Исследование методом математического моделирования ВАХ многопараметрических биосенсоров на основе HEMT-транзисторов без затвора

А.Г. Гудков; В.Н. Вьюгинов; В.Г. Тихомиров; А.А. Зыбин

Исследование методом математического моделирования ВАХ многопараметрических биосенсоров на основе HEMT-транзисторов без затвора

А.Г. Гудков¹, В.Н. Вьюгинов², В.Г. Тихомиров³, А.А. Зыбин⁴

научная статья Страницы: 15-20

¹ д.т.н., профессор, кафедра РЛ6 «Технологии приборостроения» МГТУ им. Н.Э.Баумана
² к.ф.-м.н., директор, ЗАО «Светлана-Электронприбор» (Санкт-Петербург)
³ к.т.н., ЗАО «Светлана-Электронприбор» (Санкт-Петербург)
⁴ начальник лаборатории, ЗАО «Светлана-Электронприбор» (Санкт-Петербург)

Ключевые слова: многопараметрические биосенсоры HEMT-транзистор математическое моделирование ВАХ

Аннотация

Построена математическая модель, позволяющая предсказать поведение тока стока в зависимости от изменений условий на поверхности гетероструктуры в области затвора, в частности, нанесение электролита, с известным pH. Отмечено, что модель позволяет начать процесс направленной оптимизации конструкции биосенсоров на основе гетероструктур AlGaN/GaN HEMТ с целью повышения их эксплуатационных характеристик. Проведено численное моделирование влияния некоторых внешних воздействий на ВАХ полевых транзисторов на основе гетероструктур AlGaN/GaN (HEMТ).

Для цитирования

Гудков А.Г., Вьюгинов В.Н., Тихомиров В.Г., Зыбин А.А. Исследование методом математического моделирования ВАХ многопараметрических биосенсоров на основе HEMT-транзисторов без затвора // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2016. № 1. С. 15–20.

Список источников

Ambacher O., Eickhoff M., Steinhoff G., Hermann M., Gorgens L., and Werss V. // Proc. ECS 214. 2002. 27.
Neuberger R., Muller G., Ambacher O., Stutzmann M. // Phys. Status. Solidi. A. 2001. 185:85.
Schalwig J., Muller G., Ambacher O., Stutzmann M. // Phys. Status. Solidi. A. 2001. 185:39.
Steinhoff G., Hermann M., Schaff W.J., Eastman L.F., Stutzmann M., Eickhoff M. // Appl. Phys. Lett. 2003. 83:177.
Eickhoff M., Neuberger R., Steinhoff G., Ambacher O., Muller G., Stutzmann M. // Phys. Status. Solidi. B. 2001. 228:519.
Schalwig J., Muller G., Eickhoff M., Ambacher O., Statzmann M. // Sens. Actuat. B. 2002. 81:425.
Stutzmann M., Steinhoff G., Eickhoff M., Ambacher O., Nobel C.E., Schalwig J., et al. // Diamond. Rel. Mater. 2002. 11:886.
Kang B.S., Wang H.T., Ren F., Pearton S.J.Electrical detection of biomaterials using AlGaN/GaN HEMTs // J. Appl. Phys. 2008. 104(8):031101
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. 2011. 45(10), 1405.
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.
Hu W.D., Chen X.S., Quan Z.J., Xia C.S., Lu W., Ye P. Self-heating simulation of GaN-based metal-oxide-semiconductor high-electron-mobility transistors including hot electron and quantum effects // J. Appl. Phys. 2006. 100:074501. http://dx.doi.org/10.1063/1.2354327.
Kang B.S., Wang H.T., Ren F., and Pearton S.J. Electrical detection of biomaterials using AlGaN/GaN high electron mobility transistors // Journal of Applied Physics. 2008. 104. 031101; doi: 10.1063/1.2959429
Hung S.C., Wang Y.L., Hicks B., Pearton S.J., Ren F., Johnson J.W., Rajagopal P., Roberts J.C., Piner E.L., Linthicum K.J., and Chia G.C. Integration of Selective Area Anodized AgCl Thin Film with AlGaN/GaN HEMTs for Chloride Ion Detection // Electrochemical and Solid-State Letters. 2008. 11(9). H241-H244.
Wang H.T., Kang B.S., Chancellor T.F. (Jr.), Lele T.P., Tseng Y., Ren F., Pearton S.J., Dabiran A., Osinsky A. Chow P.P. Selective detection of Hg(II) ions from Cu(II) and Pb(II) using AlGaN/GaN high electron mobility transistors // Electrochem. Solid. State. Lett. 2007. 10:J150-3.
Steinhoff G., Hermann M., Schaff W.J., Eastmann L.F., Stutzmann M., and Eickhoff M. // Appl. Phys. Lett. 2003. 83. 177.
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.

[1] Ambacher O., Eickhoff M., Steinhoff G., Hermann M., Gorgens L., and Werss V. // Proc. ECS 214. 2002. 27.

[2] Neuberger R., Muller G., Ambacher O., Stutzmann M. // Phys. Status. Solidi. A. 2001. 185:85.

[3] Schalwig J., Muller G., Ambacher O., Stutzmann M. // Phys. Status. Solidi. A. 2001. 185:39.

[4] Steinhoff G., Hermann M., Schaff W.J., Eastman L.F., Stutzmann M., Eickhoff M. // Appl. Phys. Lett. 2003. 83:177.

[5] Eickhoff M., Neuberger R., Steinhoff G., Ambacher O., Muller G., Stutzmann M. // Phys. Status. Solidi. B. 2001. 228:519.

[6] Schalwig J., Muller G., Eickhoff M., Ambacher O., Statzmann M. // Sens. Actuat. B. 2002. 81:425.

[7] Stutzmann M., Steinhoff G., Eickhoff M., Ambacher O., Nobel C.E., Schalwig J., et al. // Diamond. Rel. Mater. 2002. 11:886.

[8] Kang B.S., Wang H.T., Ren F., Pearton S.J.Electrical detection of biomaterials using AlGaN/GaN HEMTs // J. Appl. Phys. 2008. 104(8):031101

[9] 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. 2011. 45(10), 1405.

[10] 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.

[11] Hu W.D., Chen X.S., Quan Z.J., Xia C.S., Lu W., Ye P. Self-heating simulation of GaN-based metal-oxide-semiconductor high-electron-mobility transistors including hot electron and quantum effects // J. Appl. Phys. 2006. 100:074501. http://dx.doi.org/10.1063/1.2354327.

[12] Kang B.S., Wang H.T., Ren F., and Pearton S.J. Electrical detection of biomaterials using AlGaN/GaN high electron mobility transistors // Journal of Applied Physics. 2008. 104. 031101; doi: 10.1063/1.2959429

[13] Hung S.C., Wang Y.L., Hicks B., Pearton S.J., Ren F., Johnson J.W., Rajagopal P., Roberts J.C., Piner E.L., Linthicum K.J., and Chia G.C. Integration of Selective Area Anodized AgCl Thin Film with AlGaN/GaN HEMTs for Chloride Ion Detection // Electrochemical and Solid-State Letters. 2008. 11(9). H241-H244.

[14] Wang H.T., Kang B.S., Chancellor T.F. (Jr.), Lele T.P., Tseng Y., Ren F., Pearton S.J., Dabiran A., Osinsky A. Chow P.P. Selective detection of Hg(II) ions from Cu(II) and Pb(II) using AlGaN/GaN high electron mobility transistors // Electrochem. Solid. State. Lett. 2007. 10:J150-3.

[15] Steinhoff G., Hermann M., Schaff W.J., Eastmann L.F., Stutzmann M., and Eickhoff M. // Appl. Phys. Lett. 2003. 83. 177.

[16] 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.