ДАТЧИКИ НА ОСНОВІ ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРІВ
DOI:
https://doi.org/10.18524/0235-2435.2021.30.262855Ключові слова:
польовий транзистор, МОП-транзистор, датчик температури, датчик магнітного поля, фотодетектор, температурна стабільність, радіаційна стійкістьАнотація
Резюме
Експериментально досліджено можливість використання методу комбінації кількох сенсорних елементів із протилежною чутливістю до різних зовнішніх впливів для отримання нових конструкцій датчиків світла, температури та магнітного поля. В якості сенсорних елементів в роботі були використані промислові зразки польових транзисторів з p-n-переходом в якості затвору (FEJT) і МОН ПТ (MOSFET) в режимі насичення при двополюсному включенні, коли затвор є замкнутим з витоком. Показано, що у FEJT температурний коефіцієнт зміни струму негативний, а у MOSFET – позитивний. У той же час знак коефіцієнта радіаційного впливу MOSFET визначається початковою величиною струму стоку до опромінення. Експериментально підтверджено, що використання чотирьох транзисторів у мостової схемі вимірів підвищує чутливість датчика в десятки разів у порівнянні з одним транзистором за рахунок внутрішнього механізму збільшення чутливості для послідовно з'єднаних пар транзисторів.
Посилання
Dushaq G., Dushaq G., Rasras M. Thin Film GaAs Photodetector Integrated on Silicon using Ultra-Thin Ge Buffer Layer for Visible Photonics Applications. Asia Communications and Photonics Conference - International Conference on Information Photonics and Optical Communications (ACP-IPOC). 2020, FTu2E, 5-12. DOI: https://doi.org/10.1364/FIO.2020.FTu2E.5.
Avrahamy R., Zohar M., Auslender M., Hava S., et al. Upmost Efficiency Mid IR Thin HgCdTe Photodetectors. Asia Communications and Photonics Conference – Intern. Conference on Information Photonics and Optical Communications (ACP-IPOC). 2020, 21-29. DOI: https://doi.org/10.1364/CLEO_AT.2020.JTu2D.21
Liu J., Liu J., Liu F., Liu H., et al. Mixed-dimensional CsPbBr3-ZnO heterostructures for high-performance p-n diodes and photodetectors. Nano Today. 2021, 36, 101055-101069.
Son B., Zhou H., Lin Y., Hong Lee K., et al, Gourd-shaped hole array germanium (Ge)-on-insulator photodiodes with improved responsivity and specific detectivity at 1,550 nm, Optical Express. 2021, 29, 16520-16533.
Zhou H., Xu S., Lin Y., Huang Y. C., et al. High-efficiency GeSn/Ge multiple-quantum-well photodetectors with photon-trapping microstructures operating at 2 µm. Optical Express. 2020, 28(7), 10280-10293.
Zhao C., Ali M. U., Ning J., et al. Organic single crystal phototransistors: Recent approaches and achievements. Frontiers of Physics. 2021, 16, 43202-43219.
Prasad D., Nath V. An ultra-low power high-performance CMOS temperature sensor with an inaccuracy of 2 at 0.3 oC/ + 0.1 oC for aerospace applications. Microsystem Technologies. 2017, 25(5), 1553-1563.
Lai S., Viola F. A., Cosseddu P., Bonfiglio A. Floating Gate, Organic Field-Effect Transistor-Based Sensors towards Biomedical Applications Fabricated with Large-Area Processes over Flexible Substrates. Sensors. 2018, 18, 688–699.
Hedayatipour A., Shanta A. S., McFarlane N. A sub-μW CMOS temperature to frequency sensor for implantable devices. IEEE 60th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Boston. 2017, 253-256.
Li J., Ali M. U., Ning J., et al. Long-range Raman Distributed Fiber Temperature Sensor with Early Warning Model for Fire Detection and Prevention. IEEE Sensors Journal. 2019, 19(10), 3711-3717.
Moreira Mota L.T., Viola F. A., Cosseddu P., et al. Development of a Surface Temperature Sensor to Enhance Energy Efficiency Actions in Buildings. Sensors. 2018, 18(9), 3046-3062.
Quynh, L.K., Hien N.T., Binh N.H., Dung T.T., et. al. Simple planar Hall effect based sensors for low-magnetic field detection. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2019, 10(2), 1072-1074.
Jeng J., Lu C., Ku H., Huang B., et. al. Three-Axis Micofluxgate With a Fluxguide. IEEE Transactions on Magnetics. 2019, 55(7), 1-4.
Yamamoto T., Nozaki T., Imamura H., Tamaru S., et. al. Voltage-Driven Magnetization Switching Using Inverse-Bias Schemes. Phys. Rev. Applied. 2020, 13(1), 014045:26-39.
Manzin A., Nabaei V., Ferrero R. Quantification of Magnetic Nanobeads with Micrometer Hall Sensors. IEEE Sensors Journal. 2018, 18(24), 10058-10065.
Lukat N., Ron-Marco F., Spetzler B., Kirchhof C. Mapping of magnetic nanoparticles and cells using thin film magnetoelectric sensors based on the delta-E effect. Sensors and Actuators A: Physical. 2020, 309(1), 112023:1-6.
Zhang G., Wu D., et al. Multifunctional sensor based on organic field-effect transistor and ferroelectric poly (vinylidene fluoride trifluoroethylene). Organic Electronics. 2018, 56, 170-176.
Chen Z., Deng F., Fu Z., Wu X. Design of an Ultra-low Power Wireless Temperature Sensor Based on Backscattering Mechanism. Sensing and Imaging An International Journal. 2018, 19(1), 19-24.
Fernandez A.F., Nabaei V., Ferrero R., et al. Radiation-tolerant Raman distributed temperature monitoring system for large nuclear infrastructures. IEEE Transactions on Nuclear Science. 2005, 52(6), 2689-2694.
Courts S. High level gamma radiation effects on Cernox™ cryogenic temperature sensors. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Madison, Wisconsin, USA. 2017, 278, 1-8.
Xu Z.M., Liu P., Chang X.Y. Space Measurement System Design and Space Environment Adaptation Experiment of Commercial Sensor DS18B20. Applied Mechanics and Materials. 2014, 635/637, 760-767.
Hofman J., Sharp R. A total ionising dose, in-situ test campaign of DS18B20 temperature sensors. 12th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems, Sevilla. 2011, 871-876.
Álvarez M., Jiménez J. J., González-Guerrero M., Hernando C., et al. Total Ionizing Dose Radiation Test on the Temperature Sensor TMP36 from Analog Devices. IEEE Radiation Effects Data Workshop, Tucson, 2012, 1-7.
Hannah S., Davidson A., et al. Multifunctional sensor based on organic field-effect transistor and ferroelectric poly (vinylidene fluoride trifluoroethylene). Organic Electronics. 2018, 56, 170-176.
Lai S., Cosseddu P., et al., Combining inkjet printing and chemical vapor deposition for fabricating low voltage, organic field-effect transistors on flexible substrates. Sensors. 2017, 631, 124–131.
Pan S., Makinwa K. A. 0.25 mm2-Resistor-Based Temperature Sensor with an Inaccuracy of 0.12 °C (3 σ) From −55 °C to 125 °C. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2018, 53(12), 3347-3355.
Vikulin I. M., Vikulina L. F., Gorbachev V. E., Mykhailov N. S. Temperature stable radiation-resistant current reference generator based on field-effect transistors. Radioelectronics and Communications Systems. 2021, 64(6), 310-318.
Vikulin I., Gorbachev V., Gorbacheva A., Krasova V., Litvinenko V. Radiation resistant FET-based Temperature Sensor for End Devices of IoT. Proceedings of 3rd IEEE International Conference on Advanced Information and Communication Technologies (AICT-2019). Lviv, Ukraine, 2-6 July. 2019, 272-277. DOI:10.1109/AIACT.2019.8847905.
Vikulin I. M., Gorbachev V. E., Nazarenko A. A. Radiation Sensitive Detector Based on Field-Effect Transistors. Radioelectronics and Communications Systems, 2017, 60 (9), 401-404.
Викулин И.М.; Викулина Л.Ф.; Горбачев В.Э. Магниточувствительные приборы для сенсорных и исполнительных сетей «интернета вещей. М.: РУСАЙНС. 2019. 156.
Osadchuk O. V., Osadchuk V. S., Osadchuk I. O., Kolimoldayev M., et. al. Optical transducers with frequency output. Proc. SPIE 10445, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments. 2017, 10445, 3467-3482.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
авторське право переходить до видання.