El transistors d'efecte de camp sensibles a ions són els nous dispositius integrats al micro laboratori electroquímic sobre sistemes de xips. Aquests són el tipus comú de transistors d'efecte de camp químicament sensibles, i l'estructura és la mateixa que la general transistor d'efecte de camp de semiconductor d'òxid de metall . L'àrea sensible representa una porta de transistor i incorpora els mitjans de transducció d'una concentració d'ions a una tensió. En el cas d’ISFET, l’òxid metàl·lic i les portes metàl·liques són generalment MOSFET i se substitueixen per la solució simple amb els elèctrodes de referència profunds en les solucions i les capes aïllants serveixen per detectar l’analit específic. La naturalesa de les capes aïllants es defineix com la funcionalitat i la sensibilitat del sensor ISFET.
Què és un ISFET?
L'abreviatura de l'ISFET és Transistor d'efecte de camp sensible a ions. És un transistor d'efecte de camp , utilitzat per mesurar la concentració de solucions iòniques. La concentració d'ions com H + canvia a mesura que el pH produeix un canvi de corrent a través del transistor en conseqüència. Aquí l’elèctrode de porta és la solució i el voltatge entre la superfície d’òxid i el substrat es deu a la capa d’ions.
ISFET
Principi de funcionament d'ISFET
El principi de funcionament d'un elèctrode de pH ISFET és un canvi del transistor d'efecte de camp normal i s'utilitzen en molts circuits amplificadors . Normalment, a l'ISFET l'entrada s'utilitza com a portes metàl·liques, que són substituïdes per la membrana sensible als ions. Per tant, l’ISFET reuneix en un dispositiu la superfície de detecció i un sol amplificador proporciona la sortida d’alta impedància i alta intensitat i permet l’ús de cables de connexió sense apantallaments innecessaris. El següent diagrama mostra la il·lustració de l'elèctrode de pH ISFET.
Principi de funcionament d'ISFET
Hi ha diferents màquines per mesurar el pH a partir de l'elèctrode de vidre tradicional. El principi de mesura es basa en el control del corrent que flueix entre els dos semiconductors, que són de drenatge i font. Aquests dos semiconductors es col·loquen junts a un tercer elèctrode i es comporta com un terminal de porta. El terminal de la porta es posa en contacte directament amb la solució a mesurar.
Construcció d’ISFET
Passos de fabricació per a ISFET
- El següent procés pas a pas mostra la fabricació de l'ISFET
- ISFET es fabrica amb l'ajut de la tecnologia CMOS i sense cap pas de processament posterior
- Tota la fabricació es realitza a l’interior del laboratori de microfabricació
- El material ha de ser una hòstia de silici de 4 polzades
- A la ISFET el terminal de la porta es prepara amb el material de SiO2, Si3N4, ambdós materials computables COMS.
- Hi ha sis passos d’emmascarament que són la creació de drenatges de font n-pou, n i p, porta, contacte i material.
- El disseny de Si3N4 i SiO2 es fa mitjançant les solucions de gravat d’òxid de memòria intermèdia
Els següents passos de fabricació mostren el procés MOSFET estàndard i fins al moment de la deposició de nitrur de silici com a pel·lícula de detecció d’ions. El rendiment de la deposició del nitrur de silici és amb l'ajut del mètode de deposició química de vapor amb plasma millorat. El gruix de la pel·lícula es mesura amb l’el·lipsòmetre. Després de la deposició de nitrur, el procés es continua contactant mitjançant la màscara de contacte.
L'aiguafort químic humit BHF s'utilitza per a l'aiguafort i pel·lícules de nitrur i òxid subjacents des de la regió d'origen i de drenatge. El costum de BHF ajuda a eradicar un pas de gravat addicional per al nitrur de silici. L'últim i últim pas és la metal·lització en les fabricacions ISFET. A prop de la regió de la porta, el transistor d'efecte de camp sensible a ions no té la capa de metall, la metal·lització es proporciona als contactes d'origen i de drenatge. Els passos senzills i principals de les fabricacions de transistors d'efecte de camp sensibles a ions es mostren al següent diagrama.
Sensor de pH ISFET
Aquests tipus de sensors són l’elecció per mesurar el pH i es requereix per a un rendiment més alt. La mida del sensor és molt petita i s’utilitzen per estudiar aplicacions mèdiques. El sensor ISFET de pH s’utilitza a la FDA i a la CE, que aprova dispositius mèdics i també són els millors per a aplicacions alimentàries perquè el vidre és lliure i s’instal·la en sondes amb l’ajut d’un perfil petit que minimitza els danys produïts. El sensor de pH ISFET és aplicable en molts entorns, i les situacions industrials que varien per condicions humides i seques i també en algunes condicions físiques com la pressió fan que s’adaptin els elèctrodes de pH de vidre convencionals.
Sensor de pH ISFET
Característiques del pH ISFET
Les característiques generals del pH ISFET són les següents
- La sensibilitat química de l'ISFET està totalment controlada per les propietats de l'electròlit
- Hi ha diferents tipus de materials orgànics per al sensor de pH com Al2O3, Si3N4, Ta2O5 tenen millors propietats que el SiO2 i amb més sensibilitat i baixa deriva.
Avantatges d'ISFET
- La resposta és molt ràpida
- És una integració senzilla amb l’electrònica de mesura
- Reduir la dimensió de la biologia de la sonda.
Aplicacions d'ISFET
El principal avantatge de l'ISFET és que es pot integrar amb el MOSFET i els transistors estàndard de circuits integrats.
Desavantatges d'ISFET
- La gran deriva requereix un encapsulament inflexible de les vores del xip i amb cables d’enllaç
- Tot i que les propietats d'amplificació del transistor d'aquest dispositiu són molt boniques. Per a la detecció de productes químics, la responsabilitat de la membrana aïllant davant la intoxicació ecològica i la posterior avaria del transistor ha prohibit que l’ISFE guanyi popularitat en els mercats comercials.
Aquest article descriu el principi de funcionament de l'ISFET i la seva fabricació pas a pas. La informació que es proporciona a l'article proporciona els conceptes bàsics del transistor d'efecte de camp sensible a ions i si en teniu alguna sobre aquest article o sobre les fabricacions CMOS i NMOS Si us plau, comenteu a la secció següent. Aquesta és la vostra pregunta, quina és la funció de l’ISFET?
Crèdits fotogràfics:
- ISFET ausmt
- Principi de funcionament d'ISFET ella
- Construcció d’ISFET tot sobre ph
- Sensor de pH ISFET microfluídics
