Принцип роботи сенсору електроліт-ізолятор-напівпровідник (ЕІS). Як підняти чутливість цього сенсору?

Електроліт-діелектрик-напівпровідник (EIS) – це МДН-структура де металевий затворний електрод замінено на шар сенсору, який знаходиться у безпосередньому контакті аналізом та електрод порівняння.

Рисунок 1 - Принципи детектування в EIS.

Рисунок 2 - Типова поведінка C-V кривих для різних концентрацій H+ іонів. При збільшенні концентрації (pH) розчину криві зміщені по напрузі до більших значень.

Вимірюють ВФХ структури. Якщо в цій системі атоми газу можуть проходити крізь напівпрозору для них мембрану до інтерфейсу

електроліт/робочий електрод, то потенціал електрода і, відповідно, товщина області збіднення змінюються. Це веде до зсуву ВАХ уздовж осі напруг (рис. 3.17). Величина зсуву залежить від типу та концентрації газу, як і для звичайної GasFET-структури (див. формулу (3.8)).

Концентрацію аналізу або склад можна визначити проводячи виміри у режимах ємність/напруга або постійна ємність. Розподіл носіїв заряду на границі діелектрик-напівпровідник контролюється зовнішнім джерелом постійної напруги на відміну від електрода, джерело змінної напруги використовується для вимірювання ємності шару об’ємного заряду.

Схема напівпровідник-ізорятор конденсатовів

А- планарний, b – структурований, с – пористий

Виміри для EIS в режимі постійної ємності.

Для приладів по виміру pH завдяки кращому pH-відгуку, гістерезисних та дрейфових характеристик в порівнянні з SiO₂ використовують Al₂O₃, Si₃N₄ та Ta₂O₅. Si₃N₄ – стійкий до багатьох хімікатів. Для Al₂O₃ та Ta₂O₅ чутливість досягає 55-57 мВ / рН і 56-58mV/pH, відповідно, час відгуку <1 хв і вимірюваної діапазон рН 2-12 для обох матеріалів; дрейф <1 мВ / день і <2 мВ / день, відповідно, стабільності більше, трьох і одного року, відповідно