図2に、この発明の実施例の複合検出装置1� �平面図を示す。図2のC線断面図とD線断面図� �図3(A)に示す。また、図2のE線断面図を図4に� ��す。
 図2に示す複合検出装置1はpH検出系10と光検� ��系30とを備えている。
 pH検出系10は、図2においてC線に沿って形成� ��れている。このpH検出系10は従来と同様な構 成を採る。即ち、図3(A)に示すように、シリ� �ン基板(p型)11の表面にn層及びn+層が形成され る。シリコン基板11の表面にはシリコン酸化� ��(絶縁膜)13が形成され、この絶縁膜13の上に� ��属膜がパターニングされて各種の電極を形� ��する。n層が埋め込みチャネル層15となる。

 図3において、参照番号21はセンシング部、� ��照番号22は電荷供給部、参照番号23は電荷供 給調節部を示す。
 センシング部21において絶縁膜13の表面には 検出対象にウエットな状態で接触できるよう に凹部が形成されるとともに、参照電極25が� ��設される。センシング部21において基板11の 表面には埋め込みチャネル層(n層)が形成され ている。
 かかるセンシング部21が検出対象に触れる� �、そのpHに応じてポテンシャルが変化する。 また、センシング部21へ光が導入されると光� ��効果により電子とホールが形成される。こ� ��にセンシング部21には埋め込みチャネル層� �形成されているので、既述のように(図1参照 )ホールの一部が基板表面のポテンシャルの� �部へ蓄積される。他方電子はpHに応じて形成 されたポテンシャルの井戸へ入り込む。

 電荷供給部22はn+領域からなり、インプット ダイオードIDが接続されている。電荷供給調� ��部23はセンシング部21と電荷供給部22との間� ��おいて、半導体基板11に絶縁膜13を介して入 力調節ゲート電極ICGを対向させ、このゲート 電極ICGへ所定の電圧を印加することにより、 電荷供給部22とセンシング部21との間にポテ� �シャルの壁を形成する。
 センシング部21と入力調節ゲート電極ICGと� �間に、独立に制御可能な第2の入力調節ゲー� ��電極を形成することができる。当該第2の入 力調節ゲート電極によりセンシング部21に連� ��するポテンシャル井戸を形成し、センシン� ��部21に残存する電子を当該ポテンシャル井� �へ吸い込ませることができる。

 図3(A)において、符号26は第1の電荷蓄積部を 示し、符号27は電荷転送調節部を示す。第1の 電荷蓄積部26はフォローティングディフュー� ��ョン領域とも呼ばれ、基板11のn+領域からな る。電荷転送調節部27はセンシング部21と第1� ��電荷蓄積部26との間において、半導体基板11 に絶縁膜13を介して転送ゲート電極TGを対向� �せ、この転送ゲート電極TGへ所定の電圧を印 加することにより、センシング部21と第1の電 荷蓄積部26との間にポテンシャルの壁を形成� ��る。そしてこのポテンシャルの壁の高さを� ��化させることにより、センシング部21の電� �を第1の電荷蓄積部26へ転送する。
 第1の電荷蓄積部26に蓄積された電子は、所� ��のタイミングで図5に示すソースフォロワー 回路に読み出され、出力電圧Voutに変換され� �。即ち、第1の電荷蓄積部26に蓄積された電� �に応じてMOSのゲート電圧が変化すると抵抗� �流れる電流が変化し、その結果、出力電圧Vo utが変化する。
 リセットゲート電極RG及びリセットダイオ� �ドは第1の電荷蓄積部26の電荷をリセットす� �ためのものである。

 光検出系30は、図2においてD線にそって形成 されている。
 図3(A)に示す符号31は第2の電荷蓄積部である 。センシング部21の電位からみたとき、第2の 電荷蓄積部31のポテンシャルは第1の電荷蓄積 部26と反対側にある。これにより、センシン� ��21の表面側において光電効果により生成さ� �たホールであって、当該第2の電荷蓄積部31� �近いものがこの第2の電荷蓄積部31へ蓄積さ� �る(図1参照)。
 第2の電荷蓄積部31は半導体基板11へ、絶縁� �13を介してフローティングゲート電極FGを対� ��させてなる。
 符号33はn+領域である。

 図2のE線断面図を図4に示す。
 図4からわかるように、第2の電荷蓄積部31は 、比較的高電位の入力調節ゲート電極ICGとリ セットゲート電極RG2ではさまれている。これ ら電極によるポテンシャルの井戸36、37と、n+ 領域33によるポテンシャルの井戸により、第2 の電荷蓄積部31は他の領域から独立している� ��換言すれば、どのタイミングにおいてもホ� ��ルを蓄積することができる。

 ホールを蓄積した半導体基板の表面へ絶� ��膜(薄膜)13を介して対向するフローティング ゲート電極FGには、キャパシタンスカップリ� ��グにより電子が生成される。この電子を図5 に示すソースフォロア回路で読み出して出力 電圧Voutに変換する。即ち、フローティング� �ート電極FGに生成された電荷に応じてMOSのゲ ート電圧が変化すると抵抗に流れる電流が変 化し、その結果、出力電圧Voutが変化する。

 次に、実施例の複合検出装置1の動作につい て説明する(図3参照)。
 図3(B)は前回の検出結果として電子が第1の� �荷蓄積部26に存在し、第2の電荷蓄積部31には ホールが蓄積されている。
 この状態から第1の電荷蓄積部26の電荷及び� ��ォローティングゲート電極FGの電荷をそれ� �れに接続されたソースフォロア回路へ読み� �して、出力電圧Voutを得る。
 その後、図3(C)に示すように、リセットゲー ト電極RGの電位を調節して第1の電荷蓄積部26� ��電荷をリセットダイオードRDから外部へ排� �する。一方、第2の電荷蓄積部31に蓄積され� �ホールは、第2のリセットゲート電極RG2の電� ��を調整してポテンシャルの井戸37を消失さ� �る。これにより、ホールは基板表面へ拡散� �、消滅する。
 これにより、複合検出装置1はリセットされ る。

 複合検出装置1によるpH値及び光の新たな検� ��は図3(D)より再開される。
 図3(D)では電荷供給部22から電子をあふれ出� ��せてセンシング部21を電子で充満する。次� �、図3(E)に示すように、電荷供給部22の電子� �減少させると、電荷供給調節部23のポテンシ ャルの壁により、センシング部21の電子がす� ��切られて、センシング部21には、そのポテ� �シャルの深さ(pHに依存)に対応した量の電子� ��残存する。
 図3(F)では転送ゲート電極TGの電位を調節し� ��、センシング部21に残存した電子を第1の電� ��蓄積部26へ転送し、そこに蓄積する。
 図3(D)~図3(F)までの動作を繰り返すことによ� ��、第1の電荷蓄積部には電子が累積されるこ ととなる。
 この間(図3(D)~図3(F)を繰り返す間)、センシ� �グ部21へ入射した光により形成されるホール は継続して、即ち何ら途切れることなく、第 2の電荷蓄積部31へ蓄積される。ホールの形成 は入射された光の量に比例する。即ち、pH値� ��検出を行うと同時にセンシング部へ入射さ� ��た光の量が検出されることとなる。
 この状態から、第1の電荷蓄積部26の電荷及� ��フォローティングゲート電極FGの電荷をそ� �ぞれに接続されたソースフォロア回路へ読� �出せば、同時に、pH値に対応した出力電圧Vou tとpH値を測定した間にセンシング部へ入射さ れた光の量に対応した出力電圧Voutを得るこ� �ができる。

 図6にはフローティングゲート電極FGの電荷� ��測定する他のシステムを示す。なお、図2と 同一の要素には同一の符号を付してその説明 を省略する。なお、図6において符号121は電� �測定部である。
 この例では、フローティングゲート電極FG� �電荷量を、汎用的な化学・物理現象測定装� �を用いて測定するものであり、当該化学・� �理現象測定装置には、実施例のpH検出系10と� ��種の構成を採用している。これにより、製� ��工程の共通化が達成でき測定装置の製造コ� ��トが削減される。
 図6の測定装置において、電荷供給のタイミ ング及び電荷転送のタイミングは、図2の複� �検出装置1におけるそれらのタイミングと同� ��させることが好ましい。なお、電荷を転送� ��るタイミング(図6(F)参照)で第2のリセットゲ ート電極RG2をオンして、第2の電荷蓄積部31に 蓄積されたホールを一旦リセットすることが 好ましい。これにより、pH値の検出と光の検� ��とをより精密に同期させられる。

 図7には、他の実施例の複合測定装置200を示 す。図7において図2と同一の要素には、同一� ��符号を付してその説明を省略する。
 図2の複合測定装置1では、矩形のセンシン� �部21に対してその対向する2辺の一方側に電� �供給部及び電荷供給調節部を配置し、他方� �辺に第1の電荷蓄積部及び電荷転送調節部を� ��置し、センシング部21において残りの一辺� �第2の電荷蓄積部が配設されている。
 図7の例では、センシング部21において相対� ��する2辺に第2の電荷蓄積部を配設させた。� �ち、図2との比較において、センシング部21� �下側辺に沿って第2のフローティングゲート� ��極FG2、第3のリセットゲート電極RG3、及び第 2のn+領域が形成されている。
 第2のフローティングゲート電極FG2は、図5� �示したソースフォロワー回路若しくは図6に� ��した測定装置へ接続される。

 図8には、他の実施例の複合測定装置300を示 す。図8において図2と同一の要素には同一の� ��号を付してその説明を省略する。
 図8の例では、矩形のセンシング部21におい� ��隣り合う辺の一方側に電荷供給部及び電荷� ��給調節部を配置し、他方の辺に第1の電荷蓄 積部及び電荷転送調節部を配置し、センシン グ部21において残りの隣り合う2辺に第2の電� �蓄積部が配設されている。
 これにより、第2の電荷蓄積部の容積が大き くなり、より多くのホールを蓄積可能となる 。これにより、大きなダイナミックレンジを 確保できる。また、図7の例に比べて図8の例� ��は、フローティングゲートが1本に集約され るので、構成が簡素化され、小型を達成でき る。

 以上説明した各例の複合測定装置は、セ� ��シング部を中心にして電極及び高濃度ドー� ��領域を当該センシング部の周辺へ直線的に� ��置すればよい。従って、この発明の複合測� ��装置は高密度のアレイ化に適しており、検� ��対象における同時刻のpH値及び光量の各分� �を高精度でイメージ化可能となる。

 この発明は、上記発明の実施の形態及び� ��施例の説明に何ら限定されるものではない� ��特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者� ��容易に想到できる範囲で種々の変形態様も� ��の発明に含まれる。