Estudo dos transistores de tunelamento por efeito de campo como biossensores. - Macambira, Christian Nemeth (2021)
Este trabalho tem como objetivo estudar um transistor de tunelamento por efeito de campo de porta dupla (DG) do tipo N (nTFET) para aplicação de biossensoriamento (BioTFET). A análise foi realizada por meio de simulações numéricas bidimensionais utilizando o Sentaurus TCAD. A interação entre o analito e o bioreceptor é simulada usando materiais de permissividade dielétrica () diferentes, localizados nas regiões de subposição (underlap) de dreno e/ou fonte. O aumento da constante dielétrica (k) do biomaterial (bioreceptor + analito) altera o comportamento da corrente de dreno (ID) na região ambipolar ou na corrente de estado ligado, dependendo da localização da região de subposição. O impacto da espessura do canal de silício (tSi), óxido de porta (tox), dopagem de dreno, espessura do biomaterial (tBio), cargas fixas positivas/negativas (QBio), comprimento de subposição na fonte (LUS) e dreno (LUD) foram estudados, afim de melhorar a sensibilidade do dispositivo. Com relação a LUD a sensibilidade mostrou ser maior na faixa entre 20 nm a 30 nm para os Bio-nTFETs simulados, que se enquadra na dimensão de muitos tipos de biomoléculas, sendo possível otimizar o dispositivo para o alvo desejado. A comparação dos biossensores baseados no campo de espraiamento (FF) e os dieletricamente modulados (DM), mostrou que o DM Bio-nTFET possui maior sensibilidade para todos os k estudados, por exemplo, há um aumento de 2 ordens de magnitude para k = 10. Entretanto, para valores baixos de LUD (12,5 nm) a diferença na sensibilidade entre os dispositivos é baixa. Sendo o FF Bio-nTFET mais indicado para uso com biomoléculas de menores dimensões. No caso na presença de cargas, o DM Bio-nTFET mostrou maior sensibilidade na faixa de QBio estudado. Para valores baixos de k o DM mostrou ter uma sensibilidade 45 vezes maior comparado ao biossensor FF, para QBio = 1.1012 cm-2. Entretanto, ao aumentar o k a diferença é diminuída, chegando a ter uma diferença de 8 vezes entre as sensibilidades, para k = 10 e QBio = 1.1012 cm-2. Foi realizado um estudo experimental preliminar a respeito do efeito de cargas de potássio no capacitor MOS para aplicações futuras no Bio-TFET.