I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   6 ,  Decem b er   20 25 ,   p p .   5 1 8 3 ~ 5 1 9 2   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 6 . pp 5 1 8 3 - 5 1 9 2           5183       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Desig n and  per fo rma nce ana ly sis  of an NS FET - ba se d bios enso r  for the  early  de te ction o f  d eng ue       T ula s i R a d hik a   P a t na la ,   M a dh a v i Ta t ineni   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l ,   El e c t r o n i c s  a n d   C o m mu n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g ,   G I TA M   D e e me d   t o   b e   U n i v e r s i t y ,   H y d e r a b a d ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 5 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u l 1 4 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   1 4 ,   2 0 2 5       He a lt h c a re   in d u stry   is  c h a n g in g   d u e   to   tec h n o l o g ica l  b re a k th r o u g h s   th a t  sp u r   c re a ti v e   m e th o d s   fo r   d iag n o sin g   a n d   trea ti n g   il l n e ss e s.  Th is  st u d y   e x a m in e s  th e   d e v e lo p m e n t  o f  n a n o wire - b a se d   sta c k e d   field - e ffe c t  tran sisto r  (NSF ET )   b io se n so rs  fo r  th e   e a rly   d e tec ti o n   o f  d e n g u e   v ir u s.  De n g u e   fe v e r  is  se v e re   th re a t  to   p u b li c   h e a lt h   a n d   a   flav iv iru s  sp re a d   b y   m o sq u it o e s.  Ab o u t  h a lf  o f   th e   g lo b a l  p o p u lati o n   is   a t  risk   d u e   t o   a n   e n d e m ic  il l n e ss   i n   tr o p ica l  a n d   su b tro p ica l  re g i o n s,   wh ich   a ffe c ts  a p p ro x ima tely   1 0 0   m il li o n   i n d iv i d u a ls   a n n u a ll y   in   1 3 0   c o u n tri e s.  Th e   v ir u s h a s fo u r  a n ti g e n ica ll y   d isti n c t  se ro ty p e s ,   a n d   t h e re   m a y   b e   a   fift h .   T h e se   se ro ty p e s  in d u c e   v a riety   o f  c li n ica l   sy m p to m s.  Th is   c a n   i n c lu d e   b e n i g n   in fe c ti o n s  t h a t  g o   a wa y   o n   th e ir  o wn   o r   e x trem e ly   se rio u s,  p o ten ti a ll y   fa t a l  c o n se q u e n c e s  li k e   o r g a n   fa il u r e ,   p las m a   lea k a g e ,   a n d   b lee d in g .   W h il e   m a n y   tec h n i q u e s  a re   n o w  u se d   t o   d iag n o se   d e n g u e   fe v e r  in   t h e   lab o ra to r y ,   n o   si n g le  tec h n iq u e   sa ti sfie s  th e   o p ti m u m   sta n d a rd s  fo r  sp e e d ,   e c o n o m y ,   se n siti v it y ,   sp e c ifi c it y .   To   c lo se   t h is  g a p   in   d e n g u e   d iag n o sis,   n e we r  d e tec ti o n   tec h n o l o g ies   a re   d e sp e ra tely   n e e d e d .   T h is   u lt ra se n siti v e   lab e l - fre e   e lec tri c a l  d e v ice   c a n   d e tec t  th e   d e n g u e   v ir u s   (DENV )  e a rly   o n   a n d   p re v e n t   se v e re   a d d it io n a l  h a rm   t o   h u m a n s.  To   d e tec t   v a rio u s   DENV   c o n c e n trati o n s   in   h u m a n   b l o o d   a n d   d e m o n stra te  p o ten ti a l  f o r   e v e n tu a l  p o in t - of - c a re   (P OC)  d e tec ti o n ,   N S F ET   c o n str u c ted   a n d   sim u late d   in   t h is wo r k .   K ey w o r d s :   Flav iv ir u s     Gate - all - ar o u n d   Min iatu r ized   s en s o r s   Nan o wir e - b ased   s tack ed   f ield - ef f ec t tr an s is to r     Vis u al  tech n o lo g y   c o m p u ter - aid ed   d esig n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T u lasi   R ad h ik a  Patn ala   Dep ar tm en t o f   E lectr ical,   E lec tr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r in g ,   GI T AM   Dee m ed   t o   b e  Un iv e r s ity   Hy d er ab ad ,   I n d ia   E m ail: tu lasi ch an d r a2 0 1 0 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  h ea lth ca r e  s ec to r   h as  u n d er g o n e  a  d r a m atic  ch an g e   in   r ec en t  y ea r s   d u e  to   tec h n o lo g ica l   b r ea k th r o u g h s .   Sin ce   th e  b e g in n in g   o f   h u m an   life   o n   E ar t h ,   en v ir o n m e n tal  an d   clim ate   ch an g e  ca u s ed   b y   h u m an s   h av e  a f f ec ted   h u m a n   h ea lth   b y   ca u s in g   in f ec tio u s   d is ea s es  an d   v a r io u s   ca n ce r s .   Hu m an s   a r e  cu r r en tly   af f ec te d   b y   m o r e   th an   1 0 0   d if f e r en t  t y p es  o f   ca n c er   an d   m o r e  th an   2 1 7   in f ec tio u s   d is ea s e s .   B u t  a s   s cien ce   an d   tech n o l o g y   a d v a n ce d ,   we  wer e  ab le  to   g ain   a  g r ea ter   g r asp   o f   th e  p h y s i o lo g ical  s tates,  th e   s cien tific   p r in cip les u n d er l y in g   d is ea s es,  an d   th e  m o lecu la r   co m p o n en ts   in v o lv e d .   Nu m e r o u s   av en u es f o r   n ew  m ed ical  tech n o lo g ies f o r   ea r ly   d iag n o s is   an d   cu r e   h a v e  b ee n   m ad e  p o s s ib le  b y   th is   th o r o u g h   u n d er s tan d in g   o f   th e  m o lecu lar   m ec h an is m s   u n d er ly in g   d is ea s es.  I m p r o v i n g   ea r ly   d iag n o s is   an d   tr ea tm en t  is   th u s   m ad e  ea s ier   b y   m ea s u r in g   th e  p r esen ce   o r   ch an g e  o f   p a r ticu lar   m o lec u lar   b io m ar k e r s   in   u r i n e,   b lo o d ,   o r   s er u m .   Ma s s   s p ec tr o p h o to m etr y ,   f lo w  cy to m etr y ,   p o ly m er ase   ch a in   r ea ctio n   ( PC R ) ,   au to m ated   b lo o d   ce ll   an aly ze r s ,   en zy m e - lin k ed   im m u n o s o r b en t  ass ay   ( E L I SA) ,   two - d im en s io n al  ( 2 D)   g el  e lectr o p h o r esis ,   an d   o th er   s o p h is ticated   in s tr u m en ts   ar e  u s ed   in   m o d er n   m ed i ca l  d iag n o s tic  p r o ce d u r es  to   id en tify   p ar ticu lar   b io m ar k e r s   [ 1 ] .   E v e n   th o u g h   t h ese  tech n iq u es a r e  r eliab le,   f u r th er   s tep s   lik e  p u r if icatio n   a n d   ch r o m ato g r a p h ic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 ,  Decem b e r   20 25 :   5 1 8 3 - 5 1 9 2   5184   p r o ce s s in g   o f   s am p le  c o n ce n t r atio n   ar e  r e q u ir ed   p r io r   t o   d etec tio n .   I n   ad d itio n ,   th ese  m eth o d s   ar e  co s tly ,   lab o r - in ten s iv e,   an d   tim e - co n s u m in g .   T h ei r   ap p licatio n   in   r ea l - wo r ld   s itu atio n s   is   lim i ted   b y   all  o f   th ese   d r awb ac k s ,   an d   th e  p r im ar y   f o cu s   is   o n   u s in g   p o in t  o f   c ar e   ( POC )   d ev ices,  lik e  d r in k in g   h em o g lo b in   m eter s   an d   b lo o d   g lu co m ete r s .   POC   r ef er s   to   m e d ical  d iag n o s is   at  o r   n ea r   th e  p atien t  ca r e  s ite  [ 2 ] .   T h ese  POC   test s   allo w  f o r   r a p id   r esu lts ,   th e  r e p lace m en t o f   lab o r ato r y   test s ,   an d   th e  tim ely   s tar t o f   n ec ess ar y   ca r e.   Giv en   th is ,   DNA - b ased   an aly tic  m eth o d s   h av e  d r awn   a  lo t  o f   in ter est  d u e  to   th eir   p o ten tial  to   co m p letely   tr a n s f o r m   ca n ce r   d iag n o s is .   DNA - b ased   m eth o d s   p r o v id e  a   p r o m is in g   p at h   f o r   s en s itiv e  an d   tar g eted   d etec tio n   b y   u tili zin g   th e  d is tin ct  g en etic  f in g er p r in ts   lin k ed   to   ca n ce r   ce lls .   A  p r o m is in g   in s tr u m en t   f o r   m o lecu la r   d etec tio n   am o n g   th e  m an y   tech n o lo g ies  u s e d   in   DNA  an aly s is   i s   th e  n an o s h ee t  f ield - ef f ec t  tr an s is to r   ( NSFET ) - b ased   b io s en s o r .   NSFET - b ased   b io s en s o r s   ar e  s o lid - s tate  in s tr u m e n ts   th at  ca n   id en tif y   p H  v ar iatio n s   b r o u g h t o n   b y   i n ter ac tio n s   b etwe en   DNA  m o lecu les.  T h ese  s en s o r s '   s m all  s i ze ,   h ig h   s en s itiv ity ,   q u ick   r ea ctio n   tim e,   an d   lab el - f r ee   d etec tio n   ca p ab ilit ies  ar e  s o m e  o f   th ei r   ad v a n tag es  o v er   co n v en ti o n al   d etec tio n   tech n iq u es.   NSFET - b ased   b io s en s o r s   ar e  esp ec iall y   well - s u ited   f o r   p o in t - of - ca r e  test in g ,   r ea l - tim e  m o n ito r in g ,   an d   cu s to m ized   m ed icin e  p u r p o s es b ec au s e  o f   th eir   ch ar ac ter is tics .   I n v esti g atin g   th e  d ev elo p m en t   o f   NSFET - b ased   b io s en s o r s   an d   its   im p licatio n s   f o r   tech n o lo g ically   im p r o v e d   h ea lth ca r e  is   th e  ai m   o f   th is   p r o ject.   B y   co m b in in g   DNA  an aly s is   tech n iq u es  with   NSFET - b ased   b io s en s o r s ,   s p ec if ic  g en etic  b io m ar k e r s   ass o ciate d   with   b lo o d   ca n ce r s   ca n   b e   f o u n d .   B etter   tr ea tm en t   s tr ateg ies  an d   b etter   p atien t   o u tco m es  m a y   r esu lt  f r o m   th e  s u b s eq u e n t  ad v a n ce m e n ts   in   ea r ly   ca n ce r   id en tific atio n ,   wh ich   m ay   allo w  clin ical  p r o f ess io n als to   in te r v en e  at  th e  ea r lies t stag es o f   th e  d is ea s e.   NSFET - b ased   b io s en s o r s   h elp   m o n ito r   p H  lev els  a n d   io n   co n ce n tr atio n s   in   b io lo g ical  in v e s tig atio n s   an d   h ea lth ca r e  f ac ilit ies,  en a b lin g   r esear c h er s   an d   m ed ic al  p er s o n n el   to   m a k e  well - i n f o r m e d   d ec is io n s .   NSFET - b ased   s en s o r s   h elp   in d u s tr ial  p r o ce s s   co n tr o l  b y   g u ar an teein g   i d ea l  co n d itio n s   f o r   f o o d   p r o ce s s in g   an d   f er m e n tatio n ,   wh ic h   p r es er v es  th e  q u ality   an d   s af ety   o f   th e  f in al  p r o d u ct.   Fu r th e r m o r e,   NSFET - b ased   s en s o r s   in co r p o r ated   in to   m a n ag em en t  s y s tem s   en ab le  t h e  h y d r o p o n ics  an d   a g r icu ltu r e  s ec to r s   to   tr ac k   n u tr itio n al  r eq u ir em en ts   an d   m ax im ize  th e  d ev el o p m en t  o f   p lan ts .   T h ese  ex am p les  illu s tr ate  th e  s ig n if ican ce   o f   m an a g em en t  a p p licatio n s   a s   ce n tr alize d   p latf o r m s ,   e n ab l in g   th e  co llectio n ,   v is u aliza tio n ,   an d   an aly s is   o f   NSFET - b ased   s en s o r s   d ata.   T h r o u g h   th e  i n teg r atio n   o f   NSFET - b ased   s en s o r s ,   m an ag em en t  ap p licatio n s   en h an ce   m o n ito r in g   ca p ab ili ties ,   s et  th r esh o ld s ,   g en er ate   aler ts ,   an d   s u p p o r t   d ata - d r i v en   d ec is io n s   f o r   ef f ec tiv e  m an a g em en t in   d iv er s e  f ield s .   Her e  is   th e  s tr u ctu r e  o f   th e  p ap er :  An   in tr o d u ctio n   s tr ess es  th e  im p o r tan ce   o f   ea r ly   d etec tio n   in   p r ev en tin g   s er io u s   c o m p licatio n s ,   d en g u e  f ev er ' s   b r o ad   p r e v alen ce ,   an d   th e   co m p lex ity   o f   its   s er o ty p es,  all  o f   wh ich   co n tr ib u te  to   d en g u e  f e v er ' s   s ta tu s   as  a  wo r ld wid e  h ea lth   p r o b lem .   C u r r en t  d ia g n o s tic  tech n o lo g ies  ar e   r ev iewe d   in   th e  b ac k g r o u n d   an d   liter atu r e  s ec tio n ,   with   an   em p h asis   o n   th eir   lim itatio n s   an d   th e  in cr ea s in g   in ter est  in   f ield - ef f ec t   tr an s is to r - b ased   ( FET )   b io s en s o r s .   T h e  s u g g ested   tech n iq u e  d etails  th e  m ater ial  s elec tio n ,   f u n ctio n aliza tio n   p r o ce s s ,   an d   s im u latio n   u s in g   v is u al  tech n o lo g y   c o m p u ter - ai d ed   d esig n   ( T C AD )   to o ls   to   cr ea te   a  n ew   u ltra s en s itiv e  d en g u e  v i r u s   ( DE NV)   b i o s en s o r   ca lled   a   g ate - all - ar o u n d   n a n o s h ee t  f ield - ef f ec t  tr an s is to r   ( GAA  NSFE T ) .   T h e  n e x t  p ar t,  “ d e v ice  s im u latio n   an d   d esig n   p ar am eter s , ”   g o es  in to   f u r th er   d etail  ab o u t  th e  elec tr ical  an d   s tr u ctu r al  p r o p er ties   tak en   in to   ac co u n t  d u r in g   th e  s im u lat io n   p r o ce s s .   I n   th e  r esu lts   an d   d is cu s s io n   s ec tio n ,   we  s h o w  h o w  th e   s en s o r   r ea cts  to   d if f er e n t  co n ce n tr ati o n s   o f   DE NV  a n d   co m p ar e   its   s en s itiv ity   an d   s p ec if icity   to   t h at  o f   m o r e  t r ad itio n al  b i o s en s in g   m et h o d s .   T h e   p ap er   co n tin u es  b y   d is cu s s in g   th e  NSFET   b io s en s o r   an d   h o w  it  co u ld   b e   u s e d   in   p o r tab le,   ea s y - to - u s e,   a n d   f u tu r e - in teg r ate d   p o in t - of - ca r e  d iag n o s tic  s y s tem s .   T h e  co n clu s io n   w r ap s   u p   th e  s tu d y   b y   s u m m ar izin g   it s   m ain   p o i n ts   an d   o u tlin in g   its   f u tu r e  d ir ec tio n s ,   wh ich   m ay   in v o l v e  ap p ly in g   th e  f in d in g s   in   th e  r ea l  wo r l d   o r   ex p a n d in g   th e  s tu d y   to   o th e r   in f ec tio u s   d is ea s es.       2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   Ad v an ce s   in   m ed ical  d iag n o s tics   h av e  b ee n   m ad e  p o s s ib le  b y   th e  ex p lo itatio n   o f   a  d is tin ct  class   o f   n an o m ater ials   with   s p ec ial  f e atu r es  b y   ad v an ce s   in   n an o s cien ce   an d   n a n o tech n o lo g y   [ 3 ] .   Nan o s tr u ctu r ed   m ater ials   ca n   b e  tailo r e d   to   v ar io u s   s izes  an d   f o r m s   a n d   h av e  ex ce llen t   p h y s ical  an d   ch em ical  p r o p er ties .   I n cr ea s ed   c h em ical  ac tiv ity ,   a  h ig h   s u r f ac e - to - v o lu m e   r ati o ,   an d   elec tr ical   b eh a v io r   th a t  m ay   b e   ad ju s ted   m ak e  th ese  m ate r ials   attr ac tiv e  f o r   m o lecu le   lev el  d etec tio n   in   th e   n an o   d o m ain .   Fo llo wi n g   th e   f o r m atio n   o f   th e  b io   in ter f ac e ,   th e  n an o m a ter ials   ar e  ess en tia l  f o r   elec tr o n   co n d u ctio n   an d   b io m o lecu le  im m o b ilizatio n .   Fu r th er m o r e ,   th e   d e v elo p m e n t  o f   s m aller   d e v ices  is   m ad e   p o s s ib le  b y   th e   m ater ials '   m o d e s t  d im en s io n s .   T h e   s en s itiv ity ,   s elec tiv ity ,   an d   ac cu r ac y   o f   th e  POC   d ev ice  ca n   b e  s ig n if ican tly   im p r o v e d   b y   u s in g   n an o m ater ials   lik e  g r ap h en e,   ca r b o n   n an o tu b es  ( C NT s ) ,   n an o p ar ticles,  q u an tu m   d o ts ,   n an o r o d s ,   an d   n an o wir es  in to   th e   b io s en s o r   m an u f ac t u r in g   p r o c ess .   T h e  u s e  o f   n an o m ater ials   in   th e  p r o d u ctio n   o f   POC   d ev ices  h as  led   to   th e   d ev elo p m e n t  o f   s ev er al  tr a n s d u ctio n   m eth o d s ,   i n clu d in g   o p tical,   elec tr ical,   elec tr o ch em i ca l,  m ass - s en s itiv e,   m ag n etic,   an d   th er m o m etr ic.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   a n d   p erfo r ma n ce   a n a l ysis   o f a n   N S F E T - b a s ed   b io s e n s o r   fo r   …   ( Tu la s i R a d h ika   P a tn a la )   5185   On e - d im en s io n al   ( 1 D)   m etal   o x id es,   am o n g   o th er   n a n o m ater ials ,   h av e   s h o wn   p r o m is e  in   th e  p r o d u ctio n   o f   p o in t - of - ca r e  d iag n o s tic  d ev ices  b ec a u s e  o f   t h eir   s tr o n g   ad s o r p tio n   ca p a b ilit ies,  h ig h   s u r f ac e   r ea ctiv ity ,   im p r o v ed   elec tr o n - tr an s f er   k in etics,  a n d   ap p r o p r iate  im m o b ilizatio n   m atr ic es  f o r   b io m o lecu le   co n ju g atio n .   C o m m o n   1 D  m etal  o x id es  th at  p r o v id e  a  b io co m p atib le  s u r f ac e   with   in cr ea s ed   b io lo g ical   ac tiv ity   in clu d e  alu m in u m   o x id e  ( Al2 O3 ) ,   titan iu m   o x id e   ( T iO2 ) ,   zir c o n iu m   o x i d e  ( Z r O2 ) ,   ce r i u m   o x id e   ( C eO2 ) ,   m ag n esiu m   o x id e   ( Mg O) ,   ir o n   o x i d e  ( Fe3 O4 ) ,   m an g an ese  o x id e  ( M n O) ,   b a r iu m   o x id e  ( B aO) ,   co p p er   o x id e   ( C u O) ,   v a n ad iu m   o x id e  ( V2 O5 ) ,   an d   zin c  o x id e  ( Z n O)   [ 4 ] .   B ec au s e  o f   i ts   s p ec ial  q u alities ,   in clu d in g   its   b r o ad   b an d   g a p   ( 3 . 3 7 eV) ,   f r ee - e x cito n   b in d in g   e n er g y   ( 6 0   m eV) ,   s tr o n g   elec tr o c h em ical  ch ar ac ter is tics ,   an d   h ig h   is o el ec tr ic  p o in t  ( I E P=9 . 5 ) ,   Z n O   h as  g ar n er ed   in cr ea s in g   i n ter est  in   b io s en s in g   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   Z n O  is   a  v iab le  tem p late  f o r   cr ea tin g   POC   d ev ices  b ec au s e  o f   its   in cr ea s ed   elec tr o n   m o b ilit y   a n d   d if f u s io n   co ef f icien t  wh en   co m p ar ed   to   o th e r   m etal  o x id es.   Mo r eo v er ,   th e  a d d itio n   o f   n a n o p ar ticles  to   Z n O  m atr ices  en h an ce s   th eir   elec tr ical,   o p tical,   an d   s u r f ac e   co n tact  p r o p er ties ,   im p r o v in g   th eir   b io s en s in g   ca p ab ilit ies  [ 7 ] .   A d d itio n ally ,   th e  elec tr o s p in n i n g   a p p r o ac h   m ak es  it  s im p le  to   d o p e  o r   i n co r p o r ate  th e   r ig h t  n an o m ater ial  to   cr ea te  co m p o s ite  o r   d o p ed   Z n O  n an o wir es  [ 8 ] ,   [ 9 ] .   Flex ib le  m ater ials   lik e  p ap er s   an d   p o ly m er s   ar e  cu r r e n tly   b ein g   em p lo y ed   m o r e  an d   m o r e  as  s u b s tr ates  f o r   POC   d e v ice  f ab r icatio n   s in ce   th ey   ar e   d is p o s ab le,   af f o r d ab le,   ca n   b e   p r o d u ce d   in   lar g e  q u an titi es,  an d   h av e  th e   p o te n tial  to   b e  in teg r ate d   with   wea r ab le  tech n o lo g y   f o r   s m ar t  POC   d iag n o s tics   [ 1 0 ] .   B ec au s e  p o ly m er - b ased   s u b s tr ates,  in clu d in g   p o ly et h y len e   ter ep h th alate   ( PET ) ,   h a v e  b en ef its   o v er   p ap er - b ased   s u b s tr ates,  th ey   ca n   with s tan d   tem p er atu r es  u p   t o   1 8 0   d eg r ee s   C elsi u s   an d   en ab le  tem p er atu r e - co n tr o lled   p r o ce s s es  [ 1 1 ] .   Ad d itio n ally ,   liq u id   s am p les  ar e  n o t  ab s o r b e d   b y   p o ly m er - b ase d   s u b s tr ates,  wh ich   s p ee d s   u p   th e  p r ec is e  co n v e y a n ce   o f   tar g et  s am p les f o r   d etec tio n   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   Ho wev er ,   f le x ib le  s u b s tr ate - b ased   POC   d ev ices  ar e  s till   in   th e   ea r ly   s tag es  o f   d ev elo p m en t,   esp ec ially   wh en   it  co m es  to   f l ex ib le  b io s en s o r s   with   n a n o m ater ial  in teg r atio n   [ 1 4 ] .   As  a  r esu lt,  we  an ticip ate  th at  n ew  g en er atio n s   o f   f lex ib le  s u b s tr ate - b ased   POC   d e v ices,  in   c o n ju n ctio n   with   w ir eless   an d   m o b ile   tech n o lo g ies,  will  cr ea te  a  m u ltit u d e  o f   o p p o r tu n ities   f o r   t h e  d ev elo p m en t  o f   wea r ab le,   r eliab le,   an d   ea r ly   d iag n o s tics   d ev ices.  I n   th is   r e g ar d ,   th e  d ev elo p m en t  o f   f lex i b le  s u b s tr ate  in teg r ated   b io s en s o r s   b ased   o n   Z n O  n an o wir es f o r   POC   ap p licatio n   is   th e  m ain   g o al  o f   t h is   th esis .   T h e  L atin   wo r d   “ s en tire , ”   w h ich   m ea n s   to   i d en tify ,   is   wh er e  th e  ter m   “ s en s o r ”   co m es  f r o m   [ 1 5 ] .   A   s en s o r   is   a  d ev ice  th at  g e n e r ates  m atch in g   o u tp u t  s ig n al s   in   a  m ea s u r ab le  f o r m   in   r esp o n s e  to   s p ec if ic  ex ter n al  s tim u li,  s u ch   as  ex p o s u r e  to   an aly tes,  ch an g es  in   am b ien t  co n d itio n s ,   o r   m o d if ic atio n s   to   s o m e  o f   it s   p h y s ical  p r o p er ties .   Sen s o r s   ar e  p r im ar ily   d iv id e d   in to   two   ca teg o r ies  b ased   o n   th eir   m o d es  o f   o p er atio n :   ch em ical  an d   p h y s ical  s en s o r s .   Ph y s ical  s en s o r s   ar e  s en s in g   d e v ices  th at  r esp o n d   to   a n y   p h y s ical  q u alities ,   in clu d in g   elec tr o m ag n etic  wa v es,  p r ess u r e,   a n d   s o u n d   [ 1 6 ] .   L ik ewise,   a  ch em ical  s en s o r   is   a  d etec tin g   d e v ice  th at  r esp o n d s   to   a n y   ch e m ical  s tim u li ( s u ch   as sm ell   an d   an a ly te  ex p o s u r e )   an d   g en er ates i n f o r m atio n   th at  ca n   b e  m ea s u r ed   an aly tically   [ 1 7 ] .   T h e   an aly te   in ter ac tio n   o r   s tim u lu s   at  th e  s en s o r ' s   p ar ticu lar   r ea ctio n   s ite  ca u s es  a  ch an g e  in   its   ch em ica l  an d   p h y s ical  ch ar ac ter is tics ,   wh ich   r esu lts   in   a  co r r esp o n d i n g   elec tr ical  s ig n al   [ 1 8 ] .   A f ter   th at,   th is   s ig n al  is   s en t to   a  p r o ce s s in g   u n it f o r   r es p o n s e  an aly s is .   T h e  th r ee   p r im ar y   co m p o n e n ts   o f   a   b io s en s o r   ar e   as  f o llo ws:   i)   a  b io r ec o g n itio n   lay er   th at  in ter ac ts   with   th e  tar g et  co m p o u n d s   in   a  b io alay te,   s u ch   as  an   en z y m e,   an tib o d y ,   ce lls ,   o r   tis s u e;  ii)  a  tr an s d u cin g   co m p o n en t  th at  tr a n s f o r m s   th e  p h y s ico ch e m ical  ch an g es  b r o u g h t  ab o u t  b y   b io c h em ical  in ter ac tio n   in to   an   elec tr ical,   o p tical,   th er m al ,   m ag n etic,   o r   ac o u s tic  s ig n al;  an d   iii)  th e  s ig n al   p r o ce s s in g   u n it,  wh ich   p r o ce s s es  th e  s ig n al  an d   tr an s m its   th e  in f o r m atio n   o f   a  p ar ticu lar   tar g e t  in ter ac tio n   [ 1 9 ] .   Nu m er o u s   v ar iab les,  in clu d in g   th e  m ed iu m ' s   p H,   tem p er atu r e,   p o llu tan ts ,   an d   th e   ty p e   an d   s tab ilit y   o f   th e   m ater ial s   em p lo y ed   in   th e   b io s en s o r ' s   co n s tr u ctio n ,   af f e ct  h o w   well  th e   b io s en s o r   p er f o r m s .   T h e   p r im a r y   p ar ts   o f   th e   b io s en s o r   ar e   s h o wn   in   Fig u r e  1   [ 2 0 ] .   T h e  p r im ar y   co m p o n en t  o f   a   b io s en s o r   is   a  b io r ec ep to r   o r   m o lecu lar   r ec o g n itio n .   T h e   s tab ilit y ,   s p ec if icity ,   an d   af f in ity   f o r   th e  tar g et  a n aly te  ar e  d eter m in ed   b y   th e   p r o p er   id en tific atio n   an d   f u n ctio n aliza tio n   o f   th e  b i o r e co g n itio n   elem e n t  [ 2 1 ] .   T h e  b ar o r ec e p to r ' s   s en s it iv ity   an d   s elec tiv ity   s to p   th e  o th er   s u b s tan ce   in   th e   b io s am p le  f r o m   i n ter f er in g .   T h e   m o s t  o f ten   u tili ze d   b io r ec ep to r s   in clu d e  n u cleic   ac id s ,   en zy m es,  an tib o d ies,  an d   ce l ls .   Fig u r e   2   d ep icts   Sch em at ic  r ep r esen tatio n   o f   th e  in ter ac tio n   b etwe en   th e   tar g et  an aly te  an d   th e  b io r ec o g n itio n   elem en ts   in   th e  co n te x t o f   DE NV  v ir u s   d etec tio n .   B ec au s e  en zy m e - b ased   b i o r e co g n itio n   elem en ts   ca n   c o n v er t  ca taly ze d   p r o d u ctio n   p r o d u cts  lik e   lig h t,  h ea t,  an d   elec tr o n s   in to   q u an tifia b le  s ig n als,  th ey   ar e  m o r e  ap p ea lin g   f o r   b i o s en s in g   ap p licatio n s .   T h e   en zy m e' s   im m o b ilizatio n   tech n iq u e,   p H,   tem p e r atu r e,   an d   lay er   th ick n ess   all  af f ec t  h o w  well  en zy m e - b ased   b io s en s o r s   wo r k   [ 2 2 ] .   A  liv in g   ce ll' s   in ter ac tio n   with   t h e  ex tr ac ellu lar   an d   in tr ac ellu lar   s u r r o u n d in g s ,   as  well   as  with   an y   p h y s io lo g ical   p ar am eter s ,   an d   t h e  tr an s f o r m atio n   o f   th e  b io r ep o r ter ' s   r esp o n s e  in to   a   q u a n tifia b le   s ig n al  f o r m   th e  b asis   o f   ce ll - b ased   r ec o g n itio n .   Mic r o o r g an i s m s ,   in clu d in g   b ac ter ia,   f u n g u s ,   an d   ce ll p r o tein s ,   ca n   f u n ctio n   as  b io r ec ep to r s   t o   id en tify   a  p ar ticu la r   m o lecu le  o r   an aly te.   Du e  to   s ig n al  a m p lific atio n ,   th ese   b io r ec ep to r s   h av e   a   r ed u ce d   d etec tio n   lim it.  O n e  o f   t h e  m ain   o b s tacle s   is   im m o b ilizin g   ce lls   o n   th e  s en s o r   s u r f ac e  an d   lin k in g   t h em   with   tr an s d u ce r s .   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                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 ,  Decem b e r   20 25 :   5 1 8 3 - 5 1 9 2   5186       Fig u r e   1 .   B io s en s o r s   with   tim e  lin e       T h e  id en tific atio n   o f   n u cleic   ac id s   ( DNA,   R NA,   an d   p e p tid es)  d ep e n d s   o n   th e  s tr u ct u r a l  alter atio n   b r o u g h t  ab o u t  b y   tar g et  b in d in g .   Mu ta g en icity ,   in te r ca latio n s ,   s tr an d   b r ea k ag e,   o r   co v al en t  o r   n o n c o v alen t   ch em ical  b in d i n g   t o   th e   n u c leic  ac id   ca n   all  ca u s e  th is   s tr u ctu r al  alter atio n   [ 2 3 ] .   T h e  id en tific atio n   o f   co m p lem en tar y   s tr an d s   b y   s in g le - s tr an d   DNA  to   cr ea te  d o u b le - s tr an d   DNA  th r o u g h   h y d r o g en   b o n d s   an d   th e   m ea s u r em en t  o f   th e  s ig n al  g en er ated   b y   t h is   b io ch em ical   r ea ctio n   f o r m   th e  b asis   o f   t h e  DNA  b io s en s o r 's   o p er atio n .   I n   a  c o m p lex   m ix tu r e,   th ese  co m p o n e n ts   h av e   a  h ig h   lev el  o f   s elec tiv ity   to war d s   th e  tar g et  s p ec ies.   W h en   cr ea tin g   b io s en s o r s   b ased   o n   n u cleic   ac id   r ec o g n iti o n   elem en ts ,   th e  im m o b ilizatio n   s tep   o n to   th e  s en s in g   s u r f ac e  is   cr u cial.   T h e  s ev er al  b i o r ec o g n itio n   c o m p o n e n ts   af f ix ed   to   th e   s en s o r   s u r f ac e   an d   th eir   in ter ac tio n s   with   th e  tar g et  a n aly te  ar e  d ep icted   in   Fig u r e  2 .           Fig u r e   2 .   I n ter ac tio n   b etwe en   th e  tar g et  an aly te  a n d   th e   b io r ec o g n itio n   elem e n ts       I n v asiv e  tr ea tm e n ts   lik e  b i o p s ies  an d   im ag i n g   m eth o d s   h av e  h is to r ically   b ee n   u s ed   to   o b tain   tis s u e  s am p les  f o r   a n aly s is   in   ca n ce r   d iag n o s is   [ 2 4 ] .   E v en   wh ile  th ese  tech n iq u es  h av e   b ee n   q u ite  h elp f u l  in   th e   id en tific atio n   o f   ca n ce r ,   th e y   f r eq u e n tly   h a v e  d r awb ac k s ,   i n clu d in g   th e  r eq u ir e m en t  f o r   s p ec ialis t  f ac ilit ie s ,   in v asiv en ess ,   an d   a  len g th y   p r o ce d u r e.   C o n s eq u en tly ,   th e r e  is   an   in cr ea s in g   d em an d   f o r   n o v el,   n o n - in v asiv e   tech n iq u es  th at  ca n   im p r o v e  e ar ly   id en tific atio n ,   allo w  f o r   r ea l - tim e  m o n ito r in g ,   an d   s u p p o r t  in d i v id u alize d   tr ea tm en t  p lan s .   T ec h n iq u es   f o r   DNA - b ased   an aly s is   h av e  b ec o m e  a  v iab le  way   t o   tr an s f o r m   ca n ce r   d iag n o s is .   T h ese  m eth o d s   o f f er   th e  p o s s ib ilit y   o f   s en s itiv e  an d   s p ec if ic   d etec tio n   b y   lo o k in g   at   th e  d is tin ct  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   a n d   p erfo r ma n ce   a n a l ysis   o f a n   N S F E T - b a s ed   b io s e n s o r   fo r   …   ( Tu la s i R a d h ika   P a tn a la )   5187   g en etic  f in g er p r in ts   f o u n d   in   ca n ce r   ce lls .   I t  is   p o s s ib le  to   d etec t  th e  p r esen ce   o f   th e  d is ea s e,   class if y   it,  an d   tr ac k   h o w  well  a  tr ea tm en t is wo r k in g   b y   u s in g   g en etic  b io m ar k er s   lin k ed   to   b lo o d   m alig n an cies.  A  tech n iq u e   th at  h as  d r awn   i n ter est  is   th e  NSFET - b ased   b io s en s o r ,   wh ic h   h as  t h e  p o ten tial  to   im p r o v e   DNA - b ased   ca n ce r   d iag n o s is .   So lid - s tate  d e v ices  ca lled   NSFET - b ased   b io s en s o r s   m ay   id e n tify   p H  v ar iatio n s   b r o u g h t  o n   b y   in ter ac tio n s   with   DNA  m o lec u les  [ 2 5 ] .   T h ese  s en s o r s '   s m all  s ize,   h ig h   s en s itiv ity ,   q u ic k   r ea ctio n   tim e,   an d   lab el - f r ee   d etec tio n   ca p a b ilit ies ar e  ju s t a   f ew  o f   th e  m an y   b en ef its   th ey   h av e  s h o wn   o v e r   tr ad itio n al  d etec tio n   tech n iq u es.  Fu r th e r m o r e ,   NSFET - b ased   b io s en s o r s   ar e  a p p ea lin g   f o r   u s e  in   h ea lth ca r e   ap p licatio n s   d u e  t o   th eir   p o te n tial  f o r   p o in t - of - ca r e  test in g   an d   r ea l - tim e  m o n i to r in g .   Hen ce ,   th is   wo r k   p r es en ts   a  n o b le  b lo o d   d etec tio n   tech n iq u e  with   th e  h elp   o f   NSFET   d ev ice  f o r   b lo o d   ca n ce r   d etec tio n   with   th e  tar g et  an aly te.       3.   DE S I G N  AND  S I M U L A T I O N  O F   NSFET   B I O S E NSO R     Utilizin g   1 0   n m   tech n o lo g y ,   t h e  NS - FET   d ev ice   b o asts   a  th r ee - d im en s io n al   ( 3 D)   s tr u ctu r e.   Fig u r e  1   s h o ws  th e  1 0   n m   d ev ice  f r o m   b o th   th e  f r o n t  a n d   t h e  s id e.   W ith   a  L g   o f   1 0   n m   an d   a  f in   wid th   o f   1 0   n m ,   th e   NS - FET   is   m an u f ac tu r ed .   T wen ty   n an o m eter s   is   th e  to tal  h eig h t  o f   th e  ch an n el  an d   th e  two   f in s ,   ea ch   o f   wh ich   is   ten   n an o m eter s   tall.  T h e  p lan n e d   ch an n el  s p ac in g   f o r   th e  NS - FET   is   1 5   n m ,   an d   i t  h as  two   ch an n els.  T h e  th r ee - d im e n s io n al  p er s p e ctiv e  o f   th e  GAA  NSFET   i s   d ep icted   in   Fig u r e  3 ( a) .   T h e  co d e  f o r   th e  d e v ice  is   cr ea ted   u s in g   v is u al  T C AD.   A  th ick n ess   o f   5   to   9   n m   is   ac h iev ed   b y   th e  d e v ice.   T h e  g ad g et  h as  a  wid th   th at   v ar ies b etwe en   1 0   a n d   5 0   n m .   I n   th e  p r o ce s s   o f   m ak i n g   d e v i ce s   u s in g   SOI   tech n o lo g y ,   th e  B u r ied   Ox id e  lay er   o f   SiO2   m ater ial   is   u s ed   b ec au s e  it  p r o v id es  lo wer   p ar asit ic  ca p ac itan ce ,   b etter   s witch in g ,   a n d   l o w  p o wer   d is s ip atio n .   T h e  v ir tu al  b u ild i n g ' s   cr o s s - s ec tio n   is   d is p lay ed   in   Fig u r e  3 ( b ) .             Fig u r e  3 .   T h e  th r ee - d im en s io n al  p er s p ec tiv e  o f   ( a)   s im u lated   d ev ice  s tr u ctu r e  o f   NSFET   d e v ice  an d     ( b )   cr o s s - s ec tio n al  v iew  o f   th e   d ev ice       Fig u r e  3   s h o ws  th e  s ch em a tic  o f   th e   b io s en s o r   t h at  h a s   b ee n   s u g g ested ,   th e  g ate - all - ar o u n d   n an o s h ee t  f ield - ef f ec t   tr an s is to r   ( GAA  NSFET ) .   T h e  s o u r c e,   d r ain ,   an d   g ate   ar e   s h o wn   i n   th e  3 D  m o d el  in   Fig u r e   3 ( a) ,   alo n g   with   th e  n a n o s h ee t  ch an n el,   wh ic h   is   en ca s ed   in   th e  g ate  elec tr o d e  f o r   b etter   elec tr o s tatic  co n tr o l  an d   in c r ea s ed   s en s itiv ity .   T h e  g ate  is   s ep ar ated   f r o m   th e  s o u r ce   an d   d r ain   r e g io n s   u s in g   s p ac er s ,   an d   th e  d ev ice  is   co n s tr u cted   ato p   a  b u r ied   o x id e  ( B OX)   lay er   th at  p r o v id es  s u p p o r t  to   th e  f u lly   d ep leted   s ilico n - ato p - in s u lato r   ( FD - SOI )   p latf o r m ,   f u r th er   en h an cin g   p er f o r m an ce   an d   m in im izin g   leak a g e.   T wo   n an o s h ee t  lay er s   im p lan ted   b etwe en   h ig h - k   ( Hf O₂)   an d   l o w - k   ( SiO₂)   d i elec tr ics  ar e  s h o wn   in   t h e  cr o s s - s ec tio n al  v iew  o f   th e  d ev ice  in   Fig u r e   3 ( b ) .   T h e  s en s itiv ity   is   im p r o v ed   b y   th e  h ig h - k   d ielec tr ic' s   en h an ce m en t  o f   th e  g ate   ca p ac itan ce ,   p a r asit ic  ca p ac itan ce   is   r ed u ce d   b y   t h e  lo w - k   d ielec tr ic,   an d   t h e  en tire   s tack   is   wr ap p ed   b y   t h e   g ate  in   a  GAA  ar r an g em en t.  Fo r   p o in t - of - ca r e   b io s en s in g   a p p licatio n s   lik e  ea r ly   d en g u e  v ir u s   d etec tio n ,   t h is   n an o s ca le  s tr u ctu r e  s h o ws p r o m is e  f o r   p r ec is e  co n tr o l a n d   u l tr asen s itiv e  d etec tio n .     T o   m o d el  th e  g en er atio n - r e co m b in atio n   p r o ce s s ,   T C AD   em p lo y s   m o d els  s u ch   as  th e  d en s it y   g r ad ien t  m o d el  f o r   q u an tu m   p o ten tial  co r r ec tio n ,   th e  R o u ls t o n   m o d el  f o r   n ar r o w  b a n d   g a p   m o d elin g ,   an d   th e   co h er en t   s ca tter in g   a n d   L o m b ar d i  s u r f ac e  m o b ilit y   m o d e ls   f o r   t h e  B r illo u in   s ca tter in g   m ec h a n is m .   T h e   s im u latio n ' s   d ev ice  s ettin g s   ar e  d is p lay ed   in   T a b le  1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 ,  Decem b e r   20 25 :   5 1 8 3 - 5 1 9 2   5188   T ab le  1 .   T C AD  s im u latio n   d e v ice  p ar am eter s   R e g i o n   D i me n si o n   G a t e   l e n g t h   10   nm   To x   ( H i g h - K)   1   nm   To x   ( L o w - K)   1   nm   S p a c i n g   o x i d e   ( Lo w - K)   10   nm   S p a c i n g   o x i d e   ( H i g h - K)   5   nm   S / D   d o p i n g   c o n c e n t r a t i o n   1 E 2 0   F i n   p i t c h   20   nm   F i n   h e i g h t   10   nm   F i n   w i d t h   10   nm   W o r k   f u n c t i o n   4 . 5   eV   B o x   45   nm       T h e  NS  h as  a  th ick n ess   o f   5 – 1 0   n an o m eter s   an d   a  b r ea d th   o f   1 0 – 5 0   n a n o m eter s .   T h e  p r im ar y   o b jectiv e  o f   th e   r esear ch   is   t o   f in d   th e   o p tim al  d im e n s io n s   b y   c o n s id er in g   th e   n an o s h e et's  th ick n ess   an d   wid th .   T h e  b u ilt  d ev ice' s   s i m u latio n   r esu lts   f o r m   th e  b a s is   f o r   an   ex am i n atio n   o f   th e  d ev ice' s   n u m er o u s   p ar am eter s .   As  s h o w n   in   Fig u r e  4 ,   th e   elec tr ic  f ield   is   s tr o n g er   in   th e  s p ac e r   r e g io n   o f   th e   d ev ice.   L ess   n o ticea b le  is   th e   im p ac t   o n   th e  ch an n el.   At   VDS=0 . 7 5   v o lt   an d   VGS=0 . 7   v o lt,  Fig u r e  5   s h o ws  th e   p o ten tial   v ar iatio n   o f   th e  s im u lated   NS FET   an d   th e  d is tr ib u tio n   o f   th e  d o p in g   co n ce n tr atio n   ( Nd )   o f   th e  d ev ice.             Fig u r e  4 .   Do p in g   c o n ce n tr atio n   ( Nd )   o f   th e  s im u lated   NSFET     Fig u r e  5 .   Po ten tial d is tr ib u tio n   o f   th e  s im u lated     GAA  NSFET       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T o   d ia g n o s e  t h e  d en g u e  v ir u s   h er e   we  d esig n ed   th e   NSFET   b ased   b io s en s o r s .   T h e   d if f e r en t  o x id e  m ater ials   ar e  u s ed   to   co n s tr u c t  th e  NSFET   an d   th e  b est  o x id e  is   s elec ted   u s in g   th e   s im u latio n   r esu lts .   Vis u al   T C AD  was u s ed   to   s im u late  t h e  tr an s is to r   in   o r d er   to   o b tain   v ar io u s   p r o p er ties ,   s u ch   as V - I ,   DI B L ,   an d   SS .       4 . 1 .     Sp a ce   re g i o n m a t er ia ls   a nd   t ra ns is t o r  cha ra ct er is t ics   Fig u r e  6   s h o ws  th e   r esu lts   o n   a  lin ea r   s ca le  a n d   Fig u r e  7   s h o ws  th e  r esu lts   o n   a   lo g ar ith m ic  s ca le  f o r   b etter   v is u aliza tio n   o f   th e  s u b th r esh o ld   b eh av io r .   B o th   f ig u r es  s h o wca s e  th e  tr an s f er   p r o p er ties   o f   th e   p r o p o s ed   GAA  NSFET   d ev ice  u n d er   v a r ied   d ielec tr ic  co n d itio n s .   W h en   s tu d y in g   th e  s en s itiv ity   an d   s witch in g   ca p ab ilit y   o f   th e  tr an s is to r ,   th ese  g r ap h s   ar e  ess e n tial,  esp ec ially   f o r   b io s en s in g   p u r p o s es.  Fo r   th e   s ak e  o f   co n s is ten cy   an d   th er m al  s tab ilit y   ac r o s s   p er f o r m an ce   p ar am eter s ,   th e  s im u latio n s   ass u m e  th at  all   s p atial  r eg io n s   with in   th e   d e v ice  k ee p   a   co n s tan t   tem p er atu r e  o f   3 0 0   K.   C r itical  d e v ice  m e tr ics  lik e  th r esh o ld   v o ltag e,   ON/OFF  cu r r en t  r atio ,   s u b th r esh o ld   s lo p e  ( SS ) ,   a n d   d r ain - in d u ce d   b ar r ier   lo we r in g   ( DI B L )   ca n   b e   ev alu ated   u s in g   th e  tr an s f er   c h ar ac ter is tics ,   wh ich   p lo t  th e  d r ain   cu r r e n t  v er s u s   g ate  v o lt ag e.   T h e  s witch in g   ef f icien cy ,   leak a g e  cu r r en t,  a n d   s en s itiv ity   to   s m all  ch an g e s   ca u s ed   b y   in ter ac tio n s   b etw ee n   tar g et  an tig en s   ar e  all  d ete r m in ed   b y   th ese  f ac to r s   tak en   to g eth e r .   T h is   s tu d y   aim s   to   u n d e r s tan d   th e  i n f lu en ce   o f   v ar i o u s   d ielec tr ic  m ater ial  co m b in ati o n s   o n   tr an s f e r   ch ar ac ter is tics   b y   ev alu atin g   Air ,   SiO₂,  Hf O₂  +  SiO₂,  an d   Hf O₂  +  Nitr id e.   On e  ex am p le  is   Hf O ₂,   wh ich   h as  a   h ig h   k   v alu e  a n d   is   u s ed   to   in cr ea s e  g ate   c o n tr o l  a n d   d ec r ea s e  leak ag e  th r o u g h   in cr ea s in g   g a te  ca p ac itan ce .   On   th e  o th e r   h an d ,   p air in g s   with   lo w  k   d iele ctr ics,  s u ch   as  air   o r   SiO₂,  h av e  v ar io u s   ef f ec ts   o n   th e  elec tr o s tatic  en v ir o n m en t.   B y   co m p ar in g   th ese  co n f ig u r atio n s ,   we  h o p e  to   f in d   th e  o n e  th at  wo r k s   b est  with   th e  NSFET   b io s en s o r   in   ter m s   o f   elec tr ical  p er f o r m an c e  an d   s en s itiv ity   f o r   d en g u e   v ir u s   d etec tio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   a n d   p erfo r ma n ce   a n a l ysis   o f a n   N S F E T - b a s ed   b io s e n s o r   fo r   …   ( Tu la s i R a d h ika   P a tn a la )   5189         Fig u r e  6 .   Pro p er ties   o f   th e   p r o p o s ed   GAA  NSFET   ( lin ea r   s ca le)   f o r   tr an s f er   ( I D~VG S)     Fig u r e  7 .   T h e  p r o p o s ed   GAA  NSFET ' s   tr an s f er   ch ar ac ter is tics   ( I D~VG S)  o n   a  lo g ar ith m ic  s ca le       T h e  r atio   o f   o n   c u r r e n t  to   o f f   cu r r e n t  is   a  u s ef u l   in d icato r   o f   f ield   ef f ec t  tr a n s is to r   ( FET )   elec tr ical  p er f o r m an ce .   T h e  o n - s tate  cu r r en t to   th e  Vg ,   o r   I ON,   is   a  m e asu r e  o f   th e  FET ' s   p o wer   h an d lin g   ca p ab ilit y   an d   an   in d icatio n   o f   h o w  well  it  co n d u cts  cu r r en t  wh en   tu r n e d   o n .   Vth   is   an   im p o r tan t  p a r a m eter   f o r   h o w  FET - b ased   cir cu its   wo r k ,   h o w  C MO S  cir cu its   ar e  d esig n ed ,   an d   h o w  tr an s is to r s   wo r k .   T o   o p tim ize   tr an s is to r   p er f o r m an ce   in   in teg r ate d   cir c u its ,   o n e  m u s t  b e  awa r e   th at  t h e  th r esh o l d   v o ltag e  ca n   b e  c h an g ed .   B o th   v ir tu al   d ev ices w ith   v ar iab le  s p ac e  m ater ial  h av e  th eir   th r esh o ld   v o l tag es sh o wn   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   T h r esh o ld   v o ltag e  ( V th )   f o r   NS - FET   an d   FIN FET   f o r   v ar ia b le  s p ac e  r eg io n   S p a c e s  M a t e r i a l   NS - F ET(V t h )   S i O 2   0 . 2 5   A i r   0 . 2 5   H f O 2 + S i O 2   0 . 2 5   N i t r i d e + H f O 2   0 . 2 6       T h e  I ON/I OFF  r atio ,   s o m etim es  ca lled   th e  s witch in g   r atio ,   is   a  way   to   q u an tify   th e  p er f o r m an ce   o f   a  s em ico n d u cto r   d ev ice.   B ec au s e  it  r ev ea ls   h o w  well  th e  tr an s is to r   ca n   g o   f r o m   its   ON  ( co n d u ctin g )   to   its   OFF  ( n o n - c o n d u ctin g )   s tate,   it  p la y s   an   im p o r tan t  r o le  in   d ig ita l  cir cu it  d esig n   a n d   w h en   th i n k in g   ab o u t   p o wer   ef f icien cy .   T h e  I ON/I OFF  r ati o   is   th e  r atio   o f   th e  I D  ( I ON)   wh en   th e  tr an s is to r   is   ON  to   t h e  I D  ( I OFF)  wh en   it is   OFF.     4 . 2 .     Sens it iv it y   s t ud y     Qu an tify in g   th e  s en s o r ' s   ab ilit y   to   d etec t  d if f er e n t  am o u n ts   o f   th e  tar g et  ( s u ch   as  th e  NS1   an tig en   o r   th e  en tire   v ir u s )   is   th e  g o al  o f   a  s en s itiv ity   r esear ch   f o r   a  De n g u e  v ir u s   d etec tio n   NSFET   d ev ice.   T h is   aid s   in   f ig u r in g   o u t   th e  d y n am ic  r an g e,   r esp o n s e  co n s is ten cy ,   an d   L im it  o f   Dete ctio n   ( L OD) .   T h e  s en s itiv ity   o f   th e   s im u lated   NSFET   b io s en s o r   v ar ies  with   th e  s p ac er   m ater ial.   Air ,   SiO2 ,   Hf O2 +SiO2 ,   a n d   Hf O2 +n itrid e  ar e   th e  f o u r   d i f f er en t  s p ac er s   th at  we  h av e  u s ed   in   o u r   e x p er im e n t.  W h en   it  co m es  to   th e  o p er atio n   o f   th e  NSFET   b io s en s o r   in   th e  m ed ical  f ield ,   it  is   th e  m o s t  im p o r tan t  co n s id er atio n .   Usi n g   b lo o d   as  an   e lectr o ly te  s o lu tio n ,   we  co m p u ted   t h e  d esire d   m o d el.   Fig u r e  8   d is p lay s   th e  tr a n s f er   ch ar ac ter is tics   o f   th e  NSFET   b io s en s o r s   with   v ar io u s   d ielec tr ic  s p ac er s .   A d d itio n ally ,   it  is   ev id en t  f r o m   s en s itiv ity   s tu d ies  th at  Hf O2 +SiO2   d ielec tr ic  s p ac er   is   m o r e  s en s itiv e  th an   o th er   o x id es f o r   a  r an g e  o f   5   f g /Ml  to   3 0   f g /Ml  o f   NS1   an tig e n .   T h e  o u t p u t d r ain   cu r r en t  o f   Hf O2 +SiO2   s p ac er   is   3 . 7   m A,   wh ic h   is   s ig n if ican tly   h ig h e r   th an   th at  o f   o th e r   d ielec tr ic  s p ac er s   th at  wer e  s im u lated   f o r   th e  NSFET   b io s en s o r   d esig n .   Air   as  a  s p ac er   d ielec tr ic  h as  th e  l o west  s en s it iv e  to     NS - 1   an tig en .     4 . 3 .     Det ec t io n o f   deng ue  us ing   a   des ig ned NSF E T   bio s en s o r  wit h v a rio us   DE NV  co nc ent ra t io ns   T h e  NSFET   b io s en s o r   d em o n s tr ated   an tig en   a n d   a n tib o d y   r esp o n s e  to   De n g u e   v ir u s   D E NV.   T h e  co llectio n   o f   p atien t  s am p les,  th eir   p r eser v atio n   i n   co ld   s to r a g e,   an d   th ei r   ap p licatio n   t o   th e   NSFET   b io s en s o r   ar e  all  s tep s   in   th e  p r o p o s ed   p r o ce s s .   Fin d in g   th e  p r o p er   DE NV  an tig en   an d   an tib o d y   is   th e  m ain   o b jectiv e  o f   th is   s tu d y .   An tib o d ies  o r   ap ta m er s   th at  b i n d   s elec tiv ely   to   d en g u e   v ir u s   p ar ticles  o r   p r o tein s   ( s u ch   as  t h e  NS1   an tig en )   f u n ctio n alize   th e  s u r f ac e  o f   th e   n an o wir e.   T h is   cr ea tes  a  b io r ec o g n itio n   i n ter f ac e  o n   th e  NSFET .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 ,  Decem b e r   20 25 :   5 1 8 3 - 5 1 9 2   5190   s u r f ac e  ch ar g e   ch an g es  wh en   th e  d en g u e  v ir u s   o r   its   p r o tei n   attac h es  its elf   to   th e  n an o w ir e' s   r ec ep to r .   As  a   r esu lt,  th e  tr an s is to r 's  cu r r en t  f lo w  is   ch an g ed   b y   ch an g in g   th e  co n d u ctiv ity   o f   th e  n an o wir e  ch an n el.   I t  is   p o s s ib le  to   m ea s u r e  th ese  elec tr ical  s ig n al  v ar iatio n s   in   r ea l t im e  an d   lin k   th em   with   th e  v ir al  co n ce n tr atio n .   R esi s tan ce   f r o m   th e  o u tp u t  ch ar ac ter is tic  f o r   d if f er en t  b io   m ar k er s   f r o m   0   to   3 0   f g /m L   c an   b e  u s ed   to   id en tify   d en g u e  v ir u s   p ar ti cles  o r   p r o tein s .   T h e  lo west  b io m ar k e r   s o lu tio n   t h at  ca n   i d en tify   th e   tar g eted   p r o tein   is   k n o wn   as  th e  lim it  o f   d etec tio n .   T h e  a n tib o d y   m o d if icatio n   was  in v esti g ated   f o r   th at  d ev ice   r esp o n s e.   T h e  lim it  o f   d etec ti o n   in v esti g atio n   b y   g at h er in g   d ev ice  r esp o n s e  is   s h o wn   in   F ig u r e  9 .   Plo ttin g   th e  d ev ice' s   r esp o n s e  d r ain   cu r r en t  ( I D)   in v o lv es  ch an g i n g   th e   d r ain   v o ltag e  b etwe en   - 0 . 1   an d   +0 . 1   v o lts .   T h e   g r ap h ic   m ak es  it  ev i d en t  h o w  m u ch   NS1   an tig en s   wer e  d etec ted   f o r   th e   b io m a r k er   with   3 0   f g /m L .   I t  is   ev id en t  f r o m   t h e  Fig u r e   9   t h at  th e  d etec tio n   o f   an tig en   is   h i g h   ev e n   f o r   3 0 f g /m L   o f   d e n g u e  v ir u s   p ar ticles  o r   p r o tein s .             Fig u r e  8 .   Sen s itiv ity   o f   th e  NSFET   d ev ice  to   NS1   an tig en   with   v ar i o u s   s p ac er   m ater ials     Fig u r e  9 .   L im it  o f   d etec tio n   o f   DE NV  b io   m ar k e r   ( NS1   an tig en )       5.   CO NCLU SI O N   I n   o r d er   to   d etec t  th e  non - s tr u ctu r al  p r o tein   1   ( NS1 )   a n tig en ,   a   b io m a r k er   r elea s ed   in to   th e   b lo o d s tr ea m   d u r in g   th e  ea r ly   s tag es  o f   d e n g u e   in f ec ti o n ,   th is   wo r k   p r esen ts   th e   d esig n   a n d   s im u latio n   o f   a   g ate - all - ar o u n d   n an o s h ee t  f iel d - ef f ec t   tr an s is to r   ( GAA  NSFET )   b io s en s o r .   T h is   b io s en s o r   is   s ee n   as  a   h ig h ly   p r o m is in g   s o lu tio n   f o r   ea r ly   d en g u e  v ir u s   d etec tio n .   C o n v en tio n al  d iag n o s tic  p r o ce d u r es  h av e  d etec tio n   lim its   m u ch   h ig h er   th a n   th e   s en s o r ' s   r em ar k ab le   s en s itiv ity ,   wh ich   allo ws  it  to   d etec t   NS1   co n ce n tr atio n s   as  lo w  as  3 0   f em to g r a m s   p er   m illi liter   ( f g /m L ) .   T h e  p r esen ce   o f   th e  v ir u s   ch a n g es  th e   co n d u ctiv ity   o f   th e   n an o s h ee t  ch a n n el,   wh ich   is   m ad e  p o s s ib le  b y   th e   lab el - f r ee   an d   u ltra s en s itiv e  elec tr ic al  r esp o n s e  o f   th e   NSFET   s tr u ctu r e,   wh ich   e n a b les  th is   p er f o r m an ce .   I n   o r d er   f o r   th e  d ev ice  to   b in d   to   th e  tar g et  a n tig en s   s elec tiv ely ,   it  is   f u n ctio n alize d   with   d en g u e - s p ec if ic  an tib o d ies  o n   its   s u r f ac e.   B y   m o d if y in g   th e  cu r r en t  v ia   th e  n an o s h ee t,  t h e  s u r f ac e  c h a r g e  d is tr ib u tio n   ch an g es  u p o n   b in d in g ,   allo win g   f o r   r ea l - tim e  d etec tio n   with o u t   ex tr a  p r o ce s s in g   o r   lab elin g   p r o ce d u r es.   B y   o p tim izin g   g ate  c o n tr o l,   th e   g ate - all - a r o u n d   ar r an g em e n t  im p r o v es  th e  s en s o r ' s   s en s iti v ity   to   lo ca l  elec tr o s tatic  en v ir o n m en t  ch a n g es  b r o u g h t  ab o u t  b y   in ter ac tio n s   b etwe en   an tig en s   a n d   an tib o d ies.  I n   a d d itio n ,   th e  d esig n   is   co n d u civ e   to   p o in t - of - ca r e   ( POC )   d iag n o s tics   b ec au s e  it is   ea s y   to   tr an s p o r t,  d ep lo y ,   a n d   co s ts   litt le,   wh ich   co u ld   p av e  th e  wa y   f o r   ex te n s iv e  test in g   in   ar ea s   with   lim ited   r eso u r ce s .   T h is   tech n o lo g y   o f f er s   a   q u ic k ,   h ig h ly   s en s itiv e,   s p ec if ic,   an d   s ca lab le  b io s en s in g   p latf o r m   th at  ad d r ess es c r itical  lim itatio n s   in   cu r r en t d en g u e   d etec tio n   ap p r o ac h es.  I t w ill s ig n if ican tly   im p ac t  g lo b al  p u b lic  h ea lth   e f f o r ts   ag ain s t d en g u e  d is ea s e.       F UNDING   I NF O R M A T I O N    No   f u n d in g   was r ec eiv e d   f o r   t h is   wo r k .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   a n d   p erfo r ma n ce   a n a l ysis   o f a n   N S F E T - b a s ed   b io s e n s o r   fo r   …   ( Tu la s i R a d h ika   P a tn a la )   5191   Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   T u lasi   R ad h ik a  Patn ala   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓         ✓           ✓   Ma d h av i T atin en i                     ✓     ✓   ✓   ✓     C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h e  au th o r s   d ec lar e  th at  th e y   h av e  n o   co n f lict o f   in ter est r eg ar d in g   th e   p u b licatio n   o f   th is   p ap er .       DATA AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   is   n o t  ap p li ca b le  to   th is   p ap er   as  n o   n e w  d ata  wer e  cr ea ted   o r   an aly ze d   in   th is   s tu d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   J.  Z o u   e t   a l . ,  “ I o n - se n si t i v e   f i e l d   e f f e c t   t r a n si s t o r   b i o se n so r s   f o r   b i o mar k e r   d e t e c t i o n :   c u r r e n t   p r o g r e ss   a n d   c h a l l e n g e s, ”   J o u r n a l   o f   Ma t e r i a l s  C h e m i s t ry  B ,   v o l .   1 2 ,   n o .   3 5 ,   p p .   8 5 2 3 – 8 5 4 2 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 9 / D 4 TB 0 0 7 1 9 K .   [ 2 ]   M .   T a b a t a   a n d   Y .   M i y a h a r a ,   “ C o n t r o l   o f   i n t e r f a c e   f u n c t i o n s  i n   so l i d - s t a t e   b i o s e n s o r s   f o r   st a b l e   d e t e c t i o n   o f   mo l e c u l a r   r e c o g n i t i o n , ”   Pr o c e e d i n g s  o f   t h e   J a p a n   A c a d e m y ,   S e r i e s  B ,   v o l .   1 0 0 ,   n o .   1 ,   p .   p j a b . 1 0 0 . 0 0 4 ,   J a n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 1 8 3 / p j a b . 1 0 0 . 0 0 4 .   [ 3 ]   T.   W a s i l e w sk i ,   W .   K a my s z ,   a n d   J.  G ę b i c k i ,   “ AI - a ssi st e d   d e t e c t i o n   o f   b i o mark e r s   b y   s e n s o r s  a n d   b i o s e n s o r s  f o r   e a r l y   d i a g n o si s   a n d   m o n i t o r i n g , ”   B i o s e n s o rs ,   v o l .   1 4 ,   n o .   7 ,   p .   3 5 6 ,   J u l .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / b i o s 1 4 0 7 0 3 5 6 .   [ 4 ]   N .   A y a d i ,   A .   La l e ,   B .   H a j j i ,   J.  L a u n a y ,   a n d   P .   Te m p l e - B o y e r ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g - b a s e d   mo d e l i n g   o f   p H - se n si t i v e   si l i c o n   n a n o w i r e   ( S i N W )   f o r   i o n   se n s i t i v e   f i e l d   e f f e c t   t r a n s i st o r   ( I S F ET), ”   S e n so rs ,   v o l .   2 4 ,   n o .   2 4 ,   p .   8 0 9 1 ,   D e c .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 4 2 4 8 0 9 1 .   [ 5 ]   S .   S .   N e m a t i ,   G .   D e h g h a n ,   Y .   A b d i ,   a n d   S .   A h ma d i - K a n d j a n i ,   “ R e c e n t   a d v a n c e s  i n   I S F ET - b a s e d   b i o s e n s o r s  f o r   t h e   d e t e c t i o n   o f   b i o mar k e r s :   h i s t o r y ,   p r i n c i p l e s,   g a t e   s t r u c t u r e   a n d   a p p l i c a t i o n s , ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Bi o p h o t o n i c s   a n d   B i o m e d i c a l   En g i n e e ri n g   ( I J BB E) ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 3 0 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 7 1 4 9 8 / i j b b e . 2 0 2 4 . 9 7 6 3 6 4 .   [ 6 ]   P .   V i ma l a   e t   a l . ,  “ U l t r a - se n s i t i v e   h e t e r o j u n c t i o n   d o u b l e   g a t e   B i o TF ET   d e v i c e   f o r   S A R S - C o V - 2   b i o mo l e c u l e s  d e t e c t i o n , ”   S c i e n t i f i c   Re p o r t s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p .   1 5 2 2 3 ,   A p r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 2 5 - 9 9 8 1 7 - 9.   [ 7 ]   S .   S .   N e ma t i ,   G .   D e h g h a n ,   N .   S h e i b a n i ,   a n d   Y .   A b d i ,   “ I o n - se n si t i v e   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i st o r - b a se d   b i o se n s o r s:   t h e   so u r c e s   o f   g a t e s   a n d   t h e i r   s e n s i t i v e   l a y e r s — a   r e v i e w , ”   I E EE  S e n s o rs  J o u r n a l ,   v o l .   2 4 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 7 3 2 4 – 1 7 3 3 6 ,   Ju n .   2 0 2 4 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 2 4 . 3 3 8 9 6 8 0 .   [ 8 ]   A .   S h a r ma  e t   a l . ,  “ N o n - i n v a si v e ,   u l t r a sen s i t i v e   d e t e c t i o n   o f   g l u c o s e   i n   s a l i v a   u si n g   me t a l   o x i d e   t r a n si s t o r s, ”   Bi o se n s o rs  a n d   Bi o e l e c t ro n i c s ,   v o l .   2 3 7 ,   p .   1 1 5 4 4 8 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . b i o s. 2 0 2 3 . 1 1 5 4 4 8 .   [ 9 ]   H .   Li   e t   a l . ,  “ A p p l i c a t i o n   o f   s i l i c o n   n a n o w i r e   f i e l d   e f f e c t   t r a n si s t o r   ( S i N W - F ET) b i o s e n s o r   w i t h   h i g h   se n s i t i v i t y , ”   S e n so rs ,   v o l .   2 3 ,   n o .   1 5 ,   p .   6 8 0 8 ,   Ju l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 3 1 5 6 8 0 8 .   [ 1 0 ]   K .   M a l p a r t i d a - C a r d e n a s   e t   a l . ,  “ Q u a n t i t a t i v e   a n d   r a p i d   P l a smo d i u m   f a l c i p a r u m  m a l a r i a   d i a g n o si s   a n d   a r t e mi si n i n - r e si st a n c e   d e t e c t i o n   u s i n g   a   C M O S   La b - on - C h i p   p l a t f o r m, ”   B i o se n so rs   a n d   Bi o e l e c t ro n i c s ,   v o l .   1 4 5 ,   p .   1 1 1 6 7 8 ,   D e c .   2 0 1 9 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . b i o s. 2 0 1 9 . 1 1 1 6 7 8 .   [ 1 1 ]   S .   K .   Y o n g ,   S . - K .   S h e n ,   C . - W .   C h i a n g ,   Y . - Y .   W e n g ,   M . - P .   Lu ,   a n d   Y . - S .   Y a n g ,   “ S i l i c o n   n a n o w i r e   f i e l d - e f f e c t   t r a n si s t o r   a s   l a b e l - f r e e   d e t e c t i o n   o f   h e p a t i t i s  B   v i r u s  p r o t e i n s   w i t h   o p p o s i t e   n e t   c h a r g e s, ”   B i o s e n s o rs ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 1 ,   p .   4 4 2 ,   N o v .   2 0 2 1 ,     d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / b i o s 1 1 1 1 0 4 4 2 .   [ 1 2 ]   M .   T.   H o l d e n   e t   a l . ,  “ P h o t o l i t h o g r a p h i c   sy n t h e si s   o f   h i g h - d e n si t y   D N A   a n d   R N A   a r r a y s  o n   f l e x i b l e ,   t r a n s p a r e n t ,   a n d   e a si l y   su b d i v i d e d   p l a st i c   s u b st r a t e s , ”   An a l y t i c a l   C h e m i st ry ,   v o l .   8 7 ,   n o .   2 2 ,   p p .   1 1 4 2 0 – 1 1 4 2 8 ,   N o v .   2 0 1 5 ,     d o i :   1 0 . 1 0 2 1 / a c s . a n a l c h e m . 5 b 0 2 8 9 3 .   [ 1 3 ]   S .   C a o   e t   a l . ,  “ I S F ET‐b a se d   s e n s o r s  f o r   ( b i o ) c h e mi c a l   a p p l i c a t i o n s:   A   r e v i e w , ”   El e c t ro c h e m i c a l   S c i e n c e   A d v a n c e s ,   v o l .   3 ,   n o .   4 ,   A u g .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / e l sa. 2 0 2 1 0 0 2 0 7 .   [ 1 4 ]   A .   P a n a h i ,   D .   S a d i g h b a y a n ,   S .   F o r o u h i ,   a n d   E.   G h a f a r - Za d e h ,   “ R e c e n t   a d v a n c e s o f   f i e l d - e f f e c t   t r a n si s t o r   t e c h n o l o g y   f o r   i n f e c t i o u s   d i s e a se s, ”   Bi o se n s o rs ,   v o l .   1 1 ,   n o .   4 ,   p .   1 0 3 ,   A p r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / b i o s1 1 0 4 0 1 0 3 .   [ 1 5 ]   V .   N a r e s h   a n d   N .   L e e ,   “ A   r e v i e w   o n   b i o se n so r s   a n d   r e c e n t   d e v e l o p m e n t   o f   n a n o s t r u c t u r e d   m a t e r i a l s - e n a b l e d   b i o se n s o r s, ”   S e n so rs ,   v o l .   2 1 ,   n o .   4 ,   p .   1 1 0 9 ,   F e b .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 1 0 4 1 1 0 9 .   [ 1 6 ]   L.   K e e b l e ,   N .   M o ser,  J .   R o d r i g u e z - M a n z a n o ,   a n d   P .   G e o r g i o u ,   “ I S F ET - b a s e d   s e n si n g   a n d   e l e c t r i c   f i e l d   a c t u a t i o n   o f   D N A   f o r   o n - c h i p   d e t e c t i o n :   a   r e v i e w , ”   I E EE  S e n s o rs J o u r n a l ,   v o l .   2 0 ,   n o .   1 9 ,   p p .   1 1 0 4 4 – 1 1 0 6 5 ,   O c t .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS E N . 2 0 2 0 . 2 9 9 8 1 6 8 .   [ 1 7 ]   S .   Eb r a h i mi ,   Z.   E b r a h i m  N a t a j ,   S .   K h o d a v e r d i a n ,   A .   K h a msa v i ,   Y .   A b d i ,   a n d   K .   K h a j e h ,   “ A n   i o n - se n si t i v e   f i e l d - e f f e c t   t r a n si s t o r   b i o se n s o r   b a se d   o n   S W C N T  a n d   a l i g n e d   M W C N Ts  f o r   d e t e c t i o n   o f   A B T S , ”   I EEE  S e n s o rs  J o u r n a l ,   v o l .   2 0 ,   n o .   2 4 ,   p p .   1 4 5 9 0 – 1 4 5 9 7 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 2 0 . 3 0 0 9 5 3 6 .   [ 1 8 ]   L.   J.  M e l e ,   P .   P a l e st r i ,   a n d   L .   S e l m i ,   “ G e n e r a l   a p p r o a c h   t o   m o d e l   t h e   s u r f a c e   c h a r g e   i n d u c e d   b y   m u l t i p l e   s u r f a c e   c h e m i c a l   r e a c t i o n s  i n   P o t e n t i o m e t r i c   F ET  s e n s o r s, ”   I E EE  T ra n s a c t i o n s  o n   E l e c t r o n   D e v i c e s ,   v o l .   6 7 ,   n o .   3 ,   p p .   1 1 4 9 – 1 1 5 6 ,   M a r .   2 0 2 0 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TED . 2 0 2 0 . 2 9 6 4 0 6 2 .   [ 1 9 ]   M .   G u p t a   e t   a l . ,  “ S i z e   i n d e p e n d e n t   p H   se n si t i v i t y   f o r   i o n   se n si t i v e   F i n F ETs  d o w n   t o   1 0   n m  w i d t h , ”   I EE E  S e n so rs  J o u r n a l ,    v o l .   1 9 ,   n o .   1 6 ,   p p .   6 5 7 8 – 6 5 8 6 ,   A u g .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 1 9 . 2 9 1 2 5 0 3 .   [ 2 0 ]   G .   A r c h b o l d   T a y l o r   e t   a l . ,  “ p H   mea s u r e me n t   I o T   s y st e m  f o r   p r e c i si o n   a g r i c u l t u r e   a p p l i c a t i o n s , ”   I EE E  L a t i n   Am e ri c a   T ra n s a c t i o n s ,   v o l .   1 7 ,   n o .   0 5 ,   p p .   8 2 3 – 8 3 2 ,   M a y   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T LA . 2 0 1 9 . 8 8 9 1 9 5 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 ,  Decem b e r   20 25 :   5 1 8 3 - 5 1 9 2   5192   [ 2 1 ]   J.  J o o ,   H .   M o ,   S .   K i m ,   S .   S h i n ,   I .   S o n g ,   a n d   D .   H .   K i m,   “ A   r e v i e w   o f   r e a d o u t   c i r c u i t   sc h e mes   u s i n g   si l i c o n   n a n o w i r e   i o n - se n si t i v e   f i e l d - e f f e c t   t r a n si s t o r s   f o r   p H - se n si n g   a p p l i c a t i o n s, ”   B i o s e n so rs ,   v o l .   1 5 ,   n o .   4 ,   p .   2 0 6 ,   M a r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / b i o s1 5 0 4 0 2 0 6 .   [ 2 2 ]   C .   Le e ,   Y . - W .   C h e n ,   a n d   M .   S . - C .   L u ,   “ C M O S   b i o s e n so r s   f o r   t h e   d e t e c t i o n   o f   D N A   h y b r i d i z a t i o n   i n   h i g h   i o n i c - st r e n g t h   so l u t i o n s , ”   I E EE  S e n s o rs  J o u r n a l ,   v o l .   2 1 ,   n o .   4 ,   p p .   4 1 3 5 – 4 1 4 2 ,   F e b .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 2 0 . 3 0 3 1 3 2 1 .   [ 2 3 ]   S .   S i n h a   e t   a l . ,  “ M a c h i n e   l e a r n i n g   o n   F P G A   f o r   r o b u st   S i ₃N ₄ - G a t e   I S F ET  p H   s e n s o r   i n   i n d u s t r i a l   I o T  a p p l i c a t i o n s, ”   I E EE   T ra n s a c t i o n s  o n   I n d u st r y   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   5 7 ,   n o .   6 ,   p p .   6 7 0 0 – 6 7 1 2 ,   N o v .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI A . 2 0 2 1 . 3 1 1 7 2 3 3 .   [ 2 4 ]   Y .   H e   e t   a l . ,  “ E n h a n c e d   p H   s e n s i t i v i t y   o f   A l G a N / G a N   i o n - sen s i t i v e   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i st o r   b y   r e c e s s  p r o c e ss   a n d   a mm o n i u m   h y d r o x i d e   t r e a t me n t , ”   I EEE   T ra n sa c t i o n s   o n   El e c t ro n   D e v i c e s ,   v o l .   6 8 ,   n o .   3 ,   p p .   1 2 5 0 – 1 2 5 4 ,   M a r .   2 0 2 1 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TED . 2 0 2 1 . 3 0 5 3 4 9 6 .   [ 2 5 ]   K .   H u ,   C .   E .   A r c a d i a ,   a n d   J.  K .   R o s e n s t e i n ,   “ A   l a r g e - sc a l e   m u l t i m o d a l   C M O S   b i o se n so r   a r r a y   w i t h   1 3 1 , 0 7 2   p i x e l s  a n d   c o d e - d i v i s i o n   mu l t i p l e x e d   r e a d o u t , ”   I EEE  S o l i d - S t a t e   C i rc u i t s L e t t e rs ,   v o l .   4 ,   p p .   4 8 – 5 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / LSS C . 2 0 2 1 . 3 0 5 6 5 1 5 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Tu la si  R a d h i k a   Pa t n a l a           re c e iv e d   t h e   B. Tec h .   d e g re e   i n   e lec tro n ics   a n d   c o m m u n ica ti o n   e n g i n e e rin g   fro m   th e   Ad it y a   e n g i n e e rin g   c o ll a g e   in   2 0 1 0 ,   a n d   t h e   m a ste r’s   d e g re e   in   VLS I   sy ste m   d e sig n   fro m   G o k a ra ju   Ra n g a ra ju   Co ll a g e   o f   E n g i n e e rin g   i n   2 0 2 0 .   Cu rre n tl y   p u rs u in g   P h . D .   fro m   G ITAM   (d e e m e d   to   b e   u n iv e rsity )  Hy d e ra b a d .   S h e   a u th o re d   o r   co - a u th o re d   o v e r  1 8   p a p e rs  in   d iffere n t  in tern a ti o n a l  jo u rn a ls  a n d   c o n fe re n c e s.  His  field   o f   in tere st  in c l u d e s  VL S I,   a n d   sig n a l  p r o c e ss in g .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :   tu las ich a n d ra 2 0 1 0 @ g m a il . c o m .         Ma d h a v i  T a tin e n i           h o ld s  a   B. Tec h .   d e g re e   fro m   JN TU,   Hy d e ra b a d ,   a n d   e a rn e d   b o t h   h e r  M . Tec h .   a n d   P h . D.  fr o m   An d h ra   Un i v e rsity ,   Visa k h a p a t n a m .   S h e   c u rre n tl y   se rv e s  a s  P ro fe ss o r  a n d   He a d   o f  th e   D e p a rtme n t  o f  El e c tri c a l,   E lec tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g   (EE C E),   G ITAM   (De e m e d   to   b e   Un iv e rsity ) ,   H y d e ra b a d .   Wi th   o v e r  2 0   y e a rs  o f   tea c h in g   e x p e rien c e   a n d   m o re   t h a n   6   y e a rs  i n   in d u str y ,   Dr .   M a d h a v i  sp e c ialize s  in   m o d e li n g   a n d   p e rfo rm a n c e   a n a l y sis  o f   wir e les s  c o m m u n ica ti o n   sy ste m s  a n d   wire les s  se n so r   n e two rk s.   Dr.  M a d h a v i  h a s  a u th o re d   o v e r   6 0   p u b li c a ti o n s  i n   re p u ted   n a ti o n a l  a n d   i n te rn a ti o n a l   jo u rn a ls   a n d   c o n fe re n c e s.  He r  re se a r c h   c o n tri b u ti o n s  h a v e   b e e n   re c o g n ize d   with   two   b e st  p a p e r  a wa rd s   a t  in tern a ti o n a l  c o n fe re n c e s.  S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  m tatin e n @ g it a m . e d u .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.