Новости

Oct 22, 2023

Графеновый полевой транзистор тестирует сразу несколько заболеваний на чипе

Стремясь к созданию комплексного лабораторного решения на кристалле, компания Archer Materials анонсировала новый биочип, использующий графеновые полевые транзисторы (gFET). С момента открытия в 2004 году структура решетки графена продемонстрировала

Стремясь к созданию комплексного лабораторного решения на кристалле, компания Archer Materials анонсировала новый биочип, использующий графеновые полевые транзисторы (gFET). С момента открытия в 2004 году решетчатая структура графена продемонстрировала множество уникальных преимуществ, некоторые из которых могут быть использованы при производстве транзисторов для создания сверхчувствительных устройств.

gFET особенно популярны в приложениях биосенсорства, поскольку они могут дать представление о здоровье пациентов посредством взаимодействий на молекулярном уровне между графеном и целевыми биочастицами. Недавно Арчер представил коммерческому литейному заводу графеновый биочип в рамках проекта MPW. Компания сообщила, что это решение может тестировать несколько заболеваний на одном чипе.

Поскольку технологии с использованием графена, такие как gFET, все еще относительно новы, в этой статье подробно рассматриваются детали изготовления gFET и дается читателям контекст того, как графен можно использовать для обнаружения нескольких заболеваний с помощью одного чипа.

gFET очень похожи на другие полевые транзисторы, такие как MOSFET, но отличаются материалом, используемым в качестве проводящей среды. В то время как в МОП-транзисторах для передачи тока от стока к истоку используются такие материалы, как кремний, в gFET используется слой графена толщиной всего несколько десятков микрометров.

Тонкий слой графена придает многочисленные преимущества, такие как тепло- и электропроводность, а также значительно повышает чувствительность устройства к внешним факторам. Таким образом, лаборатории часто используют gFET для характеристики соседних жидкостей, поскольку присущая графену чувствительность на молекулярном уровне позволяет легко обнаруживать патогены.

Чтобы разместить жидкие образцы для тестирования, Арчер сначала разработал «смачиваемые» gFET, которые могут выдерживать контакт с жидкими материалами. Затем Арчер расширил эти gFET для тестирования отдельных заболеваний, а последняя разработка была направлена ​​​​на тестирование нескольких заболеваний на одном чипе.

Хотя графен предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционной кремниевой электроникой, у него есть немало недостатков. Главным из них является сложный производственный процесс, при котором для правильной работы gFET требуются чрезвычайно тонкие слои графена.

Типичные процессы графена используют химическое осаждение из паровой фазы (CVD) для «выращивания» графена на подложке, после чего его можно осторожно удалить. Затем в ходе литографического процесса наносятся металлические контакты gFET для подключения к внешней схеме. Литографию также можно использовать для модификации слоев графена для создания желаемых форм.

Реализуя аналогичный процесс, устройства Archer gFET используют мультиплексирование одного устройства, при котором каждый датчик gFET может считываться индивидуально для проверки нескольких заболеваний на одном чипе. Арчер надеется в конечном итоге предложить функцию настройки параметров gFET в реальном времени, что потенциально сделает датчики gFET решением многоразового использования.

Арчер ожидает, что как MPW, так и целые партии пластин будут доступны для поставки к концу 2023 года. На этом этапе компания может проверить и оценить чипы, чтобы дать Арчеру лучшее понимание того, как чипы будут работать в практической среде.

Хотя gFET находят широкое применение в приложениях биосенсорства, преимущества графеновых транзисторов могут распространяться на конструкции RFIC или высокоскоростное переключение. Однако в конечном итоге сфера применения gFET зависит от того, смогут ли производители надежно объединить графеновые устройства с кремнием.

Несмотря на эту неопределенность, графеновые полевые транзисторы обладают явными преимуществами, и ожидается, что еще больше их станет известно после запуска последних шаттлов Арчера.