Biossensores têm um papel fundamental na melhoria da qualidade e extensão de vida de uma sociedade, sendo de grande importância para acompanhar em tempo real o desenvolvimento de doenças e até prevenir ameaças biológicas de alto risco. Esta tese de doutorado propõe, de forma inédita, a fabricação, caracterização elétrica e aplicação como biossensor de um novo dispositivo, o transistor back-enhanced Silicon-On-Insulator de tunelamento induzido por efeito de campo (BESOI Túnel-FET). Inicialmente, são realizadas simulações que verificam a viabilidade da estrutura proposta, mostrando sua capacidade de operar como Túnel-FET de canal tipo p ou como MOSFET de canal tipo n, a depender apenas das polarizações aplicadas. Segue-se para a fabricação propriamente dita dos dispositivos, com máscaras especialmente projetadas, resultando em transistores de 290 m de comprimento e 210 m de largura, com óxido de porta de aproximadamente 10 nm de espessura. Em seguida, faz-se a caracterização elétrica destes transistores, observando-se correntes de centenas de microampères, tensão de limiar variando linearmente de 2 V a -2 V em função da polarização de substrato, e inclinação de sublimiar de aproximadamente 100 mV/dec para a operação como nMOS. Para operação como pTFET, obtém-se correntes da ordem centenas de nanoampères, devendo-se destacar a ausência do efeito ambipolar parasitário, comum em transistores de efeito de tunelamento. Além disso, apresentam-se também testes de sua aplicação como elemento biossensor, sendo observada uma relação linear entre concentração de glicose e corrente de dreno. Por fim, resultados de estudos de ruído em bioFETs, isto é, finFETs modificados sem metal de porta e com a superfície exposta de óxido funcionalizada para operação como biossensores, fabricados no imec, Bélgica, são apresentados, tendo como principal resultado uma relação sinal-ruído máxima da ordem de cinco vezes quando a porta é polarizada em torno da tensão de limiar, possibilitando sua aplicação como biossensor capaz de detectar moléculas específicas de DNA.

Biosensors play a fundamental role on the improvement of life expectancy and its quality in a society, being extremely important to monitor in real time the development of diseases and even to prevent high-risk biological threats. This doctoral thesis proposes for the first time the fabrication, electrical characterization, and application as a biosensor of a new device, a back-enhanced Silicon-On-Insulator tunneling fieldeffect transistor (BESOI Tunnel-FET). First, simulations are performed, which verify the viability of the proposed structure, showing that it can operate as a p-type channel Tunnel-FET or an n-type channel MOSFET, depending only on the voltages applied. From the characteristics and behaviors observed during simulations, the work proceeds to the fabrication of the devices, using a set of masks specifically designed for this project, resulting in 290 m long and 210 m wide transistors, with an oxide thickness of 10 nm. Next, their electrical characterization is performed, resulting in currents of hundreds of microamperes, with threshold voltage varying from 2 V to -2 V, depending on the substrate bias, and subthreshold swing of approximately 100 mV/dec for the nMOS operation. While functioning as a pTFET, currents of hundreds of nanoamperes are observed, with the highlight that theres no parasitic ambipolar effect, usually present in tunnel effect transistors. Besides that, tests of its application as a biosensor are performed, showing a linear relation between glucose concentration and drain current. Finally, results of the studies regarding the noise in bioFETs, that is, modified finFETs without gate metal with their exposed oxide surfaces functionalized for operation as biosensors, fabricated at imec, Belgium, are presented, having as main result a maximal signal to noise ratio of approximately five times when the devices gates are biased around the threshold voltage, enabling their application as biosensors capable of detecting specific DNA molecules.