본 연구에서는 실리콘 나노와이어 (silicon nanowire, SiNW) 를 이용하여 이중게이트 (dual-gate, DG) 전계 효과 트랜지스터 (field-effect transistor, FET) 기반 고감도·고신뢰성의 비표지분석이 가능한 센서를 제작하였다. 본 연구진은 나노임프린트 리쏘그래피 (nanoimprint lithography, NIL) 기술을 이용하여 균일한 분포와 섬세하게 크기가 조절된 SiNW를 형성하였다. 그 결과, 제작된 트랜지스터 소자는 221.88 cm2/V·s의 높은 ...
본 연구에서는 실리콘 나노와이어 (silicon nanowire, SiNW) 를 이용하여 이중게이트 (dual-gate, DG) 전계 효과 트랜지스터 (field-effect transistor, FET) 기반 고감도·고신뢰성의 비표지분석이 가능한 센서를 제작하였다. 본 연구진은 나노임프린트 리쏘그래피 (nanoimprint lithography, NIL) 기술을 이용하여 균일한 분포와 섬세하게 크기가 조절된 SiNW를 형성하였다. 그 결과, 제작된 트랜지스터 소자는 221.88 cm2/V·s의 높은 전계 효과 이동도, 54.68 mV의 문턱전압, 75.98 mV/dec의 가파른 subthreshold swing (SS), 2.27 × 108 의 높은 on/off 전류비, 2.75 × 1012 cm-2·eV-1 의 낮은 interface trap density (Dit) 와 같은 뛰어난 전기적 특성을 나타내었다. 또한, 제작된 소자의 감지 특성은 이중게이트 구조에서 발생하는 캐패시티브 커플링 (capacitive coupling) 현상을 이용함으로써 크게 향상되었다. 특히, 기존의 단일게이트 (single-gate, SG) 구조의 planar FET와 이중게이트 planar FET 소자와 비교하여, SiNW DG FET는 뛰어난 전기적 특성과 17.95 의 더 높은 캐패시티브 커플링 비 (capacitive coupling ratio), 그리고 고온에서도 낮은 누설전류의 특성을 나타내었다. 게다가, SiNW DG FET pH 센서는 기존의 단일게이트 구조 FET 센서의 59 mV/pH의 낮은 감도 한계를 크게 뛰어넘는 984.08 mV/pH의 높은 감도를 나타내었을 뿐만 아니라 안정성 평가에서도 0.84 %의 낮은 드리프트 현상을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 SiNW DG FET는 높은 감도와 고신뢰성의 특성을 동시에 이룸으로써 미래 바이오센서의 다양한 응용에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 실리콘 나노와이어 (silicon nanowire, SiNW) 를 이용하여 이중게이트 (dual-gate, DG) 전계 효과 트랜지스터 (field-effect transistor, FET) 기반 고감도·고신뢰성의 비표지분석이 가능한 센서를 제작하였다. 본 연구진은 나노임프린트 리쏘그래피 (nanoimprint lithography, NIL) 기술을 이용하여 균일한 분포와 섬세하게 크기가 조절된 SiNW를 형성하였다. 그 결과, 제작된 트랜지스터 소자는 221.88 cm2/V·s의 높은 전계 효과 이동도, 54.68 mV의 문턱전압, 75.98 mV/dec의 가파른 subthreshold swing (SS), 2.27 × 108 의 높은 on/off 전류비, 2.75 × 1012 cm-2·eV-1 의 낮은 interface trap density (Dit) 와 같은 뛰어난 전기적 특성을 나타내었다. 또한, 제작된 소자의 감지 특성은 이중게이트 구조에서 발생하는 캐패시티브 커플링 (capacitive coupling) 현상을 이용함으로써 크게 향상되었다. 특히, 기존의 단일게이트 (single-gate, SG) 구조의 planar FET와 이중게이트 planar FET 소자와 비교하여, SiNW DG FET는 뛰어난 전기적 특성과 17.95 의 더 높은 캐패시티브 커플링 비 (capacitive coupling ratio), 그리고 고온에서도 낮은 누설전류의 특성을 나타내었다. 게다가, SiNW DG FET pH 센서는 기존의 단일게이트 구조 FET 센서의 59 mV/pH의 낮은 감도 한계를 크게 뛰어넘는 984.08 mV/pH의 높은 감도를 나타내었을 뿐만 아니라 안정성 평가에서도 0.84 %의 낮은 드리프트 현상을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 SiNW DG FET는 높은 감도와 고신뢰성의 특성을 동시에 이룸으로써 미래 바이오센서의 다양한 응용에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
In this work, we fabricated the construction of a sensitive, stable, and label-free sensor based on a dual-gate field-effect transistor (DG FET) using silicon nanowires (SiNWs) channel. Uniformly distributed and size-controlled SiNWs were fabricated by using nanoimprint lithography (NIL) technology....
In this work, we fabricated the construction of a sensitive, stable, and label-free sensor based on a dual-gate field-effect transistor (DG FET) using silicon nanowires (SiNWs) channel. Uniformly distributed and size-controlled SiNWs were fabricated by using nanoimprint lithography (NIL) technology. As a result, the fabricated transistor exhibited the excellent electrical characteristics such as a high field-effect mobility of 221.88 cm2/V·s, low threshold voltage (Vth) of 54.68 mV, steeper subthreshold swing (SS) of 75.98 mV/dec, large on/off current ratio of 2.27 × 108, and low interface trap density (Dit) of 2.75 × 1012 cm-2·eV-1. In addition, the sensing characteristics of the fabricated transistor was significantly improved by using capacitive coupling phenomenon induced DG device structure. In particular, compared with conventional single-gate (SG) planar FET and DG FET, SiNW DG FET showed outstanding electrical characteristics, higher capacitive coupling ratio, and a lower off-state leakage current under high-temperature stress. In addition, the constructed SiNW DG FET-based pH sensor showed not only a high sensitivity of 984.08 mV/pH, exceeding the Nernst-limit of 59 mV/pH, but also a low drift rate of 0.84% in pH-sensitivity in stability test. In conclusion, we considered that SiNW DG FET proposed in this work has significant potential for future biosensing applications by achieving high sensitivity and stability, simultaneously.
In this work, we fabricated the construction of a sensitive, stable, and label-free sensor based on a dual-gate field-effect transistor (DG FET) using silicon nanowires (SiNWs) channel. Uniformly distributed and size-controlled SiNWs were fabricated by using nanoimprint lithography (NIL) technology. As a result, the fabricated transistor exhibited the excellent electrical characteristics such as a high field-effect mobility of 221.88 cm2/V·s, low threshold voltage (Vth) of 54.68 mV, steeper subthreshold swing (SS) of 75.98 mV/dec, large on/off current ratio of 2.27 × 108, and low interface trap density (Dit) of 2.75 × 1012 cm-2·eV-1. In addition, the sensing characteristics of the fabricated transistor was significantly improved by using capacitive coupling phenomenon induced DG device structure. In particular, compared with conventional single-gate (SG) planar FET and DG FET, SiNW DG FET showed outstanding electrical characteristics, higher capacitive coupling ratio, and a lower off-state leakage current under high-temperature stress. In addition, the constructed SiNW DG FET-based pH sensor showed not only a high sensitivity of 984.08 mV/pH, exceeding the Nernst-limit of 59 mV/pH, but also a low drift rate of 0.84% in pH-sensitivity in stability test. In conclusion, we considered that SiNW DG FET proposed in this work has significant potential for future biosensing applications by achieving high sensitivity and stability, simultaneously.
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