Simulasi dan Analisis Kinerja Biosensor TFET Gerbang Parit Sumber Ganda Termodulasi Dielektrik

Abstrak

Dalam makalah ini, sebuah terowongan gerbang parit sumber ganda termodulasi dielektrik FET (DM-DSTGTFET) berdasarkan biosensor diusulkan untuk mendeteksi biomolekul. DM-DSTGTFET mengadopsi sumber ganda dan gerbang parit untuk meningkatkan arus on-state dan untuk menghasilkan arus dua arah. Dalam struktur yang diusulkan, dua rongga diukir di atas oksida gerbang 1 nm untuk pengisian biomolekul. Simulasi 2D dalam Teknologi Computer-Aided Design (TCAD) diadopsi untuk analisis studi sensitivitas. Hasil menunjukkan bahwa di bawah tegangan suplai rendah, sensitivitas arus DM-DSTGTFET setinggi 1,38 × 10⁵ , dan sensitivitas tegangan ambang batas dapat mencapai 1,2 V. Oleh karena itu, biosensor DM-DSTGTFET memiliki prospek aplikasi yang baik karena konsumsi dayanya yang rendah dan sensitivitasnya yang tinggi.

Pengantar

Di masa lalu, minat penelitian yang signifikan telah difokuskan pada biosensor transistor efek medan (FET) berbasis silikon karena karakteristik yang menjanjikan dari sensitivitas tinggi, penundaan minimum, dimensi skala dan biaya rendah [1,2,3,4,5, 6]. Biosensor berbasis FET memiliki keterbatasan emisi elektron termal dan memiliki subthreshold slope (SS) yang dapat lebih dari 60 mV/dekade. Karena mekanisme konduksi band-to-band-tunneling (BTBT), TFET mengatasi keterbatasan dan menurunkan efek saluran pendek [7,8,9,10]. Oleh karena itu, biosensor berbasis TFET telah muncul sebagai kandidat yang cocok untuk sensitivitas dan waktu respons yang lebih baik daripada biosensor berbasis FET [11,12,13,14].

Metode paling umum dalam TFET yang diterapkan untuk deteksi molekul didasarkan pada modulasi dielektrik. Sebagian dari bahan dielektrik gerbang tergores untuk membentuk rongga; ketika biomolekul diisi dalam rongga, konstanta dielektrik rongga berubah, dan perubahan tercermin dalam karakteristik arus dan transfer saluran [15,16,17]. Pada saat yang sama, modulasi dielektrik membantu dalam merasakan molekul bermuatan dan netral. Saat ini, konsep modulasi dielektrik baru-baru ini digunakan dalam TFET, dan biosensor berbasis TFET (DMTFET) yang dimodulasi secara dielektrik telah menarik perhatian para peneliti yang sangat berharga. TFET p-n-p-n yang berfungsi sebagai biosensor untuk deteksi biomolekul bebas label dipelajari dengan simulasi perangkat. Hasil mengungkapkan bahwa biosensor berbasis TFET memiliki arus off-state yang rendah tanpa adanya biomolekul dan sensitivitas tinggi terhadap konstanta dielektrik dan muatan [18]. Telah diamati pada [19] bahwa keberadaan biomolekul di rongga dekat persimpangan terowongan dapat menyebabkan kopling efektif, yang mengarah ke sensitivitas tinggi, dan juga membuat DM-TFET tahan terhadap pengurangan sensitivitas pada dimensi yang lebih rendah. Biosensor berbasis TFET dari struktur yang berbeda sedang dipelajari. Dibandingkan dengan DGTFET tradisional, menggabungkan arsitektur gerbang pendek (SG) ke dalam struktur DMTFET dapat secara signifikan meningkatkan sensitivitas dan mengurangi biaya [20]. Gerbang berbasis plasma muatan underlap dielektrik modulated junctionless tunnel field-effect transistor (CPB DM-JLTFET) dapat memperoleh sensitivitas maksimum (netral dan biomolekul bermuatan) dengan memilih panjang dan ketebalan rongga di dekat persimpangan terowongan secara tepat di bawah bias yang sesuai [21]. Untuk meningkatkan sensitivitas biosensor, gerbang depan n + pocket dan tumpang tindih gerbang-ke-sumber yang banyak didoping diperkenalkan dalam transistor efek medan terowongan termodulasi dielektrik vertikal (V-DMTFET) [22]. Gerbang melingkar Transistor efek medan terowongan heterojunction menunjukkan sensitivitas yang lebih tinggi daripada gerbang seragam HJ TFET karena arsitektur gerbangnya yang tidak seragam [23]. Gerbang parit saluran ganda TFET menunjukkan sensitivitas arus yang tinggi serta sensitivitas tegangan yang terlalu tinggi [24]. Gerbang ganda dan biosensor TFET bahan logam ganda dapat membuat perubahan sensitivitas lebih jelas [25].

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

Dalam makalah ini dipelajari sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET dan kandungan spesifiknya sebagai berikut. Bagian 2 dan 3 menjelaskan struktur perangkat dasar, proses fabrikasi, model dan metode simulasi. Bagian 4 mencirikan pengaruh berbagai faktor pada sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET. Secara khusus, pengaruh konstanta dielektrik yang berbeda, ketebalan rongga dan biomolekul bermuatan pada karakteristik Transfer, I _pada /Aku _nonaktif sensitivitas dan V _th sensitivitas perangkat yang diusulkan. Bagian 5 menyimpulkan temuan penelitian dari investigasi yang dilakukan.

Struktur Perangkat

Gambar 1 menunjukkan gambar penampang biosensor berbasis DM-DSTGTFET. Elektroda gerbang DM-DSTGTFET memiliki fungsi kerja 4.2. Untuk meningkatkan arus on-state TFET, struktur sumber ganda digunakan. Dua daerah sumber dengan konsentrasi doping 1 × 10²⁰ cm⁻³ ditempatkan secara simetris di kedua sisi gerbang. P-channel dengan ketinggian (H_c ) dari 37 nm dan konsentrasi doping 1 × 10¹⁵ cm⁻³ berada di bawah sumber dan gerbang. N-drain dengan konsentrasi doping 1 × 10¹⁷ cm⁻³ dan tinggi (H _d ) dari 18 nm di bawah saluran. Dua oksida pada daerah sumber adalah HfO₂ dengan ketebalan 2nm. Dua daerah saku dengan ketebalan (T _p ) 5 nm ditempatkan secara simetris di kedua sisi gerbang dengan konsentrasi doping donor 1 × 10¹⁹ cm⁻³ . Selain itu, untuk biosensor yang diusulkan, T _sapi (1 nm), T _c (5 nm) adalah ketebalan HfO₂ oksida gerbang dan lebar rongga nanogap, masing-masing. Untuk memfasilitasi perubahan yang tepat dalam parameter sensitivitas, nilai fungsi kerja logam gerbang yang dipilih harus sedemikian rupa sehingga tunneling hanya dapat terjadi bila biomolekul terakumulasi dalam rongga. Itulah mengapa fungsi kerja logam _MS = 4.2 eV (di atas HfO₂ gerbang oksida) dipilih. Sekarang, lima jenis biomolekul kecil yang berbeda dengan konstanta dielektrik yang berbeda (1, 2.5, 5, 11, 23) dan lima ketebalan rongga nanogap yang berbeda (5 nm, 7 nm, 9 nm, 11 nm, 13 nm) dianalisis untuk biosensor yang diusulkan.

Tampilan penampang skema biosensor DM-DSTGTFET

Metode fabrikasi DM-DSTGTFET serupa dengan yang dipublikasikan [24]. Gambar 2 menunjukkan langkah-langkah fabrikasi DM-DSTGTFET yang diusulkan. Pada langkah pertama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2a, melalui topeng, eksposur, etsa, implantasi ion, dan anil pada substrat silikon yang didoping ringan, daerah pembuangan di bagian bawah perangkat terbentuk. Konsentrasi doping dari daerah drainase yang terbentuk adalah 10¹⁷ /cm³ , dan ion dopingnya adalah arsenik. Kemudian silikon intrinsik ditumbuhkan secara epitaksial di atas daerah saluran untuk membentuk daerah saluran perangkat. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2b, dua sudut di atas saluran tergores. Secara bersamaan, N⁺ doping diendapkan dengan teknik deposisi uap kimia (CVD) seperti yang dijelaskan pada Gambar. 2c untuk membentuk daerah kantong DM-DSTGTFET. Di wilayah sumber, wilayah sumber ganda berbasis Si ditumbuhkan dengan deposisi uap kimia (CVD), dan masking, eksposur, etsa, implantasi ion, dan anil dilakukan untuk doping tipe-P yang sangat tinggi di wilayah sumber, dengan doping konsentrasi 10²⁰ /cm³ , seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2d. Tahap selanjutnya dibuat parit pada lapisan saluran dan SiO₂ diendapkan di parit seperti yang diberikan pada Gambar. 2e. Kemudian parit dibentuk seperti yang digambarkan pada Gambar 2f. Metalisasi dan pola dilakukan untuk mendapatkan kontak gerbang seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2g. Selanjutnya, rongga diukir di SiO₂ di kedua sisi gerbang seperti yang diberikan pada Gambar. 2h. Pada langkah terakhir, 1 nm HfO₂ ditanam di dinding samping rongga untuk mendapatkan struktur yang diusulkan seperti yang digambarkan pada Gambar 2i.

Alur fabrikasi untuk DM-DSTGTFET sebagai biosensor

Metode dan Model Simulasi

Untuk tujuan mempelajari kinerja biosensor DM-DSTGTFET lebih jelas, makalah ini menggunakan alat TCAD (sentaurus) untuk mempelajari sensitivitas sensor TFET. Model yang sesuai diadopsi untuk simulasi yang akurat.

Model BTBT nonlokal menganggap medan listrik di setiap titik di jalur tunneling sebagai variabel, yang berarti probabilitas tunneling BTBT tergantung pada band bending di persimpangan tunneling. Model tunneling non-lokal lebih sesuai dengan situasi sebenarnya dari simulasi TFET [29]. Oleh karena itu, model BTBT nonlokal diadopsi dalam makalah ini. Model Kane digunakan untuk model tunneling BTBT non-lokal dinamis di sentaurus. Dalam model Kane, laju tunneling BTBT dinyatakan sebagai [30]:

$$G_{{{\text{BTBT}}}} =A\left( {\frac{E}{{E_{0} }}} \right)^{P} \exp \left( { - \frac {B}{{E_{0} }}} \kanan)$$ (1)

di mana konstan E ₀ = 1 V/cm, P = 2 untuk terowongan celah pita langsung, dan P = 2.5 untuk penerowongan celah pita tidak langsung berbantuan fonon. Karena perangkat dalam makalah ini sebagian besar terbuat dari silikon, P pilih 2.5. Parameter A = 4 × 10¹⁴ /cm³ s, E adalah medan listrik dan faktor eksponensial B = 9.9 × 10⁶ V/cm.

Shockley–Read–Hall (SRH) dipilih untuk memasukkan rekombinasi pembawa. Model penyempitan celah pita diambil untuk mengaktifkan efek konsentrasi tinggi pada celah pita. Statistik Fermi-Dirac dipanggil untuk memasukkan perubahan sifat dari wilayah yang sangat didoping. Model mobilitas dalam material Si harus mempertimbangkan model hamburan pengotor terionisasi (µ _dop ), model hamburan antarmuka (µ _InterSc ) dan model saturasi medan tinggi (µ _B ) [31], dan model mobilitas efektif terakhir dapat dinyatakan dengan:

$$\frac{{1}}{\mu } =\frac{{1}}{{\mu_{{{\text{dop}}}} }} + \frac{1}{{\mu_{{ {\text{InterSc}}}} }} + \frac{1}{{\mu_{{\text{F}}} }}$$ (2)

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

$$\mu =\mu_{{0}} \exp \left( { - \frac{{E_{0} }}{KT}} \right)\exp \left( {\sqrt E \left( {\ frac{\beta }{T} - \gamma } \right)} \right)$$ (3)

dimana µ ₀ adalah mobilitas medan rendah, β dan γ adalah parameter yang pas, E ₀ adalah energi aktivasi efektif, dan E adalah gaya penggerak (medan listrik). K adalah konstanta Boltzmann, dan T adalah suhu. Nilai default E ₀ dan adalah 0, = 0.1.

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

Selama simulasi, empat biomolekul konstanta dielektrik yang berbeda (k = 2.5, 5, 11, 23), ketebalan lima rongga (T _c = 5, 7, 9, 11, 13 nm) dan densitas yang berbeda dari biomolekul bermuatan dipertimbangkan dalam simulasi dan diskusi. Secara umum, referensi diadopsi ketika mempelajari sensitivitas sensor. Referensi diusulkan yang dapat membuat respons sensor terhadap zat target menjadi jelas. Oleh karena itu, referensi diambil dalam kasus 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 subthreshold dari DM-DSTGTFET didefinisikan sebagai [22] [28] [32]:

$$\Delta V_{{{\text{th}}}} =V_{{\text{th(air)}}} - V_{{\text{th(bio)}}}$$ (4) $ $S_{{{\text{drain}}}} =\frac{{I_{{\text{ds(bio)}}} - I_{{\text{ds(air)}}} }}{{I_ {{\text{ds(air)}}} }}$$ (5) $$S_{{{\text{SS}}}} =\frac{{SS_{{{\text{air}}}} - SS_{{{\text{bio}}}} }}{{SS_{{{\text{air}}}} }}$$ (6)

dimana V _th(udara) adalah tegangan ambang biosensor ketika rongga diisi dengan udara, dan V _th(bio) adalah tegangan ambang ketika rongga diisi dengan biomolekul. Demikian pula, Aku _ds(udara) dan SS_udara adalah arus drainase on-state dan ayunan subthreshold, masing-masing, dari biosensor ketika rongga diisi dengan udara, dan I _ds(bio) dan SS_bio adalah arus drain on-state dan ayunan subthreshold, masing-masing, ketika rongga diisi dengan biomolekul.

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

Hasil dan Diskusi

Dampak Berbagai Biomolekul pada DM-DSTGTFET

Gambar 3 menunjukkan karakteristik transfer, variasi pita energi, sensitivitas tegangan ambang dan sensitivitas arus DM-DSTGTFET dalam keadaan aktif ketika konstanta dielektrik yang berbeda dari biomolekul mengisi rongga. Dengan memilih fungsi kerja logam gerbang bawah (Φ_MS = 4.2), sensitivitas arus pembuangan dapat dipelajari dengan menyesuaikan k yang berbeda.

a Karakteristik transfer, b variasi pita energi terhadap sumbu y, c Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas dan d sensitivitas tegangan ambang biosensor DM-DSTGTFET untuk nilai k yang berbeda pada V_d = 0,5 V dan T _c = 5nm

Seperti dapat dilihat pada Gambar 3a, dengan k dielektrik gerbang meningkat, semakin kuat kemampuan kontrol gerbang, arus on-state juga meningkat. Gambar 3b menjelaskan diagram pita energi pada k biomolekul yang berbeda. Kapan k = 1, artinya tidak ada biomolekul yang terisi dalam rongga. Dalam hal ini, putaran pada pita energi diminimalkan. Terlebih lagi, ketika dielektrik dari biomolekul yang konstan dalam rongga mulai meningkat, pita energi menekuk lebih dan lebih parah. Ini berarti lebih banyak penyelarasan pita energi terjadi pada k higher yang lebih tinggi , dan dengan demikian lebar penghalang melintasi persimpangan berkurang. Gambar 3c menunjukkan pengaruh konstanta dielektrik biomolekul pada I _pada dan Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas DM-DSTGTFET. Dengan peningkatan k , Aku _pada dan Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas juga meningkat. Ini karena fakta bahwa dengan peningkatan k, semakin parah pembengkokan pita energi, lebar penghalang di persimpangan sumber-saluran berkurang dan karenanya kemungkinan terowongan meningkat. Saat probabilitas tunneling meningkat, generasi tunneling BTBT elektron meningkat yang dapat dilihat dengan jelas pada Gambar. 4. Perangkat yang diusulkan memberikan I tertinggi _pada /Saya _nonaktif sensitivitas 1,1 × 10¹⁰ di k = 23, yang jelas lebih tinggi dari biosensor berbasis TFET yang diterbitkan. Gambar 3d memberikan variasi dalam V _th dan V _th sensitivitas DM-DSTGTFET sehubungan dengan k biomolekul. Jelas, sebagai k meningkat, semakin cepat I _pada perangkat yang diusulkan meningkat, semakin rendah tegangan ambang. Sementara itu, V _th menunjukkan tren yang meningkat dengan kenaikan k . Alasannya adalah perbedaan antara V _th ketika biomolekul yang berbeda diisi dan V _th ketika tidak ada biomolekul yang terisi semakin besar. Secara umum, V _th ketika diisi dengan udara lebih besar dari nilai k lainnya. DM-DSTGTFET yang diusulkan melakukan V . maksimum _th sensitivitas 1,2 V pada k = 23. Oleh karena itu, DM-DSTGTFET memberikan sensitivitas arus yang tinggi serta sensitivitas tegangan ambang batas untuk biomolekul.

Generasi BTBT elektron dalam biosensor DM-DSTGTFET untuk biomolekul berbeda ketika Vd = 0,5 V, T _c = 5 nm dan Vg = 1,5 V

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

a Kemiringan subthreshold, sensitivitas kemiringan subthreshold dan b menguras sensitivitas arus dengan biomolekul yang berbeda ketika V_d = 0,5 V, B _c = 5 nm dan V_g = 1,5 V

Sensitivitas arus drain bervariasi sebagai fungsi dari k untuk DM-DSTGTFET yang diusulkan pada Gambar 5b. Sensitivitas meningkat dengan peningkatan k. Hal ini disebabkan fakta bahwa peningkatan k menghasilkan peningkatan medan listrik di persimpangan terowongan yang mengarah pada pengurangan lebar terowongan dan karenanya meningkatkan S _menguras.

Dampak Ketebalan Rongga yang Berbeda pada DM-DSTGTFET

Karena ketika k = 23, S _menguras , V _th sensitivitas dan S_SS biosensor DM-DSTGTFET adalah yang terbesar (kesimpulan diambil dari bagian sebelumnya). Oleh karena itu, untuk mempelajari pengaruh ketebalan rongga pada sensitivitas biosensor yang diusulkan lebih jelas, bagian ini dilakukan di bawah kondisi k = 23.

Gambar 6 menjelaskan karakteristik transfer biosensor DM-DSTGTFET pada ketebalan rongga yang berbeda (T _c ). Sebagai T _c meningkat, arus on-state menjadi lebih kecil. Efek dari T . yang berbeda _c pada Aku _pada dan Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas DM-DSTGTFET diplot pada Gambar. 7a. Ketika B _c meningkat, kapasitansi antara gerbang dan saluran berkurang yang mengarah ke lebar terowongan yang lebih besar di persimpangan saluran sumber yang menghasilkan arus saluran yang lebih rendah. Untuk k = 23, Aku _pada dan Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas menurun dengan peningkatan T _c karena peningkatan kopling kapasitif antara gerbang dan saluran untuk T . yang lebih tinggi _c . Di sisi lain, perangkat yang diusulkan menunjukkan tren yang meningkat dalam V _th dan karenanya dalam V _th sensitivitas dengan peningkatan T _c seperti yang diilustrasikan pada Gambar 7b. Ini karena peningkatan T _c mengurangi I _pada dan karenanya meningkatkan V _th . Dengan kata lain, kontrol gerbang di atas saluran berkurang untuk rongga yang lebih luas yang mengarah ke V . yang lebih tinggi _th . Oleh karena itu, DM-DSTGTFET berfungsi sebagai biosensor tegangan yang lebih baik untuk rongga yang lebih sempit.

Karakteristik transfer biosensor DM-DSTGTFET untuk nilai ketebalan rongga yang berbeda (T _c ) pada V_d = 0,5 V, V_g = 1,5 V dan k = 23

a Pengaruh nilai ketebalan rongga yang berbeda (T _c ) pada saya _pada , Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas, b V _th dan V _th dari DM-DSTGTFET di V_g = 1,5 V, V_d = 0,5 V dan k = 23

Dampak Biomolekul Bermuatan pada DM-DSTGTFET

Untuk menyelidiki pengaruh muatan yang berbeda dari biomolekul pada sensitivitas sensor yang diusulkan, rentang dinamis dan batas deteksi pertama kali dipelajari. Dalam makalah ini, DM-DSTGTFET dapat mendeteksi material penginderaan dengan kerapatan muatan berkisar antara 10¹⁰ cm⁻² sampai 10¹³ cm⁻² , jangkauan deteksi yang lebih luas dibandingkan dengan sensor lainnya [32]. Oleh karena itu, dalam simulasi berikut, kerapatan muatan dalam rentang batas dinamis digunakan untuk penelitian sensitivitas.

Gambar 8 menggambarkan efek pengisian rongga dengan biomolekul dengan muatan positif dan muatan negatif yang berbeda pada karakteristik transfer DM-DSTGTFET di bawah k yang berbeda . Seperti yang bisa dilihat, di k = 2.5, di bawah biomolekul bermuatan positif dan negatif, kurva transfer memiliki rentang perubahan yang lebih besar. Oleh karena itu, pembahasan berikut berfokus pada pengaruh perbedaan muatan positif dan muatan negatif terhadap sensitivitas biosensor DM-DSTGTFET saat k = 2.5.

Karakteristik transfer biosensor DM-DSTGTFET untuk konstanta dielektrik biomolekul, a muatan positif yang berbeda dan b muatan negatif yang berbeda dari biomolekul pada V_d = 0,5 V, V_g = 1,5 V dan T _c = 5nm

Gambar 9a menjelaskan variasi Ion dan I _pada /Aku _nonaktif sensitivitas DM-DSTGTFET sebagai fungsi muatan positif. Peningkatan muatan positif biomolekul mengarah pada peningkatan Ion dan I _pada /Aku _nonaktif sensitivitas perangkat yang diusulkan. Muatan positif dalam rongga meningkatkan dielektrik oksida gerbang efektif yang menghasilkan peningkatan kemampuan kontrol gerbang. Peningkatan kemampuan kontrol gerbang ini menyebabkan penurunan lebar terowongan dari persimpangan saluran sumber yang mengarah pada peningkatan I _pada dan Aku _pada /Aku _nonaktif kepekaan. Gambar 9b menunjukkan efek muatan positif biomolekul pada V _th dan V _th sensitivitas DM-DSTGTFET. Diamati bahwa V _th mengurangi dan V _th sensitivitas meningkat dengan peningkatan muatan positif. Hal ini disebabkan fakta bahwa muatan positif pada molekul meningkatkan I _pada dan mengurangi V _th . Penurunan V _th meningkatkan perbedaan antara tegangan ambang biomolekul sehubungan dengan udara yang mengarah pada peningkatan V _th .

a Pengaruh muatan positif yang berbeda dari biomolekul padaI _pada , Aku _pada / Aku _nonaktif sensitivitas, b V _th dan V _th dari DM-DSTGTFET di V_g = 1,5 V, V_d = 0,5 V, k = 2.5 dan T _c = 5nm

Gambar 10a menunjukkan variasi I _pada dan Aku _pada /Aku _nonaktif sensitivitas DM-DSTGTFET sebagai fungsi muatan positif untuk k =2.5. Meningkatnya muatan negatif biomolekul menyebabkan penurunan Ion dan I _pada / Aku _nonaktif sensitivitas perangkat yang diusulkan. Muatan negatif dalam rongga menurunkan dielektrik oksida gerbang efektif yang menghasilkan peningkatan kemampuan kontrol gerbang. Penurunan kemampuan kontrol gerbang ini menyebabkan peningkatan lebar terowongan persimpangan saluran sumber yang menyebabkan penurunan Ion dan I _pada /Aku _nonaktif sensitivitas.

a Pengaruh muatan negatif yang berbeda dari biomolekul pada I _pada , Aku _pada / Aku _nonaktif sensitivitas, b V _th dan V _th dari DM-DSTGTFET di V_g = 1,5 V, V_d = 0,5 V, k = 2.5 dan T _c = 5nm

Gambar 10b menunjukkan efek muatan negatif biomolekul pada V _th dan V _th sensitivitas DM-DSTGTFET. Terlihat dari gambar bahwa untuk k = 2.5, V _th meningkat dan V _th sensitivitas berkurang dengan meningkatnya muatan negatif. Hal ini disebabkan fakta bahwa muatan negatif pada molekul menurunkan I _pada dan tingkatkan V _th . Peningkatan V _th meningkatkan perbedaan antara tegangan ambang biomolekul sehubungan dengan udara yang menyebabkan penurunan V _th .

Kesimpulan

Kesimpulannya, DM-DSTGTFET memiliki sensitivitas tinggi untuk deteksi biomolekul dalam aplikasi biosensor. Namun, kemampuan mendeteksi struktur DM-DSTGTFET dievaluasi dengan memeriksa efek yang ditimbulkan oleh permitivitas relatif, ketebalan rongga, biomolekul bermuatan, I _pada /Aku _nonaktif sensitivitas, SS dan S_SS . Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar konstanta dielektrik, semakin kecil ketebalan rongga, semakin bermuatan 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 efek medan terowongan parit sumber ganda termodulasi dielektrik
TCAD:: Desain berbantuan komputer teknologi
BTBT:: Tunneling band-to-band
DGTFET:: Transistor efek medan terowongan gerbang ganda
SS:: Kemiringan subambang

Perangkat Triboelektrik Berkinerja Tinggi melalui Polarisasi Dielektrik:Tinjauan Model Analitis untuk Suhu Maksimum Saluran di MOSFET Ga2O3

bahan nano