生物醫(yī)學(xué)傳感-化學(xué)傳感器(編輯修改稿)
2025-01-31 14:03 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一 ) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ FET) 14:02:29 25 ? VGS使柵極下的 P型襯底表面大量積聚電子而形成反型層 場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 VDS VGS ID G D S 14:02:29 26 ? 當(dāng) VGS≥V TH時(shí)，形成強(qiáng)反型層，在 SD之間形成 n型溝道。 VDS VGS ID G D S 場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 14:02:29 27 ?若 S和 D之間施加電壓，帶電粒子將沿著該溝道流通，形成漏源極之間的溝道電流，又稱(chēng)作漏電流（ ID）。 VDS VGS ID G D S 場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 14:02:29 28 ? 當(dāng) VDS＜（ VGS – VT）時(shí)（ 場(chǎng)效應(yīng)管工作在非飽和區(qū) ): 漏電流的計(jì)算 1()2D G S T D S D SI V V V V?? ? ?21 ()2D G S TI V V???n o xW CL???? 當(dāng) VDS ≥ （ VGS – VT）時(shí)（ 場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū) ）： ? β—— 與場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù) ： ? 場(chǎng)效應(yīng)管 漏電流 ID 的大小與 閾值電壓 VT 有關(guān)，特別是在VDS、 VGS恒定的情況下， VT的變化將引起漏電流 ID的變化。 ? 其中， W、 L、 μ n 、 Cox分別為溝道寬度、長(zhǎng)度、溝道中電子的有效遷移率。 14:02:29 29 離子敏場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) （二）離子敏場(chǎng)效應(yīng)管 (ISFET) ? 不同敏感膜對(duì)離子具有 選擇性 。 ? 溶液與敏感膜直接接觸，柵極用 參考電極 構(gòu)成。 ? 溶液與敏感膜和參比電極同時(shí)接觸，構(gòu)成完整的場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)。 14:02:29 30 參比電極 ︱ 被測(cè)溶液 ︱ 離子敏感膜 ? 在待測(cè)溶液和敏感膜的交界處將產(chǎn)生界面電位 φ i，根據(jù)能斯特方程，界面電位的大小和離子的活度有關(guān) . 14:02:29 31 實(shí)際施加于場(chǎng)效應(yīng)管絕緣膜和半導(dǎo)體表面上的電壓： 離子的濃度的測(cè)量 V’GS = VGS –φ i –φ ref 參比電極電位 φref + 界面電位 φi + VGS 14:02:29 32 ? 非飽和區(qū)： ]2)[(]2)[(2/2/ DSDSTGSOxDSDSTGSOxDSVVVVLWCVVVVLWCI ?????? ??2/2* )()( TGSoxTGSoxDS VVLWCVVLWCI ???? ??/0 l n ( ) ( 2 )ijnn s s DT i r e f T i i j j r e f Fji o xRTV U Kn F C? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ??? 如果 V’GSVT，場(chǎng)效應(yīng)管將因 V’GS的作用而導(dǎo)通， IDS為： ? 飽和區(qū) ： QSS為場(chǎng)效應(yīng)管等效表面態(tài)和氧化層電荷； QD為場(chǎng)效應(yīng)管耗盡區(qū)單位面積電荷； Cox為場(chǎng)效應(yīng)管單位面積的柵電容； φ F為場(chǎng)效應(yīng)管 P型襯底的體內(nèi)費(fèi)米能級(jí) 。 其中，等效閾值電壓為： 14:02:29 33 離子敏場(chǎng)效應(yīng)管特性 ? 線(xiàn)性度： VDS和 IDS恒定下的 VGS與 α i的關(guān)系 。 也可以是 VGS恒定下的 IDS或 VOUT與離子活度 α i之間的關(guān)系。 14:02:29 34 ? 動(dòng)態(tài)響應(yīng) ：離子活度變化時(shí)，輸出隨時(shí)間而變化的情況。 14:02:29 35 ? 遲滯： 離子活度不同向變化條件下，輸出的重復(fù)程度 。 14:02:29 36 ? ISFET以普通 FET為基本 ， 具有 FET的優(yōu)良特性 ， 如 轉(zhuǎn)移特性 、 輸出特性 、 擊穿特性 等 。 而作為離子敏器件 ，它還應(yīng)滿(mǎn)足敏感元件的一些基本特性要求 。 ? 選擇系數(shù) ： 相同的電氣與外界條件下 ， 引起相同界面電位的待測(cè)離子活度 φ i與干擾離子的活度 φ j之間的比值 ， 用 Kij表示 。 選擇系數(shù) Kij越小 ， 離子敏傳感器的選擇性越好 。 ?ISFET上所用的離子敏感膜和用在 ISE上的相同。不同的只是在測(cè)定溶液 /膜的界面電位時(shí)采用的線(xiàn)路不同而已。膜及其產(chǎn)生電位的機(jī)理相同。 14:02:29 37 (三 ) ISFET的結(jié)構(gòu)和分類(lèi) ? ISFET的封裝結(jié)構(gòu)對(duì)它的工作穩(wěn)定性和可靠性等可產(chǎn)生重要的影響 ， 因而有必要了解一下 ISFET的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 這主要包括： ? 探頭式結(jié)構(gòu) ? 探針式結(jié)構(gòu)
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