Design and simulation of a high sensitive graphene based ISFET pH sensor with readout circuit
Okuma devreli yüksek hassasiyetli grafen tabanli ISFET pH sensörünün tasarimi ve simülasyonu
- Tez No: 818348
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA İSTANBULLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Elektrokimyasal sensörler, bir numunedeki analitlerin konsantrasyonunu tespit etmek ve ölçmek için elektrokimyasal reaksiyonları kullanan cihazlardır. Bir elektrokimyasal sensör olarak, iyona duyarlı alan etkili bir transistör olan ISFET, bir biyosensörün temel yapısıdır. Bu tez, grafen tabanlı çift kapılı ISFET'e sahip yüksek hassasiyetli bir pH sensörü sunar. Önerilen cihazın tasarımı ve simülasyonları SILVACO TCAD (Technology Computer Aided Design) yazılımı ve Cadence Virtuoso ortamında gerçekleştirilmiştir. Grafen ve alüminyum oksit sırasıyla kanal ve algılama filmi olarak kullanılır. Kanal kalınlığı 10 nm iken cihazın kalınlığı 800 nm'dir. Simülasyonlar yoluyla cihazın transfer ve çıkış karakteristik eğrileri elde edilmiştir. Ayrıca, 90nm Generic Process Design Kit (gpdk090) kitaplığı kullanılarak bir okuma devresi tasarlandıktan sonra, önerilen cihazın Lineerliği, Kararlılığı ve Sıcaklığa bağlılığı analiz edilmiş ve tartışılmıştır. Arka kapı, kanal malzemesi ve hassas katmanın cihaz performansı üzerindeki etkileri, elektriksel özellikler, eşik voltajı ve drenaj akımı değerlendirilerek değerlendirilir. Önerilen cihazın hassasiyeti literatürdeki en iyi performans skoru olan 1066 mv/pH olarak Nernst sınırının yaklaşık 18 katı olarak elde edilmiştir. Önerilen cihaz, güvenilir ve daha yüksek algılama hassasiyetine sahip yeni bir ISFET yapısı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Electrochemical sensors are devices that use electrochemical reactions to detect and measure the concentration of analytes in a sample. As an electrochemical sensor, an ion-sensitive field-effect transistor, ISFET, is the basic structure of a biosensor. This thesis presents a high-sensitive pH sensor with a graphene-based dual-gate ISFET. Design and simulations of the proposed device are performed on SILVACO TCAD (Technology Computer Aided Design) software and Cadence Virtuoso environment. Graphene and aluminum oxide are used as channel and sensing film, respectively. The channel thickness is 10 nm, while the thickness of the device is 800 nm. The transfer and output characteristic curves of the device are obtained through simulations. Furthermore, Linearity, Stability and Temperature-dependency of the proposed device have been analyzed and discussed after designing a readout circuit using the 90nm Generic Process Design Kit (gpdk090) library. The effects of the back gate, channel material, and sensitive layer on device performance are evaluated by assessing the electrical characteristics, threshold voltage, and drain current. The sensitivity of the proposed device is achieved, approximately 18 times the Nernst limit, as 1066 mV/pH, which is the best performance score in the literature. The proposed device offers a novel ISFET structure with reliable and higher detection sensitivity.
Benzer Tezler
- Spintronic devices for wireless communication,memory, and analog applications
Kablosuz haberleşme, hafıza, ve analog uygulamalar için spintronik aygıtlar
MESUT ATASOYU
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL SERDAR ÖZOĞUZ
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN
- Design and production of benchtop x-ray imaging system
Masaüstü x-ışını görüntüleme sisteminin dizaynı ve üretimi
MEHMET ERHAN EMİRHAN
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENAP ŞAHABETTİN ÖZBEN
- Numerical modeling of wave overtopping in nearshore structures
Kıyıya yakın yapılarda dalga aşmasının sayısal modellenmesi
HAMZA CHEIKH ALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ BAYRAKTAR BURAL
- Darpa suboff formunun lineer hidrodinamik katsayıları üzerindeki ölçek etkisi
Scale effects on the linear hydrodynamic coefficients of darpa suboff
FURKAN KIYÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KEMAL KINACI