عنوان پایان‌نامه
ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی یونی با نانو ساختارهای سیلیکانی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E1869;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48632;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 1869
- تاریخ دفاع
- ۲۵ اسفند ۱۳۸۹
- دانشجو
- مهران شاه محمدی
- استاد راهنما
- سیدشمس ا لدین مهاجرزاده
- چکیده
- با توجه به کاربرد و اهمیت حسگرهای شیمیایی و از آن میان حسگرهای حساس به یون اثر میدان ،در این پروژه این حسگر ساخته و مدل سازی گردیده و با توجه به مشکلات عملکردی این نوع حسگر مانند حساسیت، با استفاده از نانوساختارها حساسیت و عملکرد آن بهبود می یابد. در این ساختارها از ترانزیستورهای اثر میدان استفاده می گردد که در آنها قسمت پلی‌سیلیسیم مربوط به گیت ترانزیستور حذف شده و اکسید گیت با مایع در تماس قرار می گیرد. بدین ترتیب در صورتی که ترانزیستور درون مایع حاوی یون های هیدورژن قرار گیرد و از یک الکترود اضافی نیز استفاده گردد، می‌توان با اعمال ولتاژ بر روی الکترود مرجع جریان بین درین و سورس را تنظیم کرد. استفاده از این ترانزیستورها بیش از سه دهه است که به صورت تجاری محقق شده است، اما محدودیت ترمودینامیکی عملا حساسیت این سنسورها را به چند ده میلی‌ولت به ازای تغییراتی برابر با 10 مرتبه در غلظت یونهای محلول تست محدود می‌کند. بدین ترتیب برای اولین بار در این پروژه ساختاری ارائه می‌گردد که این محدودیت را به روشی نوین رفع کرده و از تغییرات مساحت موثر و یا خازن موثر ترانزیستورها استفاده کرده و به نتایجی بسیار بالاتر از نظر حساسیت دست می‌یابد. در این پروژه از لایه برداری عمودی و با دقت بسیار بالا برای ایجاد ساختارهای نانومتری سیلیکانی برروی گیت استفاده می گردد که می‌تواند به افزایش سطح مفید سنسور و در نهایت به افزایش حساسیت آن به تغییرات ورودی منتهی شود. در ضمن می‌توان از این روش برای بررسی فیزیک حاکم بر ترانزیستورهای اثر میدان و نحوه برقراری جریان در ترانزیستور های اثر میدان حساس به یون استفاده نمود.
- Abstract
- Ion selective field effect transistors (ISFET) are microelectronic devices that have an important role in the development of chemical sensors. ISFETs are analogous to MOSFET transistors where the metallic gate is replaced by a sensitive membrane and a reference electrode. The small size of their sensitive area, rapid response, high sensitivity, low sample volumes and potential for on-chip circuit integration make them desirable for biosensor applications. The most important use of ISFETs is as pH meters. The pH sensitivity of ISFETs, which is shown as the variation in the transistor threshold voltage, is limited to values around 59mV/pH due to thermodynamic constrains. On the other hand, the use of nano or micro porous structures is found to be suitable for various sensors as humidity transducers, liquid phase ion detectors, and gas sensors. In this paper, we take advantage of the formation of nano-porous structures of polysilicon films to realize high sensitivity pH transistors. As a result, not only a slight threshold voltage shift is detected but also a much more remarkable slope variation is observed in the electrical drain-voltage characteristics. A nano-porous structure increases the effective adsorption surface on the channel area, which in turn transmits the ion effect to the underlying insulator surface (SiO2). The accumulation of the positive ions on the porous layer exerts an electric field on the insulator and subsequently on the channel region, increasing the inversion charge which in turn raises the source/drain current. We report the realization of high sensitivity ion-selective field effect transistors (ISFET) using nano-porous polysilicon on the gate region. Owing to the presence of a nano-porous film, the effective area of the exposed surface becomes larger than that of the channel area of a regular transistor. The response of such transistors to pH has been measured for a wide range from 4 to 9 showing a different behavior from regular ISFETs where a change in the threshold voltage is recorded. A relative current-based sensitivity can be adapted for such devices. A high sensitivity of the order of 300mV/pH is reported, owing to the presence of three-dimensional nanostructures.
