我校研究团队在二维纳米电子学传感器件领域取得重要进展-天津师范大学

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我校研究团队在二维纳米电子学传感器件领域取得重要进展


发布时间:2019-12-18

电子与通信工程学院(通讯员岳志鹏)近日,我校电子与通信工程学院青年教师王程指导的先进材料与器件交叉实验室研究团队在二维材料石墨烯晶体管电子学生物传感器领域取得创新性研究成果。该成果以“Fullysolid-state graphene transistors with striking homogeneity and sensitivity forthe practicalization of single-device electronic bioassays”为题在世界顶级物理电子学期刊NanoLetters(纳米快报)上在线发表研究论文(DOI:10.1021/acs.nanolett.9b03528)。NanoLetters是美国化学学会(ACS)顶级期刊,影响因子12.279,代表物理电子学及纳米电子学器件研究的最高学术水平。此项成果系我校首次作为第一完成单位和第一通讯单位登上该期刊。

石墨烯是已知具有最高载流子迁移率的半导体(半金属)材料,是开发高性能电子学传感器的绝佳选择。但石墨烯单层碳原子薄膜的二维结构不同于块体材料,所有组成原子都位于材料表面导致了其电子学性能受污染物吸附影响极不稳定。受此影响,传统石墨烯场效应管(graphenefield-effect transistor, GFET)结构传感器件由于石墨烯敏感沟道直接与水溶液接触,污染物吸附引起严重的电气性能不稳定。由此引起的器件间性能不一致问题导致了石墨烯电子学传感器无法实用化。为了克服这一问题,本课题研究者首次提出了一种全固态石墨烯场效应管(fullysolid-stategraphene field-effect transistor, FSS-GFET)器件结构,通过原子层蒸镀沉积技术加工二氧化铪(HfO2)固态上栅结构对石墨烯敏感沟道进行完全封闭阻隔污染,并在石墨烯垂直上方加工金属浮栅结构承载溶液中带电微粒的电场效应激励。通过检测水溶液中铅离子浓度的实验验证,新器件实现了接近硅半导体IC器件的性能一致性,传感器性能提升超过2个数量级。虽然本课题研究者并不想宣称FSS-GFET结构是GFET传感器件的终极形态,但这一结构无疑为未来石墨烯电子传感器的实用化提供了一种可行的解决方案。

电子与通信工程学院近年来锐意探索学生培养与学术研究的全新模式,实行接轨国际的独立PI制度,大力支持青年教师独立开展研究工作,并尝试对优秀本科生进行课堂之外科研培养。依托天津市无线移动通信与能量传输重点实验室,青年教师王程于2017年底被引进电通学院工作,组建先进材料与器件交叉实验室,以期填补学院在微电子学与半导体纳米器件研究领域的空白,应对“后摩尔时代”的科学技术挑战。此项研究工作由王程联合东南大学青年教师贾原、苏州大学青年教师叶巍翔共同策划并指导,大学生创新创业暨优秀生团队吴晶晶、何亚硕、宋泽、石苏蒙等优秀本科生共同完成。此后,实验室将逐次推进二维材料范德瓦耳斯异质结等前沿研究课题。

此项研究工作由国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、天津市自然科学基金、天津师范大学本科生创新创业训练计划等项目资助。

图片由电子与通信工程学院提供

编辑:夏然



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