Funcionamiento Y Diseño Del Sistema - Endress+Hauser Memosens CPS97D Información Técnica

Memosens CPS97D
Principio de medición
1) Metal Oxide Semiconductor
Endress+Hauser
Funcionamiento y diseño del sistema
En la década de los 70, como alternativa a los electrodos de vidrio para la medición de pH, se
desarrollaron transistores de efecto de campo selectivos de iones o, en términos más generales,
sensibles a iones.
Principios generales
Los transistores de efecto de campo selectivos de iones se basan en una configuración de transistores
1)
MOS →  1,  3. De todos modos, a diferencia del MOS, el sensor ISFET no tiene una puerta
de metal (elemento 1) como electrodo de control. En cambio, el producto en el sensor ISFET
→  2,  3 (elemento 3) está en contacto directo con la capa de aislamiento de puertas
(elemento 2). Se difunden dos regiones muy conductoras de p en el material de sustrato conductor
de n (elemento 5) del semiconductor (Si). Actúan como un electrodo suministrador de carga ("Source"
[fuente], S) y un electrodo recibidor de carga ("Drain" [drenaje], D). El electrodo de puerta de metal
(en el caso de MOSFET) y el producto (en el caso de ISFET) forma un condensador con el sustrato
subyacente. La diferencia en la potencia (tensión) entre la puerta y el sustrato (U
densidad de electrones en la zona entre el "Source" (fuente) y el "Drain" (drenaje). Un canal conductivo
forma →  2,  3(elemento 4), en el que una corriente I
U
GS
Si (p)
S
Si (n)
U
 1 Principio MOSFET
1 Puerta de metal
2 Canal conductivo (conductor de N)
Con el ISFET, los iones del producto y situados en la capa límite entre el producto y el aislador de
puerta generan el campo eléctrico (potencia de puerta). El efecto descrito anteriormente hace que se
cree un canal conductivo en el sustrato semiconductor de polisilicio entre el "Source" (fuente) y el
"Drain" (drenaje), y hace que la corriente fluya entre estos.
Los circuitos del sensor adecuados utilizan la dependencia de la potencia de puerta selectiva de iones
para generar una señal de salida proporcional a la concentración del tipo de ion.
ISFET selectivo de pH
El aislador de puerta actúa como una capa selectiva de iones para iones H
de puerta también es impermeable a estos iones (efecto aislador), permite reacciones de superficie
reversibles con iones H + . Dependiendo del carácter ácido o alcalino del producto, los grupos
funcionales de la superficie del aislador o reciben o dan iones H
grupos funcionales). Los resultados de la carga positiva en la superficie del aislador (iones H
recibidos en el producto ácido) o carga negativa en la superficie del aislador (iones H
producto alcalino). Dependiendo del valor de pH, se puede utilizar una carga de superficie definida
para controlar el efecto de campo en el canal entre el "Source" (fuente) y el "Drain" (drenaje). Los
1 2
Si (p)
D
6
I
D
5
D
A0036074
 2
1 Electrodo de referencia
2 Capa aisladora de puerta
3 Producto
4 Canal conductivo (conductor de N)
5 Sustrato de polisilicio de dopaje tipo N
6 Caña del sensor
) aumenta la
GS
fluye al aplicar una tensión U
D
2
1
U
GS
Si (p)
S
Si (n)
U
D
Principio ISFET
+ . Mientras que el aislador
+ (comportamiento anfótero de
+ dados en el
.
D
3
4
Si (p)
D
I
D
A0003856
+
3