摘要：En este trabajo se presenta el diseño e integración en un mismo substrato de silicio, un sensor electroquímico de pH y el circuito de lectura implementado en un proceso comercial estándar metal-óxido semiconductor complementario (CMOS) de 0.6 ¿m. Como sensor electroquímico se empleó un transistor de efecto de campo sensitivo a iones (ISFET) y como circuito de lectura un amplificador de instrumentación. La estructura del ISFET está conformada por la relación geométrica del transistor y la membrana selectiva, para la cual se emplea nitruro de silicio (Si3N4) como elemento selectivo a iones. El diseño completo incluye el blindaje alrededor del sensor electroquímico y el circuito de lectura para evitar fugas de corriente hacia el substrato. El funcionamiento delamplificador de instrumentación, con polarización de ± 2.5 V presenta una ganancia de 60 dB, un rechazo a las fuentes de alimentación (PSRR) de 126 dB, y una relación de rechazo en modo común (CMRR) de 138 dB. El sistema completo está integrado en un área de silicio 0.09 mm2, presenta una linealidad de 56mV/pH en un rango de concentración de 3 a 10 pH, haciéndolo un buen prospecto para aplicaciones biológicas o médicas.
其他摘要：This work presents the design and integration on a single silicon substrate of an electrochemical pH sensor and its read-out circuit, implemented in a 0.6¿m commercial standard complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) process. An ion-sensitive field effect transistor (ISFET) has been used as the electrochemical sensor and an instrumentation amplifier as the read-out circuit. The ISFET's structure is conformed by the transistor's geometric ratio and the selective membrane, for which silicon nitride (Si3N4) is employed as an ion selective element. The complete design includes shielding around the electrochemical sensor and the read out circuit to avoid leakage of current to the substrate. The instrumentation amplifier, with a ± 2.5 V bias has a 60 dB gain, a power supply rejection ratio (PSRR) of 126 dB and a common-mode rejection ratio of 138 dB. The complete system is integrated in a 0.09 mm2 silicon area, presents 56 mV/pH linearity within a concentration range from 3 to 10 pH, making it a good option for biological or medical applications.
