Charakterisierung und Leistungsstudien von Feldeffekttransistoren (FETs) mit μStat-i 400

Metrohm DropSens bietet als Zubehör den AUFET30-Sensor (Abbildung 1a) an, einen elektrochemischen Transducer aus Gold, der auf einem Kunststoffsubstrat aufgebracht ist. Diese Plattform ist in einer koplanaren Anordnung konzipiert, bei der alle Elektroden (Drain-Source-Kanal und Gate) auf einem einzigen Substrat integriert sind, um die Herstellung von FETs zu erleichtern. Diese Konfiguration gewährleistet, dass der Abstand zwischen den Elektroden immer gleichbleibt, und ermöglicht eine einfache Modifizierung des Kanals mit dem Halbleitermaterial. Der Drain-Source-Kanal ist ein interdigitierendes kammförmiges System aus sechs fingerförmigen Strukturen an jeder Elektrode mit einer Länge von 270 µm und einem Abstand zwischen den Fingern von 30 µm. Die Gate-Elektrode ist eine quadratische Elektrode (9 mm²) und befindet sich 2 mm vom Drain-Source-Kanal entfernt.

Die spezielle Anschluss-Box BIDSCFET (Abbildung 1b) wurde für den AUFET30-Sensor entwickelt, um eine einfache Verbindung mit einem beliebigen Messinstrument zu ermöglichen. Hier ist der AUFET30-Sensor im Steckplatz auf der Vorderseite dieser Anschluss-Box abgebildet, während sich auf der Rückseite vier Bananenbuchsen befinden, die den Farben der Bananenstecker des mitgelieferten Kabels des µSTAT-i 400 entsprechen und damit einen intuitiven Anschluss ermöglichen.

Dem Bipotentiostat/Galvanostat μStat-i 400 liegt ein I-BICABSTAT-Anschlusskabel bei. Dieses Kabel hat 5 Bananenstecker, die wie in Abbildung 2 beschrieben, beschriftet sind. 
 
Für die Durchführung von Experimenten mit FETs werden je nach gewünschter experimenteller Anwendung verschiedene Anschlussanordnungen beschrieben.

Für die Charakterisierung werden mehrere LSV+AD-Experimente durchgeführt, wobei die Fixwerte der Spannung V_G-S variiert werden. Während des Experiments werden in der Grafikanzeige zwei Messkurven simultan dargestellt: eine blaue Kurve, die I_D-S vs V_D-Sdarstellt, und eine rote Kurve, die I_G vs V_D-S entspricht. Nach der Durchführung der verschiedenen LSV+AD-Experimente weist die Grafikanzeige ein Diagramm ähnlich dem in Abbildung 3 auf. 
 
Die blauen Linien zeigen den linearen Zusammenhang zwischen I_D-S und V_D-S bei den verschiedenen Potentialstufen V_G-S im Bereich von -0,40 V bis +0,40 V. Die lineare Abhängigkeit für das untersuchte Bauelement bestätigt, dass der ohmsche Kontakt zwischen den Goldelektroden des Drain-Source-Kanals und der darunter liegenden Halbleiterschicht erhalten bleibt.

Nach dem Start des Experiments werden in der Grafikanzeige zwei Kurven simultan dargestellt: eine rote Messkurve, die der Transferkurve I-V (I_D-S vs. V_G-S) entspricht, und eine blaue Messkurve, die dem Leckstrom entspricht (I_G-S vs. V_G-S). (Abbildung 4).

Für einige Anwendungen ist es erforderlich, Messungen im kontinuierlichen Modus durchzuführen. Dabei wird nach Auswahl der optimalen Parameter eine Fixspannung zwischen Gate und Source, sowie eine weitere Fixspannung zwischen Drain und Source angelegt. In diesem Fall ist die Anschlussweise dieselbe wie bei den Transferkurven. Allerdings wird in diesem Fall eine andere Technik verwendet. In der Software DropView 8400 wird nun die Amperometrische Detektion (AD) ausgewählt. In den Parameterfenstern der Software wird "2" als Anzahl der Kanäle ausgewählt (Abbildung 5a). Anschließend wird im Parameterfenster der Multichannel-Parameter-Tab ausgewählt (Abbildung 5b) und die Gate-Source-Spannung in Kanal 1 sowie die Drain-Source-Spannung in Kanal 2 eingestellt. Nach dem Start des Experiments werden in der Grafikanzeige zwei Messkurven dargestellt: eine rote Kurve, entsprechend I_D-S vs Zeit und eine blaue Kurve entsprechend I_G-S vs Zeit.