研究目的
通过用金属/半导体肖特基结替代氧化物/半导体界面来降低SiNWFET本征器件噪声。
研究成果
与传统的MOSFET相比，SiNW-SJGFETs展现出显著降低的低频噪声，具有近乎理想的亚阈值斜率和高开关电流比。这种噪声降低特性，加上通过全包围栅极结构等优化设计可能实现的进一步改进，使SJGFETs在离子传感及其他领域的高信噪比传感器应用中极具前景。
研究不足
SJGFETs的操作范围受栅极漏电流限制，这可能导致读出电流漂移。偏置条件需谨慎调整以避免肖特基结正向偏置。纳米级器件的噪声离散可能影响性能一致性。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用标准硅CMOS技术设计并制备了肖特基结栅控硅纳米线场效应晶体管（SiNW-SJGFETs），并设置了耗尽型和反型模式SiNWFETs作为对照组。运用了阈值电压和栅极漏电流的理论模型。
2：样本选择与数据来源：
器件在具有特定掺杂浓度和尺寸的绝缘体上硅（SOI）晶圆上制备。对这些制备的器件进行了电学和噪声测量。
3：实验设备与材料清单：
设备包括用于电学表征的Keysight B1500A精密半导体参数分析仪、用于噪声测量的Keysight E4727A高级低频噪声分析仪、用于图案化的电子束光刻（EBL）、反应离子刻蚀、用于硅化物形成的快速热处理（RTP）以及用于氧化物生长的原子层沉积（ALD）。材料包括SOI晶圆、铂（Pt）、二氧化铪（HfO2）和用于容器的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。
4：实验步骤与操作流程：
制备过程包括减薄硅层、离子注入掺杂、EBL和刻蚀进行器件图案化、Pt蒸发和剥离、PtSi形成的RTP以及金属化。电学测量包括转移和输出特性、低频噪声分析，以及使用带有pH和Na+溶液的扩展栅电极进行离子传感。
5：数据分析方法：
噪声数据通过功率谱密度（PSD）测量进行分析，计算了归一化噪声和跨导。使用Silvaco进行模拟以分析电子密度和电流分布。
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获取完整内容-
Precision Semiconductor Parameter Analyzer
B1500A
Keysight
Used for measuring transfer and output characteristics of the devices.
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Advanced Low-Frequency Noise Analyzer
E4727A
Keysight
Used for characterizing the power spectral density of drain-to-source current.
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Electron Beam Lithography System
Used for defining the device structures such as SiNW and source/drain terminals.
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Reactive Ion Etching System
Used for etching the defined patterns into the silicon layer.
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Rapid Thermal Processing System
Used for forming platinum silicide by annealing.
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Atomic Layer Deposition System
Used for growing gate oxide layers such as HfO2.
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Scanning Electron Microscope
Used for imaging the device structures, e.g., top-view and cross-sectional views.
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Transmission Electron Microscope
Used for cross-sectional imaging and elemental analysis via EDX.
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Energy Dispersive X-ray Spectroscopy System
EDX
Used for elemental profiling to confirm material compositions.
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Reference Electrode
AgCl/Ag
Used in ion sensing experiments to set the reference potential in electrolytes.
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Polydimethylsiloxane Container
PDMS
Used to hold the solution during ion sensing measurements.
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