DE102010040264A1

DE102010040264A1 - Verfahren zur Bestimmung der Ionenkonzentration oder zur Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Lösung

Info

Publication number: DE102010040264A1
Application number: DE102010040264A
Authority: DE
Inventors: Detlev Wittmer; Manfred Jagiella
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-08
Also published as: US20120055814A1; CN102384935B; CN102384935A; US8715473B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ionenkonzentration oder zur Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Lösung mittels eines Ionenselektiven Feldeffekttransistors (1) bzw. eines Ionensensitiven Sensors (1) mit einer EIS-Struktur, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: – zumindest zu einem vorgegebenen Zeitpunkt einer ersten Messphase wird das an der Elektrode (5) anliegende Potential gegen ein Bezugspotential abgegriffen; – vor Beginn einer sich an die erste Messphase anschließenden Sterilisations- und/oder Reinigungsphase wird die zuletzt während der ersten Messphase abgegriffene Spannung gespeichert; – zu Beginn einer auf die Sterilisations- und/oder Reinigungsphase folgenden zweiten Messphase wird die während der Sterilisationsphase gespeicherte Spannung an die Elektrode (5) angelegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ionenkonzentration oder zur Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Lösung mittels eines Ionenselektiven Feldeffekttransistors bzw. eines Ionensensitiven Sensors, wobei der Ionenselektive Feldeffekttransistor bzw. der Ionensensitive Sensor eine EIS-Struktur, also eine Elektrolyt-Isolator-Halbleiter-Struktur, aufweist, die zumindest ein Halbleiter-Substrat, eine Schicht aus einem Substratoxid und eine Sensorschicht umfasst. Im Zwischenbereich zwischen dem Substratoxid und der Sensorschicht ist eine von außen zugängliche Elektrode vorgesehen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen entsprechenden Ionenselektiven Feldeffekttransistor bzw. einen Ionensensitiven Sensor.
Ionenselektive Feldeffekttransistoren bzw. Ionensensitive Sensoren werden zur Messung von Ionenkonzentrationen oder zur Messung von speziellen Stoffkonzentrationen in Lösungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und unterschiedlichen Leitfähigkeiten eingesetzt.
Die sensitiven Schichten von Ionenselektiven Feldeffekttransistoren werden nahezu ausschließlich durch amorphe Schichten von z. B. einfachen Metalloxiden, wie z. B. Ta₂O₅ _, Al₂O₃, TiO₂, HfO₂, einfachen Metallnitriden oder von Doppelmetalloxidgemische wie z. B. TaAlO und ZrAlO oder Kombinationen zweier verschiedener amorpher Metalloxidschichten gebildet, die immer als Basismaterial SiO₂ aufweisen. Eine Vielzahl von weiteren geeigneten Materialien, die für ISFETs in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung zur Verfügung stehen, sind in den nicht vorveröffentlichten Patentanmeldungen der Anmelderin, nämlich in der Deutschen Patentanmeldung DE 102009002060.8 , eingereicht am 31.03.2009, und in der Internationalen Patentanmeldung PCT/EP 2010/053275 , eingereicht am 15.03.2010, beschrieben. Alle dort genannten Möglichkeiten der Materialzusammensetzungen sind explizit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung zuzurechnen.
ISFETs sind sehr etablierte Beispiele für Sensoren mit einer EIS-Struktur, wobei hier der Isolator den Ionensensitiven Gate-Isolator des Feldeffekttransistors bildet. ISFETs werden verbreitet zum kontinuierlichen Nachweis von Konzentrationen und pH-Messungen in der Umweltüberwachung, in der industriellen Automatisierungstechnik, in der Lebensmittelindustrie und in der Biochemie und Medizintechnik eingesetzt. Die Vorteile von ISFETs liegen im glaslosen Aufbau, in der hochpräzisen Konzentrationserfassung, in der schnellen Inbetriebnahme und in der minimalen Langzeitdrift bei einem akzeptablen Preis-/Leistungsverhältnis.
Bei den sog. LAPS – Licht-Adressierbaren Potentiometrische Sensoren – werden mittels eines modulierten Lichtsignals Photoelektronen im Halbleitermaterial einer EIS-Struktur erzeugt. Die Generierung der Photoelektronen ist von den jeweiligen Elektrolyteigenschaften abhängig. Eine grundlegende Beschreibung von LAPS ist in dem Artikel "Light Addressable potentiometric sensor for biochemical systems", Hafeman et al., Science 240 (1988), S. 1182–1185 gegeben.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden Zonenselektive Feldeffekttransistoren bzw. Ionensensitive Sensoren oft belastenden Sterilisations- und/oder Reinigungsprozessen unterzogen. Die Rede ist hier insbesondere von SIP-(Sterilization in Process) Prozessen und CIP (Cleaning in Process) Prozessen. Bei CIP Prozessen, die in der Lebensmittelindustrie beispielsweise zur Reinigung von Rohrleitungssystemen häufig angewendet werden und oft zwingend vorgeschrieben sind, sind die Ionenselektiven Feldeffekttransistoren bzw. die Ionensensitive Sensoren typischerweise für eine Zeitdauer von ca. einer halben Stunde starken Säuren oder Laugen ausgesetzt, die eine Temperatur von ca. 85°C aufweisen. Für SIP Prozesse, die beispielsweise zur Sterilisierung von Rohrleitungssystemen dienen, werden auch die eingebauten Sensoren für eine gewisse. Zeitdauer auf ca. 130°C aufgeheizt. Durch diese Prozesse werden die Ionenselektiven Feldeffekttransistoren bzw. Ionensensitive Sensoren zwangsläufig hinsichtlich ihrer Funktionalität und Messgenauigkeit beeinflusst: Nach dem CIP oder SIP Prozess befindet sich der Sensor oft in einem Zustand, der von dem Zustand abweicht, den der Sensor vor dem CIP oder SIP Prozess innehatte, und der ohne Kenntnis dieser Änderung zu Fehlmessungen führen würde.
Aus der WO 2005/073706 A1 ist eine verbesserte Gate Konfiguration eines ISFET pH-Sensors bekannt geworden. Insbesondere wird hier eine sensitive Schicht aus Tantaloxid auf eine Aluminiumschicht aufgebracht. Während die sensitive Schicht aus Tantaloxid eine hohe Messqualität garantiert, erhöht die Aluminiumschicht die Lebensdauer des ISFET pH-Sensors, da sie das Eindringen der Messflüssigkeit in die Substratoxidschicht verhindert.
Problematisch bei den CIP und SIP Prozessen ist, dass sich die Ladungseigenschaft eines Ionenselektiven Feldeffekttransistors bzw. eines Ionensensitiven Sensors ändern. Dies führt zu Schwankungen bei den Messergebnissen, die nicht durch eine entsprechende Änderung in der Zusammensetzung des zu bestimmenden oder zu überwachenden Mediums verursacht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Ionenkonzentration oder zur Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Lösung und einen entsprechend gestalteten Ionenselektiven Feldeffekttransistor bzw. einen entsprechend gestalteten Ionensensitiven Sensor vorzuschlagen, die nach einem SIP oder CIP Prozess den gleichen Zustand aufweisen wie vor dem Sterilisations- oder Reinigungsprozess.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

– Zumindest zu einem vorgegebenen Zeitpunkt einer ersten Messphase wird das an der Elektrode anliegende Potential gegen ein Bezugspotential abgegriffen;
– vor Beginn einer sich an die erste Messphase anschließenden Sterilisations- und/oder Reinigungsphase wird die zuletzt während der ersten Messphase abgegriffene Spannung gespeichert;
– zu Beginn einer auf die Sterilisationsphase folgenden zweiten Messphase wird die während der Sterilisationsphase gespeicherte Spannung an die Elektrode angelegt.

Die Elektrode, an der das Potential abgegriffen wird, kann übrigens beliebig ausgestaltet sein. Es kann sich z. B. um eine durchgehende flächige Schicht, um eine Gitterstruktur, um eine Schicht mit beliebigen Ausnehmungen oder aber auch um eine streifenförmige Beschichtung handeln. Als Material der Elektrode kommt prinzipiell jedes gut leitfähige Material in Frage. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Material zusätzlich widerstandsfähig gegen die Messflüssigkeit ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass sich die erste Messphase, die Sterilisations- und/oder Reinigungsphase und die zweite Messphase in vorgegebenen Zeitabständen wiederholen. Wie bereits gesagt, dauern SIP und CIP Prozesse in der Größenordnung von 30 Minuten.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Spannung an der Elektrode hochohmig abgegriffen wird. Wenn hierdurch nur ein vernachlässigbar geringer Strom fließt, wird die Messgenauigkeit des Sensors durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht beeinflusst.
Als besonders vorteilhaft wird es in Verbindung mit der Erfindung angesehen, wenn der Zeitpunkt zur Einleitung der nächsten Messphase bzw. zur Einleitung der nächsten Sterilisationsphase anhand des Verlaufs der Temperatur und/oder anhand des Verlaufs des pH-Wertes ermittelt wird. Wird z. B. ein vorgegebener Grenzwert überschritten bzw. unterschritten, so wird dies als Hinweis auf den nächsten SIP oder CIP Prozess interpretiert. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Temperaturverlauf kontinuierlich zu bestimmen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, anhand von den Spannungen, die über die aufeinander folgenden Messphasen sowie direkt vor, während und nach der Sterilisationsphase oder Reinigungsphase an der Elektrode abgegriffen werden, eine Beurteilung hinsichtlich des Zustands oder hinsichtlich der Restlebensdauer des Ionenselektiven Feldeffekttransistors bzw. des Ionensensitiven Sensors durchzuführen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, Aussagen in Richtung Predictive Maintenance zu machen.
In diesem Zusammenhang wird es darüber hinaus als besonders vorteilhaft erachtet, wenn in definierten Abständen eine Wechselspannung an die Elektrode angelegt wird und wenn anhand des an der Elektrode abgegriffenen Anwortsignals ein Impedanzspektrogramm ermittelt wird. Hierdurch können beispielsweise geänderte elektrische Eigenschaften des Sensors oder im Sensor geänderte Ladungsträgerdichten erkannt werden. Alternativ ist es möglich, einen vorgegebenen Spannungssignalverlauf an die Elektrode anzulegen und anhand des Antwortsignals der Elektrode Information über die entsprechenden Eigenschaften des Sensors zu erhalten. Beide Verfahren sind geeignet, Informationen über den momentanen Zustand oder die zu erwartende Restlebensdauer des Ionenselektiven Feldeffekttransistors oder des Ionensensitiven Sensors zu gewinnen.
Weiterhin eröffnet das Verfahren, anhand des während der Reinignungs- und/oder Sterilisationsphase messbaren Spannungsverlaufs an der Elektrode Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand des Sensors sowie dessen zu erwartende Labensdauer zu ziehen.
Die Aufgabe wird bezüglich des Ionenselektiven Feldeffekttransistors bzw. des Ionensensitiven Sensors dadurch gelöst, dass hier eine gesteuerte Schaltungsanordnung mit einem Impedanzwandler und mit einer in Reihe zu dem Impedanzwandler geschalteten Sample/Hold-Schaltung vorgesehen ist. Am ersten Eingang des Impedanzwandlers liegt während der ersten Messphase das Elektrodenpotential an, während am invertierendem Eingang das Referenzpotential anliegt. Bei dem Referenzpotential kann es sich z. B. um Masse handeln. Die Sample/Hold-Schaltung speichert während der Sterilisationsphase die jeweils zuletzt während der ersten Messphase an der Elektrode anliegende Spannung in einem Speicherelement und friert diesen Wert ein. Zu Beginn der der auf die Sterilisationsphase folgenden zweiten Messphase wird die gespeicherte bzw. eingefrorene Spannung wieder an die Elektrode anlegt. Somit wird sichergestellt, dass die Voraussetzungen für eine nachfolgende Messung identisch sind mit den Voraussetzungen, die bei der vorhergehenden Messung herrschten. An dem Sensor liegen vor und nach dem SIP oder CIP Prozess die gleichen Ladungsverhältnisse vor. Im Prinzip genügt es, wenn die Ladung auf der Elektrode zu einem Zeitpunkt vor dem SIP oder CIP Prozess gemessen wird. Bevorzugt erfolgt jedoch eine kontinuierliche Erfassung des Ladungszustands während der Messphasen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ionenselektiven Feldeffekttransistors bzw. des Ionensensitiven Sensors sieht zwei steuerbare Schalter vor, wobei der erste Schalter während der Messphase geöffnet ist und wobei der zweite Schalter während der Messphase geschlossen ist, so dass die Sample/Hold-Schaltung jeweils die zuletzt an der Elektrode abgegriffenen Spannung in dem Speicherelement speichert.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der erste Schalter und der zweite Schalter während der Sterilisationsphase geöffnet sind, so dass die zuletzt vor dem Öffnen des zweiten Schalters an der Elektrode abgegriffene Spannung in dem Speicherelement gespeichert bzw. eingefroren ist.
Im Zusammenhang mit dem Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionenselektiver Sensor ist weiterhin vorgesehen, dass der erste Schalter zu Beginn der auf die Sterilisations- und/oder Reinigungsphase folgenden zweiten Messphase geschlossen ist und dass der zweite Schalter zu Beginn der zweiten Messphase geöffnet ist, so dass die in dem Speicherelement gespeicherte bzw. eingefrorene Spannung an der Elektrode anliegt. Bevorzugt handelt es sich bei den Schaltern um elektronische Schalter, wobei die Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Schaltungsanordnung über einen Mikroprozessor erfolgt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn es sich bei dem Halbleiter-Substrat um Silizium, bei dem Substratoxid um Siliziumoxid und bei der Sensorschicht um Hafniumoxid oder um Tantalpentoxid handelt. Die zuvor genannten Sensorschichten zeichnen sich durch eine hohe Messqualität aus.
Eine bevorzugte Ausgestaltung schlägt vor, dass der Zonenselektive Feldeffekttransistor bzw. der Ionensensitive Sensor und die Schaltungsanordnung auf einem Sensor-Chip angeordnet sind.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren 1a, 1b und 1c verdeutlichen sukzessive die einzelnen Verfahrensschritte, die eine vorteilhafte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben. Weiterhin ist in den Figuren eine bevorzugte Ausgestaltung des Ionenselektiven Feldeffekttransistors bzw. des Ionensensitiven Sensors 1 zur Bestimmung der Ionenkonzentration oder zur Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Lösung zu sehen.
Der Ionenselektive Feldeffekttransistor bzw. der Ionensensitive Sensor 1 hat eine EIS-Struktur, also eine Elektrolyt-Isolator-Halbleiter-Struktur. Im gezeigten Fall weist der Sensor 1 einen minimal erforderlichen Schichtaufbau auf: ein Halbleiter-Substrat 2, eine Schicht aus einem Substratoxid 3 und eine Sensorschicht 4. Üblicherweise handelt es sich bei dem Halbleiter-Substrat 2 um Silizium, das Substratoxid 3 ist Siliziumoxid und die Sensorschicht 4 besteht aus Tantalpentoxid und/oder Hafniumoxid. Eine Vielzahl von Sensorschicht 4 können in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden. Einige sind in der Beschreibungseinleitung explizit erwähnt. Es versteht sich von selbst, dass die Aufzählung in der Beschreibungseinleitung nicht abschließend ist. Weiterhin kann auch der Schichtaufbau des Sensors 1 in jeder bekannten Art und Weise ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß ist im Zwischenbereich zwischen dem Substratoxid 3 und der Sensorschicht 4 eine von außen zugängliche Elektrode 5 angeordnet. Die Elektrode 5 kann beliebig geformt und ausgestaltet sein. Sie dient dem Zweck, das Potential zwischen der Sensorschicht 4 und der an die Elektrode 5 auf der gegenüberliegenden Seite angrenzenden Schicht des Sensors 1 auf einem vorgegebenen konstanten Wert zu halten.
Die Figuren zeigen, wie die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft realisiert werden können. Hierzu wird eine Schaltungsanordnung 6 verwendet, die im Wesentlichen aus einem Impedanzwandler 7 und einer Sample/Hold-Schaltung 8 besteht. Am ersten Eingang des Impedanzwandlers 7 liegt das Potential der Elektrode 5 und am invertierenden Eingang des Impedanzwandlers 7 liegt das Referenzpotential an. Bei dem Referenzpotential handelt es sich beispielsweise um Masse. In Reihe mit dem Impedanzwandler 7 ist die Sample/Hold-Schaltung 8 geschaltet. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 6 zwei Schalter S1, S2, einen Kondensator C und zwei Widerstände R1, R2.
Die Schaltungsanordnung 6 wird mittels eines in den Figuren nicht gesondert dargestellten Mikroprozessors so gesteuert, dass sie jeweils die zuletzt während der vorhergehenden Messphase an der Elektrode 5 anliegende Spannung in dem Speicherelement bzw. Kondensator C speichert. Zu Beginn der auf die Reinigungs- oder Sterilisationsphase nachfolgenden Messphase wird die gespeicherte Spannung wieder an die Elektrode 5 anlegt.
1a verdeutlicht den ersten Verfahrensschritt, wenn also zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der ersten Messphase die an der Elektrode 5 anliegende Spannung gegen das Bezugspotential abgegriffen wird. Hierzu ist der erste Schalter S1 während der ersten Messphase geöffnet; der zweite Schalter S2 ist während der ersten Messphase geschlossen. Somit speichert die Sample/Hold-Schaltung 8 jeweils die zuletzt an der Elektrode 5 abgegriffene Spannung in dem Speicherelement C.
In 1b ist der nachfolgende zweite Verfahrensschritt dargestellt. Vor Beginn einer sich an die erste Messphase anschließenden Sterilisations- und/oder Reinigungsphase wird die zuletzt während der ersten Messphase abgegriffene Spannung gespeichert. Hierzu sind der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 geöffnet, so dass die zuletzt vor dem Öffnen des zweiten Schalters S2 an der Elektrode 5 abgegriffenen Spannung in dem Speicherelement C gespeichert bzw. eingefroren ist.
Der dritte Verfahrensschritt ist in der 1c zu sehen. Zu Beginn der folgenden zweiten Messphase wird die während der Reinigungs- oder Sterilisationsphase gespeicherte Spannung an die Elektrode 5 angelegt. Um dies zu erreichen, ist der erste Schalter S1 zu Beginn der auf die Reinigungs- oder Sterilisationsphase folgenden zweiten Messphase geschlossen, während der zweite Schalter S2 zu Beginn der zweiten Messphase geöffnet ist, so dass die in dem Speicherelement C eingefrorene Spannung an der Elektrode 5 anliegt.
Die jeweiligen Schaltungszeitpunkte für die Schalter S1, S2 ermittelt der Mikroprozessor beispielsweise anhand des Verlaufs der Temperatur und/oder anhand des Verlaufs des pH-Wertes der Lösung, mit der der Sensor 1 in Kontakt ist. Die Temperatur muss über einen Temperatursensor ermittelt werden. Ebenso ist es möglich, dass der Mikroprozessor die Schalter S1, S2 entsprechend schaltet, wenn er die Steuersignale für die Einleitung der Mess- und Reinigungs-/Sterilisationsphasen ausgibt oder erhält.
Bezugszeichenliste

1: Ionenselektiver Feldeffekttransistor oder Ionensensitiver Sensor
2: Halbleitersubstrat
3: Halbleiteroxid
4: Sensitive Schicht
5: Elektrode
6: Schaltungsanordnung
7: Impedanzwandler
8: Sample/Hold-Schaltung
S1: erster Schalter
S2: Zweiter Schalter
C: Kondensator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009002060 [0003]
EP 2010/053275 [0003]
WO 2005/073706 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Light Addressable potentiometric sensor for biochemical systems”, Hafeman et al., Science 240 (1988), S. 1182–1185 [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Ionenkonzentration oder zur Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Lösung mittels eines Ionenselektiven Feldeffekttransistors (1) bzw. eines Ionensensitiven Sensors (1) mit einer EIS-Struktur, also einer Elektrolyt-Isolator-Halbleiter-Struktur, der zumindest ein Halbleiter-Substrat (2), eine Schicht aus einem Substratoxid (3) und eine Sensorschicht (4) umfasst, wobei zumindest in einem Zwischenbereich zwischen dem Substratoxid (3) und der Sensorschicht (4) eine von außen zugängliche Elektrode (5) vorgesehen ist, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: – zumindest zu einem vorgegebenen Zeitpunkt einer ersten Messphase wird die an der Elektrode (5) anliegende Potential gegen ein Bezugspotential abgegriffen; – vor Beginn einer sich an die erste Messphase anschließenden Sterilisations- und/oder Reinigungsphase wird die zuletzt während der ersten Messphase abgegriffene Spannung gespeichert; – zu Beginn einer auf die Sterilisation- und/oder Reinigungsphase folgenden zweiten Messphase wird die während der Sterilisationsphase gespeicherte Spannung an die Elektrode (5) angelegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die erste Messphase, die Sterilisations- und/oder Reinigungsphase und die zweite Messphase in vorgegebenen Zeitabständen wiederholen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannung an der Elektrode (5) hochohmig abgegriffen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand der über die aufeinander folgenden Messphasen an der Elektrode (5) gemessenen Spannungen eine Beurteilung hinsichtlich des Zustands oder hinsichtlich der Restlebensdauer des Ionenselektiven Feldeffekttransistors (1) bzw. des Ionenselektiven Sensors (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–4, wobei der Zeitpunkt zur Einleitung der nächsten Messphase bzw. zur Einleitung der nächsten Sterilisationsphase anhand des Verlaufs der Temperatur und/oder anhand des Verlaufs des pH-Wertes ermittelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in definierten Abständen eine Wechselspannung an die Elektrode (5) angelegt wird und wobei anhand des an der Elektrode (5) abgegriffenen Anwortsignals ein Impedanzspektrogramm ermittelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein vorgegebener Spannungssignalverlauf an die Elektrode (5) angelegt wird und wobei anhand des Antwortsignals der Elektrode (5) Information über den momentanen Zustand oder die Restlebensdauer des Ionenselektiven Feldeffekttransistors (1) oder des Ionenselektiven Sensors (1) gewonnen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Beendigung der Sterilisations- und/oder Reinigungsphase die an der Elektrode (5) anliegende Spannung gegen ein Bezugspotential abgegriffen wird, bevor die während der Sterilisationsphase gespeicherte Spannung an die Elektrode (5) angelegt, und wobei die gemessene Spannung zur Ermittlung des Zustandes und/oder der Restlebensdauer des Ionenselektiven Feldeffekttransistors (1) bzw. des Ionenselektiven Sensors (1) herangezogen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Sterilisations- und/oder Reinigungsphase zu zumindest einem Zeitpunkt die an der Elektrode (5) anliegende Spannung gegen ein Bezugspotential abgegriffen wird und wobei anhand von zumindest einer ermittelten Spannung ggf. durch Vergleich mit Spannungswerten, die während vorhergehender Sterilisations- und/oder Reinigungsphasen ermittelt wurden, Information über den Zustand und/oder die Restlebensdauer des Ionenselektiven Feldeffekttransistors (1) bzw. des Ionenselektiven Sensors (1) zur Verfügung gestellt wird.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor zur Durchführung des in zumindest einem der Ansprüche 1–7 beschriebenen Verfahrens mit einer gesteuerten Schaltungsanordnung (6) mit einem Impedanzwandler (7), an dessen erstem Eingang während der ersten Messphase das Elektrodenpotential und an dessen invertierendem Eingang ein Referenzpotential anliegt, und mit einer in Reihe zu dem Impedanzwandler (7) geschalteten Sample/Hold-Schaltung (8), die während der Reinigungs- und/oder Sterilisationsphase die jeweils zuletzt während der ersten Messphase an der Elektrode (5) anliegende Spannung in einem Speicherelement (C) speichert und einfriert, und die zu Beginn der der auf die Sterilisationsphase folgenden zweiten Messphase die gespeicherte bzw. eingefrorene Spannung an die Elektrode (5) anlegt.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor nach Anspruch 10, wobei zwei steuerbare Schalter (S1) vorgesehen sind, wobei der erste Schalter (S1) während der Messphase geöffnet ist und wobei der zweite Schalter (S2) während der Messphase geschlossen ist, so dass die Sample/Hold-Schaltung (8) jeweils die zuletzt an der Elektrode (5) abgegriffene Spannung in dem Speicherelement (C) speichert.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 und 11, wobei der erste Schalter (S1) und der zweite Schalter (S2) während der Sterilisationsphase geöffnet sind, so dass die zuletzt vor dem Öffnen des zweiten Schalters (S2) an der Elektrode (5) abgegriffenen Spannung in dem Speicherelement (C) gespeichert bzw. eingefroren ist.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, wobei der erste Schalter (S1) zu Beginn der auf die Sterilisationsphase folgenden zweiten Messphase geschlossen ist und wobei der zweite Schalter (S2) zu Beginn der zweiten Messphase geöffnet ist, so dass die in dem Speicherelement (C) eingefrorene Spannung an der Elektrode (5) anliegt.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Halbleiter-Substrat (2) um Silizium, bei dem Substratoxid um Siliziumoxid (3) und bei der Sensorschicht (4) um Hafniumoxid oder um Tantalpentoxid handelt.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Mikroprozessor vorgesehen ist, der den zeitlichen Ablauf der Schaltungsanordnung steuert.
Ionenselektiver Feldeffekttransistor bzw. Ionensensitiver Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionenselektive Feldeffekttransistor und die Schaltungsanordnung auf einem Sensor-Chip angeordnet sind.