دانلود ترجمه مقاله سنسور دیود Schottky ناهمگون گرافن/سیلیکون با بایاس معکوس (وایلی 2013) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

سنسور دیود Schottky ناهمگون گرافن/سیلیکون با بایاس معکوس قابل تنظیم

Tunable Reverse-Biased Graphene/Silicon Heterojunction Schottky Diode Sensor

1- مقدمه

2- نتایج و بحث

3- نتایج

4- بخش آزمایشی

یک نمونه سنسور شیمیایی جدید مبتنی بر دیود ناهمگون گرافن/ Si با بایاس معکوس، توسعه داده شده است که حساسیت تعیین مولکولی وابسته به بایاس فوق العاده بالا و توان اجرایی پایینی ارائه می دهد. این سنسور از مزیت نازک بودن لایه های گرافن که باعث جذب مولکولی در سطح می شود، بهره می برد تا به طور مستقیم ارتفاع مانع فصل مشترک گرافن/Si را تغییر دهد و بنابراین وقتی سنسور در بایاس معکوس عمل می کند، اتصال جریان حاصل می شود که نتیجه ی این امر ایجاد حساسیت فوق العاده بالاست. وقتی یک وسیله در بایاس معکوس عمل می کند، تابع کار گرافن و بنابراین ارتفاع مانع در فصل مشترک ناهمگون گرافن/Si می تواند به وسیله ی بزرگی بایاس کنترل شود که این منجر به تنظیم پذیری گسترده ایی در میزان حساسیت تشخیص مولکولی می شود. این کنترل حساسیت هم چنین ممکن است به وسیله ی انتخاب دقیق schottky ناهمگون گرافن/Si انجام شود. در مقایسه با سنسورهای جریان سنج گرافن مرسوم در تراشه های یکسان ، سنسور پیشنهاد شده 13 برابر حساسیت بالاتری برای تشخیص NO2 و سه برابر برای تشخیص NH3 در شرایط محیط دارد. در حالی که توان مصرفی آن در یک ولتاژ بایاس یکسان تقریبا 500 برابر کمتر است. مکانیزم تشخیص، مبتنی بر تغییر ارتفاع مانع schottky ناهمگون است که با استفاده از اندازه گیری های ظرفیت الکتریکی-ولتاژ ثابت شد.

1- مقدمه

در چندین سال گذشته گرافن به دلیل خواص شگفت آور آن شامل تحرک فوق العاده بالای حاملان بار در آن به (اندازه ی cm2/Vs200000 در شکل سوسپانسیون)، داشتن نسبت سطح به حجم بسیار بالا -به دلیل بهره مندی از یک ساختار دو بعدی- و نویز جانسون بسیار پایین در محدوده ایی فاقد بارهای الکتریکی ،مورد توجه و تحقیق قرار گرفته است. این خواص گرافن را برای کاربردهای تشخیص مولکولی بسیار جذاب می سازد زیرا مولکول های جذب شده از طریق انتقال بار ،می توانند به سهولت رسانایی آن را تحت تاثیر قرار دهند. گرافن به دلیل داشتن حساسیت فوق العاده بالا و به دام انداختن حتی یک مولکول گاز این پتانسیل را دارد تا از آن برای تشخیص های مولکولی با استفاده از روش هایی مبتنی بر تغییر در میزان رسانایی، تابع کار سطح، فرکانس امواج صوتی، طیف فرکانس با نویز کم به طور گسترده استفاده شود.

4- بخش آزمایشی

نمونه های گرافن مورد استفاده در این کار با روش رسوب شیمیایی بخار (CVD) روی فویل مسی ( کاتالیست) با خلوص%99/99 در یک کوره ی لوله کوارتز سنتز شد. سنتز در دمای 1035 درجه سانتیگراد و در فشار 10 تور با CH4 به عنوان پیش ماده (با نرخ جریان اسمی Sccm 40) با H2 (با نرخ جریان اسمی Sccm 50) طبق گزارش های قبلی انجام شد.

A new chemical sensor based on reverse-biased graphene/Si heterojunction diode has been developed that exhibits extremely high bias-dependent molecular detection sensitivity and low operating power. The device takes advantage of graphene’s atomically thin nature, which enables molecular adsorption on its surface to directly alter graphene/Si interface barrier height, thus affecting the junction current exponentially when operated in reverse bias and resulting in ultrahigh sensitivity. By operating the device in reverse bias, the work function of graphene, and hence the barrier height at the graphene/Si heterointerface, can be controlled by the bias magnitude, leading to a wide tunability of the molecular detection sensitivity. Such sensitivity control is also possible by carefully selecting the graphene/Si heterojunction Schottky barrier height. Compared to a conventional graphene amperometric sensor fabricated on the same chip, the proposed sensor demonstrated 13 times higher sensitivity for NO 2 and 3 times higher for NH 3 in ambient conditions, while consuming ∼ 500 times less power for same magnitude of applied voltage bias. The sensing mechanism based on heterojunction Schottky barrier height change has been confi rmed using capacitance-voltage measurements.

1- Introduction

Graphene has drawn a huge research interest in the past several years due to its extraordinary material properties [1] including remarkably high charge carrier mobility of 200 000 cm 2 V −1 s −1 in suspended form, [2] very high surface to volume ratio due to its essentially two-dimensional (2D) nature, [3] and very low Johnson noise in the limit of no charge carriers. [3–5] These properties make graphene very attractive for molecular sensing applications, since the adsorbed molecules can readily affect its conductivity through charge transfer. [3] Demonstration of its ultra-high sensitivity, down Tunable Reverse-Biased Graphene/Silicon Heterojunction Schottky Diode Sensor Amol Singh ,* Md. Ahsan Uddin , Tangali Sudarshan , and Goutam Koley to a single gas molecule, [3] has generated widespread interest in its potential application for molecular detection based on changes in conductance, [3,6,7] surface work function, [6] frequency of the surface acoustic waves, [8] as well as low frequency noise spectra. [7,9]

4- Experimental Section

Graphene samples used in this work were synthesized through chemical vapor deposition (CVD) on Cu (catalyst) foils (Alfa Aesar, 99.999% purity) in a quartz tube furnace. The synthesis was performed at 1035 °C and 10 Torr pressure with CH 4 as the precursor (nominal fl ow rate of 40 sccm) along with H 2 (nominal fl ow rate 50 sccm), following earlier reports. [35,36]

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنسور دیود Schottky ناهمگون گرافن/سیلیکون با بایاس معکوس قابل تنظیم

Tunable Reverse-Biased Graphene/Silicon Heterojunction Schottky Diode Sensor