在生物分子测量装置中设置探测因生物分子样品与试剂的反应而产生的离子的半导体传感器。半导体传感器具有：配置于半导体基板且对离子进行探测的多个单元；和多个读出线。多个单元各自包含：具有浮动栅极且对离子进行探测的ISFET；对ISFET的输出进行放大的第1MOSFET(M2)；和将第1MOSFET的输出有选择地传送到对应的读出线(R1)的第2MOSFET(M3)。多个单元各自具备在ISFET中产生热电子且使电荷注入到ISFET的浮动栅极的第3MOSFET(M1)。在此，第2MOSFET和第3MOSFET分别被控制。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生物分子测量装置，特别涉及利用半导体技术的生物分子测量装置。
技术介绍
近年来，利用半导体技术的生物分子测量装置受到关注。在专利文献I中，记载了通过以半导体技术制造的PH传感器阵列(半导体传感器)低成本、高速地决定脱氧核糖核酸(DNA)的碱基排列的DNA测序仪。半导体传感器能以电信号的强弱将设为对象的生物分子样品与试剂的反应量化。由此，不需要现有技术那样的高价荧光试剂，在成本方面有利。另外，由于能通过半导体的微细加工技术将数百万到数亿的传感器集成于I个半导体基板，并行地进行测定，因此还易于提升测定的吞吐量。在生物分子测量装置的领域特别经常使用的半导体传感器之一是离子敏场效应晶体管(1n Sensitive Field Effect Transistor:以下称作ISFET)。所谓ISFET是测定在离子敏感膜上诱发的界面电位的器件。在专利文献I中，通过使用ISFET，来测定由于试剂所引起的DNA的延伸反应而发生的氢离子浓度的变化。虽然构成DNA的碱基有4种，但通过使用仅在其特定的碱基发生反应而产生氢离子的试剂，就能根据氢离子浓度变化来确定碱基的种类。在此，所谓4种碱基是腺嘌呤(adenine)、胸腺啼啶(thymine)、胞核啼啶(cytosine)、鸟嘌呤(guanine)。氢离子浓度的变化所引起的理论上的电压变化在理论上能根据被称作能斯特方程(Nernsi/ s equat1n)的算式求得。例如在25°C下，电压变化大约为59mV/pH。该变化(变动)给ISFET的栅极电压带来变化，ISFET的输出电流发生变化。实际上，相对于氢离子浓度的变动的电压变动低于理论值，每PH成为数1mV左右。对于因上述DNA的延伸反应而发生的氢离子浓度的变化来说，虽然还依赖于使反应发生的DNA链的数量和使反应发生的空间的大小、试剂，但在PH的变化下为0.1mV左右。为此，ISFET的输出信号的变化极小。为了解决该问题，对ISFET的高灵敏度化进行了研讨。作为其示例，有记载于专利文献2的技术。在专利文献2中，众多ISFET配置成阵列状，在其图75F中，将检测氢离子的浓度变化的单位单元表示为75F1。该单位单元75F1具备高灵敏度化的功能。在图75F中，被表示为ISFET的部分是ISFET的电路表现，ISFET由离子敏感膜(部分)75F6和在栅极与其连接的MOSFET(晶体管)75F2构成。在图75F中，75F3是给出偏置电流的M0SFET，75F4是用于与输出信号线75F7(Column Bus)连接的M0SFET。另外，在图75F中，Row Select是选择单位单元75F1的信号线。在该专利文献2中，ISFET的高灵敏度化由M0SFET75F5完成。即，M0SFET75F2的输出被输入到M0SFET75F5的栅极。由于氢离子浓度的变化，由M0SFET75F2和离子敏感膜75F6构成的部位的ISFET的栅极电压发生变化。由于该变化，ISFET的输出电流发生变化。该变化在M0SFET75F5被暂时放大。即，氢离子浓度的变化所引起的ISFET输出电流的小的变化被放大。在放大后，经由M0SFET75F4输出到输出信号线75F7。由此，来谋求ISFET的高灵敏度化。另一方面，若在ISFET的器件中存在源于测定对象的离子以外的电荷，则这会成为测定误差的主要原因。一般，在半导体工艺中，由于在器件的制造时进行基于等离子的加工、离子注入，因此存在电荷容易在器件中积蓄这样的课题。与这样的课题相关联地，在非专利文献I中特别记载了电荷积蓄在离子敏感膜、保护膜、电极的界面、浮动电极、栅极氧化膜这一情况。在非专利文献I中，记载了由于这样的电荷的积蓄而使ISFET的阈值电压进行土 1V左右的偏移这一情况。若存在这样的偏移，则在专利文献2的图75F所示那样的构成中，偏移也会就那样被放大。作为消除这样的偏移的现有技术，在专利文献I中记载了通过照射紫外线来对电荷赋予能量而引出到器件外部的方法。另外，在非专利文献2中记载了紫外线的照射例如需要进行10个小时等较长时间。另外，作为其他方法，在非专利文献3中记载了能通过热电子注入来减少捕获电荷所引起的阈值电压的变化这一要点。现有技术文献专利文献专利文献1: JP特表2010-513869号公报专利文献2:美国专利申请公开第2010/0301398A1号公报非专利文献非专利文献1:“An Extended CMOS ISFET Model Incorporating the PhysicalDesign Geometry and the Effects on Performance and Offset Variat1n”Liu，et.al,IEEE Trans.Elec.Dev,Dec,2011非专利文献2: “Matching the Trans conductance Characteristics of CMOSISFET Arrays by Removing Trapped harge”Milgrew，et.Al，IEEE Elec.Dev.,Apr.2008非专利文献3:“ISFET threshold voltage programming in CMOS using hot-el ectroninj ect1n,> Georg1u ，et.Al、Electronics Lett.0ct.2009
技术实现思路
专利技术要解决的课题若为了谋求ISFET的高灵敏度化而插入有放大作用的M0SFET，则ISFET的大的偏移也会被放大。由此，会很难检测原本的氢离子浓度的变化(PH的变化)。另外，在通过照射紫外线来将电荷放出的技术中，需要长时间照射紫外线，也存在会破坏作为样品的生物分子的危险。在非专利文献3中，关于减少偏移的方法，针对向单体ISFET的热电子注入进行了研讨。但是，并没有特别针对适于将多个ISFET配置成阵列状的生物分子测定装置的方法进行任何研讨。本专利技术的目的在于，提供具有多个ISFET的高灵敏度的生物分子测量装置。本专利技术的前述目的及其他目的和新颖的特征会从本说明书的记述以及附图中明确。用于解决课题的手段若简单说明本申请中公开的专利技术当中的代表性方案的概要，则如下所述。S卩，在生物分子测量装置中设置探测因生物分子样品与试剂的反应而产生的离子的半导体传感器。该半导体传感器在半导体基板中具有:配置成阵列状且各自探测离子的多个单元；以及配置于阵列的多个读出线。配置成阵列状的多个单元各自包含:具有浮动栅极且对离子的浓度的变化进行探测的ISFET;具有接受ISFET的输出的栅极且对ISFET的输出进行放大的第1M0SFET;以及将第1M0SFET的输出有选择地传送到多个读出线之内的对应的读出线的第2M0SFET。进而，多个单元各自具备与ISFET连接且在ISFET中产生热电子(热载流子)并使电荷注入到ISFET的浮动栅极的第3M0SFET。在此，第2M0SFET和第3M0SFET能分别被控制。通过控制第2M0SFET，能读出由第1M0SFET放大的ISFET的输出。例如，基于所读出的输出来控制第3M0SFET。通过控制第3M0SFET，能在ISFET中产生热电子(热载流子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物分子测量装置，其设置探测因生物分子样品与试剂的反应而产生的离子的半导体传感器，其中，所述半导体传感器具备：半导体基板；在所述半导体基板中配置成阵列状且各自对离子进行探测的多个单元；和配置于所述多个单元所形成的阵列的多个读出线，所述多个单元各自具备：具有浮动栅极且探测离子的浓度的变化的ISFET；具有接受所述ISFET的输出的栅极且对所述ISFET的输出进行放大的第1MOSFET；将所述第1MOSFET的输出有选择地传送到所述多个读出线之内的对应的读出线的第2MOSFET；和与所述ISFET连接且在所述ISFET中产生热电子并使电荷注入到所述ISFET的浮动栅极的第3MOSFET，所述第2MOSFET和所述第3MOSFET分别被控制。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：河原尊之，柳川善光，板桥直志，竹村理一郎，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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