Ion Sensitive Field-Effect Transistor - Prinsip Kerja ISFET

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Itu transistor efek medan sensitif ion adalah perangkat terintegrasi baru di lab elektrokimia mikro pada sistem chip. Ini adalah tipe umum dari transistor efek medan yang sensitif secara kimiawi, dan strukturnya sama dengan umum transistor efek medan semikonduktor oksida logam . Area sensitif mewakili gerbang transistor dan menggabungkan alat transduksi dari konsentrasi ion ke tegangan. Dalam kasus ISFET oksida logam dan gerbang logam MOSFET umum diganti dengan larutan sederhana dengan elektroda referensi jauh di dalam larutan dan lapisan insulasi untuk mendeteksi analit tertentu. Sifat dari lapisan isolasi didefinisikan sebagai fungsionalitas dan kepekaan jika sensor ISFET.

Apa itu ISFET?

Singkatan dari ISFET adalah Ion Sensitive Field Effect Transistor. Ini adalah transistor efek medan , digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan ion. Konsentrasi ion seperti H + diubah sebagai pH kemudian ada perubahan arus melalui transistor sebagai konsekuensinya. Di sini elektroda gerbang adalah solusi dan tegangan antara permukaan oksida dan substrat disebabkan oleh selubung ion.




ISFET

ISFET

Prinsip Kerja ISFET

Prinsip kerja elektroda pH ISFET adalah perubahan transistor efek medan normal dan digunakan dalam banyak sirkuit penguat . Dalam ISFET biasanya input digunakan sebagai gerbang logam, yang digantikan oleh membran sensitif ion. Oleh karena itu ISFET mengumpulkan dalam satu perangkat permukaan penginderaan dan penguat tunggal memberikan arus tinggi, keluaran impedansi rendah dan memungkinkan penggunaan kabel penghubung tanpa pelindung yang tidak perlu. Diagram berikut menunjukkan ilustrasi elektroda pH ISFET.



Prinsip Kerja ISFET

Prinsip Kerja ISFET

Ada berbagai mesin untuk mengukur pH dari elektroda kaca tradisional. Prinsip pengukuran didasarkan pada kontrol arus yang mengalir antara dua semikonduktor, yaitu drain dan source. Kedua semikonduktor ini ditempatkan bersama ke elektroda ketiga dan berperilaku seperti terminal gerbang. Terminal gerbang langsung dihubungi ke solusi yang akan diukur.

Pembangunan ISFET

Pembangunan ISFET

Langkah Fabrikasi untuk ISFET

  • Proses langkah demi langkah berikut menunjukkan pembuatan ISFET
  • ISFET dibuat dengan bantuan teknologi CMOS dan tanpa langkah pemrosesan pasca
  • Semua fabrikasi dilakukan di rumah di Lab fabrikasi mikro
  • Bahannya harus wafer silikon tipe p 4 inci
  • Di ISFET, terminal gerbang disiapkan dengan bahan SiO2, Si3N4, keduanya bahan yang dapat dihitung COMS.
  • Ada enam tahap masking yaitu pembuatan n-well, n dan p source drain, gate, contact dan material.
  • Desain Si3N4 dan SiO2 melalui larutan etsa buffer oksida

Langkah-langkah fabrikasi berikut menunjukkan proses MOSFET standar dan hingga waktu pengendapan silikon nitrida sebagai film penginderaan ion. Kinerja pengendapan silikon nitrida adalah dengan bantuan metode pengendapan uap kimia yang ditingkatkan plasma. Ketebalan film diukur dengan elipsometer. Setelah pengendapan nitrida dilanjutkan ke form kontak dengan menggunakan contact mask.

Langkah Fabrikasi untuk ISFET

langkah fabrikasi menunjukkan proses MOSFET standar

desain Si3N4 dan SiO2 melalui larutan etsa buffer oksida

langkah etsa untuk silikon nitrida

Etsa kimia basah BHF digunakan untuk etsa dan lapisan nitrida dan oksida yang mendasari dari sumber dan daerah pembuangan. Kebiasaan BHF membantu menghilangkan langkah etsa tambahan untuk silikon nitrida. Langkah terakhir dan terakhir adalah metalisasi dalam fabrikasi ISFET. Dekat daerah gerbang, Ion Sensitive Field-Effect Transistor tidak memiliki lapisan logam, metalisasi disediakan di kontak sumber dan saluran. Langkah-langkah sederhana dan utama dari fabrikasi Ion Sensitive Field-Effect Transistor ditunjukkan pada diagram berikut.


Sensor pH ISFET

Ini jenis sensor adalah pilihan untuk pengukuran pH dan diperlukan untuk kinerja tingkat yang lebih tinggi. Ukuran sensornya sangat kecil dan sensor digunakan untuk studi aplikasi medis. Sensor pH ISFET digunakan di FDA dan CE yang menyetujui perangkat medis dan juga terbaik untuk aplikasi makanan karena bebas kaca dan dipasang dalam probe dengan bantuan profil kecil yang meminimalkan kerusakan produk. Sensor pH ISFET dapat diterapkan di banyak lingkungan, dan situasi industri yang bervariasi untuk kondisi basah dan kering dan juga dalam beberapa kondisi fisik seperti tekanan membuat elektroda pH kaca konvensional akan sesuai.

Sensor pH ISFET

Sensor pH ISFET

Karakteristik pH ISFET

Karakteristik umum dari ISFET pH adalah sebagai berikut

  • Sensitivitas kimiawi ISFET sepenuhnya dikontrol oleh sifat-sifat elektrolit
  • Ada berbagai jenis bahan organik untuk sensor pH seperti Al2O3, Si3N4, Ta2O5 memiliki sifat yang lebih baik daripada SiO2 dan dengan lebih sensitif, penyimpangan rendah.

Keuntungan ISFET

  • Responnya sangat cepat
  • Ini adalah integrasi sederhana dengan elektronik pengukuran
  • Kurangi dimensi biologi probe.

Penerapan ISFET

Keuntungan utama dari ISFET adalah dapat berintegrasi dengan MOSFET dan transistor standar dari sirkuit terintegrasi.

Kekurangan ISFET

  • Penyimpangan besar membutuhkan enkapsulasi yang tidak fleksibel dari tepi chip dan dengan kabel pengikat
  • Meskipun sifat amplifikasi transistor perangkat ini sangat bagus. Untuk penginderaan bahan kimia, tanggung jawab membran isolasi terhadap keracunan ekologis dan kerusakan transistor berikutnya telah melarang ISFE mendapatkan popularitas di pasar komersial.

Artikel ini menjelaskan tentang prinsip kerja ISFET dan proses pembuatannya secara bertahap. Informasi yang diberikan dalam artikel telah memberikan dasar-dasar Transistor Efek Medan Sensitif Ion dan jika Anda memiliki informasi tentang artikel ini atau tentang fabrikasi CMOS dan NMOS tolong beri komentar di bagian bawah. Berikut pertanyaannya buat anda, apa fungsi ISFET?

Kredit Foto: