O transistores de efeito de campo sensíveis a íons são os novos dispositivos integrados no laboratório de microeletroquímica em sistemas de chip. Estes são o tipo comum de transistores de efeito de campo quimicamente sensíveis, e a estrutura é a mesma que o geral transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico . A área sensível representa uma porta de transistor e incorpora os meios de transdução de uma concentração de íons para uma voltagem. No caso do ISFET, o óxido de metal e as portas de metal são de MOSFET geral são substituídos pela solução simples com os eletrodos de referência profundamente nas soluções e as camadas isolantes são para detectar o analito específico. A natureza das camadas isolantes é definida como a funcionalidade e a sensibilidade do sensor ISFET.
O que é um ISFET?
A abreviatura de ISFET é Ion Sensitive Field Effect Transistor. É um transistor de efeito de campo , usado para medir a concentração de soluções de íons. A concentração de íons como H + é alterada com o pH e, consequentemente, há uma alteração na corrente através do transistor. Aqui, o eletrodo de porta é a solução e a voltagem entre a superfície do óxido e o substrato é devido à bainha de íons.
ISFET
Princípio de funcionamento do ISFET
O princípio de funcionamento de um eletrodo de pH ISFET é uma mudança do transistor de efeito de campo normal e eles são usados em muitos circuitos amplificadores . No ISFET, normalmente a entrada é usada como portas de metal, que são substituídas pela membrana sensível a íons. Portanto, o ISFET reúne em um dispositivo a superfície de detecção e um único amplificador fornece a saída de alta corrente e baixa impedância e permite o uso de cabos de conexão sem blindagem desnecessária. O diagrama a seguir mostra a ilustração do eletrodo de pH ISFET.
Princípio de funcionamento do ISFET
Existem diferentes máquinas para a medição do pH do eletrodo de vidro tradicional. O princípio de medição é baseado no controle da corrente que flui entre os dois semicondutores, eles são dreno e fonte. Esses dois semicondutores são colocados juntos em um terceiro eletrodo e ele se comporta como um terminal de porta. O terminal da porta é contatado diretamente para a solução a ser medida.
Construção do ISFET
Etapas de fabricação para ISFET
- O seguinte processo passo a passo mostra a fabricação do ISFET
- ISFET é fabricado com a ajuda da tecnologia CMOS e sem nenhuma etapa de pós-processamento
- Toda a fabricação é feita internamente no Laboratório de Microfabricação
- O material deve ser wafer de silício tipo p de 4 polegadas
- No ISFET, o terminal da porta é preparado com o material de SiO2, Si3N4, ambos materiais computáveis COMS.
- Existem seis etapas de mascaramento que são uma criação de n-poços, drenos de fonte n e p, portão, contato e material.
- O design de Si3N4 e SiO2 é através das soluções de corrosão de óxido tampão
As etapas de fabricação a seguir mostram o processo MOSFET padrão e até o momento da deposição de nitreto de silício como um filme de detecção de íons. O desempenho da deposição do nitreto de silício é feito com a ajuda do método de deposição química de vapor aprimorado por plasma. A espessura do filme é medida com o elipsômetro. Após a deposição do nitreto, o processo continua até a forma de contato usando a máscara de contato.
A corrosão química úmida BHF é usada para a corrosão e os filmes de nitreto e óxido subjacentes da fonte e da região de drenagem. O costume de BHF ajuda a erradicar a etapa de corrosão adicional para nitreto de silício. A última e última etapa é a metalização nas fabricações ISFET. Perto da região da porta, o transistor de efeito de campo sensível a íons não tem a camada de metal, a metalização é fornecida nos contatos da fonte e do dreno. As etapas simples e principais de fabricação do transistor de efeito de campo sensível a íons são mostradas no diagrama a seguir.
Sensor de pH ISFET
Esses tipos de sensores são a escolha para medição de pH e é necessária para desempenho de nível superior. O tamanho do sensor é muito pequeno e os sensores são usados para o estudo de aplicações médicas. O sensor de pH ISFET é utilizado no FDA e CE que homologam dispositivos médicos e também são os melhores para as aplicações alimentícias, pois são livres de vidros e encaixados em sondas com auxílio de pequenos perfis que minimizam os danos ao produto. O sensor de pH ISFET é aplicável em muitos ambientes e situações industriais que variam para condições úmidas e secas e também em algumas condições físicas, como pressão, fazer eletrodos de pH de vidro convencionais serão adequados.
Sensor de pH ISFET
Características do pH ISFET
As características gerais do ISFET de pH são as seguintes
- A sensibilidade química do ISFET é totalmente controlada pelas propriedades do eletrólito
- Existem diferentes tipos de materiais orgânicos para sensores de pH como Al2O3, Si3N4, Ta2O5, têm melhores propriedades do que o SiO2 e com mais sensibilidade, baixa deriva.
Vantagens do ISFET
- A resposta é muito rápida
- É uma integração simples com a eletrônica de medição
- Reduza a dimensão da biologia da sonda.
Aplicações do ISFET
A principal vantagem do ISFET é que ele pode se integrar ao MOSFET e aos transistores padrão de circuitos integrados.
Desvantagens do ISFET
- A grande deriva requer encapsulamento inflexível das bordas do chip e com cabos de ligação
- Mesmo que as propriedades de amplificação do transistor deste dispositivo sejam muito bonitas. Para produtos químicos de detecção, a responsabilidade da membrana isolante para o envenenamento ecológico e subsequente quebra do transistor proibiu o ISFE de ganhar popularidade nos mercados comerciais.
Este artigo descreve o princípio de funcionamento do ISFET e seu processo passo a passo de fabricação. As informações fornecidas no artigo fornecem os fundamentos do Transistor de efeito de campo sensível a íons e se você tem algum sobre este artigo ou sobre as fabricações CMOS e NMOS por favor, comente na seção abaixo. Aqui está a pergunta para você, qual é a função do ISFET?
Créditos fotográficos:
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