ה טרנזיסטורי אפקט שדה רגישים ליונים הם המכשירים המשולבים החדשניים במעבדה המיקרו אלקטרוכימית במערכות שבבים. אלה הם הסוג הנפוץ של טרנזיסטורי אפקט שדה רגישים כימית, והמבנה זהה לכלל טרנזיסטור אפקט שדה מוליך למחצה מתכת . האזור הרגיש מייצג שער טרנזיסטור ומשלב את אמצעי ההעברה מריכוז יונים למתח. במקרה של ISFET תחמוצת המתכת ושערי המתכת הם MOSFET כללי מוחלפים בתמיסה הפשוטה עם אלקטרודות הייחוס עמוק בתמיסות ושכבות הבידוד מיועדות לאיתור האנליט הספציפי. אופי שכבות הבידוד מוגדר כפונקציונליות ורגישות אם חיישן ISFET.
מה זה ISFET?
הקיצור של ה- ISFET הוא טרנזיסטור יון רגיש לאפקט השדה. זהו טרנזיסטור אפקט שדה , המשמש למדידת ריכוז תמיסות היונים. ריכוז היונים כמו H + משתנה כ- pH ואז נוצר שינוי בזרם דרך הטרנזיסטור. כאן אלקטרודת השער היא הפתרון והמתח בין משטח התחמוצת למצע נובע ממעטפת היונים.
ISFET
עקרון עבודה של ISFET
עקרון העבודה של אלקטרודת pH ISFET הוא שינוי טרנזיסטור אפקט שדה רגיל והם משמשים ב מעגלי מגבר רבים . ב- ISFET בדרך כלל הקלט משמש כשערי מתכת, אשר מוחלפים בקרום הרגיש ליונים. מכאן שה- ISFET אוסף במכשיר אחד את משטח החישה ומגבר יחיד נותן את הזרם הגבוה, את פלט העכבה הנמוכה והוא מאפשר שימוש בכבלים מחברים ללא הגנה מיותרת. התרשים הבא מציג את האיור של אלקטרודת ה- pH של ISFET.
עקרון עבודה של ISFET
ישנן מכונות שונות למדידת ה- pH מאלקטרודת הזכוכית המסורתית. עקרון המדידה מבוסס על בקרת הזרם הזורם בין שני המוליכים למחצה, הם נקזים ומקורם. שני מוליכים למחצה אלה מוצבים יחד לאלקטרודה שלישית והיא מתנהגת כמו מסוף שער. יש ליצור קשר ישיר עם מסוף השער לפיתרון שיימדד.
בניית ISFET
שלבי ייצור ISFET
- התהליך שלב אחר שלב מציג את ייצור ה- ISFET
- ISFET מיוצר בעזרת טכנולוגיית CMOS וללא כל שלבי עיבוד לאחר
- כל הייצור נעשה בבית במעבדת ייצור המיקרו
- החומר צריך להיות רקיק סיליקון מסוג 4 אינץ '
- ב- ISFET מכינים את מסוף השער עם החומר של SiO2, Si3N4, שניהם חומרים ניתנים לחישוב של COMS.
- ישנם שישה שלבי מיסוך שהם יצירה של ניקוזי מקורות n-well, n ו- p, שער, מגע וחומר.
- העיצוב של Si3N4 ו- SiO2 הוא באמצעות פתרונות חריטת תחמוצת החיץ
שלבי הייצור הבאים מציגים את תהליך ה- MOSFET הסטנדרטי ועד למצב התצהיר של ניטריד סיליקון כסרט חישה של יונים. ביצועי התצהיר של הסיליקון ניטריד הם בעזרת שיטת התצהיר האדימית הכימית המשופרת בפלזמה. עובי הסרט נמדד באמצעות האליפסומטר. לאחר התצהיר ניטריד, התהליך ממשיך ליצור טופס יצירת קשר באמצעות מסכת המגע.
ה BHF הכימי הכימי הרטוב משמש לצריבה ולבסיס סרטי ניטריד ותחמוצת מאזור המקור והניקוז. המנהג של BHF מסייע במיגור שלב תחריט נוסף עבור ניטריד סיליקון. השלב האחרון והאחרון הוא המתכת בבדיות ISFET. ליד אזור השער טרנזיסטור ה- Ion Sensitive-Effect Field אינו מכיל את שכבת המתכת, המיזוג מסופק במגע ובמגעי הניקוז. השלבים הפשוטים והעיקריים של ייצור טרנזיסטורים רגישים של שדה יון מוצגים בתרשים הבא.
חיישן pH ISFET
אלה סוגי חיישנים הם הבחירה למדידת pH וזה נדרש לביצועים ברמה גבוהה יותר. גודל החיישן קטן מאוד והחיישנים משמשים לחקר יישומים רפואיים. חיישן ה- pH של ISFET משמש ב- FDA וב- CE המאשרים מכשירים רפואיים והם גם הטובים ביותר ליישומי מזון מכיוון שהזכוכית נקייה ומותאמת בחיישנים בעזרת פרופיל קטן שממזער נזק לייצור. חיישן ה- pH של ISFET ישים בסביבות רבות, ומצבים תעשייתיים המשתנים בתנאים רטובים ויבשים וגם בתנאים פיזיים מסוימים כמו לחץ הופכים אלקטרודות pH זכוכית קונבנציונאליות.
חיישן pH ISFET
מאפייני ה- pH של ISFET
המאפיינים הכלליים של ה- ISFET pH הם הבאים
- הרגישות הכימית של ה- ISFET נשלטת לחלוטין על ידי תכונות האלקטרוליט
- ישנם סוגים שונים של חומרים אורגניים לחיישן pH כמו Al2O3, Si3N4, Ta2O5 בעלי תכונות טובות יותר מ- SiO2 ועם רגישות רבה יותר, סחיפה נמוכה.
יתרונות ISFET
- התגובה מהירה מאוד
- זו שילוב פשוט עם אלקטרוניקה למדידה
- צמצם את המימד של הביולוגיה של החללית.
יישומי ISFET
היתרון העיקרי של ה- ISFET הוא בכך שהוא יכול להשתלב עם ה- MOSFET והטרנזיסטורים הסטנדרטיים של מעגלים משולבים.
חסרונות ISFET
- הסחף הגדול דורש אנקפסציה גמישה של קצוות השבב ועם מובילי כריכה
- למרות שתכונות ההגברה של הטרנזיסטור של מכשיר זה נראות טוב מאוד. לגבי חישת כימיקלים, אחריות קרום הבידוד להרעלה האקולוגית והתמוטטות הטרנזיסטור שלאחר מכן אסרה על כך שה- ISFE זכה לפופולריות בשווקים המסחריים.
מאמר זה מתאר אודות עקרון העבודה של ה- ISFET וייצורו שלב אחר שלב. המידע הנתון במאמר נתן את היסודות של טרנזיסטור ה- Ion Sensitive Field-Effect Field ואם יש לך מידע לגבי מאמר זה או אודותיו. את ייצור ה- CMOS וה- NMOS אנא הגיב בסעיף שלהלן. הנה השאלה עבורך, מה תפקידו של ה- ISFET?
נקודות זיכוי:
- ISFET ausmt
- עקרון העבודה של ISFET היא
- בניית ISFET all-about-ph
- חיישן pH ISFET מיקרופלואידיקה
