Dual-gate thin-film transistors for logic and sensors

Promotie: dhr. M.-J. Spijkman, 16.15 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Dual-gate thin-film transistors for logic and sensors

Promotor(s): prof.dr. D. de Leeuw, prof.dr. P. Blom

Faculteit: Wiskunde en Wetenschappen

 

Dual-gate transistors voor logica en sensors

Nu is amorf silicium nog hét materiaal voor halfgeleiders, maar dat zal in de toekomst waarschijnlijk niet het geval zijn. Het onderzoek van Mark-Jan Spijkman richt zich op metaaloxides en organische polymeren als mogelijke vervanger van silicium.

Organische polymeren zijn aantrekkelijke materialen; ze zijn buigzaam en kunnen gemakkelijk worden verwerkt. Bovendien is het fabricageproces eenvoudig; ze kunnen worden geprint, waardoor extreem goedkope elektronica mogelijk wordt. Toepassingen zijn voorzien in beeldschermen, elektronische barcodes en als sensors.

Voor elke toepassing is controle van de drempelspanning, waar de transistor schakelt tussen de aan- en de uit-toestand, cruciaal. In het onderzoek is een tweede gate gebruikt om het ladingstransport te beïnvloeden en de drempelspanning vast te leggen. De resulterende dual-gate transistors zijn gebruikt voor logica en als sensoren.

De foutmarge van organische geïntegreerde schakelingen is zeer beperkt door de spreiding in de drempelspanningen van de individuele transistors. Deze kleine foutmarge limiteert de maximale grootte van de schakelingen en daarmee de functionaliteit. Met dual-gate transistors kan de drempelspanning worden vastgelegd, waardoor de foutmarge met een orde van grootte werd vergroot.

Als sensors zijn dual-gate transistors gebruikt als pH-sensors. De capacitieve koppeling tussen de twee gate diëlektrica is gebruikt om de respons van bestaande ion-gevoelige veld-effect transistors (ISFET’s) te vergroten. De grote beperking voor het gebruik van ISFET’s als elektrische sensoren van biomoleculen, hun lage gevoeligheid, is hiermee weggenomen.

Mark-Jan Spijkman (Smallingerland, 1982) studeerde technische natuurkunde in Groningen. Het onderzoek werd verricht bij het Zernike Institute foor Advanced Materials en bij Philips Research Laboratories in Eindhoven. Het Dutch Polymer Institute financierde het project.