ο Τρανζίστορ εφέ πεδίου ευαίσθητα σε ιόντα είναι οι νέες ενσωματωμένες συσκευές στο μικρο ηλεκτροχημικό εργαστήριο σε συστήματα τσιπ. Αυτοί είναι ο συνηθισμένος τύπος τρανζίστορ χημικά ευαίσθητου πεδίου, και η δομή είναι ίδια με τη γενική τρανζίστορ πεδίου ημιαγωγού μεταλλικού οξειδίου . Η ευαίσθητη περιοχή αντιπροσωπεύει μια πύλη τρανζίστορ και ενσωματώνει τα μέσα μεταγωγής από μια συγκέντρωση ιόντων σε μια τάση. Στην περίπτωση του ISFET το μεταλλικό οξείδιο και οι μεταλλικές πύλες είναι γενικά το MOSFET αντικαθίστανται από το απλό διάλυμα με τα ηλεκτρόδια αναφοράς βαθιά στα διαλύματα και τα μονωτικά στρώματα προορίζονται για την ανίχνευση του συγκεκριμένου αναλύτη. Η φύση των μονωτικών στρώσεων ορίζεται ως η λειτουργικότητα και η ευαισθησία εάν ο αισθητήρας ISFET.
Τι είναι το ISFET;
Η συντομογραφία του ISFET είναι το Ion Sensitive Field Effect Transistor. Είναι ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου , χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συγκέντρωσης των διαλυμάτων ιόντων. Η συγκέντρωση ιόντων όπως το H + αλλάζει ως pH και συνεπώς υπάρχει μια αλλαγή στο ρεύμα μέσω του τρανζίστορ. Εδώ το ηλεκτρόδιο πύλης είναι η λύση και η τάση μεταξύ της επιφάνειας οξειδίου και του υποστρώματος οφείλεται στο περίβλημα ιόντων.
ISFET
Αρχή εργασίας του ISFET
Η αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτροδίου ISFET pH είναι μια αλλαγή του φυσιολογικού τρανζίστορ εφέ πεδίου και χρησιμοποιούνται στο πολλά κυκλώματα ενισχυτή . Στο ISFET συνήθως η είσοδος χρησιμοποιείται ως μεταλλικές πύλες, οι οποίες αντικαθίστανται από την ευαίσθητη στα ιόντα μεμβράνη. Ως εκ τούτου, το ISFET συγκεντρώνει σε μία συσκευή την επιφάνεια ανίχνευσης και ένας μόνο ενισχυτής δίνει την έξοδο υψηλής έντασης, χαμηλής σύνθετης αντίστασης και επιτρέπει τη χρήση καλωδίων σύνδεσης χωρίς περιττή θωράκιση. Το ακόλουθο διάγραμμα δείχνει την απεικόνιση του ηλεκτροδίου pH ISFET.
Αρχή εργασίας του ISFET
Υπάρχουν διαφορετικές μηχανές για τη μέτρηση του pH από το παραδοσιακό γυάλινο ηλεκτρόδιο. Η αρχή της μέτρησης βασίζεται στον έλεγχο του ρεύματος που ρέει μεταξύ των δύο ημιαγωγών, είναι αποστράγγιση και πηγή. Αυτοί οι δύο ημιαγωγοί τοποθετούνται μαζί σε ένα τρίτο ηλεκτρόδιο και συμπεριφέρεται σαν ένα τερματικό πύλης. Το τερματικό πύλης έρχεται απευθείας σε επαφή με το προς μέτρηση διάλυμα.
Κατασκευή ISFET
Βήματα Κατασκευής για ISFET
- Η παρακάτω διαδικασία βήμα προς βήμα δείχνει την κατασκευή του ISFET
- Το ISFET κατασκευάζεται με τη βοήθεια της τεχνολογίας CMOS και χωρίς βήματα επεξεργασίας μετά την επεξεργασία
- Όλη η κατασκευή γίνεται στο εσωτερικό του εργαστηρίου μικροκατασκευής
- Το υλικό πρέπει να είναι γκοφρέτα πυριτίου τύπου 4 ιντσών
- Στο ISFET το τερματικό πύλης προετοιμάζεται με το υλικό SiO2, Si3N4, και τα δύο υπολογιστικά υλικά COMS.
- Υπάρχουν έξι βήματα απόκρυψης που είναι η δημιουργία αποχέτευσης πηγής n-πηγής, n και p, πύλης, επαφής και υλικού.
- Ο σχεδιασμός των Si3N4 και SiO2 είναι μέσω των ρυθμιστικών ρυθμιστικών οξειδίων
Τα ακόλουθα στάδια κατασκευής δείχνουν την τυπική διαδικασία MOSFET και μέχρι τη στιγμή της απόθεσης του νιτριδίου του πυριτίου ως φιλμ ανίχνευσης ιόντων. Η απόδοση της απόθεσης του νιτριδίου του πυριτίου γίνεται με τη βοήθεια της μεθόδου εναπόθεσης χημικών ατμών ενισχυμένου στο πλάσμα. Το πάχος του φιλμ μετράται με το ελλειψόμετρο. Μετά την εναπόθεση νιτριδίου, η διαδικασία συνεχίζεται σε φόρμα επαφής χρησιμοποιώντας τη μάσκα επαφής.
Η υγρή χημική χαρακτική BHF χρησιμοποιείται για τη χάραξη και τις υποκείμενες μεμβράνες νιτριδίου και οξειδίου από την περιοχή πηγής και αποστράγγισης. Το έθιμο του BHF βοηθά στην εξάλειψη πρόσθετου βήματος χάραξης για το νιτρίδιο του πυριτίου. Το τελευταίο και τελευταίο βήμα είναι η επιμετάλλωση στις κατασκευές ISFET. Κοντά στην περιοχή της πύλης, το Ion Sensitive Field-Effect Transistor δεν έχει το μεταλλικό στρώμα, η επιμετάλλωση παρέχεται στις επαφές πηγής και αποστράγγισης. Τα απλά και κύρια βήματα των κατασκευών τρανζίστορ με ευαισθησία πεδίου Ion Sensitive εμφανίζονται στο παρακάτω διάγραμμα.
Αισθητήρας pH ISFET
Αυτά τα τύποι αισθητήρων είναι η επιλογή για τη μέτρηση του pH και απαιτείται για υψηλότερη απόδοση. Το μέγεθος του αισθητήρα είναι πολύ μικρό και οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για τη μελέτη ιατρικών εφαρμογών. Ο αισθητήρας pH ISFET χρησιμοποιείται στο FDA και το CE που εγκρίνει ιατρικές συσκευές και είναι επίσης οι καλύτερες για τις εφαρμογές τροφίμων, επειδή το γυαλί είναι ελεύθερο και τοποθετείται σε ανιχνευτές με τη βοήθεια μικρού προφίλ που ελαχιστοποιούν τις ζημιές στην παραγωγή. Ο αισθητήρας pH ISFET είναι εφαρμόσιμος σε πολλά περιβάλλοντα, και βιομηχανικές καταστάσεις που ποικίλλουν για υγρές και ξηρές συνθήκες και επίσης σε ορισμένες φυσικές συνθήκες όπως η πίεση καθιστούν τα συμβατικά ηλεκτρόδια pH γυαλιού.
Αισθητήρας pH ISFET
Χαρακτηριστικά του pH ISFET
Τα γενικά χαρακτηριστικά του pH ISFET είναι τα ακόλουθα
- Η χημική ευαισθησία του ISFET ελέγχεται πλήρως από τις ιδιότητες του ηλεκτρολύτη
- Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι οργανικών υλικών για τον αισθητήρα pH όπως τα Al2O3, Si3N4, Ta2O5 έχουν καλύτερες ιδιότητες από το SiO2 και με περισσότερη ευαισθησία, χαμηλή μετατόπιση.
Πλεονεκτήματα του ISFET
- Η απάντηση είναι πολύ γρήγορη
- Είναι μια απλή ενσωμάτωση με ηλεκτρονικά μέτρησης
- Μειώστε τη διάσταση της βιολογίας του ανιχνευτή.
Εφαρμογές του ISFET
Το κύριο πλεονέκτημα του ISFET είναι ότι μπορεί να ενσωματωθεί με το MOSFET και τα τυπικά τρανζίστορ ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Μειονεκτήματα του ISFET
- Η μεγάλη μετατόπιση απαιτεί άκαμπτη ενθυλάκωση των άκρων του chip και με καλώδια σύνδεσης
- Παρόλο που οι ιδιότητες ενίσχυσης του τρανζίστορ αυτής της συσκευής είναι πολύ όμορφες. Για την ανίχνευση χημικών ουσιών, η ευθύνη της μονωτικής μεμβράνης για την οικολογική δηλητηρίαση και την επακόλουθη διάσπαση των τρανζίστορ απαγόρευσε στο ISFE να αποκτήσει δημοτικότητα στις εμπορικές αγορές.
Αυτό το άρθρο περιγράφει σχετικά με την αρχή λειτουργίας του ISFET και τη διαδικασία κατασκευής του βήμα προς βήμα. Οι πληροφορίες που δίνονται στο άρθρο έχουν δώσει τα βασικά στοιχεία του Ιόντα Ευαίσθητο Πεδίο Εφέ-Τρανζίστορ και αν έχετε κάποια σχετικά με αυτό το άρθρο ή περίπου τις κατασκευές CMOS και NMOS παρακαλώ σχολιάστε στην παρακάτω ενότητα. Εδώ είναι η ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία του ISFET;
Φωτογραφικές μονάδες:
- ISFET Άουστ
- Αρχή λειτουργίας του ISFET αυτή
- Κατασκευή ISFET all-about-ph
- Αισθητήρας pH ISFET μικρορευστικά
