Fabrication of ion sensitive field effect transistors

Abstract

Transistores de Efeito de Campo Sensíveis a Íons (ISFETs) revolucionaram a tecnologia de sensores químicos e de pH por serem pequenos e compatíveis com tecnologias de microfabricação em grande escala. Nós desenvolvemos uma metodologia para fabricar e caracterizar sensores ISFET para medida de pH no laboratório de microeletrônica da UFRGS. Sensores ISFET do tipo NMOS com camadas de silica e alumina foram fabricados com tecnologa CMOS padrão. Transistores de W=1000 m e L=10 m foram fabricados em conjunto para monitorar o processo de fabricação através de medidas de Capacitância- Tensão (C-V) e Corrente-Tensão (I-V). Os dispositivos foram colados em suportes de circuito impresso, manualmente microsoldados e encapsulados com cola epoxy. Com o dispotivo na ponta, o suporte foi conectado a um Analisador de Parâmetros de Semicondutores em conjunto com um eletrodo de referência comercial de Ag/AgCl e imersos em soluções de pH diferente para a realização de medidas de pH. A sensibilidade à variação de pH, definida como a variação na tensão de limiar devido a presença do eletrólito, para os sensores de silica foi de 30mV/pH em ácidos e 24mV/pH para bases. Sensores de alumina tiveram uma performance muito superior e exibiram sensibilidade de 32mV/pH em ácidos e 48mV/pH em bases. A tecnologia de fabricação e o conhecimento experimental desenvolvidos nesse trabalho fornecem uma fundação essencial para projetos de pesquisa locais que buscam a aplicação de sensores de estado sólido no sensoriamento de sistemas químicos ou biológicos.