A CIPS-based negative capacitance field-effect transistor biosensor with extended-gate structure DOI

Caizhen Su,

Haojie Zhao,

Jiawen Yan

и другие.

Applied Physics Letters, Год журнала: 2025, Номер 126(19)

Опубликована: Май 12, 2025

Biosensors based on field-effect transistor (FET) have advantages of label-free detection, rapid response, small size, and good compatibility with semiconductor manufacturing process. However, their sensitivities are limited by the Boltzmann distribution electrons. Negative capacitance effect has potential to address this challenge. Here, we realize two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) heterojunction negative transistors (NCFETs) MoS2 channel, CuInP2S6 ferroelectric layer, graphene contacts, hexagonal boron nitride dielectric top gate. The devices exhibit excellent electrical performance on–off ratio 106 subthreshold swing 26 mV/dec. Due ultrasmall value, NCFET demonstrates a high pH detection sensitivity (675.8 pH−1), significantly outperforming traditional 2D-material FET biosensors (445.5 pH−1). An extended-gate structure TiN sensing membrane is connected NCFET. This prevents leakage current between solution gate dielectric, which can improve stability biosensor. work provides insights into design biochemical platform. observation in all-2D-material-based biosensor may stimulate further fundamental research applications.

Язык: Английский

Ferro-ionic states and domains morphology in HfxZr1−xO2 nanoparticles DOI
Eugene A. Eliseev, Sergei V. Kalinin, Anna N. Morozovska

и другие.

Journal of Applied Physics, Год журнала: 2025, Номер 137(3)

Опубликована: Янв. 15, 2025

Unique polar properties of nanoscale hafnia-zirconia oxides (HfxZr1−xO2) are great interest for condensed matter physics, nanophysics, and advanced applications. These connected (at least partially) to the ionic–electronic electrochemical phenomena at surface, interfaces, and/or internal grain boundaries. Here, we calculated phase diagrams, dielectric permittivity, spontaneous polar, antipolar ordering, as well domain structure morphology in HfxZr1−xO2 nanoparticles covered by charge originating from surface adsorption. We revealed that ferro-ionic coupling supports long-range order HfxZr1−xO2, induces, enlarges stability region labyrinthine domains toward smaller sizes environmental constant low concentrations ions. The causes transition single-domain state high predict states, being multiple-degenerated, may significantly affect emergence negative differential capacitance nanograined/nanocrystalline films.

Язык: Английский

Процитировано

1
Перспективні нанорозмірні сегнетоелектрики, сумісні з напівпровідниковими технологіями DOI Open Access
Eugene A. Eliseev

Visnik Nacional noi academii nauk Ukrai ni, Год журнала: 2025, Номер 3, С. 80 - 89

Опубликована: Март 18, 2025

У доповіді обговорено результати фундаментальних і прикладних досліджень, проведених в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, зі створення й технологічного освоєння сегнетоелектричних наноматеріалів на основі простих оксидів нітридів, зокрема плівок, частинок, а також їх композитів з полімерними матеріалами. Завдяки цим роботам започатковано новий напрям наукових досліджень «кремнійсумісні наносегнетоелектрики» запропоновано нову групу наноматеріалів, які здатні задовольнити потреби сучасної індустрії виробництва напівпровідникових приладів. Як цитувати: Єлісєєв Є.А. Перспективні нанорозмірні сегнетоелектрики, сумісні напівпровідниковими технологіями (стенограма засіданні Президії України 22 січня 2025 р.). Вісник України. 2025. № 3. С. 80—89. https://doi.org/10.15407/visn2025.03.080

Процитировано

0
A CIPS-based negative capacitance field-effect transistor biosensor with extended-gate structure DOI

Caizhen Su,

Haojie Zhao,

Jiawen Yan

и другие.

Applied Physics Letters, Год журнала: 2025, Номер 126(19)

Опубликована: Май 12, 2025

Biosensors based on field-effect transistor (FET) have advantages of label-free detection, rapid response, small size, and good compatibility with semiconductor manufacturing process. However, their sensitivities are limited by the Boltzmann distribution electrons. Negative capacitance effect has potential to address this challenge. Here, we realize two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) heterojunction negative transistors (NCFETs) MoS2 channel, CuInP2S6 ferroelectric layer, graphene contacts, hexagonal boron nitride dielectric top gate. The devices exhibit excellent electrical performance on–off ratio 106 subthreshold swing 26 mV/dec. Due ultrasmall value, NCFET demonstrates a high pH detection sensitivity (675.8 pH−1), significantly outperforming traditional 2D-material FET biosensors (445.5 pH−1). An extended-gate structure TiN sensing membrane is connected NCFET. This prevents leakage current between solution gate dielectric, which can improve stability biosensor. work provides insights into design biochemical platform. observation in all-2D-material-based biosensor may stimulate further fundamental research applications.

Язык: Английский

Процитировано

0