GaN-based Chemical Sensors and Their On-chip Integration Using Nanowire Networks

基于 GaN 的化学传感器及其使用纳米线网络的片上集成

基本信息

  • 批准号:
    18360002
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2006 至 2007
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project investigates key technologies for realization of GaN-based high-sensitivity chemical sensors and their on-chip integration using nanowires. The main conclusions are as follows: (1) Interface models on Schottky barrier formation are surveyed, and key issues related to AlGaN/GaN Schottky barriers including Fermi level pinning, Schottky barrier height (SBH) and reverse leakage currents are discussed. The current transport is explained by the thin surface barrier (TSB) model. Leakage currents can be reduced by the oxygen gettering process. (2) Pd Schottky barrier hydrogen sensors fabricated on AlGaN/GaN HEMT wafers exhibit unprecedented high sensitivities by applying the oxygen gettering process. (3) Its sensing mechanism is SBH reduction by interface dipole formed by atomic hydrogen which is produced at the Pd surface and diffuses to the Schottky interface. The rate limiting process for transient responses is surface reaction. Mathematical formulas for description of steady-s … More tate and transient response are given. (4) Sensitivity of AlGaN/GaN hydrogen sensors increases at higher temperatures, and they perform better than those by other major III-V semiconductors. (5) Slow transients are observed in hydrogen sensor diodes, and they can be explained by the dispersive transport due to time-continual hopping of electrons through surface states. This has led to a new model of current collapse in AlGaN/GaN HEMTs. (6)pH sensing HEMTs fabricated using an electrolyte/AlGaN gate structure, show nearly ideal Nernstian responses. Issues related to realization of bio-sensors using this structure are discussed. (7) For on-chip integration of sensors, implementation of a BDD (binary decision diagram) information processing architecture on hexagonal nanowire networks has been proposed. The proposal includes key elements such as basic integration unit, a sensor bridge, a sensor array structure, a selective MBE method for nanowire network formation and a wireless communication circuit integrated with an on-chip antenna. Their feasibilities have been proved. Less
该项目研究了利用纳米线实现GaN基高灵敏度化学传感器及其片上集成的关键技术,主要结论如下:(1)研究了肖特基势垒形成的界面模型,以及与AlGaN相关的关键问题。讨论了 /GaN 肖特基势垒,包括费米能级钉扎、肖特基势垒高度 (SBH) 和反向漏电流。电流传输可以通过薄表面势垒 (TSB) 模型来解释。 (2) 在 AlGaN/GaN HEMT 晶圆上制造的 Pd 肖特基势垒氢传感器通过应用吸氧工艺表现出前所未有的高灵敏度 (3) 其传感机制是通过原子氢形成的界面偶极子还原。它在 Pd 表面产生并扩散到肖特基界面,瞬态响应的速率限制过程是描述稳态的数学公式。 (4) AlGaN/GaN 氢传感器的灵敏度在较高温度下提高,并且其性能优于其他主要 III-V 族半导体。 (5) 在氢传感器二极管中观察到缓慢瞬态,并且它们可以。这可以通过电子通过表面态的时间连续跳跃而产生的色散传输来解释,这导致了使用 (6)pH 传感 HEMT 制造的新电流崩塌模型。电解质/AlGaN 栅极结构,显示出近乎理想的能斯特响应。讨论了与使用该结构实现生物传感器相关的问题。 (7) 对于传感器的片上集成,BDD(二元决策图)信息处理架构的实现。该方案提出了六角形纳米线网络,包括基本集成单元、传感器桥、传感器阵列结构、用于纳米线网络形成的选择性MBE方法以及集成片上天线的无线通信电路等关键元件。它们的可行性已被证明较少。

项目成果

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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Sensing Dynamics and Mechanism of a Pd/AlGaN/GaN Schottky Diode Type Hydrogen Sensor
Pd/AlGaN/GaN 肖特基二极管型氢传感器的传感动力学和机制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. Hasegawa; M. Akazawa
  • 通讯作者:
    M. Akazawa
Selective MBE Growth of Hexagonal Networks of Trapezoidal and Triangular GaAs Nanowires on Patterned (111) B Substrates
梯形和三角形 GaAs 纳米线六边形网络在图案化 (111) B 基板上的选择性 MBE 生长
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Isao Tamai; Hideki Hasegawa
  • 通讯作者:
    Hideki Hasegawa
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使用电化学工艺形成的 Pt 肖特基二极管的 InP 氢传感器的传感机制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    T. Kimura; H. Hasegawa; T. Sato; T. Hashizume
  • 通讯作者:
    T. Hashizume
Digital Controlled PLL by using Clock-Period Comparator
使用时钟周期比较器的数字控制 PLL
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Makihara Y; Ikebe M; Sano E.
  • 通讯作者:
    Sano E.
Large reduction of leakage currents in AlGaN Schottky diodes by a surface control process and its mechanism
表面控制工艺大幅降低AlGaN肖特基二极管漏电流及其机制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Kotani; M. Kaneko; H. Hasegawa; T. Hashizume
  • 通讯作者:
    T. Hashizume
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