Design and simulation of a high sensitive graphene based ISFET pH sensor with readout circuit

Elektrokimyasal sensörler, bir numunedeki analitlerin konsantrasyonunu tespit etmek ve ölçmek için elektrokimyasal reaksiyonları kullanan cihazlardır. Bir elektrokimyasal sensör olarak, iyona duyarlı alan etkili bir transistör olan ISFET, bir biyosensörün temel yapısıdır. Bu tez, grafen tabanlı çift kapılı ISFET'e sahip yüksek hassasiyetli bir pH sensörü sunar. Önerilen cihazın tasarımı ve simülasyonları SILVACO TCAD (Technology Computer Aided Design) yazılımı ve Cadence Virtuoso ortamında gerçekleştirilmiştir. Grafen ve alüminyum oksit sırasıyla kanal ve algılama filmi olarak kullanılır. Kanal kalınlığı 10 nm iken cihazın kalınlığı 800 nm'dir. Simülasyonlar yoluyla cihazın transfer ve çıkış karakteristik eğrileri elde edilmiştir. Ayrıca, 90nm Generic Process Design Kit (gpdk090) kitaplığı kullanılarak bir okuma devresi tasarlandıktan sonra, önerilen cihazın Lineerliği, Kararlılığı ve Sıcaklığa bağlılığı analiz edilmiş ve tartışılmıştır. Arka kapı, kanal malzemesi ve hassas katmanın cihaz performansı üzerindeki etkileri, elektriksel özellikler, eşik voltajı ve drenaj akımı değerlendirilerek değerlendirilir. Önerilen cihazın hassasiyeti literatürdeki en iyi performans skoru olan 1066 mv/pH olarak Nernst sınırının yaklaşık 18 katı olarak elde edilmiştir. Önerilen cihaz, güvenilir ve daha yüksek algılama hassasiyetine sahip yeni bir ISFET yapısı sunmaktadır.