High‐κ Solid‐Gate Transistor Configured Graphene Biosensor with Fully Integrated Structure and Enhanced Sensitivity

生物传感器 材料科学 跨导 灵敏度(控制系统) 纳米技术 晶体管 场效应晶体管 光电子学 纳米传感器 石墨烯 电子工程 电气工程 电压 工程类
作者
Cheng Wang,Yijun Li,Yibo Zhu,Xiaohong Zhou,Qiao Lin,Miao He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:26 (42): 7668-7678 被引量:70
标识
DOI:10.1002/adfm.201602960
摘要

A fully integrated graphene field‐effect transistor (GFET) nanosensor utilizing a novel high‐κ solid‐gating geometry for a practical biosensor with enhanced sensitivity is presented. Herein, an “in plane” gate supplying electrical field through a 30 nm HfO2 dielectric layer is employed to eliminate the cumbrous external wire electrode in conventional liquid‐gate GFET nanosensors that undesirably limits the device potential in on‐site sensing applications. In addition to the advantage in the device integration degree, the transconductance level is found to be increased by about 50% over liquid‐gate GFET devices in aqueous‐media, thereby improves the sensitivity performance in sensor applications. As the first demonstration of biosensing applications, a small‐molecule antibiotic, kanamycin A, is detected by means of an aptameric competitive affinity principle. It is experimentally shown that the label‐free and specific quantification of kanamycin A with a concentration resolution at 11.5 × 10−9 m is achievable through a single direct observation of the 200 s fast bioassay without any further noise canceling. These results demonstrate the utility and practicability of the new devices in label‐free biosensing as a novel analytical tool, and potentially hold great promise in other significant biomedical applications.

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