The tranzistorji z ionsko občutljivim poljem so nove integrirane naprave v mikro elektrokemičnem laboratoriju na sistemih čipov. To so pogosti tipi kemijsko občutljivih tranzistorjev z efektom polja in struktura je enaka splošni polprevodniški tranzistor s polprevodniškim kovinskim oksidom . Občutljivo območje predstavlja tranzistorska vrata in vključuje sredstva za pretvorbo iz koncentracije ionov v napetost. V primeru ISFET so kovinski oksid in kovinska vrata na splošno MOSFET zamenjani s preprosto raztopino z referenčnimi elektrodami globoko v raztopinah, izolacijski sloji pa za odkrivanje določenega analita. Narava izolacijskih slojev je opredeljena kot funkcionalnost in občutljivost senzorja ISFET.
Kaj je ISFET?
Okrajšava ISFET je Ion Sensitive Field Effect Transistor. Je tranzistor s poljskim učinkom , ki se uporablja za merjenje koncentracije ionskih raztopin. Koncentracija ionov, kot je H +, se spremeni kot pH, zato se skozi tranzistor spremeni tok. Tu je elektroda vrat raztopina, napetost med površino oksida in podlago pa je posledica ionske ovojnice.
ISFET
Načelo delovanja ISFET
Načelo delovanja elektrode ISFET pH je sprememba tranzistorja z običajnim poljskim učinkom in se uporabljajo v veliko ojačevalnih vezij . V ISFET se vhod običajno uporablja kot kovinska vrata, ki jih nadomesti ionsko občutljiva membrana. Zato ISFET zbere v eni napravi zaznavno površino in en ojačevalnik daje visok tok, nizko impedanco in omogoča uporabo povezovalnih kablov brez nepotrebnega zaščite. Naslednji diagram prikazuje ponazoritev pH elektrode ISFET.
Načelo delovanja ISFET
Obstajajo različni stroji za merjenje pH od tradicionalne steklene elektrode. Načelo merjenja temelji na nadzoru toka, ki teče med obema polprevodnikoma, ki sta odvod in vir. Ta dva polprevodnika sta nameščena skupaj na tretjo elektrodo in se obnaša kot vratni terminal. Zaporni priključek je neposredno v stiku z raztopino, ki jo je treba izmeriti.
Izgradnja ISFET
Koraki izdelave za ISFET
- Naslednji postopek po korakih prikazuje izdelavo ISFET-a
- ISFET je izdelan s pomočjo tehnologije CMOS in brez kakršnih koli korakov naknadne obdelave
- Vsa izdelava poteka v hiši v laboratoriju za mikro izdelavo
- Material mora biti 4-palčna silicijeva rezina tipa p
- V ISFET-u je terminal za vrata pripravljen iz materiala SiO2, Si3N4, oba COMS izračunana materiala.
- Obstaja šest korakov za maskiranje, ki so ustvarjanje odtokov n-vodnjaka, n in p, odprtin, kontaktov in materiala.
- Zasnova Si3N4 in SiO2 poteka z raztopinami za jedkanje v puferskem oksidu
Naslednji koraki izdelave prikazujejo standardni postopek MOSFET in do nanosa silicijevega nitrida kot ionsko občutljivega filma. Učinkovitost nanašanja silicijevega nitrida poteka s pomočjo plazemsko izboljšane metode kemičnega nanašanja s hlapi. Debelino filma merimo z elipsometrom. Po nanosu nitrida se postopek nadaljuje v kontaktni obliki z uporabo kontaktne maske.
Mokro kemično jedkanje BHF se uporablja za jedkanje in podložne nitridne in oksidne filme od izvira in odtoka. Običaj BHF pomaga izkoreniniti dodaten korak jedkanja silicijevega nitrida. Zadnji in zadnji korak je metalizacija v izdelavah ISFET. Blizu vratnega območja Ion občutljivi tranzistor s poljskim učinkom nima kovinske plasti, metalizacija je zagotovljena na izvornem in odtočnem kontaktu. Preprosti in glavni koraki pri izdelavi tranzistorjev na poljski učinek, občutljivi na ione, so prikazani v naslednjem diagramu.
ISFET pH senzor
Te vrste senzorjev so izbira za merjenje pH in je potrebna za višjo raven zmogljivosti. Velikost senzorja je zelo majhna in senzorji se uporabljajo za preučevanje medicinskih aplikacij. Senzor pH ISFET se uporablja v FDA in CE, ki odobrava medicinske pripomočke, najboljši pa so tudi za uporabo v živilih, saj je steklo brez in vgrajeno v sonde s pomočjo majhnega profila, ki zmanjšujejo škodo. Senzor pH ISFET je uporaben v številnih okoljih, industrijske razmere, ki se razlikujejo glede na mokre in suhe pogoje, pa tudi v nekaterih fizičnih pogojih, kot je tlak, omogočajo uporabo običajnih steklenih pH elektrod.
ISFET pH senzor
Značilnosti pH vrednosti ISFET
Splošne značilnosti pH ISFET so naslednje
- Kemijsko občutljivost ISFET popolnoma nadzorujejo lastnosti elektrolita
- Obstajajo različne vrste organskih materialov za senzor pH, kot so Al2O3, Si3N4, Ta2O5, ki imajo boljše lastnosti kot SiO2 in z večjo občutljivostjo, nizkim odnašanjem.
Prednosti ISFET
- Odziv je zelo hiter
- Gre za preprosto integracijo z merilno elektroniko
- Zmanjšajte dimenzijo biologije sonde.
Aplikacije ISFET
Glavna prednost ISFET je, da se lahko integrira z MOSFET in standardnimi tranzistorji integriranih vezij.
Slabosti ISFET
- Velik premik zahteva nefleksibilno zapiranje robov odrezkov in vezne vodnike
- Čeprav so ojačevalne lastnosti tranzistorja te naprave zelo lepe. Za zaznavanje kemikalij je odgovornost izolacijske membrane do ekološke zastrupitve in poznejše razgradnje tranzistorja ISFE prepovedala pridobivanje priljubljenosti na komercialnih trgih.
Ta članek opisuje načelo delovanja ISFET in postopek njegovega postopnega izdelave. Dane informacije v članku so podale osnove ionsko občutljivega tranzistorja z efektom polja in če jih imate glede tega članka ali izmišljotine CMOS in NMOS prosim za komentar v spodnjem oddelku. Tu je vprašanje za vas, kakšna je funkcija ISFET?
Zasluge za fotografije:
- ISFET ausmt
- Načelo delovanja ISFET ona
- Izgradnja ISFET vse-o-ph
- ISFET pH senzor mikrofluidike
