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11 avr
11/04/2019 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Getenet Tesega AYELE

Developing Ultrasensitive and CMOS Compatible ISFETs in the BEOL of Industrial UTBB FDSOI Transistors

Doctorant : Getenet Tesega AYELE

Laboratoire INSA : INL
Ecole doctorale : ED160 Electronique, Electrotechnique, Automatique

Les ion-sensitive field-effect transistors (ISFETs) sont des capteurs à l'état solide (bio)chimiques, destinés à la détection des ions pH (H+), Na+ et K+, qui promettent des fonctionnalités très recherchées des dispositifs CMOS. Malgré cela, la commercialisation des ISFETs est encore à ses balbutiements, après près de cinq décennies de recherche et développement. Cela est dû principalement à la sensibilité limitée, à la controverse sur l'utilisation de l'électrode de référence pour le fonctionnement des ISFETs et à des problèmes de stabilité. Dans cette thèse, les ISFETs ultrasensibles et compatibles CMOS sont intégrés au BEOL des transistors UTBB FDSOI standard. Un circuit diviseur capacitif est utilisé pour polariser la grille d’avant afin d'assurer des performances stables du capteur.

En exploitant la fonction d'amplification intrinsèque fournie par les transistors UTBB FDSOI, une sensibilité expérimentale de 730 mV/pH est obtenue, ce qui confirme le modèle mathématique et la réponse simulée. Cette valeur est plus de 12 fois supérieure à  la  limite de  Nernst et  supérieure aux capteurs de  l'état de  l’art. Une nouvelle architecture de détection du pH est également démontrée avec succès, dans laquelle la détection est fonctionnalisée au niveau de la diode de protection de grille plutôt que de la grille avant des dispositifs UTBB FDSOI. La commutation de courant abrupte, aussi basse que 9 mV/décennie, pourrait potentiellement augmenter la sensibilité de polarisation fixée à 6,6 décennie/pH. Nous avons démontré expérimentalement une sensibilité de
1,25 décennie/pH supérieure à la sensibilité de pointe. Les réponses expérimentales ont été validées par modélisation et simulation à l'aide de TCAD-Sentaurus.

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre AE1 (Bâtiment Gustave Ferrié) - Villeurbanne