ISFET-New อุปกรณ์ ISFET (Ion-Sensitive Field Effect Transistor) เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำสร้างขึ้นด้วยเทคโนโลยีกระบวนการผลิต CMOS โดยหลักการทำงานพื้นฐาน อุปกรณ์ ISFET ที่ทาง TMEC สร้างขึ้นนั้นมี Sensing Membrane เป็น Silicon Nitride (Si3N4) ซึ่งเฉพาะเจาะจงกับ ไฮโดรเจนไอออน (H+) เมื่อต่อเข้ากับวงจรปรับค่า/อ่านค่า พร้อมกับขั้วไฟฟ้าอ้างอิง Ag/AgCl (Ag/AgCl reference electrode) จะสามารถตรวจวัดปริมาณไฮโดรเจนไอออนหรือค่าพีเอชได้
การใช้งาน ISFET ในการหาค่า pH นั้นเมื่อเปรียบกับการวัดโดยใช้กระเปาะแก้ว จะมีการตอบสนองต่อการวัดอย่างรวดเร็วและมีขนาดที่เล็ก บทความที่น่าสนใจเกี่ยวกับ ISFET สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ ISFET
TMEC พร้อมจำหน่ายอุปกรณ์ ISFET ทั้งในรูปแบบเวเฟอร์ และรูปแบบชิพโดยสามารถปรับเปลี่ยนลักษณะบรรจุภัณฑ์ได้ตามความต้องการของ ลูกค้า บนชิพ ISFET ชิพมีตัวตรวจวัดอุณหภูมิแบบรอยต่อพีเอ็นสำหรับชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิในการ วัดอยู่ด้วย
 |
Physical Specification Device per wafer 1,812 Chip dimensions 3,880 x 1,350 x 625 um3 Sensing membrane Si3N4Electrical Specification Vds 300 – 1,000 mV Ids 45 – 55 mV/pH Vth 1 – 14
Chemical Specification
Sensitivity 20 – 80 uA Linear range 1.0 – 2.0 V
Response time to pH change < 10 sec. (90%)
Operating Temp 5oC – 100oC Stability 0.1 pH/day (or 1%) |
นอกจากเซ็นเซอร์เดี่ยวๆ ทางทีมวิจัยและพัฒนา ได้ออกแบบเซ็นเซอร์มาเป็น แบบ Array ดังในรูป
Applications
ISFET เหมือนเซ็นเซอร์ อื่นๆ ที่ต้องมีการ Calibrate ตามความแม่นยำและถูกต้อง ภายใต้สภาพแวดล้อม ที่ถูกกำหนด การที่จะทำให้สามารถใช้งาน ISFET แบบต่อเนื่องได้นั้น โดยไม่ต้องมีการ Calibrate โดยใช้คนนั้น มีความจำเป็นทั้งในแง่ความสะดวกสบาย และลดเวลาในการบำรุงรักษา ดังนั้นทางทีมวิจัยและพัฒนาจึงได้ทำการพัฒนาระบบ Fluid Injection Analysis หรือ FIA System (ดังในรูปข้างล่าง) ขึ้น เพื่อให้ ISFET ทำสามารถงานโดยมีการดูแลจากมนุษย์น้อยที่สุด
นอกจากการวัดค่า pH แล้ว ISFET ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้งาน เป็น เซ็นเซอร์ทางเคมี หรือ ชีวภาพ ได้โดยการตรึง Sensing Layer หรือ Sensing Membrane ใหม่บน Si3N4 membrane ของ ISFET
– ประยุกต์ใช้งานเป็นตัวตรวจวัดทางด้านเคมีชนิดต่าง ๆ โดยการตรึงสารพอลิเมอร์ชนิดต่าง ๆ ลงบนผิวหน้าอุปกรณ์ ISFET เช่น ไนเตรทเซ็นเซอร์ ฟอสเฟสเซ็นเซอร์ โพแทสเซียมเซ็นเซอร์ (N-P-K Sensors) เป็นต้น สามารถอ่านบทความทางวิชาการ ได้ที่ Agriculture Sensor
– ประยุกต์ใช้งานเป็นตัวตรวจวัดทางด้านชีวภาพชนิดต่าง ๆ โดยการตรึงแอนติบอดีชนิดต่าง ๆ ลงบนผิวหน้าอุปกรณ์ ISFET เช่น ตรวจวัดกรุ๊ปเลือด ตรวจวัดไมโครอัลบูมิน ตัวตรวจวัดอีโคไล กลูโคส ฯลฯ โดยหลักการแล้วเชื้อโรคต่างๆ จะมี Antigen เฉพาะตัว ร่างการคนเราจะสร้าง Antibody จำเพาะโรคขึ้นมาเพื่อ จับ Anitgen เหล่านี้ เหมือน กุญแจกับลูกกุญแจ ที่จำเพาะเจาะจง ดังนั้น การใช้ โครงสร้าง ISFET เป็นเซ็นเซอร์พื้นฐานในการตรวจโรคต่างๆ นั้นก็คือ เราสามารถตรึง Antibody ต่อ Antigen เฉพาะเราก็สามารถตรวจสอบโรคใดๆ ได้ สามารถอ่านงานวิจัยที่ทาง TMEC ได้ร่วมงานกับมหาวิทยาลัย จาก Surface modification of silicon dioxide, silicon nitride and titanium paper และ Lactate Sensor paper เป็นต้น
ปัจจุบันทั่วโลกต่างเร่งพัฒนา Sensing membrane ชนิดต่าง ๆ ควบคู่กับการพัฒนาเทคนิคในการตรึงสารลงบนผิวหน้าอุปกรณ์ ISFET เพื่อประยุกต์ใช้งานขั้นสูงเป็นตัวตรวจวัดทางเคมีและชีวะภาพ ซึ่งมีบริษัททางด้านเทคโนโลยีจากหลายๆประเทศติดต่อผ่านทาง TMEC และ Winsense เพื่อนำ ISFET ไปพัฒนาต่อยอด ไม่ว่าจะเป็นงานด้านการเกษตร สันทนาการ หรือการแพทย์ (Health care)
