Das ionenempfindliche Feldeffekttransistoren sind die neuartigen integrierten Geräte im mikroelektrochemischen Labor auf Chip-Systemen. Dies sind die gebräuchlichen chemisch empfindlichen Feldeffekttransistoren, und die Struktur ist dieselbe wie im Allgemeinen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor . Der empfindliche Bereich stellt ein Transistor-Gate dar und enthält die Mittel zur Übertragung von einer Ionenkonzentration auf eine Spannung. Im Fall von ISFET werden das Metalloxid und die Metallgatter allgemeiner MOSFET durch die einfache Lösung ersetzt, wobei die Referenzelektroden tief in den Lösungen liegen und die Isolierschichten zum Nachweis des spezifischen Analyten dienen. Die Art der Isolierschichten wird als Funktionalität und Empfindlichkeit des ISFET-Sensors definiert.
Was ist ein ISFET?
Die Abkürzung für ISFET lautet Ion Sensitive Field Effect Transistor. Es ist ein Feldeffekttransistor , zur Messung der Konzentration von Ionenlösungen. Die Ionenkonzentration wie H + wird als pH geändert, dann ändert sich folglich der Strom durch den Transistor. Hier ist die Gateelektrode die Lösung und die Spannung zwischen der Oxidoberfläche und dem Substrat ist auf die Ionenhülle zurückzuführen.
ISFET
Arbeitsprinzip von ISFET
Das Arbeitsprinzip einer ISFET-pH-Elektrode ist eine Änderung des normalen Feldeffekttransistors und sie werden in verwendet viele Verstärkerschaltungen . Im ISFET wird der Eingang normalerweise als Metallgatter verwendet, die durch die ionenempfindliche Membran ersetzt werden. Daher sammelt der ISFET in einem Gerät die Erfassungsfläche und ein einzelner Verstärker liefert den Ausgang mit hohem Strom und niedriger Impedanz und ermöglicht die Verwendung von Verbindungskabeln ohne unnötige Abschirmung. Das folgende Diagramm zeigt die Darstellung der ISFET-pH-Elektrode.
Arbeitsprinzip von ISFET
Es gibt verschiedene Maschinen zur Messung des pH-Wertes von der herkömmlichen Glaselektrode. Das Messprinzip basiert auf der Steuerung des zwischen den beiden Halbleitern fließenden Stroms, sie sind Drain und Source. Diese beiden Halbleiter sind zusammen zu einer dritten Elektrode angeordnet und verhalten sich wie ein Gate-Anschluss. Der Gate-Anschluss ist direkt mit der zu messenden Lösung verbunden.
Bau eines ISFET
Herstellungsschritte für ISFET
- Der folgende schrittweise Prozess zeigt die Herstellung des ISFET
- ISFET wird mit Hilfe der CMOS-Technologie und ohne Nachbearbeitungsschritte hergestellt
- Die gesamte Herstellung erfolgt im eigenen Haus im Mikrofabrikationslabor
- Das Material sollte ein 4-Zoll-Siliziumwafer vom p-Typ sein
- Im ISFET wird der Gate-Anschluss mit dem Material SiO2, Si3N4, beides COMS-berechenbare Materialien, hergestellt.
- Es gibt sechs Maskierungsschritte, bei denen n-Well-, n- und p-Source-Drains, Gate, Kontakt und Material erzeugt werden.
- Das Design von Si3N4 und SiO2 erfolgt durch die Pufferoxid-Ätzlösungen
Die folgenden Herstellungsschritte zeigen den Standard-MOSFET-Prozess und bis zum Zeitpunkt der Abscheidung von Siliziumnitrid als Ionensensorfilm. Die Leistung der Abscheidung des Siliziumnitrids erfolgt mit Hilfe des plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens. Die Dicke des Films wird mit dem Ellipsometer gemessen. Nach der Nitridabscheidung wird der Prozess unter Verwendung der Kontaktmaske zur Kontaktform fortgesetzt.
Das nasschemische Ätz-BHF wird für das Ätzen und die darunter liegenden Nitrid- und Oxidfilme vom Source- und Drain-Bereich verwendet. Der Brauch von BHF hilft, zusätzlichen Ätzschritt für Siliziumnitrid zu beseitigen. Der letzte und letzte Schritt ist die Metallisierung in den ISFET-Fertigungen. In der Nähe des Gate-Bereichs weist der ionensensitive Feldeffekttransistor keine Metallschicht auf, die Metallisierung erfolgt an den Source- und Drain-Kontakten. Die einfachen und Hauptschritte der Herstellung von ionensensitiven Feldeffekttransistoren sind in der folgenden Abbildung dargestellt.
ISFET pH-Sensor
Diese Arten von Sensoren sind die Wahl für die pH-Messung und es ist für eine höhere Leistung erforderlich. Die Größe des Sensors ist sehr klein und Sensoren werden zur Untersuchung medizinischer Anwendungen verwendet. Der ISFET-pH-Sensor wird in der FDA und der CE verwendet, die Medizinprodukte zulassen, und sie eignen sich auch am besten für Lebensmittelanwendungen, da das Glas frei und mit Hilfe eines kleinen Profils in Sonden eingebaut ist, die Schäden an der Produktion minimieren. Der ISFET-pH-Sensor ist in vielen Umgebungen anwendbar, und industrielle Situationen, die für nasse und trockene Bedingungen und auch für einige physikalische Bedingungen wie Druck variieren, machen herkömmliche Glas-pH-Elektroden geeignet.
ISFET pH-Sensor
Eigenschaften des ISFET-pH
Die allgemeinen Eigenschaften des pH-ISFET sind die folgenden
- Die chemische Empfindlichkeit des ISFET wird vollständig durch die Eigenschaften des Elektrolyten gesteuert
- Es gibt verschiedene Arten von organischen Materialien für pH-Sensoren wie Al2O3, Si3N4, Ta2O5, die bessere Eigenschaften als SiO2 und mit höherer Empfindlichkeit eine geringe Drift aufweisen.
Vorteile von ISFET
- Die Antwort ist sehr schnell
- Es ist eine einfache Integration in die Messelektronik
- Reduzieren Sie die Dimension der Sondenbiologie.
Anwendungen von ISFET
Der Hauptvorteil des ISFET besteht darin, dass er in den MOSFET und die Standardtransistoren integrierter Schaltungen integriert werden kann.
Nachteile von ISFET
- Die große Drift erfordert eine unflexible Einkapselung der Chipkanten und mit Bindungsleitungen
- Obwohl die Verstärkungseigenschaften des Transistors dieses Geräts sehr gut aussehen. Für die Erfassung von Chemikalien hat die Haftung der Isoliermembran gegenüber ökologischen Vergiftungen und dem anschließenden Durchbruch von Transistoren die ISFE daran gehindert, auf kommerziellen Märkten an Popularität zu gewinnen.
Dieser Artikel beschreibt das Arbeitsprinzip des ISFET und seinen schrittweisen Herstellungsprozess. Die im Artikel angegebenen Informationen enthalten die Grundlagen des ionensensitiven Feldeffekttransistors sowie Informationen zu diesem Artikel oder zu diesem Thema die CMOS- und NMOS-Fabrikationen Bitte kommentieren Sie im folgenden Abschnitt. Hier ist die Frage für Sie, welche Funktion hat der ISFET?
Bildnachweis:
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