Перспективным инструментом для детектирования межмолекулярных взаимодействий, в том числе биохимических, является ионно-чувствительный полевой транзистор - ISFET. С помощью ISFET возможно распознавание различных механизмов специфически адсорбируемых веществ. Также ISFET интегрируется с КМОП-технологией, что открывает новые возможности для создания интеллектуальных микро- и наносистем. В работе изучено влияние конструктивно-технологических параметров ISFET на чувствительность к заряду с использованием численного моделирования. Представлены два типа конструкции ISFET на основе полностью обедненной КНИ-структуры с плавающим затвором. Конструкции отличаются разным способом формирования контакта жидкостная среда - затвор. Получены аналитические зависимости, позволяющие проводить анализ чувствительности ISFET. Показано, что предельная чувствительность достижима на композитной нанопроволочной структуре с субмикронными размерами. Чувствительность рассмотренной конструкции ISFET, выполненного по технологическим нормам 1,2 мкм при адсорбции аналита, составила порядка 50 эффективных зарядов электронов. ISFET, выполненный с субмикронными физическими размерами (ширина проволоки 10 нм, длина 100 нм), имеет чувствительность 1-2 эффективных заряда электронов.
1. Wasilewski T., Gębicki J., Kamysz W. Bioelectronic nose: current status and perspectives // Biosensors and Bioelectronics. – 2017. – Vol. 87. – P. 480–494.
2. Fitzgerald J., Fenniri H. Cutting edge methods for non-invasive disease diagnosis using e-tongue and e-nose devices // Biosensors. – 2017. – Vol. 7. – P. 59–65.
3. Bergveld P. Development of an ion-sensitive solid-state device for neurophysiological measurements // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. –1970. – Vol. 17. – P. 70–71.
4. Matsuo T., Esashi M. Methods of ISFET fabrication // Sensors and Actuators. – 1981. – Vol. 1. –P. 77–96.
5. Cui Y., Wei O., Pork H., Lieber C. Nanowire nanosensors for highly sensitive and selec-tive detection of biological and chemical species // Science. – 2001. – Vol. 293. – P. 1289–1292.
6. Kuznetsov E.V., Chuyko O.V. Study of the sensitivity of pH-sensors based on silicon MOS-nanotransistors // Russian Microelectronics. – 2014. – Vol. 43. – No. 7. –P. 511–515.
7. Schneider M.C., Galup-Montoro C. CMOS analog design using all-region MOSFET modeling. – Cambridge University Press, 2010. – 495 p.
8. Van Hal R.E.G., Eijkel J.C.T., Bergveld P. A general model to describe the electrostatic potential at electrolyte oxide interfaces // Advances in colloid and interface science. – 1996. – Vol. 69. – No. 1. – P. 31–62.
9. Poghossian A.S. The super-Nernstian pH sensitivity of Ta2O5-gate ISFETs // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1992. – Vol. 7. – No. 1. – P. 367–370.
10. Sze S.M., Kwok K.Ng. Physics of Semiconductor Devices. – John Wiley & Sons, Inc., 2006. – 835 p.
11. Colinge J.P. FinFETs and other multi-gate transistors. – N. Y.: Springer, 2008. – 335 p.
12. Arora N. Mosfet modeling for VLSI simulation: theory and practice. – World Scientific, 2007. – 445 p.
13. Aptamer based vanillin sensor using an ion-sensitive field-effect transistor / A. Kuznetsov, N. Komarova, M. Andrianova et al. // Microchimica Acta. – 2018. – Vol. 185. – № 1. – P. 3–11.