При содействии потока диэлектрофореза: Низкая стоимость метод для изготовления высокой производительности решения обрабатываемых нанопроволоки устройств
Summary
В этом документе, поток, помощь диэлектрофореза продемонстрировал для самостоятельной сборки из нанопроволоки устройств. Производство кремния нанопроволоки полевой транзистор приводится в качестве примера.
Abstract
При содействии потока диэлектрофореза (DEP) является эффективной самостоятельной сборки метода для управляемых и воспроизводимые позиционирования, выравнивание и выбор нанопроволоки. DEP используется для анализа нанопроволоки, характеристика и на основе решения изготовления полупроводниковых устройств. Метод работает путем применения переменного электрического поля между металлическими электродами. Формулирование нанопроволоки затем упал на электроды, которые находятся на наклонной поверхности для создания потока разработки с помощью гравитации. Нанопроволоки затем выровнять вдоль градиента электрического поля и в направлении потока жидкости. Частота поля может корректироваться выбрать нанопроволоки с превосходной проводимости и нижней плотности ловушку.
В этой работе при содействии потока DEP используется для создания нанопроволоки полевых транзисторов. При содействии потока DEP имеет ряд преимуществ: он позволяет выбирать нанопроволоки электрические свойства; контроль над нанопроволоки длины; размещение нанопроволоки в конкретных областях; контроль над ориентации нанопроволоки; и контроль над нанопроволоки плотности в устройстве.
Методика может быть расширена для многих других приложений, таких как газовые датчики и переключатели Микроволновая печь. Техника эффективных, быстрый, воспроизводимые, и она использует минимальное количество разбавленный раствор, что делает его идеальным для тестирования новых наноматериалов. Вафельные масштаба Ассамблеи нанопроволоки устройств также может быть достигнуто с помощью этого метода, позволяя большое количество образцов для тестирования и большой площади электронных приложений.
Introduction
Контролируемые и воспроизводимые Ассамблея наночастиц в местах предопределенных субстрата является одной из главных задач в решение обрабатываются электронные и фотонные устройств, использующих наночастиц полупроводниковой или проведения. Для высокопроизводительных устройств это также очень полезно иметь возможность выбрать наночастиц с размеров преференций и частности электронных свойств, включая, например, высокой теплопроводностью и низкой плотности поверхности ловушки государств. Несмотря на значительный прогресс в росте наноматериалов, включая нанопроволоки и нанотрубок материалы всегда присутствуют некоторые вариации свойств наночастиц, и этап выбора может значительно улучшить производительность устройств на основе наночастиц1 ,2.
Цель метода при содействии потока DEP продемонстрировали в этой работе является для решения упомянутых выше проблем, показывая контролируемый полупроводниковые нанопроволоки Ассамблеи на металлические контакты для высокой производительности нанопроволоки транзисторы field-effect. DEP решает несколько проблем нанопроволоки устройства изготовления за один шаг, включая позиционирование нанопроволоки, выравнивание/ориентация нанопроволоки и выбор нанопроволоки с желаемые свойства через DEP сигнал частотой отбора1. DEP был использован для многих других устройств, начиная от газовых датчиков3, транзисторов1, и Радиочастотные ключи4,5, для позиционирования бактерий для анализа7.
DEP это манипуляции рассмотрено частиц через применение неоднородной электрического поля, что приводит к нанопроволоки самостоятельной сборки через электроды8. Этот метод был первоначально разработан для манипулирования бактерий9,10 но расширилась в манипуляции нанопроволоки и наноматериалов.
DEP решения обработки наночастиц позволяет полупроводниковые устройства изготовления, что значительно отличается от традиционных методов сверху вниз, основанный на нескольких photomasking, ионной имплантации, высокая температура14, отжига и травления шаги. Так как DEP манипулирует наночастицы, которые уже были синтезированы, это техника низких температур, снизу вверх изготовление11. Этот подход позволяет крупномасштабных нанопроволоки устройства монтируются на практически любой поверхности, включая чувствительных к температуре, гибкие пластиковые субстраты6,12,13.
В этой работе транзисторы field-effect высокой производительности p типа кремния нанопроволоки изготовлены с использованием потока помощь DEP, и проводится FET вольт амперных характеристик. Кремния нанопроволоки, используемые в этой работе выращиваются через15,метод Super жидкости жидкие твердых (SFLS)16. Нанопроволоки намеренно легированных и примерно 10-50 мкм в длину и 30-40 Нм в диаметре. Метод SFLS роста является очень привлекательным, поскольку он может предложить отрасли масштабируемый количество нанопроволоки материалы15. Методология Ассамблея предлагаемого нанопроволоки непосредственно применимо к другим полупроводниковых материалов нанопроволоки InAs13, SnO23и Ган18. Метод также может быть расширен, для выравнивания проводящих нанопроволоки19 и позиционировать наночастиц через электрод пробелы20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Успешное производство и производительность устройств зависит от ряда ключевых факторов. К ним относятся нанопроволоки плотности и распределения в разработке, выбор растворителя, частота DEP и управления количество нанопроволоки настоящее на электроды устройства1.
<p class=…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить ESPRC и BAE системы финансовой поддержки и профессор Брайан а. Korgel и его группа на поставку SFLS выращивается кремния нанопроволоки, используемые в этой работе.
Materials
| Silicon/silicon dioxide wafer, CZ method growth, 100mm diameter, 300 nm oxide thermal growth, n-doped phosphorus | Si-Mat (Silicon materials) | – | http://si-mat.com/ |
| Acetone (200ml) | Sigma Aldrich | W332615 | – |
| Isopropanol (200ml) | Sigma Aldrich | W292907 | – |
| Deionised water (150ml) | On site supply | – | – |
| Photoresist (A) SF6 PMGI under etch photoresit (approx 1 ml per sample) | Microchem | – | http://microchem.com/pdf/PMGI-Resists-data-sheetV-rhcedit-102206.pdf |
| Photoresist (B) S1805 photoresit) (approx 1 ml per sample) | Microchem | – | http://www.microchem.com/PDFs_Dow/S1800.pdf |
| Photoresist developer (A) Microposit MF319 (100ml) | Microchem | – | http://microchem.com/products/images/uploads/MF_319_Data_Sheet.pdf |
| Photoresist remover (A) Microposit remover 1165 (300ml (2 baths 150 each)) | Microchem | – | http://micromaterialstech.com/wp-content/dow_electronic_materials/datasheets/1165_Remover.pdf |
References
- Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock. ACS Nano. , (2016).
- Constantinou, M., Hoettges, K. F., et al. Rapid determination of nanowires electrical properties using a dielectrophoresis-well based system. App. Phy. Lett. 110 (13), 1-6 (2017).
- Huang, H., Lee, Y. C., Tan, O. K., Zhou, W., Peng, N., Zhang, Q. High sensitivity SnO2 single-nanorod sensors for the detection of H2 gas at low temperature. Nanotech. 20 (11), 115501 (2009).
- Rutherglen, C., Jain, D., Burke, P. Nanotube electronics for radiofrequency applications. Nat. nanotech. 4 (12), 811-819 (2009).
- Kang, M. G., Hwang, D. H., Kim, B. S., Whang, D., Hwang, S. W. RF characterization of germanium nanowire field effect transistors. AIP Conf. Proc. 1399 (2011), 319-320 (2011).
- Collet, M., Salomon, S., et al. Large-scale assembly of single nanowires through capillary-assisted dielectrophoresis. Adv. Mat. 27 (7), 1268-1273 (2015).
- Pethig, R. Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications. Biomicrofluidics. 4 (2), (2010).
- Jones, T. B. . Electromechanics of particles. (2), (1995).
- El-Ali, J., Sorger, P. K., Jensen, K. F. Cells on chips. Nat. 442 (7101), 403-411 (2006).
- Doh, I., Cho, Y. H. A continuous cell separation chip using hydrodynamic dielectrophoresis (DEP) process. Sensrs. and Actrs, A: Phys. 121 (1), 59-65 (2005).
- Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis. Nat. nanotech. 5 (7), 525-530 (2010).
- Monica, A. H., Papadakis, S. J., Osiander, R., Paranjape, M. Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis. Nanotech. 19, 85303 (2008).
- Raychaudhuri, S., Dayeh, S. A., Wang, D., Yu, E. T. Precise semiconductor nanowire placement through dielectrophoresis. Nano Lett. 9 (6), 2260-2266 (2009).
- Schmidt, V., Riel, H., Senz, S., Karg, S., Riess, W., Gösele, U. Realization of a silicon nanowire vertical surround-gate field-effect transistor. Small. 2 (1), 85-88 (2006).
- Hanrath, T., Korgel, B. A. Supercritical fluid-liquid-solid (SFLS) synthesis of Si and Ge nanowires seeded by colloidal metal nanocrystals. Adv. Mat. 15 (5), 437-440 (2003).
- Heitsch, A. T., Akhavan, V. A., Korgel, B. A. Rapid SFLS synthesis of Si nanowires using trisilane with in situ alkyl-amine passivation. Chem. of Mat. 23 (11), 2697-2699 (2011).
- Constantinou, M., Stolojan, V., et al. Interface Passivation and Trap Reduction via a Solution-Based Method for Near-Zero Hysteresis Nanowire Field-Effect Transistors. ACS App. Mat. and Intf. 7 (40), 22115-22120 (2015).
- Kim, T. H., Lee, S. Y., et al. Dielectrophoretic alignment of gallium nitride nanowires (GaN NWs) for use in device applications. Nanotech. 17 (14), 3394-3399 (2006).
- Boote, J., Evans, S. Dielectrophoretic manipulation and electrical characterization of gold nanowires. Nanotech. 16 (9), 1500-1505 (2005).
- Gierhart, B. C., Howitt, D. G., Chen, S. J., Smith, R. L., Collins, S. D. Frequency Dependence of Gold Nanoparticle Superassembly by Dielectrophoresis. Langmuir. 23 (19), 12450-12456 (2007).
- Klaine, S. J., Alvarez, P. J. J., et al. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects. Environ. tox. and chem. / SETAC. 27 (9), 1825-1851 (2008).
- van Tilburg, J. W. W., Algra, R. E., Immink, W. G. G., Verheijen, M., Bakkers, E. P. A. M., Kouwenhoven, L. P. Surface passivated InAs/InP core/shell nanowires. Semicond. Sci. and Tech. 25 (2), 24011 (2010).
- Krupke, R. Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes. Sci. 301 (5631), 344-347 (2003).
