ISFET
(İyon Duyarlı Alan Etkili Transistör) Nedir?

İyon duyarlı alan etkili transistörler, çip sistemlerindeki bir çeşit mikro elektrokimyasal laboratuvara sahip yeni tür entegre cihazlardır. Bunlar, kimyasal olarak hassas olan alan etkili transistörlerin ortak türüdür ve yapısı genel olarak, metal oksit yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET) ile hemen hemen aynıdır.

A- A+

20.12.2016 tarihli yazı 13815 kez okunmuştur.

ISFET Nedir?

ISFET'in kısaltması İyon Duyarlı Alan Etkili Transistör'dür (Ion Sensitive Field Effect Transistor). Bu transistör, iyon çözeltilerinin konsantrasyonunun ölçülmesinde kullanılan bir alan etkili transistör türüdür. İyon konsantrasyonu, örneğin H+ gibi iyonlar pH metreyi etkiler. Bu etki aynı şekilde transistörde akım değişmesine sebep olur. Transistör de geçit elektrodu çözeltidir ve oksit yüzeyi ile alt tabaka arasındaki voltaj, iyon kılıfından kaynaklanmaktadır.

Basit bir ISFET yapısı

ISFET’in Çalışma Prensibi

Bir ISFET pH elektrodunun çalışma prensibi, normal alan etkili transistörün bir değişikliğidir ve aslında birçok amplifikatör devresinde kullanılabilirler. ISFET'de girdi, iyon duyarlı zar ile değiştirilen metal kapılar üzerinden yapılır. Bu sayede, ISFET algılama yüzeyini tek bir cihazda toplar ve tek bir amplifikatör, yüksek akım, düşük empedanslı çıktı verir ve gereksiz koruyucu olmadan bağlantı kablolarının kullanılmasına izin verir.

►İlginizi Çekebilir: BJT ve FET Arasındaki Farklar

Ölçüm prensibi ise iki yarı iletken tabaka arasında akan akımın kontrol edilmesine dayanmaktadır. Bunlar drain ve source’tur. Bu iki yarı iletken tabaka üçüncü bir elektrotta bir araya getirilir ve kapı gibi davranır. Gate terminali, ölçülecek çözeltiye doğrudan temas etmektedir.

►İlginizi Çekebilir: FET ve MOSFET Nedir?

ISFET’in Fabrikasyon Adımları

► ISFET, CMOS fabrikasyon teknolojisi yardımıyla ve herhangi bir son işlem basamağı olmadan imal edilir.
► Malzeme 4 inç p-tipi silikon silindir şeklinde büyütülmelidir.
► ISFET'de kapı terminalleri hesaplanabilir malzeme olan SiO2, Si3N4 gibi malzemelerle hazırlanır.
► Toplamda 6 maskeleme aşaması vardır. Bunlar n-well, n veya p source, drain ve gate’i oluşturmaktır.

Aşağıdaki üretim aşamaları, standart MOSFET işlemini ve bir iyon algılama filmi olarak silikon nitridin biriktirilme aşamalarını göstermektedir. Silikon nitridin çökelmesinin performansı, plazmayla güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme yönteminin yardımıyla yapılır. Filmin kalınlığı elipsometre ile ölçülür. Nitrit çöktürmeden sonra, işlem, kontak maskesi kullanılarak form ile temas ettirilmeye devam eder.

İyon Duyarlı Alan Etkili Transistör, fabrikasyonlarının basit ve ana adımları aşağıdaki diyagramlarda gösterilmektedir.

ISFET sensörler pH ölçümü için iyi bir seçimdir ve yüksek seviyeli performans için gereklidir. Sensörün boyutu çok küçüktür ve sensör tıbbi uygulamalar için kullanılmaktadır. ISFET pH sensörü, tıbbi cihazları onaylayan FDA ve CE'de kullanılır. ISFET pH sensörü pek çok ortamda kullanılabilir. Islak, kuru şartlar için ve ayrıca basınç gibi bazı fiziksel koşullarda geleneksel cam pH elektrodları için uygun olan endüstriyel durumlar için de uygundur.

ISFET’in Avantajları

► Transistörün amplifikasyon özelliği çok iyidir.
► Ölçüm elektronikleriyle basit bir entegrasyon sağlar.
► Çok hızlı yanıt verebilirler.
► SFET'nin kimyasal hassasiyeti tamamen elektrolit özellikleri ile kontrol edilir.
► Al2O3, Si3N4, Ta2O5 gibi pH sensörü için farklı organik materyal türleri SiO2'den daha iyi özelliklere sahiptir ve daha fazla hassasiyet, düşük kayma oranları vardır.

ISFET’in Dezavantajları

► Büyük sürüklenme, yonga kenarlarının esnek olmayan bir şekilde kapsüllenmesini ve bağlama uçları gerektirir. Yani sensör içinde kopmalar sıktır.
► Algılama kimyasalları için, izolasyon membranının ekolojik zehirlenmeye ve daha sonra transistörün arıza yapması riskine dayanması sebebiyle ISFET'nin ticari piyasalarda popülaritesini arttırmasını önemli ölçüde düşürmüştür.

ISFET’in uygulama alanları genel olarak pH sensörleri olsada standart bir MOSFET gibi entegre devrelerde kullanılabilir. Şimdilik düşük kullanıma sahip olunsada ileride entegre devrelere daha çok güç katabilir.

Kaynak:

►elprocus