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用于pH传感的创新型离子敏感场效应二极管的性能评估

DOI：10.1109/JSEN.2018.2881940 期刊：IEEE Sensors Journal 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 本文成功引入并表征了一种名为"离子敏感场效应二极管"的创新型离子敏感器件——一种全新的离子敏感传感器。与传统离子敏感器件通过电解质/绝缘体界面反应在漏极与源极间形成导电沟道不同，本结构通过形成p-n结来实现导电功能。鉴于该器件首次被提出作为离子传感器应用，我们基于先前开发的TCAD模型（用于模拟电解质及电解质/绝缘体界面）进行了全面表征。基于这一可靠模型，研究了pH传感器的灵敏度、信噪比等关键参数并进行评估，同时提出了精确模拟器件噪声行为的模型。此外，还研究了硅有源层厚度和掺杂浓度对器件灵敏度的影响。结果表明，离子敏感场效应二极管的灵敏度可达能斯特极限的5倍左右，有望成为实现高精度高灵敏度离子传感的理想候选器件，这种新型传感器值得进一步关注与开发。
作者： Ehsan Mohammadi，Negin Manavizadeh
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

介绍并表征一种用于pH检测的创新型离子敏感器件——"离子敏感场效应二极管"，评估其包括灵敏度和信噪比在内的性能表现，并研究硅有源层厚度与掺杂浓度对该器件灵敏度的影响。

研究成果

离子敏感场效应二极管（ISFED）展现出良好前景，其灵敏度约为能斯特极限的5倍，有望成为更精确、更灵敏的离子传感器候选方案。该研究强调了硅有源层厚度和掺杂浓度对器件灵敏度的重要性，并建议对此新型传感器类型开展进一步研究和开发。

研究不足

该研究基于采用TCAD模型的仿真，可能无法完全捕捉所有现实物理现象。未讨论所提出的ISFED器件的实际实施与制造。

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