Diseño y fabricación de un sensor de pH utilizando TFTs

Abstract

En los últimos años, los transistores de película delgada (TFT) han llamado la atención como una tecnología de próxima generación debido a sus ventajas, que incluyen facilidad de fabricación, excelente uniformidad, proceso de fabricación a baja temperatura, costos de producción reducidos, dimensiones compactas del dispositivo, compatibilidad con la integración en chips y flexibilidad para diversos sustratos. En este estudio, nuestro objetivo fue optimizar el comportamiento de un dispositivo TFT mediante la modificación de defectos en a-IGZO y analizar su impacto en el rendimiento del dispositivo mediante simulaciones en el software Silvaco-Atlas. Se extrajeron parámetros clave como el umbral de voltaje (VT), la pendiente sub-umbral (S) y el voltaje de encendido (VON) a partir de las respectivas curvas I-V. La novedad de nuestro enfoque radica en utilizar a-IGZO como una capa sensible al pH en lugar de dieléctricos de alta constante dieléctrica basados en silicio. Trabajos anteriores demostraron una sensibilidad máxima al pH de 53.3 mV/pH utilizando a-IGZO. En nuestra investigación, optimizamos la película de a-IGZO a través de la deposición mediante RF sputtering en un entorno de plasma de argón. El resultado de nuestro estudio se tradujo en características TFT adaptadas para nuestra aplicación específica, logrando una mejor sensibilidad al pH. Estas mejoras posicionan al dispositivo como un candidato prometedor para aplicaciones de detección de pH, consolidando su estatus como una tecnología TFT de próxima generación. In recent years, thin-film transistors (TFTs) have gained attention as a next-generation technology due to their advantages, including ease of fabrication, excellent uniformity, low-temperature processing, cost-effectiveness, compact device dimensions, compatibility with chip integration, and flexibility for various substrates. In this study, we aimed to optimize the behavior of a TFT device by modifying a-IGZO defects and analyzing their impact on device performance using Silvaco-Atlas software simulations. Key parameters such as threshold voltage (VT), sub-threshold slope (S), and turn-on voltage (VON) were extracted from the respective I-V curves. The novelty of our approach lies in utilizing a-IGZO as a pH-sensitive layer, replacing silicon-based high-K dielectrics. Previous work demonstrated a maximum pH sensitivity of 53.3 mV/pH using a-IGZO. In our investigation, we optimized the a-IGZO film through RF sputtering in an argon plasma environment. The outcome of our study resulted in TFT characteristics tailored for our specific application, achieving improved pH sensitivity. These enhancements position the device as a promising candidate for pH detection applications, solidifying its status as a next-generation TFT technology.