The ioonitundlikud väljatransistorid on kiibisüsteemide mikroelektrokeemilise labori uudsed integreeritud seadmed. Need on keemiliselt tundlike väljatransistoride tavalised tüübid ja nende struktuur on üldine metalloksiidi pooljuhtväljatransistor . Tundlik ala tähistab transistori väravat ja sisaldab ioonide kontsentratsioonilt pingele ülekandevahendeid. ISFET-i puhul on metalloksiid ja metallväravad üldjoontes asendatud. MOSFET asendatakse lihtsa lahusega lahuses sügavate võrdluselektroodidega ja isoleerkihid on konkreetse analüüdi tuvastamiseks. Isolatsioonikihtide olemus on määratletud kui ISFET-anduri funktsionaalsus ja tundlikkus.
Mis on ISFET?
ISFETi lühend on ioonitundlik väljatransistor. See on väljatransistor , mida kasutatakse ioonilahuste kontsentratsiooni mõõtmiseks. Sellist ioonide kontsentratsiooni nagu H + muudetakse pH-tasemena, mistõttu toimub transistori kaudu voolu muutus. Siin on värava elektrood lahendus ja oksiidpinna ja aluspinna vaheline pinge tuleneb ioonkestast.
ISFET
ISFETi tööpõhimõte
ISFET pH-elektroodi tööpõhimõte on tavalise väljatransistori muutus ja neid kasutatakse palju võimendi ahelaid . ISFETis kasutatakse sisendit tavaliselt metallväravatena, mis asendatakse ioonitundliku membraaniga. Seega koguvad ISFET-i sensorpinna ühte seadmesse ja üks võimendi annab suure voolutugevuse, väikese impedantsi väljundi ja võimaldab kasutada ühenduskaableid ilma tarbetu varjestuseta. Järgmine diagramm näitab ISFET pH elektroodi illustratsiooni.
ISFETi tööpõhimõte
Traditsioonilisest klaaselektroodist pH mõõtmiseks on erinevaid masinaid. Mõõtmispõhimõte põhineb kahe pooljuhi vahel voolava voolu juhtimisel, need on äravoolu ja allika allikad. Need kaks pooljuhti paigutatakse koos kolmanda elektroodiga ja see käitub nagu värava klemm. Väravaklemm ühendatakse mõõdetava lahusega otse.
ISFET-i ülesehitamine
ISFETi valmistamise etapid
- Järgmine samm-sammuline protsess näitab ISFET-i valmistamist
- ISFET valmistatakse CMOS-tehnoloogia abil ja ilma järeltöötlusetappideta
- Kogu tootmine toimub mikrotööstuse laboris asuvas majas
- Materjal peaks olema 4-tolline p-tüüpi ränivahvel
- ISFETis valmistatakse väravaterminal SiO2, Si3N4 materjalist, mõlemad COMS-i arvutatavad materjalid.
- Seal on kuus maskeerimisetappi, mis moodustavad n-auku, n- ja p-allika äravooluava, värava, kontakti ja materjali.
- Si3N4 ja SiO2 disain toimub puhveroksiidi söövitamise lahuste kaudu
Järgmised valmistamisetapid näitavad standardset MOSFET-protsessi ja kuni räninitriidi ioonitundliku kilena sadestumise hetkeni. Räninitriidi sadestamine toimub plasmaga tõhustatud keemilise aurude sadestamise meetodi abil. Kile paksust mõõdetakse ellipsomeetriga. Pärast nitriidi sadestamist jätkatakse protsessi kontaktmaski abil kontaktvormis.
Niisket keemilist söövit BHF-i kasutatakse nitriidi- ja oksiidkilede söövitamiseks ning nende allikast ja äravoolupiirkonnast. BHF-i kombestik aitab välja juurida räninitriidi täiendava söövitamise. Viimane ja viimane etapp on metallimine ISFET-i väljamõeldistes. Väravapiirkonna lähedal pole ioonitundlikul väljatransistoril metallkihti, metalliseerimine toimub allika ja äravoolukontaktide juures. Ioonitundlike väljatransistoride valmistamise lihtsad ja peamised etapid on näidatud järgmises diagrammis.
ISFET pH-andur
Need andurite tüübid on pH mõõtmise valik ja see on vajalik kõrgema jõudluse saavutamiseks. Anduri suurus on väga väike ja andureid kasutatakse meditsiiniliste rakenduste uurimiseks. ISFET-i pH-andurit kasutatakse FDA-s ja CE-s, mis kiidab heaks meditsiiniseadmed, ja need sobivad ka kõige paremini toiduks, kuna klaas on vaba ja paigaldatud sondidesse väikese profiili abil, mis minimeerib tootekahjustusi. ISFET pH-andur on kasutatav paljudes keskkondades ning tööstuslikud olukorrad, mis varieeruvad niisketes ja kuivades oludes ning ka teatud füüsikalistes tingimustes, näiteks rõhu tõttu, sobivad tavaliste klaasist pH-elektroodide jaoks.
ISFET pH-andur
ISFETi pH omadused
PH ISFET-i üldised omadused on järgmised
- ISFETi keemilist tundlikkust kontrollivad täielikult elektrolüüdi omadused
- PH-anduri jaoks on erinevat tüüpi orgaanilisi materjale, nagu Al2O3, Si3N4, Ta2O5, millel on SiO2-st paremad omadused ja tundlikum, madal triiv.
ISFETi eelised
- Reageerimine on väga kiire
- See on lihtne integreerimine mõõteelektroonikaga
- Vähendage sondi bioloogia mõõtmeid.
ISFETi rakendused
ISFETi peamine eelis on see, et seda saab integreerida MOSFETi ja integraallülituste standardsete transistoridega.
ISFETi puudused
- Suur triiv nõuab kiibi servade paindumatut kapseldamist ja sidumisjuhtmetega
- Isegi kui selle seadme transistori võimendusomadused on väga head. Kemikaalide tajumiseks on isoleermembraani vastutus ökoloogilise mürgituse ja sellele järgneva transistori lagunemise eest keelanud ISFE-l kommertsturgudel populaarsust koguda.
Selles artiklis kirjeldatakse ISFET-i tööpõhimõtet ja selle järkjärgulist valmistamist. Artiklis toodud teave on andnud ioonitundliku väljatransistori põhitõed ja kui teil on selle artikli kohta teavet CMOS ja NMOS väljamõeldised palun kommenteerige allpool jaotist. Siin on teie jaoks küsimus, mis on ISFET-i funktsioon?
Foto autorid:
- ISFET ausmt
- ISFETi tööpõhimõte tema
- ISFET-i ülesehitamine kõike-ph
- ISFET pH-andur mikrofluidika
