ترانزستور التأثير الحقلي الكيميائي

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

الترانزستور الكيميائي ذو التأثير الحقلي (ChemFET) هو ترانزستور حساس كيميائيًا ، يُستخدم كمستشعر لقياس تركيزات المواد الكيميائية في المحاليل . [ 1 ] عند تغير تركيز المادة المراد تحليلها ، يتغير التيار المار عبر الترانزستور تبعًا لذلك. [ 2 ] يفصل محلول المادة المراد تحليلها بين قطبي المصدر والبوابة . [ 3 ] ينشأ تدرج في التركيز بين المحلول وقطب البوابة نتيجة وجود غشاء شبه نفاذ على سطح الترانزستور يحتوي على جزيئات مستقبلة ترتبط بشكل تفضيلي بالمادة المراد تحليلها. [ 3 ] يُنشئ هذا التدرج في تركيز أيونات المادة المشحونة جهدًا كيميائيًا بين المصدر والبوابة، والذي يقيسه الترانزستور. [ 4 ]

بناء

رسم تخطيطي لترانزستور ChemFET. المصدر والمصب والبوابة هي الأقطاب الثلاثة المستخدمة في نظام FET. يتدفق الإلكترون في قناة بين المصب والمصدر. يتحكم جهد البوابة في التيار بين قطبي المصدر والمصب.

يُصنع مصدر ومصبّ ترانزستور ChemFET بنفس طريقة ترانزستور ISFET ، حيث يفصل محلول قطب البوابة عن قطب المصدر. [ 4 ] تُشكّل واجهة قطب البوابة مع المحلول غشاءً شبه نفاذ يحتوي على المستقبلات، وفجوة تسمح للمادة قيد الاختبار بالتلامس مع أجزاء المستقبلات الحساسة. [ 5 ] يعتمد جهد عتبة ترانزستور ChemFET على تدرج التركيز بين المادة المراد تحليلها في المحلول والمادة المراد تحليلها المتلامسة مع الحاجز شبه النفاذ المُدمج فيه المستقبلات. [ 5 ]

تُستخدم حاملات الأيونات غالبًا لتسهيل حركة أيونات المادة المراد تحليلها عبر الركيزة إلى المستقبل. [ 6 ] على سبيل المثال، عند استهداف الأنيونات، تُستخدم أملاح الأمونيوم الرباعية (مثل بروميد رباعي أوكتيل الأمونيوم ) لإضفاء طبيعة كاتيونية على الغشاء، مما يُسهل حركة الأنيونات عبر الركيزة إلى أجزاء المستقبل. [ 7 ]

التطبيقات

يمكن استخدام ترانزستورات ChemFET في الطورين السائل والغازي للكشف عن المادة المراد تحليلها، ويتطلب ذلك ارتباطًا عكسيًا للمادة مع مستقبل موجود في غشاء قطب البوابة. [ 8 ] [ 3 ] تتعدد تطبيقات ترانزستورات ChemFET، وأبرزها الاستشعار الانتقائي للأنيونات أو الكاتيونات. [ 5 ] وقد أُجريت دراسات أكثر على ترانزستورات ChemFET الحساسة للكاتيونات مقارنةً بتلك الحساسة للأنيونات. [ 5 ] يُعد استشعار الأنيونات في ترانزستورات ChemFET أكثر تعقيدًا من استشعار الكاتيونات نظرًا لعوامل عديدة، منها حجم وشكل وهندسة وقطبية ودرجة حموضة المادة المراد تحليلها. [ 5 ]

القيود العملية

يُعتبر هيكل جهاز ChemFET متيناً بشكل عام. [ 9 ] [ 4 ] ومع ذلك، فإن الحاجة الحتمية إلى قطب مرجعي منفصل تجعل النظام أكبر حجماً بشكل عام وأكثر عرضة للتلف.

تاريخ

قام المهندس الهولندي بيت بيرغفيلد بدراسة ترانزستور MOSFET وأدرك أنه يمكن تكييفه ليصبح مستشعرًا للتطبيقات الكيميائية والبيولوجية. [ 10 ]

في عام 1970، اخترع بيرغفيلد ترانزستور التأثير الحقلي الحساس للأيونات (ISFET). [ 11 ] ووصف ISFET بأنه "نوع خاص من ترانزستور MOSFET ببوابة على مسافة محددة". [ 10 ] في بنية ISFET، تُستبدل البوابة المعدنية لترانزستور MOSFET القياسي بغشاء حساس للأيونات ، ومحلول إلكتروليتي، وقطب مرجعي . [ 12 ]

تعتمد ترانزستورات ChemFET على ترانزستور ISFET معدل، وهو مفهوم طوره بيرغفيلد في سبعينيات القرن الماضي. [ 4 ] ثمة بعض الالتباس حول العلاقة بين ترانزستورات ChemFET و ISFET. فبينما يكشف ترانزستور ISFET عن الأيونات فقط، يكشف ترانزستور ChemFET عن أي مادة كيميائية (بما في ذلك الأيونات).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ راينهودت، ديفيد ن. (1992). "تطبيق الكيمياء فوق الجزيئية في تطوير ترانزستورات CHEMFET الانتقائية للأيونات" . أجهزة الاستشعار والمحركات ب: الكيميائية . 6 ( 1-3 ): 179-185 . Bibcode : 1992SeAcB...6..179R . doi : 10.1016/0925-4005(92)80052-y .
  2. ^ لوغتنبرغ ، روني جيه دبليو. أنتونيس، مارتين إم جي؛ إجبرينك ، ريتشارد جيه إم. إنجبرسن ، يوهان إف جيه ؛ رينهودت ، ديفيد ن. (1 يناير 1996). "الكيميائيات المعتمدة على البولي سيلوكسان للكشف عن أيونات المعادن الثقيلة" . مجلة الجمعية الكيميائية، معاملات بيركن 2 (9): 1937- 1941. دوى : 10.1039/p29960001937 . ردمك 1364-5471 . 
  3. 1 2 3 جاناتا، جيري (1 نوفمبر 2004). "ثلاثون عامًا من الترانزستورات الكيميائية - وجهة نظر شخصية". التحليل الكهربائي . 16 (22): 1831-1835 . doi : 10.1002/elan.200403070 . ISSN 1521-4109 . 
  4. 1 2 3 4 بيرغفيلد، ب. (2003). "ثلاثون عامًا من علم الحشرات" . أجهزة الاستشعار والمحركات ب: الكيميائية . 88 (1): 1-20 . doi : 10.1016/s0925-4005(02)00301-5 .
  5. 1 2 3 4 5 أنتونيس، مارتين إم جي؛ راينهودت، ديفيد إن. (1 أكتوبر 1999). "مجسات قياس الجهد الانتقائية للأنيونات". التحليل الكهربائي . 11 (14): 1035. doi : 10.1002/(sici)1521-4109(199910)11:14 < 1035::aid-elan1035 > 3.0.co ; 2-i . ISSN 1521-4109 . 
  6. ^ فروبليوسكي، فويتشخ؛ فويتشيكوفسكي، كامل؛ ديبكو، أرتور؛ برزوزكا، زبيغنيو؛ إجبرينك ، ريتشارد جيه إم. سنيلينك-رويل، بيانكا إتش إم؛ رينهودت، ديفيد ن (2001). “متانة CHEMFETs الانتقائية للفوسفات”. أجهزة الاستشعار والمحركات ب: الكيميائية . 78 ( 1 – 3): 315 – 319. بيب كود : 2001SeAcB ..78..315W . دوى : 10.1016/s0925-4005(01)00832-2 .
  7. ↑ أنتونيس، مارتين إم جي؛ سنيلينك-رويل، بيانكا إتش إم؛ إنجبرسن، يوهان إف جيه؛ راينهودت، ديفيد إن. (1 يناير 1998). "ترانزستورات تأثير المجال المعدلة كيميائيًا ذات انتقائية للنيتريت أو الفلوريد". مجلة الجمعية الكيميائية، معاملات بيركن 2 (4): 775. doi : 10.1039/a709076e . ISSN 1364-5471 . 
  8. ↑ هان، جين-وو؛ ريم، تايوك؛ بايك، تشانغ-كي؛ ميبابان، م. (30 سبتمبر 2015). "ترانزستور تأثير المجال ذو البوابة الكيميائية من خلال التكامل الهجين لسلك نانوي سيليكوني أحادي البعد وفيلم رقيق من أكسيد القصدير ثنائي الأبعاد لمستشعر غاز منخفض الطاقة". مجلة ACS للمواد والتطبيقات . 7 (38): 21263-21269 . Bibcode : 2015AAMI....721263H . doi : 10.1021/acsami.5b05479 . ISSN 1944-8244 . PMID 26381613 .  
  9. ↑ خيمينيز-خوركيرا، سيسيليا؛ أوروزكو، جاهير؛ بالدي، أنتوني (24 ديسمبر 2009). "مجسات دقيقة قائمة على ترانزستورات التأثير الحقلي الأيونية (ISFET ) لرصد البيئة" . مجلة المجس . 10 (1): 66. رمز Bibcode : 2009Senso..10...61J . doi : 10.3390/s100100061 . PMC 3270828. PMID 22315527 .  
  10. 1 2 بيرغفيلد، بيت (أكتوبر 1985). "تأثير أجهزة الاستشعار القائمة على ترانزستورات MOSFET" (ملف PDF) . أجهزة الاستشعار والمحركات . 8 (2): 109-127 . Bibcode : 1985SeAc....8..109B . doi : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN 0250-6874 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 26 أبريل 2021. تم الاطلاع عليه في 7 أكتوبر 2019 . 
  11. ↑ كريس تومازو؛ بانتليس جورجيو (ديسمبر 2011). "أربعون عامًا من تقنية ISFET: من الاستشعار العصبي إلى تسلسل الحمض النووي" . رسائل الإلكترونيات . doi : 10.1049/el.2011.3231 . تاريخ الاسترجاع: 13 مايو 2016 .
  12. ↑ شونينغ، مايكل جيه؛ بوغوسيان، أرشاك (10 سبتمبر 2002). "التطورات الحديثة في ترانزستورات التأثير الحقلي الحساسة بيولوجيًا (BioFETs)" (ملف PDF) . المحلل . 127 (9): 1137-1151 . Bibcode : 2002Ana...127.1137S . doi : 10.1039/B204444G . ISSN 1364-5528 . PMID 12375833 .