The tranzistory s efektem iontového pole jsou nová integrovaná zařízení v mikroelektrochemické laboratoři na čipových systémech. Jedná se o běžný typ chemicky citlivých tranzistorů s efektem pole a struktura je stejná jako obecná polovodičový tranzistor s efektem pole oxidu kovu . Citlivá oblast představuje tranzistorové hradlo a zahrnuje prostředky přenosu z koncentrace iontů na napětí. V případě ISFET jsou oxid kovu a kovové brány obecně MOSFET nahrazeny jednoduchým řešením s referenčními elektrodami hluboko v roztokech a izolační vrstvy slouží k detekci specifického analytu. Povaha izolačních vrstev je definována jako funkčnost a citlivost senzoru ISFET.
Co je ISFET?
Zkratka ISFET je Ion Sensitive Field Effect Transistor. Jedná se o tranzistor s efektem pole , který se používá k měření koncentrace iontových roztoků. Koncentrace iontů jako H + se mění jako pH, následkem toho dochází ke změně proudu tranzistorem. Zde je hradlová elektroda roztokem a napětí mezi oxidovým povrchem a substrátem je způsobeno iontovým pláštěm.
ISFET
Pracovní princip ISFET
Princip fungování pH elektrody ISFET spočívá ve změně tranzistoru s efektem normálního pole, ve kterém se používají mnoho obvodů zesilovače . Na ISFET se vstup obvykle používá jako kovové brány, které jsou nahrazeny membránou citlivou na ionty. ISFET tedy shromažďuje v jednom zařízení snímací plochu a jediný zesilovač, který poskytuje výstup s vysokým proudem a nízkou impedancí a umožňuje použití propojovacích kabelů bez zbytečného stínění. Následující diagram ukazuje ilustraci pH elektrody ISFET.
Pracovní princip ISFET
Existují různé přístroje na měření pH z tradiční skleněné elektrody. Princip měření je založen na řízení proudu protékajícího mezi dvěma polovodiči, které jsou odtokové a zdrojové. Tyto dva polovodiče jsou umístěny společně na třetí elektrodě a chová se jako brána. Terminál brány je přímo kontaktován s měřeným řešením.
Výstavba ISFET
Postup výroby pro ISFET
- Následující postup krok za krokem ukazuje výrobu ISFET
- ISFET je vyroben pomocí technologie CMOS a bez jakýchkoli následných kroků zpracování
- Veškerá výroba se provádí interně v laboratoři pro mikro výrobu
- Materiál by měl být 4 palce palcový křemíkový plátek typu p
- Na ISFET je terminál brány připraven z materiálu SiO2, Si3N4, oba vypočítatelné materiály COMS.
- Existuje šest kroků maskování, které tvoří vytvoření kanalizace zdroje n-well, n a p, gate, contact a material.
- Konstrukce Si3N4 a SiO2 probíhá prostřednictvím roztoků leptání oxidem pufrem
Následující výrobní kroky ukazují standardní postup MOSFET až do doby depozice nitridu křemíku jako filmu snímajícího ionty. Provedení depozice nitridu křemíku je pomocí metody plazmové chemické depozice parami. Tloušťka filmu se měří elipsometrem. Po nanesení nitridu pokračuje proces kontaktování formy pomocí kontaktní masky.
Mokré chemické leptání BHF se používá pro leptání a podkladové nitridové a oxidové filmy ze zdrojové a odtokové oblasti. Zvyk BHF pomáhá vymýtit další krok leptání pro nitrid křemíku. Posledním a posledním krokem je metalizace ve výrobě ISFET. V blízkosti oblasti hradla nemá tranzistor s iontově citlivým polním efektem kovovou vrstvu, metalizace je zajištěna u zdroje a odtokových kontaktů. Jednoduché a hlavní kroky výroby tranzistorů s iontově citlivým polním efektem jsou uvedeny v následujícím diagramu.
ISFET pH senzor
Tyto typy senzorů jsou volbou pro měření pH a je vyžadováno pro vyšší úroveň výkonu. Velikost senzoru je velmi malá a senzory se používají pro studium lékařských aplikací. ISFET pH senzor se používá ve FDA a CE, které schvalují zdravotnické prostředky, a jsou také nejlepší pro potravinářské aplikace, protože bez obsahu skla a osazené v sondách pomocí malého profilu, který minimalizuje poškození produkce. ISFET pH senzor je použitelný v mnoha prostředích a průmyslových situacích, které se liší pro mokré a suché podmínky, a také v některých fyzikálních podmínkách, jako je tlak, jsou vhodné konvenční skleněné pH elektrody.
ISFET pH senzor
Charakteristika pH ISFET
Obecné charakteristiky pH ISFET jsou následující
- Chemická citlivost ISFET je zcela řízena vlastnostmi elektrolytu
- Existují různé typy organických materiálů pro pH senzory, jako Al2O3, Si3N4, Ta2O5 mají lepší vlastnosti než SiO2 a mají vyšší citlivost a nízký drift.
Výhody ISFET
- Odezva je velmi rychlá
- Jedná se o jednoduchou integraci s měřicí elektronikou
- Snižte rozměr biologie sondy.
Aplikace ISFET
Hlavní výhodou ISFET je, že se může integrovat s MOSFET a standardními tranzistory integrovaných obvodů.
Nevýhody ISFET
- Velký drift vyžaduje nepružné zapouzdření hran třísek a vázacích vodičů
- Přestože zesilovací vlastnosti tranzistoru tohoto zařízení vypadají velmi dobře. U snímacích chemikálií odpovědnost izolační membrány za ekologickou otravu a následné poškození tranzistorů zakázala ISFE získat popularitu na komerčních trzích.
Tento článek popisuje pracovní princip ISFET a jeho výrobu krok za krokem. Dané informace v článku uvádějí základy tranzistoru s iontově citlivým polním efektem a pokud máte nějaké informace týkající se tohoto článku nebo o výmysly CMOS a NMOS prosím komentář v níže uvedené části. Zde je otázka, jaká je funkce ISFET?
Fotografické kredity:
- ISFET ausmt
- Princip fungování ISFET ona
- Výstavba ISFET vše o ph
- ISFET pH senzor mikrofluidika
