Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cảm biến áp lực dựa trên transistor hiệu ứng trường silicon có lớp dielectrics AlN áp điện
Tóm tắt
Các vật liệu áp điện đã được áp dụng vào các cấu trúc cổng transistor nhằm cải thiện hiệu suất MOSFET và phát triển các ứng dụng cảm biến. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày một phương pháp để tạo ra một transistor hiệu ứng trường một phần công nghiệp, với cấu trúc cổng dựa trên AlN ở nhiệt độ thấp. Sử dụng hiệu ứng áp điện của AlN phân cực nitơ, chúng tôi có thể điều khiển transistor bằng cách gây ra biến dạng trên thiết bị. Để đảm bảo độ nhạy tối đa, vật liệu áp điện được đặt càng gần kênh transistor càng tốt và transistor hoạt động ở phần nhạy nhất của chế độ dưới ngưỡng. Điều này cho phép phát hiện các cường độ lực khác nhau tác động lên thiết bị và dễ dàng phân biệt chúng. Cảm biến được tạo ra đã được phân tích bằng XRD, đo dòng điện – điện áp và các phép đo lực cụ thể. Hơn nữa, phản ứng liên tục với sự kích thích tần số thấp định kỳ cũng được nghiên cứu. Do đó, chúng tôi giới thiệu một thiết bị có thể mở rộng quy mô cao với nhiều khả năng ứng dụng, từ các hệ thống cảm biến khác nhau đến thu hoạch năng lượng.
Từ khóa
#vật liệu áp điện #transistor hiệu ứng trường #cảm biến #AlN #hiệu ứng áp điện #MOSFETTài liệu tham khảo
A.I. Kingon, J.-P. Maria, S.K. Streiffer, Nature 406, 1032 (2000)
G.D. Wilk, R.M. Wallace, J.M. Anthony, J. Appl. Phys. 89, 5243 (2001)
K. Yim, Y. Yong, J. Lee, K. Lee, H.-H. Nahm, J. Yoo, C. Lee, C. Seong Hwang, S. Han, NPG Asia Mater. 7, e190 (2015)
D.R. Clark, Materials 7, 2913–2944 (2014)
Sanjeev Kumar Gupta, in Physics and Technology of Silicon Carbide Devices, edited by Jitendra Singh (IntechOpen, Rijeka, 2012), p. Ch.-8
J. Efavi, T. Mollenhauer, T. Wahlbrink, H.D.B. Gottlob, M. Lemme, H. Kurz, Tungsten Work Function Engineering for Dual Metal Gate Nano-CMOS (2005)
B.H. Lee, J. Oh, H.H. Tseng, R. Jammy, H. Huff, Mater. Today 9, 32 (2006)
J.F. Scott, Ferroelectric Memories (Springer, Berlin, 2000)
R. Waser, Resistive Switching: From Fundamentals of Nanoionic Redox Processes to Memristive Device Applications (Wiley, Weinheim, 2016)
H. Kohlstedt, Y. Mustafa, A. Gerber, A. Petraru, M. Fitsilis, R. Meyer, U. Böttger, R. Waser, Microelectron. Eng. 80, 296 (2005)
M. Hoffmann, U. Schroeder, T. Schenk, T. Shimizu, H. Funakubo, O. Sakata, D. Pohl, M. Drescher, C. Adelmann, R. Materlik, A. Kersch, T. Mikolajick, J. Appl. Phys. 118, 072006 (2015)
U. Schroeder, C. Richter, M.H. Park, T. Schenk, M. Pešić, M. Hoffmann, F.P.G. Fengler, D. Pohl, B. Rellinghaus, C. Zhou, C.-C. Chung, J.L. Jones, T. Mikolajick, Inorg. Chem. 57, 2752 (2018)
Z.L. Wang, Adv. Mater. 24, 4632 (2012)
Z.L. Wang, Piezotronics and Piezo-Phototronics (Springer, Heidelberg, 2012)
N.M. Triet, T.Q. Trung, N.T.D. Hien, S. Siddiqui, D.-I. Kim, J.C. Lee, N.-E. Lee, Nano Res. 8, 3421 (2015)
Y.-G. Ha, K. Everaerts, M.C. Hersam, T.J. Marks, Acc. Chem. Res. 47, 1019 (2014)
S. Marauska, T. Dankwort, H.J. Quenzer, B. Wagner, Procedia Eng. 25, 1341 (2011)
J.C. Doll, B.C. Petzold, B. Ninan, R. Mullapudi, B.L. Pruitt, J. Micromech. Microeng. 20, 025008 (2009)
C. Fei, X. Liu, B. Zhu, D. Li, X. Yang, Y. Yang, Q. Zhou, Nano Energy 51, 146 (2018)
C.M. Leung, J. Li, D. Viehland, X. Zhuang, J. Phys. D 51, 263002 (2018)
S.J. Rupitsch, Piezoelectric Sensors and Actuators: Fundamentals and Applications (Springer, Berlin, 2019)
K. Uchino, Advanced Piezoelectric Materials (Elsevier, Kidlington, 2017)
P. Songsukthawan, C. Jettanasen, in 2017 IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC 2017-ECCE Asia) (2017), pp. 2256–2259
S.H. Baek, J. Park, D.M. Kim, V.A. Aksyuk, R.R. Das, S.D. Bu, D.A. Felker, J. Lettieri, V. Vaithyanathan, S.S.N. Bharadwaja, N. Bassiri-Gharb, Y.B. Chen, H.P. Sun, C.M. Folkman, H.W. Jang, D.J. Kreft, S.K. Streiffer, R. Ramesh, X.Q. Pan, S. Trolier-McKinstry, D.G. Schlom, M.S. Rzchowski, R.H. Blick, C.B. Eom, Science 334, 958 (2011)
Y.-R. Wu, J. Singh, Appl. Phys. Lett. 85, 1223 (2004)
S. Gupta, H. Heidari, A. Vilouras, L. Lorenzelli, R. Dahiya, IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap. 63, 2200 (2016)
E. Yarar, V. Hrkac, C. Zamponi, A. Piorra, L. Kienle, E. Quandt, AIP Adv. 6, 075115 (2016)
R. Takei, H. Okada, D. Noda, R. Ohta, T. Takeshita, T. Itoh, T. Kobayashi, Jpn. J. Appl. Phys. 56, 04CC03 (2017)
J.-P. Colinge, C.A. Colinge, Physics of Semiconductor Devices (Springer, New York, 2002)
S.M. Sze, K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd edn. (Wiley, Hoboken, 2007)
C.S. Smith, Phys. Rev. 94, 42 (1954)
W.D. Brown, J. Brewer, in Nonvolatile Semiconductor Memory Technology: A Comprehensive Guide to Understanding and Using NVSM Devices (IEEE, 1998)
P. Pavan, R. Bez, P. Olivo, E. Zanoni, Proc. IEEE 85, 1248 (1997)
V.D. da Silva, Mechanics and Strength of Materials (Springer, Berlin, 2006)
B. Bhushan, X. Li, J. Mater. Res. 12, 54 (1997)
S. Gupta, N. Yogeswaran, F. Giacomozzi, L. Lorenzelli, R. Dahiya, in 2018 IEEE Sensors (2018), pp. 1–4
A. Adami, R.S. Dahiya, C. Collini, D. Cattin, L. Lorenzelli, Sens. Actuators A 188, 75 (2012)