Preparation of Na+-selective electrodes by ion-implantation of lithium and silicon into single-crystal alumina wafer and its application to the production of ISFET

Summary Sodium ion-selective electrodes (Na⁺-ISE) were prepared by implanting Si⁺ and Li⁺ into alumina wafers and their characteristics were investigated. The alumina wafer had a thickness of 100 m and a diameter of 1.40 cm. The ionselective membrane was produced by ion-implanting of Li⁺ and Si⁺ on both sides of a single-crystal alumina wafer. The total doses of Li⁺ and Si⁺ were controlled to be the same, viz. 10¹³–10¹⁵ ions/cm². The ion-implanted alumina wafer with 10¹⁴ or 4×10¹⁴ ions/cm² of Li⁺ and Si⁺ showed better characteristics than the others.The response curves of the 10¹⁴ ions/cm² implanted alumina wafer had a slope of 42 mV/pNa in a concentration range from 1–10^–4mol/l. The full response achieved after about 1 min was reproducible. The proposed idea of producing Na⁺-ISE by ion-implantation technique was applied to functuate the gate surface of the field effect transitor to sodium ion. The sodium ion-sensitive FET (Na⁺-ISFET) prepared by implanting Li⁺ and Al⁺ at a dose of 5×10¹⁴ ions/cm² showed a slope of 30 mV/pNa in a concentration range from 1–10^–4mol/l.

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Herstellung Na⁺-ionenselektiver Elektroden durch Einbau von Lithium und Silicium in Einkristall-Alumniumoxidblättchen und Anwendung zur Erzeugung von ISFET

Zusammenfassung Na⁺-selektive Elektroden wurden durch Einbau von Si⁺ und Li⁺ in Aluminiumoxidblättchen hergestellt und ihre Charakteristiken untersucht. Die Blättchen hatten eine Dicke von 100 m und einen Durchmesser von 1,40 cm. Ebenso wurde die Membran für einen ISFET hergestellt. Die Gesamtmenge von Li⁺ und Si⁺ wurde auf 10¹³–10¹⁵ Ionen/cm² eingestellt, wobei sich bei 10¹⁴ oder 4×10¹⁴ Ionen/cm² die beste Charakteristik ergab.Die Responsekurven der mit 10¹⁴ Ionen/cm² versehenen Aluminiumoxidplättchen hatten eine Neigung von 42 mV/pNa in einem Konzentrationsbereich von 1–10^–4mol/l. Der nach 1 min erhaltene volle Response war reproduzierbar. Die vorgeschlagene Technik wurde zur Einstellung der Gate-Oberfläche des Feldeffekt-Transistors auf Natriumion benutzt. Der Na⁺-sensitive FET (Na⁺-ISFET), der durch Einbau von Li⁺ und Al⁺ mit 5×10¹⁴ Ionen/cm² hergestellt wurde, zeigte eine Neigung der Signalkurve von 30 mV/pNa in einem Bereich von 1–10^–4mol/l.