Исследование возможности улучшения чувствительности биосенсоров на основе нитрид-галлиевой наногетероструктуры транзистора с высокой подвижностью электронов для использования в составе многопараметрического инвазивного комплекса

В.Г. Тихомиров; Г.А. Гудков; С.В. Агасиева

doi:10.18127/j22250980-202304-03

Исследование возможности улучшения чувствительности биосенсоров на основе нитрид-галлиевой наногетероструктуры транзистора с высокой подвижностью электронов для использования в составе многопараметрического инвазивного комплекса

В.Г. Тихомиров¹, Г.А. Гудков², С.В. Агасиева³

научная статья УДК 543.9 Страницы: 25-29 doi.org/10.18127/j22250980-202304-03

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)

Ключевые слова: Транзистор с высокой подвижностью электронов нитрид галлия численное моделирование биосенсор

Аннотация

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.

Поступила: 01.11.2023
Одобрена: 15.11.2023
Принята: 20.11.2023

Для цитирования

Тихомиров В.Г., Гудков Г.А., Агасиева С.В. Исследование возможности улучшения чувствительности биосенсоров на основе нитрид-галлиевой наногетероструктуры транзистора с высокой подвижностью электронов для использования в составе многопараметрического инвазивного комплекса // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2023. № 4. С. 25–29. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202304-03

Список источников

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

[1] 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).

[2] 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.

[3] 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

[4] 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

[5] 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

[6] 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

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи