В ионно-чувствительные полевые транзисторы представляют собой новые интегрированные устройства в микроэлектрохимической лаборатории на микросхемах. Это обычный тип химически чувствительных полевых транзисторов, и их структура такая же, как и у обычных Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника . Чувствительная область представляет собой затвор транзистора и включает в себя средства преобразования концентрации ионов в напряжение. В случае ISFET оксид металла и металлические затворы обычного MOSFET заменяются простым решением с электродами сравнения глубоко в растворах, а изолирующие слои предназначены для обнаружения конкретного аналита. Характер изолирующих слоев определяется как функциональность и чувствительность датчика ISFET.
Что такое ISFET?
Аббревиатура ISFET - ионно-чувствительный полевой транзистор. Это полевой транзистор , используемый для измерения концентрации ионных растворов. Концентрация ионов, таких как H +, изменяется по мере изменения pH, а следовательно, изменяется ток через транзистор. Здесь электрод затвора представляет собой раствор, а напряжение между поверхностью оксида и подложкой обусловлено ионной оболочкой.
ISFET
Принцип работы ISFET
Принцип работы pH-электрода ISFET - это замена нормального полевого транзистора, и они используются в много схем усилителя . В ISFET вход обычно используется как металлические ворота, которые заменяются ионно-чувствительной мембраной. Таким образом, ISFET собирает в одном устройстве чувствительную поверхность, а один усилитель дает сильноточный выход с низким импедансом и позволяет использовать соединительные кабели без ненужного экранирования. На следующей диаграмме показан pH-электрод ISFET.
Принцип работы ISFET
Существуют разные устройства для измерения pH от традиционного стеклянного электрода. Принцип измерения основан на контроле тока, протекающего между двумя полупроводниками, сток и исток. Эти два полупроводника соединены вместе с третьим электродом, и он ведет себя как вывод затвора. Клемма затвора напрямую подключается к измеряемому раствору.
Строительство ISFET
Этапы изготовления ISFET
- Следующий пошаговый процесс показывает изготовление ISFET.
- ISFET изготавливается с использованием технологии CMOS и без каких-либо этапов постобработки.
- Все производство осуществляется в лаборатории микропроизводства.
- Материал должен быть 4-дюймовой кремниевой пластиной p-типа.
- В ISFET вывод затвора изготовлен из материала SiO2, Si3N4, обоих материалов, рассчитываемых для COMS.
- Есть шесть шагов маскирования, которые представляют собой создание n-образных, n и p стоков источника, затвора, контакта и материала.
- Конструкция Si3N4 и SiO2 основана на буферных растворах для травления оксидов.
Следующие этапы изготовления демонстрируют стандартный процесс MOSFET до момента нанесения нитрида кремния в качестве ионно-чувствительной пленки. Осаждение нитрида кремния осуществляется с помощью метода химического осаждения из паровой плазмы. Толщина пленки измеряется эллипсометром. После осаждения нитрида процесс продолжается до контактной формы с использованием контактной маски.
Влажное химическое травление BHF используется для травления и нижележащих нитридных и оксидных пленок от области истока и стока. Обычай BHF помогает исключить дополнительную стадию травления нитрида кремния. Последний и последний шаг - это металлизация при изготовлении ISFET. Вблизи затвора ионно-чувствительный полевой транзистор не имеет металлического слоя, металлизация обеспечивается на контактах истока и стока. Простые и основные этапы изготовления ионно-чувствительных полевых транзисторов показаны на следующей диаграмме.
Датчик pH ISFET
Эти типы датчиков являются выбором для измерения pH и необходимы для более высокого уровня производительности. Размер датчика очень мал, и датчики используются для исследования медицинских приложений. Датчик pH ISFET используется в FDA и CE, которые одобряют медицинские устройства, и они также лучше всего подходят для пищевых продуктов, потому что без стекла и устанавливаются в зонды с помощью небольшого профиля, что минимизирует ущерб для производства. Датчик pH ISFET применим во многих средах и промышленных условиях, которые различаются для влажных и сухих условий, а также в некоторых физических условиях, таких как давление, заставляющее обычные стеклянные pH-электроды.
Датчик pH ISFET
Характеристики ISFET pH
Общие характеристики pH ISFET следующие:
- Химическая чувствительность ISFET полностью контролируется свойствами электролита.
- Существуют различные типы органических материалов для датчиков pH, такие как Al2O3, Si3N4, Ta2O5, которые обладают лучшими свойствами, чем SiO2, и обладают большей чувствительностью и низким дрейфом.
Преимущества ISFET
- Ответ очень быстрый
- Простая интеграция с измерительной электроникой
- Уменьшите масштабы биологии зонда.
Применение ISFET
Основное преимущество ISFET заключается в том, что он может интегрироваться с MOSFET и стандартными транзисторами интегральных схем.
Недостатки ISFET
- Большой дрейф требует жесткой герметизации краев микросхемы и соединительных выводов.
- Хотя усилительные свойства транзистора этого устройства выглядят очень хорошо. Для чувствительных химикатов ответственность изоляционной мембраны за экологическое отравление и последующий выход из строя транзистора помешала ISFE получить популярность на коммерческих рынках.
В этой статье описывается принцип работы ISFET и пошаговый процесс его изготовления. Приведенная в статье информация дает основы работы с ионно-чувствительным полевым транзистором, и если у вас есть какие-либо сведения об этой статье или о изготовления CMOS и NMOS прокомментируйте, пожалуйста, в разделе ниже. Вот вам вопрос, какова функция ISFET?
Фото:
- ISFET ausmt
- Принцип работы ISFET она
- Строительство ISFET все о-ф
- Датчик pH ISFET микрофлюидика
