Enhancement of Ion-Sensitive Field-Effect Transistors through Sol-Gel Processed Lead Zirconate Titanate Ferroelectric Film Integration and Coplanar Gate Sensing Paradigm

锆钛酸铅 材料科学 铁电性 场效应晶体管 光电子学 晶体管 铅(地质) 电气工程 电介质 电压 工程类 地貌学 地质学
作者
Dong-Gyun Mah,Seong-Moo Oh,Jongwan Jung,Won-Ju Cho
出处
期刊:Chemosensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (7): 134-134 被引量:3
标识
DOI:10.3390/chemosensors12070134
摘要

To facilitate the utility of field effect transistor (FET)-type sensors, achieving sensitivity enhancement beyond the Nernst limit is crucial. Thus, this study proposed a novel approach for the development of ferroelectric FETs (FeFETs) using lead zirconate titanate (PZT) ferroelectric films integrated with indium–tungsten oxide (IWO) channels synthesized via a cost-effective sol-gel process. The electrical properties of PZT-IWO FeFET devices were significantly enhanced through the strategic implementation of PZT film treatment by employing intentional annealing procedures. Consequently, key performance metrics, including the transfer curve on/off ratio and subthreshold swings, were improved. Moreover, unprecedented electrical stability was realized by eliminating the hysteresis effect during double sweeps. By leveraging a single-gate configuration as an FeFET transformation element, extended-gate (EG) detection methodologies for pH sensing were explored, thereby introducing a pioneering dimension to sensor architecture. A measurement paradigm inspired by plane gate work was adopted, and the proposed device exhibited significant resistive coupling, consequently surpassing the sensitivity thresholds of conventional ion-sensitive field-effect transistors. This achievement represents a substantial paradigm shift in the landscape of ion-sensing methodologies, surpassing the established Nernst limit (59.14 mV/pH). Furthermore, this study advances FeFET technology and paves the way for the realization of highly sensitive and reliable ion sensing modalities.
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