発明の概要pHセンサ1は、計測イオン102と非計測イオン103とを含む計測対象101に設置されて、計測イオン102の濃度を得る。pHセンサ1は、計測対象101の計測対象電圧(VT)を制御する計測対象電源16と、計測イオン102を選択的に捕捉して、捕捉した計測イオン102の数に対応するpH依存電圧(VPH)を生じさせる計測イオン感応膜7を含む計測ISFET2と、計測イオン感応膜7の膜制御電圧(VC)を制御する計測膜電源18と、計測対象電源16及び計測膜電源18のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部19と、を備える。前記計測膜電源のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部と、を備える、イオン濃度計測装置。[請求項2]前記計測膜電源に接続され、前記計測イオン感応膜に埋め込まれた計測膜電極をさらに備える、請求項1に記載のイオン濃度計測装置。[請求項3]前記計測膜電極は、複数の電極リッジを含む、請求項2に記載のイオン濃度計測装置。[請求項4]前記計測センサ部は、基板と、前記基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた前記計測イオン感応膜と、を有するイオン選択性電界効果型トランジスタである、請求項3に記載のイオン濃度計測装置。[請求項5]前記電極リッジは、前記基板に形成されたソースとドレインとの間に流れる電流の方向と交差する方向に延びると共に、前記電流の方向に沿って互いに離間する、請求項4に記載のイオン濃度計測装置。前記電源制御部は、前記基板電源を制御する、請求項2又は3に記載のイオン濃度計測装置。前記計測膜電源の少なくとも一方を制御する、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。前記計測膜電源の少なくとも一方を制御する、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。前記計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記計測センサ部より捕捉された前記計測イオンの数に対応する電圧を得る計測動作と、を繰り返し行う、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。前記第2の計測動作は、前記第1の計測動作がn回(nは2以上の整数)実行されるごとに行われる、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。前記計測膜電源のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部と、を備える、イオン濃度計測装置。[0001]本発明は、イオン濃度計測装置に関する。[0002]水素イオン指数(以下「pH」と呼ぶ)は、農業分野及び水質検査分野において重要な物理量である。Transistor:ISFET)を用いる手段が知られている。非特許文献1は、ISFETに関する技術を開示する。S.A.)、1981年、pp.77-96。Actuators)、1998年、pp.146-155。[0004]例えば、農業分野においては、作物ごとに適した土壌のpHの値が存在することが知られている。そこで、土壌などの細かな粒子が混在する対象物のpHを長期間に亘って連続的に計測する技術が望まれている。リトマス試験紙を用いる計測手段は、連続的な計測には不向きである。ガラス電極を用いる手段は、ガラス電極と比較電極とを有する。比較電極は、被計測液と電極との電気的接続を確保するための液落部を有する。この液落部は、詰まりやすい。非特許文献2は、ISFETの出力が経時的な特性変動(ドリフト)を含むことを開示する。従って、いずれの手段においても、イオン濃度に応じた信号を長期間に亘って連続的に安定して得ることが難しかった。[0005]本発明は、イオン濃度を長期間に亘って連続的に安定して得ることが可能なイオン濃度計測装置を提供する。[0006]本発明の一形態のイオン濃度計測装置は、計測イオンと非計測イオンとを含む計測対象に設置されて、計測イオンの濃度を得る。イオン濃度計測装置は、計測対象の電圧を制御する計測対象電源と、計測イオンを選択的に捕捉して、捕捉した計測イオンの数に対応する電圧を生じさせる計測イオン感応膜を含む計測センサ部と、計測イオン感応膜の電圧を制御する計測膜電源と、計測対象電源及び計測膜電源のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部と、を備える。[0007]このイオン濃度計測装置では、計測対象の計測対象電圧は計測対象電源から与えられる電圧に基づく。計測イオン感応膜の電圧は、捕捉した計測イオンに対応する電圧と計測膜電源から与えられる計測膜電圧とに基づく。電源制御部は、計測対象電源が出力する電圧と計測膜電源が出力する電圧との関係を制御する。電源制御部が計測対象電源及び計測膜電源を制御することにより、計測対象電圧に対する計測膜電圧の極性を非計測イオンの極性と同じにすることができる。電源制御部の制御によれば、計測対象電圧と計測膜電圧との差分を小さくすることもできる。このような計測対象電圧と計測膜電圧との関係によれば、非計測イオンを計測イオン感応膜に引き寄せることがない。その結果、非計測イオンが計測イオン感応膜に作用することで生じる計測イオン選択感応膜の出力におけるドリフトを抑制することができる。従って、イオン濃度計測装置は、イオン濃度に応じた信号を長期間に亘って連続的に安定して得ることができる。[0008]一形態において、イオン濃度計測装置は、計測膜電源に接続され、計測イオン感応膜に埋め込まれた計測膜電極をさらに備えてもよい。計測イオン感応膜の内部には、電界が生じる。この構成によれば、当該電界の勾配を大きくすることができる。電界の勾配が大きくなると、非計測イオンが計測イオン感応膜により近づきにくくなる。その結果、非計測イオンに起因するイオン選択性電界効果型トランジスタの出力が含むドリフトをさらに抑制することができる。[0009]一形態において、計測膜電極は、複数の電極リッジを含んでもよい。この構成によれば、非計測イオンの計測イオン感応膜への浸潤が抑制される。この構成によれば、イオン濃度を計測することができる。[0010]一形態において、センサ部は、基板と、基板上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜上に設けられた計測イオン感応膜と、を有するイオン選択性電界効果型トランジスタであってもよい。この構成によれば、イオン濃度の変化を好適に捉えることができる。[0011]一形態において、電極リッジは、基板に形成されたソースとドレインとの間に流れる電流の方向と交差する方向に延びると共に、電流の方向に沿って互いに離間してもよい。この構成によれば、計測イオン感応膜が生じる電位差を好適に捉えることができる。[0012]一形態において、センサ部は、基板と、基板上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜上に設けられた計測イオン感応膜と、を有するイオン選択性電界効果型トランジスタであり、基板の電圧を制御する基板電源をさらに備えてもよい。電源制御部は、基板電源を制御してもよい。この構成によれば、計測対象電圧と計測膜電圧との関係を非計測イオンの計測イオン感応膜への浸潤を抑制し得る関係に設定できる。イオン選択性電界効果型トランジスタの閾値制御を行うことができる。[0013]一形態において、電源制御部は、非計測イオンの極性が負であるときに、計測イオン感応膜の電圧が計測対象の電圧よりも小さくなるように、計測対象電源及び計測膜電源の少なくとも一方を制御してもよい。この構成によれば、極性が負である非計測イオンに起因するイオン選択性電界効果型トランジスタの出力が含むドリフトを抑制することができる。[0014]一形態において、電源制御部は、非計測イオンの極性が正であるときに、計測イオン感応膜の電圧が計測対象の電圧よりも大きくなるように、計測対象電源及び計測膜電源の少なくとも一方を制御してもよい。この構成によれば、極性が正である非計測イオンに起因するイオン選択性電界効果型トランジスタの出力が含むドリフトを抑制することができる。[0015]一形態において、電源制御部は、計測対象の電圧と計測イオン感応膜の電圧との差分が小さくなるように、計測対象電源及び計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、計測イオン感応膜への非計測イオンの浸潤を抑制する抑制動作と、計測対象の電圧と計測イオン感応膜の電圧とが互いに異なる電位となるように、計測対象電源及び計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、計測センサ部より捕捉された計測イオンの数に対応する電圧を得る計測動作と、を繰り返し行ってもよい。この構成によれば、極性が正又は負である非計測イオンに起因するイオン選択性電界効果型トランジスタの出力が含むドリフトを抑制することができる。[0016]一形態におけるイオン濃度計測装置は、計測イオンを選択的に捕捉して、捕捉した計測イオンの数に対応する電圧を生じさせる補正イオン感応膜を含む補正センサ部と、補正イオン感応膜の電圧を制御する補正膜電源と、をさらに備え、電源制御部は、計測対象の電圧と計測イオン感応膜の電圧との差分が小さくなるように、計測対象電源及び計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、計測イオン感応膜への非計測イオンの浸潤を抑制する第1の抑制動作と、計測対象の電圧と計測イオン感応膜の電圧とが互いに異なる電位となるように、計測対象電源及び計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、計測センサ部より捕捉された計測イオンの数に対応する電圧を得る第1の計測動作と、を繰り返し行い、計測対象の電圧と補正イオン感応膜の電圧との差分が小さくなるように、計測対象電源及び補正膜電源の少なくとも一方を制御することにより、補正イオン感応膜への非計測イオンの浸潤を抑制する第2の抑制動作と、計測対象の電圧と補正イオン感応膜の電圧とが互いに異なる電位となるように、計測対象電源及び補正膜電源の少なくとも一方を制御することにより、補正センサ部より計測イオンの数に対応する電圧を得る第2の計測動作と、を繰り返し行い、第2の計測動作は、第1の計測動作がn回(nは2以上の整数)実行されるごとに行われてもよい。[0017]この構成によれば、補正センサ部は、第2の計測動作を第1の計測動作がn回(nは2以上の整数)実行されるごとに行う。第2の計測動作を行わない期間は、第2の抑制動作を行っている。すると、補正センサ部は、計測センサ部と比べて、抑制動作を行う時間が長くなる。従って、補正センサ部によれば、ドリフトの影響がより抑制されたデータを得ることができる。計測センサ部は、補正センサ部よりも計測動作の回数が多いので、補正センサ部と比べてより多くのデータを得ることができる。計測動作の回数が増加すると、ドリフトの影響を含んでしまう。そこで、上記の構成では、ドリフトの影響を含むがより多くの計測データが得られる計測センサ部の出力を、ドリフトの影響が小さい計測データが得られる補正センサ部の出力を使って補正することが可能である。従って、長期間に亘って、ドリフトの影響が抑制された多数の計測データを得ることができる。[0018]また、別の形態におけるイオン濃度計測装置は、計測イオンと非計測イオンとを含む計測対象に設置されて、計測イオンの濃度を得る。イオン濃度計測装置は、計測対象の電圧を制御する計測対象電源と、計測イオンを選択的に捕捉して、捕捉した計測イオンの数に対応する電圧を生じさせるイオン捕捉膜を含む計測センサ部と、イオン捕捉膜の電圧を制御する計測膜電源と、計測対象電源及び計測膜電源のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部と、を備えてもよい。[0019]一形態において、計測膜電極は、ストライプ型としてもよい。[0020]本発明によれば、イオン濃度を長期間に亘って連続的に安定して得ることが可能なイオン濃度計測装置が提供される。図1は、第1実施形態のpHセンサの構成を示す図である。図2は、図1に示す計測イオン感応膜を拡大して示す図である。図3は、計測対象電圧と膜電圧との関係を示す図である。図4の(a)部は膜電極を模式的に示す図である。図4の(b)部は図4の(a)部に示す構成の等価回路を示す図である。図5は、第2実施形態のpHセンサの構成を示す図である。図6は、第3実施形態のpHセンサの動作を説明するための図である。図7は、第4実施形態のpHセンサの構成を示す図である。図8は、第4実施形態のpHセンサの動作を説明するための図である。図9は、第4実施形態のpHセンサの動作フローを説明するための図である。図10は、変形例1のpHセンサの構成を示す図である。図11は、実験例1及び参考例1の結果を示すグラフである。図12は、実験例2及び参考例2における装置構成を模式的に示す図である。図13は、実験例2及び参考例2の結果を示すグラフである。図14の(a)部は変形例2のpHセンサが備える電極を示す図であり、図14の(b)部は変形例3のpHセンサが備える電極を示す図である。図15の(a)部は変形例4のpHセンサが備える電極を示す図であり、図15の(b)部は変形例5のpHセンサが備える電極を示す図である。図16の(a)部は変形例6のpHセンサが備える電極を示す図であり、図16の(b)部は変形例7のpHセンサが備える電極を示す図である。図17の(a)部は第1実施形態のpHセンサが備える計測ISFETを示す図であり、図17の(b)部は変形例8のpHセンサが備える計測ISFETを示す図である。図18の(a)部は変形例9のpHセンサが備える計測ISFETを示す図であり、図18の(b)部は変形例10のpHセンサが備える計測ISFETを示す図である。図19の(a)部は変形例11のpHセンサが備える計測ISFETを示す図であり、図19の(b)部は変形例12のpHセンサが備える計測ISFETを示す図である。[0022]以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。[0023][第1実施形態]図1に示すイオン濃度計測装置は、例えば、土壌である計測対象101に配置される。以下の説明では、イオン濃度計測装置を「pHセンサ1」と呼ぶ。pHセンサ1は、計測イオン102である水素イオンの濃度を直接且つ連続的に得る。以下の説明では、水素イオンの濃度を「pH」と呼ぶ。計測対象101は、計測イオン102と非計測イオン103とを含む。計測イオン102は、上述したように水素イオンが例示される。非計測イオン103は、水酸化物イオンなどが例示される。Transistor:ISFET)を備える。ISFETを備えるpHセンサ1は、計測イオン102が特異的に吸着する材料をMOSFETのゲート部に感応膜として接続する。pHセンサ1は、計測イオン102の吸着密度の違いで発生する電圧変化を読み取る。この構成によれば、pHセンサ1を土壌に直接に配置することが可能である。この構成によれば、pHセンサ1の小型化及び高精度化を図ることもできる。[0024]pHセンサ1は、主要な構成要素として、計測ISFET2(計測センサ部)と、電源部3と、を有する。[0025]計測ISFET2は、基板4と、絶縁膜6と、計測イオン感応膜7(イオン捕捉膜)と、保護膜8と、を有する。基板4は、例えばn型シリコンにより構成されている。基板4の一部には、ソース9及びドレイン11が設けられている。ソース9は、p型である。ドレイン11も、p型である。ソース9は、線路L1を介して基板4と電気的に接続されている。この接続によれば、ソース9は、基板4と同電位である。ドレイン11は、基板電源12を有する線路L2を介して基板4と電気的に接続されている。基板電源12は、ドレイン電圧を計測ISFET2に提供する。ソース9とドレイン11との間の電位差は、ドレイン電圧である。[0026]例えば、計測膜電源18を接続しない構成であるとき、計測ISFET2の動作(閾値電圧)は、計測対象電源16と基板4との電位差により決まる。計測ISFET2がON状態であるとき、ドレイン11とソース9との間に電流が流れる。従って、チャネル13の電圧は、ドレイン11の電圧とソース9の電圧との中間値である。このとき、基板電源12の電圧は、計測対象電源16の電圧より大きい(閾値電圧<計測対象電源16の電圧<基板電源12の電圧)。その結果、計測ISFET2は、後述するドリフトを充分に抑制できない可能性が生じる。[0027]計測膜電源18によれば、後述する出力電圧のドリフトを抑制する条件と、計測ISFET2を動作させる条件と、を両立させることができる。出力電圧のドリフトを抑制する条件とは、計測膜電源18の電圧が計測対象電源16の電圧より小さい(計測膜電源18の電圧<計測対象電源16の電圧)というものである。計測ISFET2を動作させる条件とは、閾値電圧が計測膜電源18の電圧より小さく、計測膜電源18の電圧が基板電源12の電圧より小さい(閾値電圧<計測膜電源18の電圧<基板電源12の電圧)というものである。従って、計測膜電源18によれば、計測イオン感応膜7における不均一さが解消される。その結果、ドリフトの抑制が容易になるので、ドリフトを充分に抑制することができる。ドレイン11の電圧としての基板電源12の電圧を所望の値に設定できる。[0028]基板4の主面には、絶縁膜6が設けられている。この主面は、ソース9、ドレイン11及びチャネル13のそれぞれの主面を含む。2)により構成されている。絶縁膜6は、計測イオン感応膜7と、保護膜8と、に覆われている。絶縁膜6の主面には、計測イオン感応膜7と保護膜8とが設けられている。計測イオン感応膜7は、絶縁膜6を介してチャネル13上に設けられている。計測イオン感応膜7は、FETにおけるゲートとして機能する。計測イオン感応膜7は、計測対象101に対して直接に接触する。計測イオン感応膜7は、計測対象101に含まれる計測イオン102を選択的に捕捉する。計測イオン102は、水素イオンである。従って、計測イオン感応膜7には、水素イオンに対して特異的な吸着を促すOH基を膜表面に有する材料が用いられる。計測イオン感応膜7に覆われていない絶縁膜6の主面には、保護膜8が設けられている。保護膜8として、例えば、酸化シリコン膜8a(SiOx)及び窒化シリコン膜8b(SiNx)を用いてよい。[0029]電源部3は、計測対象電極14と、計測対象電源16と、計測膜電極17と、計測膜電源18と、電源制御部19と、を有する。[0030]計測対象電源16は、線路L3によって計測対象電極14と電気的に接続されている。計測対象電源16は、線路L4によってソース9と電気的に接続されている。従って、計測対象電源16の電圧の基準は、ソース9の電位或いは基板4の電位である。以下の説明では、計測対象電源16の電圧の基準は、ソース9の電位であるとして説明する。[0031]計測対象電極14及び計測対象電源16は、ソース9の電位と計測対象101の電位との差を一定に保つ。換言すると、計測対象電極14及び計測対象電源16は、ソース9の電位を基準とした計測対象101の電位を一定に保つ。T)は、参照電圧と称してもよい。計測対象電極14は、計測対象101に配置される。計測対象101が土壌である場合には、計測対象電極14は土壌に配置される。T)は、計測対象電極14に接続された計測対象電源16から出力される。