Il transistor a effetto di campo sensibile agli ioni sono i nuovi dispositivi integrati nel laboratorio microelettrochimico su sistemi a chip. Questi sono il tipo comune di transistor ad effetto di campo chimicamente sensibili e la struttura è la stessa del generale transistor a effetto di campo a semiconduttore in ossido di metallo . L'area sensibile rappresenta una porta del transistor e incorpora i mezzi di trasduzione da una concentrazione di ioni a una tensione. Nel caso di ISFET l'ossido metallico e le porte metalliche sono di generale MOSFET sono sostituite dalla soluzione semplice con gli elettrodi di riferimento in profondità nelle soluzioni e gli strati isolanti sono per la rivelazione dell'analita specifico. La natura degli strati isolanti è definita come la funzionalità e la sensibilità del sensore ISFET.
Cos'è un ISFET?
L'abbreviazione di ISFET è Ion Sensitive Field Effect Transistor. È un transistor ad effetto di campo , utilizzato per misurare la concentrazione di soluzioni ioniche. La concentrazione di ioni come H + viene modificata come pH, quindi c'è una variazione di corrente attraverso il transistor di conseguenza. Qui l'elettrodo di gate è la soluzione e la tensione tra la superficie dell'ossido e il substrato è dovuta alla guaina ionica.
ISFET
Principio di funzionamento di ISFET
Il principio di funzionamento di un elettrodo pH ISFET è un cambiamento del normale transistor ad effetto di campo e vengono utilizzati in molti circuiti di amplificazione . Nell'ISFET normalmente l'ingresso è utilizzato come gate metallici, che vengono sostituiti dalla membrana ionosensibile. Quindi l'ISFET riunisce in un unico dispositivo la superficie di rilevamento e un unico amplificatore fornisce l'uscita ad alta corrente, bassa impedenza e consente l'uso di cavi di collegamento senza schermature inutili. Il diagramma seguente mostra l'illustrazione dell'elettrodo pH ISFET.
Principio di funzionamento di ISFET
Esistono diverse macchine per la misura del pH dal tradizionale elettrodo di vetro. Il principio di misura si basa sul controllo della corrente che scorre tra i due semiconduttori, sono drain e source. Questi due semiconduttori sono posti insieme a un terzo elettrodo e si comporta come un terminale di gate. Il terminale di gate è direttamente messo in contatto con la soluzione da misurare.
Costruzione di ISFET
Fasi di fabbricazione per ISFET
- Il seguente processo passo passo mostra la fabbricazione dell'ISFET
- ISFET è fabbricato con l'aiuto della tecnologia CMOS e senza alcuna fase di post-elaborazione
- Tutta la fabbricazione viene eseguita internamente nel laboratorio di micro fabbricazione
- Il materiale dovrebbe essere un wafer di silicio di tipo p da 4 pollici
- Nell'ISFET il terminale di gate è preparato con il materiale di SiO2, Si3N4, entrambi materiali computabili COMS.
- Ci sono sei fasi di mascheramento che sono una creazione di n-well, n e p source drain, gate, contact e material.
- Il design di Si3N4 e SiO2 avviene attraverso le soluzioni tampone di ossido etch
Le seguenti fasi di fabbricazione mostrano il processo MOSFET standard e fino al momento della deposizione del nitruro di silicio come pellicola di rilevamento degli ioni. La prestazione della deposizione del nitruro di silicio avviene con l'aiuto del metodo di deposizione chimica da vapore con plasma potenziato. Lo spessore del film viene misurato con l'ellissometro. Dopo la deposizione del nitruro, il processo viene continuato fino al modulo di contatto utilizzando la maschera di contatto.
L'attacco chimico a umido BHF viene utilizzato per l'incisione e le pellicole di nitruro e ossido sottostanti dalla regione di sorgente e di drenaggio. La consuetudine di BHF aiuta a sradicare ulteriori passaggi di incisione per il nitruro di silicio. L'ultimo e ultimo passaggio è la metallizzazione nelle fabbricazioni ISFET. Vicino alla regione di gate il transistore a effetto di campo sensibile agli ioni non ha lo strato metallico, la metallizzazione è fornita ai contatti di source e drain. I passaggi semplici e principali della fabbricazione di transistor a effetto di campo sensibile agli ioni sono mostrati nel diagramma seguente.
Sensore di pH ISFET
Questi tipi di sensori sono la scelta per la misura del pH ed è necessaria per prestazioni di livello superiore. Le dimensioni del sensore sono molto ridotte ei sensori vengono utilizzati per lo studio di applicazioni mediche. Il sensore di pH ISFET è utilizzato dalla FDA e CE che approva i dispositivi medici e sono anche i migliori per le applicazioni alimentari perché il vetro è libero e montato in sonde con l'aiuto di piccolo profilo che minimizza i danni da produrre. Il sensore di pH ISFET è applicabile in molti ambienti e situazioni industriali che variano per condizioni umide e asciutte e anche in alcune condizioni fisiche come la pressione, gli elettrodi pH in vetro convenzionali saranno adatti.
Sensore di pH ISFET
Caratteristiche del pH ISFET
Le caratteristiche generali del pH ISFET sono le seguenti
- La sensibilità chimica dell'ISFET è totalmente controllata dalle proprietà dell'elettrolita
- Esistono diversi tipi di materiali organici per il sensore di pH come Al2O3, Si3N4, Ta2O5 hanno proprietà migliori rispetto al SiO2 e con maggiore sensibilità, bassa deriva.
Vantaggi di ISFET
- La risposta è molto rapida
- È una semplice integrazione con l'elettronica di misura
- Ridurre la dimensione della biologia della sonda.
Applicazioni di ISFET
Il vantaggio principale dell'ISFET è che può integrarsi con il MOSFET e i transistor standard dei circuiti integrati.
Svantaggi di ISFET
- La grande deriva richiede un incapsulamento inflessibile dei bordi del truciolo e con conduttori di rilegatura
- Anche se le proprietà di amplificazione del transistor di questo dispositivo sono molto belle. Per il rilevamento di sostanze chimiche, la responsabilità della membrana isolante per avvelenamento ecologico e conseguente guasto del transistor ha impedito all'ISFE di guadagnare popolarità nei mercati commerciali.
Questo articolo descrive il principio di funzionamento dell'ISFET e il suo processo di fabbricazione passo dopo passo. Le informazioni fornite nell'articolo hanno fornito le basi del transistor a effetto di campo sensibile agli ioni e se hai qualcosa in merito a questo articolo o su le fabbricazioni CMOS e NMOS si prega di commentare nella sezione sottostante. Ecco la domanda per te, qual è la funzione dell'ISFET?
Crediti fotografici:
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