(57)【要約】      （修正有）【課題】参照極（ゲート）電位が固定され、駆動回路、駆動方法、および全体構成が単純化されたイオンセンサを提供する。【解決手段】電子部品は、イオンセンサ１００Ａの作用極を構成する電界効果トランジスタ１０１と、電界効果トランジスタのソース電極１０３とドレイン電極１０４との間に電位差を生じさせる駆動回路１０５と、を備え、電界効果トランジスタ１０１のゲート電位（参照極の電位）が固定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンセンサの作用極を構成する電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に電位差を生じさせる駆動回路と、を備え、
前記電界効果トランジスタの参照極電位が固定されていることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタは、基板の一方の主面にダイヤモンド薄膜が形成され、前記ダイヤモンド薄膜の上に、前記ソース電極、前記ドレイン電極が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
さらに導電性ダイヤモンド電極を備え、
前記参照極電位が、前記導電性ダイヤモンド電極によって固定されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電子部品。
【請求項４】
前記ダイヤモンド電極の表面がフッ素終端化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品。
【請求項５】
前記作用極を構成する電界効果トランジスタが、イオン感応性電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子部品。
【請求項６】
参照極及び作用極の出力に基づいて被測定液のイオン濃度を測定するイオンセンサであって、
前記作用極として機能する電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタ及び前記被測定液を収容し、所定の電位に固定されて前記参照極として機能する金属容器と、
前記電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に電位差を生じさせる駆動回路と、
を備えることを特徴とするイオンセンサ。
【請求項７】
前記電界効果トランジスタは、基板の一方の主面にダイヤモンド薄膜が形成され、前記ダイヤモンド薄膜の上に、前記ソース電極、前記ドレイン電極が形成されてなることを特徴とする請求項６に記載のイオンセンサ。
【請求項８】
前記電界効果トランジスタのソース電極およびドレイン電極の表面に、保護膜が形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のイオンセンサ。
【請求項９】
前記ダイヤモンド薄膜の表面近傍が、ｐ型半導体化されていることを特徴とする請求項７に記載のイオンセンサ。
【請求項１０】
前記作用極として機能する電界効果トランジスタとして、イオン感応性電界効果トランジスタを用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載のイオンセンサ。
【請求項１１】
前記イオン感応性電界効果トランジスタを構成する基板が、シリコン基板であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載のイオンセンサ。
【請求項１２】
前記シリコン基板のチャネル側の主面に、ダイヤモンド薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のイオンセンサ。
【請求項１３】
前記金属容器の内壁面が導電性材料でコーティングされていることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか一項に記載のイオンセンサ。
【請求項１４】
前記導電性材料が、金属、炭素、導電性ダイヤモンド、導電性ダイヤモンドライクカーボンのうち、少なくとも１つからなることを特徴とする請求項６〜１３のいずれか一項に記載のイオンセンサ。
【請求項１５】
前記金属容器が、絶縁性容器と、その内壁面にコーティングされた導電性材料からなる導電膜と、で構成されていることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか一項に記載のイオンセンサ。
【請求項１６】
請求項６〜１５のいずれか一項に記載のイオンセンサを用いた、イオン濃度測定方法であって、
前記電界効果トランジスタを、前記金属容器に収容された被測定液中に浸漬し、
前記電界効果トランジスタのチャネル領域を、前記被測定液を介して前記金属容器と電気化学的に接続し、かつ前記駆動回路を用いて、前記電界効果トランジスタのソース領域とドレイン領域との間に電位差を生じさせた状態で、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に電流を発生させ、
前記電流に基づいて、前記被測定液中のイオン濃度を測定することを特徴とすることを特徴とするイオン濃度測定方法。
【請求項１７】
前記ドレイン領域に印加する電圧を０Ｖとすることを特徴とする請求項１６に記載のイオン濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンセンサ、イオンセンサを用いたイオン濃度測定方法、およびイオンセンサを構成する電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶液中のイオン濃度を検出するイオンセンサ、溶液中のタンパク質、グルコース等の有機物質を検出するバイオセンサのように、溶液（電解質溶液）中に含まれる特定物質を検出するセンサ素子の研究開発が、盛んに行われている。このようなセンサ素子の一種に、ダイヤモンド薄膜上にソース電極及びドレイン電極が形成されており、ソース電極とドレイン電極との間であって、上記の溶液が接するダイヤモンド薄膜の表面がチャネルとして機能する電界効果トランジスタを備えるものがある。このような電界効果トランジスタは、溶液が接する部分がダイヤモンド薄膜とされているため安定性が高く、製造が容易であり、且つ低コストであるという利点を有する。
【０００３】
特許文献１には、上記の電界効果トランジスタを備えるイオンセンサが開示されている。具体的には、検出対象の溶液が挟持されるように配置された参照極及び作用極を備えており、参照極及び作用極の各々が上記の電界効果トランジスタ（ｐチャネルの電界効果トランジスタ）によって構成されたイオンセンサが開示されている。また、この特許文献１には、チャネルとして機能するダイヤモンド薄膜の表面に対して水素終端処理を施した上で、その一部を酸素終端又はフッ素終端することで、イオン感応性を制御する点も開示されている。
【０００４】
特許文献２にも、上記の電界効果トランジスタを備えるイオンセンサが開示されている。具体的には、上記電界効果トランジスタによって構成される参照極と、そのゲート側に配される検出対象の溶液に接して、管状のガラス電極によって構成される作用極と、を備えたイオンセンサが開示されている。そして、この特許文献２にも、チャネルとして機能するダイヤモンド薄膜の表面に対して水素終端処理を施した上で、その一部を酸素終端又はフッ素終端することで、イオン感応性を制御する点について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６８１２０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６３５３１号公報
【特許文献３】特開２００７−０８９５１１号公報
【特許文献４】特開２００４−１０９０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に開示されているイオンセンサは、いずれも、センサ素子がゲート、ソース、ドレインの３端子素子で駆動されるものであるため、その駆動回路および駆動方法が複雑化し、その結果、イオンセンサとしての全体構成も複雑化したものとなっている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、参照極（ゲート電極）の電位が固定され、駆動回路、駆動方法、および全体構成が単純化されたイオンセンサ、これを用いたイオン濃度の測定方法、および当該イオンセンサを構成する電子部品、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】
【０００８】
本発明の電子部品は、イオンセンサの作用極を構成する電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に電位差を生じさせる駆動回路と、を備え、前記電界効果トランジスタの参照極（ゲート電極）の電位が固定されていることを特徴としている。
また、本発明の電子部品は、前記電界効果トランジスタの基板の一方の主面にダイヤモンド薄膜が形成され、前記ダイヤモンド薄膜の上に、前記ソース電極、前記ドレイン電極が形成されていてもよい。
また、本発明の電子部品は、さらに導電性ダイヤモンド電極を備え、前記参照極電位が、前記導電性ダイヤモンド電極によって固定されていてもよい。
また、本発明の電子部品は、前記ダイヤモンド電極の表面がフッ素終端化していてもよい。
また、本発明の電子部品は、前記作用極を構成する電界効果トランジスタが、イオン感応性電界効果トランジスタであってもよい。
【０００９】
本発明のイオンセンサは、参照極及び作用極の出力に基づいて被測定液のイオン濃度を測定するイオンセンサであって、前記作用極として機能する電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタ及び前記被測定液を収容し、所定の電位に固定されて前記参照極（ゲート電極）として機能する金属容器と、前記電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に電位差を生じさせる駆動回路と、を備えることを特徴としている。
また、本発明のイオンセンサは、前記電界効果トランジスタの基板の一方の主面にダイヤモンド薄膜が形成され、前記ダイヤモンド薄膜の上に、前記ソース電極、前記ドレイン電極が形成されていてもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域の表面に、保護膜が形成されていてもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記ダイヤモンド薄膜の表面近傍がｐ型半導体化されていてもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記作用極として機能する電界効果トランジスタとして、イオン感応性電界効果トランジスタを用いてもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記イオン感応性電界効果トランジスタを構成する基板が、シリコン基板であってもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記シリコン基板のチャネル側の主面に、ダイヤモンド薄膜が形成されていてもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記金属容器の内壁面が導電性材料でコーティングされていてもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記導電性材料が、金属、炭素、導電性ダイヤモンド、導電性ダイヤモンドライクカーボンのうち、少なくとも１つからなるものであってもよい。
また、本発明のイオンセンサは、前記金属容器が、絶縁性容器と、その内壁面にコーティングされた導電性材料からなる導電膜と、で構成されていてもよい。
【００１０】
本発明のイオン濃度測定方法は、前記イオンセンサを用いたイオン濃度測定方法であって、前記電界効果トランジスタを、前記金属容器に収容された被測定液中に浸漬し、前記電界効果トランジスタのゲート領域を、前記被測定液を介して前記金属容器と電気化学的に接続し、かつ前記駆動回路を用いて、前記電界効果トランジスタのソース領域とドレイン領域との間に電位差を生じさせた状態で、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に電流を発生させ、前記電流に基づいて、前記被測定液中のイオン濃度を測定することを特徴とすることを特徴としている。
また、本発明のイオン濃度測定方法は、前記ドレイン領域に印加する電圧を０Ｖとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のイオンセンサでは、金属容器内に収容された被測定溶液のイオン濃度を測定する際に、作用極のゲート領域が、被測定液を介して金属容器に電気化学的に接続され、その電位が固定される。そのため、従来のイオンセンサのように別体の参照極を用いる必要がなく、ソース領域あるいはドレイン領域の電圧を制御するだけで、ソース−ドレイン間に安定した電流を流すことができ、この電流の特性に基づいて、被測定液のイオン濃度を正確に測定することが可能となる。このように、本発明のイオンセンサは、参照極を用いない分、従来のイオンセンサに比べて単純化された構成を有するものであり、その駆動回路、駆動方法も単純化されたものとなる。本発明のイオンセンサを用いることにより、被測定液のイオン濃度の測定を、金属容器内に収容した被測定液に浸漬し、ソース−ドレイン間に電位差を設けるだけの手順で行うことができる。
【００１２】
本発明のイオンセンサは、電界効果トランジスタの参照極（ゲート電極）が接地されるように構成されているため、実施例として後述するように、Ｖｄｇ＝０［Ｖ］において飽和電流値を得ることができる。したがって、本発明のイオンセンサを用いる場合、ゲート電極に相当する金属容器およびドレイン電極の２端子を接地させ、ソース電極の電位を変化させるだけの簡単な手順で、イオン濃度を測定することができる。この場合、従来のソース接地回路で行うような、電界効果トランジスタの劣化につながるゲート電圧の印加を、回避できることになる。
また、従来のソースフォロワ回路のようなソース−ドレイン間電圧とソース−ドレイン間電流を制御してゲート電圧を測定するような複雑な構成が不要となる。
【００１３】
本発明のイオンセンサでは参照極を用いないため、従来のガラス電極式イオンセンサにおいて生じていた、参照極における内部液の漏洩によるコンタミネーションや経時劣化等の問題を回避することができる。
【００１４】
本発明の電子部品は、任意の容器に収容された被測定液に浸漬することにより、上記イオンセンサと同様のイオン濃度測定を行うことができる。また、本発明の電子部品は、容器が限定されないため、例えば、実際に使用する容器等、所定の容器に収容された状態での被測定液のイオン濃度を測定する場合に、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオンセンサの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電界効果トランジスタの平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るイオンセンサを動作させる回路の一例である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るイオンセンサの断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るイオンセンサの断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るイオンセンサの断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係るイオンセンサの断面図である。
【図９】本発明の実施例１で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の比較例１で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例２で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例３で得られた、電界効果トランジスタのｐＨ−Ｉｄｓ特性を示すグラフである。
【図１４】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例４、比較例２で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施例５で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施例６で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例５、６で得られた、電界効果トランジスタのｐＨ−Ｉｄｓ特性を示すグラフである。
【図１８】（ａ）本発明の実施例７で得られた、電界効果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフである。（ｂ）本発明の実施例７で得られた、電界効果トランジスタのｐＨ−Ｉｄｓ特性を示すグラフである。
【図１９】本発明の電子部品を用いたイオンセンシングの一例（使用例１）を示す図である。
【図２０】本発明の電子部品を用いたイオンセンシングの他の一例（使用例２）を示す図である。
【図２１】本発明の変形例に係るイオンセンサのうち、電界効果トランジスタの部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるイオンセンサ、イオン濃度測定方法、および電子部品について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１７】
［第１実施形態］
（イオンセンサ）
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオンセンサ１００の断面図である。図２は、図１のイオンセンサ１００を構成するｐチャネル型の電界効果トランジスタ１０１を、ゲート側から見た平面図である。図１における電界効果トランジスタ１０１の断面は、図２に示す電界効果トランジスタ１０１のＡ−Ａ線に沿った断面に相当する。イオンセンサ１００は、作用極の役割を担うセンサ素子の出力に基づいて、被測定液Ｌのイオン濃度を測定するものである。イオンセンサ１００の構成について、図１、２を用いて説明する。
【００１８】
イオンセンサ１００は、作用極を構成する電界効果トランジスタ１０１と、電界効果トランジスタ１０１および被測定液Ｌを収容する金属容器１０２と、電界効果トランジスタ１０１のソース電極１０３とドレイン電極１０４との間に電位差を与える駆動回路（駆動手段）１０５と、を備えている。
【００１９】
電界効果トランジスタ１０１は、シリコン基板１０６と、シリコン基板の一方の主面１０６ａに形成されたダイヤモンド薄膜１０７と、ダイヤモンド薄膜１０７上に形成されたソース電極１０３およびドレイン電極１０４と、ソース電極１０３の表面を覆う保護膜１０８と、ドレイン電極１０４の表面を覆う保護膜１０９と、を備えている。
【００２０】
ダイヤモンド薄膜１０７の表面において、作用極として機能させる部分（チャネル領域）１０７ＣＨを挟んで、一方の側（ソース領域）１０７Ｓの上にソース電極１０３が設けられ、他方の側（ドレイン領域）１０７Ｄの上にドレイン電極１０４が設けられている。
【００２１】
保護膜１０８、１０９は、電界効果トランジスタ１０１を被測定液に浸漬した際に、被測定液が各電極に接触するのを防ぐために設けられるものである。保護膜１０８、１０９の材料としては、例えば、酸化物（ガラス、パイレックス（登録商標）等）、窒化物（窒化ケイ素等）、レジスト、有機物（テフロン（登録商標）のフッ化系樹脂等）を用いることが好ましい。保護膜の厚さは、０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
電界効果トランジスタ１０１は、チャネル領域１０７ＣＨに被測定液Ｌが導かれることから、イオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ：Ion-Sensitive Field-Effect Transistor）と呼ばれている。なお、このイオン感応性電界効果トランジスタは、ダイヤモンド薄膜１０７を有することから、表面電位が安定し、高温・高圧の環境下での使用が可能であり、ダイヤモンドＩＳＦＥＴとも呼ばれている。また、電界効果トランジスタ１０１は、ダイヤモンド薄膜１０７を有し、ダイヤモンド薄膜１０７の接液部に酸化物を有していないことから、ダイヤモンドＳＧＦＥＴ（electrolyte Solution-Gate FET）とも呼ばれている。
【００２３】
チャネル領域１０７ＣＨの寸法は、イオンセンサの特性に応じて適宜設定される。例えば、図２に示す通り、チャネル長αは、１０〜１０００μｍ程度の値に設定され、チャネル幅βは、０．０１〜５０ｍｍ程度の値に設定されている。また、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４の長さγは、０．０１〜５０ｍｍ程度の値に設定され、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４の幅δは、０．０１〜１００ｍｍ程度の値に設定されている。
【００２４】
また、チャネル１０７ＣＨとして機能するダイヤモンド薄膜１０７の表面近傍(チャネルとして機能する領域）は、ｐＨ値計測の場合には、部分酸素終端処理、部分アミノ終端処理等により、ｐ型半導体化されていることが好ましい。具体的には、水素イオン濃度が１．０×１０−１〜１．０×１０−１４ｍｏｌ／Ｌの範囲において、ｐＨ感度を有するように終端元素が制御されている。つまり、ｐＨ値計測のためのセンサ素子としては、ゲートとして機能するダイヤモンド薄膜１０７の表面は、イオン鋭感応性終端とされている。イオン鋭感応性終端としては、例えば部分酸素終端や部分アミノ終端等があり、１５〜６０ｍＶ／ｐＨの感度を有する。
【００２５】
電界効果トランジスタ１０１は、主に、ソース電極１０３およびドレイン電極１０４を形成する工程（電極形成工程）と、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４のそれぞれを覆う保護膜１０８、１０９を形成する工程（保護膜形成工程）と、を経て形成することができる。
【００２６】
電極形成工程では、まず、シリコン基板１０６の一方の主面１０６ａにレジストをスピンコートし、露光及び現像を行ってレジストをパターニングする処理を行う。その後、Ａｕ／Ｔｉスパッタリングしてリフトオフすることによって、図２に示す平面視形状を有するＡｕ／Ｔｉ薄膜が、シリコン基板の一方の主面１０６ａに形成される。これにより、シリコン基板１０６上にソース電極１０３及びドレイン電極１０４が形成される。
【００２７】
保護膜形成工程では、ダイヤモンド薄膜１０７及びＡｕ／Ｔｉ薄膜が形成されたシリコン基板１０６上に保護膜１０８、１０９となるレジストをスピンコートし、露光及び現像により、レジストをパターニングする処理が行われる。レジストが除去された領域は、ダイヤモンド薄膜１０７が露出した状態となる。ダイヤモンド薄膜１０７が露出した領域１０７ＣＨはチャネルとして機能する。
【００２８】
金属容器１０２は、収容されている被測定液Ｌに電界効果トランジスタ１０１を浸漬した際に、電界効果トランジスタ１０１を、被測定液の液面Ｌａ、金属容器の側面１０２ａおよび底面１０２ｂから離間させられる程度の容積を有する形状であるとする。
【００２９】
参照電極としての電位を安定させる観点から、金属容器１０２の内壁面は、導電性材料でコーティングされていることが好ましい。この場合の導電性材料としては、金属、炭素、導電性ダイヤモンド、導電性ダイヤモンドライクカーボンのうち、少なくとも１つからなるものであることが好ましい。
【００３０】
金属容器１０２は、金属だけで構成されていてもよいし、絶縁性容器と、その内壁面（接液面）にコーティングされた導電性材料からなる導電膜と、で構成されていてもよい。
【００３１】
電界効果トランジスタ１０１を駆動する回路１０５（１０５ａ、１０５ｂ）は、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すような、ｐチャネル型またはｎチャネル型の電界効果トランジスタ１０１を用いたゲート接地回路、すなわちゲート電位（参照極電位）を固定した回路となっている。
【００３２】
（イオン濃度測定方法）
上述したイオンセンサ１００を用いて、被測定液Ｌ中のイオン濃度を測定する方法について説明する。
【００３３】
まず、電気的に接地された金属容器１０２内に被測定液Ｌを収容し、その被測定液Ｌ中に電界効果トランジスタ１０１を浸漬する。その際、被測定液Ｌ中の電界効果トランジスタ１０１を、被測定液の液面Ｌａ、金属容器の側面１０２ａおよび底面１０２ｂから離間した位置に固定する。固定の方法が制限されることはないが、例えば、底面１０２ｂの中央に絶縁部材からなる支持台を配し、その上に載置することにより、電界効果トランジスタ１０１を安定した状態で固定することができる。
【００３４】
このような構成により、電界効果トランジスタのチャネル領域１０７ＣＨが、被測定液Ｌを介して金属容器１０２と電気化学的に接続され、チャネル領域１０７ＣＨの電位が設定される。そして、この電位の影響によって、チャネル領域１０７ＣＨの内側の領域にホールが形成される。
【００３５】
チャネル領域の電位は、チャネル表面に付着するイオンの数（イオン濃度）に応じて変化する。これは、ゲート表面の近傍に分布する電荷量に応じて、チャネル領域に誘起されるキャリアの密度が変化するためである。被測定液Ｌのイオン濃度が高いほど、チャネル表面に付着するイオンの数が多くなる。その結果として、チャネル領域の内側のチャネル領域におけるキャリア密度が増加し、その増加分に応じてチャネル領域の電位が高くなる。反対に、被測定液Ｌのイオン濃度が低いほど、キャリア密度が減少し、その減少分に応じてチャネル領域の電位が低くなる。つまり、チャネル領域１０７ＣＨの電位は、金属容器の電位（ゲート電極電位）に、イオン濃度による電位変動の寄与を加えた電位に固定される。
【００３６】
次に、駆動回路１０５を用いて、電界効果トランジスタのソース領域１０７Ｓとドレイン領域１０７Ｄとの間（ソース−ドレイン間）に電位差が生じるように、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４の一方または両方に電圧を印加する。ソース−ドレイン間に設ける電位差は、−１Ｖ以上１Ｖ以下とすることが好ましい。なお、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４への電圧印加は、電界効果トランジスタ１０１を被測定液Ｌに浸漬する前から行ってもよい。
【００３７】
チャネルが形成された状態で、ソース−ドレイン間に電位差Ｖｄｓを設けることにより、チャネル内を電流Ｉｄｓが流れる。ここでの電流Ｉｄｓは、実施例として後述するように、通常の電界効果トランジスタ１０１で得られるようなＩＶ特性を有するものである。
【００３８】
上述したように、チャネル内のキャリア密度は、被測定液中のイオン濃度に応じる。特定の電圧Ｖｄｓを印加した際に流れる電流Ｉｄｓは、このキャリア密度に応じるため、被測定液中のイオン濃度を大きくしたときに増大し、小さくしたときに減少する傾向がある。また、キャリア密度が大きいほどチャネルの形成が促進されるため、特定の電流Ｉｄｓを得るために必要な電圧Ｖｓｇは、被測定液中のイオン濃度を大きくしたときに減少し、小さくしたときに増加する傾向がある。このように、被測定液中のイオン濃度は、電流Ｉｄｓ、電圧Ｖｓｇとの間に相関があるため、電界効果トランジスタ１０１のＩＶ特性に基づいて測定することができる。
【００３９】
本実施形態に係るイオンセンサでは、金属容器内に収容された被測定溶液のイオン濃度を測定する際に、作用極のチャネル領域が、被測定液を介して金属容器に電気化学的に接続され、その電位が固定される。そのため、従来のイオンセンサのように別体の参照極を用いる必要がなく、ソース領域あるいはドレイン領域の電圧を制御するだけで、ソース−ドレイン間に安定した電流を流すことができ、この電流の特性に基づいて、被測定液のイオン濃度を正確に測定することが可能となる。このように、本実施形態に係るイオンセンサは、参照極を用いない分、従来のイオンセンサに比べて単純化された構成を有するものであり、その駆動回路、駆動方法も単純化されたものとなる。
【００４０】
本実施形態に係るイオンセンサは、電界効果トランジスタのゲート部分が接地されるように構成されているため、実施例として後述するように、Ｖｄｇ＝０［Ｖ］において飽和電流値を得ることができる。したがって、本実施形態に係るイオンセンサを用いる場合、ゲート電極に相当する金属容器およびドレイン電極の２端子を接地させ、ソース電極の電位を変化させるだけの簡単な手順で、イオン濃度を測定することができる。この場合、従来のソース接地回路で行うような、電界効果トランジスタの劣化につながるゲート電圧の印加を回避できることになる。
また、従来のソースフォロワ回路のようなソース−ドレイン間電圧とソース−ドレイン間電流を制御してゲート電圧を測定するような複雑な構成が不要となる。
【００４１】
本実施形態に係るイオンセンサでは参照極を用いないため、従来のガラス電極式イオンセンサにおいて生じていた、参照極における内部液の漏洩によるコンタミネーションや経時劣化等の問題を回避することができる。
【００４２】
本実施形態に係るイオン濃度測定方法では、上述したイオンセンサを用いることにより、被測定液のイオン濃度の測定を、金属容器内に収容した被測定液に浸漬し、ソース−ドレイン間に電位差を設けるだけの簡単な手順で行うことができる。
【００４３】
図４は、本実施形態に係るイオンセンサ１００のうち、電界効果トランジスタ１０１と駆動回路１０５とで構成される電子部品１００Ａの断面図である。電子部品１００Ａは、任意の容器に収容された被測定液に浸漬することにより、上記イオンセンサと同様のイオン濃度測定を行うことができる。また、本実施形態に係る電子部品は、容器が限定されないため、実際に使用する容器等、所定の容器に収容された状態での被測定液のイオン濃度を測定する場合に、適用することができる。例えば、食品等の生産工程において、金属製の食品製造釜を疑似参照極（ゲート電極）として用いる場合には、電子部品を内部に配置するだけで、本実施形態のイオンセンサと同等の構成が得られ、釜内に収容された被測定液のイオン濃度の測定を行うことができる。
【００４４】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係るイオンセンサ２００の断面図である。このイオンセンサ２００も、センサ素子の出力に基づいて被測定液Ｌのイオン濃度を測定するものである。しかしながら、イオンセンサ２００は、作用極として機能する電界効果トランジスタにおいて、シリコン基板２０６上に、ダイヤモンド薄膜ではなく、酸化膜２０８、イオン感応膜２０９を順に備えている点、ソース電極（ソース領域）２０３、ドレイン電極（ドレイン領域）２０４が、シリコン基板２０６の内部に設けられている点において、第１実施形態のイオンセンサ１００と異なっている。
【００４５】
図５に示すように、イオンセンサ２００では、シリコン基板の一方の主面２０６ａにおいて、一端側にソース領域２０３が設けられ、他端側にドレイン領域２０４が設けられ、両者の間にチャネル領域２０７が設けられている。駆動回路２０５は、ソース領域２０３およびドレイン領域２０４に、電気化学的に接続されている。酸化膜２０８は、ソース領域２０３、ドレイン領域２０４、チャネル領域２０７が、被測定液Ｌを介して導通するのを防ぐ膜である。イオン感応膜２０９は、被測定液Ｌと接液した際に、被測定液Ｌ中の特定イオンとの相互作用により、チャネル２０７の表面に電圧を発生させる機能を有する膜である。
【００４６】
本実施形態のイオンセンサ２００によれば、第１実施形態に係るイオンセンサ１００で得られる効果に加え、次に述べるような、チャネルの導電型の選択に関する効果が得られる。第１実施形態のイオンセンサを構成する電界効果トランジスタは、ｐチャネル型であるため、測定対象となるイオンが、チャネルに正孔を誘起させる導電型のイオン、すなわち、陰イオンであることが好ましいとされている。これに対し、本実施形態のイオンセンサを構成する電界効果トランジスタは、不純物注入により、ｐチャネル型、ｎチャネル型のいずれにもなり得る。したがって、本実施形態に係るイオンセンサは、測定対象となるイオンが、陽イオン、陰イオンのいずれであっても、適応可能である。
【００４７】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係るイオンセンサ３００の断面図である。イオンセンサ３００は、電界効果トランジスタ３０１を作用極として備え、金属電極３０２を参照極として備えている。
【００４８】
電界効果トランジスタ型センサ３０１は、ｐ型シリコン基板３０６と、その一方の主面３０６ａに形成される積層膜と、で構成されている。ｐ型シリコン基板３０６は、その一方の主面３０６ａ側に、２つのｎ＋層が互いに離間して形成されている。２つのｎ＋層は、それぞれソース領域３０３、ドレイン領域３０４として機能するものである。
【００４９】
ソース領域３０３、ドレイン領域３０４で挟まれた領域は、電界効果トランジスタ型センサ３０１をトランジスタとして動作させた際に、チャネルとして機能するチャネル領域３０６Ｃとなる。チャネル領域３０６Ｃの寸法は、イオンセンサの特性に応じて適宜設定される。例えば、チャネル長は、１０〜１０００μｍ程度の値に設定され、チャネル幅は、０．０１〜５０ｍｍ程度の値に設定されている。
【００５０】
チャネル領域３０６Ｃ上には、ＳｉＯ２からなるゲート酸化膜３０７を介してイオン感応膜３１１が形成されている。イオン感応膜３１１の材料としては、例えば、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。ｐ型シリコン基板の一方の 主面３０６ａのうち、チャネル領域３０６Ｃ、ソース領域３０３、ドレイン領域３０４を除いた不活性領域上には、ＳｉＯ２からなるフィールド酸化膜３０５が形成されている。
【００５１】
ソース領域３０３上、ドレイン領域３０４上には、それぞれソース電極３０８、ドレイン電極３０９が形成されている。ソース電極３０８、ドレイン電極３０９は、それぞれソース領域３０３、ドレイン領域３０４に接続されるとともに、フィールド酸化膜３０５の表面を覆う形状をなしている。ソース電極３０８、ドレイン電極３０９の材料としては、例えば、金、チタン等が挙げられる。
【００５２】
ソース電極３０８、ドレイン電極３０９の表面のうち露出する部分には、保護膜３１０が形成されている。保護膜３１０の材料としては、例えば、窒化物（窒化珪素等）、レジスト、有機物（テフロン（登録商標）のフッ化系樹脂等）、酸化物（ガラス、パイレックス（登録商標）等）が挙げられる。
【００５３】
参照極として機能する金属電極３０２、すなわち、参照極電位を固定する金属電極３０２には、導電性を有する材料、例えば、金属である白金、金、銀、ステンレス、鉄等、あるいは炭素材料等を用いることができる。参照極として用いる電極材料には、被測定溶液の含有成分に対する反応性が低いこと、すなわち化学的安定性が求められ、かつ、高温、低温、高圧、低圧下で安定であること、すなわち環境耐性が求められ、さらに、表面への物理吸着や化学吸着が起こりにくいことが求められる。こうした観点から、参照極に用いる材料としては、導電性ダイヤモンドが好ましい。
【００５４】
金属電極の材料として、金属に近い導電性を有する導電性ダイヤモンドを用いる場合、導電性ダイヤモンド電極には、微量の不純物をドープすることが好ましい。不純物をドープすることにより、電極として望ましい性質が得られる。ドープする不純物としては、ホウ素（Ｂ）、硫黄（Ｓ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。例えば炭素源を含む原料ガスに、ホウ素を得るためにはトリメトキシボランが使用されるが、その他の手段としてジボラン、酸化ホウ素、ホウ素トリメトキシドを使用しても良い。硫黄を得るためには酸化硫黄、硫化水素を、酸素を得るためには酸素若しくは二酸化炭素を、窒素を得るためにはアンモニア若しくは窒素を、ケイ素を得るためにはシラン等を加えることができる。不純物は複数混合しても良い。
【００５５】
特に、高濃度でホウ素をドープした導電性ダイヤモンドからなる金属電極３０２は、広い電位窓と他の電極材料とを比較して、バックグランド電流が小さいといった有利な性質を有することから、参照極として使用するには好ましい。金属伝極３０２の材料として導電性ダイヤモンドを用いる場合の基材には、Ｓｉ（単結晶、多結晶）のみならず、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉや、Ｍｏ、Ｗ、黒鉛、各種カーバイドなどを挙げることができ、用途によって選択することができる。
【００５６】
なお、導電性ダイヤモンド電極の表面がフッ素終端化（部分フッ素終端化）されていれば、ｐＨ変動に対する参照極電位の安定性が高まるため、より好ましい。
【００５７】
金属電極３０２の材料としての導電性ダイヤモンドには、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンドを用いることができる。また、高配向多結晶ダイヤモンドを用いてもよく、例えば（１１０）高配向多結晶ダイヤモンド電極を用いることもできる。高配向多結晶ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドと比較して結晶方位が揃っており、その結果、参照電極として使用する際の電位安定性が向上するために好ましい。
【００５８】
本実施形態のイオンセンサ３００においても、第１実施形態に係るイオンセンサ３００と同等の効果を得ることができる。
【００５９】
［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態に係るイオンセンサ４００の断面図である。イオンセンサ４００は、電界効果トランジスタ４０１を作用極として備え、金属電極４０２を参照極として備えている。電界効果トランジスタ４０１は、第一実施形態に係る電界効果トランジスタ１０１において、ダイヤモンド薄膜の表面にボロンドープ層（ＢＤＤ層）４０７Ａが形成された構成を有し、金属電極４０２は、Ａｇ／ＡｇＣｌからなる。本実施形態のイオンセンサ４００においても、第１実施形態に係るイオンセンサ１００と同等の効果を得ることができる。
【００６０】
［第５実施形態］
図８は、本発明の第５実施形態に係るイオンセンサ５００の断面図である。イオンセンサ５００は、電界効果トランジスタ５０１を作用極として備え、第一実施形態に係る金属容器１０２と同じ構成の金属容器５０２を参照極として備えている。電界効果トランジスタ５０１は、第一実施形態に係る電界効果トランジスタ１０１において、ダイヤモンド薄膜の表面にボロンドープ層５０７Ａが形成された構成を有している。本実施形態のイオンセンサ５００においても、第１実施形態に係るイオンセンサ１００と同等の効果を得ることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００６２】
（実施例１）
図９は、第１実施形態のイオンセンサ１００を構成する、電界効果トランジスタ１０１の電流電圧特性の一例を示す図である。また、図９は、ゲート電圧Ｖｓｇをある範囲（０〜−１．０［Ｖ］の範囲）で変化させたときの、ドレイン−ゲート間における電圧Ｖｄｇと電流Ｉｄｓとの関係、すなわちＩＶ特性曲線を示す図である。
【００６３】
この図から、ゲート電圧Ｖｓｇが大きくなるにつれて、ＩＶ特性曲線が全体的に上方に持ち上がり、ソース−ドレイン間を流れる電流Ｉｄｓが増加する傾向があるのが分かる。そして、図９中の特性曲線は、被測定液Ｌのイオン濃度が増加すると上方に移動し、被測定液Ｌのイオン濃度が減少すると下方に移動する特性となっていることが分かる。
【００６４】
また、ここでの電界効果トランジスタは、参照極（ゲート電極）が接地されるように構成されているため、Ｖｄｇ＝０［Ｖ］において飽和電流値を得ることができる。したがって、本実施形態に係るイオンセンサを用いる場合、ゲート電極に相当する金属容器およびドレイン電極の２端子を接地させ、ソース電極の電位を変化させるだけの簡単な手順で、イオン濃度を測定することができる。この場合、従来のソース接地回路で行うような、電界効果トランジスタの劣化につながる、ゲート電圧の印加を回避できることになる。
【００６５】
図１０は、第１実施形態のイオンセンサ１００を構成する、電界効果トランジスタ１０１の電流電圧特性の他の一例を示す図である。また、図１０は、ゲート電圧Ｖｓｇ水素イオン濃度ｐＨをある範囲（２〜１０）で変化させたときの、ゲート−ソース間にかかる電圧Ｖｓｇとドレイン−ソース間に流れる電流Ｉｄｓとの関係、すなわちＩＶ特性曲線を示す図である。被測定液ＬのｐＨが増加するほど、Ｉｄｓの立ち上がりが急峻になる傾向がある。したがって、このＩＶ特性曲線からも、ｐＨを算出することが可能であることが分かる。
【００６６】
（比較例１）
図１１は、ソース接地回路を有する従来のイオンセンサを用いて、塩化カリウム溶液中の塩化物イオンの濃度を測定し、得られたＩＶ特性曲線を示す図である。ここでの電界効果トランジスタは、ソース部分が接地されるように構成されているため、Ｖｄｓ＝０［Ｖ］においては、出力（電流Ｉｄｓ）がほとんど得られていないことが分かる。したがって、従来のイオンセンサを用いる場合、飽和電流値を得るために、ドレイン−ソース間に高い電圧を印加する必要があり、その結果として、電界効果トランジスタの劣化が早まることになる。
【００６７】
（実施例２）
図１２は、ゲート接地回路を有する本発明のイオンセンサを用いて、塩化カリウム溶液中の塩化物イオンの濃度を測定し、得られたＩＶ特性曲線を示す図である。ここでの電界効果トランジスタは、ゲート電極（参照極）が接地されるように構成されているため、Ｖｄｇ＝０［Ｖ］において十分な出力（Ｉｄｓ）が得られていることが分かる。したがって、本発明のイオンセンサを用いる場合、ドレイン−ゲート間に電圧を印加する必要がなく、ドレイン−ゲート間への電圧印加に起因した、電界効果トランジスタの劣化を回避することができる。
【００６８】
（実施例３）
第３実施形態に係るイオンセンサ３００の出力特性の評価を行った。作用極３０１の電界効果トランジスタを駆動する回路は、ゲート接地回路とした。参照極には、ボロンをドープした導電性ダイヤモンド電極（ＢＤＤ電極）を用いた。ＢＤＤ電極には、部分酸素終端であり、１０ｍｍ角、０．５ｍｍｔの多結晶ダイヤモンド（支持体：Ｓｉ）を用いた。イオンセンサ３００の測定対象となる液体には、Ｃａｒｍｏｄｙワイドレンジ緩衝液でｐＨ２からｐＨ１２に調整した標準液を用いた。
【００６９】
図１３は、本例のイオンセンサの作用極３０１において、ゲート接地法を用いてＶｄｇ＝０Ｖ、Ｖｓｇ＝−２ＶとしたときのＩｄｓを、センサ出力値としてプロットしたグラフである。グラフの横軸はｐＨ値を示し、縦軸はＩｄｓを示している。参照極にＢＤＤ電極を用いたゲート接地法では、参照極の電位が安定しており、酸性領域からアルカリ性領域まできれいな線形特性が得られていることから、イオンセンサ３００の出力値（Ｉｄｓ）からｐＨ値を算出することが可能であることが分かる。
【００７０】
（実施例４、比較例２）
実施例４として、参照極に白金電極を用い、実施例３と同様に、第３実施形態に係るイオンセンサ３００の出力特性の評価を行った。また、比較例２として、参照極にＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用い、実施例３と同様に、第３実施形態に係るイオンセンサ３００の出力特性の評価を行った。
【００７１】
図１４（ａ）、（ｂ）は、実施例４のイオンセンサの参照極に、それぞれ白金、Ａｇ／ＡｇＣｌを使用した場合に、作用極においてＶｓｇ＝−０．３〜０ＶとしたときのＩｄｓを、センサ出力値としてプロットしたグラフである。いずれのグラフも、横軸はＶｇｄを示し、縦軸はＩｄｓを示している。
【００７２】
参照極に白金を使用した場合でも、Ａｇ／ＡｇＣｌ標準電極を使用した場合と同様に、理論通りのＶｄｇ−Ｉｄｓ曲線が得られる。参照極に白金電極を用いたゲート接地法では、白金の特徴である化学的安定性と酸に対する強い耐食性を活かしたｐＨセンサを構成することができる。なお、白金を使用した場合、図１４のように金属電極の物性（表面の化学的状態、表面の形態、不純物状態など）とイオンセンサの出力特性からＶｄｇ＝０で非飽和な出力特性が得られる場合もあるが、ゲート接地法の特徴であるＶｄｇ＝０で電流（Ｉｄｓ）が流れており、イオンセンサとして機能させることができる。
【００７３】
（実施例５）
実施例５として、第４実施形態に係るイオンセンサ４００の出力特性の評価を行った。ダイヤモンド薄膜４０７は、部分酸素終端であり、その材料として、１０ｍｍ角、０．５ｍｍｔの多結晶ダイヤモンド（支持体：Ｓｉ）を用いた。イオンセンサ４００の測定対象となる液体には、Ｃａｒｍｏｄｙワイドレンジ緩衝液でｐＨ２からｐＨ１２に調整した標準液を用いた。
【００７４】
（実施例６）
実施例６として、第４実施形態に係るイオンセンサ４００の出力特性の評価を行った。ダイヤモンド薄膜４０７は、水素終端であり、その材料としては、実施例５と同様の構造のものを用いた。イオンセンサ４００の測定対象となる液体にも、実施例５と同様の組成のものを用いた。
【００７５】
図１５（ａ）〜（ｄ）は、実施例５のイオンセンサの作用極４０１において、それぞれｐＨ値を４、６、８、１０としたときのＩｄｓを、センサ出力値としてプロットしたグラフである。また、図１６（ａ）〜（ｄ）は、実施例６のイオンセンサの作用極４０１において、それぞれｐＨ値を４、６、８、１０としたときのＩｄｓを、センサ出力値としてプロットしたグラフである。いずれのグラフにおいても、横軸はＶｄｇを示し、縦軸はＩｄｓを示している。
【００７６】
ダイヤの電界効果トランジスタの接液面を部分酸素終端とした場合、水素終端の場合と比較してＩｄｓ出力値は減少するが理論通りのＶｄｇ−Ｉｄｓ曲線が得られているとともにｐＨ値に応じたｐＨシフトが得られている。
【００７７】
図１７は、実施例５、６のイオンセンサの作用極４０１において、Ｖｄｇ＝０Ｖ、Ｖｓｇ＝１ＶとしたときのＩｄｓを、センサ出力値としてそれぞれプロットしたグラフである。グラフの横軸（ｘ軸）はｐＨ値を示し、縦軸（ｙ軸）はＩｄｓを示している。
【００７８】
水素終端の場合にはアルカリ領域で誤差が生じるため、ｐＨ４〜ｐＨ１０での相関係数Ｒ２が低くなっているが、部分酸素終端の場合には、この誤差が抑制された結果、ｐＨ４〜ｐＨ１０でのＲ２が０．９３以上の強い相関性を確認することができる。
【００７９】
実施例７として、第５実施形態に係るイオンセンサ５００の出力特性の評価を行った。ボロンドープ層５０７Ａの接液面は部分酸素終端させた。金属容器５０２としては、ＳＵＳ３０４製のステンレス容器（容量２００ｍＬ）を用いた。ＩＶ制御計測には、半導体パラメータアナライザーを用いた。ｃａｒｍｏｄｙワイドレンジ緩衝液でｐＨ４〜ｐＨ１２に調整した試料を用いた。イオンセンサ５００の測定対象となる液体には、Ｃａｒｍｏｄｙワイドレンジ緩衝液でｐＨ２からｐＨ１２に調整した標準液を用いた。金属容器５０２がゲート電極として機能しており、それが接地されて、ゲート接地となっている。
【００８０】
図１８（ａ）は、実施例７のイオンセンサの作用極５０１において、Ｖｓｇ＝−０．８Ｖ、Ｖｄｇを−１〜０．５Ｖとして、得られたセンサ出力値Iｄｓの特性を示すグラフである。グラフの横軸はＶｄｇを示し、縦軸はＩｄｓを示している。ｐＨ値に応じたＩｄｓ出力値がシフトしており、ＩｄｓがｐＨに応じた相関性を有していることが分かる。この場合、ｐＨ値が上昇するにつれて電流値が減少する関係が得られている。これは、ステンレス容器とイオンセンサとを用いた構成で得られる典型的な関係性であるが、センサ出力値Ｉｄｓに応じてｐＨ値が一義的に決まるのでｐＨセンサとして機能させることができる。
【００８１】
図１８（ａ）の結果において、Ｖｄｇ＝０のＩｄｓ値を横軸ｐＨ値、縦軸Ｉｄｓでプロットした結果を図１８（ｂ）に示す。ｐＨ４〜ｐＨ１２においてＩｄｓとｐＨに相関性があることから、センサ出力値からｐＨを算出可能であることが分かる（ｐＨ感度：１３．８  μＡ／ｐＨより最大電流１８０μＡで規格化して７．７％／ｐＨ）。
【００８２】
（使用例１）
図１９（ａ）は、図４の電子部品１００Ａを用いて、配管Ｐ内を流れる流体Ｆのイオンセンシングを行う例を示している。図１９（ａ）に示すように、接地された配管Ｐ内の所望の位置に、ｐＨ値計測用ダイヤ電界効果トランジスタセンサ（イオンセンサ）１０１を配置し、配管Ｐ内を流れる流体Ｆに浸漬される状態とする。
配管Ｐの材料としては、例えばステンレス、銅等が挙げられるが、特に限定されるものではない。配管Ｐの接地方法については、特に限定されない。通常の場合の接地は１箇所で行うが、配管Ｐの材質、長さ、抵抗値、周囲の構成等、必要に応じて複数個所で行ってもよい。配管Ｐがゲート電極として機能しており、それが接地されて、ゲート接地となっている。
このように、本発明の電子部品を用いれば、配管Ｐの加工を行うことなく、配管Ｐ内の流体Ｆのイオン濃度を容易に計測することができる。
なお、ここでは、配管Ｐ内に配置する電界効果トランジスタとして、第一実施形態に係るダイヤ電界効果トランジスタ１０１を用いる例を示しているが、これを、第二実施形態に係る電界効果トランジスタ（Ｓｉ−ＩＳＦＥＴ）２０１に置き換えてもよい。
図１９（ｂ）は、図１９（ａ）と同様に、図４の電子部品１００Ａを用いて、配管Ｐ内を流れる流体Ｆのイオンセンシングを行う他の例を示している。配管Ｐは接地されていなくても、図１９（ｂ）に示すように所定の電位に固定されていれば、図１９（ａ）の場合と同等の効果を得ることができる。
【００８３】
（使用例２）
図２０は、発酵食品の製造工程において、図４の電子部品１００Ａを用いる例を示している。電子部品１００Ａを構成するダイヤ電界効果トランジスタ１０１が、測温器Ｉとともに、接地された発酵タンクＴ内の所望の位置に配置されている。
例えば特許文献３に開示されているように、発酵食品のｐＨと発酵の進捗とは相関があるため、発酵タンクＴ内に発酵物Ｍを収容し、電子部品１００Ａを用いてそのｐＨを測定することにより、発酵工程の進捗管理を行うことができる。
測定の対象となる発酵食品としては、特に限定されないが、例えばヨーグルト、酒、醤油、味噌等が挙げられる。
一例として、ヨーグルトの製造工程で電子部品１００Ａを用いる場合について説明する。まず、牛乳、脱脂（粉）乳、生クリーム等のヨーグルト製造原料液を発酵タンクＴ内に収容し、タンクＴ内の１箇所または複数個所に電界効果トランジスタ１０１を設置する。
続いて、ヨーグルト発酵用乳酸菌スターターを添加し、使用した乳酸菌に適した発酵温度で発酵させる。乳酸発酵が進むとともに、原料液のｐＨ値が低下し、酸性を示す所定の値となったところで、発酵工程が完了したものと判断することができる。
なお、ここでは、発酵タンクＴ内に配置する電界効果トランジスタとして、第１実施形態に係るダイヤ電界効果トランジスタ１０１を用いる例を示しているが、これを、第２実施形態に係る電界効果トランジスタ（Ｓｉ−ＩＳＦＥＴ）２０１に置き換えてもよい。
【００８４】
（変形例）
本発明のダイヤ電界効果トランジスタ型センサ素子を構成するダイヤ半導体としては、第１実施形態で説明したもの（ダイヤ薄膜Ｓｉ基板）に限定されることはなく、例えば、ダイヤ基板、ダイヤ薄膜セラミック基板、多結晶ダイヤ基板、単結晶ダイヤ基板、高配向多結晶ダイヤ基板、ノンドープダイヤ基板とボロンによるドープダイヤ基板等が挙げられる。また、ｐＨ感応性を有する部分酸素終端ダイヤ、部分アミノ終端ダイヤ等も挙げることができる。
本発明のイオンセンサを構成する、電界効果トランジスタ型のセンサ素子としては、上記ダイヤ電界効果トランジスタ型センサ素子、第２実施形態として説明したＳｉ−ＩＳＦＥＴの他に、有機半導体ＩＳＦＥＴ、炭素系材料（グラフェン、カーボンナノチューブＣＮＴ、ダイヤモンドライクカーボンＤＬＣ等）を用いた炭素系ＩＳＦＥＴ等も挙げることができる。
本発明のイオンセンサを構成する、電界効果トランジスタ型のセンサ素子としては、上記ダイヤ電界効果トランジスタ型センサ素子、第２実施形態として説明したＳｉ−ＩＳＦＥＴの他に、有機半導体ＩＳＦＥＴ、炭素系材料（グラフェン、カーボンナノチューブＣＮＴ、ダイヤモンドライクカーボンＤＬＣ等）を用いた炭素系ＩＳＦＥＴ等も挙げることができる。また、ＳＧＦＥＴ構造を有した電界効果トランジスタ型センサであってもよく、例えばＣＮＴを用いたＳＧＦＥＴセンサ、グラフェンを用いたＳＧＦＥＴセンサが挙げられる。
【００８５】
本発明のイオンセンサを構成するＳｉ−ＩＳＦＥＴは、第二実施形態で説明したものに限定されることはない。図２１は、Ｓｉ−ＩＳＦＥＴの構成例を示している。図２１に示すＳｉ−ＩＳＦＥＴ６０１では、ｐ型シリコン基板６０６の一方の主面６０６ａに、ｎ+層よりなるソース領域６０６Ｓとｎ+層よりなるドレイン領域６０６Ｄとが離間して形成され、両領域間の部位（チャネル）６０７上にＳｉＯ２膜よりなるゲート酸化膜６０８を介してイオン感応膜６０９が形成されている。イオン感応膜６０９の例としては、Ｔａ２Ｏ５膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜等が挙げられる。ソース領域６０６Ｓ上にはソース電極６０３が形成され、ドレイン領域６０６Ｄ上にはドレイン電極６０４が形成されており、各電極上には保護膜６１０が形成されている。ソース電極６０３、ドレイン電極６０４の材料としては、例えば金、チタン金等を用いることができる。また、保護膜６１０の材料としては、例えば窒化物（窒化ケイ素等）、レジスト、有機物（テフロン（登録商標）のフッ化系樹脂等）、酸化物（ガラス、パイレックス（登録商標）等）を用いることができる。なお、ｐ型シリコン基板の一方の主面６０６ａにおいて、ＩＳＦＥＴの不活性領域上にはフィールド酸化膜６１１が形成されている。
【００８６】
（使用例３）
本発明のイオンセンサは、参照極（ゲート電極）電位を固定して、ＩＳＦＥＴセンサ素子を駆動させるものであり、測定対象のイオンが水素イオン（ｐＨ）に限定されることはなく、ｐＨ以外のイオン濃度測定用の半導体センサとして用いることも可能である。
例えば、第二実施形態として挙げたイオンセンサ（Ｓｉ−ＩＳＦＥＴ）２００において、イオン感応膜２０９を、水素イオンに対して感応性を有する膜（Ｔａ２Ｏ５膜等）から、他のイオンに対して感応性を有する膜に置換したものを用いることができる。
また、第一実施形態として挙げたダイヤ電界効果トランジスタ１０１において、ダイヤモンド薄膜１０７の接液部終端元素を、測定対象のイオン（塩化物イオン、カルシウムイオン、カリウムイオン等）の種類に応じて制御したものを用いることができる。
本発明のイオンセンサは、例えば、特許文献４に開示されているような、生体分子、ＤＮＡ等を含んだ液体電解質に対しても適用することが可能であり、バイオ系センサとしても機能し得るものである。
【符号の説明】
【００８７】
１００、２００      イオンセンサ
１０１、２０１      作用極を構成する電界効果トランジスタ
１０２、２０２      参照極としての金属容器
１０２ａ、２０２ａ  参照極としての金属容器の側面
１０２ｂ、２０２ｂ  参照極としての金属容器の底面
１０３、２０３      ソース電極
１０４、２０４      ドレイン電極
１０５、２０５      作用極を構成する電界効果トランジスタと駆動回路
１０６、２０６      基板
１０６ａ、２０６ａ  基板の一方の主面
１０７              ダイヤモンド薄膜
１０７ＣＨ          作用極としてのチャネル領域
１０７Ｓ            ソース領域
１０７Ｄ            ドレイン領域
１０８、１０９      保護膜
２０８              酸化膜
２０９              イオン感応膜
６０１              Ｓｉ−ＩＳＦＥＴ
６０３              ソース電極
６０４              ドレイン電極
６０６              ｐ型シリコン基板
６０６ａ            一方の主面
６０６Ｓ            ソース領域
６０６Ｄ            ドレイン領域
６０７              チャネル
６０８              ゲート酸化膜
６０９              イオン感応膜
６１０              保護膜
６１１              フィールド酸化膜
Ｌ                  被測定液
Ｐ                  配管
Ｆ                  流体
Ｔ                  発酵タンク
Ｉ                  測温器
Ｍ                  発酵物
【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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【図２１】
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