DE3311788A1

DE3311788A1 - Ion-selective electrode

Info

Publication number: DE3311788A1
Application number: DE19833311788
Authority: DE
Inventors: Max Dr. 7900 Ulm Kuisl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-10-04

Abstract

The placing of a dielectric between an electron conductor and an ion-selective layer in an ion-selective electrode produces an operationally reliable electrode whose electrical drift is negligible.

Description

Beschreibungdescription

'Ionensensitxve Elektrode' Die Erfindung betrifft eine ionensensitive Elektrode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.'Ion-sensitive electrode' The invention relates to an ion-sensitive electrode Electrode according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine ionensensitve Elektrode, deren elektrisches Ausgangssignal durch einen hochohmigen elektrischen Verstärker, z.B. einem Feldeffekttransistor, auswertbar ist Für derartige Anwendungen sind sogenannte "coated-wixe"-Elektroden geeignet oder solche ionensensitive Elektroden, die für ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFET's) benutzt werden. Derartige Elektroden sind bekannt, z.B. aus der europäischen Patentanmeldung 0 065 350. Die dort beschriebenen Elektroden bestehen im wesentlichen aus einem Metalldraht oder einer Metallschicht als Elektronenleiter, auf dem eine ionensensitive Schicht unmittelbar aufgebracht ist.The invention relates in particular to an ion-sensitive electrode, their electrical output signal through a high-resistance electrical amplifier, e.g. a field effect transistor, which can be evaluated For such applications, so-called "Coated-wixe" electrodes are suitable or those ion-sensitive electrodes that are suitable for ion-sensitive field effect transistors (ISFET's) are used. Such electrodes are known, e.g. from European patent application 0 065 350. The there described Electrodes exist essentially made of a metal wire or a metal layer as an electron conductor, on which an ion-sensitive layer is placed directly is upset.

Ein Nachteil derartiger Elektroden besteht darin, daß zwischen dem Elektronenleiter und der ionensensitiven Schicht eine Grenzfläche vorhanden ist, die keinen reversiblen Austausch von Ladungen zuläßt. Die dadurch bewirkte zeitabhängige elektrische Aufladung bewirkt ein störendes Driften des Wertes der zu messenden Ionenkonzentration und/oder Ionenaktivität.A disadvantage of such electrodes is that between the There is an interface between the electron conductor and the ion-sensitive layer, which does not allow a reversible exchange of charges. The time-dependent electrical charge causes a disruptive drift of the value to be measured Ion concentration and / or ion activity.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Elektrode dahingehend zu verbessern, daß eine betriebssichere Messung einer Ionenkonzentration und/oder Ionenaktivität möglich ist.The object of the invention is therefore to provide an electrode of the generic type to the effect that a reliable measurement of an ion concentration and / or ion activity is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified features.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.Refinements and developments of the invention are the dependent claims removable.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Elektrode mit Mitteln der derzeitigen Halbleitertechnologie herstellbar ist und daß eine derartige Elektrode als Bestandteil einer Halbleiteranordnung, z.B.An advantage of the invention is that the inventive Electrode can be produced using current semiconductor technology and that such an electrode can be used as part of a semiconductor device, e.g.

eines integrierten Schaltkreises, herstellbar ist, die eine rechnergestützte Auswertung ermöglicht.an integrated circuit, which can be produced using a computer-aided Evaluation made possible.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in einer integrierten Halbleiterschaltung verwendbar ist0 Auf eine elektrisch nichtleitende Oberfläche, z.B. eine SiO2-Oberfläche eines Si-Halbleitersubstrates, wird zunächst ein flächenhafter Elektronenleiter aus polykristallinem Silizium aufgebracht, dessen elektrische Leitfähigkeit durch eine Dotierung erhöhbar ist. Die Oberfläche des polykristallinen Siliziums wird anschließend durch einen Oxidationsvorgang, z.B. in einem Sauerstoffstrom, in eine Siliziumdioxidschicht umgewandelt, welche das erfindungsgemäße Dielektrikum bildet.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail that can be used in an integrated semiconductor circuit0 Auf an electrically non-conductive surface, e.g. an SiO2 surface of a Si semiconductor substrate, first a flat electron conductor made of polycrystalline silicon is applied, whose electrical conductivity can be increased by doping. The surface the polycrystalline silicon is then oxidized, e.g. in a stream of oxygen, converted into a silicon dioxide layer, which forms the dielectric according to the invention.

Auf diesem Dielektrikum wird dann eine ionensensitive Schicht aufgebracht, deren Aufbau bekannt ist und sich nach den zu messenden Ionen richtet. Es ist zweckmäßig, die beschriebene Elektrode unmittelbar mit einem elektrischen Verstärker, z.B. einem Feldeffekttransistor, zu verbinden, der ebenfalls auf dem Substrat angeordnet ist.An ion-sensitive layer is then applied to this dielectric, whose structure is known and depends on the ions to be measured. It is appropriate the described electrode directly to an electrical amplifier, e.g. Field effect transistor to connect, which is also arranged on the substrate.

Dieses ist beispielsweise dadurch möglich, daß die Elektrode lateral zu einem Feldeffekttransistor angeordnet ist und daß dessen Gatemetall elektrisch leitend verbunden ist mit dem Elektronenleiter der Elektrode.This is possible, for example, in that the electrode is lateral is arranged to a field effect transistor and that its gate metal is electrical is conductively connected to the electron conductor of the electrode.

Die geometrische Form der Elektrode ist nicht auf eine im wesentlichen ebene Fläche beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So ist es beispielsweise möglich, einen metallischen Draht zunächst mit polykristallinem Silizium zu beschichten und dieses zu oxidieren. Auf dieses aus SiO2 bestehende Dielektrikum wird anschließend die gewünschte ionensensitive Schicht aufgebracht. Es entsteht eine Elektrode, welche die Form einer "coatedwire"-Elektrode besitzt.The geometrical shape of the electrode is not limited to an essential one limited flat surface, but can be modified in many ways. This is how it is, for example possible to first coat a metallic wire with polycrystalline silicon and to oxidize this. This dielectric consisting of SiO2 is then applied the desired ion-sensitive layer applied. An electrode is created, which has the form of a "coatedwire" electrode.

Weiterhin ist es möglich, den Elektronenleiter als Gate direkt auf dem Kanal eines Feldeffekttransistors aus zu bilden, dessen Gateoxid gleichzeitig als Dielektrikum der Elektrode dient. Auf dieses Dielektrikum wird dann die ionensensitive Schicht aufgebracht. In diesem Fall besteht gegenüber der Anordnung in ionensensitiven Feldeffekttransistoren der Vorteil, daß die elektronenleitende Schicht aus einem lichtundurchlässigen Material bestehen kann und auf diese Weise die Lichtempfindlichkeit dieser Bauelemente weitgehend vermieden werden kann.It is also possible to use the electron conductor as a gate directly to form the channel of a field effect transistor, its gate oxide at the same time serves as the dielectric of the electrode. The ion-sensitive is then applied to this dielectric Layer applied. In this case there is an ion-sensitive arrangement compared to the arrangement Field effect transistors have the advantage that the electron-conducting layer consists of one opaque material can exist and in this way the photosensitivity these components can largely be avoided.

Claims

Claims 1. Ion-sensitive electrode that has a solid electron conductor and contains an ion-sensitive layer applied thereon, characterized in that that between the electron conductor and the ion-sensitive layer a dielectric is appropriate.

2. Ion-sensitive electrode according to claim 1, characterized in that that the electron conductor consists of at least one metal and / or of at least one electrical semiconductors.

3. Ion-sensitive electrode according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that the electronic conductor contains polycrystalline silicon and that the dielectric contains silicon dioxide.

4. Ion-sensitive electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the electron conductor is designed as a field effect transistor is, on the dielectric gate oxide of which the ion-sensitive layer is applied directly is.

5. ion-sensitive electrode according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that on a substrate lateral to a field effect transistor planar electron conductor is arranged on which a planar dielectric and a planar ion-sensitive layer is located, and that the electron conductor is electrically connected to the gate metal of the field effect transistor.