ОПТИМІЗАЦІЯ СТРУКТУРИ ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРІВ НА ОСНОВІ ПЛІВКИ ВІДНОВЛЕНОГО ОКСИДУ ГРАФЕНУ ДЛЯ ФОТО- ТА ГАЗОЧУТЛИВИХ ЗАСТОСУВАНЬ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2026.1.355911Ключові слова:
графеновий польовий транзистор, відновлений оксид графену, поруватий кремній, фоточутливість, газоадсорбційний сенсорАнотація
Досліджено особливості використання польових транзисторів на основі плівки відновленого оксиду графену (RGO), нанесеної на поверхню анодно та термічно окисненого поруватого кремнію, як фотодетекторів і газоадсорбційних сенсорів. Виявлено підвищення ефективності створених польових транзисторів у результаті термічного окиснення поруватого шару або осадження додаткового шару SiO₂ на поверхню анодно окисненого поруватого кремнію. Встановлено, що фото- та адсорбційна чутливість польових транзисторів з RGO-каналом залежить як від якості ізоляційного шару, так і наявності захисного SiO₂ покриття на плівці RGO. Зокрема, найбільшою фоточутливістю характеризуються польові транзистори з ізоляційним шаром анодно окисненого поруватого кремнію. І навпаки, графеновий польовий транзистор з термічно окисненим поруватим кремнієм майже нечутливий до видимого світла, проте демонструє максимальний відгук на адсорбцію молекул води. Захисний шар SiO₂ майже не впливає на фоточутливість польових транзисторів на основі RGO, але суттєво зменшує вплив атмосфери на їхню провідність.
Посилання
Farani M. R., Kim H., Alhammadi M., Huhet Y. S. The detection of toxic gases (CO, FN₃, HI, N₂, CH₄, N₂O, and O₃) using a wearable Kapton-graphene biosensor for environmental and biomedical applications. Carbon Lett. 2025, Vol. 35. P. 839–848. https://doi.org/10.1007/s42823-024-00834-x
Ramoso J. P., Rasekh M., Balachandran W. Graphene-based biosensors: enabling the next generation of diagnostic technologies – a review. Biosensors. 2025. Vol. 15, iss. 9. Article 586. https://doi.org/10.3390/bios15090586
Zhang Z., Liu Q., Ma H., Ke N., Ding J., Zhang W., Fan X. Recent advances in graphene-based pressure sensors: a review. IEEE Sensors Journal. 2024. Vol. 24, iss. 16. P. 25227–25248. https://doi.org/10.48550/rXiv.2410.02256
Ishida S., Anno Y., Takeuchi M., Matsuoka M., Takei K., Arie T., Akita S. Highly photosensitive graphene field-effect transistor with optical memory function. Sci. Rep. 2015. Vol. 5. Article 15491. https://doi.org/10.1038/srep15491
Olenych I. B., Boyko Y. V., Dzendzelyuk O. S. Detektory ionizuvalnoho vyprominiuvannia na osnovi hrafenovykh polovykh tranzystoriv [Ionizing radiation detectors based on graphene field effect transistors]. Journal of Physical Studies. 2-24. Vol. 28, iss. 4. Article 4702. https://doi.org/10.30970/jps.28.4702 [in Ukrainian].
Teli A. M., Mane S. M., Beknalkar S. A., Mishra R. K., Jeon W., Shin J. C. Graphene-based gas sensors: state-of-the-art developments for gas sensing applications. Micromachines. 2025. Vol. 16, iss. 8. Article 916. https://doi.org/10.3390/mi16080916
Alzate-Carvajal N., Luican-Mayer A. Functionalized graphene surfaces for selective gas sensing. ACS Omega. 2020. Vol. 5. P. 21320−21329. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02861
Olenych I., Yaremyk R., Parandiy P. Mikroprotsesorna systema vymiriuvannia sensornykh kharakterystyk hazochutlyvykh polovykh tranzystoriv na osnovi poruvatoho kremniiu ta plivky vidnovlenoho oksydu hrafenu [Microprocessor system for measuring sensor characteristics of gas-sensitive field-effect transistors based on porous silicon and reduced graphene oxide film]. Computer-Integrated Technologies: Education, Science, Production. 2025. No. 61. P. 171–177. https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2025-61-24 [in Ukrainian].
Steeneken P. G., Soikkeli M., Arpiainen S. et al. Towards wafer-scale 2D material sensors. 2D Mater. Vol. 12. Article 023002. https://doi.org/10.1088/2053-1583/adac73
Pei S., Cheng H. M. The reduction of graphene oxide. Carbon. 2012. Vol. 50. P. 3210–3228. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.11.010
Abakumov A. A., Bychko I. B., Voitsihovska O. O., Rudenko R. M., Strizhak R. E. Tuning the surface area of reduced graphene oxide by modulating graphene oxide concentration during hydrazine reduction. Materials Letters. Vol. 354. Article 135417. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.135417
Olenych I. B., Monastyrskii L. S., Sokolovskii B. S., Turko B. I., Dzendzelyuk O. S. Polovi tranzystory na osnovi plivky vidnovlenoho oksydu hrafenu dlia foto- ta radiatsiinykh detektoriv [Field-effect transistors based on reduced graphene oxide film for photo and radiation detectors]. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2025. Vol. 22, iss. 2. P. 19–26. https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.2.333193 [in Ukrainian].
Sarkar L., Sett A., Majumdar S, Bhattacharyya T. K. Reduced graphene-oxide-based silk-FET: a facile platform for low power and room temperature detection of formaldehyde. IEEE Transactions on Electron Devices. 2023. Vol. 70, iss. 6. P. 3275–3281. https://doi.org/10.1109/TED.2023.3269727
Olenych I. B., Horbenko Yu. Yu. Electrical and photoelectric properties of hybrid structures based on reduced graphene oxide and Pd-doped porous silicon. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2024. Vol. 768. P. 135–144. https://doi.org/10.1080/15421406.2023.2235191
Olenych I. B. Field-effect transistor based on reduced graphene oxide – porous silicon hybrid structure for application in e-nose technology. Mol. Cryst. Liq. Cryst. Vol. 769. P. 1527–1537. https://doi.org/10.1080/15421406.2025.2540098
Hayasaka T., Lin A., Copa V. C., Lopez Jr. L. P., Loberternos R. A., Ballesteros L. I. M., Kubota Y., Liu Y., Salvador A. A., Lin L. An electronic nose using a single graphene FET and machine learning for water, methanol, and ethanol. Microsystems & Nanoengineering. 2020. Vol. 6. Article 50. https://doi.org/10.1038/s41378-020-0161-3
Agbonlahor O. G., Muruganathan M., Banerjee A., Mizuta H. Machine learning identification of atmospheric gases by mapping the graphene-molecule van Der Waals complex bonding evolution. Sens. Actuators B Chem. 2023. Vol. 380. Article 133383. https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133383
Xia F., Perebeinos V., Lin Y.-M., Wu Y., Avouris P. The origins and limits of metal graphene junction resistance. Nature Nanotechnology. 2011. Vol. 6, iss. 3. P. 179–184. https://doi.org/10.1038/nnano.2011.6
Zhan D., Yan J., Lai L., Ni Z.,Liu L., Shen Z. Engineering the electronic structure of graphene. Adv. Mater. 2-12. Vol. 24. P. 4055–4069. https://doi.org/10.1002/adma.201200011
Imamura G., Saiki K. Modification of graphene. SiO₂ interface by UV-irradiation: effect on electrical characteristics. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. Vol. 7. P. 2439–2443. https://doi.org/10.1021/am5071464
Olenych I., Tsizh B., Monastyrskii L., Aksimentyeva O., Sokolovskii B. Preparation and properties of nanocomposites of silicon oxide in porous silicon. Solid State Phenom. 2015. Vol. 230. P. 127–132. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.230.127
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 І. Б. Оленич, Л. С. Монастирський, А. Ю. Козак, В. Я. Бойко, О. О. Сінькевич
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
