इफ़ेट

This article is about the transistor. For the concept in Egyptian mythology, see Isfet (Egyptian mythology).

आयन-संवेदनशील क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (आईएसएफईटी) एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर है जिसका उपयोग समाधान में आयन सांद्रता को मापने के लिए किया जाता है; जब आयन सांद्रता (जैसे हाइड्रोजन आयन|H⁺, pH स्केल देखें) परिवर्तन, ट्रांजिस्टर के माध्यम से धारा तदनुसार बदल जाएगी। यहां, समाधान का उपयोग गेट इलेक्ट्रोड के रूप में किया जाता है। आयन आवरण के कारण सब्सट्रेट और ऑक्साइड सतहों के बीच वोल्टेज उत्पन्न होता है। यह एक विशेष प्रकार का MOSFET (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) है, और एक ही मूल संरचना साझा करता है, लेकिन धातु गेट को आयन-संवेदनशील झिल्ली, इलेक्ट्रोलाइट समाधान और संदर्भ इलेक्ट्रोड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। 1970 में आविष्कार किया गया, ISFET पहला BioFET (बायोFET) था।

ISFET का योजनाबद्ध दृश्य। स्रोत और नाली FET प्रणाली में उपयोग किए जाने वाले दो इलेक्ट्रोड हैं। इलेक्ट्रॉन प्रवाह नाली और स्रोत के बीच एक चैनल में होता है। गेट विभव दो इलेक्ट्रोडों के बीच धारा के प्रवाह को नियंत्रित करता है।

गेट सामग्री के Si-OH समूहों की सतह हाइड्रोलिसिस पीएच मान के कारण जलीय घोल में भिन्न होती है। विशिष्ट गेट सामग्री सिलिकॉन डाइऑक्साइड|SiO हैं₂, सिलिकॉन नाइट्राइड|Si₃N₄, अल₂O₃तख|ता पर₂O₅.

ऑक्साइड सतह आवेश के लिए जिम्मेदार तंत्र को साइट बाइंडिंग मॉडल द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो Si-OH सतह साइटों और H के बीच संतुलन का वर्णन करता है।^{घोल में +}आयन। हाइड्रॉक्सिल समूह ऑक्साइड सतह जैसे SiO की कोटिंग करते हैं₂ एक प्रोटॉन दान या स्वीकार कर सकता है और इस प्रकार उभयचर तरीके से व्यवहार कर सकता है जैसा कि ऑक्साइड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर होने वाली निम्नलिखित एसिड-बेस प्रतिक्रियाओं द्वारा दर्शाया गया है:

—Si–OH + H₂ओ ↔-सी-ओ⁻     + एच₃O⁺

—Si–OH + H₃O⁺   ↔   —Si–OH₂⁺ +एच₂हे

एक ISFET के स्रोत और नाली का निर्माण MOSFET के रूप में किया जाता है। गेट इलेक्ट्रोड को एक बैरियर द्वारा चैनल से अलग किया जाता है जो हाइड्रोजन आयनों के प्रति संवेदनशील होता है और परीक्षण के तहत पदार्थ को संवेदनशील बैरियर के संपर्क में आने की अनुमति देने के लिए एक गैप होता है। ISFET का सीमा वोल्टेज उसके आयन-संवेदनशील अवरोध के संपर्क में आने वाले पदार्थ के pH पर निर्भर करता है।

संदर्भ इलेक्ट्रोड के कारण व्यावहारिक सीमाएँ

H के प्रति संवेदनशील ISFET इलेक्ट्रोड^{किसी घोल के पीएच को मापने के लिए एकाग्रता का उपयोग पारंपरिक ग्लास इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है। हालाँकि, इसे संचालित करने के लिए एक संदर्भ इलेक्ट्रोड की भी आवश्यकता होती है। यदि समाधान के संपर्क में उपयोग किया जाने वाला संदर्भ इलेक्ट्रोड सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड या संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड | एचजी का है₂क्लोरीन₂शास्त्रीय प्रकार, यह पारंपरिक पीएच इलेक्ट्रोड (जंक्शन क्षमता, पोटेशियम क्लोराइड रिसाव, और जेल इलेक्ट्रोड के मामले में ग्लिसरॉल रिसाव) के समान सीमाओं से ग्रस्त होगा। एक पारंपरिक संदर्भ इलेक्ट्रोड भी भारी और नाजुक हो सकता है। शास्त्रीय संदर्भ इलेक्ट्रोड द्वारा बाधित बहुत बड़ी मात्रा भी ISFET इलेक्ट्रोड के लघुकरण को रोकती है, जो कुछ जैविक या विवो नैदानिक ​​​​विश्लेषणों (डिस्पोजेबल मिनी-कैथेटर पीएच जांच) के लिए एक अनिवार्य विशेषता है। पारंपरिक संदर्भ इलेक्ट्रोड का टूटना फार्मास्युटिकल या खाद्य उद्योग में ऑन-लाइन माप में भी समस्या पैदा कर सकता है यदि अत्यधिक मूल्यवान उत्पाद देर से उत्पादन चरण में इलेक्ट्रोड मलबे या जहरीले रासायनिक यौगिकों से दूषित होते हैं और सुरक्षा के लिए उन्हें त्याग दिया जाना चाहिए।}

इस कारण से, 20 से अधिक वर्षों से कई शोध प्रयास ऑन-चिप एम्बेडेड छोटे संदर्भ क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (आरईएफईटी) के लिए समर्पित हैं। उनके कार्य सिद्धांत, या संचालन मोड, इलेक्ट्रोड उत्पादकों के आधार पर भिन्न हो सकते हैं और अक्सर स्वामित्व वाले होते हैं और पेटेंट द्वारा संरक्षित होते हैं। आरईएफईटी के लिए आवश्यक अर्ध-कंडक्टर संशोधित सतहें भी हमेशा परीक्षण समाधान के साथ थर्मोडायनामिकल संतुलन में नहीं होती हैं और आक्रामक या हस्तक्षेप करने वाली विघटित प्रजातियों या अच्छी तरह से चित्रित उम्र बढ़ने की घटनाओं के प्रति संवेदनशील नहीं हो सकती हैं। यह कोई वास्तविक समस्या नहीं है यदि इलेक्ट्रोड को नियमित समय अंतराल पर बार-बार पुन: कैलिब्रेट किया जा सकता है और इसकी सेवा जीवन के दौरान आसानी से बनाए रखा जा सकता है। हालाँकि, यह एक मुद्दा हो सकता है यदि इलेक्ट्रोड को लंबे समय तक ऑनलाइन डूबा रहना पड़ता है, या माप की प्रकृति से संबंधित विशेष बाधाओं के लिए पहुंच योग्य नहीं है (कठोर वातावरण में ऊंचे पानी के दबाव के तहत भू-रासायनिक माप या एनोक्सिक के तहत) या वायुमंडलीय ऑक्सीजन के प्रवेश या दबाव में परिवर्तन से आसानी से परेशान होने वाली स्थितियों को कम करना)।

पारंपरिक ग्लास इलेक्ट्रोड की तरह, ISFET इलेक्ट्रोड के लिए एक महत्वपूर्ण कारक संदर्भ इलेक्ट्रोड रहता है। इलेक्ट्रोड की खराबी का निवारण करते समय, अक्सर, अधिकांश समस्याओं को संदर्भ इलेक्ट्रोड के किनारे से खोजना पड़ता है।

आईएसएफईटी का कम-आवृत्ति शोर

ISFET-आधारित सेंसर के लिए, कम-आवृत्ति शोर समग्र एसएनआर के लिए सबसे हानिकारक है क्योंकि यह बायोमेडिकल संकेतों में हस्तक्षेप कर सकता है जो समान आवृत्ति डोमेन में फैले हुए हैं। शोर के मुख्यतः तीन स्रोत होते हैं। ISFET के बाहर के शोर स्रोतों को बाहरी शोर के रूप में संदर्भित किया जाता है, जैसे पर्यावरणीय हस्तक्षेप और टर्मिनल रीड-आउट सर्किट से उपकरण शोर। आंतरिक शोर का तात्पर्य आईएसएफईटी के ठोस भाग में दिखाई देने वाले शोर से है, जो मुख्य रूप से ऑक्साइड/सी इंटरफेस पर वाहकों के फंसने और डी-ट्रैपिंग के कारण होता है। और बाहरी शोर आमतौर पर तरल/ऑक्साइड इंटरफ़ेस में आयन एक्सचेंज के कारण तरल/ऑक्साइड इंटरफ़ेस में निहित होता है। ISFET के शोर को दबाने के लिए कई तरीकों का आविष्कार किया गया है। उदाहरण के लिए, बाहरी शोर को दबाने के लिए, हम ड्रेन करंट के आंतरिक प्रवर्धन को तुरंत महसूस करने के लिए ISFET के साथ एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर को एकीकृत कर सकते हैं। और आंतरिक शोर को दबाने के लिए हम शोर वाले ऑक्साइड/सी इंटरफेस को शोट्की जंक्शन गेट से बदल सकते हैं।

इतिहास

ISFET का आधार MOSFET है। ट्वेंटी विश्वविद्यालय में डच इंजीनियर पीट बर्गवेल्ड ने एमओएसएफईटी का अध्ययन किया और महसूस किया कि इसे विद्युत और जैविक अनुप्रयोगों के लिए एक सेंसर में अनुकूलित किया जा सकता है।इसके परिणामस्वरूप 1970 में बर्गवेल्ड ने ISFET का आविष्कार किया।उन्होंने ISFET को एक निश्चित दूरी पर एक गेट के साथ एक विशेष प्रकार का MOSFET बताया।यह सबसे प्रारंभिक बायोफ़ेट (बायोफ़ेट) था। ISFET सेंसर को CMOS (पूरक MOS) तकनीक पर आधारित एकीकृत सर्किट में लागू किया जा सकता है। आईएसएफईटी उपकरणों का व्यापक रूप से जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, जैसे डीएनए संकरण का पता लगाना, रक्त से बायोमार्कर का पता लगाना, एंटीबॉडी का पता लगाना, ग्लूकोज माप और पीएच सेंसिंग।ISFET बाद के BioFETs का भी आधार है, जैसे डीएनए क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (DNAFET),आनुवंशिक प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है।

यह भी देखें

• रासायनिक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर
• आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड
• मिसफ़ेट: धातु-इन्सुलेटर-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर
• MOSFET: धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर
• पीएच
• पीएच मीटर
• पोटेंशियोमेट्री
• क्विनहाइड्रोन इलेक्ट्रोड
• संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड
• सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड
• मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड

ग्रन्थसूची

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