(57)【要約】  サンプル混合物内のサンプルの濃度を測定する方法が開示され、前記方法は、前記サンプル混合物を有機半導体トランジスタに接触させるステップと、前記トランジスタを通るドレイン電流を測定することを可能にするように前記トランジスタの電極に測定信号を印加するステップと、前記測定信号の間に前記トランジスタにかけられた影響を打ち消すようにゲート電極にリフレッシュメント信号を印加するステップと、前記ドレイン電流を安定化させるように前記信号の少なくとも１つに適合を適用するステップと、前記適合に基づいて前記濃度を決定するステップとを有する。
2010515076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル混合物内のサンプルの濃度を測定する方法において、
前記サンプル混合物を有機半導体トランジスタに接触させるステップと、
前記トランジスタを通るドレイン電流を測定することを可能にするように前記トランジスタの電極に測定信号を印加するステップと、
前記測定信号の間に前記トランジスタにかけられた影響を打ち消すようにゲート電極にリフレッシュメント信号を印加するステップと、
前記ドレイン電流を測定するステップと、
前記ドレイン電流を安定化させるように前記信号の少なくとも１つに適合を適用するステップと、
前記適合に基づいて前記濃度を決定するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記適合が、前記測定信号の少なくとも１つのレベルを適合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記適合が、ゲート電極に対する前記測定信号のレベルを適合することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記適合が、ソース電極に対する前記測定信号のレベルを適合することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記適合が、ドレイン電極に対する前記測定信号のレベルを適合することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記適合が、前記リフレッシュメント信号のレベルを適合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記適合が、前記測定信号の持続時間を適合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記適合が、前記リフレッシュメント信号の持続時間を適合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
サンプル混合物内のサンプルの濃度を測定する検出器において、
有機半導体トランジスタと、
ソースであって、
前記トランジスタを通るドレイン電流を測定することを可能にするように測定信号を前記トランジスタの電極に印加し、
前記測定信号の間に前記トランジスタにかけられる影響を打ち消すようにリフレッシュメント信号を前記トランジスタのゲート電極に印加する、
当該ソースと、
前記ドレイン電流を測定する電流検出器と、
前記ドレイン電流を安定化させるように前記信号の少なくとも１つに適合を適用する補償回路と、
前記適合に基づいて前記濃度を決定するデータ処理手段と、
を有する検出器。
【請求項１０】
サンプル混合物の濃度を測定するシステムにおいて、
前記サンプル混合物を受け取る注入口と、
前記サンプル混合物の第１の部分と相互作用する請求項９に記載の第１の検出器を持つ第１のセクタと、
第２のセクタであって、
濾過されたサンプル混合物を得るように前記サンプル混合物の第２の部分から前記サンプルを濾過するフィルタ、及び
前記濾過されたサンプル混合物と相互作用する請求項９に記載の第２の検出器、
を持つ当該第２のセクタと、
出力部であって、
前記第１の検出器の少なくとも１つの信号に対する適合と前記第２の検出器の少なくとも１つの信号に対する適合との間で比較し、
前記比較に基づいて前記濃度を決定及び提供する、
当該出力部と、
を有するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプル混合物内のサンプルの濃度を測定する方法に関し、前記方法は、前記サンプル混合物を有機半導体トランジスタに接触させるステップと、前記トランジスタの電極に信号を印加するステップと、前記トランジスタを流れるドレイン電流を測定するステップと、前記濃度を決定するステップと、前記ドレイン電流を安定化させるステップとを有する。
【０００２】
本発明は、更に、前記サンプルの濃度を測定する検出器及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許出願２００２／０１１６９８２は、臭気、蒸気及び気体を検出する有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）を記載している。前記米国特許出願は、前記有機トランジスタの出力部と前記有機トランジスタの入力部との間にフィードバック回路を結合し、時間ドリフトに対して臭気感知有機トランジスタの出力信号を安定化させるフィードバック信号を生成することにより、ＯＦＥＴが時間の関数としてのドリフト及び閾値シフトを被るという問題に対処している。検出器が非感知モードである、すなわち気体が前記トランジスタに供給されない場合、前記フィードバック回路は、前記出力信号を安定化させる。前記検出器が感知モードである場合、前記フィードバック回路はオフに切り替えられる。前記米国特許出願の検出器の問題は、測定中のドリフトを防がないことである。
【０００４】
トランジスタを最初の性質に回復する方法は、Brown et al., Synth. Met., 88, 37 (1997)から既知である。Brown他は、リフレッシュメントパルスを印加することによる最初の性質へのトランジスタの回復を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、測定中のドリフトを防ぐことができる冒頭の段落に記載された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、サンプル混合物内のサンプルの濃度を測定する方法を提供することにより達成され、前記方法は、前記サンプル混合物を有機半導体トランジスタと接触させるステップと、前記トランジスタを通るドレイン電流を測定することを可能にするように前記トランジスタの電極に測定信号を印加するステップと、前記測定信号の間に前記トランジスタにかけられた影響を打ち消すようにゲート電極にリフレッシュメント信号を印加するステップと、前記ドレイン電流を測定するステップと、前記ドレイン電流を安定化させるように前記信号の少なくとも１つに適合を適用するステップと、前記適合に基づいて前記濃度を決定するステップとを有する。
【０００７】
前記ドレイン電流は、前記測定信号の間に測定される。サンプル混合物が前記有機半導体に接触していない場合、前記ドレイン電流は、発生しているドリフトによりゆっくりと変化する。前記リフレッシュメント信号は、先行する測定信号の間に生じたドリフトの影響を打ち消すように働く。結果として、前記ドレイン電流は、測定間で比較的一定のままである。したがって得られる平衡は、前記トランジスタの最初の状態及び前記２つの信号のパラメータに依存する。サンプル混合物が、前記有機半導体と接触する場合、これは、前記平行からのずれをもたらす。前記信号の少なくとも１つを適合することにより、前記平衡は、回復されることができる。要求される適合は、前記平衡に対する気体混合物の影響に依存し、前記影響は、前記サンプルの濃度に依存する。前記サンプル濃度は、したがって、前記要求される適合から得られることができる。
【０００８】
前記適合は、前記測定信号及び／又は前記リフレッシュメント信号のレベルを適合することを含む。前記適合は、前記測定信号の持続時間及び／又は前記リフレッシュメント信号の持続時間を適合することも含みうる。
【０００９】
本発明の第２の態様によると、本発明による方法を実行する検出器が提供される。一実施例において、前記検出器は、サンプル混合物の濃度を測定するより大きなシステムの一部である。前記システムは、前記サンプル混合物を受ける投入部と、前記サンプル混合物の第１の部分と相互作用する本発明による第１の検出器を持つ第１のセクタと、濾過されたサンプル混合物を得るように前記サンプル混合物の第２の部分から前記サンプルを濾過するフィルタを持つ第２のセクタと、前記濾過されたサンプル混合物と相互作用する本発明による第２の検出器と、前記第１の検出器の少なくとも１つの信号に対する適合と前記第２の検出器の少なくとも１つの信号に対する適合との間で比較し、前記比較に基づいて前記濃度を決定及び提供する出力部とを有する。
【００１０】
２つのセクタを持つこのシステムは、前記サンプルが複雑なサンプル混合物の一部である場合でさえも、前記サンプル濃度を非常に正確に測定することを可能にする。一方のセクタにおいて、完全なサンプル混合物が分析され、前記トランジスタに対する前記完全なサンプル混合物の影響が登録される。他方のセクタにおいて、前記サンプルは、前記サンプル混合物から濾過され、前記濾過されたサンプル混合物が分析され、前記トランジスタに対する前記濾過されたサンプル混合物の影響が登録される。両方の検出器に対する要求される適合の差は、前記サンプル濃度を表す。このシステムを用いて得られるサンプル濃度は、したがって、前記サンプル混合物内の他の要素又は温度の影響に対して補正される。
【００１１】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】本発明とともに使用する有機半導体を持つトランジスタ構成を示す。
【図１ｂ】捕獲電荷をもつ有機半導体トランジスタを示す。
【図２ａ】時間に対するドレイン電流の典型的な進行を示す。
【図２ｂ】サンプル混合物がトランジスタと接触させられる場合の時間に対するドレイン電流の典型的な進行を示す。
【図３ａ】本発明による方法が使用される場合の時間に対するドレイン電流の典型的な進行を示す。
【図３ｂ】サンプル混合物がトランジスタと接触させられ、本発明による方法が使用される場合の時間に対するドレイン電流の典型的な進行を示す。
【図４】本発明による検出器を示す。
【図５】本発明による方法による変化するサンプル濃度に対してゲート電圧を適合する異なる可能性を示す。
【図６】本発明による方法による変化するサンプル濃度に対してゲート電圧を適合する異なる可能性を示す。
【図７】本発明による方法による変化するサンプル濃度に対してゲート電圧を適合する異なる可能性を示す。
【図８】本発明による方法による変化するサンプル濃度に対してゲート電圧を適合する異なる可能性を示す。
【図９】本発明による２つの検出器を持つシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１ａは、本発明とともに使用する有機半導体１３を持つトランジスタ構成１０を示す。有機半導体トランジスタ１０は、ゲート電極１１、ソース電極１４及びドレイン電極１５を有する。トランジスタ１０は、更に、絶縁体層１２及び半導体本体（semiconductor body）１３を有する。電圧が、半導体本体１３の導電性制御するように前記ゲート電極に印加されることができる。ドレイン電流Idのレベルは、ソースドレイン電圧Vds、ゲート電圧Vg及び半導体本体１３の化学組成に依存する。半導体本体１３の化学組成は、トランジスタ１０に付着された前記サンプル混合物内の前記サンプル濃度に依存する。したがって、ドレイン電流Idは、前記サンプル濃度に対する尺度である。
【００１４】
図１ｂは、捕獲電荷１６を持つ有機半導体トランジスタ１０を示す。トランジスタ１０の使用中に、電荷は、ゲート−絶縁体界面において捕獲され、これは、前記ドレイン電流のゆっくりとした連続的な減少をもたらす。
【００１５】
図２ａは、時間に対するドレイン電流２１の典型的な進行を示す。一定の電圧がトランジスタ１０のゲート１１に印加される場合、ドレイン電流２１は、ゆっくりと連続的に減少する。しばらくすると、ドレイン電流レベル２１は、最初のドレイン電流２２とは異なる。米国特許ＵＳ２００２／０１１６９８２において、検出器がガスセンサとして機能しない場合に、補償回路が、時間ドリフトに対して出力信号を安定化させる。本発明によると、ドリフトに対処する他の方法が提供される。
【００１６】
図２ｂは、サンプル混合物がトランジスタ１０に接触させられる場合の時間に対するドレイン電流２１の典型的な進行を示す。図２ｂの完全な時間範囲の間に、ゲート電圧Vgは、一定のレベルである。t=0において、ドレイン電流２１は、最初の値である。時間が進行すると、ドレイン電流レベル２１は、ドリフトし始める。特定の瞬間２３において、サンプル混合物は、トランジスタ１０に接触させられる。結果として、半導体本体１３の化学組成が変化し、これは、ドレイン電流レベル２１の変化をもたらす。前記サンプル混合物の成分及び半導体材料のタイプに依存して、前記サンプル混合物の付着は、ドレイン電流レベル２１の降下をももたらすことができる。前記サンプル混合物の付着後の少し後に、半導体本体１３の化学組成の変更は完了し、ドレイン電流レベル２１は最大に達する。依然として続行するドリフトにより、ドレイン電流レベル２１は、再びゆっくりと減少し始める。
【００１７】
図３ａは、本発明による方法が使用される場合の時間に対するドレイン電流２１の典型的な進行を示す。図３は、前記方法を実行する場合の前記トランジスタに印加されるゲート電圧Vgをも示す。本発明による前記方法は、パルス化された測定を有する。前記パルス化された測定は、２つの信号を有する。測定信号３２は、ドレイン電流２１のような電気特性を測定するためにトランジスタ１０におけるソース、ドレイン及びゲート電極に必要な電圧を印加する。図３ａからわかるように、測定信号３２の間に、ドレイン電流２１は、少しのドリフトを示す。前記測定の後に、リフレッシュメント信号３３が、前記トランジスタに印加される。リフレッシュメント信号３３の電圧レベル及び持続時間は、前記トランジスタが最初の性質に回復されるようなものである。前記サンプル濃度が一定のままである場合、後の測定信号の間のドレイン電流レベル２１は、前の測定信号３２の間のドレイン電流レベル２１と実質的に等しく、印加電圧の適合は要求されない。
【００１８】
図３ｂは、サンプル混合物がトランジスタ１０に接触させられ、本発明による方法が使用される場合の時間に対するドレイン電流の典型的な進行を示す。初めの２つの測定信号３２の間、状況は、図３ａに示されるものと同じである。特定の瞬間２３において、サンプル混合物がトランジスタ１０に接触させられる。結果として、半導体本体１３の化学組成が変化し、これは、後の測定信号の間に測定されるドレイン電流レベル２１の変化をもたらす。ドレイン電流レベル２１の変化が検出される場合、前記信号の少なくとも１つの高さ又は持続時間は、前記ドレイン電流レベルが最初の値に戻るように適合される。図３ｂにおいて、前記リフレッシュメント信号の高さの適合３４が使用される。より高いサンプル濃度は、前記ドレイン電流のより大きな変化を引き起こし、前記ドレイン電流を安定化させるためにより大きな適合を要求する。この安定化に要求される適合は、したがって、前記サンプル濃度の測定値として使用されることができる。
【００１９】
図４は、本発明による検出器４０を示す。検出器４０は、例えば、ＮＯを検出する呼気分析装置である。他の気体、液体又は水の中の他の要素を測定する同様な装置が使用されてもよい。検出器４０は、ユーザが空気を吐き出すことを可能にするガス注入口４１を有する。前記分析後に、前記空気は、ガス出口４２を介して検出器４０を出る。前記分析に対して、前記ガスは、トランジスタ１０に沿ってガイドされる。パルス化されたゲート電圧Vgは、電圧源４４により前記トランジスタのゲート１１に印加される。電流検出器４５は、ドレイン１５及びソース１４を通るドレイン電流Idを測定する。補償回路４６は、測定されたドレイン電流Idを受け取り、前記信号を適合するように電圧源４４に命令し、前記適合命令のコピーを処理ユニット４７に提供する。処理ユニット４７は、前記適合命令を対応するＮＯ濃度に変換する。
【００２０】
図５ないし８は、本発明による方法によってゲート電圧Vgを変化するサンプル濃度に対して適合する異なる可能性を示す。図５において、前記リフレッシュメント信号の振幅が変更される。図において、適合３４は、前記リフレッシュメント信号の振幅の増大（より大きな負）である。前記半導体材料と、前記サンプル材料と、前記サンプル濃度が増加するのか又は減少するのかとに依存して、前記振幅は、増加又は減少される。図６において、前記リフレッシュメント信号の持続時間７１が、前記ドレイン電流を安定化させるように変更される。図７及び８において、前記適合は、振幅減少７１又は前記測定信号の信号持続時間８１の適合をそれぞれ有する。図５ないし８に示された４つの可能な適合の２以上が組み合わされてもよいことに注意すべきである。前記ドレイン電流に対する前記サンプルの影響は、代替的には、前記トランジスタのソース及びドレインに印加される信号を適合することにより中和されることができる。
【００２１】
図９は、図４に記載された２つの検出器９５、９６を持つシステム９０を示す。前記ユーザは、システム９０のガス注入口９０に空気を吐き出す。システム９０において、２つの別の経路が提供される。前記経路の一方は、前記空気からＮＯを濾過するＮＯフィルタ９４に通じている。前記濾過された空気は、第１の検出器９５に入る。他方の経路は、前記空気を直接的に第２の検出器９６に導く。両方の検出器９５、９６において、前記空気は、前記ドレイン電流に対して影響を持ち、前記補償ユニットは、前記ゲート電圧を適合する。ＮＯを濾過することにより、第１の検出器９５における前記ドレイン電流に対する前記空気の影響は、第２の検出器９６における前記ドレイン電流に対する前記空気の影響と異なる。これらの異なる影響は、前記測定パルス及び／又は前記リフレッシュメントパルスの異なる適合により補償される。出力ユニット９７は、検出器９５、９６から前記適合を受け取り、前記２つの適合の比較に基づいて前記サンプルの濃度を決定し、前記濃度を前記ユーザに、例えばＬＣＤディスプレイを介して提供する。このシステムに対して図４に示された検出器４０を使用する場合、処理ユニット４７が必要とされず、検出器９５、９６から外されてもよいことに注意すべきである。
【００２２】
上述の実施例が本発明を限定するのではなく説明し、当業者が添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間に配置された参照符号は、前記請求項を限定するように解釈されるべきでない。動詞"有する"及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する冠詞"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。複数の手段を列挙する請求項において、これらの手段のいくつかが同一のハードウェアアイテムにより実施されてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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【国際調査報告】
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