• 文献检索
  • 文档翻译
  • 深度研究
  • 学术资讯
  • Suppr Zotero 插件Zotero 插件
  • 邀请有礼
  • 套餐&价格
  • 历史记录
应用&插件
Suppr Zotero 插件Zotero 插件浏览器插件Mac 客户端Windows 客户端微信小程序
定价
高级版会员购买积分包购买API积分包
服务
文献检索文档翻译深度研究API 文档MCP 服务
关于我们
关于 Suppr公司介绍联系我们用户协议隐私条款
关注我们

Suppr 超能文献

核心技术专利:CN118964589B侵权必究
粤ICP备2023148730 号-1Suppr @ 2026

文献检索

告别复杂PubMed语法,用中文像聊天一样搜索,搜遍4000万医学文献。AI智能推荐,让科研检索更轻松。

立即免费搜索

文件翻译

保留排版,准确专业,支持PDF/Word/PPT等文件格式,支持 12+语言互译。

免费翻译文档

深度研究

AI帮你快速写综述,25分钟生成高质量综述,智能提取关键信息,辅助科研写作。

立即免费体验

基于像素的生物传感器增强控制:在全耗尽绝缘体上硅技术中,与场效应晶体管单片集成的硅纳米线。

Pixel-based biosensor for enhanced control: silicon nanowires monolithically integrated with field-effect transistors in fully depleted silicon on insulator technology.

机构信息

KTH Royal Institute of Technology, Department of Electronics, School of Electrical Engineering and Computer Science, SE-16440 Kista, Sweden.

出版信息

Nanotechnology. 2019 May 31;30(22):225502. doi: 10.1088/1361-6528/ab0469. Epub 2019 Feb 5.

DOI:10.1088/1361-6528/ab0469
PMID:30721898
Abstract

Silicon nanowires (SiNWs) are a widely used technology for sensing applications. Complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) integration of SiNWs advances lab-on-chip (LOC) technology and offers opportunities for read-out circuit integration, selective and multiplexed detection. In this work, we propose novel scalable pixel-based biosensors exploiting the integration of SiNWs with CMOS in fully-depleted silicon-on-insulator technology. A detailed description of the wafer-scale fabrication of SiNW pixels using the CMOS compatible sidewall-transfer-lithography as an alternative to widely investigated time inefficient e-beam lithography is presented. Each 60 nm wide SiNWs sensor is monolithically connected to a control transistor and novel on-chip fluid-gate forming an individual pixel that can be operated in two modes: biasing transistor frontgate (V ) or substrate backgate (V ). We also present the first electrical results of single N and P-type SiNW pixels. In frontgate mode, N and P-type SiNW pixels exhibit subthreshold slope (SS) ≈ 70-80 mV/dec and I /I  ≈ 10. The N-type and P-type pixels have an average threshold voltage, Vth of -1.7 V and 0.85 V respectively. In the backgate mode, N and P-type SiNW pixels exhibit SS ≈ 100-150 mV/dec and I /I  ≈ 10. The N and P-type pixels have an average V of 5 V and -2.5 V respectively. Further, the influence of the backgate and frontgate voltage on the switching characteristics of the SiNW pixels is also studied. In the frontgate mode, the V of the SiNW pixels can be tuned at 0.2 V for 1 V change in V for N-type or at -0.2 V for -1 V change in V for P-type pixels. In the backgate mode, it is found that for stable operation of the pixels, the V of the N and P-type transistors must be in the range 0.5-2.5 V and 0 V to -2.5 V respectively.

摘要

硅纳米线(SiNWs)是一种广泛应用于传感应用的技术。互补金属氧化物半导体(CMOS)与 SiNWs 的集成推进了片上实验室(LOC)技术的发展,并为读出电路集成、选择性和多路复用检测提供了机会。在这项工作中,我们提出了一种新的基于像素的生物传感器,利用 CMOS 与全耗尽绝缘体上硅技术中的 SiNWs 集成。详细描述了使用 CMOS 兼容的侧壁转移光刻代替广泛研究的耗时低效的电子束光刻来制造 SiNW 像素的晶圆级制造过程。每个 60nm 宽的 SiNW 传感器都与一个控制晶体管和一个新的片上流体门单片连接,形成一个可以在两种模式下工作的单个像素:偏置晶体管前栅极(V )或衬底背栅极(V )。我们还展示了单个 N 型和 P 型 SiNW 像素的第一个电结果。在前栅极模式下,N 型和 P 型 SiNW 像素的亚阈值斜率(SS)约为 70-80 mV/dec 和 I /I 约为 10。N 型和 P 型像素的平均阈值电压 Vth 分别为-1.7V 和 0.85V。在背栅极模式下,N 型和 P 型 SiNW 像素的 SS 约为 100-150 mV/dec 和 I /I 约为 10。N 型和 P 型像素的平均 V 分别为 5V 和-2.5V。此外,还研究了背栅极和前栅极电压对 SiNW 像素开关特性的影响。在前栅极模式下,对于 N 型像素,当 V 改变 1V 时,SiNW 像素的 V 可以在 0.2V 下进行调谐;对于 P 型像素,当 V 改变-1V 时,SiNW 像素的 V 可以在-0.2V 下进行调谐。在背栅极模式下,发现为了稳定像素的工作,N 型和 P 型晶体管的 V 必须分别在 0.5-2.5V 和 0V 到-2.5V 的范围内。

相似文献

1
Pixel-based biosensor for enhanced control: silicon nanowires monolithically integrated with field-effect transistors in fully depleted silicon on insulator technology.基于像素的生物传感器增强控制:在全耗尽绝缘体上硅技术中,与场效应晶体管单片集成的硅纳米线。
Nanotechnology. 2019 May 31;30(22):225502. doi: 10.1088/1361-6528/ab0469. Epub 2019 Feb 5.
2
Monolithic Wafer Scale Integration of Silicon Nanoribbon Sensors with CMOS for Lab-on-Chip Application.用于芯片实验室应用的硅纳米带传感器与互补金属氧化物半导体的单片晶圆级集成。
Micromachines (Basel). 2018 Oct 25;9(11):544. doi: 10.3390/mi9110544.
3
Ultra-sensitive nucleic acids detection with electrical nanosensors based on CMOS-compatible silicon nanowire field-effect transistors.基于与 CMOS 兼容的硅纳米线场效应晶体管的电纳米传感器的超灵敏核酸检测。
Methods. 2013 Oct;63(3):212-8. doi: 10.1016/j.ymeth.2013.07.012. Epub 2013 Jul 22.
4
Top-down fabrication of fully CMOS-compatible silicon nanowire arrays and their integration into CMOS Inverters on plastic.自上而下制备全 CMOS 兼容的硅纳米线阵列及其在塑料上与 CMOS 反相器集成。
ACS Nano. 2011 Apr 26;5(4):2629-36. doi: 10.1021/nn102594d. Epub 2011 Mar 15.
5
Sensing with Advanced Computing Technology: Fin Field-Effect Transistors with High-k Gate Stack on Bulk Silicon.利用先进计算技术进行感应:体硅上具有高-k 栅堆栈的 Fin 场效应晶体管。
ACS Nano. 2015 May 26;9(5):4872-81. doi: 10.1021/nn5064216. Epub 2015 Apr 24.
6
Process Variability in Top-Down Fabrication of Silicon Nanowire-Based Biosensor Arrays.基于硅纳米线的生物传感器阵列的自上而下制造中的工艺变化。
Sensors (Basel). 2021 Jul 29;21(15):5153. doi: 10.3390/s21155153.
7
Evaluation of Seebeck coefficients in n- and p-type silicon nanowires fabricated by complementary metal-oxide-semiconductor technology.通过互补金属氧化物半导体技术制造的n型和p型硅纳米线中的塞贝克系数评估。
Nanotechnology. 2012 Oct 12;23(40):405707. doi: 10.1088/0957-4484/23/40/405707. Epub 2012 Sep 20.
8
Application of Silicon Nanowire Field Effect Transistor (SiNW-FET) Biosensor with High Sensitivity.硅纳米线场效应晶体管(SiNW-FET)生物传感器的高灵敏度应用。
Sensors (Basel). 2023 Jul 30;23(15):6808. doi: 10.3390/s23156808.
9
CMOS-Compatible Silicon Nanowire Field-Effect Transistor Biosensor: Technology Development toward Commercialization.互补金属氧化物半导体兼容的硅纳米线场效应晶体管生物传感器:迈向商业化的技术发展
Materials (Basel). 2018 May 11;11(5):785. doi: 10.3390/ma11050785.
10
Silicon nanowire ion sensitive field effect transistor with integrated Ag/AgCl electrode: pH sensing and noise characteristics.硅纳米线离子敏感场效应晶体管与集成 Ag/AgCl 电极:pH 传感和噪声特性。
Analyst. 2011 Dec 7;136(23):5012-6. doi: 10.1039/c1an15568g. Epub 2011 Oct 10.

引用本文的文献

1
Analysis of Electric Field Distribution for SOI-FET Sensors with Dielectrophoretic Control.SOI-FET 传感器的电场分布分析与介电泳控制。
Sensors (Basel). 2022 Mar 23;22(7):2460. doi: 10.3390/s22072460.