Le transistors à effet de champ sensibles aux ions sont les nouveaux dispositifs intégrés dans le laboratoire de micro électrochimie sur les systèmes de puces. Ce sont le type commun de transistors à effet de champ chimiquement sensibles, et la structure est la même que le général transistor à effet de champ semi-conducteur à oxyde métallique . La zone sensible représente une grille de transistor et intègre les moyens de transduction d'une concentration ionique à une tension. Dans le cas de l'ISFET, l'oxyde métallique et les grilles métalliques sont du MOSFET général sont remplacés par la solution simple avec les électrodes de référence profondément dans les solutions et les couches isolantes sont destinées à détecter l'analyte spécifique. La nature des couches isolantes est définie comme la fonctionnalité et la sensibilité du capteur ISFET.
Qu'est-ce qu'un ISFET?
L'abréviation de l'ISFET est Transistor à effet de champ sensible aux ions. C'est un transistor à effet de champ , utilisé pour mesurer la concentration de solutions ioniques. La concentration d'ions comme H + est modifiée en tant que pH, puis il y a un changement de courant à travers le transistor en conséquence. Ici, l'électrode de grille est la solution et la tension entre la surface de l'oxyde et le substrat est due à la gaine ionique.
ISFET
Principe de fonctionnement de l'ISFET
Le principe de fonctionnement d'une électrode de pH ISFET est un changement de transistor à effet de champ normal et ils sont utilisés dans de nombreux circuits amplificateurs . Dans l'ISFET, l'entrée est normalement utilisée comme des portes métalliques, qui sont remplacées par la membrane sensible aux ions. Par conséquent, l'ISFET rassemble dans un seul appareil la surface de détection et un seul amplificateur donne la sortie à courant élevé et à faible impédance et permet l'utilisation de câbles de connexion sans blindage inutile. Le diagramme suivant montre l'illustration de l'électrode de pH ISFET.
Principe de fonctionnement de l'ISFET
Il existe différentes machines pour la mesure du pH à partir de l'électrode en verre traditionnelle. Le principe de mesure est basé sur le contrôle du courant circulant entre les deux semi-conducteurs, ils sont drain et source. Ces deux semi-conducteurs sont placés ensemble à une troisième électrode et elle se comporte comme une borne de grille. Le terminal de porte est directement mis en contact avec la solution à mesurer.
Construction de l'ISFET
Étapes de fabrication pour ISFET
- Le processus étape par étape suivant montre la fabrication de l'ISFET
- ISFET est fabriqué à l'aide de la technologie CMOS et sans aucune étape de post-traitement
- Toute la fabrication est réalisée en interne dans le laboratoire de micro fabrication
- Le matériau doit être une plaquette de silicium de type p de 4 pouces
- Dans l'ISFET, la borne de grille est préparée avec le matériau SiO2, Si3N4, les deux matériaux calculables COMS.
- Il y a six étapes de masquage qui sont une création de drains de source n-puits, n et p, grille, contact et matériau.
- La conception de Si3N4 et SiO2 se fait par les solutions de gravure d'oxyde tampon
Les étapes de fabrication suivantes montrent le processus MOSFET standard et jusqu'au moment du dépôt de nitrure de silicium en tant que film de détection d'ions. La performance du dépôt du nitrure de silicium se fait à l'aide du procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. L'épaisseur du film est mesurée avec l'ellipsomètre. Après le dépôt de nitrure, le processus se poursuit sous forme de contact en utilisant le masque de contact.
La gravure chimique humide BHF est utilisée pour la gravure et les films de nitrure et d'oxyde sous-jacents à partir de la région de source et de drain. La coutume de BHF aide à éliminer l'étape de gravure supplémentaire pour le nitrure de silicium. La dernière et dernière étape est la métallisation dans les fabrications ISFET. Près de la région de grille, le transistor à effet de champ sensible aux ions n'a pas de couche métallique, la métallisation est fournie aux contacts de source et de drain. Les étapes simples et principales des fabrications de transistors à effet de champ sensibles aux ions sont illustrées dans le diagramme suivant.
Capteur de pH ISFET
Ces types de capteurs sont le choix pour la mesure du pH et il est nécessaire pour des performances de niveau supérieur. La taille du capteur est très petite et les capteurs sont utilisés pour l'étude des applications médicales. Le capteur de pH ISFET est utilisé dans la FDA et CE qui approuve les dispositifs médicaux et ils sont également les meilleurs pour les applications alimentaires car le verre est libre et monté dans des sondes à l'aide d'un petit profil qui minimise les dommages à produire. Le capteur de pH ISFET est applicable dans de nombreux environnements, et les situations industrielles qui varient pour des conditions humides et sèches et également dans certaines conditions physiques telles que la pression font que les électrodes de pH en verre conventionnelles conviendront.
Capteur de pH ISFET
Caractéristiques du pH ISFET
Les caractéristiques générales du pH ISFET sont les suivantes
- La sensibilité chimique de l'ISFET est totalement contrôlée par les propriétés de l'électrolyte
- Il existe différents types de matériaux organiques pour les capteurs de pH comme Al2O3, Si3N4, Ta2O5 ont de meilleures propriétés que le SiO2 et avec plus de sensibilité, une faible dérive.
Avantages d'ISFET
- La réponse est très rapide
- C'est une intégration simple avec l'électronique de mesure
- Réduisez la dimension de la biologie de la sonde.
Applications de l'ISFET
Le principal avantage de l'ISFET est qu'il peut s'intégrer au MOSFET et aux transistors standards des circuits intégrés.
Inconvénients de l'ISFET
- La grande dérive nécessite une encapsulation rigide des bords de la puce et avec des fils de liaison
- Même si les propriétés d'amplification du transistor de cet appareil sont très belles. Pour la détection de produits chimiques, la responsabilité de la membrane isolante vis-à-vis de l'empoisonnement écologique et de la panne ultérieure du transistor a empêché l'ISFE de gagner en popularité sur les marchés commerciaux.
Cet article décrit le principe de fonctionnement de l'ISFET et son processus de fabrication étape par étape. Les informations fournies dans l'article ont donné les bases du transistor à effet de champ sensible aux ions et si vous en avez concernant cet article ou à propos de les fabrications CMOS et NMOS veuillez commenter dans la section ci-dessous. Voici la question pour vous, quelle est la fonction de l'ISFET?
Crédits photo:
- ISFET ausmt
- Principe de fonctionnement de l'ISFET elle
- Construction de l'ISFET tout sur ph
- Capteur de pH ISFET microfluidique
