Design e implementação de um sistema matricial para medição do pH baseado em transistores de porta suspensa(SGFET).

PH measurement by integrated microelectronic devices has been developed with the advent ofdevices like ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor). These devices are limited by Nernstlaw at 60mV/pH of sensitivities. With the development of micro-technology, the production ofsensors type like SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistor) became possible. Thesestructures realized by surface micromachining and conventional MOS processes can achievemuch higher sensitivity.After a review of different methods of measuring pH and their basic principles, the documentdescribes the manufacturing processes of microelectronics sensors SGFET. Then this workdeals with the design and implementation of an automated measurement of pH system. Thissystem is based on sensors SGFET arranged in a matrix. This manuscript presents firstly thevarious options of sensors bias and in a second part, it develops the system architecture. Finallyfirst results on matrix are presented.Thus the best measurement protocol to ensure reliability and good sensitivity here is a fewseconds duration sampling of the drain current with a constant gate and drain voltage. Thismethod has achieved reproducibility in the pH sensitivity and reliability over time that could evenlead to measures of the order of 150 hours.The design of an addressing and automated measurement system has allowed to takeadvantage of this matrix aspect by making statistical treatment of measurements and thusapproach a fully operational system.La mesure du pH par des dispositifs microélectronique intégrés a été développée avecl’apparition des dispositifs de type ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor). Ces dispositifssont limités par la loi de Nernst à des sensibilités de 60mV/pH. Le développement des microtechnologiesa permis depuis, la réalisation de capteurs de type SGFET (Suspended Gate FieldEffect Transistor). Ces structures réalisé par micro-usinage de surface et procédés MOSclassique permettent d’atteindre des sensibilités bien plus élevées.Après un rappel des différentes méthodes de mesure du pH et leurs principes de bases, ledocument décrit les procédés de fabrication microélectronique des capteurs SGFET. Puis cetravail présente la conception et la mise en oeuvre d’un système automatique de mesure du pH.Ce système est basé sur des capteurs SGFET disposés sous forme de matrices. Ce documentexpose tout d’abords les différentes options de polarisations des capteurs puis dans uneseconde partie développe l’architecture du système de mesure ainsi que des premiers résultatsmatriciels.Ainsi le protocole de mesure présentant le plus d’avantages s’avère ici être l’échantillonnagedurant quelque secondes du courant de drain a tension de grille et de drain constante. Cetteméthode a ainsi permis d’atteindre une reproductibilité dans la sensibilité au pH et une fiabilitédans le temps qui a même pu aboutir sur des mesures de l’ordre de 150 Heures.La conception d’un système d’adressage et de mesure automatisé a quand a lui permis deprofiter de l’aspect matriciel des capteurs pour opérer un traitemen