Diseño de un arreglo de microsensores ISFETs para la medición de pH con circuitería CMOS asociada
Date
2011
Authors
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Publisher
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Abstract
"Debido a las diversas necesidades, el pH es un parámetro químico cuyo control, de forma rápida, estricta y en tiempo continuo, es en ocasiones de vital importancia como en los procesos de la industria química, farmacéutica y alimentaria, así como en la medicina y el medio ambiente, los requisitos de medición del pH pueden ser muy diferentes, por ejemplo en el campo de la medicina se requiere de alta precisión aunado a ello muestras de volúmenes pequeños, en el tratamiento industrial se requiere alta estabilidad a la temperatura y/o valores extremos de pH (0-2 y/o 12/14). Lo cual nos motiva a investigar y desarrollar nuevas técnicas para la construcción de sensores de pH, que den por resultado sensores capaces de responder en tiempo real y que la fabricación sea a un bajo costo, sin modificar la eficiencia y confiabilidad de los sensores, para ser empleados en diferentes áreas del conocimiento.
Con todo lo anterior se diseñaron diferentes ISFETs que al modificar la razón geométrica W/L, se observan diferentes curvas características de los mismos, así como una variación en la sensibilidad de los sensores, teniendo como ventajas la integración de diferentes sensores en el mismo chip. El diseño completo contempla 18 diferentes ISFETs con diferente razón geométrica W/L (6 de 20, 6 de 25 y 6 de 30), con la circuitería de lectura asociada.
El presente trabajo se encuentra elaborado de la siguiente manera: en el capítulo 2 se describen los diversos tipos de sensores para la medición de pH, así como la teoría del efecto de la doble capa (Gouy-Chapman-Stem) y la teoría de los centros activos (Site-binding theory), los cuales describen los fenómenos físicos y químicos que tienen lugar en la interfase dieléctrico-electrolito de la compuerta del ISFET. En el capítulo 3 se estudia la diferencia entre el MOSFET y el ISFET, las ecuaciones del funcionamiento del ISFET asi como la circuitería asociada al mismo y el electrodo de referencia. El capitulo 4 muestra la caracterización de los ISFETs a nivel Layout con sus respectivos circuitos de lectura. Finalmente en el capítulo 5 se presentan los resultados (características eléctricas) de los sensores con el circuito de lectura, se establecen las conclusiones derivadas de este trabajo y se plantea el trabajo futuro."