Все дипломы > Медицина > Добавить в закладки
Коллеги автора


Оставь голос:
Вы следите за научными мировыми открытиями?
Изредка о чем-то узнаю
Внимательно слежу
Нет - мне не интересно


Процитируем:
...« Приведена терминология, используемая в биосенсорном анализе. Дано краткое определение типам преобразователей, составляющих основу биосенсоров. Представлены характеристики био»...
подробнее

Медицина


Часто просматривают следующие страницы:


Френсис Бекон:

"Невежды презирают науку, необразованные люди восхишаются ею, тогда как мудрецы пользуются ею"



Рис. 4.1.9. Схемы полевых транзисторов. А) Полевой транзистор с металлизированным затвором и его включение в измерительную цепь. Б) Химически чувствительный полевой транзистор. Обозначения: 1 - кремниевая подложка; 2 - диэлектрик; 3 – металл затвора (для стандартного транзистора) и химически чувствительная мембрана для ИСПТ; 4 - исток; 5 - сток; 6 – контакты с истоком и стоком (для А) или изолирующий герметик (для Б).

Рассматривая режимы питающих напряжений транзистора, выделяют два основных состояния - напряжение стока мало и напряжение стока велико. Если к стоку приложено невысокое положительное напряжение VС, а к металлу затвора - напряжение VЗ, меньшее порогового напряжения (VЗ<VП), то на кремниевой поверхности осуществляется либо накопление, либо обеднение (т.е. инверсия не происходит и поверхностный слой остается кремнием p-типа). В этих условиях электрический ток не может течь от истока к стоку, поскольку сток (кремний n-типа) заряжен положительно относительно подложки (кремния p-типа). В результате возникает обратный p-n-переход, практически запирающий систему. Если же VЗ становится больше порогового напряжения, то образуется поверхностный инверсионный слой и поверхность кремниевой подложки превращается в кремний n-типа. Теперь ток может течь от истока к стоку через инверсионный слой n-типа, поскольку встречно вкюченные p-n-переходы исчезли. Превышающая VП величина напряжения затвора модулирует число электронов в инверсионном слое и таким образом регулирует эффективную электропроводность инверсионного слоя. Контроль за током стока IС путем изменения напряжения затвора является основой работы транзистора типа ИСПТ.

Для ПТ при условии, что напряжение стока мало и к затвору приложено напряжение VЗ, превышающее пороговое напряжение (система находится в состоянии сильной инверсии), легко установить взаимосвязь между током, протекающим по каналу IС, зарядом канала Q и временем пролета электронов через канал T. Ток выражается следующим образом: IС = - Q/T (знак "-" отражает знак носителей заряда). С другой стороны, время пролета равно отношению длины канала L к скорости электронов v, которая связана с напряженностью электрического поля VС/L и подвижностью электронов в канале  уравнением: v = VС/L. Следовательно, время пролета электронов равно: T = L2/VС. Металлический электрод затвора, диэлектрик на поверхности кремния и полупроводник образуют конденсатор, имеющий определенную емкость С. Заряд канала Q - это не что иное, как емкость конденсатора C, умноженная на разность VЗ – VП (т.е. часть напряжения затвора, создающего канал). С = CО WL, где CО – удельная емкость (емкость, отнесенная к единице площади), а WL – площадь затвора (здесь W - ширина затвора). Тогда Q = - CО(VЗ - VП) WL, здесь W - ширина затвора. Подставив выражения для Q и T в выражение для тока стока, получим:

IС = - Q/T = IС =  W CО (VЗ - VП) VС/L               (4.1.1)

Когда напряжение стока велико в сравнении с напряжением затвора, изменяется характер распределения зарядов в канале настолько, что им уже нельзя пренебречь; в этом случае для описания нельзя пользоваться зависимостью Q = - CО(VЗ - VП) WL. Более корректным является выражение Q = - CО (VЗ - VП - VС/2) WL. Соответственно, уравнение для тока стока принимает вид:

IС =  W CО (VЗ - VП - VС/2) VС/L,             VС < VС насыщ                    (4.1.2)

При этом различают два случая - так называемые "насыщенное" и "ненасыщенное" состояния. Последнее уравнение справедливо только тогда, когда напряжение стока меньше разности VЗ -VП ("ненасыщенное состояние", VС < VС насыщ). Если же VС > VЗ - VП ("насыщенное" состояние), разность потенциалов между затвором и каналом вблизи стока меньше или равна нулю. Если ИСПТ работает в насыщенном состоянии, то для электронов, движущихся через область обеднения, энергетический барьер перестает существовать; напротив, сильное электрическое поле в этой области ускоряет электроны до максимальной скорости. Следовательно, при VС > VЗ - VП изменение напряжения стока не влияет на ток стока; уравнение для тока стока в насыщенном состоянии получают, подставляя в уравнение выражение для напряжения стока VС насыщ = VЗ - VП:

IС =  W CО (VЗ - VП)2/2L                   при VС > VС насыщ                                                            (4.1.3)

Уравнения (4.1.2) и (4.1.3) выражают зависимости, графики которых представлены на рис. 4.1.10 и 4.1.11. Эти уравнения качественно описывают целый ряд явлений, например насыщенное и ненасыщенное состояния, постоянство силы тока при VС >VС насыщ и зависимость IС от VЗ и VП.

На рис. 4.1.11 представлены зависимости тока стока от напряжения затвора (описываются уравнениями (4.1.2), (4.1.3)). В насыщенном состоянии (в области нелинейной зависимости при малой силе тока) ток стока пропорционален квадрату напряжения затвора, тогда как в ненасыщенном состоянии (повышенное напряжение затвора) между силой тока и напряжением затвора наблюдается линейная зависимость (уравнение (4.1.2)). При дальнейшем повышении напряжения затвора ток насыщается и реальные зависимости отличаются от предсказываемых теорий.

Стандартный ПТ, описанный выше, можно трансформировать в ИСПТ, заменив металл затвора ион-чувствительной мембраной. Если речь идет об ИСПТ, то, как показано на рис. 4.1.9, с помощью находящегося в растворе электрода сравнения к области затвора прикладывается определенное напряжение. Сравнивая рис. 4.1.9 А и 4.1.9 Б, нетрудно заметить, что конструкции ПТ различаются незначительно. Для того, чтобы получить ИСПТ, в стандартном ПТ металл затвора заменен на комбинацию "электрод сравнения - раствор - химически чувствительная мембрана". Уравнения, описывающие работу ИСПТ, легко вывести из соответствующих уравнений для ПТ с металлизированным затвором, учитывая разность потенциалов, возникающие на новых элементах цепи. Опуская детали этих преобразований, приведем конечный вид уравнений, описывающих зависимости тока стока для ИСПТ. В них появились новые потенциалы, которые вносят дополнение в потенциал затвора. Указанная комбинация "электрод сравнения - раствор - химически чувствительная мембрана" приводит к тому, что вместо использованного VЗ следует применить его новое значение, выражающееся как


Главы - параграфы


Так говорят:
Только что дочитал последнюю главу. Вообще замечат...
Автор: паша
Данное учебное пособие содержит так много хорошего...
Автор: ромка
Биосенсорный метод анализа химических соединений в...
Автор: Иришка
Я и в школе химию особенно не понимала, и теперь-т...
Автор: коля
Ну что я могу сказать? :) От одного только выражен...
Автор: ираида


Наука России - Наше будущее!