اكتشف أسرار الترانزستور الحساس للأيونات ذو التأثير الحقلي

ترانزستور التأثير الحقلي الحساس للأيونات ( ISFET ) هو ترانزستور تأثير حقلي يُستخدم لقياس تركيزات الأيونات في المحلول؛ فعندما يتغير تركيز الأيونات (مثل أيونات الهيدروجين H +، انظر مقياس الرقم الهيدروجيني pH)، يتغير التيار المار عبر الترانزستور تبعًا لذلك. يُستخدم المحلول هنا كقطب بوابة. وينشأ فرق جهد بين سطح الركيزة وسطح الأكسيد نتيجةً لغلاف أيوني. وهو نوع خاص من ترانزستورات التأثير الحقلي المعدنية-الأكسيدية-شبه الموصلة (MOSFET)، ويشترك معها في نفس البنية الأساسية، ولكن مع استبدال البوابة المعدنية بغشاء حساس للأيونات، ومحلول إلكتروليتي، وقطب مرجعي. اُخترع ترانزستور التأثير الحقلي الحساس للأيونات في عام 1970، وكان أول ترانزستور تأثير حقلي للمستشعرات الحيوية (BioFET).



تختلف عملية التحلل المائي السطحي لمجموعات Si–OH في مواد البوابة في المحاليل المائية تبعًا لقيمة الرقم الهيدروجيني. ومن مواد البوابة الشائعة SiO₂ و Si₃N₄ و Al₂O₃ و _Ta₂O₅.

يمكن وصف الآلية المسؤولة عن شحنة سطح الأكسيد بنموذج ارتباط المواقع، الذي يصف التوازن بين مواقع Si–OH السطحية وأيونات H + في المحلول. تستطيع مجموعات الهيدروكسيل التي تغطي سطح أكسيد مثل SiO2 منح أو استقبال بروتون، وبالتالي تتصرف بطريقة مذبذبة، كما يتضح من تفاعلات الحمض والقاعدة التالية التي تحدث عند سطح التماس بين الأكسيد والإلكتروليت:



—Si–OH + H 2 O ↔ —Si–O − + H3O +

—Si–OH + H 3 O + ↔ —Si–OH 2 + + H 2 O

يُصنع مصدر ومصب ترانزستور ISFET بنفس طريقة ترانزستور MOSFET. يفصل حاجز حساس لأيونات الهيدروجين، وفجوة تسمح للمادة قيد الاختبار بالتلامس مع هذا الحاجز، قطب البوابة عن القناة. يعتمد جهد عتبة ترانزستور ISFET على درجة حموضة المادة الملامسة لحاجزه الحساس للأيونات.