0139]如圖7B所示，在由鈦酸鍶單結(jié)晶構(gòu)成的絕緣基板27的背面上，將抗蝕劑圖案化，通過蝕刻以移除位于島狀的半導(dǎo)體活性層12的下面的絕緣基板27的一部分，由此殘留厚度Iym的絕緣基板28。
[0140]之后，形成如下的結(jié)構(gòu):僅露出殘留的絕緣基板28的表面，其他部分被由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的保護膜15覆蓋。在這種結(jié)構(gòu)中，暴露的絕緣基板28用作離子敏感絕緣膜。要注意到，單結(jié)晶鈦酸鍶的相對介電常數(shù)為300，是非常大的，因此，即使當(dāng)如上所述厚度為I μπι時，由鈦酸鍶構(gòu)成的離子敏感絕緣膜(絕緣基板28)的靜電電容也比柵極絕緣膜20的靜電電容大很多。
[0141]將具有上述結(jié)構(gòu)的TFT浸漬在作為感測對象物質(zhì)16的MacIlvaine緩沖液內(nèi)，并在MacIlvaine緩沖液中設(shè)置由鉑構(gòu)成的參照電極17。
[0142]對具有上述結(jié)構(gòu)的TFT離子傳感器105的漏電極13d施加0.5V，將源電極13s和參照電極17設(shè)為接地電位(0V)。另外，在這種偏置狀態(tài)下，在一 2V至+7V的范圍內(nèi)改變柵極電壓，并在各PH的緩沖液中，在室溫下測量Vg — Id特性。其結(jié)果，獲得比由能斯特公式確定的理論界限59mV/pH高得多的感測靈敏度。
[0143]這種高靈敏度起因于鈦酸鍶的極高的相對介電常數(shù)。另外，單結(jié)晶鈦酸鍶極縝密并且?guī)缀醪痪哂嗅樋兹毕?，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高生產(chǎn)量。第四示例性實施方式的其他的結(jié)構(gòu)、操作及效果與第一至第三示例性實施方式的結(jié)構(gòu)、操作及效果相同。
[0144](第五示例性實施方式)
[0145]圖8是表示根據(jù)第五示例性實施方式的TFT離子傳感器107的剖視圖。
[0146]在第五示例性實施方式中，對具有反向交錯型(reverse-stagger type)氧化物半導(dǎo)體TFT作為基本結(jié)構(gòu)并且被賦予對特定離子的敏感性的TFT離子傳感器107進行說明。在TFT離子傳感器107中，在離子敏感絕緣膜14的頂層上形成離子選擇性敏感膜29，從而對特定離子賦予敏感性。離子選擇性敏感膜29可大致分成陽離子選擇性敏感膜和陰離子選擇性敏感膜。
[0147]作為陽離子選擇性敏感膜，可以采用通過用樹脂材料將具有成為配體的纈氨霉素等的多肽或冠醚作為基本骨架的化合物固化而得到的薄膜。但是，不僅限于此。配體是指與特定的受體特定地鍵合的物質(zhì)。
[0148]對陽離子選擇性敏感膜的制造方法進行說明。首先，將配體和成為陽離子選擇性敏感膜的基礎(chǔ)材料的樹脂材料溶解于適當(dāng)?shù)挠袡C溶劑中。作為基礎(chǔ)材料，例如，可以使用聚氯乙烯。作為有機溶劑，例如可以使用四氫呋喃。但是，要注意的是材料和溶劑不僅僅限于此。
[0149]將溶解有所述配體和基礎(chǔ)材料的有機溶劑滴下到離子敏感絕緣膜14的頂層，適當(dāng)進行加熱的同時使有機溶劑揮發(fā)變干。通過這種操作，可獲得將配體固化而形成的薄膜。優(yōu)選將薄膜的膜厚控制在1nm至100nm的范圍內(nèi)。
[0150]通過使用這種陽離子選擇性敏感膜作為離子選擇性敏感膜29，能夠提供對Na離子、K離子、Ca離子賦予特定的靈敏性的TFT離子傳感器107。
[0151]作為陰離子選擇性敏感膜，可以使用難溶性金屬鹽薄膜。作為金屬鹽薄膜，可以使用LaF3、AgCl、AgBr、Ag1、Ag2S、或與它們相似的難溶性金屬鹽。但是，不僅限于此。為了形成陰離子選擇性敏感膜，可以使用將粉末加壓成形為薄膜的方法、或者將粉末溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┎⑦M行旋轉(zhuǎn)涂覆的方法。優(yōu)選將薄膜的膜厚控制在1nm至100nm的范圍內(nèi)。
[0152]通過使用這種陰離子選擇性敏感膜作為離子選擇性敏感膜29，能夠提供對Ag離子、Cl離子、Br離子、S離子賦予特定的靈敏性的TFT離子傳感器107。第五示例性實施方式的其他結(jié)構(gòu)、操作和效果與第一至第四示例性實施方式的結(jié)構(gòu)、操作和效果相同。
[0153](第六示例性實施方式)
[0154]圖9是表示根據(jù)第六示例性實施方式的TFT離子傳感器108的剖視圖。
[0155]在第六示例性實施方式中，對將具有作為基本結(jié)構(gòu)的反向交錯型氧化物半導(dǎo)體TFT的TFT離子傳感器108進行說明、并通過將酶30固化到離子敏感絕緣膜14而對成為酶30的底物的物質(zhì)賦予靈敏性。
[0156]通過在離子敏感絕緣膜14的頂層上形成具有對特定的生物物質(zhì)的底物特定性的酶30，使TFT離子傳感器108具備對特定的生物物質(zhì)的敏感度，由此TFT離子傳感器108具有生物傳感功能。作為示例，在離子敏感絕緣膜14上固化酶30，并在離子敏感絕緣膜14的附近，促進酶與底物的反應(yīng)。由此，TFT離子傳感器108通過改變離子敏感絕緣膜14的附近的氫離子濃度并檢測氫離子濃度的變化，來檢測底物濃度。
[0157]該酶30用于提供對成為底物的特定生物物質(zhì)的親和力，并具有通過在離子敏感絕緣膜14的附近與底物進行反應(yīng)生成氫離子作為副產(chǎn)物來改變離子敏感絕緣膜14的附近的氫離子濃度即PH的功能。如在第一示例性實施方式中所示，通過使用絕緣氧化膜作為離子敏感絕緣膜14，可以對氫離子提供敏感性。根據(jù)第六示例性實施方式，通過對由酶反應(yīng)生成的氫離子進行量化，能夠間接地測量濃度。
[0158]作為固化到離子敏感絕緣膜14的酶30，可使用脫氫酶，諸如葡萄糖脫氫酶、醇脫氫酶、醛脫氫酶、甘油脫氫酶、谷氨酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、乳酸脫氫酶等。通過選擇適當(dāng)?shù)拿?，能夠?yīng)對各種測量對象。
[0159]為了將酶30固化，可使用自組裝單層膜(以下稱作“SAM(Self-AssembledMonolayer)膜”)。SAM膜通過使離子敏感絕緣膜14的輕基作為起點而鏈接，并作為與酶30之間的鏈接劑發(fā)揮作用。作為SAM膜的沉積方法，可使用旋轉(zhuǎn)涂覆、浸涂、真空沉積。但是，沉積方法不限于此。作為SAM膜的材質(zhì)，可使用經(jīng)由硫醇基使金屬表面改性的材料并且可使用硅烷偶聯(lián)劑。但是，材料不限于此，只要能夠獲得適當(dāng)?shù)逆I合強度即可。
[0160]作為第六示例性實施方式的示例，在使用葡萄糖作為底物、使用葡萄糖脫氫酶作為酶30的情況下，在酶30所固化到的離子敏感絕緣膜14的附近促進以下的反應(yīng)。
[0161]β -D-葡萄糖 +NAD+— D-葡糖酸 _1，5_ 內(nèi)酯 +NADH+H +
[0162]S卩，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)作為輔酶發(fā)揮功能，β-D-葡萄糖被氧化，并生成D-葡糖酸-1，5-內(nèi)酯和氫離子。此時，生成的氫離子與β-D-葡萄糖等量，因此可通過檢測氫離子的變化來測量測試樣品的β-D-葡萄糖度。第六示例性實施方式的其他結(jié)構(gòu)、操作和效果與第一至第五示例性實施方式的結(jié)構(gòu)、操作和效果相同。
[0163](第七示例性實施方式)
[0164]圖10是表示根據(jù)第七示例性實施方式的TFT離子傳感器109的剖視圖。
[0165]在第七示例性實施方式中，對具有作為基本結(jié)構(gòu)的反向交錯型氧化物半導(dǎo)體TFT的TFT離子傳感器109進行了說明、并通過將生物物質(zhì)固化到離子敏感絕緣膜14來對特定物質(zhì)賦予敏感性。TFT離子傳感器109設(shè)置有在離子敏感絕緣膜14的頂層上形成的具備對特定生物物質(zhì)有親和力的配體31。因此，其具有對特定生物物質(zhì)的敏感性并包括生物傳感功能。
[0166]配體31用于提供對特定生物物質(zhì)的親和力，其通過在離子敏感絕緣膜14的附近與具備親和力的生物物質(zhì)鏈接而引起離子敏感絕緣膜14的界面電位的變化。通過在下面形成的反向交錯型氧化物半導(dǎo)體TFT來檢測界面電位的變化，能夠獲取與配體31鏈接的生物物質(zhì)的量。即，能夠測量測試樣本中包含的對象物質(zhì)的濃度。
[0167]作為配體31，可使用糖、蛋白質(zhì)、DNA(DeoxyriboNucleic Acid:脫氧核糖核酸)、RNA(RiboNucleic Acid:核糖核酸)等。例如，作為糖，可使用單糖(諸如葡萄糖、半乳糖、果糖、核糖等)、低聚糖及其結(jié)合而成的多聚糖。作為蛋白質(zhì)，可使用酶、抗體、生物活性肽等。但是，所使用的蛋白質(zhì)不限于此。另外，同樣也可使用具備生物活性的糖一蛋白質(zhì)復(fù)合體、糖一脂質(zhì)復(fù)合體等。當(dāng)使用DNA或RNA作為配體31時，離子傳感器也可作為用于檢測具有互補結(jié)構(gòu)的DNA或RNA的部件使用。
[0168]作為第七示例性實施方式的示例，使用具備生物活性的糖鏈作為配體31時，離子傳感器可作為用于檢測具備對糖鏈的親和力的凝集素的部件使用。反之，當(dāng)使用凝集素作為配體31時，可通過綜合評價對各種糖鏈的親和力，將其應(yīng)用于凝集素的底物特異性的評價。
[0169]作為第七示例性實施方式的示例，當(dāng)使用抗體作為配體31時，離子傳感器可作為用于檢測成為抗原的蛋白質(zhì)的部件使用。反之，當(dāng)使用抗原作為配體時，離子傳感器也可作為用于探索有效的抗體的部件使用。
[0170]在使用蛋白質(zhì)等的巨分子作為配體31的情況下，將為了提高檢測敏感度而促進配體31和對象物質(zhì)的鏈接的區(qū)域設(shè)定在德拜長度內(nèi)是有效的。例如，當(dāng)使用抗體作為配體31時，使用使僅具有與抗體鏈接的部位的分子的尺寸減小的變型是有效的。第七示例性實施方式的其他結(jié)構(gòu)、操作及效果與第一至第六示例性實施方式的結(jié)構(gòu)、操作及效果相同。
[0171](第八示例性實施方式)
[0172]為了經(jīng)由Vg -1d特性的變化檢測在離子敏感絕緣膜表面上產(chǎn)生的雙電層電位差，減小與離子敏感絕緣膜接觸的半導(dǎo)體活性層的表面上的缺陷(即頂部通道的缺陷)是有效的。作為TFT離子傳感器的特性，理想的是能夠獲得與雙電層電位相對應(yīng)的Vg -1d特性的平行漂移。但是，當(dāng)在頂部通道中存在高密度的缺陷時，不能獲得理想的平行漂移，并且在某些情況下雙電層電位和Vg — Id特性漂移量之間的相關(guān)性可能中斷。為了抑制頂部通道中的缺陷，盡可能抑制在制作工序中暴露于藥劑和等離子體是重要的。例如，使用模板掩模是有效的。
[0173]通過使用頂部通道的缺陷密度不同的雙柵結(jié)構(gòu)TFT來說明對頂柵施加電壓的敏感性的不同。要注意到，雙柵結(jié)構(gòu)是指具有除參照圖1時由硅基板11構(gòu)成的柵電極以外在離子敏感絕緣膜14上具有第二柵電極(頂柵電極)的結(jié)構(gòu)。雙柵結(jié)構(gòu)TFT中施加頂柵電壓是與TFT離子傳感器中的離子敏感絕緣膜14表面上產(chǎn)生雙電層電位等價的行為。
[0174]例如，通過形成島狀的半導(dǎo)體活性層12和離子敏感絕緣膜14之間的界面(頂部通道)而不暴露于等離子體、藥液等，能夠降低缺陷密度。為了實現(xiàn)該點，例如，具有使用模板掩模或金屬掩膜將島狀的半導(dǎo)體活性層12、源電極13s以及漏電極13d沉積并形成為期望形狀的方法。這種方法可用于圖3至圖5中所示的TFT離子傳感器的情況。通過以這種方式減小頂部通道的缺陷密度，能夠以更高生產(chǎn)量制造高靈敏度的TFT離子傳感器。
[0175]另一方面，當(dāng)島狀半導(dǎo)體活性層的表面被藥液污染或者在加工的過程中被等離子體損壞時，缺陷密度提高。例如，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中在源電極13s和漏電極13d上進行蝕刻加工時，在某些情況下可能由于酸性溶劑或等離子體在島狀的半導(dǎo)體活性層12的表面上形成缺陷。
[0176]對缺陷密度不同的雙柵結(jié)構(gòu)TFT的頂柵電壓的敏感性評價的結(jié)果進行說明。在頂部通道的缺陷密度低的雙柵結(jié)構(gòu)TFT中，施加正頂柵電壓和負頂柵電壓，觀察Vg -1d特性的平行漂移。另一方面，在頂部通道的缺陷密度高的雙柵結(jié)構(gòu)TFT中，施加負頂柵電壓，觀察Vg — Id特性的平行漂移，但施加正頂柵電壓，觀察閾值特性下降，因此Vg — Id特性未發(fā)生平行漂移。即使在未觀察到Vg -1d特性的平行漂移的情況下，當(dāng)然能夠獲得實現(xiàn)高靈敏度的本發(fā)明的效果。為了根據(jù)Vg — Id特性的漂移來評價施加的頂柵電壓，更優(yōu)選使用具有低缺陷密度的雙柵結(jié)構(gòu)TFT，利用該具有低缺陷密度的雙柵結(jié)構(gòu)TFT，通過施加正負電壓可獲得Vg -1d特性的平行漂移。實現(xiàn)頂柵效果的傾向被反映到使用TFT作為基本結(jié)構(gòu)的各示例性實施方式中所示的TFT離子傳感器。因此，當(dāng)然，減小頂部通道的缺陷密度對提高根據(jù)本發(fā)明的TFT離子傳感器的靈敏度更有效。
[0177]作為頂部通道缺陷的定量指標，例如，具有在使用氧化物半導(dǎo)體作為島狀半導(dǎo)體活性層的情況下氧化物半導(dǎo)體表面上的鏈接狀態(tài)。在對氧化物半導(dǎo)體上的源極-漏電極的圖案化采用使用基于氟的氣體(諸如，的干式蝕刻的情況下，在氧化物半導(dǎo)體表面生成與氟的鍵合。這種現(xiàn)象可通過XPS (x-ray Photoelectron Spectroscopy:X射線光電子能譜)定量地評價，并且可觀察為表示In3d5、Ga2p3、Zn2p3的鍵合的峰值向高能量側(cè)的漂移。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體表面長時間暴露于Ar等離子體等時，In — O、Ga — O、Zn — O的鍵開裂，并在氧化物半導(dǎo)體表面上產(chǎn)生氧耗竭。這種現(xiàn)象可通過XPS定量地評價，并且可觀察為表示In3d5、Ga2p3、Zn2p3的鍵的峰值向低能量側(cè)的偏移?？筛鶕?jù)偏移的峰值強度來估計缺陷密度。IX 121CnT3或更小的缺陷密度是可取的。
[0178]如上所述，通過抑制可通過XPS定量地評價的頂部通道上的缺陷，可實現(xiàn)具有對雙電層電位的高響應(yīng)性的更高靈敏度的TFT離子傳感器。
[0179](第九示例性實施方式)
[0180]