Projeto e fabricação de um BESOI Túnel-FET como elemento biossensor. - Mori, Carlos Augusto Bergfeld (2023)
Biossensores têm um papel fundamental na melhoria da qualidade e extensão de vida de uma sociedade, sendo de grande importância para acompanhar em tempo real o desenvolvimento de doenças e até prevenir ameaças biológicas de alto risco. Esta tese de doutorado propõe, de forma inédita, a fabricação, caracterização elétrica e aplicação como biossensor de um novo dispositivo, o transistor back-enhanced Silicon-On-Insulator de tunelamento induzido por efeito de campo (BESOI Túnel-FET). Inicialmente, são realizadas simulações que verificam a viabilidade da estrutura proposta, mostrando sua capacidade de operar como Túnel-FET de canal tipo p ou como MOSFET de canal tipo n, a depender apenas das polarizações aplicadas. Segue-se para a fabricação propriamente dita dos dispositivos, com máscaras especialmente projetadas, resultando em transistores de 290 m de comprimento e 210 m de largura, com óxido de porta de aproximadamente 10 nm de espessura. Em seguida, faz-se a caracterização elétrica destes transistores, observando-se correntes de centenas de microampères, tensão de limiar variando linearmente de 2 V a -2 V em função da polarização de substrato, e inclinação de sublimiar de aproximadamente 100 mV/dec para a operação como nMOS. Para operação como pTFET, obtém-se correntes da ordem centenas de nanoampères, devendo-se destacar a ausência do efeito ambipolar parasitário, comum em transistores de efeito de tunelamento. Além disso, apresentam-se também testes de sua aplicação como elemento biossensor, sendo observada uma relação linear entre concentração de glicose e corrente de dreno. Por fim, resultados de estudos de ruído em bioFETs, isto é, finFETs modificados sem metal de porta e com a superfície exposta de óxido funcionalizada para operação como biossensores, fabricados no imec, Bélgica, são apresentados, tendo como principal resultado uma relação sinal-ruído máxima da ordem de cinco vezes quando a porta é polarizada em torno da tensão de limiar, possibilitando sua aplicação como biossensor capaz de detectar moléculas específicas de DNA.