(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にＩＳＦＥＴを二次元的に複数個配置してなり、前記複数のＩＳＦＥＴと接続し単一のＩＳＦＥＴからの信号が選択可能な１行、１列のみのスイッチ素子が設けられているＩＳＦＥＴアレイであって、全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしながら、前記１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によりＩＳＦＥＴからの出力信号を取り出すように構成されていることを特徴とするＩＳＦＥＴアレイ。
【請求項２】
ＩＳＦＥＴと、このＩＳＦＥＴに直列に接続されるスイッチ素子としてのＦＥＴとからなる複数の単位センサを基板の表面に二次元的に複数個配置してなるとともに、
前記ＦＥＴを介して前記複数のＩＳＦＥＴと接続し単一のＩＳＦＥＴからの信号が選択可能な１行、１列のみのスイッチ素子が前記基板に設けられており、
さらに、全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしながら、前記１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によりＩＳＦＥＴからの出力信号を取り出すように構成されているＩＳＦＥＴアレイであって、
ＩＳＦＥＴの第１の電極と前記ＦＥＴの第２の電極とが直列接続される一方、各ＩＳＦＥＴの第２の電極は、電源に共通接続されていることを特徴とするＩＳＦＥＴアレイ。
【請求項３】
ＩＳＦＥＴと、このＩＳＦＥＴに直列に接続されるスイッチ素子としてのＦＥＴとからなる複数の単位センサを基板の表面に二次元的に複数個配置してなるとともに、
前記ＦＥＴを介して前記複数のＩＳＦＥＴと接続し単一のＩＳＦＥＴからの信号が選択可能な１行、１列のみのスイッチ素子が前記基板に設けられており、
さらに、ＩＳＦＥＴの第１の電極と前記ＦＥＴの第２の電極とが直列接続される一方、全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態になるよう各ＩＳＦＥＴの第２の電極は、電源に共通接続されており、
全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしながら、前記１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によりＩＳＦＥＴからの出力信号を取り出すように構成されているＩＳＦＥＴアレイであって、
前記ＦＥＴは、各行ごとにそのゲート同士が互いに接続され、各行に対応して設けられる前記１行のスイッチ素子の第１の電極に接続され、かつ、前記１行のスイッチ素子のゲートは、垂直走査回路に接続される一方、
前記ＦＥＴは、各列ごとにその第１の電極同士が互いに接続され、各列に対応して設けられる前記１列のスイッチ素子の第２の電極に接続され、かつ、前記１列のスイッチ素子のゲートは、水平走査回路に接続されており、
さらに、前記各１列のスイッチ素子の第１の電極同士は互いに接続されるとともに、出力端子に接続されていることを特徴とするＩＳＦＥＴアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば溶液中のイオン濃度をＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の中を流れる電流値に変換して測定するＩＳＦＥＴ（イオン感応性電界効果トランジスタ）を縦横に複数個配置してなるＩＳＦＥＴアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記ＩＳＦＥＴを二次元的に複数個配置し、ｐＨの二次元分布を測定するものとして、例えば、特公平５−３３７４５号公報に示すような水素イオン濃度分布測定装置がある。図３は、この水素イオン濃度分布測定装置におけるＩＳＦＥＴアレイの構成を示すもので、このＩＳＦＥＴアレイは、例えば９つのＩＳＦＥＴ３１〜３９を３行３列に配置し、これらのＩＳＦＥＴ３１〜３９を、各行および各列に対応するスイッチ４０〜４５のスイッチング動作により、それぞれの位置のｐＨ情報を電圧信号として取り出すようにしたもので、例えば、スイッチング素子４０，４３を閉じる（オンする）ことにより、ＩＳＦＥＴ３１がオンとなり、これによって、ＩＳＦＥＴ３１におけるｐＨ情報が出力端子４６に出力される。なお、図３において、４７は電流信号を電圧信号として取り出すための抵抗、４８はスイッチングゲート電圧電源である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、ＩＳＦＥＴはオンとなって出力が安定するまで多少の時間がかかるといった性質があるが、上記従来のＩＳＦＥＴアレイにおいては、スイッチ４０〜４５をオンまたはオフして、特定のＩＳＦＥＴにおけるｐＨ情報を得ようとした場合、そのＩＳＦＥＴがオンまたはオフして、その状態が安定せず、このため、その出力信号がスイッチング動作の影響を大きく受け、出力が安定しないという不都合があった。
【０００４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、スイッチのオン、オフによるいわゆるノイズの影響を可及的に少なくしたＩＳＦＥＴアレイを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、基板の表面にＩＳＦＥＴを二次元的に複数個配置してなり、前記複数のＩＳＦＥＴと接続し単一のＩＳＦＥＴからの信号が選択可能な１行、１列のみのスイッチ素子が設けられているＩＳＦＥＴアレイであって、全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしながら、前記スイッチ素子のスイッチング動作によりＩＳＦＥＴからの出力信号を取り出すように構成されている（請求項１）。
また、この発明は別の観点から、ＩＳＦＥＴと、このＩＳＦＥＴに直列に接続されるスイッチ素子としてのＦＥＴとからなる複数の単位センサを基板の表面に二次元的に複数個配置してなるとともに、
前記ＦＥＴを介して前記複数のＩＳＦＥＴと接続し単一のＩＳＦＥＴからの信号が選択可能な１行、１列のみのスイッチ素子が前記基板に設けられており、
さらに、全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしながら、前記１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によりＩＳＦＥＴからの出力信号を取り出すように構成されているＩＳＦＥＴアレイであって、
ＩＳＦＥＴの第１の電極と前記ＦＥＴの第２の電極とが直列接続される一方、各ＩＳＦＥＴの第２の電極は、電源に共通接続されていることを特徴とするＩＳＦＥＴアレイを提供する（請求項２）。
また、この発明はさらに別の観点から、ＩＳＦＥＴと、このＩＳＦＥＴに直列に接続されるスイッチ素子としてのＦＥＴとからなる複数の単位センサを基板の表面に二次元的に複数個配置してなるとともに、
前記ＦＥＴを介して前記複数のＩＳＦＥＴと接続し単一のＩＳＦＥＴからの信号が選択可能な１行、１列のみのスイッチ素子が前記基板に設けられており、
さらに、ＩＳＦＥＴの第１の電極と前記ＦＥＴの第２の電極とが直列接続される一方、全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態になるよう各ＩＳＦＥＴの第２の電極は、電源に共通接続されており、
全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしながら、前記１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によりＩＳＦＥＴからの出力信号を取り出すように構成されているＩＳＦＥＴアレイであって、
前記ＦＥＴは、各行ごとにそのゲート同士が互いに接続され、各行に対応して設けられる前記１行のスイッチ素子の第１の電極に接続され、かつ、前記１行のスイッチ素子のゲートは、垂直走査回路に接続される一方、
前記ＦＥＴは、各列ごとにその第１の電極同士が互いに接続され、各列に対応して設けられる前記１列のスイッチ素子の第２の電極に接続され、かつ、前記１列のスイッチ素子のゲートは、水平走査回路に接続されており、
さらに、前記各１列のスイッチ素子の第１の電極同士は互いに接続されるとともに、出力端子に接続されていることを特徴とするＩＳＦＥＴアレイを提供する（請求項３）。
【０００６】
上記構成によれば、ＩＳＦＥＴ自体はオンオフしてないので、１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によるノイズ影響が大幅に低減される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明のＩＳＦＥＴアレイ１の構成を概略的に示すもので、このＩＳＦＥＴアレイ１は、例えば、溶液中の水素イオン濃度を電流値に変換するＩＳＦＥＴ２と、このＩＳＦＥＴ２に直列に接続されるスイッチ素子としてのＭＯＳＦＥＴ３とからなる複数の単位センサ（画素ともいう）４を例えばシリコン基板５（図２参照）の表面５ａに二次元的に配置してなるものである。より詳しくは、各単位センサ４において、ＩＳＦＥＴ２のドレインとＭＯＳＦＥＴ３のソースとが接続されている。これらの単位センサ４は、例えば３行３列に二次元的に配列されている。そして、各ＩＳＦＥＴ２のソースには、電源５によって常にソースドレイン電圧（Ｖｄ）が付与されるように構成されている。
【０００８】
また、前記ＭＯＳＦＥＴ３は、各行ごとにそのゲート同士が互いに接続され、各行に対応して設けられるスイッチ素子としてのＭＯＳスイッチ６のドレインに接続されている。そして、各ＭＯＳスイッチ６のゲートは、垂直走査回路７に接続されている。８はＭＯＳスイッチ６のゲートにスイッチングゲート電圧（Ｖｇ）を付与する電源で、その正極は各ＭＯＳスイッチ６のソースと接続され、負極は接地されている。
【０００９】
さらに、前記ＭＯＳＦＥＴ３は、各列ごとにそのドレイン同士が互いに接続され、各列に対応して設けられるスイッチ素子としてのＭＯＳスイッチ９のソースに接続されている。そして、各ＭＯＳスイッチ９のゲートは、水平走査回路１０に接続されている。また、各ＭＯＳスイッチ９のドレイン同士は互いに接続されるとともに、出力端子１１に接続されている。１２は電流信号を電圧信号として取り出すための抵抗である。
【００１０】
上記構成のＩＳＦＥＴアレイ１においては、垂直走査回路７および水平走査回路１０によって、１行、１列のみのＭＯＳスイッチ６，９をオンすることにより、装置の交叉している単位センサ４のみから信号電流が出力される。例えば、図１において、１行目と１列目のＭＯＳスイッチ６，９をオンすることにより、左上の単位センサ４からの信号電流を取り出すことができる。この場合、当該単位センサ４を含む全ての単位センサ４におけるＩＳＦＥＴ２には、電源５によってソースドレイン電圧Ｖｄが印加されており、全てのＩＳＦＥＴ２は常に動作状態になっている。つまり、ＩＳＦＥＴ２自体はオンオフしてないので、ＭＯＳスイッチ６，９のスイッチング動作によるノイズが殆どなくなり、その影響が大幅に低減される。
【００１１】
そして、上記構成のＩＳＦＥＴアレイ１においては、ＩＳＦＥＴ２に直列に接続されるスイッチ３としてＭＯＳスイッチを用いているので、ＩＳＦＥＴアレイ１全体の構成が簡単になる。
【００１２】
図２は、前記ＩＳＦＥＴアレイ１を用いたｐＨ二次元分布測定装置１３によってｐＨの分布を測定する状態を概略的に示す図で、この図において、１４は被検体としての寒天である。そして、この寒天１４の表面に、ＩＳＦＥＴアレイ１が形成された基板５の表面５ａが密着している。１５は寒天１４に挿入される比較電極である。１６はＩＳＦＥＴアレイ１の出力と比較電極１５の出力との差をとる電圧計で、その出力は演算制御部としての画像処理可能なコンピュータ１７に入力される。このコンピュータ１７は、前記垂直走査回路７および水平走査回路１０を制御する機能をも備えていることはいうまでもない。
【００１３】
上記、図２に示すｐＨ二次元分布測定装置１３においては、コンピュータ１７から垂直走査回路７および水平走査回路１０に適宜制御信号を送り、ＭＯＳスイッチ６，９を順次オンオフ制御することにより、寒天１４におけるｐＨの二次元分布を測定することができる。そして、このとき得られる信号を適宜画像処理することにより、ｐＨの二次元分布画像を得ることができる。この場合、ＩＳＦＥＴアレイ１においては、上述したようにスイッチノイズの影響をほとんど受けることがないので、高画質の二次元画像化を行うことができる。
【００１４】
この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、ＩＳＦＥＴアレイ１としては、単位センサ４をｎ×ｎ（ｎは自然数）配置にしたもののみならず、ｍ×ｎ（ｍは自然数）であってもよい。
【００１５】
そして、ＩＳＦＥＴ２に直列に接続されているＭＯＳスイッチ３に代えて、オペアンプなどの応用電子回路を用いてもよい。このようにすることにより、個々のＩＳＦＥＴ２の特性の補正、出力電流の増幅、電流電圧変換などを随時行うことができ、特に、早い段階において増幅することによりＳ／Ｎを大きくすることができ、信号精度を向上させることができる。
【００１６】
また、ＩＳＦＥＴ２としては、水素イオン以外の他のイオンに感応するものであってもよいことはいうまでもない。
【００１７】
【発明の効果】
この発明のＩＳＦＥＴアレイにおいては、ＩＳＦＥＴアレイを構成する全てのＩＳＦＥＴに常に電圧を印加し、全てのＩＳＦＥＴを常に動作状態にしているので、１行、１列のみのスイッチ素子のスイッチング動作によるノイズ影響を受けることがなくなり、精度の高い測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のＩＳＦＥＴアレイの構成を概略的に示す図である。
【図２】  前記ＩＳＦＥＴアレイを用いたｐＨ二次元分布測定装置の一例を概略的に示す図である。
【図３】  従来のＩＳＦＥＴアレイを示す図である。
【符号の説明】
１…ＩＳＦＥＴアレイ、２…ＩＳＦＥＴ、５…基板、５ａ…基板の表面、６，９…１行、１列のみのスイッチ素子。
【図１】
0004137239.tif 000002
【図２】
0004137239.tif 000003
【図３】
0004137239.tif 000004