ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามที่ไวต่อไอออน เป็นอุปกรณ์ที่รวมอยู่ในห้องปฏิบัติการไฟฟ้าเคมีขนาดเล็กบนระบบชิป นี่คือทรานซิสเตอร์สนามผลที่ไวต่อสารเคมีประเภททั่วไปและโครงสร้างก็เหมือนกับทั่วไป ทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์เซมิคอนดักเตอร์ของโลหะออกไซด์ . บริเวณที่บอบบางแสดงถึงประตูทรานซิสเตอร์และรวมเอาวิธีการถ่ายเทจากความเข้มข้นของไอออนไปเป็นแรงดันไฟฟ้า ในกรณีของ ISFET โลหะออกไซด์และประตูโลหะเป็นของ MOSFET ทั่วไปจะถูกแทนที่ด้วยวิธีแก้ปัญหาง่ายๆด้วยอิเล็กโทรดอ้างอิงที่อยู่ลึกลงไปในสารละลายและชั้นฉนวนมีไว้สำหรับตรวจจับการวิเคราะห์เฉพาะ ลักษณะของชั้นฉนวนถูกกำหนดให้เป็นการทำงานและความไวหากเซ็นเซอร์ ISFET
ISFET คืออะไร?
ตัวย่อของ ISFET คือ Ion Sensitive Field Effect Transistor มันคือทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์ ใช้สำหรับวัดความเข้มข้นของสารละลายไอออน ความเข้มข้นของไอออนเช่น H + เปลี่ยนเป็น pH จากนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านทรานซิสเตอร์ ที่นี่อิเล็กโทรดประตูเป็นสารละลายและแรงดันไฟฟ้าระหว่างพื้นผิวออกไซด์และพื้นผิวเกิดจากเปลือกไอออน
ISFET
หลักการทำงานของ ISFET
หลักการทำงานของอิเล็กโทรด pH ISFET คือการเปลี่ยนแปลงของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามปกติและใช้ใน วงจรเครื่องขยายเสียงจำนวนมาก . ใน ISFET โดยปกติอินพุตจะใช้เป็นประตูโลหะซึ่งจะถูกแทนที่ด้วยเมมเบรนที่ไวต่อไอออน ดังนั้น ISFET จึงรวมพื้นผิวการตรวจจับไว้ในอุปกรณ์เดียวและแอมพลิฟายเออร์ตัวเดียวให้กระแสสูงเอาต์พุตอิมพีแดนซ์ต่ำและช่วยให้สามารถใช้สายเชื่อมต่อได้โดยไม่ต้องมีการป้องกันที่ไม่จำเป็น แผนภาพต่อไปนี้แสดงภาพประกอบของอิเล็กโทรด pH ISFET
หลักการทำงานของ ISFET
มีเครื่องที่แตกต่างกันสำหรับการวัดค่า pH จากอิเล็กโทรดแก้วแบบดั้งเดิม หลักการวัดขึ้นอยู่กับการควบคุมกระแสที่ไหลระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองคือท่อระบายน้ำและแหล่งที่มา เซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองนี้ถูกวางเข้าด้วยกันกับอิเล็กโทรดที่สามและทำงานเหมือนขั้วประตู ขั้วประตูสัมผัสโดยตรงกับสารละลายที่จะวัด
การก่อสร้าง ISFET
ขั้นตอนการผลิตสำหรับ ISFET
- กระบวนการทีละขั้นตอนต่อไปนี้แสดงการประดิษฐ์ ISFET
- ISFET ประดิษฐ์ขึ้นด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยี CMOS และไม่มีขั้นตอนหลังการประมวลผลใด ๆ
- การประดิษฐ์ทั้งหมดจะทำในบ้านในห้องปฏิบัติการผลิตขนาดเล็ก
- วัสดุควรเป็นเวเฟอร์ซิลิคอนชนิดพี 4 นิ้ว
- ใน ISFET เทอร์มินัลประตูถูกเตรียมด้วยวัสดุ SiO2, Si3N4 ซึ่งเป็นวัสดุที่คำนวณได้ทั้ง COMS
- มีขั้นตอนการกำบังหกขั้นตอนซึ่ง ได้แก่ การสร้างท่อระบายน้ำ n-well, n และ p, ประตู, หน้าสัมผัสและวัสดุ
- การออกแบบ Si3N4 และ SiO2 ใช้สารละลายกัดบัฟเฟอร์ออกไซด์
ขั้นตอนการผลิตต่อไปนี้แสดงกระบวนการ MOSFET มาตรฐานและถึงเวลาของการสะสมของซิลิกอนไนไตรด์เป็นฟิล์มตรวจจับไอออน ประสิทธิภาพของการสะสมของซิลิกอนไนไตรด์เกิดจากความช่วยเหลือของวิธีการสะสมไอเคมีที่ปรับปรุงด้วยพลาสมา ความหนาของฟิล์มวัดด้วย ellipsometer หลังจากการสะสมของไนไตรด์กระบวนการนี้ยังคงดำเนินต่อไปในรูปแบบการติดต่อโดยใช้หน้ากากสัมผัส
BHF กัดทางเคมีแบบเปียกใช้สำหรับการกัดและฟิล์มไนไตรด์และออกไซด์ที่อยู่ภายใต้จากแหล่งกำเนิดและบริเวณท่อระบายน้ำ แบบกำหนดเองของ BHF ช่วยขจัดขั้นตอนการแกะสลักเพิ่มเติมสำหรับซิลิคอนไนไตรด์ ขั้นตอนสุดท้ายและขั้นสุดท้ายคือการทำให้เป็นโลหะในการประดิษฐ์ ISFET ใกล้บริเวณประตูทรานซิสเตอร์ Ion Sensitive Field-Effect Transistor ไม่มีชั้นโลหะการทำ metallization มีให้ที่หน้าสัมผัสต้นทางและท่อระบายน้ำ ขั้นตอนที่เรียบง่ายและเป็นหลักของการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์แบบ Ion Sensitive Field-Effect แสดงไว้ในแผนภาพต่อไปนี้
ISFET pH เซนเซอร์
เหล่านี้ ประเภทของเซ็นเซอร์ เป็นทางเลือกสำหรับการวัดค่า pH และจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพในระดับที่สูงขึ้น ขนาดของเซ็นเซอร์มีขนาดเล็กมากและเซ็นเซอร์ใช้สำหรับการศึกษาการใช้งานทางการแพทย์ เซ็นเซอร์วัดค่า pH ISFET ใช้ใน FDA และ CE ซึ่งรับรองอุปกรณ์ทางการแพทย์และยังดีที่สุดสำหรับการใช้งานด้านอาหารเนื่องจากไม่มีแก้วและติดตั้งในโพรบด้วยความช่วยเหลือของโปรไฟล์ขนาดเล็กที่ช่วยลดความเสียหายต่อการผลิต เซ็นเซอร์วัดค่า pH ISFET สามารถใช้ได้ในหลายสภาพแวดล้อมและสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมซึ่งแตกต่างกันไปสำหรับสภาพเปียกและแห้งและในสภาพทางกายภาพบางอย่างเช่นความดันทำให้อิเล็กโทรด pH แบบแก้วธรรมดาจะเหมาะสม
ISFET pH เซนเซอร์
ลักษณะของ ISFET pH
ลักษณะทั่วไปของ pH ISFET มีดังต่อไปนี้
- ความไวทางเคมีของ ISFET ถูกควบคุมโดยคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์โดยสิ้นเชิง
- มีวัสดุอินทรีย์หลายประเภทสำหรับเซ็นเซอร์ pH เช่น Al2O3, Si3N4, Ta2O5 มีคุณสมบัติที่ดีกว่า SiO2 และมีความไวมากกว่าและมีการลอยต่ำ
ข้อดีของ ISFET
- กระแสตอบรับเร็วมาก
- เป็นการผสานรวมอย่างง่ายกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การวัด
- ลดขนาดของชีววิทยาของหัววัด
การใช้งาน ISFET
ข้อได้เปรียบหลักของ ISFET คือสามารถทำงานร่วมกับ MOSFET และทรานซิสเตอร์มาตรฐานของวงจรรวมได้
ข้อเสียของ ISFET
- การดริฟท์ขนาดใหญ่ต้องการการห่อหุ้มที่ไม่ยืดหยุ่นของขอบชิปและด้วยตะกั่วที่มีผลผูกพัน
- แม้ว่าคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ของอุปกรณ์นี้จะดูดีมาก สำหรับการตรวจจับสารเคมีความรับผิดของเมมเบรนฉนวนต่อพิษต่อระบบนิเวศและการสลายตัวของทรานซิสเตอร์ในภายหลังได้ห้ามไม่ให้ ISFE ได้รับความนิยมในตลาดการค้า
บทความนี้อธิบายเกี่ยวกับหลักการทำงานของ ISFET และกระบวนการผลิตทีละขั้นตอน ข้อมูลที่ระบุในบทความได้ให้ข้อมูลพื้นฐานของ Ion Sensitive Field-Effect Transistor และหากคุณมีเกี่ยวกับบทความนี้หรือเกี่ยวกับ การผลิต CMOS และ NMOS โปรดแสดงความคิดเห็นในส่วนด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณ ISFET มีหน้าที่อะไร?
เครดิตภาพ:
- ISFET ausmt
- หลักการทำงานของ ISFET เธอ
- การก่อสร้าง ISFET ทั้งหมดเกี่ยวกับ ph
- ISFET pH เซนเซอร์ ไมโครฟลูอิดิกส์
