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Oct 22, 2023

Il FET al grafene testa più malattie contemporaneamente sul chip

Mirando a una soluzione lab-on-chip completa, Archer Materials ha annunciato un nuovo biochip che utilizza FET di grafene (gFET). Dalla sua scoperta nel 2004, la struttura reticolare del grafene è stata dimostrata

Mirando a una soluzione lab-on-chip completa, Archer Materials ha annunciato un nuovo biochip che utilizza FET di grafene (gFET). Dalla sua scoperta nel 2004, la struttura reticolare del grafene ha dimostrato numerosi vantaggi unici, molti dei quali possono essere utilizzati nella fabbricazione di transistor per creare dispositivi ultrasensibili.

I gFET sono particolarmente apprezzati nelle applicazioni di biosensing poiché possono fornire informazioni sulla salute del paziente attraverso le interazioni a livello molecolare tra il grafene e le bioparticelle bersaglio. Archer ha recentemente presentato un sensore biochip in grafene a una fonderia commerciale in un ciclo MPW. L'azienda ha rivelato che questa soluzione può testare più malattie su un unico chip.

Poiché le tecnologie basate sul grafene come i gFET sono ancora relativamente nuove, questo articolo approfondisce i dettagli dietro la fabbricazione di gFET e fornisce ai lettori un contesto su come il grafene potrebbe essere utilizzato per rilevare più malattie utilizzando un singolo chip.

I gFET sono notevolmente simili ad altri transistor ad effetto di campo, come i MOSFET, ma differiscono nel materiale utilizzato come mezzo conduttivo. Mentre i MOSFET utilizzano materiali come il silicio per inviare corrente dal drain alla sorgente, i gFET utilizzano uno strato di grafene spesso solo decine di micrometri.

Il sottile strato di grafene conferisce numerosi vantaggi, come la conduttività termica ed elettrica, e migliora notevolmente anche la sensibilità del dispositivo ai fattori esterni. Pertanto, i laboratori utilizzano spesso gFET per caratterizzare i fluidi adiacenti perché la sensibilità intrinseca a livello molecolare del grafene può facilmente rilevare gli agenti patogeni.

Per accogliere campioni liquidi da testare, Archer ha sviluppato innanzitutto gFET “bagnabili” in grado di resistere al contatto con materiali liquidi. Archer ha poi ampliato questi gFET per testare singole malattie, con l'ultimo sviluppo che mira a testare più malattie su un singolo chip.

Sebbene il grafene offra numerosi vantaggi rispetto ai tradizionali componenti elettronici in silicio, presenta una buona dose di inconvenienti. Il principale di questi è un processo di fabbricazione complesso, con i gFET che richiedono strati di grafene estremamente sottili per funzionare correttamente.

I processi tipici del grafene utilizzano la deposizione chimica in fase vapore (CVD) per “far crescere” il grafene su un substrato, dopo di che può essere rimosso con cura. Un processo litografico deposita quindi i contatti metallici dei gFET per collegarli ai circuiti esterni. La litografia può anche essere utilizzata per modificare gli strati di grafene per creare le forme desiderate.

Implementando un processo simile, i dispositivi Archer gFET utilizzano il multiplexing a dispositivo singolo, in cui ciascun sensore gFET può essere letto individualmente per testare più malattie sullo stesso chip. Archer spera di offrire finalmente una funzionalità di ottimizzazione in tempo reale per i parametri gFET, rendendo potenzialmente i sensori gFET una soluzione riutilizzabile.

Archer prevede che sia il MPW che l'intero wafer saranno disponibili per la consegna entro la fine del 2023. A questo punto, l'azienda potrà convalidare e valutare i chip per fornire ad Archer una migliore comprensione di come si comporteranno in un ambiente pratico.

Sebbene i gFET trovino molto utilizzo nelle applicazioni di biorilevamento, i vantaggi dei transistor al grafene possono estendersi ai progetti RFIC o alla commutazione ad alta velocità. In definitiva, tuttavia, la portata dei gFET dipende dalla capacità dei fabbricanti di incorporare in modo affidabile dispositivi al grafene con il silicio.

Nonostante questa incertezza, i FET in grafene presentano chiari vantaggi, e si prevede che altri verranno alla luce dopo la consegna delle ultime corse dello shuttle di Archer.