(57)【要約】【課題】  センシングデバイスの特性の向上を図る。【解決手段】本実施形態に関わるセンシングデバイスは、半導体基板１内の光電変換素子２０と、半導体基板１の第１の面に設けられたプローブ２１とを含む第１の検出部２と、半導体基板１の第１の面側に設けられた第２の検出部と、を含む。第１の検出部２は、プローブ２１を介して測定対象１００から光電変換素子２０に入射された測定対象物１００からの光を検出し、第２の検出部は、測定対象物１００の生化学的特性を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内の光電変換素子と、前記半導体基板の第１の面に設けられたプローブとを含み、前記プローブを介して前記光電変換素子に入射した測定対象からの光を検出する第１の検出部と、
前記半導体基板の前記第１の面上に設けられ、前記測定対象の生化学特性を検出する第２の検出部と、
を具備するセンシングデバイス。
【請求項２】
前記第２の検出部は、前記プローブの少なくとも一部分に対向して設けられた第１の電極を含み、
前記第１の電極は、前記測定対象の電位を検出する、
請求項１に記載のセンシングデバイス。
【請求項３】
前記第２の検出部は、前記プローブの少なくとも一部分に対向して設けられた第１の膜を含み、
前記第１の膜は、前記測定対象に起因する生化学物質を検出する、
請求項１又は２に記載のセンシングデバイス。
【請求項４】
前記プローブは、第１の半導体層を含み、
前記第１の膜は、ゲート絶縁膜を介して前記第１の半導体層に設けられている、
請求項３に記載のセンシングデバイス。
【請求項５】
前記半導体基板の前記第１の面とは反対の第２の面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜内に設けられた第２の半導体層と、
前記第２の半導体層に設けられたトランジスタと、
をさらに具備し、
前記トランジスタは、前記第２の検出部に接続される、
請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のセンシングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、センシングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細胞（例えば、幹細胞）の光学画像の取得及び生化学的特性の分析を実質的に同時に行うための、マルチモーダルセンサが、提案されている。
【０００３】
この種のマルチモーダルセンサに用いられるイメージセンサは、一般的なイメージセンサと同様に、画素のピッチが可視光の回折限界（１μｍ程度）より大きい。また、一般に、光学画像を取得するために測定対象である細胞に照射される光として、平面波が用いられる。
【０００４】
そのため、一般的なイメージセンサを用いたマルチモーダルセンサにおいて、１μｍより小さい解像度の取得は、困難である。
【０００５】
それゆえ、これまでに提案されているマルチモーダルセンサにおいて、微小な細胞、細菌、又は、細胞内の生化学的特性の分布に関する観察像（マッピング）の解像度は、数μｍ程度のサイズを有する細胞内の検出信号の分布を観察するという要求に対して、不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２７１５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１１８０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１３５０９６号公報
【特許文献４】特開２０１２−２０４７９６号公報
【特許文献５】特開２０１４−１２７４４４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】H. Nakazawa et al., “Multimodal Sensor for Simultaneous Proton and Light Sensing using a Hole and Electron Accumulation Technique,” IEEE Trans. On Electron Devices, Vol. 59, No. 6, 1780.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
センシングデバイスの特性を向上する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のセンシングデバイスは、半導体基板内の光電変換素子と、前記半導体基板の第１の面に設けられたプローブとを含み、前記プローブを介して前記光電変換素子に入射した測定対象からの光を検出する第１の検出部と、前記半導体基板の前記第１の面上に設けられ、前記測定対象の生化学特性を検出する第２の検出部と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態のセンシングデバイスの基本構成を説明するための図。
【図２】実施形態のセンシングデバイスの基本構成を説明するための図。
【図３】第１の実施形態のセンシングデバイスの回路構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態のセンシングデバイスの回路構成を示す等価回路図。
【図５】第１の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的平面図。
【図６】第１の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的平面図。
【図７】第１の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的平面図。
【図８】第１の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的断面図。
【図９】第１の実施形態のセンシングデバイスの原理を説明するための図。
【図１０】第２の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的断面図。
【図１１】第３の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的断面図。
【図１２】第３の実施形態のセンシングデバイスの変形例を示す図。
【図１３】第３の実施形態のセンシングデバイスの変形例を示す図。
【図１４】第４の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的平面図。
【図１５】第４の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的断面図。
【図１６】第４の実施形態のセンシングデバイスの構造を示す模式的断面図。
【図１７】第４の実施形態のセンシングデバイスの変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付す。
【００１２】
（Ａ）  基本形態  
図１及び図２を参照して、実施形態のセンシングデバイスの基本形態について、説明する。
【００１３】
本実施形態のセンシングデバイス９００は、光学系（照明）９９０から測定対象（例えば、測定対象物）１００に照射された光に基づいた投影像を、２次元画像として取得する。  
また、本実施形態のセンシングデバイス９００は、測定対象１００としての生化学物質に起因する各種の信号を、センスする。
【００１４】
本実施形態のセンシングデバイス９００において、測定対象は、例えば、細胞（生体細胞）、細菌、分子、ペプチド、タンパク質、神経伝達物質、グルコース、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）及びＲＮＡ(ribonucleic acid)などである。尚、測定対象となる物質は、蛍光マークが付された細胞（生化学物質）でもよい。また、本実施形態において、測定対象は、ある細胞の一部分（断片）、ある細菌の一部分でもよい。
【００１５】
本実施形態のセンシングデバイス９００は、イメージセンサ９０１と生化学センサ９０２とを含む。これによって、本実施形態のセンシングデバイス９００は、測定対象１００を観察するための光学画像ＩＭＧと、測定対象の表面電位（例えば、細胞膜の電位）、測定対象の周囲のｐＨ値及びイオン濃度など生化学的な１以上の項目の分析結果（バイタルデータ）ＢＤと、を実質的に同時に取得できる。
【００１６】
イメージセンサ９０１は、コンタクト型イメージセンサである。  
イメージセンサ９０１は、測定対象１００の光学的な特性／特徴の検出部としての１以上の受光部２を含む。本実施形態において、受光部２は、光電変換素子（例えば、フォトダイオード）と、光電変換素子に対応するように設けられたプローブとを含む。
【００１７】
これによって、イメージセンサ９０１は、測定対象１００に起因する反射光、透過光、散乱光、放射光及び蛍光など、測定対象１００からの光信号ＬＳを、主として検出する。これらの測定対象１００からの光の検出の結果として、イメージセンサ９０１は、測定対象１００の光学画像（細胞の形状）を、測定できる。
【００１８】
生化学センサ（以下では、バイオセンサともよばれる）９０２は、測定対象１００の生化学的な特性／特徴を検出するための１以上の検出部を含む。生化学センサ９０２は、例えば、電位センサ及びイオンセンサのうち少なくとも一方を含む。
【００１９】
電位センサ（例えば、膜電位センサ）は、例えば、電極（以下では、膜電位検出電極とよぶ）によって測定対象の細胞膜の電位（以下では、膜電位とよばれる）を検出する。
【００２０】
この結果として、膜電位エリアセンサは、細胞膜における電位分布、及び、細胞膜内の電位の伝達（例えば、ニューロンの信号伝達）の様子などを、測定できる。
【００２１】
イオンセンサは、測定対象１００に起因するｐＨ、測定対象１００に起因する各種のイオン（例えば、カリウムイオン（Ｋ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋））の濃度（及びその濃度分布）などを検出する。
【００２２】
イオンセンサは、イオンの検出（感知）のために、例えば、１種類以上のイオン感応膜、又は、複数のイオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を含む。ＩＳＦＥＴは、トランジスタのゲート電極にイオン感応膜を含む。
【００２３】
また、生化学センサは、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）、ＲＮＡ(ribonucleic acid)、ペプチド、及びグルコースなどのような高分子を検出し、検出すべき高分子の濃度及びその濃度分布（又は、測定対象物内に含まれる高分子の濃度及びその濃度分布）の測定が可能な各種のセンサを含んでもよい。
【００２４】
生化学センサは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド及びグルコースなどの検出のために、１種類以上の高分子膜又はナノ構造膜（以下では、分子検出膜よばれる）を含む。
【００２５】
これらによって、生化学センサ９０２は、測定対象１００からの生化学的な信号（特性）ＢＣ、又は、測定対象内の生化学物質の濃度、測定対象内の生化学物質の分布などを検出する。
【００２６】
以下では、膜電位検出電極、イオン感応膜、ＩＳＦＥＴ及び分子検出膜のように、測定対象の生化学的特性を測定するための部材（及び素子）を含む検出部３のことを区別しない場合には、それらの部材を生化学的特性検出部３とよぶ。
【００２７】
本実施形態のように、測定対象１００からの性質の異なる複数の信号を検出できるセンシングデバイスは、マルチモーダルセンサとよばれる。
【００２８】
本実施形態のセンシングデバイスにおいて、イメージセンサ９０１及び生化学センサ９０２は、受光部２及び生化学的特性検出部３の検出信号（例えば、電気信号）を検知及び出力するための回路９０９の一部を共有する。  
それゆえ、本実施形態のセンシングデバイスにおいて、イメージセンサ９０１及び生化学センサ９０２は、１つの半導体基板上に形成される。
【００２９】
図２は、本実施形態のセンシングデバイスの基本構造を説明するための模式図である。
【００３０】
本実施形態において、受光部２と生化学的特性検出部３とが、１つのユニットＤＵ内に含まれる。以下では、受光部２と生化学的特性検出部３とを含むユニットのことを、検出ユニット（又は画素）ＤＵとよぶ。
【００３１】
複数の検出ユニットＤＵが、アレイ状に配列されることによって、エリア型マルチモーダルセンサが形成される。
【００３２】
半導体基板１内に、光電変換素子としてのフォトダイオード２０が設けられている。プローブ２１は、測定対象側において、フォトダイオード２０上方に設けられている。
【００３３】
例えば、膜電位検出電極（図示せず）は、膜電位検出電極が受光部２のプローブ２１の周囲を覆うように、フォトダイオード２０上に設けられている。また、イオン感応膜、分子検出膜及びＩＳＦＥＴの一部が、受光部２のプローブ２１の周囲又はフォトダイオード２０上に設けられている。
【００３４】
例えば、プローブ２１及び電極（及びイオン感応膜、分子検出膜）は、半導体基板１の第１の面側に設けられている。プローブ２１及び電極（及びイオン感応膜、分子検出膜）は、同じ層１０内に、設けられている。
【００３５】
以下では、プローブ２１及び生化学的特性の検出用の電極（膜）が設けられた層のことを、コンタクト層（又は、インターフェイス層、又は、プローブ領域）とよぶ。また、フォトダイオードが形成された半導体基板１のことを、フォトダイオード層（又はフォトダイオード領域）ともよぶ。
【００３６】
コンタクト層１０は、半導体基板１の第１の面側に、設けられている。
【００３７】
半導体基板１のコンタクト層１０が設けられた側とは反対側（半導体基板１の第２の面側）において、回路９０９及び多層配線構造（層間絶縁膜）が設けられた層６が、半導体基板１の第２の面上に設けられている。以下では、回路９０９及び多層配線構造が設けられた層６のことを、回路層（又は回路領域）とよぶ。
【００３８】
本実施形態のセンシングデバイスは、コンタクト層１０、フォトダイオード層（半導体基板）１及び回路層６との積層構造を有する。回路層６は、コンタクト層からの出力を処理するための回路も含んでもよい。これによって、本実施形態のセンシングデバイス（マルチモーダブルセンサ）は、回路面積（デバイスのサイズ）を縮小できる。
【００３９】
コンタクト層１０上に、保護層（保護膜）５が、設けられている。例えば、保護層５は、半導体基板１から突出したプローブ２１を覆っている。  
測定対象（例えば、細胞）１００は、保護膜５上に配置される。測定対象１００は、保護膜５上において培養（生成）されてもよい。尚、本実施形態において、保護膜５が、コンタクト層１０の一部であってもよい。
【００４０】
保護膜５上の測定対象１００に、光が照射されることによって、測定対象１００の光学画像がイメージセンサ９０１によって取得される。また、測定対象１００の電位及び測定対象１００の周囲の化学物質が検出されることによって、測定対象１００の生化学的特性（バイタルデータ）が生化学センサ９０２によって取得される。
【００４１】
受光部（フォトダイオード）からの信号及び生化学信号検出部（膜電位検出電極又はＩＳＦＥＴ）からの信号は、同一エリア（視野）で同時又は時分割で得られる。
【００４２】
本実施形態のセンシングデバイスにおいて、受光部２は、プローブ２１として、突起状の誘電体プローブ（又は突起状の半導体プローブ）２１を含む。例えば、プローブ２１は、半導体基板１上に設けられた突起部である。
【００４３】
例えば、半導体基板１の第１の面に対して平行方向における突起状のプローブ２１の寸法に関して、プローブ２１の測定対象１００側の寸法が、プローブ２１の回路層側（フォトダイオード側）の寸法より小さい。即ち、プローブ２１の幅（直径）は、基板側から測定対象側に向かって、小さくなる。
【００４４】
突起状のプローブ２１によって、受光部２は、測定対象（例えば、細胞）１００からの近接場光を検出できる。本実施形態のセンシングデバイス９００は、近接場光を検出することにより、プローブ２１の設置周期（ピッチ）を可視光の平面波の回折限界よりも狭く設定しても、十分な分解能を得ることができる。
【００４５】
したがって、本実施形態のセンシングデバイス９００は、可視光の回折限界より小さい解像度の画像を得られる。
【００４６】
以上のように、本実施形態によれば、測定対象（例えば、細胞）の生化学的特性と共に、測定対象に関する光の回折限界未満の解像度（画素ピッチ）を有する画像を取得可能なセンシングデバイス（マルチモードエリアセンサー）を、提供できる。
【００４７】
この結果として、本実施形態のセンシングデバイスは、センシングデバイスの特性を向上できる。
【００４８】
（Ｂ）  第１の実施形態  
図３乃至図９を参照して、第１の実施形態のセンシングデバイスについて、説明する。
【００４９】
（１）  構成  
（ａ）回路例  
図３及び図４を参照して、第１の実施形態のセンシングデバイスの回路構成について、説明する。
【００５０】
図３は、本実施形態のセンシングデバイスの回路構成の一例を示すブロック図である。
【００５１】
図３に示されるように、複数の検出ユニットＤＵが、検出エリア（画素アレイ）８００内に、アレイ状に設けられている。
【００５２】
複数の制御線ＣＬ及び複数の信号線ＳＬが、検出エリア８００内に設けられている。複数の制御線ＣＬは、Ｙ方向に沿って配列されている。各制御線ＣＬは、Ｘ方向に延在する。１本の制御線ＣＬに、Ｘ方向に配列された複数の検出ユニットＤＵが、共通に接続されている。尚、１つの制御線ＣＬは、複数の配線（制御信号線）を含む。
【００５３】
制御線ＣＬは、走査回路（例えば、シフトレジスタ）８０１に接続される。  
走査回路８０１は、制御線ＣＬ内に含まれる各配線の信号レベルを制御する。これによって、複数の制御線ＣＬのうち１つが選択（活性化）される。選択状態の制御線ＣＬが、走査回路８０１の制御によって、順次切り替わる。
【００５４】
複数の信号線ＳＬは、Ｘ方向に沿って配列されている。各信号線ＳＬは、Ｙ方向に延在する。信号線ＳＬに、Ｙ方向に配列された複数の検出ユニットＤＵが、接続されている。
【００５５】
信号線ＳＬは、信号処理回路８０２に接続される。  
信号処理回路８０２は、信号線ＳＬに出力された検出ユニットＤＵからの信号を取り込み、信号に対する各種の処理を行う。
【００５６】
制御回路８０５は、走査回路８０１及び信号処理回路８０２の動作を制御する。
【００５７】
検出ユニットＤＵは、１以上の受光部（画素）２と、１以上の生化学的特性検出部３と、信号出力部（駆動回路）４とを、含む。受光部２及び生化学的特性検出部３は、信号出力部４を共有する。
【００５８】
図４は、検出ユニットＤＵの構成例の一例を示している。  
図４に示される例では、１つの検出ユニットＤＵが４つの受光部（画素）２を含む回路構成が、示されている。
【００５９】
図３に示されるように、検出ユニットＤＵは、イメージセンサの構成要素として、複数の光電変換素子２０を含む。光電変換素子２０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）２０である。各フォトダイオード２０に対して、１つプローブ（例えば、突起状の誘電体プローブ）２１が、設けられている。  
このように、１つの画素２は、１つのフォトダイオード２０と１つのプローブ２１とを含む。
【００６０】
複数の転送トランジスタ（転送ゲート、又は、リードトランジスタともよばれる）ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４が、１つの検出ユニットＤＵ内に設けられる。以下では、転送トランジスタＴＧ１〜ＴＧ４が区別されない場合において、これらの転送トランジスタは、転送トランジスタＴＧと、表記される。
【００６１】
１つの転送トランジスタＴＧが、１つのフォトダイオード２０に対して設けられている。
【００６２】
フォトダイオード２０は、転送トランジスタＴＧを介して、信号保持部（浮遊拡散層）４０に接続される。転送トランジスタＴＧのソース／ドレインの一方は、フォトダイオード２０に接続され、転送トランジスタＴＧのソース／ドレインの他方は、浮遊拡散層４０に接続される。
【００６３】
転送トランジスタＴＧのゲートは、制御線ＣＬ内に含まれる転送制御線に、接続されている。複数の受光部２を含む検出ユニットＤＵ内において、各転送トランジスタＴＧのゲートは、互いに異なる転送制御線に接続されている。検出ユニットＤＵ内の転送トランジスタＴＧ１〜ＴＧ４のオン／オフは、互いに独立な制御信号ＲＤ１〜ＲＤ４によって、制御される。
【００６４】
受光部２に対応するように、生化学的特性検出部３が、検出ユニットＤＵ内に設けられている。
【００６５】
本実施形態において、生化学的特性検出部３は、細胞の膜電位を検出するための電極（膜電位検出電極）３０を含む。  
複数の膜電位検出電極３０が、１つの検出ユニットＤＵ内に設けられている。膜電位検出電極３０は、電極３０と細胞１００との間の容量結合によって、細胞１００の膜電位を等価的に検出する。
【００６６】
複数のスイッチトランジスタＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４が、検出ユニットＤＵ内に設けられている。  
以下では、スイッチトランジスタＳＴ１〜ＳＴ４が区別されない場合において、それらのスイッチトランジスタは、スイッチトランジスタＳＴと、表記される。
【００６７】
スイッチトランジスタＳＴのソース／ドレインの一方は、膜電位検出電極３０に接続され、スイッチトランジスタＳＴのソース／ドレインの他方は、浮遊拡散層４０に接続される。
【００６８】
スイッチトランジスタＳＴのゲートは、制御線に含まれるスイッチ信号線に、接続されている。複数の膜電位検出電極３０を含む検出ユニットＤＵ内において、各スイッチトランジスタＳＴのゲートは、互いに異なるスイッチ制御線に接続されている。
【００６９】
各スイッチトランジスタＳＴ１〜ＳＴ４のオン／オフは、互いに独立な制御信号ＳＷ１〜ＳＷ４によって、制御される。
【００７０】
転送トランジスタＴＧ及びスイッチトランジスタＳＴによって、浮遊拡散層４０と受光部（フォトダイオード２０）との接続、浮遊拡散層４０と生化学的特性検出部（ここでは、膜電位検出電極３０）との接続が、スイッチされる。
【００７１】
浮遊拡散層４０に、フォトダイオード２０の光電変換によって生成された電荷が、蓄積される。また、浮遊拡散層４０に、膜電位検出電極３０が検知した電位が印加される。このように、浮遊拡散層４０の電位は、測定対象からの光に起因する電荷、又は、測定対象の電位（ここでは、細胞膜の電位）に応じて、変動する。
【００７２】
図４に示されるように、検出ユニットＤＵ内において、複数の受光部２及び複数の生化学的特性検出部３は、１つの信号出力部４を共有する。
【００７３】
信号出力部４は、例えば、アンプトランジスタＴ１、リセットトランジスタＴ２及びアドレストランジスタＴ３を含む。
【００７４】
アンプトランジスタＴ１は、浮遊拡散層４０の電位を検知及び増幅する。アンプトランジスタＴ１は、検知及び増幅した電位に基づいた信号を、信号線ＳＬに出力する。アンプトランジスタＴ１は、ソースフォロワとして機能する。
【００７５】
アンプトランジスタＴ１のゲートは、浮遊拡散層４０に接続されている。アンプトランジスタＴ１のソース／ドレインの一方は、アドレストランジスタＴ３を介して、ある電圧（例えば、電源電圧又はグランド電圧）Ｖｘが印加された端子に接続されている。アンプトランジスタＴ１のソース／ドレインの他方は、信号線ＳＬに接続されている。
【００７６】
リセットトランジスタＴ２は、浮遊拡散層４０の電位を、初期状態（リセット状態）に設定する。
【００７７】
リセットトランジスタＴ２のソース／ドレインの一方は、浮遊拡散層４０に接続されている。リセットトランジスタＴ２のソース／ドレインの他方は、定電圧端子（電源端子又はグランド端子）に接続されている。リセットトランジスタのゲートは、制御線ＣＬに含まれるリセット制御線に、接続されている。  
リセット制御線に供給される制御信号ＲＳＴによって、リセットトランジスタＴ２のオン／オフが、制御される。
【００７８】
アドレストランジスタＴ３は、検出ユニットＤＵを活性化する。
【００７９】
アドレストランジスタＴ３のソース／ドレインの一方は、電圧Ｖｘが印加された端子（例えば、電源端子又はグランド端子）に接続されている。アドレストランジスタＴ３のソース／ドレインの他方は、アンプトランジスタＴ１のソース／ドレインの一方に接続されている。アドレストランジスタＴ３のゲートは、制御線ＣＬに含まれるアドレス信号線に、接続されている。  
アドレス制御線に供給される制御信号ＡＤＲによって、アドレストランジスタＴ３のオン／オフが、制御される。
【００８０】
このように、４つのフォトダイオード２０及び４つの膜電位検出電極３０に対して、１つのアンプトランジスタＴ１、１つのリセットトランジスタＴ２及び１つのアドレストランジスタＴ３が、設けられている。
【００８１】
複数の画素（受光部）２及び生化学的特性検出部３が、信号保持部４０及び信号出力部４を共有することによって、センサ内の素子数が削減され、チップ内における回路面積が縮小される。
【００８２】
＜動作例＞  
以下のような動作例によって、センシングデバイスにおけるイメージセンサ及び生化学センサが、測定対象を観測及び分析するために、動作する。
【００８３】
受光部２において、フォトダイオード２０は、突起状のプローブ２１を介して、細胞からの反射光、透過光、散乱光及び蛍光のうち、少なくとも１つを光電変換する。これによって、フォトダイオード２０は、細胞１００からの光に応じた信号電荷を蓄積する。
【００８４】
生化学的特性検出部３において、膜電位検出電極３０は、細胞１００と電極３０との容量結合によって、細胞のある部分の膜電位を検出する。
【００８５】
走査回路８０１が、Ｙ方向に沿う順序で、制御線ＣＬを順次活性化する。
【００８６】
例えば、アドレストランジスタＴ３が、オン状態に設定される。リセットトランジスタＴ２は、信号保持部（浮遊拡散層）の電位の状態を、初期状態にリセットする。リセットトランジスタＴ２がオンされた場合、浮遊拡散層４０は、電圧端子に接続され、浮遊拡散層４０の電位は、電圧端子から印加される電圧Ｖｘに、初期化される。
【００８７】
活性化された１つの制御線ＣＬに関して、フォトダイオード２０と膜電位検出電極３０とは、互いに異なるタイミングで、信号保持部（浮遊拡散層）４０に接続される。
【００８８】
即ち、フォトダイオード２０の信号電荷の転送期間中において、転送トランジスタＴＧがオンされ、スイッチトランジスタＳＴはオフされている。これとは反対に、膜電位検出電極３０の電位の検出期間において、スイッチトランジスタＳＴがオンされ、転送トランジスタＴＧがオフされる。これによって、フォトダイオード２０及び膜電位検出電極３０のうちいずれか一方が、浮遊拡散層４０に接続される。
【００８９】
また、１つの検出ユニットＤＵが、複数のフォトダイオード２０を含む場合、フォトダイオード２０の信号電荷の転送期間において、アクティブ状態（選択状態）の検出ユニットＤＵ内の複数の転送トランジスタＴＧのうち１つがオンされ、フォトダイオード２０が、オン状態の転送トランジスタＴＧを介して、浮遊拡散層４０と導通する。  
これによって、オン状態の転送トランジスタＴＧに対応する１つのフォトダイオード２０の信号電荷が、浮遊拡散層４０に転送される。
【００９０】
アクティブ状態の検出ユニットＤＵ内の転送トランジスタＴＧのオン／オフが切り替えられることによって、アクティブ状態の検出ユニットＤＵ内の複数のフォトダイオード２０の信号電荷が、互いに異なるタイミングで、浮遊拡散層４０に順次転送される。
【００９１】
このように、アクティブ状態の検出ユニットＤＵにおいて、オン状態の転送トランジスタＴＧを介して、フォトダイオード２０の信号電荷が、浮遊拡散層４０に転送される。この時、スイッチトランジスタＳＴは、オフされ、膜電位検出電極３０は、浮遊拡散層４０から電気的に分離されている。
【００９２】
浮遊拡散層４０は、信号電荷を保持（蓄積）する。フォトダイオード２０から転送された信号電荷によって、浮遊拡散層４０の電位は、初期状態から信号電荷の電荷量に応じた値に変化する。
【００９３】
フォトダイオード２０からの信号電荷の転送の後、転送トランジスタＴＧは、あるタイミングで、オフされる。
【００９４】
浮遊拡散層４０の電位によって、アンプトランジスタＴ１が、動作する。  
浮遊拡散層４０の電位に応じて、ソースフォロワとしてのアンプトランジスタＴ１の駆動力（出力電流）が、変化する。
【００９５】
これによって、アンプトランジスタＴ１が流す電流の大きさに応じて、信号線の信号レベル（電位）が、変動する。  
この結果として、フォトダイオード２０の検出信号が、信号線ＳＬに出力される。
【００９６】
信号処理回路８０２は、信号線ＳＬに出力された信号に対して、アナログ−デジタル変換やノイズ除去などを行う。
【００９７】
フォトダイオード２０の検出信号が、信号処理回路８０２に取り込まれた後、リセットトランジスタＴ２は、浮遊拡散層４０の電位を、初期状態の電位にする。
【００９８】
浮遊拡散層４０の電位が初期状態にされた後、膜電位検出電極３０の電位の検出期間において、アクティブ状態の検出ユニットＤＵ内の複数のスイッチトランジスタＳＴのうち１つがオンされ、膜電位検出電極３０が、オン状態のスイッチトランジスタＳＴを介して、浮遊拡散層４０と導通する。  
これによって、オン状態のスイッチトランジスタＳＴに対応する１つの膜電位検出電極３０の電位が、浮遊拡散層４０に転送される。
【００９９】
アクティブ状態の検出ユニットＤＵ内の複数のスイッチトランジスタＳＴのオン／オフが切り替えられることによって、アクティブ状態の検出ユニットＤＵ内の複数の膜電位検出電極３０の検出信号が、互いに異なるタイミングで、浮遊拡散層４０に、出力される。
【０１００】
これによって、膜電位検出電極３０が検出した膜電位が、浮遊拡散層４０の電位に反映される。
【０１０１】
この後、フォトダイオード２０の検出信号の出力と同様に、アンプトランジスタ（ソースフォロワ）Ｔ１のゲートが、浮遊拡散層４０と導通する。  
これによって、浮遊拡散層４０の電位に応じたアンプトランジスタＴ１の出力によって、膜電位検出電極３０の検出信号が、信号線ＳＬに出力される。信号線ＳＬに出力された膜電位検出電極３０の検出信号は、信号処理回路８０２によって、ＡＤ変換及びノイズの除去などの処理が施される。
【０１０２】
膜電位検出電極３０の検出結果が出力された後、浮遊拡散層４０の電位が、リセットトランジスタＴ２によって、初期状態に設定される。
【０１０３】
このように、検出ユニットＤＵのフォトダイオード２０及び膜電位検出電極３０の検出結果が、取得される。
【０１０４】
これらの処理が、選択状態の制御線ＣＬが順次切り替えられながら、実行されることによって、検出エリア８００に対応する光学画像及びバイタルデータが、形成される。
【０１０５】
尚、検出ユニット内における、フォトダイオード（転送トランジスタ）及び膜電位検出電極（スイッチトランジスタ）の選択順序は、適宜設定される。
【０１０６】
検出エリア内の全てのフォトダイオード２０の検出信号が出力されてから、全ての膜電位検出電極３０の検出信号が、出力されてもよい。  
また、選択された制御線ＣＬにおけるフォトダイオード２０及び膜電位検出電極３０の検出信号が、例えば、交互に出力された後、制御線ＣＬのアクティブ状態が、切り替えられてもよい。尚、膜電位検出電極３０の検出結果が出力された後、フォトダイオード２０の検出結果が出力されてもよい。
【０１０７】
このように、細胞１００の膜電位（生化学的特性）が、細胞１００の光学画像を取得するための回路（素子）と同じ回路によって、測定される。
【０１０８】
以上のように、本実施形態のセンシングデバイスは、測定対象（例えば、細胞）の光学画像（可視光画像）及びバイタルデータ（例えば、細胞内の電位の分布）を、形成できる。
【０１０９】
（ｂ）  構造例  
図５乃至図９を参照して、第１の実施形態のセンシングデバイスの構造例について、説明する。
【０１１０】
図５乃至図７は、本実施形態のセンシングデバイスの上面図を示している。図５乃至図７において、測定対象側から見た、コンタクト層、フォトダイオード層及び回路層の上面図をそれぞれ示している。
【０１１１】
図５に示されるように、複数のプローブ２１が、コンタクト層１０内において、アレイ状に配置されている。
【０１１２】
例えば、プローブ２１は、細胞の測定に用いられる光（例えば、可視光）の波長に対して実質的に透明な誘電体で、フォトダイオード２０ごとに分離されている。
【０１１３】
例えば、プローブ２１は、半導体基板１の主面に対して垂直方向から見て、円形状の形状（平面形状）を有している。尚、プローブ２１の平面形状は、楕円形状、矩形状などでもよい。
【０１１４】
膜電位検出電極３０は、各フォトダイオード２０に対応するように、フォトダイオード層（半導体基板）１上に設けられている。
【０１１５】
膜電位検出電極３０は、半導体基板の主面に対して垂直方向から見て円形状の開口部を有する。膜電位検出電極３０の開口部内に、プローブ２１の上部が、位置している。
【０１１６】
これによって、プローブ２１の上部は、電極３０の開口部から露出する。膜電位検出電極３０は、プローブ２１の側部を覆う。
【０１１７】
金属電極又は透明電極が、膜電位検出電極３０に用いられる。
【０１１８】
プローブ２１と膜電位検出電極３０との間に、絶縁膜８７が設けられている。絶縁膜８７の屈折率は、プローブ２１の屈折率よりも低いため、被測定光（検出される光）がプローブ２１内に閉じ込められ、電極３０とプローブ２１との間の損失が、低減される。
【０１１９】
図６に示されるように、フォトダイオード層（半導体基板）１は、コンタクト層１０と回路層６との間に挟まれている。
【０１２０】
複数のフォトダイオード（ＰＤ）２０が、半導体基板１内において、アレイ状に配置されている。
【０１２１】
フォトダイオード２０は、半導体基板１の主面に対して垂直方向から見て矩形状（例えば、正方形状）の平面形状を有している。フォトダイオード２０の矩形状の平面（上面）の各辺は、例えば、０．１５μｍ程度である。  
４つのフォトダイオード２０は、ある矩形状の領域（検出ユニット形成領域ＤＵ）の四隅にそれぞれ設けられている。
【０１２２】
矩形状の領域ＤＵの中央部に、浮遊拡散層（ＦＤ）４０が設けられている。１つの浮遊拡散層４０が、４つのフォトダイオード２０に囲まれている。
【０１２３】
転送トランジスタＴＧのゲート電極４５が、ゲート絶縁膜を介して、フォトダイオード２０と浮遊拡散層４０との間の半導体基板１上方に、設けられている。
【０１２４】
例えば、フォトダイオード２０間のピッチは、０．２５μｍ程度である。  
このように、複数のフォトダイオード２０が比較的狭いピッチ（例えば、サブミクロンレベルのピッチ）で配列される場合、センシングデバイス（イメージセンサ及び生化学センサ）を構成するすべての素子を、半導体基板１上に形成することは、比較的困難である。  
それゆえ、以下のように、アンプトランジスタＴ１などは、半導体基板１上の層間絶縁膜（回路層）内に設けられている。
【０１２５】
図７に示されるように、複数のトランジスタＴ１〜Ｔ３，ＳＴが回路層６内において、設けられている。
【０１２６】
トランジスタＴ１〜Ｔ３，ＳＴは、層間絶縁膜内の半導体領域ＡＡ１〜ＡＡ３上に、設けられている。
【０１２７】
アンプトランジスタＴ１は、半導体領域ＡＡ１上に設けられている。  
アンプトランジスタＴ１のゲート電極６１は、ゲート絶縁膜を介して、半導体領域ＡＡ１上に設けられている。
【０１２８】
例えば、リセットトランジスタＴ２及びアドレストランジスタＴ３は、半導体領域ＡＡ２上に設けられている。半導体領域ＡＡ２は、半導体基板の主面に対して垂直方向に関して、浮遊拡散層４０の形成領域と重なる。
【０１２９】
リセットトランジスタＴ２のゲート電極６３及びアドレストランジスタＴ３のゲート電極６５は、ゲート絶縁膜を介して、半導体領域ＡＡ２上方に、設けられている。  
リセットトランジスタＴ２及びアドレストランジスタＴ３は、半導体領域ＡＡ２内において、ソース／ドレイン領域の１つを共有する。リセットトランジスタＴ２のゲート電極６３及びアドレストランジスタＴ３のゲート電極６５との間の半導体領域が、２つのトランジスタＴ２，Ｔ３のソース／ドレイン領域として共有される。
【０１３０】
スイッチトランジスタＳＴは、半導体領域ＡＡ３上に、設けられている。  
スイッチトランジスタＳＴのゲート電極６７は、ゲート絶縁膜を介して、半導体領域ＡＡ３上方に設けられている。
【０１３１】
例えば、スイッチトランジスタＳＴの半導体領域ＡＡ３は、半導体基板１の主面に対して垂直方向に関して、フォトダイオード２０の配置領域と重なる位置に設けられている。半導体領域ＡＡ３は、検出ユニットＤＵの配置領域内の四隅に、レイアウトされている。
【０１３２】
各トランジスタＴ１〜Ｔ３，ＳＴは、プラグ（図示せず）によって、上層の配線（図示せず）及び下層の配線（図示せず）に、それぞれ接続される。各トランジスタＴ１〜Ｔ３，ＳＴは、層間絶縁膜内のプラグ及び半導体基板１内の貫通電極（ＴＳＶ）などによって、回路層６とは異なる層内に設けられた浮遊拡散層４０及び膜電位検出電極３０に接続される。
【０１３３】
尚、図７におけるトランジスタＴ１〜Ｔ３のレイアウトは、一例であって、信号出力部の回路構成に応じて、適宜変更できる。
【０１３４】
図８は、第１の実施形態のセンシングデバイスの断面構造を模式的に示す図である。
【０１３５】
図８に示されるように、本実施形態のセンシングデバイスに用いられるイメージセンサは、裏面照射型イメージセンサである。  
即ち、測定対象（例えば、細胞）からの光が、半導体基板１の裏面（第１の面）ＢＳ側からフォトダイオードに入射する。
【０１３６】
半導体基板１の裏面ＢＳに対向する表面（第２の面）ＦＳ側に、フォトダイオード２０及び膜電位検出電極３０からの信号の検出及び出力のための回路（信号出力部）、及び、多層配線構造を含む層間絶縁膜８１（８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ）が、設けられている。
【０１３７】
尚、本実施形態において、半導体基板１の表面ＦＳと裏面ＢＳとを区別しない場合において、半導体基板１の裏面（又は表面）は、半導体基板の主面とよばれる。  
例えば、半導体基板１の裏面ＢＳ側が“上方（上側）”とされる場合、半導体基板１の表面ＦＳ側が、“下方（下側）”とされる。
【０１３８】
半導体基板１の裏面ＢＳ上に、プローブ２１及び膜電位検出電極３０が、コンタクト層１０として、設けられている。  
半導体基板１の表面ＦＳ側に、回路層（回路領域）６が、設けられている。半導体基板１の表面ＦＳ上に、層間絶縁膜８１及び各種のトランジスタＳＴが、回路層６として、設けられている。
【０１３９】
例えば、半導体基板１は、シリコン基板である。この場合、イメージセンサは、主として可視光を検知する。
【０１４０】
フォトダイオード２０は、例えば、四角柱状の形状を有している。フォトダイオード２０は、半導体基板１内に、少なくとも１つの不純物領域２０１を含む。
【０１４１】
フォトダイオード２０は、プローブ２１を介して不純物領域２０１内に入射した光を電荷（以下では、信号電荷とよばれる）に変換する。フォトダイオード２０が生成する電荷の量は、フォトダイオード２０に入射した光の強さ（光量）に応じる。
【０１４２】
浮遊拡散層（信号保持部）４０は、半導体基板１内に設けられた不純物領域（拡散層）である。浮遊拡散層（信号保持部）４０は、半導体基板１の表面ＦＳ側における半導体基板１の表層内に、設けられている。
【０１４３】
半導体基板１の表面ＦＳ上において、転送トランジスタＴＧが、フォトダイオード２０と浮遊拡散層４０との間に、設けられている。
【０１４４】
転送トランジスタＴＧのソース／ドレインの一方は、フォトダイオード側に設けられ、転送トランジスタＴＧのソース／ドレインの他方は、浮遊拡散層側に設けられている。
【０１４５】
半導体基板１内に、素子分離絶縁膜、貫通電極Ｖ０と半導体基板１とを電気的に分離するための膜などの各種の絶縁膜８０が、設けられている。
【０１４６】
浮遊拡散層４０上に、プラグＶ１Ｂが設けられている。プラグＶ１Ｂは、層間絶縁膜８１Ａのホール内に埋め込まれている。プラグＶ１Ｂは、配線Ｍ０Ｂ、他のプラグ及び配線を介して、層間絶縁膜８１内のトランジスタＴＸ，ＳＴに接続される。
【０１４７】
図８に示されるように、半導体基板１の表面ＦＳ上に、層間絶縁膜８１が、設けられている。
【０１４８】
層間絶縁膜８１内のある配線レベル（絶縁膜８１Ｃ）内に、複数の半導体領域ＡＡＸ，ＡＡ３が、設けられている。図８におけるトランジスタＴＸの配置は、模式的に示されたものである。
【０１４９】
アンプトランジスタＴ１、リセットトランジスタＴ２、アドレストランジスタＴ３などのトランジスタＴＸに関して、ゲート電極６１Ｘは、半導体領域ＡＡＸ（ＡＡ１，ＡＡ２）上のゲート絶縁膜６２Ｘ上に設けられている。また、スイッチトランジスタＳＴのゲート電極６７は、半導体領域ＡＡ３上のゲート絶縁膜６８上に設けられている。  
これらのトランジスタＴＸ，ＳＴは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。
【０１５０】
本実施形態において、半導体領域ＡＡＸ，ＡＡ３に、シリコン（Ｓｉ）が用いられる。  
但し、薄膜トランジスタＴＸ，ＳＴの半導体領域ＡＡＸ，ＡＡ３は、シリコンに限定されず、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などの４族材料が用いられてもよい。また、薄膜トランジスタＴＸ，ＳＴは、酸化物半導体材料、二次元半導体材料、有機半導体材料を用いて、形成されてもよい。例えば半導体領域ＡＡＸ，ＡＡ３に用いられる酸化物半導体材料は、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）などである。例えば、半導体領域ＡＡＸ，ＡＡ３に用いられる２次元半導体材料は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二セレン化タングステン（ＷＳｅ２）などである。
【０１５１】
尚、薄膜トランジスタＴＸ，ＳＴは、半導体基板上のフォトダイオード及びトランジスタに対して熱的なダメージを与えない温度で形成可能な材料から形成されることが、望ましい。
【０１５２】
図８の例において、半導体基板１の主面に対して垂直方向における位置（高さ、配線レベル）に関して、１つの配線レベル（絶縁膜８１Ｃ）内に、半導体領域及びトランジスタ（ＴＦＴ）が設けられている。  
但し、互いに異なる２以上の配線レベル内のそれぞれに、複数の半導体領域が設けられ、複数の配線レベル内に、薄膜トランジスタが設けられてもよい。この場合において、トランジスタに要求される特性に応じて、半導体領域ＡＡに用いられる材料が、配線レベルごとに、異なってもよい。
【０１５３】
本実施形態のように、検出ユニットＤＵ内に含まれるトランジスタＴＸ，ＳＴの一部が、半導体基板１の表面ＦＳ側の層間絶縁膜８１上の半導体領域ＡＡＸを用いて、形成される。素子の一部が、層間絶縁膜８１を介して、フォトダイオード２０及び浮遊拡散層４０上に積層される。  
これによって、本実施形態のセンシングデバイスに用いられるイメージセンサ及びバイオセンサは、半導体基板１上の素子と層間絶縁膜８１上の素子ＴＸとの二層構造の回路構成を有する。
【０１５４】
図８に示されるように、半導体基板１の裏面ＢＳ上において、複数のプローブ２１が、設けられている。
【０１５５】
上述のように、プローブ２１は、半導体基板の主面に対して垂直方向において、フォトダイオード２０と重なる位置に、設けられている。
【０１５６】
本実施形態において、プローブ２１は、誘電体を含む。例えば、プローブ２１の材料は、窒化シリコンである。以下では、誘電体を含むプローブ２１のことを、誘電体プローブ２１とよぶ。
【０１５７】
誘電体プローブ２１は、台形状の断面形状を有する。半導体基板１の主面（表面又は裏面）に対して平行方向における誘電体プローブ２１の上部（測定対象側）の寸法は、半導体基板１の主面に対して平行方向における誘電体プローブ２１の下部（フォトダイオード側）の寸法より小さい。誘電体プローブ２１の上部の寸法Ｗ１は、半導体基板１の主面に対して平行方向におけるフォトダイオード２０の寸法Ｗ２より小さい。  
例えば、矩形状のフォトダイオードの上面における一辺の寸法（例えば、寸法Ｗ２）が、０．１５μｍである場合、誘電体プローブの上部の寸法（例えば、直径）Ｗ１は、０．１５μｍより小さい。
【０１５８】
尚、誘電体プローブ２１の断面形状は、三角形状でもよい。この場合、誘電体プローブ２１は、円錐状の構造を有する。
【０１５９】
半導体基板１の裏面ＢＳ上に、膜電位検出電極３０が、設けられている。  
膜電位検出電極３０は、絶縁膜８７を介して、テーパー状の誘電体プローブ２１の側面を覆っている。膜電位検出電極３０は、絶縁膜８７を介して、誘電体プローブ２１の側面に対向する。
【０１６０】
膜電位検出電極３０は、半導体基板１内に設けられた貫通電極（ＴＳＶ）Ｖ０を介して、半導体基板１の表面ＦＳ側の配線Ｍ０Ａ及びプラグＶ１Ａ，Ｖ２に、接続される。  
これによって、膜電位検出電極３０は、層間絶縁膜８１内のスイッチトランジスタＳＴのソース／ドレイン領域に、接続される。
【０１６１】
細胞の電位（膜電位）は、保護膜５０を介した細胞１００と電極３０との容量結合により、電極３０の電位が変動することによって、検出される。検出された電位が、スイッチトランジスタＳＴを介して、浮遊拡散層４０内に供給される。供給された電位に応じた量の電荷が、浮遊拡散層４０内に蓄積される。これによって、浮遊拡散層４０内に蓄積された電荷に応じて、浮遊拡散層４０の電位が、変化する。
【０１６２】
浮遊拡散層４０の電位によって、アンプトランジスタＴＸ（Ｔ１）が動作する結果として、膜電位がアンプトランジスタＴＸに読み取られる。
【０１６３】
絶縁膜（スペーサー膜）８９が、隣り合う電極３０間及び半導体基板１の裏面ＢＳ上の絶縁膜８７上に、設けられている。
【０１６４】
半導体基板１の裏面ＢＳ側において、保護膜５０が、プローブ２１、電極３０及び絶縁膜８９上に設けられている。保護膜５０は、例えば、窒化シリコン膜である。保護膜５０としての窒化シリコン膜５０は、５０ｎｍ程度の膜厚を有する。
【０１６５】
測定対象としての細胞１００は、保護膜５０上に配置される。又は、細胞１００は、保護膜５０上で培養される。尚、保護膜５０上に、細胞１００を浸すための溶液が、設けられていてもよい。測定対象１００は、保護膜５０を介して、プローブ２１及びフォトダイオード２０と光学的に結合する。また、測定対象１００は、保護膜５０を介して、電極３０と電気的に結合する。
【０１６６】
細胞１００を観察するための光が、半導体基板１の主面に対して垂直方向（又は斜め方向）において、半導体基板１の裏面ＢＳ側から細胞１００に、照射される。  
例えば、照射光は、通常の光学顕微鏡に用いられるような落射照明系、又は、センサ外部からのランプによって、生成される。
【０１６７】
尚、保護膜５０の膜厚は、形成されるべき細胞の画像（可視光像）の空間分解能を向上させるために、可視光域における保護膜内の導波モードの光をカットオフし、隣り合う画素間のクロストークを低減することが可能な厚さであることが好ましい。
【０１６８】
例えば、大気中において５００ｎｍの波長を有する光に対して、平行平板とみなした窒化シリコン膜のカットオフ厚さは、１２５ｎｍ以下である。それゆえ、窒化シリコン膜からなる保護膜５０の膜厚は、１２５ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１６９】
ある光の波長に対するある物質のカットオフ厚さは、（λ／２）×（１／ｎ）から求めることができる。λは、光の波長、ｎは、ある波長λに対する物質の屈折率である。
【０１７０】
尚、誘電体プローブ２１及び保護膜５０は、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜など他の誘電体膜、又は、ハフニウム酸化膜、ジルコニウム酸化膜などの高誘電体膜でもよい。また、誘電体プローブ２１と保護膜５０とは、互いに異なる材料でもよい。
【０１７１】
本実施形態のセンシングデバイスにおいて、半導体基板１上に設けられた突起状の誘電体プローブ２１によって、測定対象の近接場光（エバネッセント光，エバネッセント波）が、生じる。近接場光の発生は、互いに接する物質の屈折率の違いに、起因する。
【０１７２】
フォトダイオード２０は、誘電体プローブ２１によって生じた測定対象（例えば、細胞）１００の近接場光を、検出する。  
以下では、近接場光を検出するためのプローブのことを、近接場光プローブともよぶ。
【０１７３】
尚、本実施形態のセンシングデバイスは、周知の半導体プロセスによって、形成できる。
【０１７４】
（２）  検出原理  
図９は、本実施形態のセンシングデバイスの突起状のプローブによる近接場光の検出原理を説明するための模式図である。図９は、測定対象からの光の通過領域（半導体基板の主面に対して垂直方向の深さ）と電界強度（光の強度）との関係を示すグラフである。
【０１７５】
測定対象（細胞）１００からの光は、近接場光プローブ２１を経由して、細胞１００からフォトダイオード２０（半導体基板１）に向かって伝搬する。  
細胞１００からの光の可視光成分は、プローブ２１及びフォトダイオード２０に照射される。
【０１７６】
図９に示されるように、細胞１００に対する光の照射時、プローブ２１内及びフォトダイオード２０内において、導波モードの光（以下では、導波モード光とよぶ）ＷＧが、存在する。
【０１７７】
光の照射によって、細胞１００の周囲に、近接場光（エバネッセント光、エバネッセント波）ＥＬが、励起される。近接場光ＥＬは、細胞１００と保護膜５との間の界面から保護膜５側に染み出す。
【０１７８】
近接場光ＥＬは、プローブ２１内の導波モード光ＷＧ及びフォトダイオード２０内の導波モード光ＷＧと結合する。フォトダイオード２０は、導波モード光ＷＧと結合した近接場光ＥＬを受光し、受光した光エネルギーに対応した信号電荷を生成する。
【０１７９】
これによって、本実施形態のセンシングデバイスにおいて、フォトダイオード（イメージセンサ）は、細胞１００の表面近傍の可視光情報を取得できる。
【０１８０】
このように、本実施形態のセンシングデバイスは、細胞の微細な形状が反映された近接場光を検出できることによって、光の回折限界より小さい解像度で得ることができる。
【０１８１】
また、本実施形態において、保護膜５０の膜厚が、カットオフ厚さより小さい値に設定されることによって、保護膜５０内において導波モードで伝搬する光は、カットオフされる。  
このため、本実施形態のセンシングデバイスは、隣り合う近接場光プローブ２１間のクロストークを抑制しつつ、近接場光プローブ２１間の間隔を、照射光の波長オーダー以下の間隔、例えば、１μｍ程度未満に設定できる。
【０１８２】
（３）  効果  
本実施形態のセンシングデバイスは、測定対象（測定対象物）の光学画像を得るための受光部２内のプローブ２１及び光電変換素子２０と、測定対象の生化学的特性（例えば、膜電位）を検知するためにプローブの近傍に設けられた電極３０とを、含む。
【０１８３】
本実施形態のセンシングデバイスは、突起状のプローブ２１によって、測定対象である細胞周辺の近接場光（エバネッセント光）を検出できる。例えば、突起状のプローブ２１のサイズは、サブミクロンオーダーである。
【０１８４】
さらに、本実施形態のセンシングデバイスは、画素の制御のためのトランジスタの一部、及び、イメージセンサからの信号の出力と生化学センサ（例えば、膜電位検出電極）からの信号の出力とを切り替えるためのトランジスタが、層間絶縁膜８１内の半導体領域ＡＡ１〜ＡＡ３上に、形成される。このように、本実施形態のセンシングデバイスは、積層構造（三次元構造）の回路構成を有する。このような素子の積層化によって、本実施形態のセンシングデバイスは、サブミクロンの画素ピッチを実現できる。
【０１８５】
これによって、本実施形態のセンシングデバイスは、可視光の回折限界未満の高い解像度を有する光学画像を、取得できる。
【０１８６】
それゆえ、本実施形態のセンシングデバイスは、マルチモーダブルセンサとして、サブミクロンレベルのサイズを有する測定対象に関する高い解像度の光学画像と、光学画像に対応する測定対象のバイタルデータ（例えば、膜電位）と、を取得できる。この結果として、本実施形態のセンシングデバイスは、微細な測定対象の光学的画像に対する測定対象のバイタルデータのマッピングが可能となる。
【０１８７】
したがって、本実施形態のセンシングデバイスは、細菌、小型の細胞のように測定対象が微細であっても、比較的高い相関関係を有するその測定対象の形状データとバイタルデータとを得ることができる。
【０１８８】
例えば、本実施形態のセンシングデバイスは、細胞の代謝、幹細胞の分化、細胞の成長、及び、細胞のガン化などのような、細胞の形状とバイタルデータとの相関関係に関して、詳細な情報を得られる。  
また、本実施形態のセンシングデバイスは、細胞のウィルス感染の可視化など、従来のセンシングデバイスでは困難であった観測及び情報の取得が可能である。
【０１８９】
これらによって、本実施形態のセンシングデバイスは、移植医療や創薬の分野での進展に資することができる。
【０１９０】
以上のように、第１の本実施形態によれば、センシングデバイスの特性を向上できる。
【０１９１】
（Ｃ）  第２の実施形態  
図１０を参照して、第２の実施形態のセンシングデバイスについて、説明する。
【０１９２】
第２の実施形態のセンシングデバイスは、保護膜の構成及び光学画像の測定方法が、第１の実施形態のセンシングデバイスと異なる。
【０１９３】
通常の落射照明によって細胞の周囲に発生する近接場光（エバネッセント光）は、微弱な傾向を有する。  
これを鑑みて、本実施形態のセンシングデバイスは、保護膜の周囲の近接場光によって細胞と保護膜との接する部分の近接場光を励起する。本実施形態のセンシングデバイスは、励起された近接場光による細胞からの光（例えば、散乱光及び蛍光など）を、測定する。
【０１９４】
これによって、本実施形態のセンシングデバイスは、比較的効率よく近接場光による細胞の光学画像を取得できる。尚、測定対象と保護膜（又は、検出部）との接触は、直接的な接触のみでなく、ある部材（例えば、液体又は薄い膜）を介した間接的な接触を含んでもよい。
【０１９５】
本実施形態のセンシングデバイスは、検出すべき近接場光を増強させるために、以下のような構成を有する。
【０１９６】
図１０は、第２の実施形態のセンシングデバイスの断面構造を示す図である。  
図１０に示されるように、測定対象としての細胞１００に保護膜５９側からの近接場光以外の光が照射されないように、遮光部（例えば、筐体）１９０が保護膜５９上に設けられている。例えば、細胞１００と遮光部１９０との間の空間は、溶液が設けられている。
【０１９７】
本実施形態において、照明光として励起光が、保護膜５９に入射される。励起光は、ＬＥＤ又はレーザデバイスなどの発光デバイス７００によって、生成される。
【０１９８】
保護膜５９に入射される光は、保護膜５９の膜面に対して平行方向（半導体基板１の主面に対して平行方向）に、保護膜５９内部を伝搬する。
【０１９９】
保護膜５９の厚さは、照明光の波長を有する導波モード光が保護膜５９内を伝搬できるように、保護膜５９のカットオフ厚さよりも厚く設定されることが、好ましい。例えば、５１４．５ｎｍのＡｒレーザからの光が、照明光（入射光）として用いられる場合、カットオフ厚さは１２８．６ｎｍである。この場合、本実施形態において、保護膜５９の膜厚は、例えば、約１４０ｎｍに設定される。
【０２００】
保護膜５９に対する光の入射部（照射部）５９０は、半導体基板１の主面に対して平行方向における保護膜５９の端部５９０に設けられている。  
光入射部５９０としての保護膜５９の端部５９０は、テーパー形状を有している。半導体基板１の主面に対して平行方向における光入射部５９０の上部（測定対象側）の寸法は、半導体基板１の主面に対して平行方向における光入射部５９０の下部（半導体基板側）の寸法より大きい。
【０２０１】
このように、光入射部（保護膜の端部）５９０は、テーパー状の近接場光プローブの形状に対して、逆テーパー状のプリズム構造に加工されている。これによって、本実施形態のセンシングデバイスは、例えば、ＬＥＤ又はレーザからの光を、保護膜５９の導波モード光に結合させることができる。
【０２０２】
尚、本実施形態のセンシングデバイスに用いられる保護膜５９は、第１の実施形態のセンシングデバイスに用いられる保護膜５０に比べて、厚くなる。  
そのため、本実施形態のセンシングデバイスは、原理的な空間分解能に関して、第１の実施形態のセンシングデバイスより低下する可能性がある。  
しかし、本実施形態のセンシングデバイスは、第１の実施形態のセンシングデバイスに比較して、取得できる近接場光の光量を、より多くできる。
【０２０３】
それゆえ、保護膜の膜厚の増大に起因してセンシングデバイスによって形成される画像の原理的な空間分解能が低下したとしても、本実施形態のセンシングデバイスは、信号の感度又はＳＮ比に関して、第１の実施形態のセンシングデバイスに比較して、有利である。  
特に、本実施形態のセンシングデバイスは、細胞からの蛍光分布の検出に関して、第１の実施形態のセンシングデバイスに比較して、高い優位性を有する。
【０２０４】
したがって、本実施形態のセンシングデバイスは、高い画質を有する光学画像（観察画像）を得られる。
【０２０５】
本実施形態において、保護膜５９の膜厚に応じて、プローブ２１の周囲の電極３０と細胞１００との距離が大きくなり、細胞１００と電極３０との間の容量結合は小さくなる可能性がある。  
これに対して、本実施形態のセンシングデバイスは、保護膜５９として高誘電率材料を用いることで、膜電位の検出の劣化を補償できる。
【０２０６】
以上の構成によって、本実施形態において、保護膜５９内を伝搬する導波モード光によって、保護膜５９と接している細胞１００の下面に、測定対象の近接場光が、比較的効率よく励起される。
【０２０７】
この結果として、本実施形態において、保護膜５９からの近接場光に起因する細胞１００からの散乱光又は細胞１００の蛍光が、細胞１００からの近接場光として、保護膜５９を介して、近接場光プローブ２１に入射する。  
これによって、本実施形態のセンシングデバイスは、第１の実施形態と同様に、光の回折限界未満の解像度の光学画像を取得できる。
【０２０８】
以上のように、第２の実施形態によれば、センシングデバイスの特性を向上できる。
【０２０９】
（Ｄ）  第３の実施形態  
図１１乃至図１３を参照して、第３の実施形態のセンシングデバイスについて、説明する。
【０２１０】
第３の実施形態のセンシングデバイスは、細胞の膜電位を検出（測定）する代わりに、測定対象のｐＨ値又は測定対象の濃度（例えば、測定対象物に起因する特定のイオンの濃度、測定対象物に起因する分子の濃度など）を、測定対象の生化学的特性として検知する。
【０２１１】
本実施形態のセンシングデバイスは、タンパク質、ＤＮＡ及びグルコースなどの高分子から分泌されるイオンの濃度（イオン分布）又はそれらの高分子に含まれるイオンの濃度（イオン分布）を、バイタルデータとして検知できる。
【０２１２】
図１１は、第３の実施形態のセンシングデバイスの断面構造を示す図である。  
図１１に示されるように、本実施形態のセンシングデバイスにおいて、イオン感応膜３９とよばれる膜３９が、半導体基板１の裏面ＢＳ側のコンタクト層１０内に設けられている。イオン感応膜３９と特定のイオン（検出対象のイオン）との間に生じる相互作用（例えば、化学反応、吸着、又は、容量性結合）によって、イオン感応膜３９の電位が変動する。イオン感応膜の材料とある特定のイオンとが選択的に相互作用を引き起こすことによって、イオンセンサは、測定対象に含まれる複数のイオンのうち、特定のイオンを選択的に検出できる。
【０２１３】
イオン感応膜３９は、電極３０Ｚ上に設けられている。例えば、電極３０Ｚは、イオン感応膜３９とプローブ２１との間に設けられている。イオン感応膜３９は、例えば、単分子膜から数分子膜程度の薄膜である。  
イオン感応膜３９は、電極３０Ｚ、プラグＶ０，Ｖ１Ａ，Ｖ２，Ｖ３Ａ及び配線Ｍ０Ａ，Ｍ１を介して、回路層６内に設けられた薄膜トランジスタ７のゲート電極７１に接続されている。
【０２１４】
イオン感応膜３９がゲート電極７１に接続されることによって、トランジスタ７は、ＩＳＦＥＴとして機能する。イオン感応膜３９の電位の変動の結果として、ＩＳＦＥＴ７の出力電流が、変動する。この結果として、測定対象１００に起因する特定のイオンの濃度が、等価的に測定される。
【０２１５】
ＩＳＦＥＴは、層間絶縁膜８１内に設けられた薄膜トランジスタである。ゲート電極７１は、半導体領域７０上のゲート絶縁膜７２上に設けられている。
【０２１６】
測定対象１００に応じて、周知のような種々の材料の膜が、イオン感応膜３９に用いることができる。それゆえ、イオン感応膜３９の材料は、測定対象（検出対象のイオン）に応じて、適宜選択される。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、金、金合金、導電性酸化物（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ）、有機物膜などが、イオン感応膜３９として用いられる。
【０２１７】
ＩＳＦＥＴ７のソース／ドレインの一方は、スイッチトランジスタ（図示せず）を経由して、浮遊拡散層４０に接続される。
【０２１８】
例えば、ＩＳＦＥＴ７の動作の安定化のために、参照電極７５０が、細胞１００が浸されている溶液１９９に接するように、設置されている。  
参照電極７５０は、ＩＳＦＥＴ７のソース／ドレインの他方（例えば、ソース）に対して一定の電圧が印可されるように、配線７５９及びビア（図示せず）を介してＩＳＦＥＴ７に接続されている。
【０２１９】
例えば、参照電極７５０は、検出エリア（画素アレイ）８００の周囲を囲むように、検出エリア８００内に設けられている。
【０２２０】
ＤＮＡ及びグルコースなどの高分子が検出される場合、イオン感応膜の代わりに、分子検出膜３９が、電極３０Ｚ上に、設けられる。
【０２２１】
分子検出膜３９は、高分子（イオン性化合物）に含まれるある特定の側鎖構造（原子団又は分子）と分子検出膜内に含まれる材料との間に生じる相互作用に起因した膜の電位の変動を検知することによって、検出対象の高分子を検出する。
【０２２２】
測定対象（例えば、高分子）に含まれるある側鎖構造が、電気的な作用（例えば、容量性結合）又は化学的な作用（例えば、化学反応）をある材料の分子検出膜に対して選択的に引き起こすことによって、分子検出膜の電位が変動する。又は、測定対象に含まれるある側鎖構造が、ある材料の分子検出膜に接する又は吸着することによって、膜の電位が変動する。
【０２２３】
尚、特定のイオン又は特定の高分子（例えば、ＤＮＡ）が検出可能なデバイスであれば、イオン感応膜／分子検出膜をゲート電極内に含むトランジスタ以外のデバイスが用いられてもよい。保護膜５、イオン感応膜／分子検出膜３９のように、検出素子と測定対象との境界領域内に設けられた膜（層）は、界面膜ともよばれる。
【０２２４】
本実施形態において、イオン感応膜（又は、分子検出膜）３９を溶液１９９又は細胞１００に直接接触させるために、半導体基板１の裏面側の部材２１，３０，３９を覆う保護膜は、設けられない。  
保護膜の代りに、近接場光プローブ２１の周囲に、より低い誘電率を有する誘電体膜（以下では、低誘電体膜とも呼ばれる）８７Ｚが、設けられている。低誘電体膜８７Ｚに、例えば、約２０ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜が、用いられる。
【０２２５】
図１２は、第３の実施形態のセンシングデバイスの変形例を示す断面図である。  
図１２に示されるように、本実施形態において、隣り合う受光部（画素）２（２０，２１）間で、異なる材料の複数のイオン感応膜（又は異なる材料の複数の分子検出膜）３９Ａ，３９Ｂが、用いられてもよい。
【０２２６】
複数の種類のイオン感応膜（又は分子検出膜）３９Ａ，３９Ｂが設けられることによって、図１２のセンシングデバイスは、各イオン感応膜３９Ａ，３９Ｂに対応するように、測定対象に関する複数の種類のイオン（又は分子）の分布画像を、取得できる。尚、イオン感応膜と分子検出膜の両方が、半導体基板の裏面側に設けられてもよい。
【０２２７】
図１３は、第３の実施形態のセンシングデバイスの変形例を示す断面図である。  
図１３に示されるように、本実施形態のセンシングデバイスの変形例は、検出エリア（画素アレイ）内の一部の画素（フォトダイオード，プローブ）に対して、イオン感応膜（及び分子検出膜）３９が設けられない。プローブ２１上方の電極（誘電体膜８７上の電極）３０が露出し、電極３０が溶液１９９又は細胞１００に直接接触している。
【０２２８】
露出した電極３１は、ＩＳＦＥＴ７のゲートではなく、第１の実施形態のようにスイッチトランジスタＳＴを介して、浮遊拡散層４０に接続される。
【０２２９】
このように、電極３１は、膜電位検出電極として、機能する。  
これによって、図１３のセンシングデバイスは、イオンの検出とともに、測定対象としての細胞膜の表面電位（膜電位）を、測定できる。
【０２３０】
したがって、図１３の本変形例のセンシングデバイスは、測定対象に関して、測定対象の近接場光による高解像度の光学画像、イオン分布画像、及び表面電位分布画像の３種類の画像を、同一の視野（検出エリア）で得ることができる。
【０２３１】
以上のように、本実施形態のセンシングデバイスは、測定対象に関して、近接場光による高解像度の光学画像と共に、測定対象に起因したイオン分布を観測できる。
【０２３２】
それゆえ、第３の実施形態によれば、センシングデバイスの特性を向上できる。
【０２３３】
（Ｅ）  第４の実施形態  
図１４乃至図１７を参照して、第４の実施形態のセンシングデバイスについて、説明する。
【０２３４】
本実施形態のセンシングデバイスは、半導体基板の裏面ＢＳ側において、フォトダイオード上に、ＦｉｎＦＥＴ型のＩＳＦＥＴ７Ｆが、設けられている。ＩＳＦＥＴ７Ｆの突起状の半導体領域（フィン部）７９が、近接場光を検出するためのプローブとして機能する。
【０２３５】
図１４は、本実施形態のセンシングデバイスのレイアウトを示す上面図である。図１４において、測定対象側から見たコンタクト層のレイアウトが示されている。
【０２３６】
図１４に示されるように、ＩＳＦＥＴ７Ｆは、半導体基板１の裏面ＢＳ側に、設けられている。ＦｉｎＦＥＴ構造のＩＳＦＥＴ７Ｆは、半導体基板１の主面に対して垂直方向に関して、フォトダイオード２０と重なる位置にレイアウトされる。
【０２３７】
参照電極７５０は、検出エリア（画素アレイ）８００を囲むように、検出エリア８００の周囲に設けられている。  
参照電極７５０に、直流電源（電圧端子）７５５が接続されている。配線７５９を介して、参照電極７５０の電圧が、ＩＳＦＥＴ７Ｚに印加される。
【０２３８】
図１５は、図１４のＢ−Ｂ線（Ｂ−Ｂ方向）に沿うＩＳＦＥＴ及び受光部の断面構造が示されている。図１６は、図１４のＣ−Ｃ線（Ｃ−Ｃ方向）に沿うＩＳＦＥＴ及び受光部の断面構造が示されている。
【０２３９】
図１４及び図１５に示されるように、ＦｉｎＦＥＴ構造のＩＳＦＥＴ７Ｚは、フォトダイオード２０と同一の半導体基板１上に形成される。  
ＩＳＦＥＴ７Ｆのフィン部７９は、半導体基板１から切り出された短冊状（板状）の半導体領域である。フィン部７９は、半導体基板１と連続している。  
Ｘ方向におけるフィン部の寸法（フィン幅）は、数十ｎｍ程度である。
【０２４０】
ＩＳＦＥＴ７Ｆのソース／ドレイン領域７７Ａ，７７Ｂは、フィン部７９内のチャネル領域を挟むように、Ｙ方向におけるフィン部７９の一端及び他端内に、設けられている。
ソース／ドレイン領域７７Ａ，７７Ｂ上に、ソース／ドレイン電極７６が設けられている。ＩＳＦＥＴ７Ｆのソース／ドレイン領域７７Ａ，７７Ｂは、電極７６及び貫通電極ＶＺを介して、半導体基板１の表面側の部材（プラグ、配線及びスイッチトランジスタ）に、接続されている。
【０２４１】
ゲート絶縁膜７２は、フィン部７９の上部及び側部上に、設けられている。  
イオン感応膜（又は分子感応膜）３９Ｚが、ＩＳＦＥＴ７Ｆのゲート電極７１として機能する。イオン感応膜３９Ｚは、ゲート絶縁膜７２を介して、フィン部７９内チャネル領域を覆う。  
イオン感応膜３９Ｚとゲート絶縁膜７２との間に、電極（例えば、透明電極）が設けられてもよい。尚、イオン感応膜３９Ｚとゲート絶縁膜７２との間の電極が金属膜を含む場合、その金属膜の膜厚は、光の透過性が担保される厚さに設定される。
【０２４２】
半導体基板１内において、ＩＳＦＥＴ７Ｆとフォトダイオード２０との間に、ＰＮ接合Ｊ１が、設けられている。  
ＰＮ接合Ｊ１は、ＩＳＦＥＴ７Ｆとフォトダイオード２０とを電気的に分離する。これによって、ＩＳＦＥＴ７Ｆとフォトダイオード２０とは、それぞれ独立に動作する。
【０２４３】
イオン感応膜３９及びフィン部７９の側部を覆うように、半導体基板１の裏面ＢＳ上に、絶縁膜（保護膜／スペーサー膜）８６Ａ，８６Ｂが設けられている。
【０２４４】
例えば、イオン感応膜３９の上部（測定対象側の部分）は、イオン感応膜３９が測定対象に接触可能なように、測定対象（溶媒）に対して露出している。尚、フィン部７９の側部上のイオン感応膜３９が測定対象に接触可能なように、イオン感応膜３９が露出していてもよい。
【０２４５】
本実施形態において、ＩＳＦＥＴ７Ｆのフィン部７９が、近接場光プローブ２１Ｚとして機能する。
【０２４６】
本実施形態において、近接場光プローブ２１Ｚは、半導体からなる。半導体からなる近接場光プローブ２１Ｚは、誘電体からなる近接場光プローブと同様に、細胞１００の表面の近接場光を取り込むことができる。  
したがって、細胞１００からの近接場光は、ＩＳＦＥＴ７Ｆのフィン部７９を介して、フォトダイオード２０内に取り込まれる。
【０２４７】
ＩＳＦＥＴ７Ｆのフィン部７９がシリコンからなる場合、フィン部７９は、可視光領域の光を吸収する。  
ＩＳＦＥＴ７Ｆの上部（測定対象側の端部）からフォトダイオード２０までの寸法が、０．２μｍより小さい場合、シリコンのフィン部７９における可視光の吸収による光の損失は、ほとんど無視できる。
【０２４８】
本実施形態のように、ＦｉｎＦＥＴ型のＩＳＦＥＴ７Ｆがプローブ２１としてフォトダイオード２０上に設けられることによって、近接場光プローブ２１ＺとＩＳＦＥＴ７Ｚのゲート電極７１とを、同軸状に配置したり、半導体基板の主面に対して平行方向（横方向）に並べて配置したりしなくてもよい。
【０２４９】
それゆえ、本実施形態のセンシングデバイスは、フォトダイオード（画素）間のピッチをさらに微細にできる。
【０２５０】
尚、イオン感応膜の代わりに、分子検出膜がゲート絶縁膜７２を介してフィン部７９上に設けられてもよい。
【０２５１】
図１７は、第３の実施形態のセンシングデバイスの変形例を示す断面図である。  
図１７に示されるように、フォトダイオード２０が形成されている半導体基板１の材料とは異なる材料（例えば、Ｇｅ、ＳｉＧｅ又は酸化物半導体材料）を用いて、ＩＳＦＥＴ７Ｚのフィン部（半導体領域）７９Ｚが、形成されてもよい。この場合、フィン部７９Ｚは、半導体基板１の裏面ＢＳ上に堆積された半導体層から形成される。
【０２５２】
ＩＳＦＥＴ７Ｚのフィン部７９Ｚの材料が、半導体基板１の材料と異なる場合であっても、半導体基板１の裏面ＢＳ側において、ＩＳＦＥＴ７Ｚは、フォトダイオード２０上に積層できる。
【０２５３】
ＩＳＦＥＴ７Ｚとフォトダイオード２０との間に、ＰＮ接合の代わりに、絶縁膜９９が、設けられてもよい。
【０２５４】
以上のように、本実施形態のセンシングデバイスは、ＩＳＦＥＴ７Ｆ，７Ｚの構成部材（フィン構造の半導体領域）７９を、近接場光プローブ２１Ｚとして用いる。
【０２５５】
本実施形態のように、ＩＳＦＥＴ７Ｆ，７Ｚの構成部材が、近接場光プローブに用いられた場合であっても、第１乃至第３の実施形態と同様に、測定対象からの近接場光を検出できる。
【０２５６】
したがって、第４の実施形態のセンシングデバイスは、第１乃至第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２５７】
（Ｆ）  その他  
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０２５８】
２０：フォトダイオード、２１：プローブ、３０：膜電位検出電極、３９，３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｚ：イオン感応膜、７，７Ｆ，７Ｚ：ＩＳＦＥＴ。
【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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