Ionensensitive Feldeffekttransistor (ISFET)

Ionensensitiver Feldeffekttransistor (ISFET)

Im Bereich Chemosensorik entwickelt das Fraunhofer IPMS Sensoren für die Detektion von Ionen, Ionenleitfähigkeit und Temperatur in wässrigen Lösungen.

  • Design und Entwicklung von ISFET-Chips und Wafer-Teststrukturen
  • Messtechnische Prüfung und Charakterisierung auf Waferlevel
    • Modellierung zur Sensorarbeitspunktprognose
    • Schichtcharakteriserung
    • Waferbereich-Bewertung
  • Entwicklung und Design von Aufbau- und Verbindungstechnologien zum Einsatz als Sensor (Modulkonzept)
    • Untersuchungen und Entwicklungen zur polymertechnischen Isolation von ISFET-Chips
    • Bewertung und Prüfung von Sensordichtungen
  • Messtechnische Prüfung und Charakterisierung in wässriger Lösung (pH0-14, 0-95°C)
    • Entwicklung, Erprobung und Automatisierung von Mess- und Charakterisierungsabfolgen 
  • Fertigung von ISFET-Chips für die Industrie, Haupteinsatzgebiet ist die Lebensmittelchemie als Halbzellen in pH-Sensoren mit konventioneller Referenzelektrode für erweiterten Einsatz bis 135°C

Sensor-Chip-Parameter

  • FET-Arbeitsbereich: 0V > Ugs > -3V                               
  • FET-Steilheit: 230µA/V (Uds 1.1V)
  • pH-Steilheit: 58…59,5mV/pH (25°C)                     
  • pH-Einsatzbereich: pH0…14 (90°C)
  • Temperatur-Bereich: 0°C…135°C                                      
  • Leitfähigkeitsbereich: >10µS
  • Nichtlinearität: <3mV im pH-Bereich 2-12 (25°C)

Leitfähigkeitssensor

Quadrupol für kapazitive und konduktive Messverfahren

  • Design und Entwicklung von CMOS-kompatiblen Leitfähigkeitssensorstrukturen
  • Design und Integration der Leitfähigkeitssensorstruktur in pH-Sensorsystemen
  • Messtechnische Erprobung und Charakteriserung
  • Design und Entwicklung von Schaltungen zur Integration der AC-Leifähigkeitssensorik in den DC-pH-Sensor

Einsatzgebiete

  • Umweltsensorik
  • Gewässerüberwachung
  • Abwassertechnik
  • Mikrofluidik
  • Sportmedizin/Körpersensorik 

Eigenschaften

  • Messbereich: 10µS/cm bis 100mS/cm
  • Zellkonstante: ca. 0,6 - 0,8 1/cm
  • Chipdimension: 5x5mm2

Aufbau

  • Si-Wafer mit SiO2
  • Leitstrukturen aus Al + Tantal
  • Passivierung der Oberfläche durch Tantalpentoxid (Ta2O5)

Temperatursensor

  • Design und Entwicklung von CMOS-kompatiblen Temperatursensorstrukturen und Teststrukturen
  • Messtechnische Erprobung und Charakterisierung
  • Design und Integration der Temperatursensorstruktur in pH-Sensoren bzw. Leitfähigkeitssensoren
  • Design und Entwicklung von Schaltungen zur Integration der Temperatursensorik in den pH-Sensor/Leitsensor