ISFET
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离子敏感场效应晶体管,又称ISFET ( 英语:ion-sensitive field-effect transistor ),是用于测量溶液中离子浓度的场效应晶体管 。当离子浓度(例如H+ ,参见pH值 )变化时,流经晶体管的电流也会相应变化。 在这里,溶液被用作栅极。 基板和氧化物表面之间的电压由于离子层而产生。 它与MOSFET具有相同的基本结构,是一种特殊类型的MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管) [1] ,但金属栅极被离子敏感膜 , 电解质溶液和参比电极代替。 [2] ISFET于1970年发明,是第一款生物传感器FET(BioFET)。
PH值影响栅极材料的Si–OH基团在水溶液中的界面 水解性 。典型的栅极材料有 SiO2, Si3N4, Al2O3 和 Ta2O5.
可以通过位点结合模型描述负责氧化物表面电荷的机理,该模型描述了溶液中Si-OH表面位点和H+离子之间的平衡。 覆盖氧化物表面(例如SiO2)的羟基可以通过提供或接受质子而表现两性,如在氧化物-电解质界面发生的以下酸碱反应:
- -Si-OH + H2O ↔ -Si-O - + H3O+
- -Si-OH + H3O+ ↔ -Si–OH2+ + H2O
ISFET的源极和漏极的结构与MOSFET相同。氢离子敏感膜通过对氢离子的选择透过以改变栅极电压。即ISFET的阈值电压取决于与其离子敏感膜接触的物质的pH值。