CMOS kompatibilní piezoelektrický rezonátor s FET strukturou pro řízení vlastností grafenové monovrstvy

Abstract

Práce je zaměřena na výzkum nové struktury umožňující charakterizaci fyzikálních vlastností grafenu při přesně řízených podmínkách. Návrh spojuje MEMS piezoelektrický rezonátor spolu s Hall Bar/FET strukturou. Tento přístup umožňuje měnit vlastnosti grafenu odděleně nebo společně dvěma metodami. Mechanický způsob je založen na relativní deformaci způsobené rezonátorem, na kterém je umístěna grafenová monovrstva. Navrhovaná struktura umožňuje měřit vlastnosti grafenu vyvolané pouze změnou mechanického pnutí a frekvencí nucených kmitů bez vlivu vnějšího elektrického pole. Druhý přístup přidává možnost ovládat fyzikální vlastnosti grafenu pomocí elektrického pole FET struktury. Tato technika využívá grafenovou monovrstvu jako laditelný sensor pro molekulární detekci. Měření koncentrace v jednotkách ppb není konstrukčně ničím limitováno. Realizované frekvenčně laditelné piezoelektrické MEMS rezonátory s monovrstvou grafenu budou využitelné v mnoha oblastech pro detekci na molekulové úrovni. Výsledné struktury budou vyrobeny v souladu s požadavky na bio- a CMOS kompatibilitu.This work proposes a new structure allowing characterization of graphene monolayer properties under precisely specified conditions. It combines MEMS piezoelectric resonator with Hall Bar/FET structure. This approach allows changing graphene properties separately or together via two methods. The mechanical way is based on induced strain from the resonator which is graphene monolayer situated on. It brings the opportunity to measure graphene properties induced by the changes of mechanical strain and frequency of forced vibrations without the influence from external electric field. The second way uses FET structure to influence graphene monolayer using an electric field from bottom gate. There is no limit to measure concentration in units of ppb in terms of structure design. This approach of fabrication CMOS-compatible and biocompatible tunable frequency-modulated piezoelectric MEMS resonators with graphene monolayer can be very useful in many fields for molecule level detection.