Funcionamiento Y Diseño Del Sistema - Endress+Hauser Memosens CPS77E Información Técnica

Principio de medición
1) Metal Oxide Semiconductor (semiconductor metal-óxido)
2
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.
Medición de pH con sensores ISFET
Los transistores de efecto de campo selectivos de iones están basados en la disposición de un
1)
transistor MOS →  1,  2, pero sin la puerta metálica (elemento 1) como electrodo de control.
En su lugar, en el sensor ISFET el producto (elemento 3) →  2,  2 está en contacto directo con
la capa aislante de la puerta (elemento 2). En el sustrato conductor de tipo n (elemento 5) del
semiconductor (Si) se extienden dos regiones de alta conductividad de tipo p. 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 ) aumenta la densidad de electrones en la zona entre el "Source" (fuente) y
GS
el "Drain" (drenaje). Se forma un canal conductivo →  2,  2(elemento 4), de manera que
circula una corriente I cuando se aplica una tensión U
D
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
.
D
1 2
Si (p)
D
6
I
5
D
D
A0036074
 2
1
2
3
4
5
6
Memosens CPS77E
1
U
GS
Si (p)
S
Si (n)
U
D
Principio ISFET
Electrodo de referencia
Capa aisladora de puerta
Producto
Canal conductivo (conductor de N)
Sustrato de polisilicio de dopaje tipo N
Eje del sensor
+ . Mientras que el aislador
+ (comportamiento anfótero de
+
Endress+Hauser
3
2
4
Si (p)
D
I
D
A0003856
+
dados en el