半導体微細加工によるMEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 技術を用いると、高度なセンサなどが安価に製造でき、これらはIoTのキーデバイスとなっている。以下では4回に分けて、システムの要求に応え、装着やパッケージングの工夫、回路やアクチュエータなどと組み合わせたMEMSセンサの例などを紹介する。

1. 半導体イオンセンサ (装着に適した構造)

47年前の大学院生の時(1971年)に研究した、ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor)と呼ばれる半導体イオンセンサを紹介する。電解液中の特定のイオンの濃度を計測するには、図1左に示すイオン選択性電極が使われている。水素イオン濃度であるpHを測るガラス電極はその代表例であるが、イオン感応層であるガラスと液の界面電位がpHで変化し、その電位はガラス膜を通して測定されるため、小型化すると高抵抗になる問題があった。ISFETの場合は図1右のように絶縁ゲートFETのゲート絶縁膜上にあるイオン感応層表面で生じる電位を、FETで電流に変換するため、小形化に適している。水素イオンの場合にはイオン感応層表面のSi-OH基が液中の水素イオン濃度に対応して、酸性の場合には　Si-OH₂⁺にアルカリ性の場合にはSi-O^–に、それぞれ電荷を持ち界面電位を生じる。どのイオンに選択的に応答するかはイオン感応層表面組成により以下のような機構で変わり、表面にSi-Al-O^–基を持つアルミノシリケートをイオン感応層に用いるとNa⁺イオンに応答する。Si-O^–基の場合は電界が強いため、H+イオンを水和した状態から分離させて結合しpHセンサとして働く。これに対しSi-Al-O^–基の場合にはSi-O^–基よりも負電荷が分散し電界が弱いためにH⁺イオンは水和状態にあるが、水和エネルギの弱いNa⁺イオンはSi-Al-O^–基と結合することができてpNaセンサとなる。これを利用しpHとpNaを測れるマルチイオンセンサ用ISFETも製作されている¹⁾。