Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Simulasi Lanjutan Biosensor TFET Pintu Gerbang Parit Dual-Sumber Ter-modulasi Dielektrik untuk Deteksi Biomolekul

Abstrak

Artikel ini mengajukan biosensor tunnel FET (FET terowongan) pintu gerbang parit dual-sumber ter-modulasi dielektrik (DM-DSTGTFET) untuk deteksi biomolekul. DM-DSTGTFET menggunakan dual sumber dan pintu gerbang parit untuk meningkatkan arus on-state serta menghasilkan arus dua arah. Dalam struktur yang diusulkan, dua rongga diatasi di atas oksida gerbang 1 nm untuk pengisian biomolekul. Simulasi 2D dalam Technology Computer-Aided Design (TCAD) digunakan untuk analisis studi sensitivitas. Hasil menunjukkan bahwa pada tegangan suplai rendah, sensitivitas arus DM-DSTGTFET mencapai 1,38 × 105, dan sensitivitas tegangan ambang dapat mencapai 1,2 V. Oleh karena itu, biosensor DM-DSTGTFET memiliki prospek aplikasi yang baik karena konsumsi daya rendah dan sensitivitas tinggi.

Pendahuluan

Dalam beberapa tahun terakhir, minat penelitian yang signifikan telah difokuskan pada biosensor FET berbasis silikon karena karakteristik yang menjanjikan berupa sensitivitas tinggi, penundaan minimum, dimensi yang diskalakan, dan biaya rendah [1,2,3,4,5,6]. Biosensor berbasis FET memiliki keterbatasan emisi elektron termal dan memiliki kemiringan ambang (SS) yang bisa lebih dari 60 mV/dekade. Karena mekanisme konduksi tunnel antar-band (BTBT), TFET mengatasi keterbatasan ini dan menurunkan efek saluran pendek [7,8,9,10]. Akibatnya, biosensor berbasis TFET telah muncul sebagai kandidat yang sesuai untuk sensitivitas dan waktu respons yang lebih baik dibandingkan biosensor berbasis FET [11,12,13,14].

Metode paling umum dalam TFET untuk deteksi molekul didasari oleh modulasi dielektrik. Sebagian bahan dielektrik gerbang diatasi untuk membentuk rongga; ketika biomolekul diisi ke dalam rongga, konstanta dielektrik rongga berubah, dan perubahan ini terpantau dalam arus drain dan karakteristik transfer [15,16,17]. Pada saat yang sama, modulasi dielektrik membantu dalam merasakan molekul bermuatan dan netral. Saat ini, konsep modulasi dielektrik telah digunakan secara terbaru dalam TFET, dan biosensor berbasis TFET ter-modulasi dielektrik (DMTFET) telah menarik perhatian tinggi dari para peneliti. Sebuah TFET p-n-p-n yang berfungsi sebagai biosensor untuk deteksi biomolekul tanpa label telah ditinjau dengan simulasi perangkat. Hasil menunjukkan bahwa biosensor berbasis TFET memiliki arus off-state rendah dalam hal tidak ada biomolekul dan sensitivitas tinggi terhadap konstanta dielektrik serta muatan [18]. Telah diamati bahwa kehadiran biomolekul dalam rongga di dekat juncutan terowongan dapat menyebabkan kopling yang efektif, yang mengarah pada sensitivitas tinggi, dan juga membuat DM-TFET tahan terhadap penurunan sensitivitas pada dimensi yang lebih kecil. Berbagai struktur biosensor berbasis TFET sedang diteliti. Dibandingkan dengan TFET gerbang ganda (DGTFET) tradisional, menggabungkan arsitektur gerbang pendek (SG) ke dalam struktur DMTFET dapat secara signifikan meningkatkan sensitivitas dan mengurangi biaya [20]. TFET terowongan tanpa junksi ter-modulasi dielektrik berbasis plesma muatan (CPB DM-JLTFET) dapat mendapatkan sensitivitas maksimum (biomolekul netral dan bermuatan) dengan memilih dengan tepat panjang dan ketebalan rongga di dekat juncutan terowongan di bawah bias yang sesuai [21]. Untuk meningkatkan sensitivitas biosensor, gerbang depan n+ yang sangat terdope dan overlap gerbang-sumber diperkenalkan dalam TFET terowongan ter-modulasi dielektrik vertikal (V-DMTFET) [22]. TFET terowongan heterojuntin dengan gerbang melingkar menunjukkan sensitivitas yang lebih tinggi daripada TFET heterojuntin dengan gerbang seragam karena arsitektur gerbang yang tidak seragam [23]. TFET pintu gerbang parit dual-channel menunjukkan sensitivitas arus yang tinggi serta sensitivitas tegangan yang sangat tinggi [24]. Biosensor TFET gerbang ganda dan dua bahan logam dapat membuat perubahan sensitivitas menjadi lebih jelas [25].

Namun, sebagian besar biosensor didasari oleh TFET gerbang ganda, di mana biomolekul perlu ditambahkan dari sisi gerbang di kedua ujung. Dalam struktur yang diusulkan, biomolekul ditambahkan secara vertikal dari atas perangkat, yang merupakan operasi yang lebih sederhana. Selain itu, karena area overlap gerbang-sumber yang besar, yaitu area di mana interaksi sumber dan biomolekul jelas, sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET lebih tinggi dari perangkat lain, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Tabel 1 merangkum perbandingan sensitivitas berbeda antara karya ini dan hasil penelitian dalam referensi lain.

Dalam artikel ini, sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET ditinjau dan konten spesifiknya adalah sebagai berikut. Bagian 2 dan 3 menjelaskan struktur perangkat dasar, proses pembuatan, model simulasi dan metode. Bagian 4 mengkarakterisasi efek berbagai faktor terhadap sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET. Secara spesifik, pengaruh berbagai konstanta dielektrik, ketebalan rongga, dan biomolekul bermuatan terhadap karakteristik transfer, sensitivitas Ion/Ioff dan sensitivitas △Vth dari perangkat yang diusulkan. Bagian 5 menyimpulkan temuan penelitian dari investigasi yang dilakukan.

Struktur Perangkat

Gambar 1 menunjukkan gambar potongan lintang biosensor berbasis DM-DSTGTFET. Elektroda gerbang DM-DSTGTFET memiliki fungsi kerja 4,2. Untuk meningkatkan arus on-state TFET, struktur dual sumber digunakan. Dua wilayah sumber dengan konsentrasi dopase 1 × 1020 cm−3 ditempatkan simetris di kedua sisi gerbang. Saluran p-channel dengan tinggi (Hc) 37 nm dan konsentrasi dopase 1 × 1015 cm−3 berada di bawah sumber dan gerbang. Drain n dengan konsentrasi dopase 1 × 1017 cm−3 dan tinggi (Hd) 18 nm berada di bawah saluran. Dua oksida pada wilayah sumber adalah HfO2 dengan ketebalan 2 nm. Dua wilayah saku dengan ketebalan (Tp) 5 nm ditempatkan simetris di kedua sisi gerbang dengan konsentrasi dopase donor 1 × 1019 cm−3. Selain itu, untuk biosensor yang diusulkan, Tox (1 nm), Tc (5 nm) adalah ketebalan oksida gerbang HfO2 dan lebar rongga nanogap, masing-masing. Untuk memudahkan perubahan yang sesuai pada parameter sensitivitas, nilai fungsi kerja logam gerbang yang dipilih harus sedemikian sehingga tunnel hanya dapat terjadi ketika biomolekul terkumpul dalam rongga. Itulah sebabnya fungsi kerja logam ΦMS = 4,2 eV (di atas oksida gerbang HfO2) dipilih. Sekarang, lima jenis kecil biomolekul berbeda dengan konstanta dielektrik berbeda (1, 2,5, 5, 11, 23) dan lima ketebalan rongga nanogap berbeda (5 nm, 7 nm, 9 nm, 11 nm, 13 nm) dianalisis untuk biosensor yang diusulkan.

Tampilan potongan lintang skematis biosensor DM-DSTGTFET

Metode pembuatan DM-DSTGTFET mirip dengan yang diterbitkan [24]. Gambar 2 menunjukkan langkah pembuatan DM-DSTGTFET yang diusulkan. Pada langkah pertama, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2a, melalui masker, paparan, etsa, implan ion, dan aniling pada substrat silikon yang ringan terdope, wilayah drain di bagian bawah terbentuk. Konsentrasi dopase wilayah drain yang terbentuk adalah 1017/cm3, dan ion dopase adalah arsenik. Kemudian silikon intrinsik ditumbuhkan epitaksial di atas wilayah drain untuk membentuk wilayah saluran perangkat. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2b, dua sudut di atas saluran diatasi. Secara bersamaan, dopase N+ ditambahkan dengan teknik deposit chemical vapor (CVD) seperti yang dijelaskan dalam Gambar 2c untuk membentuk wilayah saku DM-DSTGTFET. Dalam wilayah sumber, wilayah sumber dual berbasis Si ditumbuhkan dengan chemical vapor deposition (CVD), dan masker, paparan, etsa, implan ion, dan aniling dilakukan untuk dopase P-type tinggi dalam wilayah sumber, dengan konsentrasi dopase 1020/cm3, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2d. Pada langkah berikutnya, parit dibuat dalam lapisan saluran dan SiO2 diatasi dalam parit seperti yang diberikan dalam Gambar 2e. Kemudian parit terbentuk seperti yang digambarkan dalam Gambar 2f. Metalisasi dan pola dilakukan untuk mendapatkan kontak gerbang seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2g. Selanjutnya, rongga diatasi dalam SiO2 di kedua sisi gerbang seperti yang diberikan dalam Gambar 2h. Pada langkah akhir, 1 nm HfO2 ditumbuhkan pada dinding samping rongga untuk mendapatkan struktur yang diusulkan seperti yang digambarkan dalam Gambar 2i.

Alur pembuatan DM-DSTGTFET sebagai biosensor

Metode dan Model Simulasi

Untuk mempelajari kinerja biosensor DM-DSTGTFET dengan lebih jelas, artikel ini menggunakan alat TCAD (sentaurus) untuk mempelajari sensitivitas sensor TFET. Model yang tepat digunakan untuk simulasi yang akurat.

Model BTBT non-lokal mempertimbangkan medan listrik di setiap titik di jalur tunnel sebagai variabel, yang berarti probabilitas tunnel BTBT bergantung pada lenturan band di juncutan tunnel. Model tunnel non-lokal lebih sesuai dengan situasi aktual simulasi TFET [29]. Oleh karena itu, model BTBT non-lokal digunakan dalam artikel ini. Model Kane digunakan untuk model tunnel BTBT non-lokal dinamis dalam sentaurus. Dalam model Kane, laju tunnel BTBT dinyatakan sebagai [30]:

$$G_{{{\text{BTBT}}}} = A\left( {\frac{E}{{E_{0} }}} \right)^{P} \exp \left( { - \frac{B}{{E_{0} }}} \right)$$

di konstanta E0 = 1 V/cm, P = 2 untuk tunnel jarak band langsung, dan P = 2,5 untuk tunnel jarak band tidak langsung yang dibantu fonon. Karena perangkat dalam artikel ini terutama silikon, P dipilih 2,5. Parameter A = 4 × 1014/cm3s, E adalah medan listrik, dan faktor eksponensial B = 9,9 × 106 V/cm.

Shockley–Read–Hall (SRH) dipilih untuk menyertakan rekombinasi pembawa. Model persempitan jarak band digunakan untuk mengaktifkan efek konsentrasi tinggi dalam jarak band. Statistik Fermi–Dirac dipanggil untuk menyertakan perubahan properti wilayah yang sangat terdope. Model mobilitas dalam bahan Si harus mempertimbangkan model pencaran terionisasi (µdop), model pencaran antarmuka (µInterSc) dan model saturasi medan tinggi (µF) [31], dan model mobilitas efektif akhir dapat dinyatakan oleh:

$$\frac{{1}}{\mu } = \frac{{1}}{{\mu_{{{\text{dop}}}} }} + \frac{1}{{\mu_{{{\text{InterSc}}}} }} + \frac{1}{{\mu_{{\text{F}}} }}$$

Model mobilitas Poole–Frenkel diperkenalkan dalam bahan yang mengisi rongga, dan mobilitas sebagai fungsi medan listrik diberikan oleh:

$$\mu = \mu_{{0}} \exp \left( { - \frac{{E_{0} }}{KT}} \right)\exp \left( {\sqrt E \left( {\frac{\beta }{T} - \gamma } \right)} \right)$$

di µ0 adalah mobilitas medan rendah, β dan γ adalah parameter pemasangan, E0 adalah energi aktivasi efektif, dan E adalah gaya penggerak (medan listrik). K adalah konstanta Boltzmann, dan T adalah suhu. Nilai default E0 dan γ adalah 0, β = 0,1.

Berdasarkan model fisika yang terkalibrasi di atas, karakteristik listrik biosensor DM-DSTGTFET dianalisis.

Selama simulasi, empat konstanta dielektrik berbeda biomolekul (k = 2,5, 5, 11, 23), lima ketebalan rongga (Tc = 5, 7, 9, 11, 13 nm) dan berbagai kepadatan biomolekul bermuatan dipertimbangkan dalam simulasi dan pembahasan. Secara umum, referensi digunakan saat mempelajari sensitivitas sensor. Referensi yang diusulkan dapat membuat respons sensor terhadap target menjadi jelas. Oleh karena itu, referensi diambil dalam kondisi ketika rongga diisi dengan udara, atau secara sederhana, kondisi ketika biomolekul tidak diisi dalam rongga. Oleh karena itu, ukuran sensitivitas tegangan ambang, sensitivitas arus drain dan sensitivitas kemiringan ambang dari DM-DSTGTFET didefinisikan sebagai [22] [28] [32]:

$$\Delta V_{{{\text{th}}}} = V_{{\text{th(air)}}} - V_{{\text{th(bio)}}}$$

$$S_{{{\text{drain}}}} = \frac{{I_{{\text{ds(bio)}}} - I_{{\text{ds(air)}}} }}{{I_{{\text{ds(air)}}} }}$$

$$S_{{{\text{SS}}}} = \frac{{SS_{{{\text{air}}}} - SS_{{{\text{bio}}}} }}{{SS_{{{\text{air}}}} }}$$

di Vth(air) adalah tegangan ambang biosensor ketika rongga diisi dengan udara, dan Vth(bio) adalah tegangan ambang ketika rongga diisi dengan biomolekul. Secara serupa, Ids(air) dan SSair adalah arus drain on-state dan kemiringan ambang, masing-masing, dari biosensor ketika rongga diisi dengan udara, dan Ids(bio) dan SSbio adalah arus drain on-state dan kemiringan ambang, masing-masing, ketika rongga diisi dengan biomolekul.

Melalui analisis karakteristik listrik DM-DSTGTFET, tegangan ambang, arus drain on-state dan kemiringan ambang diekstraksi untuk menganalisis sensitivitas biosensor.

Hasil dan Pembahasan

Dampak Berbagai Biomolekul dalam DM-DSTGTFET

Gambar 3 menunjukkan karakteristik transfer, variasi band energi, sensitivitas tegangan ambang dan sensitivitas arus DM-DSTGTFET dalam on-state ketika berbagai konstanta dielektrik biomolekul mengisi rongga. Dengan memilih fungsi kerja logam gerbang yang lebih rendah (ΦMS = 4,2), sensitivitas arus drain dapat diteliti dengan menyesuaikan berbagai k.

a Karakteristik transfer, b variasi band energi terhadap sumbu y, c sensitivitas Ion/Ioff dan d sensitivitas tegangan ambang biosensor DM-DSTGTFET untuk berbagai nilai k pada Vd = 0,5 V dan Tc = 5 nm

Seperti yang terlihat dalam Gambar 3a, seiring meningkatnya k dari dielektrik gerbang, kemampuan kontrol gerbang semakin kuat, arus on-state juga meningkat. Gambar 3b menggambarkan diagram band energi pada berbagai k biomolekul. Ketika k = 1, berarti tidak ada biomolekul yang diisi dalam rongga. Dalam kasus ini, lengkungan band energi diminimalkan. Selain itu, ketika dielektrik konstanta biomolekul dalam rongga mulai meningkat, band energi melengkung semakin parah. Ini berarti lebih banyak perataan band energi terjadi pada k yang lebih tinggi, dan sehingga lebar hambatan di seluruh juncutan berkurang. Gambar 3c menunjukkan efek konstanta dielektrik biomolekul terhadap Ion dan sensitivitas Ion/Ioff DM-DSTGTFET. Seiring meningkatnya k, sensitivitas Ion dan Ion/Ioff juga membaik. Ini karena fakta bahwa seiring meningkatnya k, semakin parah lenturan band energi, lebar hambatan di juncutan sumber-saluran berkurang dan sehingga kemungkinan tunnel meningkat. Seiring meningkatnya probabilitas tunnel, generasi tunnel BTBT elektron meningkat yang dapat terlihat jelas dalam Gambar 4. Perangkat yang diusulkan memberikan sensitivitas Ion/Ioff tertinggi sebesar 1,1 × 1010 pada k = 23, yang jelas lebih tinggi daripada biosensor berbasis TFET yang diterbitkan. Gambar 3d memberikan variasi Vth dan sensitivitas △Vth DM-DSTGTFET terhadap k biomolekul. Jelas, seiring meningkatnya k, semakin cepat Ion perangkat yang diusulkan meningkat, semakin rendah tegangan ambang. Sementara itu, △Vth menunjukkan tren naik seiring meningkatnya k. Alasannya adalah perbedaan antara Vth ketika berbagai biomolekul diisi dan Vth ketika tidak ada biomolekul yang diisi semakin besar. Secara umum, Vth ketika diisi dengan udara lebih besar daripada nilai k lainnya. DM-DSTGTFET yang diusulkan menunjukkan sensitivitas △Vth maksimum sebesar 1,2 V pada k = 23. Oleh karena itu, DM-DSTGTFET menyediakan sensitivitas arus tinggi serta sensitivitas tegangan ambang untuk biomolekul.

Generasi tunnel BTBT elektron dalam biosensor DM-DSTGTFET untuk berbagai biomolekul saat Vd = 0,5 V, Tc = 5 nm dan Vg = 1,5 V

Gambar 5a menunjukkan SS dan sensitivitas SS DM-DSTGTFET ketika rongga diisi dengan berbagai biomolekul. Di sini, terlihat bahwa peningkatan konstanta dielektrik mengakibatkan penurunan SS dan peningkatan SSS. Semakin kecil SS, semakin kecil konsumsi daya TFET, dan semakin baik kinerja TFET. Oleh karena itu, seiring meningkatnya nilai k, SS menurun, SSS meningkat, dan kemampuan kontrol gerbang meningkat.

a Kemiringan ambang, sensitivitas kemiringan ambang dan b sensitivitas arus drain dengan berbagai biomolekul saat Vd = 0,5 V, Tc = 5 nm dan Vg = 1,5 V

Sensitivitas arus drain bervariasi sebagai fungsi k untuk DM-DSTGTFET yang diusulkan dalam Gambar 5b. Sensitivitas meningkat seiring meningkatnya k. Ini karena fakta bahwa peningkatan k menghasilkan peningkatan medan listrik di juncutan tunnel yang mengarah pada pengurangan lebar tunnel dan consequently meningkatkan Sdrain.

Dampak Berbagai Ketebalan Rongga dalam DM-DSTGTFET

Karena ketika k = 23, Sdrain, sensitivitas △Vth dan SSS dari biosensor DM-DSTGTFET adalah yang terbesar (kesimpulan yang diambil dari bagian sebelumnya). Oleh karena itu, untuk mempelajari pengaruh ketebalan rongga terhadap sensitivitas biosensor yang diusulkan dengan lebih jelas, bagian ini dilakukan dalam kondisi k = 23.

Gambar 6 menggambarkan karakteristik transfer biosensor DM-DSTGTFET pada berbagai ketebalan rongga (Tc). Seiring meningkatnya Tc, arus on-state menjadi lebih kecil. Efek berbagai Tc pada Ion dan sensitivitas Ion/Ioff DM-DSTGTFET digambarkan dalam Gambar 7a. Ketika Tc ditingkatkan, kapasitansi antara gerbang dan saluran berkurang yang mengarah pada lebar tunnel yang lebih besar di juncutan sumber-saluran yang menghasilkan arus drain lebih rendah. Untuk k = 23, Ion dan sensitivitas Ion/Ioff menurun seiring meningkatnya Tc karena peningkatan kopling kapasitif antara gerbang dan saluran untuk Tc yang lebih tinggi. Di sisi lain, perangkat yang diusulkan menunjukkan tren naik pada Vth dan sensitivitas △Vth seiring meningkatnya Tc seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 7b. Ini karena peningkatan Tc mengurangi Ion dan consequently meningkatkan Vth. Dengan kata lain, kontrol gerbang atas saluran berkurang untuk rongga yang lebih lebar yang mengarah pada Vth yang lebih tinggi. Oleh karena itu, DM-DSTGTFET berfungsi sebagai biosensor tegangan yang lebih baik untuk rongga yang lebih sempit.

Karakteristik transfer biosensor DM-DSTGTFET untuk berbagai nilai ketebalan rongga (Tc) pada Vd = 0,5 V, Vg = 1,5 V dan k = 23

a Efek berbagai nilai ketebalan rongga (Tc) pada Ion, sensitivitas Ion/Ioff, b Vth dan △Vth dari DM-DSTGTFET pada Vg = 1,5 V, Vd = 0,5 V dan k = 23

Dampak Biomolekul Bermuatan pada DM-DSTGTFET

Untuk menyelidiki pengaruh berbagai muatan biomolekul terhadap sensitivitas sensor yang diusulkan, rentang dinamis dan batas deteksi pertama kali diteliti. Dalam artikel ini, DM-DSTGTFET dapat mendeteksi materi sensasi dengan kepadatan muatan yang berkisar dari 1010 cm−2 hingga 1013 cm−2, rentang deteksi yang lebih luas dibandingkan sensor lain [32]. Oleh karena itu, dalam simulasi berikutnya, kepadatan muatan dalam rentang limit dinamis digunakan untuk penelitian sensitivitas.

Gambar 8 menggambarkan efek pengisian rongga dengan biomolekul dengan muatan positif dan negatif berbeda terhadap karakteristik transfer DM-DSTGTFET pada berbagai k. Seperti yang terlihat, pada k = 2,5, di bawah biomolekul bermuatan positif dan negatif, kurva transfer memiliki rentang perubahan yang lebih besar. Oleh karena itu, diskusi berikutnya difokuskan pada efek berbagai muatan positif dan negatif terhadap sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET ketika k = 2,5.

Karakteristik transfer biosensor DM-DSTGTFET untuk konstanta dielektrik biomolekul, a muatan positif berbeda dan b muatan negatif berbeda dari biomolekul pada Vd = 0,5 V, Vg = 1,5 V dan Tc = 5 nm

Gambar 9a menjelaskan variasi Ion dan sensitivitas Ion/Ioff DM-DSTGTFET sebagai fungsi muatan positif. Peningkatan muatan positif biomolekul mengakibatkan peningkatan Ion dan sensitivitas Ion/Ioff perangkat yang diusulkan. Muatan positif dalam rongga meningkatkan dielektrik oksida gerbang efektif yang mengakibatkan peningkatan kemampuan kontrol gerbang. Peningkatan kemampuan kontrol gerbang ini menyebabkan penurunan lebar tunnel juncutan sumber-saluran yang mengakibatkan peningkatan Ion dan sensitivitas Ion/Ioff. Gambar 9b menunjukkan efek muatan positif biomolekul terhadap Vth dan sensitivitas △Vth DM-DSTGTFET. Terlihat bahwa Vth berkurang dan sensitivitas △Vth membaik seiring meningkatnya muatan positif. Ini karena fakta bahwa muatan positif pada molekul meningkatkan Ion dan menurunkan Vth. Penurunan Vth meningkatkan perbedaan antara tegangan ambang biomolekul terhadap udara yang mengakibatkan peningkatan △Vth.

a Efek muatan positif berbeda dari biomolekul pada Ion, sensitivitas Ion/ Ioff, b Vth dan △Vth dari DM-DSTGTFET pada Vg = 1,5 V, Vd = 0,5 V, k = 2,5 dan Tc = 5 nm

Gambar 10a menunjukkan variasi Ion dan sensitivitas Ion/Ioff DM-DSTGTFET sebagai fungsi muatan positif untuk k = 2,5. Peningkatan muatan negatif biomolekul mengakibatkan penurunan Ion dan sensitivitas Ion/ Ioff perangkat yang diusulkan. Muatan negatif dalam rongga mengurangi dielektrik oksida gerbang efektif yang mengakibatkan penurunan kemampuan kontrol gerbang. Penurunan kemampuan kontrol gerbang ini menyebabkan peningkatan lebar tunnel juncutan sumber-saluran yang mengakibatkan penurunan Ion dan sensitivitas Ion/Ioff.

a Efek muatan negatif berbeda dari biomolekul pada Ion, sensitivitas Ion/ Ioff, b Vth dan △Vth dari DM-DSTGTFET pada Vg = 1,5 V, Vd = 0,5 V, k = 2,5 dan Tc = 5 nm

Gambar 10b menunjukkan efek muatan negatif biomolekul terhadap Vth dan sensitivitas △Vth DM-DSTGTFET. Terlihat dari gambar bahwa untuk k = 2,5, Vth membaik dan sensitivitas △Vth menurun seiring meningkatnya muatan negatif. Ini karena fakta bahwa muatan negatif pada molekul menurunkan Ion dan meningkatkan Vth. Peningkatan Vth meningkatkan perbedaan antara tegangan ambang biomolekul terhadap udara yang mengakibatkan penurunan △Vth.

Kesimpulan

Simpulan, DM-DSTGTFET memiliki sensitivitas tinggi untuk deteksi biomolekul dalam aplikasi biosensor. Namun, kemampuan deteksi struktur DM-DSTGTFET dievaluasi dengan memeriksa efek yang diperkenalkan oleh permitivitas relatif, ketebalan rongga, biomolekul bermuatan, sensitivitas Ion/Ioff, SS dan SSS. Hasil menunjukkan bahwa semakin besar konstanta dielektrik, semakin tipis ketebalan rongga, semakin banyak muatan positif, dan semakin besar sensitivitas perangkat yang diusulkan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa struktur yang diusulkan dapat diterapkan untuk perangkat biosensor ultra-sensitif dan konsumsi rendah.

Singkatan

DM-DSTGTFETS:
Transistor FET terowongan pintu gerbang parit dual-sumber ter-modulasi dielektrik
TCAD:
Desain bantu komputer teknologi
BTBT:
Tunnel antar-band
DGTFET:
Transistor FET terowongan gerbang ganda
SS:
Kemiringan ambang

bahan nano

  1. Netlist SPICE Terverifikasi & Rangkaian Contoh
  2. Biosensor Grafeneg Fleksibel untuk Deteksi Cepat dan Sensitif Sel Kanker Ovarium
  3. Modulasi Skelet Aktin dan Adhesi Fokus yang Diinduksi Nanopilar pada Sel U2OS
  4. Pengontrolan Mode dan Dispersi Gelombang Plasmonik Dielektrik-Grafen melalui Dual Nonlinieritas
  5. Optimasi Parameter Penapisan Celup untuk Perangkat Elektrokromik Tiga Status Tinggi Performa
  6. Penelitian Dinamika Molekuler tentang Pemotongan Berlian Ultra Presisi Cerium
  7. Nanotawa Halloysite Doped Lantanum Meningkatkan Signifikan Produksi Hidrogen Fotokatalitik CdS
  8. Dampak Rasio Li/Nb pada Sintesis Hidrotermal dan Kinerja Fotokatalitik Senyawa Li‑Nb‑O
  9. Bagaimana Air Mengubah Struktur dan Perilaku Dielektrik Selulosa Mikrokristal
  10. Fotokatalis LiNb₃O₈ Berstruktur Rong: Sintesis, Karakterisasi, dan Degradasi Metilen Biru Tingkat Tinggi