一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法技术

本发明专利技术提出一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法,包括对结合电化学理论对传统GFET模型进行改进、并引入浓度参数变量的方向，进行再次改进、最后进行验证三个步骤，本发明专利技术通过引入电双层电容准确描述液栅中的电极物理效应，首先修正了传统GFET的直流模型，克服了其不能适用于LG

【技术实现步骤摘要】
一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法


[0001]本专利技术涉及生物检测
，尤其涉及一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法。

技术介绍

[0002]随着越来越多种类的检测物和越来越低的检测物浓度的需求，对生物传感器的要求也越来越高，纳米场效应晶体管是一种基于纳米材料的新型生物传感器，因其具有独特的理化性质、相当高的灵敏度、高选择性、快速检测、操作简单以及易于集成等特点，吸引了生命科学和电路领域的广泛关注，而石墨烯是一种具有大的体表比、高的电子迁移率、极好的热电传导性、高机械强度的二维材料，由于石墨烯的高载流子迁移率可以使通道电流快速响应栅极电压(包括分析物诱导电位)的变化，因此GFET(石墨烯场效应晶体管)是监测生物反应的一个理想的快速的平台；
[0003]而基于GFET结构的直流模型，是在半导体物理的基础上推导得到了正确的石墨烯沟道电荷模型，能够很好的描述石墨烯的物理效应。但该模型由于栅极电容计算方式的局限性只能适用于GFET而无法正确表征LG
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GFET，并且适用于LG
‑
GFET的直流模型在其他方面还需要有更高的要求，因此该模型还需要进一步改进。原因主要有以下2点：
[0004](1)该基于GFET结构的直流模型中，栅极电容的计算方式是根据最简单的平板电容来计算的，因此只能适用于传统的GFET结构，面对如今在生物检测中应用越来越广泛的LG
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GFET结构，该模型无法正确描述其物理特性，无法解释栅极探针插入深度对电流的影响，其准确度需要进一步提高；
[0005](2)该基于GFET结构的直流模型完全是电学相关的，其中的自变量以及一些参数都是电学和物理相关的，缺乏生物化学相关的自变量和参数，因此无法与生物检测直接联系，利用目前的模型进行仿真只能得到电学相关的结果，无法直接得到生物检测中十分关心的浓度参数结果，因此本专利技术提出一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法，该种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法具有检测得到电学信号的同时还可以利用该模型直接得到检测物的浓度的优点，解决现有技术中无法直接得到生物检测中十分关心的浓度参数结果的问题。
[0007]为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、获取传统的GFET模型，并结合电化学理论对获得的传统GFET模型进行修正，采用双电层电容公式代替传统GFET模型中的栅极电容公式，即得到初步改进的LG
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GFET直流模型；
[0009]步骤二、对步骤一中获得的LG
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GFET直流模型，引入浓度参数变量的方向，进行再次改进，得到改进后的浓度相关的LG
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GFET模型，其中引入浓度参数变量的方向分为检测物浓度对化学平衡反应和检测物浓度对石墨烯载流子迁移率影响两种；
[0010]步骤三、对步骤二中得到的改进后的浓度相关的LG
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GFET模型进行结果验证，当验证的结果是符合时，即说明得到了改进后的浓度相关的LG
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GFET模型，完成对传统的GFET模型的改进作业。
[0011]进一步改进在于：所述步骤一中，将得的LG
‑
GFET直流模型与测试结果进行对比验证，若对比验证结果是符合时，即说明得到了准确描述的LG
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GFET直流模型，若对比验证结果是不符合时，则再次对传统GFET模型进行修正，直至符合测试的结果。
[0012]进一步改进在于：所述测试结果是基于LG
‑
GFET检测外泌体溶液的测试结果提取的。
[0013]进一步改进在于：所述步骤二中，检测物浓度对化学平衡反应的研究中，是以外泌体的检测结果为研究对象，外泌体浓度越高，与石墨烯结合的量越多。
[0014]进一步改进在于：所述步骤二中，检测物浓度对石墨烯载流子迁移率影响的研究中，利用LG
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GFET测试了不同浓度的外泌体溶液，发现随着浓度的升高，载流子迁移率下降，继而通过公式描述空穴和电子两种载流子迁移率与外泌体溶液浓度的关系，公式为：
[0015][0016][0017]式中，μ
p0
和μ
n0
表趋于高浓度时载流子迁移率基本处于稳定的一个值，A
p
和A
p
代表载流子迁移率随浓度变化的强度系数，τ
p
和τ
n
代表弛豫浓度。
[0018]进一步改进在于：所述步骤三中，当验证的结果为不符合时，进入步骤二中，再次对获得的LG
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GFET直流模型进行改进。
[0019]进一步改进在于：所述步骤三中，对比验证是依据在不同浓度下的仿真数据与模型计算的数据进行对比。
[0020]进一步改进在于：改进的过程中是不断的调整优化模型参数。
[0021]本专利技术的有益效果为：该种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法通过结合电化学理论，引入电双层电容准确描述液栅中的电极物理效应，首先修正了传统GFET的直流模型，克服了其不能适用于LG
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GFET的弊端，并且结合化学反应平衡原理，推导出检测物浓度对石墨烯掺杂的影响，使用弛豫时间函数拟合检测物浓度与载流子迁移率的的关系，最终建立了浓度相关的LG
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GFET直流模型，提高了模型的应用范围，同时引入检测物浓度作为自变量，使得在检测得到电学信号的同时还可以利用该模型直接得到检测物的浓度，为生物检测领域提高了检测效率。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术的步骤流程示意图。
[0024]图2是本专利技术的LG
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GFET中的双电层电容形成示意图。
[0025]图3是本专利技术的双电层电容后的等效电路示意图。
[0026]图4是本专利技术的空穴迁移率模型示意图。
[0027]图5是本专利技术的电子迁移率模型示意图。
[0028]图6是本专利技术的浓度相关LG
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GFET直流模型结果示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、获取传统的GFET模型，并结合电化学理论对获得的传统GFET模型进行修正，采用双电层电容公式代替传统GFET模型中的栅极电容公式，即得到初步改进的LG
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GFET直流模型；步骤二、对步骤一中获得的LG
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GFET直流模型，引入浓度参数变量的方向，进行再次改进，得到改进后的浓度相关的LG
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GFET模型，其中引入浓度参数变量的方向分为检测物浓度对化学平衡反应和检测物浓度对石墨烯载流子迁移率影响两种；步骤三、对步骤二中得到的改进后的浓度相关的LG
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GFET模型进行结果验证，当验证的结果是符合时，即说明得到了改进后的浓度相关的LG
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GFET模型，完成对传统的GFET模型的改进作业。2.根据权利要求1所述的一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法，其特征在于：所述步骤一中，将得的LG
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GFET直流模型与测试结果进行对比验证，若对比验证结果是符合时，即说明得到了准确描述的LG
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GFET直流模型，若对比验证结果是不符合时，则再次对传统GFET模型进行修正，直至符合测试的结果。3.根据权利要求2所述的一种液栅石墨烯场效应晶体管的直流模型改进方法，其特征在于：所述测试结果是基于LG
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GFET检测外泌体溶液的测试结果提取的。4.根据权利要求1所述的一种液...

【专利技术属性】
技术研发人员：江珂，易凯，邓江，
申请(专利权)人：成都通量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：