The tranzistory s efektom poľa citlivým na ióny sú nové integrované zariadenia v mikroelektrochemickom laboratóriu na čipových systémoch. Jedná sa o bežný typ chemicky citlivých tranzistorov s efektom poľa a ich štruktúra je rovnaká ako vo všeobecnosti polovodičový tranzistor s efektom poľa oxidu kovu . Citlivá oblasť predstavuje bránu tranzistora a obsahuje prostriedky transdukcie z koncentrácie iónov na napätie. V prípade ISFET sú oxid kovu a kovové brány všeobecne MOSFET nahradené jednoduchým roztokom s referenčnými elektródami hlboko v roztokoch a izolačné vrstvy slúžia na detekciu špecifického analytu. Povaha izolačných vrstiev je definovaná ako funkčnosť a citlivosť senzora ISFET.
Čo je to ISFET?
Skratka ISFET je tranzistor s efektom iónového poľa. Je to tranzistor s efektom poľa , ktorý sa používa na meranie koncentrácie iónových roztokov. Koncentrácia iónov ako H + sa mení ako pH, následne dochádza k zmene prúdu cez tranzistor. Tu je hradlová elektróda roztokom a napätie medzi oxidovým povrchom a substrátom je spôsobené iónovým plášťom.
ISFET
Pracovný princíp ISFET
Princípom fungovania pH elektródy ISFET je zmena tranzistora s efektom normálneho poľa, v ktorom sa používajú veľa obvodov zosilňovača . Na ISFET sa vstup bežne používa ako kovové brány, ktoré sú nahradené membránou citlivou na ióny. Preto ISFET zhromažďuje v jednom zariadení snímacia plocha a jediný zosilňovač poskytuje výstup s vysokým prúdom a nízkou impedanciou a umožňuje použitie prepojovacích káblov bez zbytočného tienenia. Nasledujúci diagram zobrazuje ilustráciu ISFET pH elektródy.
Pracovný princíp ISFET
Existujú rôzne prístroje na meranie pH z tradičnej sklenenej elektródy. Princíp merania je založený na riadení prúdu pretekajúceho medzi dvoma polovodičmi, ktoré sú odtokové a zdrojové. Tieto dva polovodiče sú umiestnené spolu s treťou elektródou a správa sa ako svorka brány. Terminál brány je priamo kontaktovaný s roztokom, ktorý sa má merať.
Výstavba ISFET
Prípravné kroky pre ISFET
- Nasledujúci postup krok za krokom ukazuje výrobu ISFET
- ISFET je vyrobený pomocou technológie CMOS a bez akýchkoľvek krokov po spracovaní
- Celá výroba sa vykonáva interne v laboratóriu pre mikro výrobu
- Materiál by mal byť 4-palcový kremíkový plátok typu p
- Na ISFET je terminál brány pripravený z materiálu SiO2, Si3N4, oboch vypočítateľných materiálov COMS.
- Existuje šesť krokov maskovania, ktoré tvoria vytvorenie kanalizácie zdroja n-well, n a p, gate, contact a material.
- Dizajn Si3N4 a SiO2 je založený na roztokoch leptania pomocou tlmivého oxidu
Nasledujúce výrobné kroky ukazujú štandardný postup MOSFET až do doby depozície nitridu kremíka ako filmu snímajúceho ióny. Uskutočňovanie depozície nitridu kremíka je pomocou plazmovej metódy chemickej depozície z plynnej fázy. Hrúbka filmu sa meria pomocou elipsometra. Po nanesení nitridu sa v procese pokračuje do kontaktnej formy pomocou kontaktnej masky.
Vlhký chemický lept BHF sa používa na leptanie a podkladové nitridové a oxidové filmy zo zdrojovej a odtokovej oblasti. Zvyk BHF pomáha eliminovať ďalší krok leptania pre nitrid kremíka. Posledným a posledným krokom je metalizácia vo výrobných procesoch ISFET. V blízkosti oblasti hradla nemá tranzistor s poľným účinkom citlivý na ióny kovovú vrstvu, metalizácia sa poskytuje pri zdroji a odtokových kontaktoch. Jednoduché a hlavné kroky výroby tranzistorov s efektom iónovo citlivého poľa sú uvedené v nasledujúcom diagrame.
ISFET pH senzor
Títo typy snímačov sú voľbou pre meranie pH a je potrebné pre vyššiu úroveň výkonu. Veľkosť snímača je veľmi malá a snímače sa používajú na štúdium lekárskych aplikácií. ISFET pH senzor sa používa v FDA a CE, ktoré schvaľujú zdravotnícke prístroje, a sú tiež najlepšie pre potravinárske aplikácie, pretože bez obsahu skla a zabudované do sond s malým profilom, ktorý minimalizuje poškodenie produkcie. ISFET pH senzor je použiteľný v mnohých prostrediach a priemyselných situáciách, ktoré sa líšia pre mokré a suché podmienky, a tiež v niektorých fyzikálnych podmienkach, ako je tlak, aby vyhovovali konvenčným skleneným pH elektródam.
ISFET pH senzor
Charakteristika pH ISFET
Všeobecné charakteristiky pH ISFET sú nasledujúce
- Chemická citlivosť ISFET je úplne riadená vlastnosťami elektrolytu
- Existujú rôzne typy organických materiálov pre snímače pH, ako Al2O3, Si3N4, Ta2O5. Majú lepšie vlastnosti ako SiO2 a majú väčšiu citlivosť a nízky drift.
Výhody ISFET
- Odozva je veľmi rýchla
- Jedná sa o jednoduchú integráciu s meracou elektronikou
- Znížte rozmer biológie sondy.
Aplikácie ISFET
Hlavnou výhodou ISFET je, že sa môže integrovať s MOSFET a štandardnými tranzistormi integrovaných obvodov.
Nevýhody ISFET
- Veľký posun vyžaduje nepružné zapuzdrenie hrán triesky a viazacích vodičov
- Aj keď zosilňovacie vlastnosti tranzistora tohto zariadenia vyzerajú veľmi dobre. Pokiaľ ide o chemické látky, zodpovednosť izolačnej membrány za ekologickú otravu a následný rozpad tranzistora zakazovala získaniu popularity ISFE na komerčných trhoch.
Tento článok popisuje pracovný princíp ISFET a jeho výrobu krok za krokom. Informácie uvedené v článku poskytujú základné informácie o tranzistore s iónovo citlivým poľom a ak máte nejaké otázky týkajúce sa tohto článku alebo výmysly CMOS a NMOS prosím komentár v nasledujúcej časti. Tu je otázka, aká je funkcia ISFET?
Fotografické úvery:
- ISFET ausmt
- Princíp činnosti ISFET ona
- Výstavba ISFET všetko o ph
- ISFET pH senzor mikrofluidiká
