ISFET Tabanlı pH Sensörü Kontrolü, Kolay Kullanım İçin Başarıyla Küçültüldü ve Optimize Edildi

ISFET'ler, su veya diğer sulu ortamlardaki belirli iyonların konsantrasyonunu gerçek zamanlı olarak belirleyerek pH değerlerinin sürekli ve hassas bir şekilde ölçülmesini sağlar. Niyobyum pentoksit bazlı ISFET pH sensörlerinin olağanüstü gelişiminin ardından, Fraunhofer IPMS bir kez daha büyük bir başarıyı bildiriyor: yeni ölçüm sistemleri eskisinden bile daha düşük güç tüketimiyle çalışıyor. Fraunhofer IPMS'de Kimyasal Sensörler iş birimi başkanı Dr. Olaf R. Hild, "Neredeyse bir yıllık geliştirmeden sonra, Nb₂O₅ -ISFET'lerimizi elektronik cihazlar dahil 1,3 mW'den daha az bir güç tüketimiyle sürekli olarak ölçüm yapacak şekilde kontrol etmeyi başardık" diyor. Sensör sisteminin güç tüketimi artık yalnızca 190 µW'a ulaşıyor. Güç tüketimi ve boyut, mobil ölçüm sistemleri için temel parametrelerdir.

Uygulamalar sürekli su izleme ve çevre analizinde ortaya çıkar. Ancak, çeşitli vücut sıvılarının analizi gibi tıbbi teknolojideki uzun vadeli uygulamalar da küçük, yüksek performanslı ölçüm sistemleri gerektirir.

Mayıs ayında Nürnberg'de düzenlenecek "Sensör ve Test" fuarında tanıtılacak olan yeni kontrol elektroniği, özellikle düşük güç tüketimine sahip ve bu nedenle daha fazla enerji tasarrufu sağlıyor ve kullanımı çok kolay ve hemen kullanıma hazır. Bunlar, USB-C (yaklaşık 100 mW) üzerinden bağlanabilen analog elektronik (<1,3 mW) ve dijital elektronikten oluşuyor ve bu da hızlı yerinde kalibrasyona olanak sağlıyor: "Fraunhofer IPMS ISFET'leri son derece düşük kaymaya sahip olduğundan ve neredeyse mükemmel Nernst bağımlılığı gösterdiğinden, tek nokta kalibrasyonu uygulamaların büyük çoğunluğu için yeterlidir" diye açıklıyor elektronik geliştiricisi Hans-Georg Dallmann. Bu, daha uzun zaman dilimlerinde bile yüksek düzeyde doğruluk garanti ediyor.

Ancak Hild'in ekibi elde ettikleri başarıdan hâlâ memnun değil: "Bir sonraki hedef, boyut sınırlaması olan uygulamaları ele alabilmek için daha da küçük ISFET yongaları (< 1mm² ). Temiz odamız bu zorluk için mükemmel bir şekilde donatılmış durumda" diyor teknoloji uzmanı Falah Al-Falahi güvenle.

Fraunhofer IPMS'den İyon Duyarlı Alan Etkili Transistörün Fiziksel Prensipleri

Fraunhofer IPMS'nin yeni ISFET'i, ortamla temas halindeki sensör alanının amfoterik bir metal oksit tabakasından oluştuğu bir metal oksit yarı iletken (MOS) alan etkili transistör teknolojisine dayanmaktadır. Ölçüm ortamındaki hidronyum veya hidroksit iyonları, pH değerine göre bu tabaka üzerine geri dönüşümlü olarak biriktirilir (pH'a duyarlı tabaka). Kaynak ile drenaj arasına uygulanan ISFET'in çalışma voltajı (U_DS), bir akıma (I_DS) yol açar. Bu akım, ölçüm sırasında her zaman sabit tutulur (sabit şarj modu). Kaynak ile kapı veya referans elektrodu (3M KCl'de Ag/AgCl) arasındaki voltaj (U_GS) daha sonra ölçüm sinyali olarak kullanılır.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186019/significant-progress-achieved-in-chemical-liquid-analysis.html