Inovace v senzorech: Nový vývoj pH-senzorové vrstvy úspěšně integrován do ISFETu

Ionově citlivý pole-efektový tranzistor (ISFET) Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / ISFET senzorový čip od Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Zjednodušené znázornění ISFETu s Ag / AgCl referenční elektrodou. © Fraunhofer IPMS / Simplified illustration of an ISFET with an Ag / AgCl reference electrode. © Fraunhofer IPMS

Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS oznamuje významný pokrok v chemické a biochemické analýze. Tým vedený vedoucím oddělení chemických senzorů, Dr. Olaf R. Hild, úspěšně vyvinul průkopnickou senzorovou vrstvu pro chipově založené měření pH a úspěšně ji integroval do iontově citlivého pole-efektového tranzistoru (ISFET).

Měření hodnoty pH je nejdůležitějším měřením v chemické a biochemické analýze. Nová senzorová vrstva vyvinutá Fraunhofer IPMS umožňuje ve spojení s konvenční referenční elektrodou velmi přesné měření pH v rozšířeném rozsahu od pH 1 do pH 13. Kompaktní, nerozbitný senzor o rozměrech 5x5 mm² se vyznačuje minimální driftovou hodnotou

Výjimečnou vlastností senzoru je jeho schopnost skladování za sucha. Pracovní bod senzoru může být flexibilně nastaven přes konstrukci a provozní parametry, přičemž provozní napětí (VDS) je nižší než 1V.

Dr. Hild, vedoucí výzkumného týmu, vyjádřil nadšení nad dosaženými měřicími daty mechanicky odolného senzoru: „S těmito vlastnostmi je nový ISFET obzvláště vhodný pro místní environmentální analýzu.“ Dále zdůraznil, že dalším důležitým cílem výzkumu je vývoj senzorové vrstvy, která umožní čistě chipové řešení měření pH a učiní konvenční referenční elektrody zbytečnými. Tato průlomová technologie by mohla kontinuálně shromažďovat environmentální data po týdny a měsíce bez nutnosti lidského zásahu.

Fyzikální základy iontově citlivého pole-efektového tranzistoru od Fraunhofer IPMS

Nový ISFET od Fraunhofer IPMS je založen na technologii Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) pole-efektových tranzistorů, přičemž oblast senzoru, která přichází do kontaktu s médiem, tvoří amphoterní vrstva oxidu. Na této vrstvě se podle hodnoty pH reverzibilně usazují hydroniové nebo hydroxidové ionty z měřeného média (pH citlivá vrstva). Jako měřicí signál se používá napětí (VGS) mezi zdrojem a bránou nebo referenční elektrodou (Ag/AgCl v 3M KCl).

Část výzkumných výsledků byla dosažena v projektu „REISen“, který je projektem z oblasti materiálových věd a byl spolufinancován z prostředků na základě rozpočtu schváleného saským zemským sněmem.

Vývoje od Fraunhofer IPMS významně přispívají k dalšímu rozvoji environmentální analytiky a otevírají nové možnosti pro přesnější a efektivnější sběr dat v oblasti chemické analýzy.