离子半导体传感器（简称ISFET）是化学传感器中的一种，它是1970年初开始发展起来的一种新型电化学测试探头。
基本原理和器件结构
ISFET是由选择性膜和半导体场效应晶体管结合起来的一种对某种特定离子敏感的特殊离子探针，其结构如图1所示。
当离子敏感选择膜与需要测量的溶液或体液相接触时，在膜与溶液的界面上会发生某种特定的化学反应，结果在膜的两端形成一个固定电位值。该电位值能控制半导体晶体管的沟道电流的大小，引起半导体场效应晶体管漏源电流变化，因此使用一种仪器仪表直接来测定漏源之间的电流（或电位值），就可以通过换算求得溶液或体液中某种离子的含量。
ISFET既是敏感器件，又是阻抗转换器，因此在测量仪表中使用十分方便。但由于ISFET的绝缘栅上被覆盖了一层离子敏感选择性膜，并由一个合适的参比电极—待测溶液—敏感膜组成总电动势Ex，这就不能使整个测量体系短接，因此，调零方法、输入接口电路就要求特殊设计。其测量电池如图2所示。
为了避免测量过程中温度和噪声的影响，一般可以采用差分管的测量体系，见图3。这时器件的漂移可减少至0.008pH/℃≈0.048mV/℃。
离子半导体传感器的具体结构见图4。
离子半导体传感器的应用
ISFET的发展在国外仅有十余年的历史，国内的研制是从1980年开始，但它的应用已经在各个学科领域内取得了可喜的成就。
一、生物医学方面的应用
在临床医学和生理学中，主要检查血液、脑髓液、脊髓液、汗液、尿液和活体组织。ISFET能够迅速而准确地检测出人或动物体液中某种离子的变化，为正常诊断和临床抢救提供了可靠的依据。
例如，血液中钾离子过多或过少会导致心律过速或心脏膊动过慢，可直接引起死亡。作者在1983年利用涂丝钾离子半导体传感器监测了175个病例血清样品，其中发现患有子宫肌瘤妇女的钾离子含量普遍高于正常人，而肝硬化患者钾离子却比正常人少10倍左右。
钙离子的生理作用是极为广泛和复杂的，大量实验证明离子化钙是生理活性物质，许多极为重要的生理过程与Ca\(^{2}\)+的浓度有密切关系，如，骨骼的形成、神经的传导、肌肉的收缩、心脏的收缩、大脑的功能等。但是，长期以来，对于钙离子代谢作用的监测一直缺乏实用的方法，使许多问题无法解决。作者利用Ca2+—ISFET进行了临床血清样品的测定，经过175病例证明，患于侏儒、佝偻病、肝硬化等病者，血清样品中离子化钙要比正常人低10倍左右。
卤素离子是生物体内的重要阴离子，监测这些阴离子的动态是极困难的，但近年来ISFET的出现为生物体内阴离子变化的研究展现了可喜的前景。国外先后制成了F\(^{-}\)—ISFET和Cl-、Br\(^{-}\)、Ag+—ISFET。利用这些传感器可测定龋齿中的F\(^{-}\)、血清和汗液样品中Cl-的含量。
二、酶法分析技术和药物分析上的应用
近年来，酶法分析技术和药物分析越来越受到重视，特别是有机分析、生化分析、中草药物分析等。酶和药物场效应管传感器的出现使该领域研究工作进入一个崭新的阶段。酶—FET是以H\(^{+}\)—ISFET为基体，在栅极表面上涂覆一层酶生物体功能膜，通过膜内酶的催化作用可以检测生物体中各种中性分子。例如，用脂蛋白酶制成FET，通过注射器插入人和动物的血管内，检测血液中中性脂质的含量，以确定患者动脉硬化的程度。外国学者利用青霉素酶肮制成了青霉素—FET，并用于测量微量青霉素，响应时间仅在25秒内。利用尿素酶制成的尿素—FET，可直接用来测定尿素的浓度，临床上用来诊断肾功能的好坏。另外，还可以把梅毒固定在膜相中制成梅素抗体（或抗原）—FET，用来测量梅毒在人体的感染情况。
在实际应用该类传感器时，为了克服各种因素的影响，如pH的改变、温度的变化、偏置的漂移以及样品的注入等引起的界面平衡电位不稳定。因此可以采用差动式结构。将没有固定酶的FET或已经失去活性的酶FET作为参比电极，将会自动被补偿这种因素产生的误差。具体测量线路见图5。
香烟中尼古丁的含量是大家十分关注的，作者利用尼古丁四苯硼酸为膜材料，制成离子选择电极和离子半导体场效应管传感器，并测量了全国各厂家生产的香烟中尼古丁的含量，并与美国官方规定的尼古丁测定方法进行了对照。
药物—FET及其应用正在发展之中，随着各类新型的药物半导体场效应管传感器的不断出现，自动分析器、集成化与微机联用的进一步发展，将给药物分析和药物生理学以及临床医学带来新的革命。
由于半导体离子敏器件具有的体积小、结构紧凑、响应时间快、灵敏度高、易集成化和智能化等独特优点，因此应用范围极为广泛。(黄德培)