縦型バイオトランジスタにおいて、ソース電極からドレイン電極に移動する電荷の距離が短いことから抵抗が低減される。ソース電極とドレイン電極間の電界勾配によりＤＮＡは第１の開口部から第２の開口部へ搬送され孔内を通り抜けていく、ことに加えてゲート電極に一定の電圧を印加することによりデバイ長制御によりヌクレオチド分子を多孔部で捕獲する度に、ヌクレオチド分子固有の負電荷をより高精度に計測することが可能になる。計測が終われば、また、ＤＮＡは、縦型バイオトランジスタのソース電極とドレイン電極との間における印加電圧に対応してゲート電圧を印加して、多孔質アルミナに形成された孔の隙間を、空乏層制御された実効的な空間的隙間を通って第１の開口部から第２の開口部へ移動する。
これを繰り返すことにより、本発明による縦型バイオトランジスタによりＤＮＡシークエンシングのための高感度計測が可能になる。 
【００２７】
ＤＮＡシークエンシング以外の別の応用として、例えば、分子認識材料にグルコース分解酵素を用い、あらかじめイオン濃度の変化分の検量線を求めておけば、本発明による縦型バイオトランジスタを、グルコースの量によって変化する糖尿病等の検査用センサとしても用いることができる。
すなわち、縦型バイオトランジスタは、グルコース分解酵素であるグルコースオキシターゼ（ＧＯＤ）のグルコースの酸化還元反応により、Ｈ２Ｏ２発生に伴う、水（Ｈ２Ｏ）と酸素イオン（Ｏ−）の発生による電荷量の変化を検出することによりグルコースセンサとして用いることが可能である。他の分子認識材料を用いて、他の物性を検出することも可能であることは言うまでもない。 
【００２８】
また、上述した同一のセンサ構造により、物理吸着、化学吸着、及び物理吸着と化学吸着が複合化した吸着によるセンサとして、機能させることも可能である。バイオセンサは、機能性膜を備え、機能性膜における様々な反応による変化を電気信号変換器により電気信号に変換し、この電気信号を検知することでセンサとして機能する。機能性膜における反応としては、機能性膜と、例えば物理吸着、化学吸着、分子吸着、酵素反応、抗原抗体反応、微生物、電気化学反応、ＤＮＡ等との組み合わせによる反応等があり、電位変化を起こす組み合わせ、選択性があれば良く、多孔質の内壁や近傍に機能性膜を配置すればセンサとして機能することは言うまでもない。 
【００２９】
＜縦型バイオトランジスタの製造方法＞ 
次に、図４を例に用いて、本発明の縦型バイオトランジスタの製造方法を説明する。 
まず、図４（I）に示す工程では、例えばシリコン（Ｓｉ）基板上に熱酸化等により酸化物を形成する。例えば、低抵抗である約２００μｍ厚の面方位（００１）であるＳｉ基板の上に約５００ｎｍ厚のＳｉ酸化物を形成する。その後に、スパッタ法あるいは真空蒸着法によりチタン（Ｔｉ）または白金（Ｐｔ）を成膜する。膜厚は１００ｎｍ程度である。さらにその上に、スパッタ法、あるいはＣＶＤ法によりＳｉ酸化物を形成する。その後、室温で、約１．３から約３．９×１０−３Ｐａの真空条件下において真空蒸着法を用いてアルミニウム（Ａｌ）を約１μｍ厚で形成する。 
【００３０】
次に、図４（II）に示す工程では、例えばＡｌを陽極酸化による処理をする。陽極酸化条件は例えば、溶液：硫酸水溶液（０．５ｍｏｌ／リットル）、電圧（１５Ｖ），電流密度約３〜７ｍＡ／ｃｍ２、液温（１０℃）である。陽極酸化条件により、孔径５〜４５０ｎｍ、セル周期１０〜５００ｎｍまで制御可能である。図５に本発明における孔径およびセル周期の定義を示す。 
【００３１】
次に、図４（III）に示す工程では、例えば水で希釈した水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液で約５４．７°の順メサになるようにＳｉを除去する。これにより、第２の開口部が形成される。 
次に、図４（IV）に示す工程では、例えばフォトリソ技術によりレジストパターンを形成した後に多孔質アルミナ上に金（Ａｕ）を３０ｎｍ厚さで蒸着し、その後レジストのパターンを除去する。これにより、矩形、円形、又は楕円形に窓開けを形成する。 
次に、図４（V）は、作製した縦型バイオトランジスタである。 
【００３２】
なお、多孔部及び絶縁層は、金属酸化物を含み、多孔部の金属酸化物は、（ａ）酸化亜鉛、酸化チタン、酸化錫、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、五酸化タンタル、チタン酸バリウム、及び、チタン酸ストロンチウムから選択される。 
また、絶縁層の金属酸化物は、（ｂ）酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ビスマスから選択される。 
或いは、この金属酸化物は、（ａ）若しくは（ｂ）に記載された金属酸化物に不純物をドーピングして形成した材料で構成される。 
多孔質金属酸化物質としては、例えば、アルミニウムに対する陽極酸化処理条件によるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を用いると好適である。陽極酸化処理条件によれば、均一な多孔が形成されるため、キャリアの移動度が高く、感度の高い、縦型バイオトランジスタが実現される。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明について実施例により詳細に説明するが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 
【実施例１】
【００３４】
厚さ２００μｍのＳｉ基板を熱酸化し、厚さ５００ｎｍＳｉ酸化物膜を形成した。その後、スパッタ法により、厚さ１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）を成膜した。さらにその上に、スパッタ法によりＳｉ酸化物を形成し、室温で、３．０×１０−３Ｐａの減圧条件下で、厚さ１μｍのアルミニウム（Ａｌ）を蒸着させた。
次に、硫酸水溶液（０．５ｍｏｌ／リットル）、電圧（１５Ｖ），電流密度５ｍＡ／ｃｍ２、液温（１０℃）の条件で、Ａｌを陽極酸化し、孔径約１５ｎｍ、セル周期約５０ｎｍの多孔質層を形成した。
次に、水で希釈した水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液で約５４．７°の順メサになるようにＳｉを除去し、第２の開口部を形成した。 
次に、フォトリソ技術によりレジストパターンを形成した後に多孔質アルミナ上に金（Ａｕ）を３０ｎｍ厚さで蒸着し、その後レジストのパターンを除去し第１の開口部を形成した。
【００３５】
図６に、実施例１で作製した多孔質アルミナの製造方法および製造した多孔質アルミナの表面モルホロジーおよび断面のＳＥＭ観察結果を示す。
図中、ビーカーに所定の濃度の硫酸水溶液を入れ、黒鉛、または白金を陰極として配置し、これに対向するようにアルミニウムを陽極側に配置する。前述の電圧、電流条件で陽極酸化を行う。ＳＥＭ観察結果に示すように高密度の孔（約１０〜２０ｎｍ径）が形成されていることが確認できる。
なお、ヌクレオチド分子の典型的な大きさは５〜１０ｎｍ程度であるのに対して、生理学的塩溶液中のデバイ長は数ｎｍ程度であるので、本発明の縦型バイオトランジスタによりＤＮＡシークエンシングが可能であることが推測されるが、実際にバイオトランジスタとして動作することを複数の市販標準液を用いて確認した。 
【実施例２】
【００３６】
実施例１の縦型バイオトランジスタを作製する工程において、多孔質アルミナに換えて、酸化亜鉛を成膜してそれぞれソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極とを形成した。この場合においても、上述した実施例１と同様の動作が確認された。
【実施例３】
【００３７】
実施例２の縦型バイオトランジスタを作製する工程において、酸化亜鉛に換えて、酸化コバルトを成膜してそれぞれソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極を形成した。この場合においても、上述した実施例と同様の動作が確認された。
【実施例４】
【００３８】
実施例１の縦型バイオトランジスタを作製する工程において、Ａｕに換えて、アルミニウム（Ａｌ）を用いてソース電極を形成した。この場合にも、上述した実施例と同様の動作が確認された。 
【実施例５】
【００３９】
実施例１の縦型バイオトランジスタを作製する工程において、Ａｕに換えて、Ｐｄを用いてソース電極を形成した。この場合にも、上述した実施例と同様の動作が確認された。 
【実施例６】
【００４０】
実施例１の縦型バイオトランジスタを作製する工程において、Ａｕに換えて、アルミニウム（Ａｌ）をドープした酸化亜鉛を用いてソース電極を形成した。この場合にも、上述した実施例と同様の動作が確認された。 
【実施例７】
【００４１】
実施例１の縦型バイオトランジスタを作製する工程において、Ａｕに換えて、導電性ポリアニリンを用いてソース電極を形成した。この場合にも、同様の動作が確認された。 
【００４２】
また、上記実施例１〜実施例７に示した縦型バイオトランジスタについても、実施例１に記載した縦型バイオトランジスタと同様にして、電流−電圧特性を測定した。その結果、実施例１による縦型バイオトランジスタとほぼ同様以上の測定結果が得られ、効果を奏することが確認された。 
【００４３】
また、上述した絶縁層の金属酸化物が、シリコン酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、ジルコン酸化物、ランタン酸化物、スカンジウム酸化物、プラセオジム酸化物、ビスマス酸化物、ニオブ酸化物、タングステン酸化物、イットリウム酸化物、シリコン窒化物よりなる群から選択される少なくとも一種の材料を含む構成においても好適であった。 
【００４４】
上述のように、本発明によれば、縦型バイオトランジスタを用いたことを特徴とするセンサ特性を示す、新規な構造で且つ高性能なセンサデバイスを提供することができる。
また、本発明によれば、キャリアの移動度が高く、出力電流（ソース−ドレイン間電流）の立ち上がり信号が急峻で、動作速度が高速度で、低コストのセンサデバイス及び回路構成を提供することができる。 
【符号の説明】
【００４５】
１０  縦型バイオトランジスタ  
２０  ソース電極    
３０  ゲート電極  
４０  ドレイン電極
５０  絶縁層
６０  多孔部
６３  第１の開口部
６４  第２の開口部
６５  孔    
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００４６】
【非特許文献１】T. SAKATA, M. KAMAHORI, Y. MIYAHARA: Mater. Sci. and  Eng. C 24 (2004) p.827 - 832
【非特許文献２】T. SAKATA, M. KAMAHORI, Y. MIYAHARA: Jpn. J. Appl. Phys, 44, 4B, (2005) p. 2854 - 2859
【非特許文献３】K. Kudo et. al: T. IEE Japan, Vol. 118-A, No. 10, (1998) p. 1166-1171
【図１】
0005459554.tif 000002
【図２】
0005459554.tif 000003
【図３】
0005459554.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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