Akış yoluyla Dielectrophoresis: Yüksek performanslı çözüm processable Nanowire cihazları imalatı için düşük maliyetli bir yöntem
Summary
Bu kağıt, yardımlı dielectrophoresis için gösterdi akışı nanowire cihazların kendinden montajlı. Bir silikon nanowire alan etkili transistör imalatı örnek olarak gösterilir.
Abstract
Akış yoluyla dielectrophoresis (DEP) bir verimli kendinden montajlı yöntemi için kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir konumlandırma, hizalama ve nanowires seçim olduğunu. DEP nanowire analizi, karakterizasyonu ve çözüm tabanlı imalatı yarıiletken aygıtlar için kullanılır. Yöntem alternatif elektrik alan metal elektrot arasındaki uygulayarak çalışır. Nanowire formülasyonu sonra yerçekimi kullanarak formülün bir akışı oluşturmak için bir eğimli yüzeyde olan elektrot üzerine düştü. Nanowires sonra elektrik alanı ve sıvı akış yönünü degrade boyunca hizalayın. Alanın frekans nanowires üstün iletkenlik ve alt tuzak yoğunluğu ile seçmek için ayarlanabilir.
Bu çalışmada, akış yoluyla DEP nanowire alan etkili transistörler oluşturmak için kullanılır. DEP akış yoluyla çeşitli avantajları vardır: elektriksel özellikleri; nanowire yelpazesi sağlar nanowire uzunluk kontrolünü; nanowires belirli alanlarda yerleşimini; nanowires yönünü kontrolünü; ve kontrol nanowire yoğunluğu içinde belgili tanımlık aygıt.
Teknik gaz sensörler ve mikrodalga anahtarları gibi diğer birçok uygulama için genişletilebilir. Teknik verimli, hızlı, tekrarlanabilir ve seyreltik çözüm roman Nanomalzemeler test etmek için ideal hale az miktarda kullanır. Gofret ölçek derleme nanowire cihazların da elde edilebilir bu tekniği kullanarak çok sayıda örnekleri test etmek için izin ve geniş alan elektronik uygulamaları.
Introduction
Nano tanecikleri önceden tanımlanmış substrat konumlarda kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir Meclisi yarıiletken veya yürütülmesi nano tanecikleri kullanan çözüm-işlem elektronik ve Fotonik aygıtların ana sorunlardan biri. Yüksek performanslı aygıtlar için tercihli boyutları ve dahil olmak üzere, örneğin belirli elektronik özellikleri, yüksek iletkenlik ve düşük yoğunluklu yüzey tuzak devletler ile nano tanecikleri belirleyebilmek son derece yararlı da sağlar. Nanomalzemeler büyüme, nanowire ve nanotüp malzemeleri de dahil olmak üzere önemli gelişmeler rağmen bazı varyasyonları nanopartikül özelliklerinin her zaman mevcuttur ve bir seçim adım1 nanoparçacık tabanlı aygıt performansını önemli ölçüde artırabilirsiniz ,2.
Bu çalışmada gösterilmiştir akış yoluyla DEP yöntemin amacı kontrol edilebilir yarıiletken nanowires derleme için yüksek performanslı nanowire alan etkili transistörler metalik kişiler üzerine göstererek yukarıdaki sorunları ele almaktır. DEP nanowire cihaz imalat nanowires, hizalama/nanowires yönünü ve nanowires DEP sinyal frekans seçimi ile istenen özellikleri1çeşitli konumlandırma dahil olmak üzere tek bir adımda birkaç sorunları çözer. DEP gaz sensörler3, transistörler1, değişen çok sayıda diğer cihazlar için kullanılan ve bakteri analiz7için konumlandırma için4,5, RF geçer.
DEP nanowires içinde kendinden montajlı elektrotlar8kaynaklanan üniform olmayan elektrik alanının uygulama yoluyla polarizable parçacıkların manipülasyon olduğunu. Yöntem aslında bakteri9,10 manipülasyon için geliştirildi ama yana nanowires ve Nanomalzemeler manipülasyon genişletti.
Geleneksel yukarıdan aşağıya teknikleri dayalı birden çok photomasking, iyon implantasyonu, tavlama ve Matlaştırma yüksek sıcaklık14, önemli ölçüde farklıdır yarı iletken cihaz imalat nano tanecikleri DEP çözüm işlenmesini sağlar adımları. Zaten sentezlenmiş nano tanecikleri DEP işleyen, düşük sıcaklık, aşağıdan yukarıya imalat tekniği11oldu. Bu yaklaşım büyük ölçekli nanowire cihazlar sıcaklığa duyarlı, esnek plastik yüzeylerde6,12,13de dahil olmak üzere hemen hemen herhangi bir yüzey monte edilebilir sağlar.
Bu eser, yüksek performanslı p-tipi silikon nanowire alan etkili transistörler akış yoluyla DEP kullanarak cihazlarında ve FET akım-gerilim nitelemesi yapılır. Bu çalışmada kullanılan silikon nanowires via süper akışkan sıvı katı (SFLS) yöntemi15,16yetiştirilmektedir. Nanowires kasten katkılı ve yaklaşık 10-50 µm uzunluğu ve 30-40 nm çapındadır. SFLS büyüme yöntemi çok cazip çünkü ölçeklenebilir nanowire malzemeler15miktarda sanayi sunabilir. Önerilen nanowire derleme metodoloji doğrudan etsin13, SnO23ve GaN18gibi diğer yarı iletken nanowire maddeler için geçerlidir. Teknik iletken nanowires19 hizalamak için ve nano tanecikleri elektrot aralıkları20arasında konumlandırmak için genişletilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Başarılı imalat ve cihazların performansını birkaç anahtar etkenlere bağlı. Bunlar nanowire yoğunluğu ve dağıtım dahil formülasyonu, solvent, DEP sıklığı ve nanowires mevcut sayısını kontrol aygıtı elektrotlar1seçim.
Bir tekrarlanabilir çalışan cihazlar ulaşmada kritik adım nanowire formülasyonu olmadan küme veya kümeleri hazırlıktır. Formülasyon daha önce DEP nanowire dispersiyon korumak için ve kümeleri sayısını azaltmak içi…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar için mali destek ve Prof. Brian A. Korgel ESPRC ve BAE sistemleri ve grubu bu çalışmada kullanılan silikon nanowires yetiştirilen SFLS temini için teşekkür etmek istiyorum.
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 |
Referências
- 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).
