유전체 변조 이중 소스 트렌치 게이트 TFET 바이오센서의 시뮬레이션 및 성능 분석

초록

본 논문에서는 생체분자 검출을 위한 바이오센서 기반의 유전체 변조 이중 소스 트렌치 게이트 터널 FET(DM-DSTGTFET)를 제안한다. DM-DSTGTFET는 이중 소스 및 트렌치 게이트를 채택하여 온 전류를 향상시키고 양방향 전류를 생성합니다. 제안된 구조에서 생체 분자를 채우기 위해 1nm 게이트 산화물 위에 두 개의 공동이 에칭됩니다. TCAD(Technology Computer-Aided Design)의 2D 시뮬레이션은 민감도 연구의 분석을 위해 채택되었습니다. 결과는 낮은 공급 전압에서 DM-DSTGTFET의 전류 감도가 1.38 × 10⁵ 만큼 높다는 것을 보여줍니다. , 임계 전압 감도는 1.2V에 도달할 수 있습니다. 따라서 DM-DSTGTFET 바이오 센서는 낮은 전력 소비와 높은 감도로 인해 좋은 응용 가능성이 있습니다.

소개

최근에는 고감도, 최소 지연, 크기 조정 및 저렴한 비용이라는 유망한 특성으로 인해 실리콘 기반 전계 효과 트랜지스터(FET) 바이오센서에 상당한 연구 관심이 집중되었습니다[1,2,3,4,5, 6]. FET 기반 바이오센서는 열 전자 방출의 제한이 있고 60mV/decade 이상일 수 있는 SS(subthreshold slope)가 있습니다. BTBT(band-to-band-tunneling) 전도 메커니즘으로 인해 TFET는 한계를 극복하고 단채널 효과를 낮춥니다[7,8,9,10]. 따라서 TFET 기반 바이오 센서는 FET 기반 바이오 센서보다 더 나은 감도와 응답 시간에 적합한 후보로 부상했습니다[11,12,13,14].

분자 검출에 적용되는 TFET의 가장 일반적인 방법은 유전 변조를 기반으로 합니다. 게이트 유전 물질의 일부가 식각되어 공동을 형성합니다. 캐비티에 생체 분자가 채워지면 캐비티의 유전 상수가 변하고 그 변화가 드레인 전류 및 전달 특성에 반영된다[15,16,17]. 동시에 유전체 변조는 하전 분자와 중성 분자를 모두 감지하는 데 도움이 됩니다. 현재 유전체 변조의 개념은 최근 TFET에서 활용되고 있으며, 유전체 변조 TFET(dielectrically modulated TFET, DMTFET) 기반 바이오센서는 높은 가치를 지닌 연구자들의 관심을 받고 있다. 라벨이 없는 생체 분자 검출을 위한 바이오센서로 작동하는 p-n-p-n TFET는 장치 시뮬레이션으로 연구됩니다. 결과는 TFET 기반 바이오센서가 생체분자가 없을 때 오프 상태 전류가 낮고 유전상수와 전하 모두에 대해 높은 감도를 갖는다는 것을 보여줍니다[18]. 터널 접합은 높은 감도로 이어지는 효과적인 결합으로 이어질 수 있으며, 또한 DM-TFET가 더 낮은 차원에서 감도 감소에 저항하도록 만듭니다. 다른 구조의 TFET 기반 바이오 센서가 연구되고 있습니다. 기존 DGTFET와 비교하여 SG(short gate) 아키텍처를 DMTFET 구조에 통합하면 감도를 크게 향상시키고 비용을 절감할 수 있습니다[20]. 전하 플라즈마 기반 게이트 언더랩 유전체 변조 접합 없는 터널 전계 효과 트랜지스터(CPB DM-JLTFET)는 적절한 바이어스에서 터널 접합 근처의 공동 길이와 두께를 적절하게 선택하여 최대 감도(중성 및 하전 생체 분자)를 얻을 수 있습니다. [21]. 바이오센서의 감도를 향상시키기 위해 고농도로 도핑된 전면 게이트 n + 포켓과 게이트-소스 중첩이 수직 유전 변조된 터널 전계 효과 트랜지스터(V-DMTFET)에 도입되었습니다[22]. 원형 게이트 이종접합 터널 전계 효과 트랜지스터는 균일하지 않은 게이트 아키텍처로 인해 균일한 게이트 HJ TFET보다 더 높은 감도를 나타냅니다[23]. 이중 채널 트렌치 게이트 TFET는 높은 전류 감도와 엄청난 전압 감도를 나타냅니다[24]. 이중 게이트 및 이중 금속 재료 TFET 바이오센서는 감도 변화를 보다 명확하게 만들 수 있습니다[25].

그러나 대부분의 바이오 센서는 이중 게이트 TFET를 기반으로 하며, 여기서 생체 분자는 게이트 양쪽 끝에서 추가되어야 합니다. 제안된 구조에서 생체 분자는 장치의 상단에서 수직으로 추가되어 작업이 더 간단합니다. 또한 DM-DSTGTFET 바이오센서는 게이트-소스 오버랩 영역, 즉 소스와 생체분자의 상호작용이 분명한 영역이 크기 때문에 표 1과 같이 다른 소자에 비해 감도가 높다. 표 1에 요약되어 있다. 이 작업과 다른 참고 문헌의 연구 결과 사이의 다른 감도 비교.

본 논문에서는 DM-DSTGTFET 바이오센서의 감도를 연구하고 구체적인 내용은 다음과 같다. 2장과 3장에서는 기본 장치 구조, 제조 공정, 시뮬레이션 모델 및 방법을 설명합니다. 섹션 4에서는 DM-DSTGTFET 바이오센서의 감도에 대한 다양한 요인의 영향을 특성화합니다. 특히, 유전 상수, 공동 두께 및 하전된 생체 분자가 전달 특성에 미치는 영향, I _켜기 /나 _꺼짐 감도 및 △V _번째 제안된 장치의 감도. 섹션 5는 수행된 조사의 연구 결과를 결론짓습니다.

장치 구조

그림 1은 DM-DSTGTFET 기반 바이오센서의 단면 이미지를 보여준다. DM-DSTGTFET의 게이트 전극은 4.2의 일함수를 갖는다. TFET의 온 전류를 증가시키기 위해 듀얼 소스 구조가 활용된다. 도핑 농도가 1 × 10²⁰ 인 두 소스 영역 cm⁻³ 게이트 양쪽에 대칭으로 배치됩니다. 높이가 있는 p-채널(H_c ) 37 nm 및 1 × 10¹⁵ 의 도핑 농도 cm⁻³ 소스와 게이트 아래에 있습니다. 도핑 농도가 1 × 10¹⁷ 인 n-드레인 cm⁻³ 및 높이(H _d ) 18 nm의 채널 아래에 있습니다. 소스 영역의 두 산화물은 HfO₂입니다. 2nm의 두께로 두께의 두 포켓 영역(T _p ) 5 nm는 1 × 10¹⁹ 의 도너 도핑 농도로 게이트의 양쪽에 대칭적으로 배치됩니다. cm⁻³ . 또한 제안된 바이오센서의 경우 T _소 (1 nm), T _ㄷ (5 nm)는 HfO₂의 두께입니다. 각각 나노갭 캐비티의 게이트 산화물과 폭. 민감도 매개변수의 적절한 변경을 용이하게 하기 위해 선택된 게이트 금속 일함수의 값은 공동에 생체분자가 축적될 때마다 터널링이 발생할 수 있도록 해야 합니다. 그래서 금속 일함수 Φ_MS =4.2 eV(HfO₂ 이상) 게이트 산화물)이 선택됩니다. 이제 서로 다른 유전 상수(1, 2.5, 5, 11, 23)와 5가지 두께의 나노갭 공동(5 nm, 7 nm, 9 nm, 11 nm, 13 nm)을 갖는 5가지 유형의 작은 생체 분자를 분석합니다. 제안된 바이오센서.

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DM-DSTGTFET 바이오센서의 개략적인 단면도

DM-DSTGTFET의 제조 방법은 공개된 [24]와 유사합니다. 그림 2는 제안된 DM-DSTGTFET의 제작 단계를 보여준다. 첫 번째 단계에서는 그림 2a와 같이 약하게 도핑된 실리콘 기판에 마스크, 노광, 식각, 이온 주입 및 어닐링을 통해 장치 바닥에 드레인 영역을 형성합니다. 형성된 드레인 영역의 도핑 농도는 10¹⁷ 입니다. /cm³ , 도핑 이온은 비소입니다. 그런 다음 고유 실리콘이 드레인 영역 위에 에피택셜 성장하여 디바이스의 채널 영역을 형성합니다. 그림 2b에서 볼 수 있듯이 채널 위의 두 모서리가 식각되어 있습니다. 동시에 N⁺ 도핑은 DM-DSTGTFET의 포켓 영역을 형성하기 위해 그림 2c에 설명된 바와 같이 화학 기상 증착(CVD) 기술에 의해 증착됩니다. 소스 영역에는 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 통해 Si계 듀얼 소스 영역을 성장시키고, 소스 영역에 P형 고도핑을 위한 마스킹, 노광, 식각, 이온주입, 어닐링 등을 도핑하여 농도 10²⁰ /cm³ , 그림 2d와 같이. 다음 단계에서 트렌치는 채널 층과 SiO₂에 만들어집니다. 그림 2e와 같이 트렌치에 증착됩니다. 그런 다음 그림 2f와 같이 트렌치가 형성됩니다. 금속화 및 패터닝을 수행하여 그림 2g와 같은 게이트 접점을 얻습니다. 또한 공동은 SiO₂로 조각되었습니다. 그림 2h와 같이 게이트의 양쪽에 있습니다. 마지막 단계에서 1 nm HfO₂ 그림 2i와 같이 제안된 구조를 얻기 위해 캐비티의 측벽에 성장합니다.

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바이오센서로서의 DM-DSTGTFET의 제조 흐름

시뮬레이션 방법 및 모델

DM-DSTGTFET 바이오센서의 성능을 보다 명확하게 연구하기 위해 본 논문에서는 TCAD 도구(sentaurus)를 사용하여 TFET 센서의 감도를 연구한다. 정확한 시뮬레이션을 위해 적절한 모델이 채택되었습니다.

nonlocal BTBT 모델은 터널링 경로의 각 지점에서 전기장을 변수로 간주합니다. 즉, BTBT 터널링 확률은 터널링 접합부에서 밴드 굽힘에 따라 달라집니다. 비-로컬 터널링 모델은 TFET 시뮬레이션의 실제 상황과 더 일치합니다[29]. 따라서 본 논문에서는 nonlocal BTBT 모델을 채택하였다. Kane 모델은 센타우루스에서 동적 비-로컬 BTBT 터널링 모델에 사용됩니다. Kane 모델에서 BTBT 터널링 속도는 [30]으로 표현됩니다.

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

여기서 상수 E ₀ =1 V/cm, 직접 밴드 갭 터널링의 경우 P =2 및 P =2.5 포논 보조 간접 밴드 갭 터널링. 본 논문의 소자는 주로 실리콘이므로 P 2.5를 선택합니다. 매개변수 A =4 × 10¹⁴ /cm³ s, E 전기장 및 지수 인자 B =9.9 × 10⁶ V/cm.

SRH(Shockley-Read-Hall)는 캐리어의 재조합을 포함하도록 선택됩니다. 밴드 갭 축소 모델은 밴드 갭에서 고집중 효과를 활성화하기 위해 취해졌습니다. Fermi-Dirac 통계는 도핑이 높은 영역의 속성 변화를 포함하기 위해 호출됩니다. Si 재료의 이동성 모델은 이온화된 불순물의 산란 모델을 고려해야 합니다(µ _눙 ), 인터페이스 산란 모델(μ _InterSc ) 및 높은 필드 포화 모델(µ _F ) [31], 최종 유효 이동성 모델은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

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

Poole-Frenkel 이동성 모델은 캐비티를 채우는 재료에 도입되었으며 전기장의 함수로서의 이동성은 다음과 같이 주어집니다.

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

여기서 μ ₀ 낮은 필드 이동성, β 및 γ 적합한 매개변수, E ₀ 는 유효 활성화 에너지이고 E는 구동력(전기장)입니다. 케이 는 볼츠만 상수이고 T 온도입니다. E의 기본값 ₀ γ는 0, β =0.1입니다.

위의 보정된 물리적 모델을 기반으로 DM-DSTGTFET 바이오센서의 전기적 특성을 분석합니다.

시뮬레이션하는 동안 4가지 다른 유전 상수 생체 분자(k =2.5, 5, 11, 23), 5개의 캐비티 두께(T _ㄷ =5, 7, 9, 11, 13 nm) 및 하전된 생체 분자의 다른 밀도는 시뮬레이션 및 논의에서 고려됩니다. 일반적으로 센서의 감도를 연구할 때 기준이 됩니다. 대상 물질에 대한 센서의 응답을 명확하게 할 수 있는 참조가 제안됩니다. 따라서 공동에 공기가 채워져 있는 경우 또는 단순히 생체 분자가 공동에 채워져 있지 않은 경우를 기준으로 합니다. 따라서 DM-DSTGTFET의 문턱 전압 감도, 드레인 전류 감도 및 하위 문턱 기울기 감도의 측정값은 [22] [28] [32]로 정의됩니다.

$$\Delta V_{{{\text{th}}}} =V_{{\text{th(air)}}} - V_{{\text{th(bio)}}}$$ (4) $ $S_{{{\text{드레인}}}} =\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)

여기서 V _일(에어) 는 공동이 공기로 채워질 때 바이오센서의 임계 전압이고, V _{번째(약력)} 는 공동이 생체 분자로 채워질 때의 임계 전압입니다. 마찬가지로 나 _ds(에어) 및 SS_항공 는 공동이 공기로 채워질 때 바이오센서의 온 상태 드레인 전류 및 하위 임계값 스윙, 및 I _{ds(바이오)} 및 SS_약력 캐비티가 생체 분자로 채워질 때 각각 on-state 배수 전류 및 subthreshold 스윙입니다.

DM-DSTGTFET의 전기적 특성 분석을 통해 임계 전압, 온 상태 드레인 전류 및 하위 임계 스윙을 추출하여 바이오 센서의 감도를 분석합니다.

결과 및 토론

DM-DSTGTFET에서 다양한 생체 분자의 영향

그림 3은 생체 분자의 다른 유전 상수가 공동을 채울 때 온 상태에서 DM-DSTGTFET의 전달 특성, 에너지 대역 변화, 임계 전압 감도 및 전류 감도를 보여줍니다. 하부 게이트 금속 일함수를 선택함으로써(Φ_MS =4.2), 드레인 전류의 감도는 다른 k를 조정하여 연구할 수 있습니다.

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아 전송 특성, b y축에 대한 에너지 밴드 변동, c 나 _켜기 /나 _꺼짐 감도 및 d V_d에서 k의 다른 값에 대한 DM-DSTGTFET 바이오센서의 임계 전압 감도 =0.5V 및 T _ㄷ =5nm

도 3a에서 볼 수 있는 바와 같이, 게이트 유전체의 k가 증가할수록 게이트 제어 능력이 강할수록 온 전류도 증가한다. 그림 3b는 생체 분자의 다른 k에서 에너지 밴드 다이어그램을 설명합니다. 때 k =1, 그것은 공동에 채워진 생체 분자가 없음을 의미합니다. 이 경우 에너지 밴드의 비틀림이 최소화됩니다. 더욱이, 공동 내 상수 생체 분자의 유전율이 증가하기 시작하면 에너지 밴드가 점점 더 심하게 구부러집니다. 이는 더 높은 k에서 더 많은 에너지 밴드 정렬이 발생함을 의미합니다. , 따라서 접합을 가로지르는 장벽 폭이 감소합니다. 그림 3c는 I에 대한 생체 분자의 유전 상수의 영향을 보여줍니다. _켜기 그리고 나 _켜기 /나 _꺼짐 DM-DSTGTFET의 감도. k의 증가와 함께 , 나 _켜기 그리고 나 _켜기 /나 _꺼짐 감도도 좋아집니다. 이는 k가 증가할수록 에너지 밴드 휨이 심할수록 소스-채널 접합의 장벽 폭이 감소하여 터널 가능성이 증가하기 때문입니다. 터널링 확률이 증가할수록 전자 BTBT 터널링 생성이 증가하는 것을 그림 4에서 명확하게 볼 수 있다. 제안하는 장치는 가장 높은 I를 제공한다. _켜기 /나 _꺼짐 1.1 × 10¹⁰ 의 감도 k에서 =23으로 발표된 TFET 기반 바이오센서보다 분명히 높습니다. 그림 3d는 V의 변화를 나타냅니다. _번째 및 △V _번째 생체 분자의 k에 대한 DM-DSTGTFET의 감도. 분명히 k 증가할수록 I _켜기 제안된 장치의 값이 증가할수록 임계 전압은 낮아집니다. 한편 △V _번째 k의 증가와 함께 증가하는 추세를 보여줍니다. . 그 이유는 V _번째 다른 생체 분자가 채워지면 V _번째 생체 분자가 채워지지 않으면 더 커집니다. 일반적으로 V _번째 공기가 채워지면 다른 k 값보다 큽니다. 제안된 DM-DSTGTFET는 최대 △V를 수행한다. _번째 k에서 1.2V의 감도 =23. 따라서 DM-DSTGTFET는 생체 분자에 대한 높은 전류 감도와 임계 전압 감도를 제공합니다.

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Vd =0.5V, T일 때 다양한 생체 분자에 대한 DM-DSTGTFET 바이오센서의 전자 BTBT 생성 _ㄷ =5nm 및 Vg =1.5V

그림 5a는 공동이 다른 생체 분자로 채워질 때 DM-DSTGTFET의 SS 및 SS 감도를 보여줍니다. 여기서 유전율의 증가는 SS의 감소와 S_SS의 향상을 가져온다는 것을 알 수 있다. . SS가 작을수록 TFET의 소비 전력이 작아지고 TFET의 성능이 향상됩니다. 따라서 k의 값이 증가할수록 SS는 감소하고 S_SS 증가하고 게이트 제어 능력이 증가합니다.

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아 하위 임계값 기울기, 하위 임계값 기울기 감도 및 b V_d일 때 다른 생체 분자로 전류 감도를 소모합니다. =0.5V, T _ㄷ =5 nm 및 V_g =1.5V

드레인 전류 감도는 그림 5b에서 제안된 DM-DSTGTFET에 대해 k의 함수로 변합니다. 감도는 k가 증가함에 따라 증가합니다. 이는 k가 증가하면 터널 접합부에서 전계가 강화되어 터널 폭이 감소하여 S가 증가하기 때문입니다. _드레인.

DM-DSTGTFET에서 다른 공동 두께의 영향

k 때 =23, S _드레인 , △V _번째 감도 및 S_SS DM-DSTGTFET 바이오센서 중 가장 크다(이전 섹션에서 도출된 결론). 따라서 제안된 바이오센서의 감도에 대한 공동 두께의 영향을 보다 명확하게 연구하기 위해 이 섹션은 k 조건에서 수행됩니다. =23.

그림 6은 다양한 공동 두께(T _ㄷ ). T로 _ㄷ 증가하면 온 전류가 작아집니다. 다양한 T의 효과 _ㄷ 나에 _켜기 그리고 나 _켜기 /나 _꺼짐 DM-DSTGTFET의 감도는 그림 7a에 표시되어 있습니다. T 때 _ㄷ 증가하면 게이트와 채널 사이의 커패시턴스가 감소하여 소스-채널 접합에서 더 큰 터널 폭으로 이어져 드레인 전류가 낮아집니다. k 동안 =23, 나 _켜기 그리고 나 _켜기 /나 _꺼짐 감도는 T가 증가함에 따라 감소합니다. _ㄷ 더 높은 T를 위한 게이트와 채널 간의 용량성 결합 개선으로 인해 _ㄷ . 반면에 제안된 장치는 V _번째 따라서 △V _번째 T 증가에 따른 감도 _ㄷ 도 7b에 도시된 바와 같이. 이는 T _ㄷ 나 감소 _켜기 따라서 V가 증가합니다. _번째 . 즉, 채널에 대한 게이트 제어는 더 넓은 캐비티에 대해 감소하여 더 높은 V _번째 . 따라서 DM-DSTGTFET는 더 좁은 공동에 대해 더 나은 전압 바이오센서로 작동합니다.

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다양한 캐비티 두께 값에 대한 DM-DSTGTFET 바이오센서의 전달 특성(T _ㄷ ) V_d에서 =0.5V, V_g =1.5V 및 k =23

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아 다양한 캐비티 두께 값의 효과(T _ㄷ ) on 나 _켜기 , 나 _켜기 /나 _꺼짐 감도, b V _번째 및 △V _번째 V_g에서 DM-DSTGTFET의 =1.5V, V_d =0.5V 및 k =23

하전된 생체 분자가 DM-DSTGTFET에 미치는 영향

제안된 센서의 감도에 대한 생체 분자의 다른 전하의 영향을 조사하기 위해 동적 범위와 검출 한계를 먼저 연구했습니다. 이 논문에서 DM-DSTGTFET는 10¹⁰ 범위의 전하 밀도로 감지 물질을 감지할 수 있습니다. cm⁻² ~ 10¹³ cm⁻² , 다른 센서에 비해 감지 범위가 더 넓습니다[32]. 따라서 다음 시뮬레이션에서는 동적 한계 범위 내의 전하 밀도를 감도 연구에 사용합니다.

그림 8은 다른 k 조건에서 DM-DSTGTFET의 전달 특성에 대한 양전하와 음전하가 다른 생체 분자로 공동을 채우는 효과를 보여줍니다. . k에서 볼 수 있듯이 =2.5, 양전하와 음전하를 띤 생체 분자에서 전달 곡선은 더 큰 변화 범위를 갖습니다. 따라서 다음 논의는 k일 때 DM-DSTGTFET 바이오센서의 감도에 대한 다양한 양전하와 음전하의 영향에 중점을 둡니다. =2.5.

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생체 분자의 유전 상수에 대한 DM-DSTGTFET 바이오센서의 전달 특성, a V_d에서 생체 분자의 다른 양전하 및 b 다른 음전하 =0.5V, V_g =1.5V 및 T _ㄷ =5nm

그림 9a는 Ion과 I의 변화를 설명합니다. _켜기 /나 _꺼짐 양전하의 함수로서 DM-DSTGTFET의 감도. 생체 분자의 양전하 증가는 이온 및 I의 개선으로 이어집니다. _켜기 /나 _꺼짐 제안된 장치의 감도. 캐비티의 양전하는 유효 게이트 산화물 유전체를 증가시켜 게이트 제어 능력을 향상시킵니다. 이러한 게이트 제어 능력의 증가는 소스-채널 접합의 터널링 폭을 감소시켜 I _켜기 그리고 나 _켜기 /나 _꺼짐 감광도. 그림 9b는 V에 대한 생체 분자의 양전하 효과를 보여줍니다. _번째 및 △V _번째 DM-DSTGTFET의 감도. V _번째 감소 및 △V _번째 감도는 양전하가 증가함에 따라 향상됩니다. 이것은 분자의 양전하가 I _켜기 V 감소 _번째 . V 감소 _번째 공기에 대한 생체분자의 문턱전압차를 높여 △V 개선 _번째 .

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아 I에 대한 생체 분자의 다양한 양전하 효과 _켜기 , 나 _켜기 / 나 _꺼짐 감도, b V _번째 및 △V _번째 V_g에서 DM-DSTGTFET의 =1.5V, V_d =0.5V, k =2.5 및 T _ㄷ =5nm

그림 10a는 I의 변화를 보여줍니다. _켜기 그리고 나 _켜기 /나 _꺼짐 k에 대한 양전하의 함수로서 DM-DSTGTFET의 감도 =2.5. 생체 분자의 음전하 증가는 Ion 및 I의 감소로 이어집니다. _켜기 / 나 _꺼짐 제안된 장치의 감도. 캐비티의 음전하는 유효 게이트 산화물 유전체를 감소시켜 게이트 제어 능력을 향상시킵니다. 이러한 게이트 제어 능력의 감소는 소스-채널 접합의 터널 폭을 증가시켜 Ion 및 I _켜기 /나 _꺼짐 감도.

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아 I에 대한 생체 분자의 다양한 음전하 효과 _켜기 , 나 _켜기 / 나 _꺼짐 감도, b V _번째 및 △V _번째 V_g에서 DM-DSTGTFET의 =1.5V, V_d =0.5V, k =2.5 및 T _ㄷ =5nm

그림 10b는 V에 대한 생체 분자의 음전하 효과를 보여줍니다. _번째 및 △V _번째 DM-DSTGTFET의 감도. 그림에서 k에 대해 관찰됩니다. =2.5, V _번째 개선하고 △V _번째 감도는 음전하가 증가함에 따라 감소합니다. 이것은 분자의 음전하가 I _켜기 V 증가 _번째 . V 증가 _번째 공기에 대한 생체분자의 문턱전압 차이를 높여 △V 감소 _번째 .

결론

결론적으로, DM-DSTGTFET는 바이오 센서 응용 분야에서 생체 분자 검출에 높은 감도를 가지고 있습니다. 그러나 DM-DSTGTFET 구조의 검출 능력은 비유전율, 공동 두께, 하전된 생체 분자, I _켜기 /나 _꺼짐 감도, SS 및 S_SS . 결과는 유전 상수가 클수록 캐비티의 두께가 얇을수록 더 많은 양으로 대전되고 제안 된 장치의 감도가 더 커짐을 보여줍니다. 시뮬레이션 결과 제안한 구조가 초고감도 저소비 바이오센서 소자에 적용될 수 있음을 보여준다.

약어

DM-DSTGTFETS:: 유전체 변조 듀얼 소스 트렌치 게이트 터널 전계 효과 트랜지스터
TCAD:: 기술 컴퓨터 지원 설계
BTBT:: 대역 간 터널링
DGTFET:: 듀얼 게이트 터널 전계 효과 트랜지스터
SS:: 하위 임계값 기울기

유전체 분극을 통한 고성능 마찰전기 장치:검토 Ga2O3 MOSFET의 채널 최대 온도에 대한 분석 모델

나노물질