Химический полевой транзистор - Chemical field-effect transistor

А ChemFET это химически чувствительный полевой транзистор, это полевой транзистор используется как датчик для измерения химические концентрации в решение.[1] Когда цель аналит концентрация изменяется, ток через транзистор соответственно изменится.[2] Здесь раствор аналита разделяет источник и электроды затвора.[3] Градиент концентрации между раствором и электродом затвора возникает из-за полупроницаемой мембраны на поверхности полевого транзистора, содержащей рецепторные части, которые предпочтительно связывают целевой аналит.[3] Этот градиент концентрации заряженных ионов аналита создает химический потенциал между источником и затвором, который, в свою очередь, измеряется полевым транзистором.[4]

Строительство

Смотрите также: ISFET
Схематическое изображение ChemFET. Исток, сток и затвор - это три электрода, используемые в системе полевых транзисторов. Электронный поток происходит в канале между стоком и истоком. Потенциал затвора управляет током между электродами истока и стока.

Исток и сток ChemFET сконструированы как ISFET, при этом электрод затвора отделен от электрода истока раствором.[4] Интерфейс электрода затвора с раствором представляет собой полупроницаемую мембрану, содержащую рецепторы, и зазор, позволяющий испытуемому веществу вступать в контакт с чувствительными фрагментами рецептора.[5] ChemFET's пороговое напряжение зависит от градиента концентрации между аналитом в растворе и аналитом, контактирующим с полупроницаемым барьером, встроенным в рецептор.[5]

Часто, ионофоры используются для облегчения подвижности ионов анализируемого вещества через субстрат к рецептору.[6] Например, при нацеливании на анионы четвертичные аммониевые соли (Такие как бромид тетраоктиламмония ) используются для обеспечения катионной природы мембраны, облегчая подвижность анионов через субстрат к рецепторным группам.[7]

Приложения

ChemFET могут использоваться в жидкой или газовой фазе для обнаружения целевого анализируемого вещества, что требует обратимого связывания анализируемого вещества с рецептором, расположенным в мембране электрода затвора.[8][3] ChemFET имеет широкий спектр применений, включая, в первую очередь, селективное зондирование анионов или катионов.[5] Больше работы было выполнено с катион-чувствительными ChemFET, чем с анион-чувствительными ChemFET.[5] Определение анионов в ChemFET сложнее, чем определение катионов, из-за многих факторов, включая размер, форму, геометрию, полярность и pH интересующих видов.[5]

Практические ограничения

Корпус ChemFET обычно считается прочным.[9][4] Однако неизбежное требование отдельного электрода сравнения делает систему в целом более громоздкой и потенциально более хрупкой.

История

В МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)[10] был изобретен египетским инженером Мохамед М. Аталла и корейский инженер Давон Канг в 1959 г.[11] Голландский инженер Пит Бергвельд позже изучил MOSFET и понял, что его можно адаптировать в датчик для химических и биологических применений.[10]

В 1970 году Бергвельд изобрел ионно-чувствительный полевой транзистор (ISFET).[12] Он описал ISFET как «особый тип MOSFET с затвором на определенном расстоянии».[10] В структуре ISFET металлические ворота стандартного полевого МОП-транзистора заменяется на ион -чувствительный мембрана, электролит решение и электрод сравнения.[13]

ChemFET основаны на модифицированном ISFET, концепции, разработанной Бергвельдом в 1970-х годах.[4] Существует некоторая путаница в отношении отношений между ChemFET и ISFET. В то время как ISFET обнаруживает только ионы, ChemFET обнаруживает любые химические вещества (включая ионы).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Рейнхудт, Дэвид Н. (1992). «Применение супрамолекулярной химии в разработке ионоселективных CHEMFET». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 6 (1–3): 179–185. Дои:10.1016 / 0925-4005 (92) 80052-у.
  2. ^ Lugtenberg, Ronny J. W .; Antonisse, Martijn M. G .; Egberink, Ричард Дж. М .; Энгберсен, Йохан Ф. Дж .; Рейнхудт, Дэвид Н. (1 января 1996 г.). «CHEMFET на основе полисилоксана для обнаружения ионов тяжелых металлов». Журнал химического общества, Perkin Transactions 2. 0 (9): 1937. Дои:10.1039 / p29960001937. ISSN  1364-5471.
  3. ^ а б c Джаната, Иржи (1 ноября 2004 г.). «Тридцать лет CHEMFET - личный взгляд». Электроанализ. 16 (22): 1831–1835. Дои:10.1002 / elan.200403070. ISSN  1521-4109.
  4. ^ а б c d Бергвельд, П. (2003). «Тридцать лет ИСФЕТОЛОГИИ». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 88 (1): 1–20. Дои:10.1016 / s0925-4005 (02) 00301-5.
  5. ^ а б c d е Antonisse, Martijn M. G .; Рейнхудт, Дэвид Н. (1 октября 1999 г.). «Потенциометрические анионно-селективные сенсоры». Электроанализ. 11 (14): 1035. Дои:10.1002 / (sici) 1521-4109 (199910) 11:14 <1035 :: help-elan1035> 3.0.co; 2-i. ISSN  1521-4109.
  6. ^ Врублевски, Войцех; Войцеховский, Камил; Дыбко, Артур; Бжожка, Збигнев; Эгберинк, Ричард Дж. М.; Снеллинк-Руэль, Бьянка Х.М.; Рейнхудт, Дэвид Н (2001). «Долговечность фосфат-селективных CHEMFET». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 78 (1–3): 315–319. Дои:10.1016 / s0925-4005 (01) 00832-2.
  7. ^ Antonisse, Martijn M. G .; Snellink-Ruël, Bianca H.M .; Энгберсен, Йохан Ф. Дж .; Рейнхудт, Дэвид Н. (1 января 1998 г.). «Химически модифицированные полевые транзисторы с нитритной или фторидной селективностью». Журнал химического общества, Perkin Transactions 2. 0 (4): 775. Дои:10.1039 / a709076e. ISSN  1364-5471.
  8. ^ Хан, Джин Ву; Рим, Тайук; Пэк, Чан-Ки; Мейяппан, М. (30 сентября 2015 г.). "Химический стробируемый полевой транзистор путем гибридной интеграции одномерной кремниевой нанопроволоки и двумерной тонкой пленки из оксида олова для газового датчика малой мощности". Прикладные материалы и интерфейсы ACS. 7 (38): 21263–9. Дои:10.1021 / acsami.5b05479. ISSN  1944-8244. PMID  26381613.
  9. ^ Хименес-Хоркера, Сесилия; Ороско, Джахир; Балди, Антони (24 декабря 2009 г.). «Микросенсоры на базе ISFET для мониторинга окружающей среды». Датчики. 10 (1): 66. Дои:10,3390 / с 100100061. ЧВК  3270828. PMID  22315527.
  10. ^ а б c Бергвельд, Пит (Октябрь 1985 г.). «Влияние датчиков на основе MOSFET» (PDF). Датчики и исполнительные механизмы. 8 (2): 109–127. Bibcode:1985SeAc .... 8..109B. Дои:10.1016/0250-6874(85)87009-8. ISSN  0250-6874.
  11. ^ «1960: Показан металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор». Кремниевый двигатель: хронология развития полупроводников в компьютерах. Музей истории компьютеров. Получено 31 августа 2019.
  12. ^ Крис Тумазу; Пантелис Георгиу (декабрь 2011 г.). «40 лет технологии ISFET: от нейронального зондирования до секвенирования ДНК». Письма об электронике. Дои:10.1049 / эл.2011.3231. Получено 13 мая 2016.
  13. ^ Шёнинг, Майкл Дж .; Погосян, Аршак (10 сентября 2002 г.). «Последние достижения в области биологически чувствительных полевых транзисторов (BioFET)» (PDF). Аналитик. 127 (9): 1137–1151. Bibcode:2002Ана ... 127.1137С. Дои:10.1039 / B204444G. ISSN  1364-5528. PMID  12375833.