【器件论文】揭示用于高灵敏度、可靠氨气检测的 β-Ga₂O₃ FinFET 的设计与优化

        由印度德里大学的研究团队在学术期刊 Journal of Physics D: Applied Physics 发布了一篇名为 Unveiling design and optimization of β-Ga₂O₃ FinFET for high sensitivity and reliable ammonia gas detection（揭示用于高灵敏度、可靠氨气检测的 β-Ga₂O₃ FinFET 的设计与优化）的文章。

摘要

        本研究探讨了使用钴（Co）作为传感栅电极的 β-氧化镓（β-Ga₂O₃）鳍式场效应晶体管（FinFET）的氨气（NH₃）传感性能。β-Ga₂O₃ 的高热稳定性和化学稳定性，结合 FinFET 架构的卓越静电控制，即使在恶劣环境中也能实现增强的灵敏度和可靠运行。所提器件的设计和广泛模拟均采用 Sentaurus TCAD 模拟器进行。此外，为了验证模拟模型的准确性，对 β-Ga₂O₃ FinFET 进行了实验结果校准。通过测量关键电参数（如表面电势、传输特性、阈值电压和跨导）的可变化量，有助于氨气的检测。所提传感器在不同氨气浓度下的灵敏度由 I_DS-V_GS 曲线得出，该曲线涉及漏极截止电流（S_IDOFF）、导通电流（S_IDON）、阈值电压（S_VTH）和开关比（S_IDON/IDOFF）。模拟结果表明，在室温下，对于 10 ppm 的氨气浓度，β-Ga₂O₃ FinFET 氨气传感器表现出优异的 S_IDOFF（5.94×10⁴）和 S_IDON/DOFF（2.85×10⁴）。氨气浓度变化下的线性传感响应证明了该传感器在精确监测氨气方面的稳健性和有效性。此外，为了优化所提传感器的灵敏度，对鳍尺寸参数（如鳍宽和鳍高）变化的影响进行了深入研究。优化设计的 β-Ga₂O₃ FinFET 氨气传感器具有 0.37 ppm 的低检测限，瞬态响应和恢复时间分别为 30 μs 和 62 μs。此外，还在宽温度范围（275 K–425 K）内测试了传感器的可靠性。最后，与现有氨气传感器的详细对比分析证明，所提传感器具有增强的灵敏度、快速的动态响应和低检测限，使其成为设计氨气传感器的潜在竞争者。

原文链接：

https://doi.org/10.1088/1361-6463/ae93cd