The jonu jutīgi lauka efekta tranzistori ir jaunās integrētās ierīces mikroshēmo laboratorijā mikroshēmu sistēmās. Šie ir bieži sastopamie ķīmiski jutīgo lauka efektu tranzistori, un to struktūra ir tāda pati kā vispārējā metāla oksīda pusvadītāju lauka efekta tranzistors . Jutīgā zona apzīmē tranzistora vārtu un ietver transdukcijas līdzekļus no jonu koncentrācijas līdz spriegumam. ISFET gadījumā metāla oksīds un metāla vārti ir vispārīgi. MOSFET tiek aizstāts ar vienkāršu šķīdumu ar atsauces elektrodiem dziļi šķīdumos, un izolējošie slāņi ir paredzēti specifiskās analīzes noteikšanai. Izolējošo slāņu raksturu nosaka kā ISFET sensora funkcionalitāti un jutīgumu.
Kas ir ISFET?
ISFET saīsinājums ir jonu jutīgs lauka efekta tranzistors. Tas ir lauka tranzistors , ko izmanto jonu šķīdumu koncentrācijas mērīšanai. Jonu koncentrācija, piemēram, H +, tiek mainīta, jo pH līmenis mainās caur tranzistoru. Šeit vārtu elektrods ir risinājums, un spriegums starp oksīda virsmu un pamatni ir jonu apvalka dēļ.
ISFET
ISFET darbības princips
ISFET pH elektroda darbības princips ir parastā lauka efekta tranzistora maiņa, un tos izmanto daudzas pastiprinātāju shēmas . ISFET ieeja parasti tiek izmantota kā metāla vārti, kurus aizstāj ar jonu jutīgo membrānu. Tādējādi ISFET vienā ierīcē apkopo sensoru virsmu, un viens pastiprinātājs nodrošina lielu strāvu, zemu pretestības izeju un ļauj izmantot savienojošos kabeļus bez nevajadzīgas pasargāšanas. Šajā diagrammā parādīts ISFET pH elektroda attēls.
ISFET darbības princips
Ir dažādas iekārtas pH mērīšanai no tradicionālā stikla elektroda. Mērīšanas princips ir balstīts uz strāvas vadību, kas plūst starp diviem pusvadītājiem, tie ir notekas un avoti. Šie divi pusvadītāji ir novietoti kopā pie trešā elektroda, un tas darbojas kā vārtu spaile. Vārtu terminālis ir tieši saskarē ar mērāmo šķīdumu.
ISFET uzbūve
ISFET izgatavošanas darbības
- Nākamais soli pa solim parādīts ISFET izgatavošana
- ISFET tiek izgatavots ar CMOS tehnoloģijas palīdzību un bez jebkādām pēcapstrādes darbībām
- Viss izgatavojums tiek veikts mikroprodukcijas laboratorijā
- Materiālam jābūt 4 collu p-veida silīcija vafelei
- ISFET vārtu terminālis ir sagatavots ar SiO2 materiālu, Si3N4, abiem COMS aprēķināmiem materiāliem.
- Ir seši maskēšanas soļi, kas ir n-urbumu, n un p avotu noteku, vārtu, kontaktu un materiālu izveidošana.
- Si3N4 un SiO2 konstrukcija notiek caur bufera oksīda kodināšanas šķīdumiem
Turpmākās ražošanas darbības parāda standarta MOSFET procesu un līdz silīcija nitrīda kā jonu jutīgas plēves nogulsnēšanās brīdim. Silīcija nitrīda nogulsnēšanās ir ar plazmas uzlabotas ķīmiskās tvaiku nogulsnēšanas metodes palīdzību. Plēves biezumu mēra ar elipsometru. Pēc nitrīda nogulsnēšanās process tiek turpināts kontakta formā, izmantojot kontakta masku.
Mitro ķīmisko gravējumu BHF izmanto kodināšanai un nitrīdu un oksīdu plēvju kodināšanai no avota un notekas apgabala. BHF paradums palīdz izskaust silīcija nitrīda papildu kodināšanas soli. Pēdējais un pēdējais posms ir metalizācija ISFET izdomājumos. Netālu no vārtu zonas jonu jutīgajam lauka efekta tranzistoram nav metāla slāņa, metalizācija tiek nodrošināta pie avota un notekas kontaktiem. Jonu jutīgo lauka efektu tranzistoru izgatavošanas vienkāršie un galvenie soļi ir parādīti šajā diagrammā.
ISFET pH sensors
Šie sensoru veidi ir izvēle pH mērīšanai, un tā ir nepieciešama augstāka līmeņa veiktspējai. Sensora izmērs ir ļoti mazs, un sensori tiek izmantoti medicīnas lietojumu izpētei. ISFET pH sensors tiek izmantots FDA un CE, kas apstiprina medicīnas ierīces, un tie ir arī vispiemērotākie pārtikas lietošanai, jo stikls ir brīvs un ievietots zondēs ar nelielu profilu, kas samazina produkcijas bojājumus. ISFET pH sensors ir piemērots daudzās vidēs, un rūpnieciskās situācijas, kas mainās mitros un sausos apstākļos, kā arī dažos fiziskos apstākļos, piemēram, spiediena dēļ, ir piemēroti parastajiem stikla pH elektrodiem.
ISFET pH sensors
ISFET pH raksturojums
PH ISFET vispārīgās īpašības ir šādas
- ISFET ķīmisko jutību pilnībā kontrolē elektrolīta īpašības
- PH sensoram ir dažādi organisko materiālu veidi, piemēram, Al2O3, Si3N4, Ta2O5 ir labākas īpašības nekā SiO2 un ar lielāku jutību, zemu novirzi.
ISFET priekšrocības
- Reaģēšana notiek ļoti ātri
- Tā ir vienkārša integrācija ar mērījumu elektroniku
- Samaziniet zondes bioloģijas dimensiju.
ISFET lietojumi
ISFET galvenā priekšrocība ir tā, ka tā var integrēties ar MOSFET un integrālo shēmu standarta tranzistoriem.
ISFET trūkumi
- Lielajam novirzījumam ir nepieciešama neelastīga mikroshēmas malu iekapsulēšana un savienošanas vadi
- Kaut arī šīs ierīces tranzistora pastiprināšanas īpašības ir ļoti izskatīgas. Attiecībā uz ķīmisko vielu uztveršanu izolācijas membrānas atbildība pret ekoloģisko saindēšanos un sekojošo tranzistoru sabrukumu ir aizliedzusi ISFE gūt popularitāti komerciālos tirgos.
Šajā rakstā ir aprakstīts ISFET darbības princips un tā ražošanas process pa solim. Rakstā sniegtā informācija ir sniegusi jonu jutīgā lauka efekta tranzistora pamatus un, ja jums ir kādi jautājumi par šo rakstu vai par CMOS un NMOS izdomājumi lūdzu, komentējiet zemāk esošajā sadaļā. Šeit jums ir jautājums, kāda ir ISFET funkcija?
Foto kredīti:
- ISFET ausmt
- ISFET darbības princips viņa
- ISFET uzbūve viss par-ph
- ISFET pH sensors mikrofluidika
