イオン感応性電界効果トランジスタ–ISFETの動作原理

ザ・ イオン感応性電界効果トランジスタ は、マイクロ電気化学ラボオンチップシステムの新しい統合デバイスです。これらは化学的に敏感な電界効果トランジスタの一般的なタイプであり、構造は一般的なものと同じです 金属酸化物半導体電界効果トランジスタ 。敏感な領域はトランジスタゲートを表し、イオン濃度から電圧への変換手段を組み込んでいます。 ISFETの場合、金属酸化物と金属ゲートは一般的なMOSFETであり、参照電極が溶液の奥深くにある単純な溶液に置き換えられ、絶縁層は特定の分析物を検出するためのものです。絶縁層の性質は、ISFETセンサーの場合の機能と感度として定義されます。

ISFETとは何ですか？

ISFETの略語は、イオン感応性電界効果トランジスタです。 電界効果トランジスタです 、イオン溶液の濃度の測定に使用されます。 H +のようなイオン濃度はpHに応じて変化し、その結果、トランジスタを流れる電流が変化します。ここで、ゲート電極は溶液であり、酸化物表面と基板の間の電圧はイオンシースによるものです。

ISFET

ISFETの動作原理

ISFET pH電極の動作原理は、通常の電界効果トランジスタの変更であり、 多くのアンプ回路 。 ISFETでは通常、入力は金属ゲートとして使用され、イオン感応性膜に置き換えられます。したがって、ISFETは1つのデバイスに検出面を集め、単一の増幅器が高電流、低インピーダンスの出力を提供し、不要なシールドなしで接続ケーブルを使用できるようにします。次の図は、ISFETpH電極の図を示しています。

ISFETの動作原理

従来のガラス電極とは異なるpH測定機があります。測定原理は、ドレインとソースの2つの半導体間を流れる電流の制御に基づいています。これらの2つの半導体は、3番目の電極に一緒に配置され、ゲート端子のように動作します。ゲート端子は、測定する溶液に直接接触しています。

ISFETの構築

ISFETの製造手順

• 次のステップバイステップのプロセスは、ISFETの製造を示しています
• ISFETは、CMOSテクノロジを使用して、後処理ステップなしで製造されます。
• すべての製造は、微細加工ラボの社内で行われます。
• 材質は4インチp型シリコンウェーハ
• ISFETでは、ゲート端子は両方ともCOMS計算可能な材料であるSiO2、Si3N4の材料で準備されています。
• nウェル、nおよびpソースドレイン、ゲート、コンタクト、および材料の作成である6つのマスキングステップがあります。
• Si3N4とSiO2の設計は、バッファー酸化物エッチング溶液を使用します。

次の製造ステップは、標準のMOSFETプロセスと、イオン検知膜として窒化ケイ素が堆積するまでのプロセスを示しています。窒化ケイ素の堆積の性能は、プラズマ強化化学蒸着法の助けを借りている。フィルムの厚さはエリプソメーターで測定されます。窒化物の堆積後、プロセスはコンタクトマスクを使用してフォームに接触し続けます。

ウェットケミカルエッチングBHFは、ソースおよびドレイン領域からのエッチングおよび下にある窒化物および酸化物膜に使用されます。 BHFの習慣は、窒化ケイ素の追加のエッチングステップを根絶するのに役立ちます。最後の最後のステップは、ISFET製造におけるメタライゼーションです。ゲート領域の近くでは、イオン感応性電界効果トランジスタには金属層がなく、メタライゼーションはソース接点とドレイン接点で提供されます。イオン感応性電界効果トランジスタの製造の簡単で主な手順を次の図に示します。

ISFETpHセンサー

これら センサーの種類 はpH測定の選択肢であり、より高いレベルのパフォーマンスに必要です。センサーのサイズは非常に小さく、センサーは医療用途の研究に使用されます。 ISFET pHセンサーは、医療機器を承認するFDAおよびCEで使用されており、ガラスがなく、小さなプロファイルの助けを借りてプローブに取り付けられているため、食品用途にも最適です。 ISFET pHセンサーは多くの環境に適用可能であり、ウェット条件とドライ条件、および圧力などの物理的条件によって異なる産業状況では、従来のガラスpH電極が適しています。

ISFETpHセンサー

ISFETpHの特性

pHISFETの一般的な特性は次のとおりです。

• ISFETの化学物質過敏症は、電解質の特性によって完全に制御されます
• Al2O3、Si3N4、Ta2O5などのpHセンサー用のさまざまな種類の有機材料は、SiO2よりも優れた特性を持ち、感度が高く、ドリフトが少ないです。

ISFETの利点

• 応答は非常に速いです
• それは測定電子機器との単純な統合です
• プローブ生物学の次元を減らします。

ISFETのアプリケーション

ISFETの主な利点は、MOSFETおよび集積回路の標準トランジスタと統合できることです。

ISFETのデメリット

• 大きなドリフトには、チップエッジの柔軟性のないカプセル化とバインディングリードが必要です。
• このデバイスのトランジスタの増幅特性は非常に見栄えが良いですが。化学物質を感知する場合、生態学的中毒とそれに続くトランジスタの故障に対する絶縁膜の責任により、ISFEは商業市場で人気を博すことができませんでした。

この記事では、ISFETの動作原理とその製造を段階的に説明します。記事に記載されている情報は、イオン感応性電界効果トランジスタの基本と、この記事または CMOSおよびNMOSの製造 以下のセクションにコメントしてください。ここにあなたへの質問があります、ISFETの機能は何ですか？

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