Ion-Selective Field Effect Transistor

Der ISFET ist ein ionen-sensitiver Feldeffekttransistor, der den pH-Wert durch die Stromdurchlässigkeit des Transistors messen kann.

Das Messprinzip basiert genau wie beim Feldeffekttransistor auf einer Veränderung des Feldeffektes (Ausbildung einer Raumladungszone), welcher sich zwischen Source und Drain bildet. An Stelle des elektrischen Kontaktes am Gate wird eine ionensensitive Schicht (z. B. Al₂O₃, Si₃N₄, oder Ta₂O₅ als pH-sensitive Schicht) aufgebracht, die direkt mit der zu messenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird. Über eine Biasspannung, welche über eine Referenzelektrode, die sich ebenfalls in der Lösung befindet, angelegt wird, lässt sich der Arbeitspunkt des ISFETs festlegen (analog zum Festlegen des Arbeitspunktes eines FETs). Abhängig von der Konzentration der Ionen in der zu untersuchenden Lösung bildet sich ein zusätzliches Oberflächenpotential am Kontakt zwischen Flüssigkeit und ionensensitiver Schicht (Nernst-Gleichung) aus. Dieses Potential addiert sich auf die konstant angelegte Biasspannung auf und beeinflusst somit die Raumladungzone zwischen Source und Drain. Dies führt zu einer Änderung des Source-Drain-Stromes, welcher gemessen werden kann. Die Änderungen sind daher direkt proportional zur Änderung der Analytkonzentration. Über eine Kalibrierung lässt sich mit Hilfe des gemessenen Stroms auf die Analyt-Konzentration zurückrechnen. Der ISFET ist elektrisch betrachtet dabei ein Transimpedanzwandler. Ein elektrisches Potential wird, ohne dass ein nennenswerter Strom fließt, potentiometrisch gemessen und in einen messbaren Source-Drain-Strom umgesetzt. Dieser ist dabei in erster Näherung unabhängig von nachfolgenden Schaltungen und somit als hochohmige „Stromquelle“ belastbar.