De iongevoelige veldeffecttransistors zijn de nieuwe geïntegreerde apparaten in het micro-elektrochemische laboratorium op chipsystemen. Dit zijn het gebruikelijke type chemisch gevoelige veldeffecttransistors, en de structuur is dezelfde als de algemene metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistor Het gevoelige gebied vertegenwoordigt een transistorpoort en bevat de middelen voor transductie van een ionenconcentratie naar een spanning. In het geval van ISFET worden het metaaloxide en de metalen poorten van algemene MOSFET vervangen door de eenvoudige oplossing met de referentie-elektroden diep in de oplossingen en de isolatielagen zijn voor het detecteren van de specifieke analyt. De aard van de isolatielagen wordt gedefinieerd als de functionaliteit en gevoeligheid van de ISFET-sensor.
Wat is een ISFET?
De afkorting van de ISFET is Ion Sensitive Field Effect Transistor. Het is een veldeffecttransistor , gebruikt voor het meten van de concentratie van ionenoplossingen. De ionenconcentratie zoals H + wordt veranderd als pH, dan is er een verandering in de stroom door de transistor als gevolg. Hier is de poortelektrode de oplossing en de spanning tussen het oxide-oppervlak en het substraat is te wijten aan de ionenmantel.
ISFET
Werkingsprincipe van ISFET
Het werkingsprincipe van een ISFET pH-elektrode is een verandering van de normale veldeffecttransistor en ze worden gebruikt in veel versterkercircuits In de ISFET wordt normaal gesproken de ingang gebruikt als metalen poorten, die worden vervangen door het iongevoelige membraan. Daarom verzamelt de ISFET in één apparaat het sensoroppervlak en geeft een enkele versterker de uitvoer met hoge stroom en lage impedantie en maakt het het gebruik van verbindingskabels mogelijk zonder onnodige afscherming. Het volgende diagram toont de illustratie van de ISFET pH-elektrode.
Werkingsprincipe van ISFET
Er zijn verschillende machines voor het meten van de pH van de traditionele glaselektrode. Het meetprincipe is gebaseerd op de controle van de stroom die tussen de twee halfgeleiders vloeit, ze zijn afvoer en bron. Deze twee halfgeleiders zijn bij elkaar geplaatst op een derde elektrode en deze gedraagt zich als een poortaansluiting. De poortterminal wordt rechtstreeks gecontacteerd met de te meten oplossing.
Bouw van ISFET
Fabricagestappen voor ISFET
- Het volgende stapsgewijze proces toont de fabricage van de ISFET
- ISFET wordt vervaardigd met behulp van de CMOS-technologie en zonder enige nabewerkingsstappen
- Alle fabricage gebeurt in eigen huis in het microfabricage Lab
- Het materiaal moet een 4 inch p-type siliciumwafel zijn
- In de ISFET wordt de poortterminal voorbereid met het materiaal van SiO2, Si3N4, beide COMS-berekenbare materialen.
- Er zijn zes maskeringsstappen die een creatie zijn van n-well, n en p source drains, gate, contact en materiaal.
- Het ontwerp van Si3N4 en SiO2 is via de bufferoxide-etsoplossingen
De volgende fabricagestappen tonen het standaard MOSFET-proces en tot het moment van afzetting van siliciumnitride als een ionensensorfilm. De prestatie van de afzetting van het siliciumnitride is met behulp van de plasma verbeterde chemische dampafzettingsmethode. De dikte van de film wordt gemeten met de ellipsometer. Na de afzetting van nitride wordt het proces voortgezet om contact op te nemen met het contactmasker.
De natte chemische ets BHF wordt gebruikt voor het etsen en de onderliggende nitride- en oxidefilms vanaf het source- en draingebied. De gewoonte van BHF helpt om extra etsstappen voor siliciumnitride uit te roeien. De laatste en laatste stap is de metallisatie in de ISFET-fabricages. Nabij het poortgebied heeft de ionengevoelige veldeffecttransistor geen metaallaag, de metallisatie wordt geleverd bij de source- en draincontacten. De eenvoudige en belangrijkste stappen van ionengevoelige veldeffecttransistorfabricaties worden weergegeven in het volgende diagram.
ISFET pH-sensor
Deze soorten sensoren zijn de keuze voor pH-meting en is vereist voor prestaties op een hoger niveau. Het formaat van de sensor is erg klein en sensoren worden gebruikt voor de studie van medische toepassingen. De ISFET pH-sensor wordt gebruikt in de FDA en CE die medische apparaten goedkeuren en ze zijn ook het beste voor de voedseltoepassingen omdat ze glasvrij zijn en in sondes passen met behulp van een klein profiel die schade tot een minimum beperken. De ISFET pH-sensor is toepasbaar in veel omgevingen en industriële situaties die variëren voor natte en droge omstandigheden en ook in sommige fysieke omstandigheden, zoals drukglazen, zijn conventionele glazen pH-elektroden geschikt.
ISFET pH-sensor
Kenmerken van ISFET pH
De algemene kenmerken van de pH ISFET zijn de volgende
- De chemische gevoeligheid van de ISFET wordt volledig beheerst door de eigenschappen van elektrolyt
- Er zijn verschillende soorten organische materialen voor pH-sensoren zoals Al2O3, Si3N4, Ta2O5 hebben betere eigenschappen dan SiO2 en met meer gevoeligheid, lage drift.
Voordelen van ISFET
- De reactie is erg snel
- Het is een eenvoudige integratie met meetelektronica
- Verklein de dimensie van de sondebiologie.
Toepassingen van ISFET
Het belangrijkste voordeel van de ISFET is dat deze kan worden geïntegreerd met de MOSFET en de standaardtransistors van geïntegreerde schakelingen.
Nadelen van ISFET
- De grote drift vereist een inflexibele inkapseling van de chipranden en met binddraden
- Hoewel de versterkingseigenschappen van de transistor van dit apparaat er erg goed uitzien. Voor het detecteren van chemicaliën heeft de aansprakelijkheid van het isolatiemembraan voor de ecologische vergiftiging en de daaropvolgende uitval van de transistor de ISFE verhinderd aan populariteit te winnen op commerciële markten.
Dit artikel beschrijft het werkingsprincipe van de ISFET en het fabricageproces stap voor stap. De gegeven informatie in het artikel geeft de basisprincipes van de iongevoelige veldeffecttransistor en als je iets hebt over dit artikel of over de CMOS- en NMOS-fabricages geef commentaar in de onderstaande sectie. Hier is de vraag voor jou, wat is de functie van de ISFET?
Fotocredits:
- ISFET ausmt
- Werkingsprincipe van ISFET zij
- Bouw van ISFET all-over-ph
- ISFET pH-sensor microfluïdica
