Plik tranzystory polowe wrażliwe na jony to nowatorskie, zintegrowane urządzenia w laboratorium mikroelektrochemicznym na układach chipowych. Są to powszechne typy tranzystorów polowych wrażliwych na chemikalia, a ich struktura jest taka sama jak ogólna tranzystor polowy półprzewodnikowy z tlenkiem metalu . Wrażliwy obszar reprezentuje bramkę tranzystora i zawiera środki transdukcji od stężenia jonów do napięcia. W przypadku ISFET tlenek metalu i bramki metalowe są ogólnie MOSFETem zastępowane prostym rozwiązaniem z elektrodami odniesienia głęboko w roztworach, a warstwy izolacyjne służą do wykrywania określonego analitu. Charakter warstw izolacyjnych definiuje się jako funkcjonalność i czułość czujnika ISFET.
Co to jest ISFET?
Skrótem ISFET jest Ion Sensitive Field Effect Transistor. Jest to tranzystor polowy , używany do pomiaru stężenia roztworów jonów. Stężenie jonów, takie jak H +, zmienia się jako pH, a następnie następuje zmiana prądu płynącego przez tranzystor. Tutaj elektroda bramkowa jest roztworem, a napięcie między powierzchnią tlenku a podłożem jest spowodowane osłoną jonową.
ISFET
Zasada działania ISFET
Zasada działania elektrody pH ISFET polega na zmianie normalnego tranzystora polowego i są one używane w wiele obwodów wzmacniacza . W ISFET zwykle wejście jest używane jako bramki metalowe, które są zastępowane membraną jonoczułą. Stąd ISFET skupia w jednym urządzeniu powierzchnię detekcyjną, a pojedynczy wzmacniacz daje wyjście wysokoprądowe o niskiej impedancji i pozwala na użycie kabli połączeniowych bez zbędnego ekranowania. Poniższy schemat przedstawia ilustrację elektrody ISFET pH.
Zasada działania ISFET
Istnieją różne maszyny do pomiaru pH z tradycyjnej elektrody szklanej. Zasada pomiaru opiera się na kontroli prądu płynącego między dwoma półprzewodnikami, są one drenem i źródłem. Te dwa półprzewodniki są umieszczone razem na trzeciej elektrodzie i zachowuje się jak terminal bramki. Terminal bramkowy jest bezpośrednio połączony z mierzonym roztworem.
Budowa ISFET
Kroki produkcyjne dla ISFET
- Poniższy proces krok po kroku przedstawia produkcję ISFET
- ISFET jest wytwarzany przy pomocy technologii CMOS i bez żadnych etapów przetwarzania końcowego
- Cała produkcja odbywa się na miejscu w laboratorium mikro-produkcji
- Materiał powinien być 4-calową płytką silikonową typu p
- W ISFET terminal bramki jest przygotowany z materiału SiO2, Si3N4, obu materiałów obliczeniowych COMS.
- Istnieje sześć etapów maskowania, które są tworzeniem drenów źródłowych n-studzienek, nip, przewężek, kontaktu i materiału.
- Si3N4 i SiO2 są projektowane przez buforowe roztwory trawienia tlenków
Poniższe etapy produkcji przedstawiają standardowy proces MOSFET oraz czas osadzania azotku krzemu jako warstewki jonowej. Osadzanie azotku krzemu odbywa się za pomocą metody chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmą. Grubość folii mierzy się elipsometrem. Po osadzeniu azotku proces jest kontynuowany do formy kontaktowej przy użyciu maski kontaktowej.
Mokre chemiczne wytrawianie BHF jest używane do wytrawiania i leżących poniżej warstw azotkowych i tlenkowych od źródła i obszaru drenażu. Zwyczaj BHF pomaga wyeliminować dodatkowy etap wytrawiania azotku krzemu. Ostatnim i ostatnim krokiem jest metalizacja w wyrobach ISFET. W pobliżu obszaru bramki czuły tranzystor polowy jonowy nie ma warstwy metalicznej, metalizacja jest zapewniona u źródła i styków drenu. Na poniższym schemacie przedstawiono proste i główne etapy wytwarzania tranzystorów polowych wrażliwych na jony.
Czujnik pH ISFET
Te rodzaje czujników są wyborem do pomiaru pH i są wymagane do wyższych poziomów wydajności. Rozmiar czujnika jest bardzo mały, a czujniki są używane do badania zastosowań medycznych. Czujnik pH ISFET jest używany w FDA i CE, który zatwierdza urządzenia medyczne, a także jest najlepszy do zastosowań spożywczych, ponieważ nie zawiera szkła i jest umieszczony w sondach za pomocą małego profilu, który minimalizuje uszkodzenia produktu. Czujnik pH ISFET ma zastosowanie w wielu środowiskach i sytuacjach przemysłowych, które różnią się w warunkach mokrych i suchych, a także w niektórych warunkach fizycznych, takich jak ciśnienie, które sprawiają, że odpowiednie są konwencjonalne szklane elektrody pH.
Czujnik pH ISFET
Charakterystyka pH ISFET
Ogólna charakterystyka pH ISFET jest następująca
- Czułość chemiczna ISFET jest całkowicie kontrolowana przez właściwości elektrolitu
- Istnieją różne rodzaje materiałów organicznych do czujników pH, takich jak Al2O3, Si3N4, Ta2O5, które mają lepsze właściwości niż SiO2 i charakteryzują się większą czułością i niskim dryfem.
Zalety ISFET
- Odpowiedź jest bardzo szybka
- Jest to prosta integracja z elektroniką pomiarową
- Zmniejsz rozmiar biologii sondy.
Zastosowania ISFET
Główną zaletą ISFET-u jest to, że można go zintegrować z MOSFET-em i standardowymi tranzystorami układów scalonych.
Wady ISFET
- Duży dryf wymaga nieelastycznego hermetyzacji krawędzi wiórów i przewodów łączących
- Mimo że właściwości wzmacniające tranzystora tego urządzenia wyglądają bardzo dobrze. W przypadku wykrywania chemikaliów, odpowiedzialność membrany izolacyjnej na zatrucie ekologiczne i następującą po nim awarię tranzystora uniemożliwiła ISFE zdobycie popularności na rynkach komercyjnych.
W tym artykule opisano zasadę działania ISFET i proces jego wytwarzania krok po kroku. Podane informacje w artykule stanowią podstawy działania tranzystora polowego wrażliwego na jony i jeśli masz jakiekolwiek dotyczące tego artykułu lub o wytwarzanie CMOS i NMOS proszę o komentarz w poniższej sekcji. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest funkcja ISFET?
Kredyty fotograficzne:
- ISFET ausmt
- Zasada działania ISFET Ona
- Budowa ISFET wszystko o ph
- Czujnik pH ISFET mikrofluidics
