ISFET的pH传感器的设计(3)

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在其它方面：因为ISFET传感器趋于小型化、集成化,所以能够检测食品中各离子成分。所以对食品成分及质量的检测有着特殊的意义。因此，对此类传感器的研究显得尤为重要与有意义[7]。

1.4研究的主要内容

（1）ISFET的基本构造与性质。本文通过ISFET与MOSFET相比较，得出ISFET的结构特点以及和MOSFET的异同点。通过对比分析，更好地掌握ISFET的性质以便更好的设计出系统的信号读取电路。

（2）ISFET敏感机理的研究。由各类物理和化学式信号转换器来检测材料与敏感源之间的反应,对反应的程度用离散或连续电信号来表达,最后便可获得其浓度。

（3）通过单片机与A/D转换器、数据存储器及显示装置的连接，最终实现传感器智能化。单片机的选型较为关键，首先性能需达到设计要求，其次系统应该较为简便，且性价比很高，可灵活应用于多种控制领域。

（4）信号读取电路的研究，需考虑ISFET的工作机理以及温漂等因素的影响。本文提出采用电流模式的差分对管电路，不仅能够有效地进行温度补偿，还可以抑制光照、噪声等共模信号的影响。

（5）整合传感器使其达到集成、软件、智能化。主要是读出电路和单片机的集成。利用微处理器，最终实现对溶液中离子浓度的检测。

1.5论文结构安排

本论文主要讨论的是pH-ISFET传感器的设计，首先通过对其构造及工作机理的学习，设计读出电路。进而进行软硬件的设计与测试，最终实现对传感器的设计。整篇论文的结构安排如下：

第一章为绪论，阐述了研究的背景以及现状，并且分析了此项研究的意义所在。

第二章主要是阐述了ISFET（离子敏场效应晶体管）。包括其结构以及敏感材料的选择，同时也对pH-ISFET的工作原理进行了分析。

第三章是系统的硬件部分。首先是对pH-ISFET的读出电路进行了研究，然后对A/D模数转换器、单片机的选择以及液晶显示的选择等做了介绍，最后来实现传感器的智能化设计。

第四章为系统的软件部分，简单介绍了系统的程序流程图。来`自^751论*文-网www.751com.cn

第五章为测试部分，对软硬件进行测试，并实验。

第六章为论文的总结，对整个论文的设计进行归纳、分析、总结。

2 pH-ISFET传感器工作原理

2.1 ISFET传感器简介

2.1.1 器件结构

ISFET器件结构与MOSFET器件十分相似，最大的不同在于ISFET的金属栅极由电解液、参比电极以及敏感膜所替代。图2-1为MOSFET和ISFET的器件结构对比。ISFET的工作原理是将其与测量溶液相接触，同时栅电压加在参比电极上。溶液中离子浓度的改变会引起电解液-绝缘层（E-I）界面电势发生改变，最终也会影响ISFET的阈值电压VT发生改变。而阈值电压VT的改变会导致离子敏场效应晶体管的输出性质改变[8]。因此通过检测VT的变化进而能够得到溶液中离子浓度的变化情况。