그만큼 이온에 민감한 전계 효과 트랜지스터 마이크로 전기 화학 연구실 온칩 시스템의 새로운 통합 장치입니다. 이들은 화학적으로 민감한 전계 효과 트랜지스터의 일반적인 유형이며 구조는 일반 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 . 민감한 영역은 트랜지스터 게이트를 나타내며 이온 농도에서 전압으로의 변환 수단을 통합합니다. ISFET의 경우 금속 산화물과 금속 게이트는 일반적인 MOSFET으로 대체되며, 용액의 깊이에 기준 전극이있는 단순한 솔루션으로 대체되고 절연 층은 특정 분석 물질을 감지하기위한 것입니다. 절연 층의 특성은 ISFET 센서의 경우 기능과 감도로 정의됩니다.

ISFET 란 무엇입니까?

ISFET의 약어는 Ion Sensitive Field Effect Transistor입니다. 전계 효과 트랜지스터입니다 , 이온 용액의 농도를 측정하는 데 사용됩니다. H +와 같은 이온 농도는 pH에 따라 변화하고 결과적으로 트랜지스터를 통한 전류의 변화가 있습니다. 여기서 게이트 전극은 용액이며 산화물 표면과 기판 사이의 전압은 이온 피복에 기인합니다.

ISFET

ISFET의 작동 원리

ISFET pH 전극의 작동 원리는 일반 전계 효과 트랜지스터의 변경이며 많은 증폭기 회로 . ISFET에서 일반적으로 입력은 금속 게이트로 사용되며 이온에 민감한 멤브레인으로 대체됩니다. 따라서 ISFET는 감지 표면과 단일 증폭기가 하나의 장치에 모여 고전류, 낮은 임피던스 출력을 제공하며 불필요한 차폐없이 연결 케이블을 사용할 수 있습니다. 다음 다이어그램은 ISFET pH 전극의 그림을 보여줍니다.

ISFET의 작동 원리

“5가지 신재생에너지 ”

기존의 유리 전극과 pH 측정을위한 다양한 기계가 있습니다. 측정 원리는 두 반도체 사이에 흐르는 전류의 제어를 기반으로하며 드레인과 소스입니다. 이 두 반도체는 세 번째 전극에 함께 배치되고 게이트 터미널처럼 작동합니다. 게이트 단자는 측정 할 용액에 직접 연결됩니다.

ISFET의 구축

ISFET의 제작 단계

다음 단계별 프로세스는 ISFET의 제조를 보여줍니다.
ISFET는 CMOS 기술을 사용하여 후 처리 단계없이 제작됩니다.
모든 제작은 마이크로 제작 연구소의 사내에서 이루어집니다.
재료는 4 인치 p 형 실리콘 웨이퍼 여야합니다.
ISFET에서 게이트 단자는 COMS 계산 가능한 재료 인 SiO2, Si3N4 재료로 준비됩니다.
n-well, n 및 p 소스 드레인, 게이트, 접점 및 재료를 생성하는 6 개의 마스킹 단계가 있습니다.
Si3N4 및 SiO2의 설계는 버퍼 산화물 식각 솔루션을 통해 이루어집니다.

다음 제조 단계는 표준 MOSFET 공정과 이온 감지 막으로 실리콘 질화물 증착 시간까지를 보여줍니다. 실리콘 질화물의 증착 성능은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방법의 도움으로 이루어집니다. 필름의 두께는 엘 립소 미터로 측정됩니다. 질화물 증착 후, 접촉 마스크를 사용하여 접촉 형태로 공정을 계속한다.

ISFET의 제작 단계

제조 단계는 표준 MOSFET 프로세스를 보여줍니다.

Si3N4 및 SiO2의 설계는 버퍼 산화물 에칭 솔루션을 통해 이루어집니다.

실리콘 질화물을위한 에칭 단계

습식 화학 에칭 BHF는 소스 및 드레인 영역에서 에칭 및 하부 질화물 및 산화막에 사용됩니다. BHF의 관습은 실리콘 질화물에 대한 추가적인 에칭 단계를 없애는 데 도움이됩니다. 마지막이자 마지막 단계는 ISFET 제조의 금속 화입니다. 게이트 영역 근처에서 Ion Sensitive Field-Effect Transistor에는 금속층이 없으며 금속 화는 소스 및 드레인 접점에서 제공됩니다. Ion Sensitive Field-Effect Transistor 제조의 간단하고 주요 단계는 다음 다이어그램에 나와 있습니다.

ISFET pH 센서

이들 센서 유형 pH 측정을위한 선택이며 더 높은 수준의 성능을 위해 필요합니다. 센서의 크기는 매우 작고 의료 응용 분야 연구에 사용됩니다. ISFET pH 센서는 의료 기기를 승인하는 FDA 및 CE에서 사용되며 유리가없고 생산 손상을 최소화하는 작은 프로파일의 도움으로 프로브에 장착되기 때문에 식품 응용 분야에도 가장 적합합니다. ISFET pH 센서는 다양한 환경에 적용 할 수 있으며 습식 및 건식 조건 및 압력과 같은 일부 물리적 조건에 따라 달라지는 산업 상황에서 기존 유리 pH 전극이 적합합니다.

ISFET pH 센서

ISFET pH의 특성

pH ISFET의 일반적인 특성은 다음과 같습니다.

“스턴 총을 만드는 방법 ”

ISFET의 화학적 민감도는 전해질의 특성에 의해 완전히 제어됩니다.
Al2O3, Si3N4, Ta2O5와 같은 pH 센서에는 다양한 유형의 유기 물질이 있으며 SiO2보다 더 나은 특성을 가지며 감도가 높고 드리프트가 낮습니다.

ISFET의 장점

응답이 매우 빠릅니다
측정 전자 장치와의 간단한 통합입니다.
프로브 생물학의 차원을 줄입니다.

ISFET의 응용

ISFET의 주요 장점은 MOSFET 및 집적 회로의 표준 트랜지스터와 통합 할 수 있다는 것입니다.

ISFET의 단점

큰 드리프트는 칩 가장자리와 바인딩 리드를 유연하지 않게 캡슐화해야합니다.
이 장치의 트랜지스터의 증폭 특성은 매우 잘 보입니다. 화학 물질을 감지하기 위해 절연막이 생태 독성에 대한 책임과 그에 따른 트랜지스터 고장으로 인해 ISFE가 상업 시장에서 인기를 얻지 못했습니다.

이 기사에서는 ISFET의 작동 원리와 제조 단계별 프로세스에 대해 설명합니다. 이 기사에 제공된 정보는 Ion Sensitive Field-Effect Transistor의 기본 사항을 제공했으며이 기사 또는 관련 정보가있는 경우 CMOS 및 NMOS 제작 아래 섹션에 의견을 남겨주세요. ISFET의 기능은 무엇입니까?

사진 크레딧 :