Study and development of flexible electronic nanodevices for biosensing applications

Abstract

This Thesis aims to develop a comprehensive set of numerical tools specifically designed to analyse 2D materials (2DMs) based Field-Effect Transistorbased Biosensor (BioFET)s. These tools are intended to provide a deeper understanding of their operation principles and to shed light in the fundamental physical and electrical magnitudes involved in their optimization. To that end, a self-consistent numerical platform has been implemented able to solve the set of coupled equations that describes the structure, comprising the FET device and the electrolyte solution containing the biological sample. In summary, the work collected in this Thesis encompasses a flexible and powerful numerical simulator able to describe with great detail the particular features of BioFET devices. The platform is validated against experimental FET and BioFET devices, reproducing them excellently, and it is latter exploited in several studies that yield relevant for the modelling of 2DM-based FET and BioFET devices and their optimization.

El objetivo de esta Tesis es desarrollar una herramienta de simulación orientada al análisis de biosensores basados en estructuras de efecto campo (BioFET) utilizando materiales 2D (2DMs). Dicho simulador busca proporcionar un mejor entendimiento del funcionamiento de estos sensores y de las magnitudes clave para su optimización. Con tal fin, se ha implementado un código basado en un esquema iterativo capaz de resolver el conjunto de ecuaciones que definen el comportamiento de la estructura, que comprende el dispositivo FET, la interfaz sensora y el electrolito. En conclusión, esta Tesis ha dado como resultado un simulador numérico que ha mostrado gran potencial para la descripción de las particularidades de los dispositivos BioFET. Dicho simulador ha sido validado con éxito utilizando datos experimentales disponibles en la bibliografía y posteriormente ha sido utilizado para llevar a cabo varios estudios que han permitido conocer mejor los dispositivos FET y BioFET basados en 2DMs.