主动双栅极石墨烯晶体管：用于低噪声、漂移稳定与可调化学传感
应用物理
2025-09-05 v1 介观与纳米尺度物理
系统与控制
系统与控制
摘要
石墨烯场效应晶体管（GFET）因其高载流子迁移率、大表面积及低固有噪声，被认为是超灵敏化学与生物传感的绝佳平台。然而，常规单栅极GFET传感器在液体环境中面临信号漂移、电荷捕获及信号放大不足等严重局限。本文引入一种集成高介电常数铝酸镱局部背栅极及电解液顶栅极，并配合实时反馈偏压的双栅极GFET结构。该设计实现了电容式信号放大，同时抑制栅极泄漏及低频噪声。通过系统评估七种不同工作模式，发现双模固定配置（Dual Mode Fixed）为最佳方案，在多样化的分析物（包括神经递质、挥发性有机化合物、环境污染物及蛋白质）上实现最高可达20倍信号增益、>15倍漂移降低幅度（相较于栅极扫描方法），及最高可达7倍信噪比提升。进一步展示了基于PCB集成的GFET传感器阵列的稳健型多模态检测，凸显了该平台在复杂环境下实现便携式高通量传感的可扩展性与实用性。这些进展建立了一种在室温及生理条件下实现分子靶标实时、无标签检测的通用稳定传感技术，具有广泛的健康监测、食品安全、农业及环境筛查等应用前景。
引用
@article{arxiv.2509.04137,
title = {Active Dual-Gated Graphene Transistors for Low-Noise, Drift-Stable, and Tunable Chemical Sensing},
author = {Vinay Kammarchedu and Heshmat Asgharian and Hossein Chenani and Aida Ebrahimi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.04137},
year = {2025}
}