(57)【要約】【課題】イオン物質検出用電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】半導体材料で構成される基板２１と、前記基板内に互いに離隔されて形成され、基板と反対極性にドーピングされたソース領域２２及びドレイン領域２３と、ソース領域及びドレイン領域の間に配置されるチャネル領域２４と、チャネル領域上に配置され、電気的絶縁材料で構成される絶縁層２５と、絶縁層上部のエッジに配置される一次基準電極２６と、絶縁層から離隔されて配置される二次基準電極２７を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料で構成される基板と、
前記基板内に互いに離隔されて形成され、前記基板と反対の極性にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域及びドレイン領域の間に配置されるチャネル領域と、
前記チャネル領域上に配置され、電気的絶縁材料で構成される絶縁層と、
前記絶縁層上部の周縁に配置される一次基準電極と、
前記絶縁層から離隔されて配置される二次基準電極と、
を備えることを特徴とするイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース領域、ドレイン領域及び一次基準電極上に配置され、電気的絶縁材料で構成される分離層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記分離層上に前記二次基準電極が配置されることを特徴とする請求項２に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記ソース領域及びドレイン領域の一部上にも配置されることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記電気的絶縁材料は、シリコンジオキシド、シリコンナイトライドまたはメタルオキシドであることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記基板がｎ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインはそれぞれｐ型にドーピングされ、前記基板がｐ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインはそれぞれｎ型にドーピングされることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記一次基準電極は、ポリシリコン、Ａｌ、Ｐｔ、ＡｕまたはＣｕで構成されることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記二次基準電極は、ＰｔまたはＡｇ／ＡｇＣｌで構成されることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記イオン物質は、生分子であることを特徴とする請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
前記生分子は、核酸または蛋白質であることを特徴とする請求項９に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタを備えることを特徴とするイオン物質検出用微細流動装置。
【請求項１４】
前記電界効果トランジスタは、マイクロチャネル内に形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のイオン物質検出用微細流動装置。
【請求項１５】
前記電界効果トランジスタの基板は、マイクロチャネルの内部面を構成することを特徴とする請求項１３に記載のイオン物質検出用微細流動装置。
【請求項１６】
イオン物質の存在または濃度を検出しようとする試料溶液を請求項１に記載のイオン物質検出用電界効果トランジスタの絶縁層に提供する段階と、
前記電界効果トランジスタの電気的信号変化を測定する段階と、
を含むことを特徴とするイオン物質を検出する方法。
【請求項１７】
前記試料溶液を提供するよりも前に前記電界効果トランジスタの一次基準電極及び二次基準電極それぞれに同一または異なる電圧を印加する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項１８】
前記試料溶液は、前記絶縁層以外に一次基準電極及び二次基準電極にも提供されることを特徴とする請求項１６に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項１９】
前記電界効果トランジスタの電気的信号は、ソース・ドレインの電流または電圧であることを特徴とする請求項１６に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項２０】
前記イオン物質は、生分子であることを特徴とする請求項１６に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項２１】
前記生分子は、核酸または蛋白質であることを特徴とする請求項２０に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項２２】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体で構成される群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項２３】
前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載のイオン物質を検出する方法。
【請求項２４】
前記核酸はＰＣＲ産物またはその精製物であることを特徴とする請求項２１に記載のイオン物質を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン物質検出用電界効果トランジスタ及びそれを用いたイオン物質検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的な信号でイオン物質、特に生分子を検出するセンサのうち、トランジスタを備える構造を有したトランジスタ基盤バイオセンサがある。これは、半導体工程を用いて製作されるものであり、電気的な信号の転換が早いという長所があり、これまでそれについての多くの研究が進められてきた。
【０００３】
電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）を使用し、生物学的反応を測定する源泉特許として特許文献１がある。これは、抗原・抗体反応を表面電荷密度変化による半導体インバージョン層の変化を電流でもって測定するバイオセンサに関するものであり、生分子のうち蛋白質に関するものである。特許文献２は、バイオ単量体をゲート表面に吸着させて相補的な単量体との混成化程度をＦＥＴでもって測定することに関するものである。
【０００４】
特許文献３は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を使用して、結合された生分子による吸光現象で混成化如何を測定する方法を開示している。特許文献４及び特許文献５では、ＴＦＴを使用し、回路を接続させて信号対雑音比を向上させる内容を開示している。
【０００５】
このようなＦＥＴをバイオセンサとして使用する場合には、従来の方式に比べてコスト及び時間が少なくて済み、ＩＣ／ＭＥＭＳ工程との接続が容易であるという点で大きな長所を有している。
【０００６】
図１は、従来のイオン物質検出用ＦＥＴの構造を概略的に示したものである。図１を参照すれば、ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板１１内に、両側部に基板１１と反対極性にドーピングされたソース１２及びドレイン１３が形成されており、前記ソース１２及びドレイン１３の間には、チャネル１５が形成されており、前記基板１１上に、ソース１２及びドレイン１３と接触する絶縁層１４が形成されている。前記絶縁層１４の上部には、基準電極１６が形成され、前記基準電極１６には、一定電圧が印加される。
【０００７】
前記ＦＥＴを含むセンサの大きさは、ミクロンスケールであるのに対し、前記基準電極の大きさはミリメートルスケールであるため、基準電極の大きさが、センサ全体の大きさを縮小する上で障害となるという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献６は、絶縁ゲートＦＥＴを備える測定ユニット、絶縁ゲートＦＥＴを備える基準電極、及び前記各ＦＥＴにバイアスを印加し、電解質溶液の電気的ポテンシャルを固定する擬似基準電極を備えるシステムを開示している。前記システムが適用される金属電極の場合、電圧が非常に不安定変動するので、ノイズを除去するために、基準ＦＥＴを用いて差分等の測定を行わなければならないという問題がある。
【０００９】
一般的に、従来のイオン物質検出用ＦＥＴは、製作工程において散乱が非常に大きいので、前記ＦＥＴを用いて同一の試料を検出する場合、測定される電気的な値には、大きな差がある。従って、非常に多くの複数のアレイＦＥＴを用いて電気的な値を測定した後、前記値をフィルタリングして平均し、良質のデータだけを選別して使用している。
【特許文献１】米国特許第４，２３８，７５７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７７７，０１９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８４６，７０８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４６６，３４８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２０３，９８１号明細書
【特許文献６】米国特許第４，２６９，６８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の技術的課題は、素子間の散乱が顕著に改善され、一つまたは少数の素子でも正確な検出が可能であり、信号対ノイズ比率を顕著に向上させることができ、小型化が可能なイオン物質検出用ＦＥＴを提供するところにある。
【００１１】
本発明の他の技術的課題は、素子間の散乱が顕著に改善され、一つまたは少数の素子でも正確な検出が可能であり、信号対ノイズ比率を顕著に向上させることができ、小型化が可能なイオン物質検出用微細流動装置を提供するところにある。
【００１２】
本発明のさらに他の技術的課題は、イオン物質の存在または濃度を、容易に、かつ正確に検出できるイオン物質検出方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記技術的課題を達成するために本発明は、半導体材料で構成される基板と、前記基板内に互いに離隔されて形成され、前記基板と反対の極性にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域及びドレイン領域の間に配置されるチャネル領域と、前記チャネル領域上に配置され、電気的絶縁材料で構成される絶縁層と、前記絶縁層上部のエッジに配置される一次基準電極と、前記絶縁層から離隔されて配置される二次基準電極とを備えることを特徴とするイオン物質検出用ＦＥＴを提供する。
【００１４】
前記イオン物質検出用ＦＥＴは、前記ソース領域、ドレイン領域及び一次基準電極上に配置され、電気的絶縁材料で構成される分離層をさらに備えることができる。
【００１５】
前記分離層上に前記二次基準電極が配置されうる。
【００１６】
前記絶縁層は、前記ソース領域及びドレイン領域の一部上にも配置されうる。
【００１７】
前記電気的絶縁材料は、シリコンジオキシド、シリコンナイトライドまたはメタルオキシドでありうる。
【００１８】
前記基板がｎ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインはそれぞれｐ型にドーピングされ、前記基板がｐ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインはそれぞれｎ型にドーピングされうる。
【００１９】
前記一次基準電極は、ポリシリコン、Ａｌ、Ｐｔ、ＡｕまたはＣｕで構成されうる。
【００２０】
前記二次基準電極は、ＰｔまたはＡｇ／ＡｇＣｌで構成されうる。
【００２１】
前記イオン物質は、生分子であり、前記生分子は、核酸または蛋白質でありうる。
【００２２】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択でき、前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されうる。
【００２３】
前記他の技術的課題を達成するために本発明は、前記イオン物質検出用ＦＥＴを備えることを特徴とするイオン物質検出用微細流動装置を提供する。
【００２４】
前記ＦＥＴは、マイクロチャネル内に形成できる。
【００２５】
前記ＦＥＴの基板は、マイクロチャネルの内部面を構成できる。
【００２６】
前記さらに他の技術的課題を達成するために本発明は、イオン物質の存在または濃度を検出しようとする試料溶液を前記イオン物質検出用ＦＥＴの絶縁層に提供する段階と、前記ＦＥＴの電気的信号変化を測定する段階とを含むことを特徴とするイオン物質検出方法を提供する。
【００２７】
前記イオン物質検出方法は、前記試料溶液を提供するよりも前に前記ＦＥＴの一次基準電極及び二次基準電極それぞれに同一または異なる電圧を印加する段階をさらに含むことができる。
【００２８】
前記試料溶液は、前記絶縁層以外に一次基準電極及び二次基準電極にも提供されうる。
【００２９】
前記ＦＥＴの電気的信号は、ソース・ドレインの電流または電圧でありうる。
【００３０】
前記イオン物質は、生分子であり、前記生分子は、核酸または蛋白質でありうる。
【００３１】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択でき、前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されうる。
【００３２】
前記核酸は、ＰＣＲ産物またはその精製物でありうる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によるＦＥＴ及び微細流動装置によれば、素子間散布が顕著に改善され、一つまたは少数の素子でも正確な検出が可能であり、信号対ノイズ比率を顕著に向上させることができ、小型化が可能である。前記ＦＥＴまたは微細流動装置を用いれば、イオン物質の存在または濃度を容易に、かつ正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付した図面に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【００３５】
図２は、本発明の好適な実施形態によるイオン物質検出用ＦＥＴの構造を概略的に示した側面断面図であり、図３は、図２のイオン物質検出用ＦＥＴをIII−III線に沿って切り取った平面断面図である。
【００３６】
図２及び図３を参照すれば、本発明によるイオン物質検出用ＦＥＴは、基板２１、ソース領域２２、ドレイン領域２３、チャネル領域２４、絶縁層２５、一次基準電極２６、二次基準電極２７及び分離層２８を備える。
【００３７】
前記基板２１は、半導体材料で構成されることが好ましい。前記半導体材料は、例えば、ＳｉまたはＧｅでありうる。
【００３８】
前記ソース領域２２及びドレイン領域２３は、前記基板２１内に互いに離隔されて形成され、前記基板とは反対の極性にドーピングされる。例えば、前記基板２１がｎ型にドーピングされた場合、前記ソース２２及びドレイン２３はそれぞれｐ型にドーピングされ（ＰＭＯＳ−ＦＥＴ）、一方、前記基板２１がｐ型にドーピングされた場合、前記ソース２２及びドレイン２３はそれぞれｎ型にドーピングされうる（ＮＭＯＳ−ＦＥＴ）。
【００３９】
前記ソース２２は、キャリア、例えば、自由電子または正孔を供給し、ドレイン２３は、前記ソース２２から供給されたキャリアが到達する。
【００４０】
前記ソース２２には、一定した電圧が印加され、例えば、グラウンドでありうる。また、前記ドレイン２３にも一定した電圧（Ｖｄｓ）が印加されうる。
【００４１】
前記チャネル領域２４は、前記ソース領域及びドレイン領域の間に配置される。前記チャネル領域２４を介し、前記キャリア、例えば、自由電子または正孔が通過する。
【００４２】
前記絶縁層２５は、前記チャネル領域２４上に配置される。前記絶縁層２５は、前記ソース領域２２及びドレイン領域２３の一部上にも配置されうる。
【００４３】
前記絶縁層２５は、電気的絶縁材料で構成される。前記電気的絶縁材料は、生分子が固定されない任意の材料であり、例えば、シリコンジオキシド、シリコンナイトライドまたはメタルオキシドでありうる。また、前記絶縁層２５上に生分子が固定されない他の材料で構成される付加層が形成されていてもよい。
【００４４】
前記一次基準電極２６は、前記絶縁層上部のエッジに配置される。図３に明確に示すように、前記一次基準電極２６は、中間に孔が形成されて互いに連結されており、特別な形態に限定されない。前記一次基準電極２６に一定した電圧（Ｖｒ１）が印加されうる。
【００４５】
前記一次基準電極２６は、伝導性の任意の材料で構成でき、例えば、ポリシリコン、Ａｌ、Ｐｔ、ＡｕまたはＣｕで構成されうる。
【００４６】
前記一次基準電極２６は、多様な方法で形成可能である。例えば、通常的なＦＥＴ上部のパッシベーション層からゲート電極層までエッチングしつつ、前記ゲート電極層の枠部分を残すようにエッチングすることによって製作されうる。
【００４７】
本発明によるイオン物質検出用ＦＥＴは、前記一次基準電極２６を導入することによって素子間散乱を顕著に縮小し、信号対ノイズ比率を顕著に向上させることができる。
【００４８】
前記分離層２８は、前記ソース領域２２、ドレイン領域２３及び一次基準電極２６上に配置され、電気的絶縁材料で構成されうる。
【００４９】
前記電気的絶縁材料は、生分子が固定されない任意の材料であり、例えば、シリコンジオキシド、シリコンナイトライドまたはメタルオキシドでありうる。
【００５０】
前記二次基準電極２７は、前記分離層２８上に配置される。この場合、ＦＥＴの小型化が可能であるという長所がある。前記二次基準電極２７は、任意の伝導性物質でもって形成され、例えば、ＰｔまたはＡｇ／ＡｇＣｌで構成されうる。前記一次基準電極２７に一定した電圧（Ｖｒ２）が印加されうる。
【００５１】
図２に示すところとは異なり、前記二次基準電極２７は、前記絶縁層２５から離隔されてチャンバ（図示せず）内空間上に配置され、その他、前記チャンバを限定する他の壁面上に配置されてもよい。
【００５２】
本発明によるイオン物質検出用ＦＥＴは、イオン物質を非常に正確に検出できる。
【００５３】
前記イオン物質の種類は特別に限定されず、例えば、イオン原子、イオン分子または生分子でありうる。前記生分子は、核酸または蛋白質でありうる。
【００５４】
前記核酸は、多様な核酸、類似核酸、またはその混成体を意味し、例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）、ＬＮＡ（Ｌｏｃｋｅｄ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）及びその混成体で構成された群から選択されうる。また、前記核酸は、オリゴヌクレオチドまたはＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）産物でありうるが、ＰＣＲ産物またはその精製物であることが好ましい。
【００５５】
前記蛋白質は、例えば、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されうる。
【００５６】
また、本発明は、イオン物質検出用微細流動装置に関するものである。
【００５７】
本発明によるイオン物質検出用微細流動装置は、本発明によるＦＥＴを備える。前記イオン物質検出用微細流動装置は、入口、出口及び反応チャンバなどがマイクロチャネルによって流体的に連結されている。前記微細流動装置は、前記マイクロチャネル外に流体の移送のためのマイクロポンプ、前記流体移送を制御するためのマイクロバルブ、流体の混合のためのマイクロミキサ及び移送される流体を濾過するためのマイクロフィルタなどをさらに備えることができる。
【００５８】
前記微細流動装置は、例えば、生物学的分析過程を行うため、細胞計数、細胞選別、ＤＮＡ抽出及びＰＣＲ増幅及び検出のうち、何れか一つ以上の過程を行える複数のチャンバを備え、前記チャンバは、順次にチャネルによって流体連結されている。
【００５９】
好ましくは、前記ＦＥＴは、前記マイクロチャネル内に形成されている。また、前記ＦＥＴの基板は、前記マイクロチャネルの内部面を構成でき、当該二次基準電極も、前記絶縁層から隔離され、マイクロチャネル内部面に形成されうる。
【００６０】
また、本発明は、前記本発明によるＦＥＴを用いてイオン物質を検出する方法に関するものである。
【００６１】
以下、本発明の好適な実施形態によるイオン物質検出方法について説明する。
【００６２】
イオン物質を検出するために、まず、試料溶液が提供されるよりも前に、前記ＦＥＴの一次基準電極及び二次基準電極のそれぞれに同一または異なる電圧を印加する。前記ＦＥＴのソース及びドレインの間にも、一定した電圧を印加することが好ましい。また、前記ソース及びドレインの間に一定した電流が流れるように設定してもよい。
【００６３】
次に、イオン物質の存在または濃度を検出しようとする試料溶液を前記イオン物質検出用ＦＥＴの絶縁層に提供する。前記試料溶液を、前記絶縁層以外に一次基準電極及び二次基準電極にも提供することが好ましい。
【００６４】
前記イオン物質の種類は特別に限定されず、例えば、イオン原子、イオン分子または生分子でありうる。前記生分子は、核酸または蛋白質でありうる。
【００６５】
前記核酸は、多様な核酸、類似核酸、またはその混成体を意味し、例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体で構成された群から選択できる。また、前記核酸は、オリゴヌクレオチドまたはＰＣＲ産物であり、ＰＣＲ産物またはその精製物であることが好ましい。
【００６６】
前記蛋白質は、例えば、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されうる。
【００６７】
次に、前記ＦＥＴの電気的信号変化を測定する。前記ＦＥＴの電気的信号は、ソース・ドレインの電流または電圧でありうる。すなわち、前記でソース及びドレインの間に一定した電圧を印加する場合、前記電気的信号は電流であり、前記ソース及びドレインの間に一定した電流が流れるように設定する場合、前記電気的信号は電圧でありうる。
【００６８】
本発明によるイオン物質検出方法の一番好ましい具体例は、核酸のＰＣＲ産物を検出するものである。もし試料内に標的生分子が存在するなら、ＰＣＲが行われたということであり、逆に試料内に標的生分子が存在しなかったら、ＰＣＲが行われていないということであるので、ＰＣＲ産物を検出することにより、前記試料内に標的生分子が存在するか否かということとその濃度とを検出できる。
【００６９】
以下、実施形態によって本発明をさらに詳細に説明する。それら実施形態は、単に本発明を例示するためのものであるため、本発明の範囲がそれら実施形態によって制限されると解釈されるものではない。
【００７０】
＜実施例１＞
本発明によるＦＥＴの製造
本発明で使用したＦＥＴ素子は、Ｘ−ＦＡＢ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ社（ドイツ）から注文製作し、一般的なＦＥＴ素子であった。前記注文製作した製品は、構造が同一な１９２個のＦＥＴがアレイ形態（１２×１６）に配列されているものであった。前記製品は、Ｘ−ＦＡＢ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ社の設備を用いて製作され、前記メーカの固有ＣＭＯＳ工程を使用した。ＣＭＯＳ標準工程は、メーカごとに若干の差があるが、前記メーカの標準工程は、本発明とも関係ないので省略した。
【００７１】
前記注文製作されたＦＥＴ素子のゲート上部面を図２及び図３に示した形態にエッチングした。すなわち、各ＦＥＴのパッシベーション層からゲート電極層まで除去し、絶縁層、すなわちシリコンオキシド層を外部に露出させた。図３に明確に示すように、前記ゲート電極層全部をエッチングする代わりに、その枠部分が残るようにエッチングし、一次基準電極を形成した。
【００７２】
次に、前記絶縁層から離隔させて外部に二次基準電極を形成し、分離層上部の内部に二次基準電極を形成した。前記外部及び内部二次基準電極それぞれはＰｔでもって形成し、それらの二次基準電極のそれぞれには、一定した基準電圧が印加されるように配線を形成した。前記外部及び内部二次基準電極のうち、何れか一つだけを形成してもよいが、本実施形態では、実験の便宜のために二つとも形成した。
【００７３】
次に、前記露出された絶縁層、一次基準電極、及び外部及び内部二次基準電極を備える２個のチャンバを形成した。前記各チャンバは、９２個のＦＥＴ素子を備えている。
【００７４】
前記製作過程中及び過程後に洗浄及び乾燥過程を行った。すなわち、露出されたシリコンオキシド層を備えるＦＥＴ表面を注意して洗浄した。洗浄は、純粋アセトンと水とでもって行い、洗った後で乾燥した。前記基板洗浄過程は、半導体製造工程で用いられるウェットステーションを用いた。洗浄が終わった後に、スピンドライを用いて乾燥した。
【００７５】
＜実験例１＞
本発明によるＦＥＴを用いた溶液の検出
実施例１で製造したＦＥＴを備える２個のチャンバをそれぞれセンシングチャンバ及び基準チャンバと設定した。
【００７６】
前記基準チャンバには、０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ５．８８）を継続的に流入及び流出させた。前記センシングチャンバには、まず前記基準チャンバに流入させるのと同一の０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ５．８８）を流入し、その後に異なるイオン物質を含有する溶液、すなわち、０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入及び流出させた。
【００７７】
一方、前記基準チャンバ及びセンシングチャンバに備えられたＦＥＴのソース及びドレインに一定した電圧を継続的に印加すると同時に、一次基準電極、外部二次基準電極及び内部二次基準電極を適切に組み合わせてオン−オフさせた。
【００７８】
前記ｐＨが異なる溶液の流入と、前記基準電極のオン−オフとによるソース及びドレイン電流を測定した。
【００７９】
図４は、本発明の一実験例で行われたｐＨが異なる溶液の流入と、基準電極のオン−オフとによる全体平均電流値を示すグラフである。
【００８０】
図４を参照すれば、初めに０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ５．８８）を流入しつつ、外部二次基準電極に１．８Ｖを印加した状態で一次基準電極をオンにした。前記一次基準電極に印加される電圧は、０Ｖから１．９Ｖに上昇させた。次に、前記一次基準電極に、続けて１．９Ｖを印加しつつ、外部二次基準電極に１．９Ｖ及び２．０Ｖの電圧を順次に印加した。この状態で、センシングチャンバに、０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入させた。
【００８１】
その次に、前記一次基準電極及び外部二次基準電極をオフにした後、内部二次基準電極に１．８Ｖを印加して、前記一次基準電極をオンにし、０Ｖから１．９Ｖに上昇させた。次に、前記一次基準電極に続けて１．９Ｖを印加しつつ、内部二次基準電極に１．９Ｖ及び２．０Ｖの電圧を順次に印加した。この状態で、センシングチャンバに０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入させた。内部でも外部でも二次基準電極は、常にオン状態で一次基準電極の電圧を変化させた実験である。一次基準電極だけでは十分に溶液のポテンシャルを上げることができないので、２つの電極をいずれも用いなければならない。
【００８２】
その後、前記一次基準電極をオフにし、前記内部二次基準電極には続けて２．０Ｖを印加した。この状態で、センシングチャンバに、０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入させた。次に、前記内部二次基準電極をオフにし、外部二次基準電極をオンにして２．０Ｖを印加した。この状態で、センシングチャンバに、０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入させた。
【００８３】
次に、前記外部二次基準電極をオフにし、一次基準電極及び内部二次基準電極をオンにして１．９Ｖ及び２．０Ｖをそれぞれ印加した。この状態で、センシングチャンバに０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入させた。
【００８４】
その次に、前記一次基準電極には続けて１．９Ｖを印加し、前記内部二次基準電極をオフにし、外部二次基準電極をオンにして２．０Ｖを印加した。この状態で、センシングチャンバに０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ溶液（ｐＨ４．７２）及び０．０１ｍＭ  ＰＢ溶液（ｐＨ６．０８）を交互に流入させた。
【００８５】
図４に示すように、内部または外部二次基準電極だけをオンにした場合も、センシングチャンバ及び基準チャンバで測定された電流はほぼ０に近くなって互いに区別されなかった。一方、一次基準電極、及び内部または外部二次基準電極を同時にオンにして電圧を印加する場合、ｐＨが異なる溶液に反応して電流値が非常に効果的に変化するということが分かる。
【００８６】
＜実験例２＞
本発明によるＦＥＴを用いたＰＣＲ産物の検出
実施例１で製造したＦＥＴを用いてＰＣＲ産物を検出できるか否かを確認した。
【００８７】
このために、前記ＦＥＴ基盤センサにＰＣＲ産物包含溶液、洗浄溶液及びＮＴＣ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）溶液を交互に注入した。
【００８８】
前記ＰＣＲ産物を得るために、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓのテンプレートを用いてＰＣＲ増幅過程を経て使用されたフォワードプライマー及びリバースプライマーの塩基配列は、それぞれ５´−（ＴＡＧ  ＣＡＴ  ＡＴＣ  ＡＧＡ  ＡＧＧ  ＣＡＣ  ＡＣＣ  Ｃ）−３´及び５´−（ＡＴＣ  ＣＡＣ  ＴＣＡ  ＡＧＡ  ＧＡＧ  ＡＣＡ  ＡＣＡ  ＴＴ）−３´であった。増幅が完了したＰＣＲ産物は、２４０ｂｐの大きさを有し、ＰＣＲ産物の濃度は、５ｎｇ／μｌに合わせてリン酸塩バッファで希釈した。前記ＰＣＲ産物を含有するリン酸塩バッファのｐＨは５．４９であった。
【００８９】
前記洗浄溶液として、０．０１ｍＭ  リン酸塩バッファ（ｐＨ６．０２）を用いた。
【００９０】
前記ＮＴＣ溶液は、ＰＣＲ過程中でテンプレートを除去してＰＣＲ産物の生産を阻害し、ＰＣＲ産物を除外した異なる物質の阻害効果を確認するためである。全てのＰＣＲ過程は、前記と同一であり、単にテンプレートだけ添加しないままＰＣＲが進められた。ＰＣＲ過程後、ＰＣＲ増幅が起こらなかったので、ＰＣＲ産物の濃度は明らかではない。これは、サンプル内に標的ＤＮＡが存在せずにＰＣＲが行われていない場合を仮定するためのものである。前記ＮＴＣ溶液のｐＨは、５．１６であった。
【００９１】
図５は、本実験で行われたＰＣＲ産物を含む溶液、洗浄溶液及びＮＴＣ溶液を交互に注入した場合の全体平均電流値を示すグラフである。
【００９２】
図５に示すように、ＰＣＲ産物を含む溶液、洗浄溶液及びＮＴＣ溶液を交互に注入する場合、電流変化値は、明らかに区別された。従って、本発明によるＦＥＴはＰＣＲ産物の検出にも、効果的に用いられるということが分かる。
【００９３】
＜実験例３＞
本発明によるＦＥＴを用いたｐＨ検出
実施例１で製造したＦＥＴを用いて溶液のｐＨを検出できるか否かを確認した。
【００９４】
このために、前記ＦＥＴ基盤センサにｐＨ３、６及び９の溶液を前記チャンバに注入してそれによる電流値を測定した。
【００９５】
図６は、本実験例で行われた異なるｐＨの溶液を注入した場合の電流値を示すグラフである。図６において、ライン（Ａ）は、一次基準電極及び外部二次基準電極にそれぞれ１．８Ｖ及び１．９Ｖを印加した場合であり、ライン（Ｂ）は、一次基準電極及び外部二次基準電極にそれぞれ１．６Ｖ及び１．９Ｖを印加した場合である。
【００９６】
図６に示すように、測定溶液のｐＨによって電流量が線形的に変化するということが分かる。従って、本発明によるＦＥＴは、溶液のｐＨ検出にも効果的に用いられるということが分かる。
【００９７】
これまで本発明についてその好ましい実施形態を中心に述べた。当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態で具現できるということを理解できるであろう。従って、開示された実施形態は限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異点は、本発明に含まれると解析されなければならないのである。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明のイオン物質検出用電界効果トランジスタ及びそれを用いたイオン物質検出方法は、例えば、生物学的な分析に関連した技術分野に好適に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】従来のイオン物質検出用ＦＥＴの構造を概略的に示した図面である。
【図２】本発明の好適な実施形態によるイオン物質検出用ＦＥＴの構造を概略的に示した側面断面図である。
【図３】図２のイオン物質検出用ＦＥＴをIII−III線に沿って切り取った平面断面図である。
【図４】本発明の一実験例で行われた、ｐＨが異なる溶液の流入及び基準電極のオン−オフによる全体平均電流値を示すグラフである。
【図５】本発明の一実験例で行われた、ＰＣＲ産物を含む溶液、洗浄溶液及びＮＴＣ溶液を交互に注入した場合の全体平均電流値を示すグラフである。
【図６】本発明の一実験例で行われた、異なるｐＨの溶液を注入した場合の電流値を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１００】
２１    基板、
２２    ソース領域、
２３    ドレイン領域、
２４    チャネル領域、
２５    絶縁層、
２６    一次基準電極、
２７    二次基準電極、
２８    分離層。
【図１】
2007292734.tif 000003
【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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【配列表】
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