Publication: Simulation study on electrical performance of passivated backgated graphene field effect transistor under electron radiation environment
| cris.virtual.department | KOE - Department of Manufacturing and Materials Engineering | |
| cris.virtual.orcid | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
| cris.virtualsource.department | ed1e04aa-be34-4503-8219-b0ea8645254a | |
| cris.virtualsource.orcid | ed1e04aa-be34-4503-8219-b0ea8645254a | |
| dc.contributor.author | Muhammad Hazim Ahmad Guzali | |
| dc.contributor.supervisor | Nur Idayu Ayob, Ph.D | |
| dc.contributor.supervisor | Zuraida Ahmad, Ph.D | |
| dc.contributor.supervisor | Aliza Aini Md. Ralib @ Md Raghib, Ph.D | |
| dc.date.accessioned | 2026-02-27T03:00:01Z | |
| dc.date.available | 2026-02-27T03:00:01Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description.abstract | The back-gated Graphene Field-Effect Transistor (GFET) is commonly used in sensing applications including radiation detection, where a graphene channel is directly exposed to radiation beam that may degrade GFET’s performance. Passivating the device may reduce radiation defects and improve its electrical performance. Most of reported works presenting on ion irradiation on the top-gated GFET simulation study can provide initial results guideline to the future experimental work. The electrical performance of the passivated backgated GFETs under high exposure electron beam largely unknown. The electron beam radiation is of particular interest due to cleaner method and less harmful to the material. In this study, the impact of electron beam radiation on the performance of passivated GFETs is investigated using the Silvaco TCAD. An optimized backgated GFET with a passivation layer exhibiting an ambipolar behaviour of the graphene is simulated under radiation doses of 50, 100 and 200 kGy, similar range doses from experimental work for easier comparison and validation. Three common passivation materials namely SiO2, Si3N4, and Al2O3 being incorporated into the radiation simulation of passivated GFETs and comparatively evaluated. These materials demonstrate notable performance as a passivation layer based due to their radiationhardened properties and their ability to adverse effects of radiation. The results demonstrate that the SiO2-passivated GFET exhibits the highest conductivity with minimal radiation defect. In contrast, Si3N4 and Al2O3-passivated GFETs show slightly lower performances due to higher radiation-induced hole trapping mechanism. Additionally, a hole trapping mechanism is proposed in this study which explain in detail the reasons of different performance of non-passivated and passivated GFET under high energy electron radiation. The passivation layer has been proven to effectively maintain the GFET electrical performance with minimal defects particularly with SiO2 due to lower dangling bond This study validates the simulation framework and demonstrates the capability of tool to perform the radiation simulation on the twodimensional material-based devices. | |
| dc.description.abstractarabic | على نطاق واسع في تطبيقات (GFET) يُستخدم ترانزستور تأثير المجال القائم على الغرافين ذو البوابة الخلفية الاستشعار، بما في ذلك الكشف عن الإشعاع، حيث تكون قناة الغرافين مكشوفة مباشرة لحزمة الإشعاع، الأمر (passivation) يمكن أن تسهم عملية تغليف الجهاز بطبقة عازلة .GFET الذي قد يؤدي إلى تدهور أداء ال في تقليل العيوب الإشعاعية وتحسين أدائه الكهربائي. وتوفر معظم الدراسات المنشورة التي تتناول محاكاة تأثير تشعيع ذات البوابة العلوية نتائج أولية تشكل دليلاً إرشادياً للأعمال التجريبية GFET الأيونات على ترانزستورات ذات البوابة الخلفية والمغلفة بطبقة عازلة تحت GFET المستقبلية. ومع ذلك، فإن الأداء الكهربائي لترانزستورات التعرض العالي لحزمة الإلكترونات لا يزال غير معروف إلى حد كبير. ويُعد إشعاع حزمة الإلكترونات محل اهتمام خاص نظراً لكونه أسلوباً أنظف وأقل ضرراً على المادة .في هذه الدراسة، يتم التحقيق في تأثير إشعاع حزمة تمت . Silvaco TCAD المغلفة بطبقة عازلة باستخدام أداة GFET الإلكترونات على أداء ترانزستورات محسن ذو بوابة خلفية مع طبقة تغليف عازلة، يُظهر السلوك ثنائي القطب GFET محاكاة ترانزستور لل غ ا رفين، تحت جرعات إشعاعية مقدارها 50 و 100 و 200 كيلوغراي (ambipolar behaviour) وهي جرعات تقع ضمن نطاق مماثل للأعمال التجريبية، وذلك لتسهيل المقارنة والتحقق. كما تم إدماج ،(kGy) GFET في محاكاة الإشعاع لترانزستورات ،Al₂O₃ وSi₃N₄ و SiO₂ ثلاثة مواد تغليف شائعة، وهي المغلفة، وتم تقييمها بشكل مقار ن.تُظهر هذه المواد أداءً ملحوظاً كطبقات تغليف عازلة نظراً لخصائصها المقاومة SiO₂ المغلف بطبقة GFET للإشعاع وقدرتها على الحد من الآثار السلبية للإشعاع. وتبنين النتائج أن ترانزستور المغلفة بطبقتي GFET يحقق أعلى موصلية مع أقل مستوى من العيوب الإشعاعية. في المقابل، تُظهر ت رانزستورات أداءً أقل نسبياً بسبب زيادة آلية احتجاز الثقوب الناتجة عن الإشعاع. بالإضافة إلى ذلك، Al₂O₃ وSi₃N₄ غير GFET تقترح هذه الدراسة آلية لاحتجاز الثقوب تشرح بالتفصيل أسباب اختلاف الأداء بين ترانزستورات المغلفة والمغلفة تحت إشعاع إلكتروني عالي الطاقة.وقد ثبت أن طبقة التغليف العازلة تسهم بفاعلية في الحفاظ على وذلك بسبب انخفاض ، SiO₂ مع حد أدنى من العيوب، ولا سيما في حالة GFET الأداء الكهربائي لترانزستور كثافة الروابط المتدلية. وتؤكد هذه الدراسة صحة إطار المحاكاة المستخدم، وتُظهر قدرة الأداة على إجراء محاكاة إشعاعية للأجهزة المعتمدة على المواد ثنائية الأبعاد. | |
| dc.description.callnumber | et TA 455 G65 M952S 2026 | |
| dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | |
| dc.description.degreelevel | Master | |
| dc.description.identifier | Thesis : Simulation study on electrical performance of passivated backgated graphene field effect transistor under electron radiation environment / by Muhammad Hazim bin Ahmad Guzali | |
| dc.description.notes | Thesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2026. | |
| dc.description.programme | Master of Science in Engineering | |
| dc.holds | OWNED BY IIUM | |
| dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33943 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2026 | |
| dc.rights | EMBARGO | |
| dc.subject | GRAPHENE;PASSIVATION LAYER;GFET | |
| dc.subject.lcsh | Graphene | |
| dc.subject.lcsh | Field-effect transistors -- Materials | |
| dc.title | Simulation study on electrical performance of passivated backgated graphene field effect transistor under electron radiation environment | |
| dc.type | Master Theses | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
