Active Dual-Gated Graphene Transistors for Low-Noise, Drift-Stable, and Tunable Chemical Sensing
Vinay Kammarchedu, Heshmat Asgharian, Hossein Chenani, and Aida Ebrahimi
石墨烯场效应晶体管(GFET)是超灵敏化学和生物传感最有前途的平台之一,因为它们具有高载波流动性,表面积大和内在噪声低。 然而,液体环境中的常规单门GFET传感器受到严重限制,包括信号漂移,电荷捕获和信号放大不足。 在这里,我们引入了双门GFET架构,该架构集成了高k二氧化铵局部后门与电解质顶闸门,加上实时反馈偏置。 这种设计可实现电容式信号放大,同时抑制闸门泄漏和低频噪声。 通过系统地评估七个不同的操作模式,我们将双模式固定配置确定为最佳配置,实现高达20倍的信号增益,与闸门方法相比,>15倍的低漂移,以及各种反流物(包括神经递质,挥发性有机化合物,环境污染物和蛋白质)高达7倍的信号噪声比。 我们进一步演示了使用PCB集成GFET传感器阵列的稳健多路复用检测,强调了在复杂环境中便携式高通量传感平台的可扩展性和实用性。 这些进步共同建立了多功能和稳定的传感技术,能够在环境和生理条件下对分子目标进行实时、无标签检测,在健康监测、食品安全、农业和环境筛查方面具有广泛的适用性。
Graphene field-effect transistors (GFETs) are among the most promising platforms for ultrasensitive chemical and biological sensing due to their high carrier mobility, large surface area, and low intrinsic noise. However, conventional single-gate GFET sensors in liquid environments suffer from severe limitations, including signal drift, charge trapping, and insufficient signal amplification. Here, we introduce a dual-gate GFET architecture that integrates a high-k hafnium dioxide local back gate...