Se presenta el diseño e integración en un mismo substrato de
silicio, un sensor electroquímico de pH y el circuito de lectura implementado
en un proceso comercial estándar metal-óxido-semiconductor complementario (CMOS)
de 0.6 μm. Como sensor electroquímico se emplea un transistor de efecto de
campo sensitivo a iones (ISFET) y como circuito de lectura un amplificador de
instrumentación.
La estructura del ISFET está conformada por la relación
geométrica del transistor y la membrana selectiva, para la cual se emplea
nitruro de silicio (Si3N4)
como elemento selectivo a iones. El diseño completo incluye el blindaje
alrededor del sensor electroquímico y el circuito de lectura para evitar fugas
de corriente hacia el substrato. El funcionamiento del amplificador de instrumentación,
con polarización de ± 2.5 V presenta una ganancia de 60 dB, un rechazo a las
fuentes de alimentación (PSRR) de 126 dB, y una relación de rechazo en modo común
(CMRR) de 138 dB. El sistema completo está integrado en un área de silicio 0.09
mm2, presenta una linealidad de 56mV/pH en un rango de concentración
de 3 a 10 pH, haciéndolo un buen prospecto para aplicaciones biológicas o
médicas.
Se presenta la integración del sensor electroquímico de pH
en el proceso comercial CMOS estándar de 0.6 μm. Para el circuito de lectura
analógica se logró una ganancia de 60 dB, PSRR de 126 dB, CMRR de 138 dB,
corriente de polarización de 60 μA y un área de 0.066 mm2. El ISFET presenta una razón geométrica W/ L de 30 y una extensión de compuerta de
100 um por lado, con la cual se asegura una correcta respuesta del sensor en un
tiempo corto, ya que con estas dimensiones el ISFET tiene una baja resistencia comparada
con razones geométricas de 40. El ISFET, electrodo de referencia y el circuito
de lectura se en el mismo substrato de silicio, para formar el sensor electroquímico
de pH, con el cual se obtuvo un sistema sensible para la medición de iones de
hidrógeno en un rango de 3 a 10 pH con una sensibilidad de 56 mV/pH.
por Woo García, R. M.; López Huerta, F.; Estrada López, J. J.; Soto Cruz, B. S.
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