横 NIPIN フォト トランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製
Summary
湾曲したイメージ センサーの変形横 NIPIN フォト トランジスタ アレイを作製する詳細な方法を提案します。薄いシリコン島と伸縮金属反るから構成されるメッシュ フォームを使ってフォト トランジスタ アレイは、柔軟性と延伸を提供します。パラメーター ・ アナライザーは、作製したトランジスタの電気的特性を特徴付けます。
Abstract
柔軟な受光素子研究されている激しくない生体イメージング システムの重要なコンポーネントは、湾曲したイメージ センサーを使用するため、薄い活性層による、低低吸収効率など、いくつか困難な点が残っています。柔軟性。電気的性能を向上させた柔軟なフォト トランジスタ アレイを作製する高度な方法を提案します。優れた電気的性能は、深い不純物ドーピングにより低暗電流によって駆動されます。伸縮自在で柔軟な金属反るは同時に著しく変形した状態での電気的・機械的安定性を提供しています。プロトコルは明示的に、薄いシリコン膜を用いたフォト トランジスタの作製プロセスをについて説明します。変形後の状態で完成したデバイス – 電圧特性を測定することによりこのアプローチがフォト トランジスタ アレイの機械的および電気的安定性を向上させることを示します。期待の次世代イメージング システム/光だけでなく、触覚/圧力/温度センサーなどヘルス モニターのウェアラブル デバイス用で広く柔軟なフォト トランジスタへのこのアプローチを使用できます。
Introduction
生体イメージング システムは、従来イメージング システム1,2,3,4、5と比較して多くの利点を提供できます。網膜や半球のシャコは、生体の視覚系1,2,6の実質的なコンポーネントです。動物の目の重要な要素を模倣する曲線のイメージ センサーは、低収差7と光学系のコンパクトでシンプルな構成を提供できます。加工技術、材料、ナノ材料/有機8,9,10、11,など本質的に柔らかい材料の使用などの多様な進歩12半導体シリコン (Si)、ゲルマニウム (Ge)1,2,3,13,14などへの変形構造の導入 15,16,17, 湾曲したイメージ センサーを実現します。その中でも、Si ベースのアプローチは、豊富な材料、成熟した技術、安定性、および光学的/電気的優位性などの固有の利点を提供します。このため、Si は本質的な剛性と脆性、Si ベースの柔軟な電子広く研究されている柔軟なオプトエレクトロニクス18,19,20等のさまざまな用途湾曲したイメージ センサー1,2,3ともウェアラブル医療機器21,22を含みます。
最近の研究では、分析し、薄膜 Si 受光素子配列23の電気的性能を向上します。その研究では、湾曲した光検出器アレイの最適な単位セルはフォト ダイオードとブロッキング ダイオードで構成されるフォト トランジスタ (PTR) タイプです。ベース接合の利得を生成された光電流増幅し、それゆえそれは薄膜の構造と電気的性能を向上させるためにルートを展示します。単一のセルに加えて薄膜構造は光検出器のノイズとして考慮される暗電流の抑制に適しています。ドーピング濃度について 1015 cm-3より大きい濃度はダイオード特性ことができます 10-3 23 W/cm2以上の光の強度を維持する優れた性能を達成するために十分です.また、PTR の単一のセル列の低ノイズを持っているし、光学的/電気的安定のフォト ダイオードと比較してプロパティ。これらの設計ルールに基づき、シリコン ・ オン ・ インシュレーター (SOI) ウエハーを用いた薄膜 Si シモノフから構成される柔軟な光検出器の配列を設計・試作しました。一般に、柔軟な画像センサーの重要な設計ルールは系統が小さな r24ゼロ構造の厚さを介して位置を定義する中立的な機械的平面概念です。波状形状電極を完全に可逆的張出し性を提供するため、別の重要なポイントは、電極の蛇紋岩ジオメトリです。これら 2 つの重要な設計概念による光検出器の配列は柔軟性と伸縮性をすることができます。半球状または動物目2網膜のような湾曲した形状に受光素子配列の 3 D 変形を促進します。
この作品では、半導体製造プロセス (例えば、ドーピング、エッチング、蒸着) を用いた曲線の PTR アレイの作製のためのプロセスの詳細を転写印刷。また、我々 は-V 曲線の面で 1 つの PTR を特徴付けます。作製法、個々 の細胞の解析に加えて変形後の状態でポインター配列の電気的機能を解析しました。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで説明した加工技術は、高度なエレクトロニクスとウェアラブル デバイスの進歩に大きく寄与します。この方法の基本的な概念は、Si 薄膜と金属反るストレッチの対応を使用します。Si に簡単に骨折することが難しく、かつ不安定材料ですが、非常に薄い Si 層は柔軟性26,27を取得できます。金属インター コネクタの場合で、波状の形状は張出…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、創造的な材料探索プログラムを通じて国立研究財団の韓国 (NRF) 科学省と ICT (NRF 2017M3D1A1039288) によって資金を供給によって支えられました。また、本研究は、情報と通信技術振興 (IITP) 助成 (MSIP) (No.2017000709、統合的なアプローチを使用して物理的に複製の暗号プリミティブの韓国政府によって資金を供給された研究所によって支えられました。ランダム レーザーおよび光電子工学)。
Materials
| MBJ3 | karl suss | MJB3 UV400 MASK ALIGNER | Mask aligner |
| 80 plus RIE | Oxford instruments | Plasmalab 80 Plus for RIE | ICP-RIE |
| 80 plus PECVD | Oxford instruments | Plasmalab 80 Plus forPECVD, | PECVD |
| SF-100ND | Rhabdos Co., Ltd. | SF-100ND | Spin coater |
| Polyimide | Sigma-Aldrich | 575771 | Poly(pyromellitic dianhydride-co-4,4′-oxydianiline), amic acid solution |
| SOI (silicon on insulator) wafer, 8inch | Soitec | SOI (silicon on insulator) wafer, 8inch | 8inch SOI Wafer (silicon Thickness: 1.25μm) |
| Acetone | Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. | 3051 | Acetone |
| Isopropyl Alcohol (IPA) | Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. | 4614 | Isopropyl Alcohol (IPA) |
| Buffered Oxide Etch 6:1 | Avantor | 1278 | Buffered Oxide Etch 6:1 |
| HSD150-03P | Misung Scientific Co., Ltd | HSD150-03P | Hot plate |
| AZ5214 | Microchemical | AZ5214 | Photoresist |
| MIF300 | Microchemical | MIF300 | Developer |
| SYLGARD184 | Dow Corning | SYLGARD184 | Polydimethylsiloxane elastomer |
| Hydrofluoric Acid | Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. | 2919 | Hydrofluoric Acid |
| CR-7 | KMG Chemicals, Inc | 210023 | Chrome mask etchant |
| MFCD07370792 | Sigma-Aldrich | 651842 | Gold etchant |
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