質問: isfetの原理 なぜ水素イオンだけに着目するのか こんにちは、iseftの原理について学んでおります。 http://www.isfet.com/company/?page_id=1468 こちらのサイトで概要をつかもうとしたのですが、ひとつ気になることが御座います。「isfetが漬かっている水溶液で水素イオン濃度が増すと、p型半導体のキャリアの正孔がこれに反発してゲート直下から遠ざかり」とあるのですが、この現象はh+と正孔の間での静電的反発が担っていると解釈しております。しかしながら、水溶液中にはh+だけが存在しているわけではないですよね。oh-のいるはずですし、たとえ中性からphを下げるためにhclを加えても、きちんとcl-も導入されるわけですから、電気的に水溶液は中性ですよね。にも関わらず、なぜh+だけに注目できるのでしょうか、cl-だってゲート近傍に近づくことだってあるでしょう。そしたら正孔は静電的引力でもどってきてしまいます。どういうことなのでしょうか。実際isfetはきちんとphセンサーとして働いてくれるわけですから、確かにh+が(他の陰イオンよりも多く)ゲートに近づいていることは事実なのでしょうが、合点がいきませんで・・・ どなたかご教示頂ければと思います。もしかしたら、とんでもなく基本的な誤解や勉強不足があるかもしれないと危惧しており、よろしくお願いします。
回答: これは,ガラス電極の応答機構についての主要な二つの説とも関係するのですが,isfet のゲート絶縁膜が,固体の弱酸,しかも,pka に広い分布がある,ということが重要です. pka があるということは,要は,h+ 濃度 (oh- でもいいですが) に対して絶縁膜上の表面電荷が変化すると言うことを意味します.これによって,絶縁膜と溶液の間の電位差が変動するわけです. そして,この変動分がチャネル厚を支配する,半導体の表面電位に効くということになります. cl- とかでは,si系の絶縁膜に対して特異吸着イオンとしてはほとんど意味をなさないので,ここの濃度変化は isfet の応答には直接関係ありません. 一方,たとえば,sno2 や tio2 などを半導体に用い,この場合は反転層バイアスは難しいので空乏層バイアス条件で電界効果を調べると,リン酸イオンのような sno2 などに対して特異吸着性の高いイオンを入れると,ph 変動がなくてもチャネル厚の変化が表面伝導度の変化という形で検出できたという報告もあります.