T E L KO M NIK A , V ol . 17 No. 6,  Dec em be r   20 1 9,  p p.2 86 7~ 2 87 6   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 accr ed ited   F irst  Gr ad e b y K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 6 . 12852      28 67       Rec ei v ed   A pril   5 , 2 01 9 ; Re v i s ed   J ul y  2 , 2 0 1 9 A c c ep t e J ul y  1 8 , 2 01 9   Per fo rma nce a n al y s is o f h i gh - mat erial s as s te rn la y er  in io n - se nsit i v e   field  e ff ec t t ra n sisto   usin g co mm erci al TC A D       A h m ed M . Dinar * 1 A S  M o h d  Zain 2 , F.  S ale h u d d in 3 ,   M o w afak K. M o h se n 4   M o t h ana L.  A t t iah 5 ,  M . K. A b d u lham ee d 6   1 ,2 ,3 ,4 ,5 , 6 Fa c u l ty  o El e c tro n i c s  a n d  Co m p u te r  En g i n e e r i n g ,  Un i v e rs i ti  T e k n i k a l  M a l a y s i a  M e l a k a  (UT e M ),  M a l a c c a M a l a y s i a   1 Com p u te r En g i n e e ri n g Uni v e rs i ty  o T e c h n o l o g y Ba g h d a d Ira q   *C o rre s p o n d i n g  a u th o r,   e - m a i l a e a l z u b y d i @gm a i l . c o m       Ab strac t     Hig h - k   m a t e ri a l s   a s   a   STE RN   L a y e fo Io n - Se n s i ti v e - Fi e l d - E ff e c t - Tra n s i s to (IS FET h a v e   i m p ro v e d   ISF ET   s e n s i ti v i t y   a n d   s ta b i l i ty .   Th e s e   m a te r i a l s   d e c r e a s e   l e a k a g e   c u rre n t   a n d   i n c re a s e   c a p a c i t a n c e   o t h e   ISF ET  g a te   to ward   h i g h e s t   c u rr e n t   s e n s i ti v i ty So   fa r m a n y   h i g h - k   m a t e ri a l s   h a v e   b e en  u ti l i z e d   fo ISF ET,   y e th e y   were   e x a m i n e d   i n d i v i d u a l l y o u s i n g   n u m e ri c a l   s o l u ti o n s   r a th e th a n   u s i n g   i n te g r a te d   TCAD  e n v i ro n m e n t.   Ex p l o i t i n g   TCAD  e n v i ro n m e n l e a d s   to   e x tra c ISF ET   e q u i v a l e n c i rc u i t   p a ra m e te r s   a n d   p e r fo rm s   f u l l   a n a l y s i s   fo b o th   d e v i c e   a n d   c i rc u i t.   In   t h i s   s tu d y   w e   i n tro d u c e   a   c o m p re h e n s i v e   i n v e s ti g a ti o n   o d i ff e re n h i g h - k   m a t e ri a l Ti o 2 Ta 2 O 5 ZrO 2 A l 2 O 3 HfO 2   a n d   Si 3 N a s   wel l   a s   n o rm a l   s i l i c o n   d i o x i d e   a n d   th e i e ff e c t s   o n   ISF ET  s e n s i ti v i t y   a n d   s t a b i l i ty T h i s   was   i m p l e m e n te d   b y   d e v e l o p i n g   c o m m e rc i a l   Si l v a c o   TCAD  r a th e r   th a n   e x p e n s i v e   r e a l   fa b ri c a ti o n .   Th e   re s u l ts   c o n f i rm   th a t   e m p l o y i n g   h i g h - k   m a te ri a l s   i n   ISF ET  o u tp e rf o rm   n o rm a l   s i l i c o n   d i o x i d e   i n   t e rm s   o s e n s i ti v i ty   a n d   s ta b i l i t y .   Fu rth e r   a n a l y s i s   re v e a l e d   t h a Ti ta n i u m   d i o x i d e   s h o wed   th e   h i g h e s s e n s i ti v i t y   f o l l o wed   b y   tw o   g ro u p s   HfO 2 Ta 2 O a n d   ZrO 2 A l 2 O 3   re s p e c ti v e l y An o th e n o ta b l e   e x c e p t i o n   o Si 3 N 4   t h a i s   l e s s   th a n   o th e r   m a te ri a l s b u t   s ti l l   h a v e   h i g h e r s e n s i ti v i t y   th a n   n o rm a l   s i l i c o n  d i o x i d e .   We   b e l i e v e   th a t h i s  s t u d y   o p e n s   n e w   d i re c ti o n s  f o r f u rt h e r a n a l y s i s   a n d  o p t i m i z a ti o n  p ri o r t o   th e  r e a l  c o s t - i n e ff e c ti v e   fa b r i c a t i o n .       Key w ords :   h i g h - k  m a te ri a l s ,   I SFET  s e n s i ti v i ty s t e rn  l a y e r,  ti ta n i u m  d i o x i d e       Copy righ ©  2 0 1 9   Uni v e rsi t a s  Ahm a D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   T he r ha s   be en   tr em en do us   c on v erg en c i th l as de c ad i c h em i c al   s en s i n ap p l i c at i on s wi th  C MO S - b as ed   m i c r o - tec hn ol og y   p l a y i n c r uc i a l   r ol i t hi s   f i el d.  T hi s   ha s   be en   en ab l ed   us i n s o l i d - s tat s en s ors   t ha c a n   be   i m pl em en ted   i p l a na r   f or m   an m an uf ac tured  us i ng   CMO S   t ec hn o l o g y   to   m on ol i t h i c al l y   i nte gr ate   on   a   s i ng l c h i p.   T hi s   tec hn o l og y   no pro v i de s   an   op po r tu ni t y   f or  c h em i c al   s en s i n p l atf orm s   to  l e v era ge   s e m i c on du c tor  t ec hn o l o g y   tha t   m a y   of f er  ad v an ta ge s   s uc as   s c al ab i l i t y m i ni atu r i s at i on ,   f ab r i c ati o n,  a nd   i nte grat i o w i t i nte l l i g en i ns tr um en tat i o n.  I S F E T   s en s ors   are  the   m os t   prom i s i ng   an m a y   s at i s f y   al l   th es o pp ort un i ti es T he   es s en ti al   pro pe r t y   of   IS F E T s   i s   s c al ab i l i t y   wi th  the   de v e l op i n s em i c on du c t or  f ab r i c ati on T hi s   propert y   pro v i d es   a   c on t i n uo us   tr en of   s en s or  m i ni m i s ati on wi t r es ul ti ng   ad v a nta g es   f or  b i oc he m i c al   t es ts e. g.  f as r es po ns an d     the   s m al l   v o l um of   an al y te  s ol uti on   r eq u i r ed .   Du t i ts   prom i s i ng   a pp l i c at i on   i n   bi ol og i c a l ,   bi oc h em i c al   an m ed i c a l   d e tec ti on   [1 - 5] I S F E T   ha s   r ec ei v ed   m uc i nte r es s i n c i was   f i r s t   r ep orted   b y   B ergv el i 1 97 [ 6] P art i c ul ar l y ,   m uc ef f ort  ha s   be en   m ad t i n v es ti ga te   pH  s en s i ti v e   I S F E T s   wi th   s tu di es   on   d ev i c e   s tr uc tur es   an pH - s en s i n m em bra ne s   a i m ed   at   i m prov i ng   the  s e ns i t i v i t y  a n d s tab i l i t y   of  IS F E T s   [7,  8] .   Uti l i z i n G ou y Ch ap m an S tern   m od el   c a i m prov I S F E T   s en s i t i v i t y   an d   s ta bi l i t y   us i n S tern  l a y e r   i d i r ec c on ta c w i t el ec tr ol y te  i IS F E T   s en s i ng   w i nd o w.  It  i s   wel l   k no w th at    the   ga t di e l ec tr i c   i s   i n   d i r e c c on tac t   w i th   the   e l ec tr o l y te  s o l ut i on whi c h   de term i ne s   the   s tart i ng   s en s i ti v i t y   of   the s de v i c es A s   th S i O ga t d i e l ec tr i c   s ho w s   l o r es po ns s en s i t i v i t y   an po or  s tab i l i t y oth er  i no r g an i c   m ate r i al s   s uc as   A l 2 O 3   [7,  8] S i 3 N 4   [6 9] T a 2 O 5   [ 9 - 11]   Hf O 2   [12 15]   a nd   Z r O 2   [12 - 14]   wi th   t he i r   en ha n c ed   s tab i l i t y   an s en s i t i v i t y   h av al s o     be en  i n v es t i ga ted .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 6,  D ec em be r  20 19 :   28 6 7 - 2876   2868   T he   pe r v i ou s   wor k s   of   us i ng   h i g h - k   m ate r i al s   as   an   IS F E T s   ga te  us e nu m er i c al   or  m ath e m ati c al   m od el i ng   s i m ul ati on s   [ 16 - 1 9 ] Ho w e v er,  n o w   t ha t   th I S F E T   ha s   be c om   the   m ai ns tr ea m   de v i c of   f ew   CMO S - ba s ed   s e ns i ng   p l atf orm s ac c urate  an v ers ati l e   nu m eric al   de v i c s i m ul ati o ns   i a i nte grated   T CA en v i r o nm en are  de s i r a bl t s up po r t     the   I S F E T   de s i g n,  ex tr ac the   I S F E T   eq ui v a l en c i r c ui p aram ete r s an d   p erf or m   m i x ed     de v i c e - c i r c ui t   an al y s i s A l s o,  th pre v i ou s   i n v es ti ga t i on s   th at  us e a   T CA e nv i r on m en f or     hi g h - k   ga ted   IS F E T   w hi l s om of  the m   tr ea i as   MO S F E T   [ 20 ] ot he r s   us i n ne w   m eth od o l o g y   f or  el ec tr ol y te / i ns u l at or  i nte r f ac i ng   [2 1 2 2 ] b ut   r em ai c ha l l en ge d   to   c o m prehen s i v i n v es ti ga t i on  f or a l l  c om m on l y  us ed  hi gh - k   m ate r i al s  a s  an  IS F E T  s en s i ng  m em br an e.    In  thi s   s tu d y   we  i n tr od uc e   c om prehen s i v i n v es t i g ati o of   di f f erent  hi g h - k   ma teri a l ,   T i O 2 T a 2 O 5 Z r O 2 A l 2 O 3 Hf O 2   an S i 3 N 4   as   wel l   as   no r m al   s i l i c o di ox i de   a nd   the i r   ef f ec ts   on   IS F E T   s en s i t i v i t y   an d   s tab i l i t y .   T hi s   w as   i m pl em en ted   b y   de v e l op i n c om m erc i al   S i l v ac T CA D   r ath er  tha ex pe ns i v r ea l   f ab r i c ati on W be l i e v th i s   s tud y   op en s   ne w   d i r ec ti on s   f or  f urther  an a l y s i s   an op t i m i z ati on   p r i or the  r ea l  an d c os t - ef f ec ti v e f ab r i c at i o w a y .       2.     M ateri al  and   M eth o d s     2.1 S u r f a ce   P o t ent ial  M o d el   S urf ac c ha r ge   de ns i t y   th at  m a k es   the   IS F E T   s en s i ti v t o   pH  i s   c au s ed   b y   c h em i c al   r ea c ti on s   be t ween   the   IS F E T   ga te  d i e l ec tr i c   on   on s i de   an the   el ec tr ol y te   on   th ot he r     s i de   [1 4,  1 5 ] A s   f i r s s tep   to war the   de v e l op m en of   ge ne r al   m eth o do l og y w w i l l   c he m i c al l y   an m ath em ati c al l y   i m prov e   th i s   r e l at i on s hi p.  C he m i c al l y ,   w he w e   c ho os   the   i ns ul ato r   m ate r i a l   as   s en s i n m e m brane,   i o n s   wi l l   r es on   the   s urf ac m e m b r an of    the   i ns u l at or  ac c ordi n to   the   pH  c on c en tr a ti o n.  T he r ef ore,  the   s urf ac po t en t i al   ( ψ o )   i s   c al c ul a ted   b y   the   h y dro ge n   i o H +   ex c ha ng e   b et w e en   el ec tr o l y t s o l ut i o an d   s i t e   bi nd i ng   of   a n   i ns ul ato r T he   p s en s i t i v i t y   of   go o i ns ul ato r   s ho ul c ov er  wi de   r an g of   pH  s c a l b es i d es   l i ne r   r es po ns e t o  th i s  r an g [2 3 ] .  Ma th em ati c al l y , f or an  FET  de v i c e:      =  +   ,    +   ( , ) 2 2               ( 1)     where    i s   the   g ate   v o l tag e,      i s   f l atb an v ol t ag e,  i s   el ec tr on i c   c ha r ge N i s   d en s i t y   of  c on c en tr at i on    i s   the   i ns ul a tor  c ap ac i t an c pe r   un i are c al c u l ate b y    =   an ,   i s  th de p l et i o n l a y er   w i dth   tha t c a n b e  f ou nd   b y   the  f ol l o wi ng :     . = 4                           ( 2)     where;   = s em i c on du c tor  wor k   f un c ti on   =       ln           ( 3)     A s s um tha t:   = 1. 43   e 10   cm f or  s i l i c on an d   = 1.9 2   e 16  cm f or  hi gh - k   m ate r i al .   T he r ef ore,   = 4 .17   eV   f or  s i l i c on   an 4.5 eV   f or  h i gh - k   m ate r i al T he   prev i ou s   e qu ati o s ho w s   tha we  c an   ob t ai d i f f erent   V FB   v a l ue s   f or  d i f f erent  V v a l ue s F or  IS F E T   de v i c e,  we  c an   r e w r i te   ( 1) as  f ol l o w s   [2 4 ] :     = .   +    Ǫ  Ǫ    + Ǫ                   ( 4)     where     Ǫ    an Ǫ      are  r ef eren c el ec tr od po ten t i a l e l ec tr ol y t e i ns u l at or  i nt erf ac e   di p ol e wor k   f un c ti on   of   si l i c on a nd   c h arge   l oc a ted   i n   the   ox i de ,   r es pe c ti v e l y .   Ǫ    a nd   C o are  eq u i v al e nt  i ns ul a tor s i l i c o i nt erf ac c ha r ge   an t op - i ns u l at or  c ap ac i t an c pe r   un i area,   r es pe c ti v el y A s   m en ti on ed   i S ec t i on   1,  the   s urf ac po te nti al     m od ul ate s   t he   f l o at i n g ate   an d   s hi f ts   I S F E T   thres h ol d   v o l tag V T   . T he r ef ore,  th Ner ns e qu a ti on   c on tr o l   t he   prot on   ac ti v i t y   at  i nte r f ac e a r ea   tha t  r el ate s  to  po t en t i a l  i s   w r i tte n a s  f ol l o w s   [2 5 ] :     =    ln   +  +                 ( 5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c an a l y s i s  of  h i gh - k  ma t eria l s  as  s tern  l ay e r … ( A hm ed   M.  D i na r )   2869   where   q   an d   ar e l em en tar y   c ha r g a nd   B ol t z m a nn   c o ns tan t,   r es pe c t i v el y .   a   i s   the   pro ton   ac ti v i t i es  i n g ate  di el ec tr i c el ec tr o l y t i nt erf ac e a r ea   a nd  e l ec tr o l y t e.  T he r ef ore,  we  c an  c o nc l u de   f r o m   ( 4)  an ( 5)  tha the   s hi f i thres ho l v ol t ag f or  c on v en t i on al   I S F E T s   i s   gi v e b y     the  f ol l o wi ng :     =                     ( 6)     T he   s i te - di s s oc i a ti on   m od el   de v e l op ed   b y   Y a tes   [2 6 ]   d es c r i be s   th r e l at i on s h i be twe en   the  c ha ng e  of  po te nti al   wi t h  pH  c ha ng e,  as  f ol l o w s :     0 ( 0 ) =  [  2  2 +  + ]               ( 7)     where      =   ( 0  )                 ( 8)     where   N si l   i s   the   n um be r   of   am ph ote r i c   s i l an o l   s u r f ac s i t es a nd   cH S   i s   t he   s urf ac H c on c en tr at i on K an K a r e t he  s urf ac e d i s s oc i ati on   c on s tan ts .     2.2 E le ctrol y t e p Ch ang e M o d el    A s   m en ti on ed   i s ec t i on   1,  the   m aj or  c ha l l e ng e   i s   the   e l ec tr o l y t s i m ul ati o i n   c o m m erc i al   T CA be c au s i t   i s   n ot  e qu i pp ed   wi t h   m od el s m ate r i al s an e l ec tr oc he m i c al   proc es s es   tha m an ag IS F E T   proc es s   an i ts   op er ati o ns   [15] T he r ef ore,  ou r   i de ex pl oi ts     the   us er - de f i n ed   m ate r i a l   propert y   of f ered  b y   S i l v ac to  s i m ul ate   el ec tr o l y te  s ol ut i on   [2 7 ]   T he   properti es   of   us e r - de f i ne m ate r i al   of f ered  b y   S i l v ac are  ex pl oi t e to  s i m ul ate     the   el ec t r o l y t ( s o l ut i on )   be h av i or.  T he   pa r am ete r s   of   s i l i c on   s em i c on du c tor  m ate r i al     ( i .e. en erg y   ba n dg a p,  p e r m i tti v i t y af f i ni t y a nd   d en s i t y   of   s tat es )   are  r ec on s tr uc ted   i a el ec tr o l y t s o l ut i o n.  T he r ef ore,  e l ec tr os ta ti c   s o l ut i on   o f   the   e l ec tr o l y t area   c an   b i nv es ti g ate b y   g i v i n nu m eric al   s ol ut i on   f or  the   s em i c on du c tor  eq ua ti o i ns i de   t hi s   are a.  T hree  t y pe s   of  m ate r i al s   are  a v a i l ab l i n   S i l v ac A t l as n am el y s em i c on du c tor,  i ns ul a tor,  a nd   c on du c tor.    T he   proc ed ure  of   de f i ni ng   ne m ate r i al   i n   A t l as   ( u s er - de f i ne d)  s pe c i f i es   the   m ate r i al   na m e,  the   us er  gro up   i be l on gs   t o,  an the   l as k no wn  at l a s   ab ou t he   d ef au l m ate r i a l W he t he s e   pa r am ete r s   are  s et  i the i r   c orr ec pl ac es   i the   S i l v a c i np ut  d ec k   c od e,  we  c a c ha ng a nd   m an i pu l at t he   m ate r i al   pro p erti es   us i ng   m ate r i al   s tat e m en ts   ( i .e. pe r m i tti v i t y ,   en erg y   ba nd g ap ,   af f i ni t y an de ns i t y   of  s tat e s )  as  i s  t y p i c al l y  do ne   [2 7 ] .   T he   m os i m po r tan t   p ara m ete r s   tha bi n th e l ec t r ol y t s ol uti on   ph y s i c al   pr op erti es   wi th  t he   i ntri ns i c   s em i c on du c tor  el ec tr i c al   pa r am ete r s   are  de ns i t y   of   s tat es c o nd uc ti on   ba n NC,  an v al en c ba n N V T he s pa r am ete r s   pl a y   k e y   r o l es   i th m ol ar  c on c en tr at i o of     the   s ol uti on   b as ed   on   th f ol l o w i ng   m eth od o l o g y A t h c he m i c al   eq u i l i bri um the   di s s oc i at i on   of  H2O   i s   ( H+   +   O H− ) T hu s the   m as s   ac ti on   l a w   a t   25 °C  an pu r wate r   i s   i ntrod uc ed   b y     the  f ol l o wi ng   [2 8 ]     = [ +   ]   [  ]                 ( 9)     + =  = 1 . 0   07  /               ( 10 )     thus ,     = 1 . 0   14                   ( 11 )     T he   m as s   ac ti on   l a w   s t ate s   tha m ul ti pl y i ng   t he   f r ee   ho l c on c e ntrat i on   an d   t he   f r ee   e l ec tr on   is   eq u al   t th s qu are  of   the   i ntri ns i c   c arr i er  c on c en tr ati on   n un de r   th erm al   eq u i l i bri um T he   c arr i er  c on c en tr at i on   c an   b gi v en   as   f ol l o w s ba s ed   on   B o l t z m an n     s tat i s ti c s   [2 9 ] :     =                        ( 12 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 6,  D ec em be r  20 19 :   28 6 7 - 2876   2870   =                    ( 13 )     where   E V E C a nd   E   f   ar e   t he   u pp er  e ne r g y   l e v el   of   th v a l e nc b an d,   the   l o wer   v a l ue   l e v e l   of  the   c on du c ti on   ba n d,  a nd   t he   F erm i   l ev el r es pe c ti v e l y .   If   p= [H + ] ,   n = [O H - ] ,   an d   n = fr o ( 10 ) ;   if   E C E f = E f E v = E g /2  f r om   [ 30 ]   T hu s , w e c a n re w r i te  ( 12 )   a nd  ( 13 )   as  f ol l o w s :     = 2                    ( 14 )     = 2                    ( 15 )     T he r ef ore,  ( 14 )   an ( 1 5)  c l ea r l y   de m on s tr ate   th r el ati o ns hi be t w ee p c ha ng i n   el ec tr o l y t an the   d en s i t y   of   s tat f or   v al e nc an c on du c ti on   b an d.  T he   s i te - bi n di n m od el   s i de   c an   be   u pd at ed   b as ed   on   the   r el a ti on   tha de s c r i be f r o m   ( 9)  to  ( 15 )   b y   r e pl ac i ng   e ac H wi th  i ts   s em i c on du c tor  c ou nte r p art.  T he   m as s   ac ti on   l a w   i ( 9)  i s   th s am as   the   r el ati on   2 =  . T he r ef ore, w e  c an  r e w r i te  ( 7) as  f ol l o w s :     0   =  (   2   2 +   2 + )               ( 16 )     w he r e t he   n i   i s  a  c o ns tan t , a nd  o nl y   p   an d   n   wi l l  c ha ng e  wi th  pH.     2.3 . T C A D   S imu la t ion   Com m e r c i al   T CA al l o w s   us ers   to   i ntrod uc b i as - de pe nd e nt  s urf ac c ha r g es   i n     the   f or m   of   i nte r f ac do no r   or  ac c ep tor  tr ap s T he   c ha l l en g i s   s i m ul ati ng   th u pd at ed   s urf ac c ha r ge   d en s i t y   eq u ati on   de s c r i be b y   ( 1 6)  i th e l ec tr ol y te  pH  c ha ng m od el   [3 1 ] T i ntrod uc thi s   e qu a ti o t th s i m ul at or,  i n terf ac tr ap   s t ate m en ts   are  ut i l i z ed   to  m i m i c   the   s urf ac c ha r ge   ac c uratel y , a s  f ol l o w s   [2 7 ]     I N TT R A P   <typ e>  E .   LEV E L=   <r > D E N S I TY = <r> <c a p tu r p a r a mete r s >     INT T RA P   ac ti v ate s   i n terf ac de f ec tr ap s   at  di s c r ete   en erg y   l ev el s   w i t hi th ba nd ga of    the   s em i c on du c tor  a nd   s ets   the i r   pa r am ete r   v a l ue s De v i c e   ph y s i c s   ha s   es tab l i s he d     the   ex i s ten c of   three  di f f erent  m ec ha ni s m s w hi c a dd   to   th s pa c c h arge  ter m   i P oi s s on s   eq ua ti o i a dd i ti on   t th i on i z ed   do n or  an ac c ep t o r   i m pu r i ti es   [2 7 ] In terf ac tr ap s   w i l l   ad d   s pa c c ha r ge   d i r ec tl y   i nto   the   r i gh t - h an d   s i d of   P o i s s on s   e qu at i o n.  T c al c u l at the   tr ap pe c ha r ge  i P oi s s on s  e qu at i o n,  th e t ot al  c h arge  v a l u e i s   de f i ne d  b y  th e f ol l o w i ng :     0 = (  +  )                 ( 17 )     where   +   and      are  th de ns i ti es   of   i on i z ed   do no r - l i k an ac c ep t or - l i k tr ap s r es p ec ti v el y .   DE N S IT Y   a nd   i ts   prob ab i l i t y   of   i on i z at i on   are  r ep r es en te as   F tA   a nd   F tD r e s pe c ti v el y F or   donor - l i k an ac c ep t or - l i k tr ap s the   i on i z ed   de ns i ti es   are   c al c ul ate d   b y     the  f ol l o wi ng   eq u at i on s :      + = DE N SIT Y   ×                    ( 18 )      = DE N SIT Y   ×                    ( 19 )     where   F t A   a nd   F tD   are  gi v e n b y  th e f ol l o w i ng  e qu ati on s :      =       +        +       +  +                ( 20 )      =       +        +       +  +                ( 21 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c an a l y s i s  of  h i gh - k  ma t eria l s  as  s tern  l ay e r … ( A hm ed   M.  D i na r )   2871   where  S IG N   i s   the   c arr i er  c ap ture  c r os s   s ec ti on s   f or  el ec tr on s   a nd   S IG P   h ol es T he   the r m al   v e l oc i t i es   f or  e l ec tr o ns   an d   ho l es   are     an   r es pe c t i v el y F or   do no r - l i k tr ap s t h e l ec tr on   an ho l e e m i s s i on  r at es    a n d    , a r e d ef i ne d b y  t he  f ol l o wi ng   [2 7 ] :      = 1  .                        ( 22 )      =  .                       ( 23 )     where  E an E i   are   the   tr ap   en erg y   l e v e l   a nd   t he   i n tr i ns i c   F erm i   l ev el   p os i t i on ,   r es pe c ti v el y .   DE G E N .FAC  i s   th d eg e n erac y   f ac tor  of   the   tr ap   c e nte r F or  ac c ep tor  tr a ps th el ec tr on   an d   ho l e e m i s s i on   r ate s    a n d      , a r d ef i ne b y   the  f ol l o wi n [2 7 ]      =  .                       ( 24 )      = 1  .                        ( 25 )     f or  ex a m pl e,  th e a c c ep t or i nte r f ac e t r ap  s tat em en t a nd  i ts  pa r am ete r s  are as  f ol l o wi ng :         Cons i d erin al l   e qu a ti o ns   m en ti on ed   ab ov e,  we  c a n   r e w r i t t he   s i t - bi nd i ng   m o de l   ( 1)  ba s ed   on   T CA m od el W f i r s as s um tha ac c ep to r   an do n or  tr ap s   ex c ha ng c arr i ers   on l y   wi th  th c on du c t i o an v a l en c b an of   the   s em i c on d uc tor  r ep r es en t i ng   t h el ec tr o l y t e,  r es pe c ti v el y Henc e,   w e   c a n re w r i t e (7)  i n t erm s  of   T C A D m od el  as  f ol l o w s :     (  ) = ×   (                 +      + 2 )           ( 26 )     f or m ore  de t ai l s   a bo ut   T CA s i m ul ati on   an m od el l i ng th prev i o us   w ork   w as   we l l   de s c r i b ed   a l l   m od el l i n g m eth od o l o g i es  [ 3 2 ].        3.  Re sult s a n d  di sc u s sio n   In  thi s   s ec ti o c om pa r i s on   r es ul ts   of   di f f erent  hi g h - k   m ate r i al s   as   IS F E T   s en s i n g   m e m b r an w i l l   i ntr od uc e.   T ab l an d   T ab l 2   are  the   T CA s i m ul ati o n   pa r am ete r s .     T he   pa r am ete r s   r eq ui r ed   f o r   v al i da t i o an s i m ul at i o are  ea s i l y   d eri v ed   f r om   the   l i t erature  d ata   as  s ho w i n T ab l e 2 .         T ab l e 1 . T CA P aram ete r s   of  IS F E T   P a r a m e t e r   V a lue   U n it   P a r a m e t e r   V a lue   U n it   t St e rn     -   C h a n n e len g t h   200   nm   T   300   K   S / D   d o p ing   10 17   cm −3   k   1 . 3 8 0 6 4 9 ×1 0 −2 3   J / K   S / D   len g t h   50   nm   e l e ct ro l yt e   1000   nm   E lec t r o ly t e   c o n c e n t r a t ion   10 −3   M o l/ L   t ox   3   nm   Ox ide   p e r m it t iv it y   3 . 9   -   E lec t r o ly t e   p e r m i t t iv i t y   80   -   V DS   50   mV       T he   di f f erenc i th i s   wor k   w i th  ot he r   w ork s   an i nv es t i ga ti o ns the   r es ea r c da t ex tr ac ted   d i r ec tl y   f r o m   T CA as   tr an s f er  c ha r ac teri s t i c T he r ef ore,  the   eq ua t i on s   f r o m   to  26   i s   i nte r pret ed   as   S i l v ac A T HE NA   an A T LA S   c od es   [2 7 ] A n   IS F E T   de v i c e   i s   s i m ul ate d   to   c he c k   the   s ui tab i l i t y   of   th m od el i n proc ed ure.  T he   c r os s - s ec ti on   of   the   IS F E T   s i m ul ati o s tr uc ture  i s   s h o w n   i F i g ure  1 T he   pa r am ete r s   r eq ui r e f or  v a l i d ati on   an s i m ul ati on   f or  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 6,  D ec em be r  20 19 :   28 6 7 - 2876   2872   ex am pl S i O 2   ga te  d i el ec tr i c   to  c he c k   the   v al i di t y   of   ou r   m od el   an to  s h o w   th ag r ee m en of   m od el s   wi th   t he   the oret i c al   m od el s   an d   wi th   ex pe r i m en tal   w ork T he   f i r s s et  of   m o de l   v al i d ati on   ex am i ne s   the   ef f ec of   c ha ng i n p o c h arge  de ns i t y   i n   s i t e - bi n di ng   m od e l T hi s   i ac c o m pl i s he b y   c om pa r i n ou r   m od el s   wi th  t he   t he oreti c a l   m od el   d ev el o pe b y   Y at  [2 6 ]   as   s ho w i n   F i gu r 2.   F urth e r m ore,  the   de ns i t y   of   s tat es   NC  an d   N V   ac c ordi n to  p c ha ng v a l ue s  s ho wn  i n F i gu r e  3.       T ab l e 2 Ma t eria l s   P ar am et ers   us ed  i n T CA S i m ul ati on   [ 9 16 , 25 ]     M a t e r ial   D il e c t r i c   C o n s t a n t   D e n s it y   K a   K b   S io 2   3 . 9   5   .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   10 - 6   10 2   Ta 2 O5   22   1 0   .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   10 - 4   10 - 2   TiO 2   80   1 . 2   .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   10 - 9   2 . 5   .   1 0 - 3   Si 3 N 4   7 . 5   3 .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   10 - 6   10 2   Al 2 O 5   14   8   .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   10 - 10   10 - 6   H f O 2   25   8   .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   10 - 10   10 - 6   Zr O 2   22   9   .   1 0 14   ( 1 / c m 2 )   2 . 8   .   1 0 - 8   2 . 2 5   .   1 0 - 4           F i gu r 1.  2 D c r os s  s ec ti on   of  IS F E T       T he   el ec tr os t ati c   be ha v i or   ( tr an s f er  c ha r ac teri s ti c s )   of   a   c on v en t i o na l   I S F E T   d ev i c i s   s i m ul ate d.  Dr a i n i ng   to   s ou r c c urr en I ds   v ers us   the   r ef erenc ga t v o l ta ge   V Ref.   at  v ari ou s   p v a l ue s   f or  T i o 2 T a 2 O 5 Z r O 2 ,A l 2 O 3 , Hf O 2   an S i 3 N 4   S tern  La y er  i s   s ho wn  i F i gu r e s   ( a - f )   T he   ob s erv e i nc r ea s i thres ho l v o l tag c ou l be   att r i b ute to   the   i nc r e as e   i pH  v al ue s .   F i gu r e s   ( a - f )   s ho w s   th a the   l o w es a nd   th h i gh es v a l ue s   of   pH  r ep ort  l es s   s en s i ti v i t y   c o m pa r ed   w i th  v a l ue s   i n t h e rang e p 5 9,  w h i c i s  c on s i s ten w i th  t he  t he or i es   [ 9] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c an a l y s i s  of  h i gh - k  ma t eria l s  as  s tern  l ay e r … ( A hm ed   M.  D i na r )   2873       F i gu r 2.  C om pa r i s on  be t w ee n t he  T CA D m od el   an d  t he oret i c al  s i t - bi nd i ng  m od el           F i gu r 3.  V ari ati on  of  de ns i t y   of  s tat of  v a l en c an d  c o nd uc ta nc e b a nd   ac c ordi n to  pH c h an g e       F or  m ore  an al y s i s th a v erage  s en s v i t y   of   c on v en t i na l   S t ern - IS F E T   f or  S i x   hi g h - m ate r i al s   s en s i n m e m ba r an i s   c om pa r ed   wi th   ea c h   as   w e l l   as   t he   a v erag s n es ti v i t y   of   S i O i ntrod uc ed   i F i gu r e   5 A s   s ho w n   the   h i g h - k   s en s i ng   m e m b r an es   are   h i the   Ne arns l i m i an d   the   s tab i l i t y   a l s c on tr i bu t e i ac c ep ti bl w a y   c o m pa r i ng   wi th  no r m al   s i l i c o de ox i de F i g ure  6   di s c r i be   th s h i f i t hres h ol d   v ol tag i n   f r on of   pH   bu l k   c ha ng f r on   1→ 14 .   S l i tl y   di f f r en c e   be t w e en   h i g h - k   m ate r i al s   c o m pa r i ng   wi th  no r m al   s i l i c on   de ox i de   an t he   s ta bi l i t y   of   the m   are   r ea c h e x tr em l y  b y  9 9.9 9% .   S pe c i f i c a l l y the   c on tr i bu t i o of   ea c h   s e ns i n m e m brane  f r om   the   the or ati c a l   s ne s ti v i t y   ba s ed   on   N ea r ns eq ua t i on   ob s erv e i F i gu r 7 A s   s ho w n,  t he   m os c on tr i bu ted   on i s   T i O 2   b y   59 .0 65   m V /pH,   ne x t   t w o   m ate r i al s   are   Hf O 2   an d   T a 2 O 5   b y   ~ 5 9.0 m V / pH.  T he   l o wes t wo  m ate r i al s   are  Z r O 2   an d   A l 2 O 3   by   5 9.0 0 m V /pH  an d   59 .0 m V /ph r es pe c ti v i l y F i na l l y S i 3 N 4   i s   no ta bl e   ex c ep t i on   as   s ho wn  be c a us of   th S i O H   groups   f orm ed   b y   ox i da t i on   of   s i l i c o n,    the   S i 3 N 4   s urf ac i s   c h arac teri z ed   b y   ad d i t i on al   ba s i c   s i tes   f or m ed   b y   prim ar y   am i ne     groups   [1 0] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 6,  D ec em be r  20 19 :   28 6 7 - 2876   2874         ( a)         ( b)         ( c )         ( d)         ( e)       ( f )     F i gu r 4 . T r an s f er c ha r ac teri s ti c s  wi th  r es pe c t to  th e  r e f erenc e g ate   v ol t ag e f or th e  S en s i ng   Me m branes  as  IS F E T  s tern l a y er,   ( a)  Al 2 O 3 ,   ( b)  Si 3 N 4 ,   ( c )   Hf O 2 ,   ( d)  Ta 2 O 5 ,   ( e)  ZrO 2 ,   ( f )   T i o 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c an a l y s i s  of  h i gh - k  ma t eria l s  as  s tern  l ay e r … ( A hm ed   M.  D i na r )   2875           F i gu r 7 A v erage  s en s i t i v i t y   of  al l  s en s i ng  m em ba r an es  wi th  ne arns l i m i t       4.  Co n clus ion   In  th i s   s tu d y   we   i n tr od uc e   c om prehen s i v i n v es t i ga t i on   of   di f f erent  h i g h - k   m ate r i al   as   wel l   as   no r m al   s i l i c on   d i o x i de   an d   th ei r   ef f ec ts   on   I S F E T   s en s i t i v i t y   an d   s tab i l i t y .   T hi s   w as   i m pl em en ted   b y   d ev el op i n c om m er c i al   S i l v ac T CA r ath er  th an   ex pe ns i v r ea l   f ab r i c ati on T he   r es ul ts   c on f i r m   tha em pl o y i n hi g h - k   m ate r i al s   i IS F E T   ou tp erf or m   no r m a l   s i l i c on   di ox i d i term s   o f   s en s i ti v i t y   a nd   s tab i l i t y F urth er  an a l y s i s   r ev e al ed  th at  T i tan i um   di ox i de   s ho w e the   hi g he s s en s i ti v i t y   f ol l o wed   b y   t w grou ps   Hf O 2 T a 2 O 5   an Z r O 2 A l 2 O 3   r es pe c ti v e l y .   F urth er  s tud i es   s ho u l d   i nv es ti g ate   the   pe r f orm an c an al y s i s   of   c om m on l y   us ed   h i gh - k   m ate r i al s   us i ng   s a m ap proac h.  A l th ou gh   the   s i m ul at i on   ap proac s ti l l   c on s i d ered  no t   r ea l   f ab r i c at i on   an m ea s ure m en ts thi s   s tud y   op en s   ne d i r ec ti o ns   f o r   further  a na l y s i s   an o pti m i z ati o pr i or  t he   r ea l  a nd  c os t - ef f ec ti v e f ab r i c ati on   w a y .       A c kno w ledg men t s   T he   au tho r s   gratef ul l y   ac k no w l ed g th UT eM   Z am al a S c he m e,  Uni v ers i ti   T ek ni k al   Ma l a y s i Me l ak ( UT eM ) an t he   s u pp orts   f r o m   the   C en tr e   f or  Res ea r c h   an d   Inn ov ati on   Ma na ge m en t (C RIM),  Cent r e o f  E x c el l en c e,  U ni v ers i t i   T e k ni k al  Ma l a y s i Me l ak a (UT eM ) .       Ref er en ce     [1 ]   Bra to v N   Ab r a m o v a ,   C   Dom ín g u e z In v e s ti g a ti o n   o f   c h l o r i d e   s e n s i ti v e   ISF ET s   w i th   d i f fe re n t   m e m b ra n e  c o m p o s i ti o n s   s u i t a b l e  f o r m e d i c a l   a p p l i c a ti o n s .   A n a l Ch i m Ac ta 2 0 0 4 514 ( 1 ) 9 9 - 106 .   [2 ]   C S   L e e Ky u   Ki m M   Ki m Io n - s e n s i t i v e   fi e l d - e ff e c tr a n s i s t o fo b i o l o g i c a l   s e n s i n g .   Se n s o rs 2 0 0 9 ;   9 ( 9 ):  7 1 1 1 7 1 3 1 .   [3 ]   T   Sa k u ra i ,   Y   Hus i m i R e a l - T i m e   M o n i to ri n g   o DN Po l y m e ra s e   R e a c ti o n s   b y   a   M i c ro   I SFET   p Se n s o r .   An a l Che m .   1 9 9 2 ;   64 ( 17 ):  1 9 9 6 1 9 9 7 .           F i gu r 5 A v er ag e  s en s i t i v i t y   of  al l  s en s i ng   Me m ba r an es   w i t h S i o 2   F i gu r 6 . T CA D s i m ul at i on   thres ho l v o l tag s hi f t o f   al l  s e ns i ng  m e m ba r an es   wi th  S i o 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 6,  D ec em be r  20 19 :   28 6 7 - 2876   2876   [4 ]   A M   Din a r,  AS M   Za i n F   Sa l e h u d d i n CM O S   ISF ET  d e v i c e   fo DN Se q u e n c i n g  :  Dev i c e   Com p e n s a t i o n ,   Ap p l i c a ti o n   R e q u i re m e n ts   a n d   Re c o m m e n d a ti o n s .   In t.   J Ap p l En g R e s .   20 1 7 ;   12 ( 21 ):  1 1 0 1 5 1 1 0 2 8 .   [5 ]   A M   Din a r,  AS M   Za i n F   Sa l e h u d d i n Uti l i z i n g   O C m o s   I s fe t   Se n s o r s   I n   Dn a   Ap p l i c a t i o n s   Det e c t i o n :   A   Sy s te m a t i c  Re v i e w .   J o u r Ad v   Res Dy n Con tr o l  S y s t .   2 0 1 8 10 ( 4 ):  5 6 9 583.     [6 ]   P   Be rg v e l d Dev e l o p m e n t,   o p e ra ti o n a n d   a p p l i c a ti o n   o th e   i o n - s e n s i ti v e   fi e l d - e ff e c tra n s i s to a s   a   to o l  f o r e l e c tr o p h y s i o l o g y IEE E T ra n s Bi o m e d En g .   1 9 7 2 19 ( 5 ):  3 4 2 351 .   [7 ]   M N   Niu X F   Din g Q Y   T o n g Eff e c o tw o   ty p e s   o s u rfa c e   s i te s   o n   th e   c h a ra c t e ri s ti c s   o Si 3 N4 - g a t e   pH - ISF ET s .   Se n s o rs  A c tu a to r s  B  Che m .   1 9 9 6 ;   37 ( 1 2 ):  1 3 17 .   [8 ]   Che n J G   Bo m e r,  E T   Carl e n A   Va n   Den   B e rg Al 2 O 3 /s i l i c o n   n a n o IS FET   w i th   n e a i d e a l   n e rn s ti a n   re s p o n s e .   Nan o  L e t t.   2 0 1 1 ;   11 ( 6 ):  2 3 3 4 2 3 4 1 .   [9 ]   RE G   Va n   Hal ,   J C T   Ei j k e l P   Be rg v e l d g e n e ra l   m o d e l   t o   d e s c r i b e   th e   e l e c tr o s t a ti c   p o te n t i a l   a t   e l e c tro l y te   o x i d e  i n te rf a c e s .   A d v Col l o i d  I n t e rfa c e  Sc i .   1 9 9 6 ;   6 9 ( 1 3 ) 3 1 62 .   [1 0 ]   D L   Hara m e L J   Bo u s s e J D   Sh o tt J D   M e i n d l I o n - Se n s i n g   Dev i c e s   w i th   Si l i c o n   Nit ri d e   a n d   Bo ro s i l i c a te  Grl a s s  I n s u l a to r s .   IEEE  Tra n s El e c tro n  De v i c e s .  1 9 8 7 ;   34 ( 8 ):  1 7 0 0 1707 .   [1 1 ]   DH   K w o n B W   Cho C S   Ki m B K   So h n Eff e c ts   o h e a tre a tm e n o n   T a 2 O 5   s e n s i n g   m e m b ra n e   fo r   l o w  d ri ft  a n d  h i g h   s e n s i t i v i ty  p H - ISF ET .   Se n s o rs  Ac t u a to r s  B  Ch e m .   1 9 9 6 ;   34 ( 1 3 ) 4 4 1 4 4 5 .   [1 2 ]   T  Ak i y a m a Y  Uj i h i r a Y  Ok a b e T   Su g a n o E   N i k i Io n - S e n s i ti v e  F i e l d - Ef fe c T ra n s i s to r s  w i th  I n o rg a n i c   G a te  Ox i d e  f o r p H Se n s i n g .   IE EE T ra n s El e c tro n  De v i c e s 1 9 8 2 29 ( 12 ) 1 9 3 6 1 9 4 1 .   [1 3 ]   H T h a k u r,  G   Ke s h w a n i J C   Dut ta C   En g i n e e ri n g S e n s i ti v i ty   o Carb o n   Na n o tu b e   Ba s e d   J u n c ti o n l e s s   Io n   Se n s i ti v e   Fi e l d   Eff e c t   T ra n s i s to r   (CN T J L ISF ET fo HfO 2   a n d   ZrO2   g a t e   d i e l e c tri c s :   Ex p e ri m e n ta l   a n d   Th e o re ti c a l  I n v e s ti g a ti o n .   2 0 1 7 1 3 7 142 .   [1 4 ]   V.  J a n k o v i c   a n d   J P.  C h a n g HfO 2   a n d   ZrO2 Ba s e d   M i c ro c h e m i c a l   Io n   Se n s i ti v e   Fi e l d   Ef fe c t   T ra n s i s t o (ISF ET Se n s o rs :   Si m u l a ti o n   Ex p e ri m e n t .   J El e c tr o c h e m So c .   2 0 1 1 158 ( 10 ) :     115 - P1 1 7 .   [1 5 ]   A   T a ra s o v   e a l . Und e r s ta n d i n g   th e   e l e c tro l y te   b a c k g r o u n d   fo b i o c h e m i c a l   s e n s i n g   w i th   i o n - s e n s i t i v e   fi e l d - e ff e c tr a n s i s t o rs .   ACS Nan o .   2 0 1 2 ;   6 ( 10 ):  9 2 9 1 9298 .   [1 6 ]   T M   Ab d o l k a d e r ,   AG Al a h d a l Pe rfo rm a n c e   o p t i m i z a ti o n   o s i n g l e - l a y e a n d   d o u b l e - l a y e h i g h - k   g a te   n a n o s c a l e   i o n - s e n s i t i v e  f i e l d - e ff e c tra n s i s to rs .   Se n s o r s  Ac t u a to rs ,  B  Che m .   2 0 1 8 259 :  3 6 43 .   [1 7 ]   G   M a s s o b ri o ,   S   M a rti n o i a M o d e l l i n g   th e   ISF ET   b e h a v i o u u n d e r   te m p e r a tu re   v a ri a ti o n s   u s i n g   BIO SPICE .   El e c tr o n L e tt .   2 0 0 2 3 2 ( 10 ):  9 3 6 - 9 3 8 .   [1 8 ]   A   Po d o l s k a   e a l . M e th o d   t o   Pre d i c t   a n d   O p ti m i z e   Ch a rg e   Se n s i t i v i ty   o U n g a t e d   A l G a N/G a   HE M T - Ba s e d   Io n   Se n s o W i th o u Us e   o Ref e re n c e   El e c tro d e .   IEEE  Se n s J .   2 0 1 5 15 ( 9 ) :     5320 5 3 2 6 .   [1 9 ]   A M   Din a r,  AS  M o h d   Za i n F   Sa l e h u d d i n Co m p re h e n s i v e   i d e n ti fi c a ti o n   o f   s e n s i ti v e   a n d   s ta b l e   i s fe t   s e n s i n g   l a y e h i g h - k   g a t e   b a s e d   o n   i s fe t/ e l e c tr o l y te   m o d e l s .   In t.   J E l e c tr.   Com p u t.   E n g .   2 0 1 9 ;   9 ( 2 ):    926 9 3 3 .   [2 0 ]   R   M u k h i y a   e a l . Fa b r i c a ti o n   a n d   c h a r a c t e ri s a ti o n   o f   Al   g a te   n - m e t a l o x i d e s e m i c o n d u c to r     fi e l d - ef fe c tra n s i s to r,  o n - c h i p   fa b ri c a te d   w i th   s i l i c o n   n i tr i d e   i o n - s e n s i ti v e   fi e l d - e f fe c tra n s i s t o r .   IE T   Com p u t.  Di g i t.  T e c h .   2 0 1 6 10 ( 5 ):  2 6 8 2 7 2 .   [2 1 ]   Ba n d i z i o l P   Pa l e s tr i F   Pi tt i n o E s s e n i ,   L   Se l m i T CAD - b a s e d   m e th o d o l o g y   to   m o d e l     th e   s i te - b i n d i n g   c h a r g e   a ISF ET /e l e c tro l y te   i n t e rfa c e s .   IEE Tra n s .   El e c tro n   Dev i c e s 2 0 1 5 62 ( 10 ):   3379 3 3 8 6 .   [2 2 ]   B   Cho i   e a l . T CAD - b a s e d   s i m u l a ti o n   m e th o d   fo th e   e l e c tr o l y te - i n s u l a to r - s e m i c o n d u c to fi e l d - e ff e c t   tra n s i s t o r .   IEEE  Tr a n s El e c tro n  De v i c e s .   2 0 1 5 62 ( 3 ) 1 0 7 2 1075 .   [2 3 ]   M J   Sp i j k m a n   e a l . Du a l - g a te   o rg a n i c   f i e l d - e ff e c tr a n s i s t o r s   a s   p o te n ti o m e t ri e   s e n s o r s   i n   a q u e o u s   s o l u ti o n .   Ad v Fu n c t.  M a te r.   2 0 1 0 20 ( 6 ):   8 9 8 905 .   [2 4 ]   J C   Cho u ,   L P   L i a o Stu d y   o n   p a t h e   p o i n o z e r o   c h a rg e   o T i O 2 p i o n - s e n s i t i v e   f i e l d   e ff e c t   tra n s i s t o r   m a d e   b y  t h e   s p u tt e ri n g  m e th o d .   Th i n  So l i d  F i l m s .   2 0 0 5 4 7 6 ( 1 ) 1 5 7 1 6 1 .   [2 5 ]   H J   J a n g ,   W J   Cho F a b ri c a t i o n  o h i g h - p e rf o rm a n c e   fu l l y   d e p l e te d  s i l i c o n - on - i n s u l a t o b a s e d   d u a l - g a t e   ion - s e n s i ti v e  f i e l d - e ff e c tra n s i s to r b e y o n d  t h e  Ne r n s t i a n   l i m i t .   Ap p l .  Ph y s L e tt .   2 0 1 2 1 0 0 ( 7 ) .   [2 6 ]   W   H e a l y D E   Y a te s S   L e v i n e Si t e - b i n d i n g   M o d e l   o f   th e   El e c tri c a l   Dou b l e   L a y e a t   th e   O x i d e / W a t e r   In te rfa c e .   Tra n s F a ra d S o c .  I .   1 9 7 4 ;   70 :  1 8 0 7 - 1 8 1 8 .   [2 7 ]   D S.  So ft w a re AT L AS Us e r’ s   M a n u a l .   2 0 1 6 4 0 8 5 6 7 1 0 0 0 .     [2 8 ]   Fro m h e rz O ff e n h ä u s s e r,   T   V e tt e r,  J   W e i s Neu r o n - Si l i c o n   J u n c ti o n Ret z i u s   Cel l   o t h e   L e e c h  o n  a n  I n s u l a t e d - G a te   Fi e l d - Eff e c T ra n s i s to r .   S c i e n c e 1991;   252 ( 5010 ):  1 2 9 0 1293 .   [2 9 ]   Pa s s e r i M o ro z z i K   Ka n x h e ri A   Sc o rz o n i Nu m e ri c a l   s i m u l a t i o n   o ISF ET   s tru c tu re s   fo r   b i o s e n s i n g  d e v i c e s  w i th  T CAD  t o o l s .   Bi o m e d En g O n l i n e 2 0 1 5 14 ( 2 ):   1 1 6 .   [3 0 ]   RF   Pi e rre t Se m i c o n d u c to r D e v i c e  F u n d a m e n t a l s .   New  Y o rk 1 9 9 6 :  7 9 2 .   [3 1 ]   E   M o h a m m a d i N   M a n a v i z a d e h Pe r fo rm a n c e   a n d   s e n s i t i v i ty   a n a l y s i s   o f   Dua l - g a te d   i o n   s e n s i t i v e   FET .   2 0 1 7  2 5 th   Ira n Con f.  El e c tr.  En g ICEE 2 0 1 7 ,   n o l CEE20  1 7 .  2 0 1 7 4 4 0 444 .   [3 2 ]   A M   Din a r,   M o h d   Za i n F   S a l e h u d d i n M L   Att i a h ,   M Ab d u l h a m e e d ,   M K   M o h s e n M o d e l i n g   a n d   s i m u l a t i o n   o e l e c tro l y te   p c h a n g e   i n   c o n v e n ti o n a l   IS FET   u s i n g   c o m m e rc i a l   Si l v a c o   TC AD .   i n   IOP   Con fe re n c e  S e ri e s M a te ri a l s   Sc i e n c e   a n d  E n g i n e e ri n g 2 0 1 9 518 0 4 2 0 2 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.