Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường nhạy cảm ion là những thiết bị tích hợp mới trong phòng thí nghiệm điện hóa vi mô trên hệ thống chip. Đây là loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường nhạy cảm về mặt hóa học phổ biến và cấu trúc giống như bóng bán dẫn chung bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại . Khu vực nhạy cảm đại diện cho một cổng bóng bán dẫn và kết hợp phương tiện dẫn truyền từ nồng độ ion sang điện áp. Trong trường hợp ISFET, oxit kim loại và các cổng kim loại nói chung là MOSFET được thay thế bằng dung dịch đơn giản với các điện cực chuẩn nằm sâu trong dung dịch và các lớp cách điện dùng để phát hiện chất phân tích cụ thể. Bản chất của các lớp cách điện được xác định là chức năng và độ nhạy nếu cảm biến ISFET.
ISFET là gì?
Tên viết tắt của ISFET là Bóng bán dẫn hiệu ứng trường nhạy cảm ion. Nó là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường , được sử dụng để đo nồng độ của các dung dịch ion. Nồng độ ion như H + được thay đổi theo độ pH, do đó có sự thay đổi dòng điện qua bóng bán dẫn. Ở đây điện cực cổng là dung dịch và hiệu điện thế giữa bề mặt oxit và chất nền là do lớp vỏ ion.
ISFET
Nguyên lý làm việc của ISFET
Nguyên tắc hoạt động của điện cực ISFET pH là sự thay đổi của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bình thường và chúng được sử dụng trong nhiều mạch khuếch đại . Trong ISFET thông thường đầu vào được sử dụng là các cổng kim loại, được thay thế bằng màng nhạy cảm với ion. Do đó, ISFET tập hợp trong một thiết bị bề mặt cảm biến và một bộ khuếch đại duy nhất cung cấp đầu ra dòng điện cao, trở kháng thấp và nó cho phép sử dụng cáp kết nối mà không cần che chắn. Sơ đồ sau đây cho thấy hình minh họa của điện cực pH ISFET.
Nguyên lý làm việc của ISFET
Có nhiều loại máy khác nhau để đo độ pH từ điện cực thủy tinh truyền thống. Nguyên tắc đo dựa trên sự điều khiển dòng điện chạy giữa hai chất bán dẫn, chúng là cống và nguồn. Hai chất bán dẫn này được đặt cùng nhau đến một điện cực thứ ba và nó hoạt động giống như một thiết bị đầu cuối cổng. Đầu cuối cổng được liên hệ trực tiếp với giải pháp cần đo.
Xây dựng ISFET
Các bước chế tạo cho ISFET
- Quy trình từng bước sau đây cho thấy việc chế tạo ISFET
- ISFET được chế tạo với sự trợ giúp của công nghệ CMOS và không có bất kỳ bước xử lý hậu kỳ nào
- Tất cả quá trình chế tạo được thực hiện trong nhà trong Phòng thí nghiệm chế tạo vi mô
- Vật liệu phải là tấm silicon loại p 4 inch
- Trong ISFET, thiết bị đầu cuối cổng được chuẩn bị bằng vật liệu SiO2, Si3N4, cả hai vật liệu có thể tính toán COMS.
- Có sáu bước che là tạo ra n-giếng, n và p cống nguồn, cổng, tiếp điểm và vật liệu.
- Thiết kế của Si3N4 và SiO2 là thông qua các dung dịch khắc oxit đệm
Các bước chế tạo sau đây cho thấy quy trình MOSFET tiêu chuẩn và cho đến thời điểm lắng đọng silic nitrua dưới dạng màng cảm ứng ion. Hiệu suất của quá trình lắng đọng silic nitrua là với sự trợ giúp của phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma. Độ dày của màng được đo bằng máy đo elip. Sau khi lắng đọng nitride, quá trình tiếp tục được tiếp tục với hình thức tiếp xúc bằng cách sử dụng mặt nạ tiếp xúc.
Hóa chất ướt khắc BHF được sử dụng để khắc và tạo màng nitrua và oxit bên dưới từ nguồn và khu vực thoát nước. Tùy chỉnh của BHF giúp loại bỏ bước khắc bổ sung cho silicon nitride. Bước cuối cùng và cuối cùng là kim loại hóa trong chế tạo ISFET. Gần vùng cổng của Transistor hiệu ứng trường nhạy cảm ion không có lớp kim loại, quá trình kim loại hóa được cung cấp tại các tiếp điểm nguồn và cống. Các bước đơn giản và chính của việc chế tạo bóng bán dẫn hiệu ứng trường nhạy cảm ion được trình bày trong sơ đồ sau.
Cảm biến pH ISFET
Những các loại cảm biến là sự lựa chọn để đo pH và nó được yêu cầu cho hiệu suất ở mức cao hơn. Kích thước của cảm biến rất nhỏ và cảm biến được sử dụng để nghiên cứu các ứng dụng y tế. Cảm biến pH ISFET được sử dụng trong FDA và CE phê duyệt các thiết bị y tế và chúng cũng tốt nhất cho các ứng dụng thực phẩm vì không có thủy tinh và được lắp trong các đầu dò với sự trợ giúp của cấu hình nhỏ giúp giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất. Cảm biến pH ISFET có thể áp dụng trong nhiều môi trường và các tình huống công nghiệp khác nhau đối với điều kiện ẩm ướt và khô cũng như trong một số điều kiện vật lý như áp suất làm cho điện cực pH thủy tinh thông thường sẽ phù hợp.
Cảm biến pH ISFET
Đặc điểm của ISFET pH
Các đặc điểm chung của pH ISFET là
- Độ nhạy hóa học của ISFET hoàn toàn được kiểm soát bởi các đặc tính của chất điện phân
- Có nhiều loại vật liệu hữu cơ khác nhau cho cảm biến pH như Al2O3, Si3N4, Ta2O5 có đặc tính tốt hơn SiO2 và có độ nhạy hơn, độ trôi thấp.
Ưu điểm của ISFET
- Phản hồi rất nhanh
- Nó là một tích hợp đơn giản với điện tử đo lường
- Giảm kích thước của sinh học đầu dò.
Các ứng dụng của ISFET
Ưu điểm chính của ISFET là nó có thể tích hợp với MOSFET và các bóng bán dẫn tiêu chuẩn của mạch tích hợp.
Nhược điểm của ISFET
- Độ lệch lớn đòi hỏi sự đóng gói không linh hoạt của các cạnh chip và với các đạo trình liên kết
- Mặc dù đặc tính khuếch đại của bóng bán dẫn của thiết bị này rất đẹp. Đối với các hóa chất cảm nhận, trách nhiệm của màng cách điện đối với nhiễm độc sinh thái và sự cố bóng bán dẫn sau đó đã cấm ISFE phổ biến trên thị trường thương mại.
Bài viết này mô tả về nguyên lý hoạt động của ISFET và quy trình chế tạo từng bước của nó. Thông tin nhất định trong bài báo đã cung cấp những kiến thức cơ bản về Transistor hiệu ứng trường nhạy cảm ion và nếu bạn có bất kỳ điều gì liên quan đến bài viết này hoặc về chế tạo CMOS và NMOS xin vui lòng bình luận trong phần dưới đây. Đây là câu hỏi dành cho bạn, chức năng của ISFET là gì?
Tín ảnh:
- ISFET Ausmt
- Nguyên lý làm việc của ISFET bà ấy
- Xây dựng ISFET all-about-ph
- Cảm biến pH ISFET vi chất lỏng
