Ionkänslig fälteffekttransistor - ISFETs arbetsprincip

De jonkänsliga fälteffekttransistorer är de nya integrerade enheterna i mikroelektrokemiska laboratoriet för chipsystem. Dessa är den vanliga typen av kemiskt känsliga fälteffekttransistorer, och strukturen är densamma som den allmänna metalloxid halvledare fälteffekt transistor . Det känsliga området representerar en transistorgrind och innehåller transduktionsmedlen från en jonkoncentration till en spänning. I fallet med ISFET ersätts metalloxiden och metallportarna av allmänt MOSFET med den enkla lösningen med referenselektroderna djupt i lösningarna och de isolerande skikten är för att detektera den specifika analyten. De isolerande skiktens karaktär definieras som funktionalitet och känslighet om ISFET-sensorn.

Vad är en ISFET?

Förkortningen för ISFET är Ion Sensitive Field Effect Transistor. Det är en fälteffekttransistor , som används för att mäta koncentrationen av jonlösningar. Jonkoncentrationen som H + ändras som pH då det blir en strömförändring genom transistorn följaktligen. Här är grindelektroden lösningen och spänningen mellan oxidytan och substratet beror på jonmanteln.

ISFET

Arbetsprincip för ISFET

Arbetsprincipen för en ISFET pH-elektrod är en förändring av normal fälteffekttransistor och de används i många förstärkarkretsar . I ISFET används normalt ingången som metallgrindar, som ersätts av det jonkänsliga membranet. Därför samlar ISFET i en enhet avkänningsytan och en enda förstärkare ger hög ström, låg impedansutgång och gör det möjligt att använda anslutningskablar utan onödig skärmning. Följande diagram visar illustrationen av ISFET pH-elektrod.

Arbetsprincip för ISFET

Det finns olika maskiner för mätning av pH från den traditionella glaselektroden. Mätprincipen baseras på styrningen av strömmen som flyter mellan de två halvledarna, de är dränerade och källor. Dessa två halvledare är placerade tillsammans till en tredje elektrod och den beter sig som en grindterminal. Portterminalen kontaktas direkt med lösningen som ska mätas.

Konstruktion av ISFET

Tillverkningssteg för ISFET

• Följande steg för steg-process visar tillverkningen av ISFET
• ISFET tillverkas med hjälp av CMOS-tekniken och utan några efterbehandlingssteg
• All tillverkning sker i huset i mikrofabriken
• Materialet ska vara 4-tums p-typ kiselskiva
• I ISFET förbereds grindterminalen med materialet från SiO2, Si3N4, båda COMS-beräknbara material.
• Det finns sex maskeringssteg som skapar n-brunn, n- och p-källrör, grind, kontakt och material.
• Utformningen av Si3N4 och SiO2 sker genom buffertoxidetsningslösningar

Följande tillverkningssteg visar standard MOSFET-processen och fram till tiden för avsättning av kiselnitrid som en jonavkännande film. Prestandan för avsättningen av kiselnitrid är med hjälp av den plasmaförstärkta kemiska ångavsättningsmetoden. Filmens tjocklek mäts med ellipsometern. Efter nitridutfällningen fortsätter förfarandet till kontaktform genom att använda kontaktmasken.

Den våta kemiska etsningen BHF används för etsning och underliggande nitrid- och oxidfilmer till från käll- och avloppsområdet. Seden med BHF hjälper till att utrota ytterligare etsningssteg för kiselnitrid. Det sista och sista steget är metalliseringen i ISFET-tillverkningarna. Nära grindområdet har den Ion Sensitive Field-Effect Transistor inte metallskiktet, metalliseringen tillhandahålls vid källans och avloppskontakterna. De enkla och huvudsakliga stegen i Ion Sensitive Field-Effect Transistor-tillverkningar visas i följande diagram.

ISFET pH-sensor

Dessa typer av sensorer är valet för pH-mätning och det krävs för högre prestanda. Sensorns storlek är mycket liten och sensorer används för att studera medicinska applikationer. ISFET pH-sensorn används i FDA och CE som godkänner medicintekniska produkter och de är också bäst för livsmedelsapplikationerna eftersom glaset är fritt och monterat i sonder med hjälp av liten profil som minimerar produktskador. ISFET pH-sensorn är användbar i många miljöer, och industriella situationer som varierar för våta och torra förhållanden och även under vissa fysiska förhållanden som tryck gör att konventionella glas-pH-elektroder passar.

ISFET pH-sensor

Kännetecken för ISFET pH

De allmänna egenskaperna för pH ISFET är följande

• ISFET: s kemiska känslighet styrs helt av egenskaperna hos elektrolyten
• Det finns olika typer av organiska material för pH-sensorer som Al2O3, Si3N4, Ta2O5 har bättre egenskaper än SiO2 och med mer känslighet, låg drift.

Fördelar med ISFET

• Svaret är mycket snabbt
• Det är en enkel integration med mätelektronik
• Minska dimensionen av sondbiologin.

Tillämpningar av ISFET

Den största fördelen med ISFET är att den kan integreras med MOSFET och standardtransistorerna för integrerade kretsar.

Nackdelar med ISFET

• Den stora drivningen kräver oflexibel inkapsling av chipkanterna och med bindande ledningar
• Även om förstärkningsegenskaperna hos transistorn för denna enhet är mycket snygga. För avkänning av kemikalier har isoleringsmembranets ansvar för ekologisk förgiftning och efterföljande transistornedbrytning förbjudit ISFE att vinna popularitet på kommersiella marknader.

Denna artikel beskriver ISFET: s arbetsprincip och dess tillverkning steg för steg. Den givna informationen i artikeln har gett grunderna i Ion Sensitive Field-Effect Transistor och om du har något angående den här artikeln eller om CMOS- och NMOS-tillverkningen kommentera i avsnittet nedan. Här är frågan för dig, vilken funktion har ISFET?

Fotokrediter:

• ISFET ausmt
• Arbetsprincip för ISFET hon
• Konstruktion av ISFET all-about-ph
• ISFET pH-sensor mikrofluidik