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公開番号2025136791
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024035640
出願日2024-03-08
発明の名称センサ素子及びセンサアレイ
出願人株式会社リコー
代理人個人,個人
主分類G01N 27/00 20060101AFI20250911BHJP(測定;試験)
要約【課題】センサ感度が制御されたセンサ素子を提供する。
【解決手段】センサ素子100は、第1電極16と、第2電極18と、原子層状材料を有し、前記第1電極16及び第2電極18の間に配置され、前記第1電極16及び第2電極18と電気的に接続されたチャネル層14と、前記チャネル層14上を覆う絶縁層20と、を備え、前記チャネル層14は、前記絶縁層に覆われない露出領域を複数有し、前記複数の露出領域において、前記チャネル層14は、前記原子層状材料に結合し、試料内の標的物質を捕捉する捕捉体を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
原子層状材料を有し、前記第１電極及び第２電極の間に配置され、前記第１電極及び第２電極と電気的に接続されたチャネル層と、
前記チャネル層上を覆う絶縁層と、
を備え、
前記チャネル層は、前記絶縁層に覆われない露出領域を複数有し、
前記複数の露出領域において、前記チャネル層は、前記原子層状材料に結合し、試料内の標的物質を捕捉する捕捉体を備える、センサ素子。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記チャネル層において、前記複数の露出領域の密度が場所により異なる、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記チャネル層の中央部における前記複数の露出領域の密度と前記チャネル層の周縁部における前記複数の露出領域の密度とが異なる、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記試料の導入方向または前記導入方向に直交する方向において、前記複数の露出領域の密度分布が設けられている、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記第１電極と前記第２電極との配列方向から見て、前記チャネル層の全てに前記複数の露出領域の少なくとも１つが設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記チャネル層の端は前記絶縁層から露出しない、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項７】
前記原子層状材料は、グラフェンを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項８】
前記センサ素子は、溶液内の標的物質を検出する、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項９】
前記センサ素子は、気体内の標的物質を検出する、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ素子を複数備える、センサアレイ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子及びセンサアレイに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
バイオセンサなどに用いられるセンサ素子として、グラフェンなどの原子層状のチャネル層を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）が知られている。
【０００３】
センサ素子では、標的物質が、チャネルに接合された捕捉体に捕捉されると、チャネル層の電位が変化する。そこで、チャネル層を流れる電流に基づき、標的物質の検出が可能となる。グラフェンをチャネル層とするセンサ素子について、チャネル層の一部及び電極上に絶縁層を設け、絶縁層に、開口を設けることが知られている（例えば特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、チャネル層に接合する捕捉体の数及び密度の制御が難しい。このため、センサ感度の制御が難しい。
【０００５】
本発明は、センサ感度が制御されたセンサ素子及びセンサアレイ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】
【０００６】
開示の技術の態様によれば、センサ素子は、第１電極と、第２電極と、原子層状材料を有し、前記第１電極及び第２電極の間に配置され、前記第１電極及び第２電極と電気的に接続されたチャネル層と、前記チャネル層上を覆う絶縁層と、を備え、前記チャネル層は、前記絶縁層に覆われない露出領域を複数有し、前記複数の露出領域において、前記チャネル層は、前記原子層状材料に結合し、試料内の標的物質を捕捉する捕捉体を備える。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、センサ感度が制御されたセンサ素子及びセンサアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子の断面図である。
図３（ａ）は、第１比較例に係るセンサ素子の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子の断面図である。
図５（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例１に係るセンサ素子の断面図、図５（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例２に係るセンサ素子の断面図である。
図６（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例３に係るセンサ素子の断面図、図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例４に係るセンサ素子の断面図である。
図７（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例５に係るセンサ素子の断面図、図７（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例６に係るセンサ素子の断面図である。
図８（ａ）から図８（ｃ）は、本発明の第１実施形態の変形例７に係るセンサ素子の平面図である。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例８に係るセンサ素子の平面図である。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例９に係るセンサ素子の平面図である。
図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、本発明の第１実施形態の変形例１０に係るセンサアレイの平面図である。
図１２は、本発明の第１実施形態の変形例１１に係るセンサアレイの平面図である。
図１３は、本発明の第１実施形態の変形例１２に係るセンサアレイの平面図である。
図１４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るセンサ素子を示す平面図、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）は、それぞれ図１４（ａ）のＡ－Ａ断面図及びＢ－Ｂ断面図である。
図１５は、本発明の第２実施形態に係るセンサ素子の断面図である。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第１比較例におけるチャネル層の端を示す平面模式図、図１６（ｃ）は、本発明の第２実施形態におけるチャネル層の端を示す平面模式図である。
図１７（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るセンサ素子の平面図、図１７（ｂ）は、本発明の第２実施形態の変形例１に係るセンサ素子の平面図である。
図１８（ａ）は、本発明の第２実施形態の変形例２に係るセンサ素子の平面図、図１８（ｂ）は、本発明の第２実施形態の変形例３に係るセンサ素子の平面図である。
図１９（ａ）は、本発明の第２実施形態の変形例４に係るセンサ素子の平面図、図１９（ｂ）は、本発明の第２実施形態の変形例５に係るセンサ素子の平面図である。
図２０（ａ）は、本発明の第２実施形態の変形例６に係るセンサ素子の平面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
図２１は、本発明の第２実施形態の変形例７に係るセンサ素子の断面図である。
図２２は、本発明の第１実施形態、第２実施形態及びその変形例が用いられるセンサシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【００１０】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ素子を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。基板１０の厚さ方向をＺ方向、電極１６と１８の配列方向をＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向に交差する方向をＹ方向とする。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１実施形態に係るセンサ素子１１０は、基板１０、絶縁層１２、２０、チャネル層１４、電極１６及び１８を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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