Влияние фотопроводимости, чувствительности к pH, шума и длины канала в датчиках Si Nanowire FET

Фон

В последнее десятилетие наноразмерные кремниевые структуры интенсивно изучаются [1] в связи с их многообещающими электрическими, оптическими, химическими, термическими и механическими свойствами. По сравнению с более крупными структурами наноразмерные полевые транзисторы (FET) позволяют измерять электрические, оптические и другие типы очень слабых сигналов из-за увеличенного отношения поверхности к объему образца. Небольшие размеры наноструктур делают их идеальными для измерения небольших объемов образцов с низкими концентрациями аналитов. Подробнее особенности и свойства pH-сенсоров рассмотрены в [2–4]. Показано, что pH-чувствительность кремниевых сыпучих материалов низкая. Наблюдались хорошие pH-чувствительные свойства Si нанопроволок (NW) с чувствительностью 58,3 мВ / pH. Например, в области медицинской диагностики наноразмерные структуры, нацеленные на использование низкоразмерных наноструктур, таких как углеродные нанотрубки, металлические или полупроводниковые NW или тонкие наноленты (NR) размером с атом, могут быть реализованы для множества приложений [5] . Среди упомянутых структур кремниевые структуры NR и NW FET открывают перспективы для безметочного, в реальном времени и высокочувствительного обнаружения биомолекул с использованием принципов связывания на основе аффинности [6]. Изучена чувствительность различных размеров NR. Было показано, что новый датчик со встроенным эталонным NR может быть использован для отслеживания ошибок в реальном времени при измерении pH [6]. К электронным устройствам постоянно добавляются новые функции и возможности, такие как мобильные системы мониторинга состояния здоровья и носимые устройства. Несмотря на успех таких систем персонального мониторинга здоровья [7], ожидается, что следующее поколение носимых устройств будет включать в себя также портативную «лабораторию на чипе» - набор медицинских биосенсоров, которые можно использовать для обнаружения и диагностики различных заболеваний. лекарственные вещества [8, 9]. Чтобы иметь возможность отслеживать и обнаруживать ранние стадии заболевания в идеальном случае на уровне отдельной молекулы, размер сенсорного преобразователя должен быть сопоставим с исследуемыми биологическими маркерами. Следовательно, биосенсоры на основе NW и NR должны быть разработаны для мониторинга биологических событий, которые происходят в очень малых размерах. Другой важной областью применения является оптоэлектроника, где взаимодействие света с наноструктурами может быть использовано для будущих приложений оптических устройств. Диаметр менее длинны волны и эффекты близости могут привести к улучшенным оптическим свойствам, таким как низкий коэффициент отражения и, следовательно, высокое поглощение. Результаты исследования оптического поглощения Si ННК продемонстрировали сильные размерно-зависимые эффекты [10–12]. Исследования широкополосного оптического поглощения показали увеличение полных спектров оптического поглощения для образцов Si ННК [13]. Si ННК приводят к значительному снижению коэффициента отражения по сравнению с твердыми пленками кремния [13,14]. Оптическое поглощение увеличивается, а длина волны уменьшается. Следует отметить, что, в отличие от объемного материала, наноразмерные структуры Si могут быть полупроводниками с прямой запрещенной зоной, что делает их отличным выбором для оптических приложений [11,13,15–18]. С другой стороны, масштабирование увеличивает ширину запрещенной зоны [15]. Это может привести к успешному смещению спектров поглощения в коротковолновую область [11, 18]. При уменьшении размеров необходимо также учитывать ограничения по току и напряжению. Для устройств, работающих при слабых уровнях сигнала, решающую роль играет внутренний шум [4, 19, 20, 21]. Он определяет один из важнейших параметров датчиков - отношение сигнал / шум (SNR). Как показано для датчиков SiNW с двойным затвором, чувствительность pH увеличивается с увеличением напряжения на жидком затворе, а отношение сигнал / шум имеет более высокое значение (~ 10 ⁵ ) [11, 18]. Подход с использованием нанолент открывает возможности для крупномасштабного производства КМОП высокочувствительных биомолекулярных чипов для потенциального использования в медицине и биотехнологии [22].

Современные исследования наноразмерных материалов показали, что электронные, магнитные, тепловые и оптические свойства могут резко отличаться при синтезе их одномерных форм. Нанопроволоки, полученные с использованием пластинчатых кристаллов толщиной в один или несколько атомов, представляют собой новые формы одномерных наноразмерных материалов и идеальные системы для исследования зависимости фундаментальных свойств от размера.

Подробный анализ последних достижений в области методов синтеза и теоретических исследований ЯР представлен в [23]. В литературе эффекты фотопроводимости, pH-чувствительности, шума и длины канала в одном и том же наборе решеток NW FET подробно не исследовались. Однако шероховатость поверхности и вклад диэлектрических слоев могут значительно изменить свойства структуры в зависимости от технологии изготовления, применяемой для различных наборов устройств. В этом отношении понимание влияния длины канала в одном и том же наборе NW FET важно для разработки устройств с расширенными функциями.

Настоящая работа посвящена исследованию полевых транзисторов на основе кремниевых нанопроволок, включая технологию изготовления образцов, определение характеристик микросхем, их темновых и светлых вольт-амперных характеристик (ВАХ) и чувствительности к pH. Описаны эффекты влияния длины канала на токи исток-сток, pH-чувствительность и низкочастотный шум. Мы демонстрируем, что кремниевые нанопроволоки, изготовленные на основе тонкого слоя кремния на окисленной кремниевой подложке, могут иметь высокую чувствительность к pH, довольно близкую к пределу Нернста.

Методы / экспериментальные

Кремниевые структуры ННК были изготовлены на основе пластин кремний на изоляторе (КНИ), закупленных у SOITEC. Процесс начинается с термического окисления с образованием жестких масок из оксида кремния толщиной 20 нм. Толщина активного слоя кремния составляет 50 нм. Затем ННК различной геометрии формируют в жесткую маску с помощью оптической литографии и переносят в SiO ₂ . слой с использованием стадии процесса реактивного ионного травления. Шаблон используется для получения кремниевых нанолент и нанопроволок с использованием влажного химического травления в растворе гидроксида тетраметиламмония (TMAH). Диэлектрический слой затвора, который также служит защитой канала от жидкой среды, представляет собой термически выращенный оксид кремния толщиной 8 нм. Канал NW представлял собой почти нелегированный кремний с концентрацией дырок около 10 ¹⁵ . см ⁻³ . Контакты истока и стока были сильно легированы для образования хороших омических контактов. Для подключения к электронике алюминиевые контакты были сформированы методом снятия рисунка. Наконец, стружка была пассивирована полиимидным слоем (PI) для защиты металлических линий подачи от жидкой среды. На рис. 1 приведены схематические изображения исследуемых образцов в режиме работы датчика pH (а) и фотоприемника (б), а на рис. 2 представлена ​​СЭМ-фотография исследуемой ННК.

Исследуемые структуры полевых транзисторов на основе Si-нанопроволок. Схематическое изображение исследуемых образцов:pH - режим работы датчика ( a ) и режим работы фотоприемника ( b ). Слой полиимида PI, исток S, сток D, передний затвор FG (электрод сравнения, RE), задний затвор BG

СЭМ-изображение структуры Si NW FET. Типичный снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), изготовленной структуры полевого транзистора на основе Si-наноленты

Результаты и обсуждение

Вольт-амперные характеристики и чувствительность к pH

На рисунках 3 и 4 представлены вольт-амперные характеристики исток-сток исследуемых образцов, измеренные при напряжениях на затворе -1 и -5 В соответственно. Характеристики измерялись в темноте, а также при удельной мощности освещения 0,85 и 1,6 Вт / см ² . при комнатной температуре. Для возбуждения света используются лампы накаливания, расположенные на расстоянии 15 см от датчика. Зависимости ВАХ демонстрируют типичное поведение, аналогичное полевым транзисторам металл-оксид-полупроводник (MOSFET) [24], поскольку исследуемые образцы имеют относительно большие размеры l × ш × т =(2 ÷ 10) × 10 × 0,05 мкм ( l , w , и t - длина, ширина и толщина канала соответственно). ВАХ на рис. 3 и 4 можно описать как:

где I _{ds, d} и я _{ds, ph} - темновая и фото составляющие тока сток-сток. Темновой ток можно описать известным выражением для полевых МОП-транзисторов для V _ds ≤ V _GS - V _th [24]:

ВАХ NW FET, измеренные при оптическом возбуждении ( V _BG =- 1 В). Выходные вольт-амперные характеристики образца NW FET длиной l =10 мкм, измерено в темноте и при возбуждении светом удельная мощность 0,85 и 1,6 Вт / см ² , при T =300 К и В _BG =- 1 В

ВАХ NW FET, измеренные при оптическом возбуждении ( V _BG =- 5 В). Выходные вольт-амперные характеристики образца NW FET длиной l =10 мкм, измерено в темноте и при возбуждении светом удельная мощность 0,85 и 1,6 Вт / см ² в T =300 К и В _BG =- 5 В

Здесь C _бык = ε _бык / t _бык - емкость оксидного слоя на единицу площади, ε _бык и t _бык - диэлектрическая проницаемость и толщина оксидного слоя затвора, μ _n - подвижность электронов, а V _ds , V _GS , и V _th - напряжения исток-сток, затвор-исток и пороговое напряжение соответственно. Скорость генерации фотоносителей равна ηαN _ph , где N _ph = Вт / hν - интенсивность облучения. При низких уровнях инжекции и постоянном времени жизни дырок концентрация фотоносителей будет \ (\ Delta p =\ eta \ alpha {\ tau} _p \ frac {W} {h \ nu} \) [25]. Носители дрейфуют при приложенном напряжении V _ds . В этом случае фототок можно представить как:

Здесь A _ch = вес - текущая площадь поперечного сечения канала, e - заряд электрона, ∆p и μ _p - концентрация и подвижность избыточных фотоносителей (дырок), α коэффициент поглощения света, η квантовый выход, τ _p время жизни отверстия, hν энергия фотона и Вт удельная мощность освещения в [Вт / см ² ].

В формуле. В (3) мы предположили, что напряженность электрического поля равномерно распределена по длине канала и значение A _ch незначительно меняется по длине канала из-за высокой проводимости канала. Следует отметить, что это предположение справедливо для основной части канала, удаленной от контактов истока и стока.

При низких напряжениях В _ds , ток исток-сток I _ds растет примерно линейно с напряжением. С увеличением удельной мощности света величина I _ds увеличивается. На рисунках 5 и 6 показаны ВАХ исследуемого устройства при нескольких напряжениях на переднем затворе ( V _FG =- 1 В, - 5 В), измеренные в водном растворе с pH =6,2, 7 и 8,3. Мы видим, что увеличение значения pH приводит к увеличению тока канала, I _ds . Это хорошо согласуется с моделью контакта раствора с поверхностью оксидного слоя, тогда на границе оксид / раствор нанесены гидроксильные группы SiOH. Концентрация и поведение этих гидроксильных групп зависят от значения pH. Случай, когда поверхность не заряжена, называется точкой нулевого заряда. Для SiO ₂ диэлектрического слоя точка достигается при pH =2,2. При значениях pH ниже 2,2 поверхность оксида заряжается положительно; при более высоких значениях pH поверхность оксида заряжается отрицательно. В случае буферного раствора с pH =7 поверхностный заряд оксида кремния будет заряжаться отрицательно. Следовательно, при приложенном отрицательном потенциале затвора абсолютное значение отрицательного заряда на поверхности оксида увеличивается. В результате концентрация основных носителей увеличивается в канале тока (дырки в p-Si) и, следовательно, увеличивается ток канала.

ВАХ NW FET, измеренные в растворах с различным pH ( V _FG =- 1 В). Выходные вольт-амперные характеристики NW FET длиной, l =10 мкм, измерено в темноте и при концентрациях pH:6,3, 7, 8,2 при T =300 К, В _BG =- 5 В и В _FG =- 1 В

ВАХ NW FET, измеренные в растворах с pH ( V _FG =- 5 В). Выходные вольт-амперные характеристики NW FET длиной, l =10 мкм, измерено в темноте и при концентрациях pH 6,3, 7, 8,2 при T =300 К, В _BG =- 5 В и В _FG =- 5 В

На рисунках 5 и 6 показаны ВАХ структур Si ННК, работающих в режиме биохимического зондирования. Измерения проводили четыре раза для каждого значения pH. Повторяемость была в пределах 7%. В [26] pH-чувствительность биохимических сенсоров введена как

Здесь ∆I _ds и ∆pH - элементарные изменения в I _ds и pH. Обратите внимание, что чувствительность к pH - это измеряемая величина. В растворе среды с повышенным значением pH увеличивается ток сток-исток. Это позволяет с высокой точностью регистрировать изменение pH в любых биожидкостях (в диапазоне растворов, относящихся к физиологическим растворам). Например, для V _BG =- 5 В на V _ds =5 В, чувствительность равна R _pH ≈ 56,4 мВ / pH. На V _BG =- 5 В чувствительность к pH возрастает до 59,3 мВ / pH и приближается к пределу Нернста 59,5 мВ / pH [24]. Чувствительность pH растет с увеличением напряжения на обратном затворе. Например, на рис. 5 и 6 на V _ds =8 В, мы получили соотношение \ ({\ left ({R} _ {\ mathrm {pH}} \ right)} _ {V _ {\ mathrm {BG}} =- 5 \ \ mathrm {V}} / {(R)} _ {V_ {BG} =- 1 \ \ mathrm {V}} \ приблизительно 5.17 \), т.е. примерно в пять раз улучшенная чувствительность.

Спектры низкочастотного шума и особенности, вызванные облучением и изменениями pH

Спектры шума кремниевых ННК-структур измерялись при постоянном токе в омическом режиме. На рисунке 7 показана спектральная плотность мощности шума тока стока, измеренная в темноте, а также при облучении с приложенным напряжением на затворе В . _BG =- 1 В при I _ds =0,1 мкА. Спектры шума, измеренные в темноте, показывают 1 / f ^γ шумовое поведение с параметром шума равным γ =1. Уровень низкочастотного (НЧ) шума возрастает с увеличением интенсивности светового излучения. Увеличение интенсивности освещения приводит к увеличению концентрации основных носителей заряда. Это, в свою очередь, вызывает рост флуктуаций подвижности в канале из-за увеличения скоростей взаимодействия и рассеяния в результате рассеяния, во-первых, между носителями, а во-вторых, между носителями и акустическими фононами, а также на различных примесных ловушках [27].

Спектры шума NW FET, измеренные при оптическом возбуждении. Спектральная зависимость НЧ-шума, измеренная для образца NW FET с l =10 мкм при освещении:0,85 Вт / см ² , 1,6 Вт / см ² , и в темноте; V _BG =- 1 В, Т =300 тыс.

Поскольку измерения шума проводились при постоянном токе в омическом режиме, сопротивление канала линейно изменяется с приложенным напряжением V _ds . Как известно, спектральная плотность 1 / f-шума S _V пропорционально напряжению в мощности 2:

Здесь α _H - параметр Хуге, R _ch - текущее сопротивление канала; Ω = A _ch l - громкость текущего канала; ρ - удельное сопротивление канала. Уменьшение сопротивления канала приводит к росту спектральной плотности шума. При световом возбуждении образца полевого транзистора с нанопроволокой мощностью Вт , у нас есть:

Здесь p _d - концентрация дырок в темноте и σ - удельная проводимость. Уровень шума увеличивается пропорционально интенсивности освещения.

Рассчитываем значения параметра шума γ , используя кривые, представленные на рис. 7. Для образцов, измеренных в темноте и при световом возбуждении разной мощности, получены следующие параметры:

γ (темный) ≈ 1.0, γ (0,85 Вт / см ² ) ≈ 0,5, а γ (1,6 Вт / см ² ) ≈ 0,2.

При облучении значение параметра шума γ уменьшается. Это можно объяснить следующим образом. С увеличением мощности света увеличивается проводимость токового канала. В результате эффективное время жизни неосновных носителей τ _ef возрастает и достигает значений τ _ef ≥ (10 ⁻³ ÷ 10 ⁻² ) с. Когда электронно-дырочные пары генерируются за счет поглощения в кремнии, необходимо учитывать несколько механизмов рекомбинации. Эти процессы происходят параллельно, а скорость рекомбинации - это сумма скоростей, соответствующих отдельному процессу. Различное время жизни связано с разными механизмами рекомбинации. Эффективное время жизни носителя должно определяться его поверхностью, излучением, объемом (объем) и временем жизни оже-рекомбинации. Известно, что радиационное время жизни обратно пропорционально плотности носителей, а время жизни Оже обратно пропорционально квадрату плотности носителей [28]. Время жизни объемной рекомбинации определяется механизмом рекомбинации Шокли-Рида-Холла. Он постоянен для низких плотностей носителей и увеличивается при высоких уровнях инжекции [29,30,31]. Известно, что время жизни поверхностной рекомбинации пропорционально скорости поверхностной рекомбинации и обратно пропорционально толщине образца [29, 32, 33].

Поведение эффективного времени жизни будет сложным в зависимости от плотности неравновесных носителей и механизмов рекомбинации. По мере увеличения плотности носителей эффективное время жизни может быть либо постоянным, либо убывающей функцией [29]. В нанопроволоках при высоком отношении поверхности к объему более важную роль играют поверхностные интерфейсные состояния, и их вклад доминирует. Кроме того, он может превосходить другие типы рекомбинации. С другой стороны, при умеренном уровне плотности носителей время жизни объемной рекомбинации также может увеличиваться. В нашем случае кремниевых NW-носителей эффективное время жизни определяется в основном поверхностной и объемной рекомбинацией и увеличивается с ростом плотности носителей.

Как известно, генерационно-рекомбинационный (g-r) шум имеет лоренцеву форму [19, 34]:

Здесь f это частота. Понятно, что участок плато на зависимости S _{V , г - г} ( е ) определяется условием

где f _c - характерная частота. Следует отметить, что с увеличением времени жизни электронов значение частоты отсечки f _c уменьшается. Характерная частота g-r-шума смещается в низкочастотную область. Поскольку проводимость σ и срок службы τ _n увеличивается с увеличением мощности освещения, f _c уменьшается с увеличением W , соответственно:

Процессы g-r приводят к экранированию компоненты 1 / f-шума под плато g-r шума. Этим объясняется уменьшение значения параметра шума γ . с увеличением мощности освещения.

На рисунке 8 показана спектральная зависимость спектра мощности НЧ-шума образца Si NW FET, измеренная при V _FG =- 1 В, I _ds =0,1 мкА в растворе при нескольких значениях pH:6,3, 7,0 и 8,2. Параметр шума уменьшается с увеличением значения pH: γ (pH =6,3) ≈ 1,0; γ (pH =7,0) ≈ 0,5; γ (pH =8,2) ≈ 0,4. Крутизны рассчитывались в диапазоне от 10 до 500 Гц. Уровень шума НЧ увеличивается, а его крутизна уменьшается с увеличением значения pH. Увеличение значения pH приводит к снижению сопротивления канала, что вызвано накоплением отрицательных зарядов на границе полупроводник-оксид. Уменьшение наклона S _V ( е ) зависимость с увеличением pH можно объяснить с учетом эффекта увеличения проводимости канала.

Спектры шума NW FET, измеренные в растворах с различным pH. Спектральная зависимость НЧ-шума для ННК длиной l =10 мкм, измерено при T =300 K и несколько значений pH:6,3, 7,0 и 8,2 при V _BG =- 5 В, В _FG =- 1 В

Влияние длины канала

В этом разделе мы представляем результаты влияния длины токового канала на механизмы переноса, чувствительность к pH, а также на поведение НЧ-шума сенсоров на основе Si NW. Величина тока обратно пропорциональна длине токового канала, что оправдывает применение приближения дрейфа для транспортного механизма, а также предположение о равномерном распределении напряженности электрического поля по длине токового канала ( Рис.9). Влияние светового возбуждения приводит к увеличению величины тока исток-сток. Чувствительность к pH возрастает с увеличением длины канала и приближается к пределу Нернста 59,5 мВ / pH (рис. 10), что хорошо согласуется со значениями, полученными для сенсоров микродатчиков [27]. Наши результаты подтверждают также наблюдения за поведением чувствительности к pH, полученные для образцов NW с различной геометрией [6]. Эффект длины, систематически изучаемый в нашей работе, можно объяснить следующим образом. Поскольку длина канала l уменьшается, площадь pH-чувствительной поверхности уменьшается, и, следовательно, количество измеряемого H ⁺ ионов в водном растворе уменьшается. Согласно формуле. (2) текущий I _ds увеличивается с уменьшением l , что приводит к уменьшению сопротивления токового канала при постоянном напряжении В _ds . Поскольку сопротивление канала R _ch уменьшается, его модуляция затрудняется под действием H ⁺ ионы; следовательно, чувствительность к pH снижается.

Зависимость тока канала NW FET от длины. График зависимости тока в канале от длины канала. V _BG =- 5 В, В _ds =- 5 В, R _ch =1,26 МОм

Чувствительность pH в зависимости от длины канала. График чувствительности pH в зависимости от длины канала. V _FG =- 10 В, В _BG =- 5 В, В _ds =- 5 В, R _ch =1,26 МОм

На рисунке 11 показана зависимость спектральной плотности НЧ-шума от длины текущего канала.

Зависимость спектральной плотности шума от текущей длины канала. График спектральной плотности шума как функция текущей длины канала. Для измерения pH V _FG =- 10 В

Эти кривые построены с использованием спектральных зависимостей НЧ-шума, измеренных для Si ННК разной длины в темноте при освещении с интенсивностью 0,85 В / см ² , а в водном растворе с pH =7. Расчетное значение наклона параллельных кривых (рис. 10) равно lg (500/10) ≈ 2.7. Это значение близко к значению (равному 3), полученному теоретически по формулам. (6) и (7), S _V ∝ l ⁻³ с погрешностью около 10%. Результаты показывают, что теоретически предсказанный S _V ( l ) зависимости хорошо согласуются с измеренными характеристиками с учетом относительно высокого уровня теплового шума. Согласно формуле. (6), масштабирование длины канала l вниз приводит к уменьшению сопротивления и увеличению тока, что соответствует увеличению носителей заряда в канале. This, in turn, results in increased interaction of charge carriers with traps on the interface between silicon and dielectric layer. Thus, the noise level increases, which is also confirmed by experimental dependences (see Fig. 11).

The non-Nernstian pH-response of SiO₂ -gated FET-based sensors has been a major topic since the introduction of the ion-sensitive FET (ISFET) concept. The sensitivity of the SiNR FET sensor to changes in pH can be quantified by measuring the shift of the threshold voltage of the device and is defined by the Nernst equation [35]:

\( \frac{\delta {\Psi}_0}{\delta \mathrm{pH}}=-2.3\frac{kT}{q}\alpha \le 59\ \frac{mV}{\mathrm{pH}} \),

where δ Ψ₀ is the potential at the surface. The dimensionless parameter a which depends on the intrinsic buffer capacity of the oxide surface and the differential double-layer capacitance can be a value between 0 and 1.

Changes in the pH of the solution induce variations in the surface charge density and surface potential. It leads to a change in the NR channel conductance. In general, sensitivity is defined as the largest possible output response to a certain biological event. The pH sensitivity of BioFETs arises from the acid/base reactions at the oxide/electrolyte interface and the maximum pH response achievable by a conventional ISFET is the Nernst limit of 59 mV/pH. Over the years, there have been numerous reports [36,37,38,39,40,41,42,45] on devices with near Nernstian. The high sensitivity was achieved either by optimization of the intrinsic device transfer characteristics (such as lowering of the subthreshold swing or by tuning the gate potential) or by chemical surface modifications. Decreasing silicon thickness leads to higher surface charge sensitivity [45]. In [6], it is shown that at an optimum thickness of 30 nm the sensitivity reaches maximum value, and for a thicker device layer the pH response decreases and the largest response is obtained from the widest NR FET with the highest surface area. The most popular platform for chemical modification of SiO₂ surface is chemisorption of a few nanometer thick self-assembled monolayers [46], not only to enhance the pH sensitivity of Si/SiO₂ gated nanosensors [47], but also because biomolecules such as proteins [48] or DNA [49], which can be coupled to the other functional end of certain monolayers. Authors of Ref. [50] discussed the results concerning the functionalization and modification of SiNW FET sensors.

Выводы

Silicon nanowire FET biochemical sensors of various lengths were fabricated. The static dark and light-illuminated I–V curves as well as the behavior of these sensors in an aqueous solution with different values of pH are investigated. The static dark I–V dependencies demonstrate FET behavior. With increasing light intensity, the source-drain current grows because of the increase in the conduction of the current channel. The pH sensitivity increases with the increasing of the back-gate voltage and approaches to 59.5 mV/pH. The magnitude of the channel current is approximately inversely proportional to the length of the current channel and the pH sensitivity increases with increase of channel length approaching to the Nernst limit value, indicating that larger area devices are more suitable for the pH sensing.

The spectral density of the LF noise increases both under the action of the pH solution and the illumination, and in both cases, the frequency dependence of the noise is weakened and the value of the noise parameter γ decreases. With increasing of the pH value and illumination power, the 1/f-noise is screened by the g-r plateau. The characteristic frequency of the g-r noise component decreases with increasing illumination power. LF noise level increases and its slope decreases with increase of the pH value. It is shown that the measured value of the slope of noise spectral density dependence on the current channel length is 2.7 that is close to the theoretically predictable value 3 within 10% error.

Сокращения

FETs:

Field-effect transistors

LF:

Low-frequency

NWs:

Nanowires

TMAH:

Tetramethylammonium hydroxide