Innovation dans la détection : développement d'une nouvelle couche sensible au pH intégrée avec succès dans un ISFET

Transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET) du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Puce de capteur ISFET du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Représentation simplifiée d'un ISFET avec une électrode de référence en Ag / AgCl. © Fraunhofer IPMS / Simplified illustration of an ISFET with an Ag / AgCl reference electrode. © Fraunhofer IPMS

L'institut Fraunhofer pour les microsystèmes photonique IPMS annonce une avancée significative dans l'analyse chimique et biochimique. L'équipe dirigée par le responsable du domaine de la détection chimique, Dr Olaf R. Hild, a développé avec succès une couche de détection innovante pour la mesure du pH sur puce et l'a intégrée avec succès dans un transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET).

La mesure du pH est la mesure la plus importante en analyse chimique et biochimique. La nouvelle couche de détection développée par le Fraunhofer IPMS permet, en combinaison avec une électrode de référence conventionnelle, une mesure du pH extrêmement précise dans une plage étendue de pH 1 à pH 13. Le capteur compact, incassable, d'une taille de 5x5 mm², se caractérise par une dérive minimale de

Une caractéristique remarquable du capteur est sa capacité à être stocké à sec. Le point de fonctionnement du capteur peut être ajusté de manière flexible via la structure et les paramètres de fonctionnement, la tension de fonctionnement (VDS) étant inférieure à 1V.

Le Dr Hild, chef de l'équipe de recherche, s'est montré enthousiaste quant aux données de mesure obtenues avec ce capteur mécaniquement robuste : « Avec ces caractéristiques, le nouvel ISFET est particulièrement adapté à l'analyse environnementale sur site. » Il a également souligné que le prochain objectif de recherche important consiste à développer une couche de détection permettant une solution de mesure du pH entièrement basée sur la puce, rendant superflues les électrodes de référence conventionnelles. Cette technologie révolutionnaire pourrait collecter en continu des données environnementales sur des semaines et des mois, sans nécessiter d'intervention humaine.

Principes physiques du transistor à effet de champ sensible aux ions du Fraunhofer IPMS

Le nouvel ISFET du Fraunhofer IPMS repose sur la technologie du transistor à effet de champ métal-oxydes-semiconducteur (MOS), où la zone sensible au milieu consiste en une couche d'oxyde métallique amphotère. Sur cette couche, des ions hydronium ou hydroxyde du milieu de mesure se fixent de manière réversible en fonction du pH (couche sensible au pH). Le signal de mesure est la tension (VGS) entre la source et la grille ou l'électrode de référence (Ag/AgCl dans 3M KCl).

Une partie des résultats de recherche a été obtenue dans le cadre du projet « REISen », un projet relevant du domaine des sciences des matériaux, cofinancé par des fonds publics sur la base du budget adopté par le Land de Saxe.

Les développements du Fraunhofer IPMS contribuent de manière significative à l'évolution de l'analyse environnementale et ouvrent de nouvelles possibilités pour une collecte de données plus précise et plus efficace dans le domaine de l'analyse chimique.