شبیه سازی ناپایداری ولتاژ آستانه (دریفت) در ترانزیستورهای اثر میدانی حساس به یون (isfet) با گیتal2o3و تصحیح به روش کاشت یون

ناپایداری ولتاژ آستانه یا دریفت در یک ترانزیستور اثر میدانی حساس به یون (isfet) بصورت یک تغییر زمانی یکسویه به نسبت کند در ولتاژ آستانه و در نتیجه در جریان درین پدیدار می شود که در غیاب نوسانات غلظت یون داده در محلول رخ می دهد. در این مقاله ساختار قطعه isfet و ناپایداری ولتاژ آستانه بر اساس داده‌های تجربی و با استفاده از یک مدل فیزیکی برای دریفت با نرم افزار سیلواکو شبیه سازی شده است. علاوه بر این کاشت یونی به عنوان روشی برای خنثی کردن ناپایداری در isfet معرفی شده است. این روش مبتنی بر تنظیم ولتاژ آستانه از طریق میزان کردن چگالی بار در لایه واسط نیمه هادی-عایق با استفاده از کاشت یونی است، چنان‌که بار الکتریکی خالص القا شده در نیمرسانا تا حد ممکن خنثی شود. روش پیشنهادی بصورت تحلیلی توجیه شده و بر اساس مشخصه‌یابی و مدلسازی فیزیکی دریفت در یکisfet حساس به ph با عایق گیتی از جنس اکسیدآلومینیوم ( al2o3) تائید شده است. خنثی سازی دریفت در isfet با استفاده از کاشت یونی همچنین به کمک شبیه سازیtcadنشان داده شده است.

Simulation Threshold Voltage instability (Drift) in Ion selective Field Effect Transistor(ISFET) with Al2O3 Gate and Correct using Ion Implantation

In an ionselective field effect transistors (ISFETs) Thresholdvoltage instability or drift is manifested as a relatively slow, monotonic, temporal increase in the threshold voltage, and hence, in the drain current in absence of variations in the concentration of the given ion. In this work the ISFET device structure is modeled using Silvaco TCAD allowing simulation of the threshold voltage instability using the Silvaco rsquo;s ATLAS software based on a physical model for ISFET drift accounting for experimental drift data. In addition, ion implantation is introduced as a method for counteracting drift. This method is based on adjusting the threshold voltage by tuning the charge density at the insulatorsemiconductor interface using ion implantation such that the net charge induced in the semiconductor at the operating point of the device is neutralized. The proposed method is analytically validated based on characterization and modeling of drift in an Al2O3gate pHsensitive ISFET. Counteraction of ISFET drift by ion implantation is also demonstrated using TCAD simulations.