В.Г. Тихомиров1, Г.А. Гудков2, С.В. Агасиева3
1 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (Санкт-Петербург, Россия)
2 ООО «НПИ ФИРМА «ГИПЕРИОН» (Москва, Россия)
3 инженерная академия, Российский Университет Дружбы Народов имени Патриса Лумумба (Москва, Россия)
1 greenbob53@gmail.com, 3 agasieva-sv@rudn.ru
Постановка проблемы. Одна из основных проблем традиционной конструкции GaN HEMT транзистора для биосенсора – большая толщина барьерного слоя, который экранирует область с аналитом. Толщина барьерного слоя определяется из расчета достаточного напряжения в кристалле для возникновения сильного эффекта пьезополяризации и получения высокой концентрации электронов двумерного газа в канале.
Цель. Найти возможности целенаправленно управлять свойствами барьерного слоя наногетероструктуры AlGaN/GaN для снижения его толщины при сохранении высокой чувствительности биосенсора; определить оптимальную конструкцию высокочувствительного многопараметрического инвазивного биосенсора на основе AlGaN/GaN HEMT-транзистора.
Результаты. По результатам численного анализа распределения электронов двумерного газа в канале и влияния разных конструкций барьерного слоя на чувствительность тока стока к изменению состояния поверхности предложены варианты гетероструктур с новой конструкцией барьерного слоя, состоящего из множества нанослоёв с точно рассчитанным градиентом состава.
Практическая значимость. Предлагаемые специальные гетероструктуры в системе широкозонных материалов нитридов третьей группы для использования в составе биосенсоров имеют ключевые преимущества в том, что повышенная чувствительность нового биосенсора открывает возможности использовать встроенные в тело датчики на его основе, которые питаются минимальным напряжением и обеспечивают работу в режиме раннего обнаружения опасных антител или других объектов.
- Тихомиров В.Г., Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Соловьев Ю.В., Гладышев А.Г., Кулагина М.М., Земляков В.Е., Дудинов К.В., Янкевич В.Б., Бобыль А.В., Устинов В.М. // ФТП. 45(10). 1405 (2011).
- Tikhomirov V., Zemlyakov V., Volkov V., Parnes Ya., Vyuginov V., Lundin W., Sakharov A., Zavarin E., Tsatsulnikov A., Cherkashin N., Mizerov M., and Ustinov V. // Semiconductors. 2016. V. 50. № 2. Р. 244–248.
- Kang, Wang, Ren, Hlad, Gila, Abernathy, Pearton, Li, Low, Lin, Johnson, Rajagopal, Roberts, Piner, and Linthicum. Role of Gate Oxide in AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistor pH Sensors // Journal of Electronic Materials. 2008. V. 37. № 5. DOI: 10.1007/s11664-007-0298-y
- Gudkov A.G., Agasieva S.V., Tikhomirov V.G., Zherdeva V.V., Klinov D.V., Shashurin V.D. Perspectives in the Development of Biosensors Based on AlGaN/GaN HEMT // Biomedical Engineering. 2019. V. 53. Iss. 3. P. 196–200. DOI: 10.1007/s10527-019-09908-x
- Tikhomirov V.G., Gudkov A.G., Agasieva S.V., Gorlacheva E.N., Shashurin V.D., Zybin A.A., Evseenkov A.S., Parnes Y.M. The sensitivity research of multiparameter biosensors based on HEMT by the mathematic modeling method // Journal of Physics: Conference Series. 2017. 917 (4). статья № 042016. DOI: 10.1088/1742-6596/917/4/042016
- Agasieva S.V., Gudkov A.G., Ivanov Y.A., Meshkov S.A., Petrov V.I., Sinyakin V.Y., Schukin S.I. Prospects for application of radio-frequency identification technology with passive tags in invasive biosensor systems // Biomedical Engineering. 2015, 49(2), статья № A009. Р. 98–101. DOI: 10.1007/s10527-015-9506-x