Detailansicht
Three-dimensional modeling of a nanowire field-effect biosensor (BioFET)
Stefan Andreas Baumgartner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Mathematik
Betreuer*in
Clemens Heitzinger
DOI
10.25365/thesis.5324
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30211.81362.706254-6
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Arbeit behandelt einen biologisch sensitiven Feldeffekttransistor, einen sogenannten BioFET.
Weil die Funktionalität solcher BioFETs noch nicht vollständig verstanden wurde herrscht ein großes Interesse an mathematischen und physikalischen Modellen, welche zu einem quantitativen Verständnis führen. In dieser Arbeit wurde ein mathematisches Modell erarbeitet um mehr Einsicht in das physikalische Verhalten zu bekommen.
Weiters werden wir die Modellgleichungen und die Diskretisierung beschreiben. Die Gleichung von der wir ausgehen, ist die Poisson Gleichung. Weiters benutzen wir die Drift-Diffusions Gleichungen als Halbleitergleichungen und ein Boltzmann Modell für die wässrige Lösung. Die Stetigkeitsbedingungen an der Schnittstelle werden mittels einer Homogenisierungsmethode durch Sprungbedingungen ersetzt. Die für die Diskretisierung benutzten Methoden sind die finite Volumen Methode und die Scharfetter-Gummel Methode für die Drift-Diffusionsgleichungen. Als Abschluss werden der numerische Algorithmus sowie die numerischen Resultate präsentiert.
Abstract
(Englisch)
This work deals with the modeling and simulation of a biologically sensitive field-effect transistor, a so called BioFET.
Since the functioning of BioFETs is not completely understood, there is a great interest in mathematical and physical models which lead to a quantitative understanding. In this work, a mathematical model for a nanowire field-effect biosensor is developed to gain insight into its physical behavior.
Furthermore we will describe the model equations as well as their discretization. The basic equation of our model is the Poisson equation for the electrostatic interaction of the charge carriers.
Furthermore we use the drift-diffusion equations for the dynamics in the semiconductor and a Boltzmann model for the liquid. The interface conditions are resolved with a homogenization method where the continuity conditions at the interface are replaced with jump conditions. The discretization methods used for this work are the finite-volume method and the Scharfetter-Gummel method for the drift-diffusion equations. Finally the numerical algorithm and simulation results are shown in detail.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
field-effect biosensor nanowire biosensor 3D simulation poisson equation drift-diffusion equations Boltzmann term Finite-volume method Scharfetter-Gummel method
Schlagwörter
(Deutsch)
Feld-Effekt Biosensor Nanodraht Biosensor 3D Simulation Poisson Gleichung Drift-Diffusions Gleichungen Boltzmann Term Finite-Volumen Methode Scharfetter-Gummel Methode
Autor*innen
Stefan Andreas Baumgartner
Haupttitel (Englisch)
Three-dimensional modeling of a nanowire field-effect biosensor (BioFET)
Paralleltitel (Deutsch)
Drei-Dimensionale Modellierung eines Nanodraht Feld-Effekt Biosensors (BioFET)
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
X, 12 - 78 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Clemens Heitzinger
AC Nummer
AC07661883
Utheses ID
4764
Studienkennzahl
UA | 405 | | |