最多研究的离子检测设备是离子敏感的场效应晶体管(ISFET)。ISFET架构基于常规的场效应晶体管结构,在该结构中,将电解质解放置在栅极(命名参考电极)和绝缘体之间。[6–8] ISFET基于硅技术,在该技术中,电解质与通道之间的直接接触是不可能的。最近,使用基于金属氧化物,石墨烯和有机导体的新兴技术通过去除绝缘层来开发ISFET结构。[9–11]电解质溶液和半导体通道之间的直接接触导致工作电压较低和灵敏度提高。在各种技术方法中,由于其比较优势,有机物受到了极大的关注。有机物可以在低温下处理,柔软导致与生物组织的机械兼容性,支持混合的离子电导传导率,并且可以对其性能进行化学调整以靶向特定的应用要求。专注于生物电子应用,有机物提供的其他基本特征是水性环境中的稳定性,并且在晶体管体系结构中使用时,已经证明了设备操作远低于1 V。[11–16]后一种特征对于避免电解很重要。在电气门控有机晶体管中,晶体管的通道通过电解质与栅极接触。[20],因为整个电影的整体参与[17]在这种配置中,有机通道材料可以对电解质离子不可渗透或渗透。在以前的操作方式中,在栅极/电解质和元素/通道界面上形成了纳米厚的“电气双层”(EDL)。电解质/通道EDL以≈1÷10μfcm-2的顺序提供电容值,从而导致子伏电压操作。[18,19]在后一种操作模式下,有机半导体可渗透到电解质上,从而产生了有机电化学晶体管(OECTS)的类别。
摘要:在过去的几十年中,微电子行业一直在积极研究除数字逻辑和存储器之外的半导体器件功能集成的潜力,包括在同一芯片上集成射频和模拟电路、生物芯片和传感器。在气体传感器集成的情况下,未来的器件必须使用与数字逻辑晶体管工艺兼容的制造技术来制造。这可能需要采用成熟的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造技术或与 CMOS 兼容的技术,因为该技术具有固有的低成本、可扩展性和大规模生产潜力。虽然化学电阻半导体金属氧化物 (SMO) 气体传感器是过去研究的主要半导体气体传感器技术,并最终实现商业化,但它们需要高温操作来为分子检测环境中气体所必需的表面化学反应提供足够的能量。因此,在 MEMS 结构中集成微加热器是一项要求,这可能非常复杂。因此,这是不可取的,人们正在研究和寻求室温或至少接近室温的解决方案。使用紫外线照射已经实现了室温 SMO 操作,但这进一步使 CMOS 集成复杂化。最近的研究表明,二维 (2D) 材料可以为这个问题提供解决方案,因为它们很有可能与复杂的 CMOS 制造集成,同时即使在室温下也能对大量目标气体提供高灵敏度。本综述讨论了许多类型的有前途的 2D 材料,由于存在足够宽的带隙,这些材料显示出作为数字逻辑场效应晶体管 (FET) 的通道材料以及化学电阻和基于 FET 的传感膜集成的巨大潜力。本综述不包括石墨烯,而研究了使用氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、过渡金属二硫属化物 (TMD)、磷烯和 MXenes 在气体传感方面取得的最新成就。
宽带间隙(WBG)碱性晶酸盐透明氧化物半导体(TOSS)近年来引起了越来越多的关注,因为它们的高载流子迁移率和出色的光电特性,这些特性已应用于诸如Flat-Panel显示器等广泛的应用。然而,大多数碱性地球酸盐是由分子束外延(MBE)生长的,有关锡源的问题存在一些棘手的问题,包括带有SNO和SN源的波动性以及SNO 2源的分解。相反,原子层沉积(ALD)是具有精确的化学计量控制和原子尺度上可调厚度的复杂stannate钙钛矿生长的理想技术。在此,我们报告了la-srsno 3 /batio 3 perovskite异质结构异质集成在SI(001)上,该结构使用ALD种植的La掺杂的Srsno 3(LSSO)作为通道材料,并用作MBE生长的Batio 3(BTO)作为介电材料。反射性高能电子衍射和X射线衍射结果表明每个外延层的结晶度为0.62,全宽度最高(FWHM)。原位X射线光电子光谱结果证实,ALD沉积LSSO中没有SN 0状态。这项工作扩展了当前的优化方法,用于减少外在LSSO/BTO钙钛矿异质结构中的缺陷,并表明过量的氧气退火是增强LSSO/BTO异质结构的电容性能的强大工具。Besides, we report a strategy for the post-treatment of LSSO/BTO perovskite heterostructures by controlling the oxygen annealing temperature and time, with a maximum oxide capacitance C ox = 0.31 μF/cm 2 and a minimum low- frequency dispersion for the devices with 7 h oxygen annealing at 400 C. The enhancement of capacitance properties is primarily attributed to a在额外的异位过量氧气退火过程中,膜中氧空位的减少和异质结构界面中的界面缺陷。
在过去的几十年中,互补的金属 - 氧化物 - 氧化 - 氧化核(CMOS)技术一直是现代综合电路发展的推动力。增强栅极静电控制以提高对短通道效应(SCE)的免疫力(尤其是在积极缩放晶体管技术的发展中)的关键策略。这包括开发高等效氧化物厚度(EOT)缩放的高κ /金属门技术,以及超薄体,鳍和堆叠的纳米片通道晶体管;在3 nm技术节点1之外,半导体工业(遵循FIN场效应晶体管技术)目前正在采用堆叠的纳米表晶体管。要进一步扩展长度尺寸并保持良好的驱动电流,至关重要的是抑制SCE。可以使用增加数量的薄堆积通道来实现这一目标。然而,常规半导体晶体管的性能迅速降低到硅的3 nm厚度低于3 nm的厚度,而INGAAS的性能降低了10 nm。二维(2D)半导体是一种替代通道材料,与传统的半导管相比,单层厚度和单层厚度较高,在单层厚度上具有更高的迁移率。但是,2D材料缺乏高品质的大区域CMOS兼容生长技术。也很难在其范德华表面形成介电。此外,这些材料很难浓缩,并且在Schottky金属/半导体触点处引起的高接触分析。特别是原子层氧化物半导体,尤其是无定形im-gallium-Zinc氧化物(Igzo) - 用于平面晶体管(TFTS)中的半导体通道材料(用于平面式式施用应用程序12)。但是,尽管是高批量制造的成熟技术,但氧化物半导体很少被视为用于缩放高性能晶体管的Channel材料。这是由于它们的低电荷载流子迁移率约为10 cm 2 v -1 s –1,并且在质量生产中使用时,它们通常需要多达几十纳米的通道厚度13。然而,对于单一三维(3D)整合应用14-21的CMOS后端(BEOL)中氧化物半导体晶体管的使用引起了兴趣。