(57)【要約】【課題】寄生抵抗を低減させると共に特性ばらつきを抑制しつつ、感度を向上させる。【解決手段】センサ素子１は、導電性の支持基板２と、支持基板２上に設けられた第１絶縁層３と、第１絶縁層３上に設けられ、ｎ型又はｐ型の導電型を有する半導体からなるチャネル部４と、チャネル部４に電気的に接続されたソース電極部５及びドレイン電極部６と、チャネル部４上に設けられた第２絶縁層７と、第２絶縁層７のチャネル部４とは反対側に設けられ、気体分子Ｍを捕捉する受容部１０と、を備え、チャネル部４の幅Ｗは厚さＺの２倍以上であり、ソース電極部５及びドレイン電極部６は、チャネル部４の半導体の導電型と同じ導電型であると共にチャネル部４と比較して不純物密度の高い半導体からなる。【選択図】図１
2018004356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体分子を検出するセンサ素子であって、
導電性の支持基板と、
前記支持基板上に設けられた第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に設けられ、ｎ型又はｐ型の導電型を有する半導体からなるチャネル部と、
前記チャネル部の一端に電気的に接続されたソース電極部と、
前記チャネル部の他端に電気的に接続されたドレイン電極部と、
前記チャネル部上に設けられた第２絶縁層と、
前記第２絶縁層の前記チャネル部とは反対側に設けられ、前記気体分子を捕捉する受容部と、を備え、
前記ソース電極部から前記ドレイン電極部に向かう方向において、前記チャネル部の幅は、前記チャネル部の厚さの２倍以上であり、
前記ソース電極部及び前記ドレイン電極部は、前記チャネル部の半導体の導電型と同じ導電型であると共に前記チャネル部と比較して不純物密度の高い半導体からなる、センサ素子。
【請求項２】
前記厚さは、前記チャネル部のデバイ長の８倍以下である、請求項１記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記受容部は、前記気体分子との間で超分子相互作用を示すことにより当該気体分子を捕捉する化合物である、請求項１又は２記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記受容部は、環状構造を有する有機化合物である、請求項３記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記第２絶縁層と前記受容部との間に単分子層を更に備える、請求項１〜４の何れか一項記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記受容部を浸漬させる有機溶媒を更に備える、請求項１〜５の何れか一項記載のセンサ素子。
【請求項７】
前記チャネル部の半導体の導電型がｎ型である場合において、前記ソース電極部に対する前記支持基板の電位がフラットバンド電圧より小さくなるように、前記支持基板と前記ソース電極部との間に電圧を印加可能、又は、前記チャネル部の半導体の導電型がｐ型である場合において、前記ソース電極部に対する前記支持基板の電位がフラットバンド電圧より大きくなるように、前記支持基板と前記ソース電極部との間に電圧を印加可能な電源部を更に備える、請求項１〜６の何れか一項記載のセンサ素子。
【請求項８】
前記電源部は、前記支持基板と前記ソース電極部との間に印加する前記電圧の正負を逆転可能なスイッチ部を有する、請求項７記載のセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体分子を検出するためのセンサ素子（ガスセンサ）が知られている。センサ素子は、その用途の一例として、特定の疾病に罹患した患者の呼気中に多く含まれる揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）を検出することによって、当該疾病の早期判断に利用される。センサ素子は、より精度良く気体分子を検出することを可能とするために、感度を向上させることが望まれている。
【０００３】
上述したセンサ素子として、例えば非特許文献１〜３には、ゲート電極として機能する導電性の支持基板と、支持基板上に設けられた絶縁層と、絶縁層の上面に沿って延在し、表面に絶縁性の酸化膜を有するシリコンナノワイヤと、シリコンナノワイヤの一端に電気的に接続された金属からなるソース電極と、シリコンナノワイヤの他端に電気的に接続された金属からなるドレイン電極と、シリコンナノワイヤの酸化膜に設けられた受容部と、を備えるセンサ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Yair Paska, Thomas Stelzner,Silke Christiansen, Hossam Haick、“Enhanced Sensing ofNonpolar Volatile Organic Compounds by Silicon Nanowire Field EffectTransistors”、ACS NANO、2011、Vol. 5、No. 7、p. 5620-5626
【非特許文献２】Bin Wang, Hossam Haick、“Effect of Functional Groups on the Sensing Properties of SiliconNanowires toward Volatile Compounds”、ACS Appl. Mater.Interfaces、2013、Vol. 5、p. 2289-2299
【非特許文献３】Bin Wang, Hossam Haick、“Effect of Chain Length on the Sensing of Volatile Organic Compoundsby means of Silicon Nanowires”、ACS Appl. Mater.Interfaces、2013、Vol. 5、p. 5748-5756
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したセンサ素子においては、より感度を向上させる観点から、ソース電極、シリコンナノワイヤ、及びドレイン電極における寄生抵抗を低減させることが望まれている。また、上述したセンサ素子では、シリコンナノワイヤの表面の形状及び方位を揃えることが難しいこと、及び、品質を確保することの難しいシリコンナノワイヤの側面にも多くの受容部が設けられてしまうことから、特性ばらつきが生じ易い。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、寄生抵抗を低減させると共に特性ばらつきを抑制しつつ、感度を向上させることができるセンサ素子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】
【０００７】
本発明のセンサ素子は、気体分子を検出するセンサ素子であって、導電性の支持基板と、支持基板上に設けられた第１絶縁層と、第１絶縁層上に設けられ、ｎ型又はｐ型の導電型を有する半導体からなるチャネル部と、チャネル部の一端に電気的に接続されたソース電極部と、チャネル部の他端に電気的に接続されたドレイン電極部と、チャネル部上に設けられた第２絶縁層と、第２絶縁層のチャネル部とは反対側に設けられ、気体分子を捕捉する受容部と、を備え、ソース電極部からドレイン電極部に向かう方向において、チャネル部の幅は、チャネル部の厚さの２倍以上であり、ソース電極部及びドレイン電極部は、チャネル部の半導体の導電型と同じ導電型であると共にチャネル部と比較して不純物密度の高い半導体からなる。
【０００８】
このセンサ素子では、受容部が気体分子を捕捉するとドレイン電極部とソース電極部との間のドレイン電流が変化することを利用して、気体分子が検出される。ここで、センサ素子では、ソース電極部、チャネル部、及びドレイン電極部の半導体の導電型が互いに同じである。このため、ゲート電極として機能する支持基板とソース電極部との間にゲート−ソース間電圧が印加されると、チャネル部において、支持基板側から支持基板とは反対側に向かって空乏層が形成される。ここで、ゲート−ソース間電圧は、ソース電極部の電位を基準とした支持基板の電位である。上記のように空乏層が形成されると、キャリアは、チャネル部において、支持基板とは反対側の端面付近の領域であって、空乏層が形成されていない領域のみを通過することとなる。このような状態において受容部が気体分子を捕捉すると、受容部の分極状態が変化し、チャネル部の支持基板とは反対側の端面付近の領域の電界が変化して、その結果、チャネル部の空乏層が形成される領域が変化する。このように、ソース電極部、チャネル部、及びドレイン電極部の半導体の導電型が互いに同じであることから、チャネル部において、キャリアが通過する領域と、受容部が気体分子を捕捉したことによって空乏層が影響を受ける領域とを近づけることができる。これにより、受容部が気体分子を捕捉した場合にドレイン電流が変化し易くなるため、当該センサ素子の感度を向上させることができる。また、センサ素子では、ソース電極部及びドレイン電極部の半導体の不純物密度がチャネル部の半導体の不純物密度よりも高い。このことに起因して、ソース電極部とソース配線との境界、及び、ドレイン電極部とドレイン配線との境界における寄生抵抗が低減されると共に、ソース電極部及びドレイン電極部の半導体の不純物密度を通常よりも高くしてソース電極部内及びドレイン電極部内における寄生抵抗を低減することができる。また、センサ素子では、チャネル部は、表面の形状及び方位を揃えることが難しいシリコンナノワイヤではないため、当該センサ素子の特性ばらつきが生じ難い。また、センサ素子では、チャネル部の幅が厚さの２倍以上であることから、チャネル部の上面の面積が側面の面積以上となる。このため、チャネル部の上面及び側面の両方に受容部が設けられた場合に、当該センサ素子の特性ばらつきに影響し易いチャネル部の側面に設けられた受容部の効果と比較して、当該センサ素子の特性ばらつきに影響し難いチャネル部の上面に設けられた受容部の効果が同等以上になる。従って、当該センサ素子の特性ばらつきが生じ難い。以上により、寄生抵抗を低減すると共に特性ばらつきを抑制しつつ、感度を向上させることができるセンサ素子を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明のセンサ素子では、厚さは、チャネル部のデバイ長の８倍以下であってもよい。ここで、例えばチャネル部の半導体材料として不純物を含むシリコンを用いる場合に、ゲート電極として機能する支持基板とソース電極部との間にゲート−ソース間電圧が印加されると、チャネル部において、支持基板側から支持基板とは反対側に向かってデバイ長の約８倍の深さまで空乏層が形成される。このため、上記構成によれば、チャネル部において、キャリアが通過する領域と、受容部が気体分子を捕捉したことによって空乏層が影響を受ける領域とを近づけることができる。従って、当該センサ素子の感度を向上させることができる。
【００１０】
本発明のセンサ素子では、受容部は、気体分子との間で超分子相互作用を示すことにより当該気体分子を捕捉する化合物であってもよい。この場合、受容部を構成する化合物との間で超分子相互作用を示し易い気体分子を選択的に検出することができる。
【００１１】
本発明のセンサ素子では、受容部は、環状構造を有する有機化合物であってもよい。この場合、検出すべき気体分子が環状構造の内側に入り込むことによって、受容部を構成する有機化合物は、当該気体分子との間で超分子相互作用を好適に示すことができる。よって、受容部を構成する有機化合物との間で超分子相互作用を示し易い気体分子を選択的に検出することができる。
【００１２】
本発明のセンサ素子では、第２絶縁層と受容部との間に単分子層を更に備えてもよい。この場合、外部の水分が第２絶縁層に付着し難くなるため、外部の湿度変化による当該センサ素子の特性変動を抑制することができる。
【００１３】
本発明のセンサ素子では、受容部を浸漬させる有機溶媒を更に備えてもよい。この場合、外部の水分が第２絶縁層に付着し難くなるため、外部の湿度変化による当該センサ素子の特性変動を抑制することができる。
【００１４】
本発明のセンサ素子では、チャネル部の半導体の導電型がｎ型である場合において、ソース電極部に対する支持基板の電位がフラットバンド電圧より小さくなるように、支持基板とソース電極部との間に電圧を印加可能、又は、チャネル部の半導体の導電型がｐ型である場合において、ソース電極部に対する支持基板の電位がフラットバンド電圧より大きくなるように、支持基板とソース電極部との間に電圧を印加可能な電源部を更に備えてもよい。ここで、フラットバンド電圧とは、チャネル部と第１絶縁層との境界部分の電界が０となるゲート−ソース間電圧である。この場合、電源部が、ゲート電極として機能する支持基板とソース電極部との間にゲート−ソース間電圧を印加することにより、チャネル部において、支持基板側から支持基板とは反対側に向かって空乏層を形成することができる。
【００１５】
本発明のセンサ素子では、電源部は、支持基板とソース電極部との間に印加する電圧の正負を逆転可能なスイッチ部を有してもよい。この場合、受容部に気体分子が捕捉されている状態において、ソース電極部に対する支持基板の電位の正負が、当該センサ素子が気体分子を検出する場合とは逆になるように、支持基板とソース電極部との間に電圧を印加することができる。このように電圧を印加することにより、受容部付近に当該センサ素子が気体分子を検出する場合とは逆方向の電界を発生させて、受容部から気体分子を離脱させることができる。よって、例えば受容部を加熱して当該受容部から気体分子を離脱させる場合と比較して、エネルギーの消費量を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、寄生抵抗を低減すると共に特性ばらつきを抑制しつつ、感度を向上させることができるセンサ素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係るセンサ素子を示す図である。
【図２】図１のセンサ素子を示す平面図である。
【図３】図１のセンサ素子の受容部及び単分子層を示す図である。
【図４】受容部の分子構造を示す図である。
【図５】スイッチ部を有する電源部を示す回路図である。
【図６】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図７】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図８】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図９】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１０】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１１】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１２】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１３】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１４】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１５】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１６】センサ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１７】気体分子の種類に応じたセンサ素子の反応性の違いを示すグラフである。
【図１８】ゲート−ソース間電圧の印加による受容部からの気体分子の離脱の様子をドレイン電流の時間変化で示すグラフである。
【図１９】受容部から気体分子を離脱可能なゲート−ソース間電圧をドレイン電流との関係で示すグラフである。
【図２０】変形例に係るセンサ素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
［センサ素子１の構成］
図１は、一実施形態に係るセンサ素子を示す図である。図２は、図１のセンサ素子を示す平面図である。図１及び図２に示すように、センサ素子１は、支持基板２と、第１絶縁層３と、チャネル部４と、ソース電極部５と、ドレイン電極部６と、第２絶縁層７と、ソース配線８と、ドレイン配線９と、受容部１０と、単分子層１１と、電源部１２とを備える。なお、図２では電源部１２が省略されている。センサ素子１では、電源部１２によって、ゲート電極として機能する支持基板２とソース電極部５との間にゲート−ソース間電圧が印加されると共に、ドレイン電極部６とソース電極部５との間にドレイン−ソース間電圧が印加される。センサ素子１では、所定のゲート−ソース間電圧及び所定のドレイン−ソース間電圧が印加された状態において、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉すると、ドレイン電極部６とソース電極部５との間のドレイン電流が変化する（詳しくは後述）。このことを利用して、センサ素子１は、例えばＶＯＣ等の気体分子Ｍを検出するためのガスセンサとして用いられる。なお、本実施形態では、気体分子Ｍの一例としてノナナールが例示されている。なお、ゲート−ソース間電圧は、ソース電極部５の電位を基準とした支持基板２の電位である。
【００２０】
支持基板２と、第１絶縁層３と、チャネル部４と、ソース電極部５と、ドレイン電極部６とは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて作製される。支持基板２は、平板状をなす導電性のシリコン基板である。支持基板２は、ゲート電極として機能する。第１絶縁層３は、支持基板２上に設けられた埋め込みシリコン酸化膜であり、例えば４００ｎｍの厚さに形成されている。第１絶縁層３は、ゲート絶縁層として機能する。チャネル部４と、ソース電極部５と、ドレイン電極部６とは、ＳＯＩ基板の表面シリコン層を加工することによって第１絶縁層３上に設けられ、例えば４０ｎｍの厚さに形成されている。
【００２１】
チャネル部４は、シリコンに不純物がドーピングされたｎ型の導電型を有する半導体からなる。チャネル部４は、一例として、ソース電極部５からドレイン電極部６に向かう方向（すなわち、チャネル部４中をキャリアが通過する方向）に垂直な断面において矩形状をなしている。チャネル部４は、その厚さＺがチャネル部のデバイ長ＬＤの８倍以下となるように形成されている。デバイ長ＬＤは、下記の式（１）のように表される長さである。式（１）において、εｓはチャネル部４を構成する半導体の誘電率、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子電荷、Ｎはチャネル部４を構成する半導体の不純物密度を表す。
【数１】
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【００２２】
チャネル部４のようにシリコンに不純物がドーピングされた半導体において、チャネル部４の半導体の導電型がｎ型である場合に、フラットバンド電圧より小さいゲート−ソース間電圧が印加されると、チャネル部４においてゲート電極側からデバイ長ＬＤの約８倍の深さまで空乏層Ｄが形成されることが知られている。ここで、フラットバンド電圧とは、チャネル部４と第１絶縁層３との境界部分の電界が０となるゲート−ソース間電圧である。従って、センサ素子１では、ゲート−ソース間電圧が印加されると、チャネル部４において、支持基板２側から支持基板２とは反対側の端面４ａ付近まで空乏層Ｄが形成される。これにより、キャリア（ここでは、電子）は、支持基板２とは反対側の端面４ａ付近の領域であって、空乏層Ｄが形成されていない領域のみを通過することとなる（図１の矢印Ａ）。なお、式（１）に示すように、デバイ長ＬＤは、チャネル部４を構成する半導体の不純物密度の平方根に反比例する。つまり、チャネル部４を構成する半導体の不純物密度が高いほど、チャネル部４において形成される空乏層Ｄの深さが浅くなる。
【００２３】
また、ソース電極部５からドレイン電極部６に向かう方向において、チャネル部４の幅Ｗは、チャネル部４の厚さＺの２倍以上に形成されている。なお、チャネル部４の幅Ｗとは、平面視におけるチャネル部４の最大幅であり、チャネル部４の厚さＺとは、側面視におけるチャネル部４の最大厚さである。なお、チャネル部の長さＬ（図２参照）は、ソース電極部５とチャネル部４との境界から、チャネル部４とドレイン電極部６との境界までの最短距離である。
【００２４】
ソース電極部５は、チャネル部４と同様に、シリコンに不純物がドーピングされたｎ型の導電型を有する半導体からなる。ソース電極部５は、チャネル部４の一端に電気的に接続されている。また、ドレイン電極部６は、チャネル部４と同様に、シリコンに不純物がドーピングされたｎ型の導電型を有する半導体からなる。ドレイン電極部６は、チャネル部４の他端に電気的に接続されている。
【００２５】
このように、ソース電極部５及びドレイン電極部６は、チャネル部４の半導体の導電型と同じｎ型の導電型である。ソース電極部５及びドレイン電極部６は、チャネル部４と比較して不純物密度の高い半導体からなる。以下の説明では、相対的に不純物密度の低い半導体からなるチャネル部４の導電型をｎ−型と呼ぶと共に、相対的に不純物密度の高い半導体からなるチャネル部４の導電型をｎ＋型と呼ぶこととする。なお、センサ素子１のチャネル部４の半導体の不純物密度は、通常のｎｐｎ型及びｐｎｐ型のＭＯＳＦＥＴにおけるチャネル部の半導体の不純物密度と同等であり、センサ素子１のソース電極部５及びドレイン電極部６の半導体の不純物密度は、通常のｎｐｎ型及びｐｎｐ型のＭＯＳＦＥＴにおけるソース電極部及びドレイン電極部の半導体の不純物密度と同等である。
【００２６】
第２絶縁層７は、チャネル部４、ソース電極部５、及びドレイン電極部６の表面に設けられたシリコン酸化膜であり、少なくともチャネル部４上に設けられている。具体的には、第２絶縁層７は、チャネル部４、ソース電極部５、及びドレイン電極部６の上面と、ソース電極部５からドレイン電極部６に向かう方向に沿ったチャネル部４、ソース電極部５、及びドレイン電極部６の両側面と、ソース電極部５からドレイン電極部６に向かう方向を横切るソース電極部５及びドレイン電極部６の両端面と、の各表面に設けられている。第２絶縁層７には、ソース電極部５の上面に対応する位置の一部にコンタクトホール７ａが形成されており、また、ドレイン電極部６の上面に対応する位置の一部にコンタクトホール７ｂが形成されている。
【００２７】
ソース配線８は、電源部１２に対して電気的に接続されていると共に、第２絶縁層７のコンタクトホール７ａを介してソース電極部５に電気的に接続されている。ドレイン配線９は、電源部１２に対して電気的に接続されていると共に、第２絶縁層７のコンタクトホール７ｂを介してドレイン電極部６に電気的に接続されている。
【００２８】
受容部１０は、例えばＶＯＣ等の気体分子Ｍを捕捉する。受容部１０は、第２絶縁層７のチャネル部４とは反対側の面上に設けられ、第２絶縁層７に対して単分子層１１を介して結合されている。具体的には、受容部１０は、第２絶縁層７の各面の内、チャネル部４の上面（端面４ａ）に対向する面に結合された部分と、ソース電極部５からドレイン電極部６に向かう方向におけるチャネル部４の両側面に対向する面に結合された部分とを含んでいる。なお、受容部１０は、単分子層１１を介さずに第２絶縁層７の表面に対して直接結合されていてもよい。
【００２９】
図３は、図１のセンサ素子の受容部及び単分子層を示す図である。図４は、受容部の分子構造を示す図である。図３及び図４に示すように、受容部１０は、センサ素子１が検出すべき気体分子Ｍとの間で超分子相互作用を示すことにより当該気体分子Ｍを捕捉する化合物である。ここで、超分子相互作用とは、配位結合、ファンデルワールス結合、π−π相互作用、水素結合、親水疎水相互作用等の相互作用である。受容部１０は、気体分子Ｍとの間で、これらの超分子相互作用の内の少なくとも一つの相互作用を示す。
【００３０】
図３には、第２絶縁層７上に単分子層１１を介して受容部１０が設けられた状態が示されている。受容部１０は、図３において簡略化して示された環状構造Ｒを有する有機化合物である。具体的には、受容部１０はシクロデキストリン（β−シクロデキストリン）である。図４には、右辺に図３の受容部１０の概略構成を示し、左辺に受容部１０の具体的な化学式を示している。
【００３１】
受容部１０を構成するシクロデキストリンは、検出すべき気体分子Ｍが環状構造Ｒの内側に入り込むことにより、当該気体分子Ｍとの間で超分子相互作用を示す。なお、受容部１０の一例としてのシクロデキストリンの環状構造Ｒは、具体的には中心軸線方向に貫通した中空の円錐台形状の構造であるが、受容部１０の環状構造Ｒは必ずしもこのような形状に限定されない。また、受容部１０は、シクロデキストリン誘導体であってもよく、或いは、シクロデキストリン及びシクロデキストリン誘導体以外の化合物であってもよい。
【００３２】
単分子層１１は、第２絶縁層７と受容部１０との間に設けられている。単分子層１１は、外部の水分を遮断する性質（外部からの水分の浸入を抑制する性質）のものが好適に用いられる。ここでは、単分子層１１は、シランカップリング部位とエポキシ基とを含んだ飽和アルカンを有している。単分子層１１は、第２絶縁層７に対して複数の飽和アルカンが整列して配置されており、全体として飽和アルカン単分子からなる層を形成している。各飽和アルカンの第２絶縁層７とは反対側の端部には、受容部１０が結合されている。なお、飽和アルカン中のアルキル鎖の長さは特に限定されない。また、単分子層１１において、シランカップリング部位に代えてカルボキシル基、リン酸基等を用いてもよい。また、エポキシ基に代えてアミノ基、アルキニル基、アルケニル基等を用いてもよい。
【００３３】
図５は、スイッチ部を有する電源部を示す回路図である。図１及び図５に示すように、電源部１２は、電源１２ａ，１２ｂとスイッチ部１３とを有する。電源１２ａは、ゲート電極として機能する支持基板２とソース電極部５（ソース配線８）との間にゲート−ソース間電圧を印加する。電源１２ｂは、ドレイン電極部６（ドレイン配線９）とソース電極部５（ソース配線８）との間にドレイン−ソース間電圧を印加する。スイッチ部１３は、電源１２ａによって支持基板２とソース電極部５（ソース配線８）との間に印加される電圧の正負を逆転可能である。
【００３４】
具体的には、センサ素子１ではチャネル部４の半導体の導電型がｎ型（ｎ−型）であることから、電源１２ａは、ソース電極部５に対する支持基板２の電位がフラットバンド電圧より小さくなるように、支持基板２とソース電極部５との間にゲート−ソース間電圧を印加可能とされている。また、センサ素子１ではキャリアが電子であるため、電源１２ｂは、ソース電極部５に対するドレイン電極部６の電位が正となるように、ドレイン電極部６とソース電極部５との間にドレイン−ソース間電圧を印加可能とされている。
【００３５】
なお、チャネル部４の半導体の導電型がｐ型（ｐ−型）である場合においては、電源１２ａは、ソース電極部５に対する支持基板２の電位がフラットバンド電圧より大きくなるように、支持基板２とソース電極部５との間にゲート−ソース間電圧を印加可能とされる。また、この場合、キャリアがホールであるため、電源１２ｂは、ソース電極部５に対するドレイン電極部６の電位が負となるように、ドレイン電極部６とソース電極部５との間にドレイン−ソース間電圧を印加可能とされる。
【００３６】
スイッチ部１３は、スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを含むＨブリッジ回路によって構成されている。スイッチ部１３において、図中のスイッチ１３ａ，１３ｄをＯＮとすると共にスイッチ１３ｂ，１３ｃをＯＦＦとした場合、電源１２ａによって、支持基板２とソース電極部５との間に負のゲート−ソース間電圧が印加される。一方、スイッチ部１３において、図中のスイッチ１３ｂ，１３ｃをＯＮとすると共にスイッチ１３ａ，１３ｄをＯＦＦとした場合、電源１２ａによって、支持基板２とソース電極部５との間に正の電圧が印加される。なお、スイッチ部１３は、支持基板２とソース電極部５（ソース配線８）との間に印加する電圧の正負を逆転することができれば、Ｈブリッジ回路に限定されない。
【００３７】
［センサ素子１の動作］
続いて、センサ素子１の動作について説明する。図１〜図５に示すように、センサ素子１では、まず、電源部１２のスイッチ部１３において、スイッチ１３ａ，１３ｄがＯＮとされると共にスイッチ１３ｂ，１３ｃがＯＦＦとされる。この状態で、電源１２ａは、接地されたソース電極部５に対する支持基板２の電位フラットバンド電圧より小さくなるようにゲート−ソース間電圧を印加する。チャネル部４の半導体の導電型がｎ型であることから、これにより、チャネル部４において、支持基板２側から支持基板２とは反対側に向かって空乏層Ｄが形成される。
【００３８】
ここで、ドレイン電極部６とソース電極部５との間に電源１２ｂによってドレイン−ソース間電圧が印加されると、キャリアである電子は、チャネル部４の支持基板２とは反対側の端面４ａ付近の領域であって、空乏層Ｄが形成されていない領域のみを通過する（図１の矢印Ａ）。
【００３９】
このような状態において、受容部１０を構成するシクロデキストリンが、例えばノナナール等の気体分子Ｍとの間で超分子相互作用を示して当該気体分子Ｍを捕捉すると、受容部１０の分極状態が変化する。これにより、チャネル部４の支持基板２とは反対側の端面４ａ付近の領域の電界が変化する。その結果、チャネル部４において、例えば、空乏層Ｄの一端がチャネル部４の支持基板２側に押し戻される、或いは、チャネル部４の支持基板２とは反対側の端面４ａから支持基板２側に向かって新たな空乏層が更に形成される等の変化が生じる。このように、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉すると、チャネル部４において、キャリアである電子が通過することができる領域に変化が生じる。従って、ゲート−ソース間電圧及びドレイン−ソース間電圧のそれぞれを一定に保った状態におけるドレイン電流の変化を検出することによって、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉したことを検知することができる。よって、センサ素子１は、外部に検出対象となる気体分子Ｍが存在することを検知することができる。
【００４０】
更に、センサ素子１では、電源部１２のスイッチ部１３において、スイッチ１３ｂ，１３ｃがＯＮとされると共にスイッチ１３ａ，１３ｄがＯＦＦとされる。これにより、受容部１０付近に逆方向の電界が発生し、その結果、受容部１０に捕捉された気体分子Ｍが受容部１０から離脱し（徐放され）、センサ素子１がリセットされる。
【００４１】
［センサ素子１の製造工程］
続いて、図６〜図１６を参照しつつ、センサ素子１の製造工程について説明する。図６〜図１６は、センサ素子の製造工程を説明するための図である。まず、図６に示すように、ＳＯＩ基板２０を用意する。ＳＯＩ基板２０は、支持基板２１と、埋め込みシリコン酸化膜２２と、表面シリコン層（ＳＯＩ層）２３と、を備える。支持基板２１は、平板状をなす導電性のシリコン基板である。支持基板２１は、センサ素子１における支持基板２である。埋め込みシリコン酸化膜２２は、支持基板２１上に設けられており、ゲート絶縁層として機能する。埋め込みシリコン酸化膜２２は、例えば４００ｎｍの厚さに形成されている。埋め込みシリコン酸化膜２２は、センサ素子１における第１絶縁層３である。表面シリコン層２３は、埋め込みシリコン酸化膜２２上に設けられている。表面シリコン層２３は、例えば４０ｎｍの厚さに形成されている。
【００４２】
次に、図７に示すように、表面シリコン層２３の上面（すなわち、埋め込みシリコン酸化膜２２とは反対側の面）に絶縁膜２４を形成する。具体的には、ＳＯＩ基板２０に対して、９００℃の酸素中にて６０分間の加熱処理を行う。絶縁膜２４は、例えば２０ｎｍの厚さになるように形成される。
【００４３】
次に、表面シリコン層２３に対して、イオン注入及び活性化アニールを行う。具体的には、表面シリコン層２３に対して、Ｐ（リン）イオンの不純物密度が例えば５×１０１７ｃｍ−３程度となるようにイオン注入を行い、その後、１０００℃の窒素中にて２０分間の加熱処理（活性化アニール）を行う。これにより、表面シリコン層２３の中央部がチャネル部４として使用可能な状態となる。
【００４４】
次に、図８に示すように、表面シリコン層２３及び絶縁膜２４に対して、デバイス領域の形成を行う。具体的には、表面シリコン層２３及び絶縁膜２４に対して、フォトリソグラフィによるレジストパターニングを行う。そして、ＣＦ４とＯ２との混合ガスのプラズマによるドライエッチングを行い、その後、レジストを剥離する。
【００４５】
次に、図９に示すように、表面シリコン層２３の両端部に対して不純物イオン注入を行う。具体的には、表面シリコン層２３の両端部に対して、フォトリソグラフィによるレジストパターニングを行う。そして、表面シリコン層２３の両端部に対して、Ｐ（リン）イオンの不純物密度が例えば１×１０２０ｃｍ−３程度となるようにイオン注入を行い、その後、１０００℃の窒素中にて２０分間の加熱処理（活性化アニール）を行う。これにより、表面シリコン層２３の両端部がソース電極部５及びドレイン電極部６となり、これらのソース電極部５及びドレイン電極部６に挟まれた表面シリコン層２３の中央部がチャネル部４となる。
【００４６】
次に、図１０に示すように、表面シリコン層２３の上面の絶縁膜２４を剥離し、第２絶縁層７を形成する。具体的には、絶縁膜２４をフッ酸にて剥離し、露出した表面シリコン層２３の表面を洗浄する。その後、９００℃の酸素中にて２０分間の加熱処理を行って第２絶縁層７を形成する。第２絶縁層７は、例えば１０ｎｍの厚さになるように形成される。
【００４７】
次に、図１１に示すように、表面シリコン層２３において、ソース電極部５の上面に対応する位置の一部にコンタクトホール７ａを形成すると共に、ドレイン電極部６の上面に対応する位置の一部にコンタクトホール７ｂを形成する。具体的には、表面シリコン層２３において、ソース電極部５及びドレイン電極部６の上面に対応する位置のそれぞれの一部に対して、フォトリソグラフィによるレジストパターニングを行う。そして、フッ酸にて第２絶縁層７のエッチングを行い、その後、レジストを剥離する。これにより、コンタクトホール７ａ，７ｂが形成される。
【００４８】
次に、図１２に示すように、ソース配線８及びドレイン配線９を形成する。具体的には、フォトリソグラフィよるソース配線８及びドレイン配線９のレジストパターニングを行い、電子線蒸着装置によって、Ａｌ（アルミニウム）が１０ｎｍの厚さとなるように蒸着されると共にＡｕ（金）が８０ｎｍの厚さとなるように蒸着される。ソース配線８は、一端がコンタクトホール７ａを介してソース電極部５に接続されると共に、他端が埋め込みシリコン酸化膜２２上に位置するように形成される。ドレイン配線９は、一端がコンタクトホール７ｂを介してドレイン電極部６に接続されると共に、他端が埋め込みシリコン酸化膜２２上に位置するように形成される。そして、リフトオフプロセスによってレジストを剥離する。その後、４００℃の水素４％、窒素９６％の混合気体中にて３０分間の加熱処理を行う。
【００４９】
続いて、チャネル部４の上面及び両側面に設けられた第２絶縁層７に対して、単分子層１１及び受容部１０の分子修飾を行う。まず、図１３に示すように、第２絶縁層７の表面においてＨ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２及びＨＦを反応させることにより、第２絶縁層７の表面に水酸基を持たせたケイ素酸化物が形成される。
【００５０】
次に、図１４に示すように、表面に水酸基を持たせたケイ素酸化物が形成された第２絶縁層７に、シランカップリング剤を作用させる。ここで、シランカップリング剤はＳｉ−Ｏ−Ｃ結合を有している。Ｓｉ−Ｏ結合はＣ−Ｏ結合と比較して強い結合であることから、上記Ｓｉ−Ｏ−Ｃ結合にはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合になろうとする力が働く。その結果、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を介してシランカップリング剤と第２絶縁層７との間で化学結合が形成される。
【００５１】
次に、図１５に示すように、シランカップリング剤が第２絶縁層７とは反対側の端部に有するエポキシドをアジド化する。エポキシドは、炭素２つと酸素１つとが無理のある角度で三角形に結合しているため、炭素と結合し得る物質に対して容易に反応して三角形の構造を解消する。ここでは、Ｎ３（アジドイオン）を用いてエポキシドをアジド化（アジド構造を導入）している。
【００５２】
次に、図１６に示すように、アジド構造に対して、シクロデキストリンを結合させる。ここでは、銅イオンを触媒として用いたクリック反応であるヒュスゲン環化付加によって、シクロデキストリンを導入している。
【００５３】
次に、電源部１２を用意し、電源１２ａに対してスイッチ部１３を介してソース配線８及び支持基板２を電気的に接続すると共に、電源１２ｂに対してソース配線８及びドレイン配線９を電気的に接続する（図５参照）。以上により、センサ素子１が製造される。
【００５４】
［センサ素子１の作用及び効果］
以上説明したように、センサ素子１では、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉するとドレイン電極部６とソース電極部５との間のドレイン電流が変化することを利用して、気体分子Ｍが検出される。ここで、センサ素子１では、ソース電極部５、チャネル部４、及びドレイン電極部６の半導体の導電型が互いに同じである。このため、ゲート電極として機能する支持基板２とソース電極部５との間にチャネルがｎ型半導体の場合にはフラットバンド電圧より小さいゲート−ソース間電圧が印加されると、チャネル部４において、支持基板２側から支持基板２とは反対側に向かって空乏層Ｄが形成される。これにより、キャリアは、チャネル部４において、支持基板２とは反対側の端面４ａ付近の領域であって、空乏層Ｄが形成されていない領域のみを通過することとなる。このような状態において、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉すると、受容部１０の分極状態が変化し、チャネル部４の支持基板２とは反対側の端面４ａ付近の領域の電界が変化して、その結果、チャネル部４の空乏層Ｄが形成される領域が変化する。このように、ソース電極部５、チャネル部４、及びドレイン電極部６の半導体の導電型が互いに同じであることから、チャネル部４において、キャリアが通過する領域と、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉したことによって空乏層Ｄが影響を受ける領域とを近づけることができる。これにより、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉した場合にドレイン電流が変化し易くなるため、当該センサ素子１の感度を向上させることができる。また、センサ素子１では、ソース電極部５及びドレイン電極部６の半導体の不純物密度がチャネル部４の半導体の不純物密度よりも高い。このことに起因して、ソース電極部５とソース配線８との境界、及び、ドレイン電極部６とドレイン配線９との境界における寄生抵抗が低減されると共に、ソース電極部５及びドレイン電極部６の半導体の不純物密度を通常よりも高くしてソース電極部５内及びドレイン電極部６内における寄生抵抗を低減することができる。また、センサ素子１では、チャネル部４は、表面の形状及び方位を揃えることが難しいシリコンナノワイヤではないため、当該センサ素子１の特性ばらつきが生じ難い。また、センサ素子１では、チャネル部４の幅Ｗが厚さＺの２倍以上であることから、チャネル部４の上面の面積が側面の面積以上となる。このため、チャネル部４の上面及び側面の両方に受容部１０が設けられた場合に、当該センサ素子１の特性ばらつきに影響し易いチャネル部４の側面に設けられた受容部１０の効果と比較して、当該センサ素子１の特性ばらつきに影響し難いチャネル部４の上面に設けられた受容部１０の効果が同等以上になる。更に、チャネル部４の幅Ｗを厚さＺの２倍よりも大きくしていくことに伴って、チャネル部４の側面に設けられた受容部１０の効果よりも、チャネル部４の上面に設けられた受容部１０の効果を一層支配的にすることができる。従って、当該センサ素子１の特性ばらつきが生じ難い。以上により、寄生抵抗を低減すると共に特性ばらつきを抑制しつつ、感度を向上させることができるセンサ素子１を提供することが可能となる。
【００５５】
また、センサ素子１では、厚さＺは、チャネル部４のデバイ長の８倍以下である。ここで、例えばチャネル部４の半導体材料として不純物を含むシリコンを用いる場合に、ゲート電極として機能する支持基板２とソース電極部５との間にゲート−ソース間電圧が印加されると、チャネル部４において、支持基板２側から支持基板２とは反対側に向かってデバイ長の約８倍の深さまで空乏層Ｄが形成される。このため、チャネル部４において、キャリアが通過する領域と、受容部１０が気体分子Ｍを捕捉したことによって空乏層Ｄが影響を受ける領域とを近づけることができる。従って、当該センサ素子１の感度を向上させることができる。
【００５６】
また、センサ素子１では、受容部１０は、気体分子Ｍとの間で超分子相互作用を示すことにより当該気体分子Ｍを捕捉する化合物である。このため、受容部１０を構成する化合物との間で超分子相互作用を示し易い気体分子Ｍを選択的に検出することができる。
【００５７】
また、センサ素子１では、受容部１０は、環状構造Ｒを有する有機化合物である。このため、検出すべき気体分子Ｍが環状構造Ｒの内側に入り込むことによって、受容部１０を構成する有機化合物は、当該気体分子Ｍとの間で超分子相互作用を好適に示すことができる。よって、受容部１０を構成する有機化合物との間で超分子相互作用を示し易い気体分子Ｍを選択的に検出することができる。
【００５８】
また、センサ素子１では、第２絶縁層７と受容部１０との間に単分子層１１を更に備える。このため、外部の水分が第２絶縁層７に付着し難くなるため、外部の湿度変化による当該センサ素子１の特性変動を抑制することができる。
【００５９】
また、センサ素子１では、チャネル部４の半導体の導電型がｎ型である場合において、ソース電極部５に対する支持基板２の電位がフラットバンド電圧より小さくなるように、支持基板２とソース電極部５との間に電圧を印加可能、又は、チャネル部４の半導体の導電型がｐ型である場合において、ソース電極部５に対する支持基板２の電位がフラットバンド電圧より大きくなるように、支持基板２とソース電極部５との間に電圧を印加可能な電源部１２を更に備える。このため、電源部１２が、ゲート電極として機能する支持基板２とソース電極部５との間にゲート−ソース間電圧を印加することにより、チャネル部４において、支持基板２側から支持基板２とは反対側に向かって空乏層Ｄを形成することができる。
【００６０】
また、センサ素子１では、電源部１２は、支持基板２とソース電極部５との間に印加する電圧の正負を逆転可能なスイッチ部１３を有する。このため、受容部１０に気体分子が捕捉されている状態において、ソース電極部５に対する支持基板２の電位の正負が、当該センサ素子１が気体分子を検出する場合とは逆になるように、支持基板２とソース電極部５との間に電圧を印加することができる。このように電圧を印加することにより、受容部１０付近に当該センサ素子１が気体分子を検出する場合とは逆方向の電界を発生させて、受容部１０から気体分子Ｍを離脱させることができる。よって、例えば受容部１０を加熱して当該受容部１０から気体分子Ｍを離脱させる場合と比較して、エネルギーの消費量を抑制することができる。
【００６１】
［実施例］
以下、センサ素子の特性に関する実測結果について説明する。なお、それぞれの実測結果は、上記実施形態に係るセンサ素子１において、チャネル部４の幅Ｗを２０μｍ、厚さＺを３４ｎｍ、長さＬを５０μｍとすると共にソース電極部５の電位を０Ｖとして測定した結果を示している。
【００６２】
図１７は、気体分子の種類に応じたセンサ素子の反応性の違いを示すグラフである。この試験では、２５℃の環境下で、センサ素子に１．１６Ｖのゲート−ソース間電圧及び０．０５Ｖのドレイン−ソース間電圧を印加した状態において、センサ素子に対して窒素中に４７９ｐｐｍのノナナールを含む気体、窒素中に１０００ｐｐｍの水素を含む気体、及び乾燥空気を吹き付けた。図１７の横軸は時間（分）を表し、左側の縦軸はドレイン電流（ｎＡ）を表し、右側の縦軸はセンサ素子に対する気体分子の吹き付け量を表す。図中のグラフＧ１は、センサ素子に対して窒素中にノナナールを含む気体を吹き付けたときのドレイン電流の時間変化を示す。グラフＧ２は、センサ素子に対して窒素中に水素を含む気体を吹き付けたときのドレイン電流の時間変化を示す。グラフＧ３は、センサ素子に対して乾燥空気を吹き付けたときのドレイン電流の時間変化を示す。また、図中の右側の縦軸には二点鎖線で示すグラフＧ４が対応している。グラフＧ４の読みが１であるときには、センサ素子に対して各気体分子を０．５Ｌ／ｍｉｎで吹き付けており、グラフＧ４の読みが０であるときには、センサ素子に対して窒素を０．５Ｌ／ｍｉｎで吹き付けている。
【００６３】
図１７に示すように、センサ素子に対して窒素中にノナナールを含む気体を吹き付けているときには、ドレイン電流が増大する。一方、センサ素子に対して窒素中にノナナールを含む気体を吹き付けることを止めると、ドレイン電流は増大しなくなる。このことから、センサ素子が、外部にノナナールが存在することを検知可能であることが確認された。
【００６４】
また、図１７に示すように、センサ素子に対して窒素中に水素を含む気体及び乾燥空気を吹き付けても、ドレイン電流は増大しない。このことから、センサ素子が、外部に窒素、水素、及び乾燥空気が存在することを検知しないことが確認された。以上により、センサ素子は、少なくともノナナール、窒素、水素、及び乾燥空気の内からノナナールを選択的に検出可能であることが確認された。
【００６５】
図１８は、ゲート−ソース間電圧の印加による受容部からの気体分子の離脱の様子をドレイン電流の時間変化で示すグラフである。この試験では、センサ素子に０．０５Ｖのドレイン−ソース間電圧を印加した状態において、センサ素子に正（約２Ｖ）のゲート−ソース間電圧と負（約−４Ｖ）のゲート−ソース間電圧とを交互に印加すると共に、所定のドレイン−ソース間電圧を印加した。また、センサ素子に対して窒素を吹き付ける（区間Ｑ１）と共に、センサ素子に正のゲート−ソース間電圧を印加している途中で、窒素に代えて、窒素中に４７．９ｐｐｍのノナナールを含む気体を吹き付けた（区間Ｑ２）。図１８の横軸は時間（分）を表し、左側の縦軸はドレイン電流Ｉｄ（ｎＡ）を表し、右側の縦軸はゲート−ソース間電圧Ｖｇ（Ｖ）を表す。また、図中の縦軸に沿って示されている複数の破線は、センサ素子に対する窒素中にノナナールを含む気体の吹き付けの開始又は停止のタイミングを表す。グラフＧ５は、ドレイン電流Ｉｄの時間変化を示す。グラフＧ６は、ゲート−ソース間電圧Ｖｇの時間変化を示す。
【００６６】
図１８の区間Ｐ１に示すように、センサ素子に正のゲート−ソース間電圧Ｖｇを印加すると、ドレイン電流Ｉｄは徐々に増大する。ここで、区間Ｐ２に示すように、センサ素子に対する窒素中にノナナールを含む気体の吹き付けを開始すると、ドレイン電流Ｉｄは、急激に増大し、その後も徐々に増大し続ける。センサ素子に対して窒素中にノナナールを含む気体の吹き付けを停止した後、区間Ｐ３に示すように、センサ素子に負のゲート−ソース間電圧Ｖｇを印加すると、ドレイン電流Ｉｄは流れなくなる。その後、区間Ｐ４に示すように、再びセンサ素子に正のゲート−ソース間電圧Ｖｇを印加すると、ドレイン電流Ｉｄは、センサ素子に負のゲート−ソース間電圧Ｖｇを印加する直前の電流値から低下して、区間Ｐ１においてセンサ素子への正のゲート−ソース間電圧Ｖｇの印加を開始した直後、すなわちノナナールを含む気体の吹き付けを開始する前の電流値に近い値となっている。このことから、センサ素子は、負のゲート−ソース間電圧Ｖｇが印加されることによって、受容部によって捕捉された気体分子を離脱させることが確認された。
【００６７】
ここで、図１９は、受容部から気体分子を離脱可能なゲート−ソース間電圧をドレイン電流との関係で示すグラフである。この試験では、２４℃の環境下で、センサ素子に０．０５Ｖのドレイン−ソース間電圧を印加した状態において、センサ素子に対して窒素を０．５Ｌ／ｍｉｎで吹き付けた。そして、ゲート−ソース間電圧を正（約７Ｖ）と負（約−４Ｖ）との間で変化させつつ、ドレイン電流を測定した。図１９の横軸はゲート−ソース間電圧（Ｖ）を表し、縦軸はドレイン電流（Ａ）を表す。グラフＧ７は、ゲート−ソース間電圧に応じたドレイン電流を示す。
【００６８】
図１９に示すように、センサ素子では、約１Ｖ以下のゲート−ソース間電圧ではドレイン電流は流れず、約１Ｖから約３Ｖまでのゲート−ソース間電圧の増大に伴ってドレイン電流も増大し、約３Ｖ以上のゲート−ソース間電圧では、ゲート−ソース間電圧の増大に対するドレイン電流の増大は飽和している。このことから、このセンサ素子では、約１．６８Ｖの正のゲート−ソース間電圧を、気体分子を検出する際のセンシング電圧（例えば、図中の縦軸に沿って示されている破線参照）とすることが好適であることが確認された。また、受容部からのノナナールの離脱に用いる電圧を約−４Ｖとすることが好適であることが確認された。
【００６９】
［変形例］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図２０は、変形例に係るセンサ素子を示す図であり、図２０に示すように、センサ素子１は、受容部１０を浸漬させる有機溶媒１４を更に備えてもよい。なお、図２０では電源部１２が省略されている。有機溶媒１４としては、例えばジメチルスルホキシド等を用いてもよい。この場合、外部の水分が第２絶縁層７に付着し難くなるため、外部の湿度変化による当該センサ素子１の特性変動を抑制することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、チャネル部４、ソース電極部５、及びドレイン電極部６のそれぞれは、ｎ型の導電型を有する半導体からなるとした。しかし、チャネル部４、ソース電極部５、及びドレイン電極部６のそれぞれは、ｐ型の導電型を有する半導体からなっていてもよい。この場合、チャネル部４は相対的に不純物密度の低いｐ−型の半導体からなり、ソース電極部５及びドレイン電極部６は、相対的に不純物密度の高いｐ＋型の半導体からなる。なお、このようにチャネル部４、ソース電極部５、及びドレイン電極部６のそれぞれがｐ型の導電型を有する半導体からなる場合には、図５に示す電源１２ａ，１２ｂのそれぞれの正負の向きが逆であると共に、キャリアは電子ではなくホールである。
【００７１】
また、上記実施形態では受容部１０はシクロデキストリンであるとした。しかし、受容部１０は、気体分子Ｍを捕捉する他の構成であってもよく、例えば、気体分子Ｍとの間で超分子相互作用を示すことにより当該気体分子Ｍを捕捉する他の化合物であってもよい。例えば、受容部１０は、カリックスアレーン、クラウンエーテル、シクロファン、キューカビチュリル等であってもよい。ここで、カリックスアレーンは、フェノールの２，６位がメチレン基を介して数個環状に繋がったオリゴマーの総称である。また、クラウンエーテルは、一般構造式（−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ−）ｎで表される大環状のエーテルである。また、シクロファンは、芳香環の２箇所以上が、炭素等の鎖状構造の架橋によって環状に結びついた構造を持つ大環状化合物の総称である。また、キューカビチュリルは、数個のグリコウリルがメチレン単位を介して環状に繋がった化合物の総称である。
【符号の説明】
【００７２】
１…センサ素子、２…支持基板、３…第１絶縁層、４…チャネル部、５…ソース電極部、６…ドレイン電極部、７…第２絶縁層、１０…受容部、１１…単分子層、１２…電源部、１３…スイッチ部、１４…有機溶媒、Ｍ…気体分子、Ｗ…幅、Ｚ…厚さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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