ISFET – Transistor a Effetto di Campo Sensibile agli Ioni
Oggi ti parlo di ISFET, cioè Ion Sensitive Field Effect Transistor, un dispositivo elettronico che misura la concentrazione di ioni in una soluzione. È come un transistor normale, ma con una funzione speciale: può rilevare direttamente il pH o altre sostanze ioniche. In questo post vediamo insieme come funziona, dove si usa e qualche esempio tecnico per capirlo meglio.
Cos’è un ISFET?
L’ISFET è un tipo di transistor a effetto di campo (FET) che ha una porta sensibile agli ioni invece del tradizionale gate metallico. Questa porta è coperta da un materiale che interagisce con gli ioni nella soluzione, cambiando così la tensione di soglia del transistor. In parole semplici, l’ISFET trasforma la variazione chimica in un segnale elettrico che puoi misurare.
Come funziona l’ISFET?
- La porta dell’ISFET è a contatto con la soluzione ionica da misurare (per esempio, una soluzione acida o basica).
- Gli ioni interagiscono con la superficie della porta, modificando la carica elettrica presente.
- Questa modifica cambia la tensione di soglia (threshold voltage) del transistor.
- Il cambiamento di tensione si traduce in una variazione della corrente di drenaggio (drain current) del transistor.
- Misurando questa corrente, puoi determinare la concentrazione degli ioni, come il pH.
Esempio tecnico pratico
Immagina di voler misurare il pH di un liquido usando un ISFET. Normalmente usi una sonda pH, ma con un ISFET puoi integrare il sensore direttamente in un circuito elettronico. Se il pH cambia da 7 a 4 (più acido), gli ioni H+ aumentano, causando un cambiamento nella carica sulla porta. Questo abbassa o aumenta la tensione di soglia, e tu puoi leggere questa variazione come un segnale elettrico che rappresenta il pH esatto.
Per esempio, se colleghi l’ISFET a un amplificatore operazionale, puoi ottenere un’uscita in tensione facilmente leggibile da un microcontrollore. Questo è molto utile in applicazioni biomedicali, ambientali o nel controllo di processi industriali dove serve un monitoraggio continuo e preciso.
Materiali usati nella costruzione di un ISFET
- Silicio per il canale del transistor.
- Ossido di silicio o altro materiale semiconduttore per la porta sensibile agli ioni.
- Membrane di copertura per selezionare il tipo di ione da misurare (ad esempio, membrane per ioni di sodio, potassio, calcio).
Applicazioni principali
- Monitoraggio del pH in biotecnologia e ambiente.
- Rilevamento di ioni specifici in soluzioni chimiche.
- Sensori integrati in dispositivi portatili per analisi rapide.
- Controllo di processi industriali dove il controllo ionico è fondamentale.
Inoltre, l’ISFET può essere integrato in chip CMOS, quindi si può usare in elettronica digitale con facilità. Questo lo rende molto utile per creare sensori intelligenti, che comunicano direttamente con microprocessori senza bisogno di grandi circuiti esterni. Per farti capire, è come se avessi un piccolo sensore chimico che parla direttamente con il tuo smartphone o il tuo dispositivo embedded.
È importante sapere che l’ISFET non misura solo il pH, ma può essere modificato per rilevare diversi ioni modificando il materiale sensibile o la membrana di copertura. Questo lo rende uno strumento versatile in tanti campi diversi.
Domani ti parlerò dei sensori chimici CMOS integrati, per mostrarti come questi dispositivi come l’ISFET possono essere parte di sistemi più complessi e intelligenti, per applicazioni nel biomedicale e nell’Internet delle cose (IoT).
