Учет квантовой емкости и подвижности носителей заряда для оптимизации сенсорного отклика в графеновых транзисторах
Russian science foundation, 21-72-20038
Бутко А.В.1, Бутко В.Ю.1, Кумзеров Ю.А.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: russprot@yahoo.com, vladimirybutko@gmail.com, Yu.Kumzerov@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 16 июля 2022 г.
В окончательной редакции: 8 августа 2022 г.
Принята к печати: 8 августа 2022 г.
Выставление онлайн: 27 сентября 2022 г.
Зарядовая плотность молекул (Nm) в гибридных наноструктурах, формируемых на интерфейсе графена в графеновых полевых транзисторах с жидкими затворными изоляторами (SGFETs), определяет селективный отклик создаваемых на их основе химических и биологических сенсоров. Для оптимизации этого отклика важно установить то, как он зависит от характеристик SGFETs, функционально связанных с Nm, в том числе от квантовой емкости графена (Cq) и от подвижности в нем носителей заряда (μ). Предлагаемая модель отклика показывает, что он мал для затворных напряжений (Vgate), вблизи минимума проводимости графена (точка Дирака) и возрастает с увеличением Vgate при достижении Cq пороговых значений, близких к емкости двойного слоя (Cdl) в SGFETs. Предсказывается также падение отклика при дальнейшем увеличении Vgate для случая более сильной зависимости μ от Nm, чем μ propto 1/Nm. Сопоставление выводов модели с литературными данными для графеновых SGFETs на основе водных растворов лизина согласуется с предположением, что оптимальное для эффективного отклика соотношение Cq~ Cdl достигается при отсчитываемом от точки Дирака напряжении Vgate в диапазоне (0.5-1.4) V. Ключевые слова: графен, гибридные наноструктуры, транзисторные сенсоры, подвижность, интерфейс.
- P.K. Ang, W. Chen, A.T.S. Wee, K.P. Loh. J. Am. Chem. Soc. 130, 44, 14392 (2008)
- H. Li, Y. Zhu, M. S. Islam, M. A. Rahman, K. B. Walsh, G. Koley. Sens. Actuators B 253, 759 (2017)
- M.H. Lee, B.J. Kim, K.H. Lee, I.-S. Shin, W. Huh, J.H. Cho, M.S. Kang. Nanoscale 7, 17, 7540 (2015)
- N.S. Green, M.L. Norton. Anal. Chim. Acta 853, 127 (2015)
- S. Taniselass, M.K.M. Arshad, S.C.B. Gopinath. Biosens. Bioelectron. 130, 276 (2019)
- X. You, J.J. Pak, Sens. Actuators B 202, 1357 (2014)
- A.V. Butko, V.Y. Butko, S.P. Lebedev, A.A. Lebedev, V.Y. Davydov, I.A. Eliseyev, Y.A. Kumzerov. J. Appl. Phys. 128, 21, 215302 (2020)
- A.V. Butko, V.Yu. Butko, S.P. Lebedev, A.A. Lebedev, V.Y. Davydov, A.N. Smirnov, I.A. Eliseyev, M.S. Dunaevskiy, Y.A. Kumzerov. Appl. Surf. Sci. 444, 36 (2018)
- A.V. Butko, V.Yu. Butko, S.P. Lebedev, A.A. Lebedev, Yu.A. Kumzerov. Phys. Solid State 60, 12, 2668 (2018)
- А.В. Бутко, В.Ю. Бутко, Ю.А. Кумзеров. ФТТ 63, 11, 1960 (2021)
- M. Dankerl, M.V. Hauf, A. Lippert, L.H. Hess, S. Birner, I.D. Sharp, A. Mahmood, P. Mallet, J. Veuillen, M. Stutzmann, J.A. Garrido. Adv. Funct. Mater. 20, 18, 3117 (2010)
- S. Luryi. Appl. Phys. Lett. 52, 6, 501 (1988)
- T. Fang, A. Konar, H. Xing, D. Jena. Appl. Phys. Lett. 91, 9, 092109 (2007)
- J. Xia, F. Chen, J. Li, N. Tao. Nat. Nanotechnol. 4, 8, 505 (2009)
- F. Chen, Q. Qing, J. Xia, N. Tao. Chem. Asian J. 5, 10, 2144 (2010)
- T.A. Petach, K.V. Reich, X. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, B.I. Shklovskii, D. Goldhaber-Gordon. ACS Nano 11, 8, 8395 (2017)
- I. Heller, S. Chatoor, J. Mannik, M.A.G. Zevenbergen, C. Dekker, S.G. Lemay. J. Am. Chem. Soc. 132, 48, 17149 (2010)
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.