Положительные ионы (катионы) абсорбируются из раствора на пористой мембране, которая служит затвором.

Положительные ионы (катионы) абсорбируются из раствора на пористой мембране, которая служит затвором. Это создает отрицательно заряженный поверхностный слой в кремнии р-типа, образуется проводящий канал между истоком и стоком.

Как и в случае работы классического МОП-транзистора, подложка и исток полевого транзистора имеют одинаковый потенциал, так что np-переход не имеет смещения. Структура ПТ может иметь подложку р или n-типа, и в зависимости от типа иона, катиона (+) или аниона (-), ток IDS либо возрастает, либо убывает с ростом концентрации ионов.

Изначально предполагалось, что ИСПТ можно изготовить, просто исключив металлический электрод затвора. При этом непроводящий слой оксида кремния SiO2 поглощал бы ионы водорода, что привело бы к изменению смещения на затворе ПТ и таким образом позволило бы получить рН-чувствительное устройство. Однако при использовании только одного SiO2 измеренная чувствительность составляет лишь 30мВ/рН, что является недостаточным. В результате обычно дополнительно применяется слой нитрида кремния (Si3N4) поверх SiO2 в качестве абсорбирующей мембраны. Это дает повышение чувствительности до 50мВ/рН и линейную зависимость от 1,8 до 10рН. Чувствительность может изменяться в зависимости от толщины и от качества производственного процесса. В качестве активных поверхностных мембран были испытаны и другие окислы. В основном более экзотичных металлов, и некоторые из них показали чувствительность выше 50мВ/рН. Окисел алюминия, Al2O3, также был испытан, но показал результат ниже, чем кремнийсодержащие соединения.

В начале семидесятых годов считалось, что электрод сравнения не нужен. Однако это не так. Электрод сравнения гарантирует смещение на оптимальную рабочую точку.

Теоретическая зависимость уровня для тока «сток-исток» может быть получена объединением уравнения Нернста и уравнения для тока в МОП-транзисторе:

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector