Abstract

A significant rise in the mass production of products that contain nanoparticles is of growing concern due to the detection of their toxic effects on living organisms. The standard method for analyzing the toxicity of substances, including nanomaterials, is toxicological testing, which requires the substantial consumption of time and material resources. An alternative approach is to develop models that predict the effect of nanomaterials on biological systems. In both cases, for the detection of nanoparticles an effective electronic complex consisting of a sensor with high sensitivity and a data reception/processing/transmission system is necessary. In recent times, fundamental and applied research activities aimed at the application of heterostructure field-effect transistors – high electron mobility transistors–as a base for such sensors have been undertaken. The purpose of this work is to develop a technique for modeling a sensor for toxic nanoparticles based on the heterostructure field-effect transistor. The object of the research is a gallium nitride high electron mobility transistor device structure. The subject of the research is the electrical characteristics of the transistor obtained in static mode. The calculation results show that the dependence between the concentration of the toxic nanoparticles in the test medium and the polarization charge surface density could serve as a base for modeling the sensor for toxic nanoparticles based on the heterostructure field-effect transistor. The primary advantage of the proposed technique is the use of the scaling parameter intended directly for calibrating the polarization charge density in accordance with the two-dimensional electron gas concentration. The obtained results can be utilized by the electronics industry of the Republic of Belarus for developing the hardware components of gallium nitride high-frequency electronics.

Highlights

  • This work was performed as a part of the assignment 1.2.23 of the State Research Programs of the Republic of Belarus “Informatics, Space and Safety”, subprogram “Informatics and Space Research”

  • Numerical simulation of the sensor for toxic nanoparticles based on the heterostructure field-effect transistor

  • Information about the authorsVolcheck V.S., Research Assistant of the R&D Laboratory 4.4 “Computer-Aided Design of Microand Nanoelectronic Systems” of R&D Department of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. Stempitsky V.R., PhD, Associate Professor, Deputy Head of Research and Development Department of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics

Read more

Summary

Оригинальная статья Original paper

В настоящее время активно ведутся фундаментальные и прикладные исследования, направленные на применение гетероструктурных полевых транзисторов (транзисторов с высокой подвижностью электронов) в качестве базы таких сенсоров. Цель данной работы – разработка методики компьютерного моделирования сенсоров токсичных наночастиц на базе гетероструктурного полевого транзистора. Объект исследования – приборная структура нитрид-галлиевого транзистора с высокой подвижностью электронов. Результаты расчетов показывают, что зависимость между концентрацией наночастиц в исследуемой среде и поверхностной плотностью поляризационного заряда может быть использована в качестве основы методики компьютерного моделирования сенсоров токсичных наночастиц на базе гетероструктурного полевого транзистора. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями электронной промышленности Республики Беларусь при разработке элементной базы сверхвысокочастотной электроники на основе нитрида галлия. Ключевые слова: наночастица, токсичность, функциональный материал, нитрид галлия, транзистор с высокой подвижностью электронов, гетероструктура, сенсор, моделирование. Компьютерное моделирование сенсоров токсичных наночастиц на основе гетероструктурного полевого транзистора. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (Minsk, Republic of Belarus)

Методика моделирования
Пьезоэлектрическая поляризация равняется
Vth VDS
Результаты моделирования
Вклад авторов
Сведения об авторах
Information about the authors
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call