Simulación y análisis de rendimiento de biosensor TFET de puerta de trinchera de fuente dual dieléctrica modulada

Resumen

En este trabajo, se propone un FET (DM-DSTGTFET) de túnel de compuerta de trinchera de doble fuente dieléctrico modulado basado en biosensor para la detección de biomoléculas. DM-DSTGTFET adopta una fuente doble y una compuerta de trinchera para mejorar la corriente en estado activado y generar corriente bidireccional. En la estructura propuesta, se graban dos cavidades sobre una puerta de óxido de 1 nm para el llenado de biomoléculas. Se adopta una simulación 2D en la Tecnología de Diseño Asistido por Computadora (TCAD) para el análisis del estudio de sensibilidad. Los resultados muestran que bajo voltaje de suministro bajo, la sensibilidad actual del DM-DSTGTFET es tan alta como 1.38 × 10 ⁵ , y la sensibilidad del voltaje umbral puede alcanzar 1,2 V. Por lo tanto, el biosensor DM-DSTGTFET tiene buenas perspectivas de aplicación debido a su bajo consumo de energía y alta sensibilidad.

Introducción

En el pasado reciente, un gran interés de investigación se ha centrado en biosensores de transistores de efecto de campo (FET) basados en silicio debido a las características prometedoras de alta sensibilidad, retardo mínimo, dimensiones escaladas y bajo costo [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Los biosensores basados en FET tienen la limitación de la emisión de electrones térmicos y tienen una pendiente subumbral (SS) que puede ser de más de 60 mV / década. Debido al mecanismo de conducción de tunelización de banda a banda (BTBT), el TFET supera la limitación y reduce el efecto de canal corto [7,8,9,10]. Por lo tanto, el biosensor basado en TFET se ha convertido en un candidato adecuado para una mejor sensibilidad y tiempo de respuesta que el biosensor basado en FET [11,12,13,14].

El método más común en TFET aplicado para la detección de moléculas se basa en la modulación dieléctrica. Una parte del material dieléctrico de la puerta se graba para formar una cavidad; cuando se llenan biomoléculas en la cavidad, la constante dieléctrica de la cavidad cambia y un cambio se refleja en la corriente de drenaje y las características de transferencia [15,16,17]. Al mismo tiempo, la modulación dieléctrica ayuda a detectar moléculas tanto cargadas como neutras. En la actualidad, el concepto de modulación dieléctrica se ha utilizado recientemente en TFET, y el biosensor basado en TFET dieléctricamente modulado (DMTFET) ha atraído a investigadores altamente valorados. Se estudia un TFET p-n-p-n que funciona como biosensor para la detección de biomoléculas sin etiquetas con simulación de dispositivo. Los resultados revelan que un biosensor basado en TFET tiene una baja corriente en estado inactivo en ausencia de biomoléculas y una alta sensibilidad hacia la constante dieléctrica y la carga [18]. Se ha observado en [19] que la presencia de biomoléculas en la cavidad cerca de la La unión del túnel puede conducir a un acoplamiento efectivo, lo que conduce a una alta sensibilidad y también hace que el DM-TFET sea resistente a la reducción de la sensibilidad en una dimensión más baja. Se están estudiando biosensores basados en TFET de diferentes estructuras. En comparación con el DGTFET tradicional, la incorporación de la arquitectura de puerta corta (SG) en la estructura del DMTFET puede mejorar significativamente la sensibilidad y reducir los costos [20]. El transistor de efecto de campo de túnel sin empalme modulado dieléctrico bajo traslapado de compuerta basado en plasma de carga (CPB DM-JLTFET) puede obtener la máxima sensibilidad (biomoléculas neutras y cargadas) seleccionando apropiadamente la longitud y el grosor de la cavidad cerca de la unión del túnel bajo el sesgo apropiado [21]. Para mejorar la sensibilidad del biosensor, se introduce un bolsillo de puerta frontal n + fuertemente dopado y un solapamiento de puerta a fuente en un transistor de efecto de campo de túnel vertical dieléctricamente modulado (V-DMTFET) [22]. El transistor de efecto de campo de túnel de heterounión de puerta circular exhibe una mayor sensibilidad que la puerta uniforme HJ TFET debido a su arquitectura de puerta no uniforme [23]. La puerta de trinchera de doble canal TFET exhibe una alta sensibilidad a la corriente, así como una exorbitante sensibilidad a la tensión [24]. El biosensor TFET de doble puerta y materiales metálicos dobles puede hacer que el cambio de sensibilidad sea más obvio [25].

Sin embargo, la mayoría de los biosensores se basan en el TFET de doble puerta, en el que las biomoléculas deben agregarse desde los lados de las puertas en ambos extremos. En la estructura propuesta, las biomoléculas se agregan verticalmente desde la parte superior del dispositivo, lo que es una operación más simple. Además, debido a que el área de superposición puerta-fuente es grande, es decir, el área donde la interacción de la fuente y las biomoléculas es obvia, la sensibilidad del biosensor DM-DSTGTFET es más alta que la de otros dispositivos, como se muestra en la Tabla 1. La Tabla 1 resume la comparación de las diferentes sensibilidades entre este trabajo y los resultados de la investigación en otras referencias.

En este trabajo se estudia la sensibilidad del biosensor DM-DSTGTFET y el contenido específico es el siguiente. Las secciones 2 y 3 describen la estructura básica del dispositivo, el proceso de fabricación, el modelo y el método de simulación. La sección 4 caracteriza el efecto de diferentes factores sobre la sensibilidad del biosensor DM-DSTGTFET. Específicamente, las influencias de diferentes constantes dieléctricas, espesores de cavidad y biomoléculas cargadas en las características de transferencia, el I _en / Yo _desactivado sensibilidad y △ V _th Sensibilidad del dispositivo propuesto. La sección 5 concluye los resultados de la investigación realizada.

Estructuras de dispositivos

La Figura 1 muestra una imagen en sección transversal de un biosensor basado en DM-DSTGTFET. El electrodo de puerta de DM-DSTGTFET tiene una función de trabajo de 4.2. Para aumentar la corriente en estado activado del TFET, se utiliza una estructura de fuente dual. Las dos regiones de origen con una concentración de dopaje de 1 × 10 ²⁰ cm ⁻³ se colocan simétricamente a ambos lados de la puerta. El canal p con altura (H _c ) de 37 nm y una concentración de dopaje de 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ está debajo de la fuente y la puerta. El n-drenaje con una concentración de dopaje de 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ y altura ( H _d ) de 18 nm está por debajo del canal. Dos óxidos en las regiones de origen son HfO ₂ con un espesor de 2 nm. Las dos regiones de bolsillo de espesor ( T _p ) 5 nm se colocan simétricamente a cada lado de la puerta con una concentración de dopaje del donante de 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Además, para el biosensor propuesto, T _buey (1 nm), T _c (5 nm) son el espesor del HfO ₂ óxido de compuerta y ancho de la cavidad del nanogap, respectivamente. Para facilitar un cambio apropiado en el parámetro de sensibilidad, el valor de la función de trabajo del metal de la puerta elegido debe ser tal que la formación de túneles pueda ocurrir solo cuando las biomoléculas se acumulen en la cavidad. Es por eso que el trabajo en metal funciona Φ _MS =4.2 eV (sobre el HfO ₂ óxido de puerta) se elige. Ahora, se analizan cinco tipos diferentes de biomoléculas pequeñas con diferentes constantes dieléctricas (1, 2.5, 5, 11, 23) y cinco espesores diferentes de cavidad nanogap (5 nm, 7 nm, 9 nm, 11 nm, 13 nm) para determinar el biosensor propuesto.

Vista esquemática en sección transversal del biosensor DM-DSTGTFET

El método de fabricación del DM-DSTGTFET es similar al publicado [24]. La Figura 2 muestra los pasos de fabricación del DM-DSTGTFET propuesto. En el primer paso, como se muestra en la figura 2a, a través de una máscara, exposición, grabado, implantación de iones y recocido sobre un sustrato de silicio ligeramente dopado, se forma una región de drenaje en la parte inferior del dispositivo. La concentración de dopaje de la región de drenaje formada es 10 ¹⁷ / cm ³ y el ion dopante es el arsénico. Luego, el silicio intrínseco se hace crecer epitaxialmente en la parte superior de la región de drenaje para formar la región del canal del dispositivo. Como se muestra en la Fig. 2b, las dos esquinas sobre el canal están grabadas. Simultáneamente, N ⁺ el dopaje se deposita mediante la técnica de deposición química en fase de vapor (CVD) como se describe en la Fig. 2c para formar las regiones de bolsillo de DM-DSTGTFET. En la región de la fuente, una región de la fuente dual basada en Si se cultiva por deposición química de vapor (CVD), y el enmascaramiento, exposición, grabado, implantación de iones y recocido se realizan para el tipo P altamente dopante en la región de la fuente, con un dopaje concentración de 10 ²⁰ / cm ³ , como se muestra en la Fig. 2d. En el siguiente paso, la zanja se realiza en capa de canal y SiO ₂ se deposita en la zanja como se muestra en la Fig. 2e. Luego se forma la zanja como se muestra en la Fig. 2f. La metalización y el modelado se llevan a cabo para obtener los contactos de la puerta como se muestra en la Fig. 2g. Además, las cavidades están talladas en SiO ₂ en ambos lados de la puerta como se muestra en la Fig. 2h. En el paso final, 1 nm HfO ₂ se cultiva en la pared lateral de las cavidades para obtener la estructura propuesta como se muestra en la Fig. 2i.

Flujo de fabricación para DM-DSTGTFET como biosensor

Método y modelo de simulación

Con el fin de estudiar el rendimiento de los biosensores DM-DSTGTFET de forma más clara, este documento utiliza la herramienta TCAD (sentaurus) para estudiar la sensibilidad de los sensores TFET. Se adoptan los modelos apropiados para una simulación precisa.

El modelo BTBT no local considera el campo eléctrico en cada punto de la ruta de tunelización como una variable, lo que significa que la probabilidad de tunelización BTBT depende de la curvatura de la banda en la unión de tunelización. El modelo de tunelización no local está más en consonancia con la situación real de la simulación TFET [29]. Por lo tanto, en este documento se adopta el modelo BTBT no local. El modelo Kane se utiliza para el modelo de túnel BTBT dinámico no local en sentaurus. En el modelo de Kane, la tasa de tunelización BTBT se expresa como [30]:

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

donde constante E ₀ =1 V / cm, P =2 para túnel de banda prohibida directa y P =2,5 para la tunelización de banda prohibida indirecta asistida por fonones. Dado que los dispositivos de este documento son principalmente de silicio, P elija 2.5. El parámetro A =4 × 10 ¹⁴ / cm ³ s, E es el campo eléctrico y el factor exponencial B =9,9 × 10 ⁶ V / cm.

Shockley-Read-Hall (SRH) se elige para incluir la recombinación de portadores. Se toma el modelo de estrechamiento de la banda prohibida para activar el efecto de alta concentración en la banda prohibida. Se invoca a las estadísticas de Fermi-Dirac para incluir el cambio en las propiedades de una región altamente dopada. El modelo de movilidad en material de Si debe considerar el modelo de dispersión de impurezas ionizadas ( µ _dop ), el modelo de dispersión de la interfaz ( µ _InterSc ) y el modelo de saturación de campo alto ( µ _F ) [31], y el modelo final de movilidad efectiva puede expresarse mediante:

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

El modelo de movilidad de Poole-Frenkel se introduce en el material que llena la cavidad, y la movilidad en función del campo eléctrico viene dada por:

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

donde µ ₀ es la movilidad de campo bajo, β y γ son parámetros de ajuste, E ₀ es la energía de activación efectiva y E es la fuerza impulsora (campo eléctrico). K es la constante de Boltzmann y T es la temperatura. El valor predeterminado de E ₀ y γ es 0, β =0,1.

Sobre la base del modelo físico calibrado anterior, se analizan las características eléctricas del biosensor DM-DSTGTFET.

Durante la simulación, cuatro biomoléculas de constantes dieléctricas diferentes ( k =2.5, 5, 11, 23), cinco cavidades de espesor ( T _c =5, 7, 9, 11, 13 nm) y las diferentes densidades de biomoléculas cargadas se consideran en la simulación y discusión. En general, se adopta una referencia al estudiar la sensibilidad del sensor. Se propone la referencia que puede hacer que la respuesta del sensor a la sustancia objetivo sea obvia. Por tanto, la referencia se toma en el caso en que las cavidades están llenas de aire, o simplemente, la condición en que las biomoléculas no están llenas en las cavidades. Por lo tanto, una medida de sensibilidad de voltaje umbral, sensibilidad de corriente de drenaje y sensibilidad de pendiente subumbral del DM-DSTGTFET se define como [22] [28] [32]:

$$ \ Delta V _ {{{\ text {th}}}} =V _ {{\ text {th (aire)}}} - V _ {{\ text {th (biografía)}}} $$ (4) $ $ S _ {{{\ text {drenaje}}}} =\ frac {{I _ {{\ text {ds (biografía)}}} - I _ {{\ text {ds (aire)}}}}} {{I_ {{\ text {ds (aire)}}}}} $$ (5) $$ S _ {{{\ text {SS}}}} =\ frac {{SS _ {{{\ text {air}}}} - SS _ {{{\ text {biografía}}}}}} {{SS _ {{{\ text {air}}}}}} $$ (6)

donde V _{th (aire)} es el voltaje umbral del biosensor cuando las cavidades están llenas de aire, y V _{th (biografía)} es el voltaje umbral cuando las cavidades están llenas de biomoléculas. De manera similar, yo _{ds (aire)} y SS _air son la corriente de drenaje en estado y la oscilación subumbral, respectivamente, del biosensor cuando las cavidades están llenas de aire, y I _{ds (biografía)} y SS _biografía son la corriente de drenaje en estado y la oscilación subumbral, respectivamente, cuando las cavidades están llenas de biomoléculas.

A través del análisis de las características eléctricas del DM-DSTGTFET, se extraen el voltaje umbral, la corriente de drenaje en estado y la oscilación del subumbral para analizar la sensibilidad del biosensor.

Resultados y discusión

Impacto de diferentes biomoléculas en DM-DSTGTFET

La Figura 3 muestra la característica de transferencia, la variación de la banda de energía, la sensibilidad al voltaje umbral y la sensibilidad a la corriente de DM-DSTGTFET en el estado activado cuando diferentes constantes dieléctricas de biomoléculas llenan la cavidad. Al elegir una función de trabajo de metal de puerta inferior (Φ _MS =4.2), la sensibilidad de la corriente de drenaje se puede estudiar ajustando los diferentes k.

un Características de transferencia, b variación de las bandas de energía con respecto al eje y, c yo _en / Yo _desactivado sensibilidad y d sensibilidad de voltaje umbral del biosensor DM-DSTGTFET para diferentes valores de k en V _d =0,5 V y T _c =5 nm

Como puede verse en la Fig. 3a, con k del dieléctrico de la puerta aumenta, cuanto más fuerte es la capacidad de control de la puerta, también aumenta la corriente en estado activado. La Figura 3b describe el diagrama de bandas de energía en los diferentes k de biomoléculas. Cuando k =1, significa que no hay biomoléculas llenas en la cavidad. En este caso, se minimiza la torsión en la banda de energía. Además, cuando el dieléctrico de las biomoléculas constantes en la cavidad comienza a aumentar, la banda de energía se dobla cada vez más severamente. Significa que se produce una mayor alineación de la banda de energía a k más altos y, por lo tanto, se reduce el ancho de la barrera a través de la unión. La Figura 3c muestra el efecto de la constante dieléctrica de biomoléculas en I _en y yo _en / Yo _desactivado sensibilidad de DM-DSTGTFET. Con el aumento de k , el yo _en y yo _en / Yo _desactivado la sensibilidad también mejora. Esto se debe al hecho de que con el aumento de k, cuanto más severa es la flexión de la banda de energía, disminuye el ancho de la barrera en la unión fuente-canal y, por lo tanto, aumenta la posibilidad de túnel. A medida que aumenta la probabilidad de tunelización, aumenta la generación de tunelización BTBT de electrones, lo que se puede ver claramente en la Fig. 4. El dispositivo propuesto proporciona la mayor I _en / yo _desactivado sensibilidad de 1,1 × 10 ¹⁰ en k =23, que es obviamente más alto que los biosensores basados en TFET publicados. La figura 3d muestra la variación en V _th y △ V _th Sensibilidad de DM-DSTGTFET con respecto a la k de biomoléculas. Obviamente, como k aumenta, más rápido el I _en del dispositivo propuesto aumenta, menor es el voltaje de umbral. Mientras tanto, el △ V _th muestra una tendencia creciente con un aumento en k . La razón es que la diferencia entre V _th cuando se llenan diferentes biomoléculas y la V _th cuando no se llena ninguna biomolécula se hace más grande. En general, la V _th cuando se llena de aire es mayor que otros valores de k. El DM-DSTGTFET propuesto realiza un máximo de △ V _th sensibilidad de 1,2 V a k =23. Por lo tanto, el DM-DSTGTFET proporciona alta sensibilidad a la corriente, así como sensibilidad al voltaje de umbral para biomoléculas.

Generación de electrones BTBT en el biosensor DM-DSTGTFET para diferentes biomoléculas cuando Vd =0,5 V, T _c =5 nm y Vg =1,5 V

La Figura 5a muestra la sensibilidad a SS y SS de DM-DSTGTFET cuando las cavidades están llenas de diferentes biomoléculas. Aquí, se ve que el incremento en la constante dieléctrica da como resultado una disminución de SS y una mejora de S _SS . Cuanto más pequeño es el SS, menor es el consumo de energía del TFET y mejor es el rendimiento del TFET. Por lo tanto, a medida que aumenta el valor de k, SS disminuye, S _SS aumenta y la capacidad de control de la puerta aumenta.

un Pendiente subumbral, sensibilidad de pendiente subumbral y b drenar la sensibilidad de la corriente con diferentes biomoléculas cuando V _d =0,5 V, T _c =5 nm y V _g =1,5 V

La sensibilidad de la corriente de drenaje varía en función de k para el DM-DSTGTFET propuesto en la Fig. 5b. La sensibilidad aumenta con el aumento de k. Esto se debe al hecho de que el aumento de k da como resultado una mejora del campo eléctrico en la unión del túnel que conduce a la reducción del ancho del túnel y, por lo tanto, aumenta S _drenaje.

Impacto de diferentes espesores de cavidad en DM-DSTGTFET

Porque cuando k =23, la S _drenaje , △ V _th sensibilidad y S _SS del biosensor DM-DSTGTFET son los más grandes (la conclusión extraída de la sección anterior). Por lo tanto, para estudiar más claramente la influencia del espesor de la cavidad en la sensibilidad del biosensor propuesto, esta sección se realiza bajo la condición de k =23.

La Figura 6 describe las características de transferencia del biosensor DM-DSTGTFET en diferentes espesores de cavidad ( T _c ). Como T _c aumenta, la corriente en estado se vuelve más pequeña. El efecto de diferentes T _c en I _en y yo _en / Yo _desactivado la sensibilidad de DM-DSTGTFET se representa en la Fig. 7a. Cuando T _c aumenta, la capacitancia entre la puerta y el canal se reduce, lo que conduce a un ancho de túnel más grande en la unión fuente-canal, lo que resulta en una menor corriente de drenaje. Para k =23, el yo _en y yo _en / Yo _desactivado la sensibilidad disminuye con el aumento de T _c debido a la mejora en el acoplamiento capacitivo entre la puerta y el canal para una T más alta _c . Por otro lado, el dispositivo propuesto muestra una tendencia creciente en V _th y por lo tanto en △ V _th sensibilidad con aumento de T _c como se ilustra en la Fig. 7b. Esto se debe a que el aumento de T _c reduce el I _en y por lo tanto aumenta el V _th . En otras palabras, el control de la puerta sobre el canal se reduce para una cavidad más amplia que conduce a un V más alto. _th . Por lo tanto, el DM-DSTGTFET funciona como un mejor biosensor de voltaje para una cavidad más estrecha.

Características de transferencia del biosensor DM-DSTGTFET para diferentes valores de espesor de cavidad ( T _c ) en V _d =0,5 V, V _g =1,5 V y k =23

un Efecto de diferentes valores de espesor de la cavidad ( T _c ) en I _en , yo _en / Yo _desactivado sensibilidad, b V _th y △ V _th de DM-DSTGTFET en V _g =1,5 V, V _d =0,5 V y k =23

Impacto de las biomoléculas cargadas en DM-DSTGTFET

Para investigar la influencia de las diferentes cargas de biomoléculas en la sensibilidad del sensor propuesto, primero se estudiaron el rango dinámico y el límite de detección. En este documento, el DM-DSTGTFET puede detectar el material sensor con una densidad de carga que varía entre 10 ¹⁰ cm ⁻² a 10 ¹³ cm ⁻² , un rango de detección más amplio en comparación con otros sensores [32]. Por lo tanto, en la siguiente simulación, la densidad de carga dentro del rango de límite dinámico se utiliza para la investigación de sensibilidad.

La Figura 8 muestra el efecto de llenar la cavidad con biomoléculas con diferentes cargas positivas y negativas sobre las características de transferencia del DM-DSTGTFET bajo diferentes k . Como puede verse, en k =2.5, bajo biomoléculas cargadas positiva y negativamente, la curva de transferencia tiene un rango de cambio mayor. Por lo tanto, la siguiente discusión se centra en el efecto de diferentes cargas positivas y negativas en la sensibilidad del biosensor DM-DSTGTFET cuando k =2.5.

Características de transferencia del biosensor DM-DSTGTFET para la constante dieléctrica de biomoléculas, a carga positiva diferente y b carga negativa diferente de biomoléculas en V _d =0,5 V, V _g =1,5 V y T _c =5 nm

La Figura 9a describe la variación de Ion y I _en / Yo _desactivado Sensibilidad de DM-DSTGTFET en función de cargas positivas. La carga positiva creciente de biomoléculas conduce a una mejora en Ion y I _en / Yo _desactivado Sensibilidad del dispositivo propuesto. La carga positiva en la cavidad aumenta el dieléctrico de óxido de puerta efectivo, lo que da como resultado una mejora de la capacidad de control de la puerta. Este aumento en la capacidad de control de la puerta provoca una disminución en el ancho de túnel de la unión del canal de origen que conduce a una mejora en I _en y yo _en / Yo _desactivado sensibilidad. La Figura 9b demuestra el efecto de la carga positiva de biomoléculas en V _th y △ V _th sensibilidad del DM-DSTGTFET. Se observa que la V _th reduce y △ V _th la sensibilidad mejora con el aumento de la carga positiva. Esto se debe al hecho de que la carga positiva en la molécula aumenta el I _en y disminuye V _th . La disminución de V _th mejora la diferencia entre el voltaje umbral de la biomolécula con respecto al aire, lo que conduce a una mejora en △ V _th .

un Efecto de diferentes cargas positivas de biomoléculas en I _en , yo _en / Yo _desactivado sensibilidad, b V _th y △ V _th de DM-DSTGTFET en V _g =1,5 V, V _d =0,5 V, k =2.5 y T _c =5 nm

La figura 10a muestra la variación de I _en y yo _en / Yo _desactivado sensibilidad de DM-DSTGTFET en función de cargas positivas para k =2,5. El aumento de la carga negativa de las biomoléculas conduce a una disminución de iones y I _en / Yo _desactivado Sensibilidad del dispositivo propuesto. La carga negativa en la cavidad disminuye el dieléctrico de óxido de puerta efectivo, lo que da como resultado una mejora de la capacidad de control de la puerta. Esta disminución en la capacidad de control de la puerta provoca un aumento en el ancho del túnel de la unión del canal fuente que conduce a una disminución en Ion e I _en / Yo _desactivado sensibilidad.

un Efecto de diferentes cargas negativas de biomoléculas en I _en , yo _en / Yo _desactivado sensibilidad, b V _th y △ V _th de DM-DSTGTFET en V _g =1,5 V, V _d =0,5 V, k =2.5 y T _c =5 nm

La Figura 10b demuestra el efecto de la carga negativa de biomoléculas en V _th y △ V _th sensibilidad del DM-DSTGTFET. Se observa en la figura que para k =2.5, la V _th mejora y △ V _th la sensibilidad se reduce con el aumento de la carga negativa. Esto se debe al hecho de que la carga negativa de la molécula disminuye el I _en y aumentar V _th . El aumento de V _th mejora la diferencia entre el voltaje umbral de la biomolécula con respecto al aire, lo que lleva a una disminución de △ V _th .

Conclusiones

En conclusión, DM-DSTGTFET tiene una alta sensibilidad para la detección de biomoléculas en aplicaciones de biosensores. Sin embargo, la capacidad de detección de la estructura DM-DSTGTFET se evalúa examinando los efectos introducidos por la permitividad relativa, el espesor de la cavidad, las biomoléculas cargadas, I _en / Yo _desactivado sensibilidad, SS y S _SS . Los resultados muestran que cuanto mayor es la constante dieléctrica, menor es el grosor de la cavidad, mayor es la carga positiva y mayor es la sensibilidad del dispositivo propuesto. Los resultados de la simulación muestran que la estructura propuesta se puede aplicar a un dispositivo biosensor ultrasensible y de bajo consumo.

Abreviaturas

DM-DSTGTFETS:: Transistores de efecto de campo de túnel de puerta de trinchera de fuente dual modulados dieléctricos
TCAD:: Tecnología de diseño asistido por computadora
BTBT:: Túnel de banda a banda
DGTFET:: Transistores de efecto de campo de túnel de doble puerta
SS:: Pendiente subumbral

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