تلفيق من أجهزة الاستشعار صورة مرنة تستند إلى فوتوترانسيستورس نيبن الأفقي
Summary
نحن نقدم طريقة مفصلة لاختلاق صفيف phototransistor نيبن تشوه الوحشي لأجهزة الاستشعار صورة المنحنية. الصفيف phototransistor مع نموذج شبكة مفتوحة، التي تتألف من جزر رقيقة السيليكون والمط إينتيركونيكتورس معدنية، يوفر المرونة والشلل. محلل معلمة يميز الخاصية الكهربائية ل phototransistor ملفقة.
Abstract
نظريتهم مرنة وقد درست مكثف لاستخدام أجهزة الاستشعار صورة المنحنية، التي تشكل عنصرا حاسما في نظم التصوير مستوحاة من السيرة الذاتية، ولكن لا تزال هناك العديد من النقاط الصعبة، مثل كفاءة امتصاص منخفضة سبب طبقة رقيقة نشط والمنخفض المرونة. نحن نقدم طريقة متقدمة لاختلاق مجموعة phototransistor مرنة مع تحسن أداء كهربائية. أداء الكهربائية المعلقة تحركها الحالي الظلام منخفضة نظراً لتعاطي المنشطات شوائب العميق. وتقدم إينتيركونيكتورس معدنية المط والمرونة في نفس الوقت زيادة الكهربائية والميكانيكية في حالة مشوهة جداً. ويصف البروتوكول صراحة عملية تصنيع phototransistor استخدام غشاء رقيقة سيليكون. عن طريق قياس الخصائص-V للجهاز المكتملة في الدول مشوه، علينا أن نظهر أن يحسن هذا النهج زيادة الميكانيكية والكهربائية من الصفيف phototransistor. ونحن نتوقع أن هذا النهج phototransistor مرنة يمكن استخدامها على نطاق واسع لتطبيقات الجيل القادم تصوير النظم/الإلكترونيات الضوئية ليس فقط، بل أيضا يمكن ارتداؤها من الأجهزة مثل أجهزة الاستشعار عن طريق اللمس/الضغط/درجة الحرارة وأجهزة الصحة.
Introduction
نظم التصوير مستوحاة من الحيوية يمكن أن توفر العديد من المزايا مقارنة بالتقليدية التصوير نظم1،2،3،،من45. الشبكية أو ommatidia الكرة عنصر جوهرية من النظام البيولوجي البصرية1،،من26. جهاز استشعار صورة منحنية، الذي يحاكي العنصر الحاسم لعيون الحيوان، يمكن أن توفر تكويناً صغير وبسيط للنظم البصرية مع الانحرافات منخفضة7. التقدم متنوعة من تقنيات الصنع والمواد، على سبيل المثال، استخدام مواد لينة ارتباطاً وثيقا مثل، ،المواد العضوية/متناهية الصغر89،10،11 12 والمقدمة لتشوه هياكل أشباه الموصلات بما فيها السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge)1،2،3،،من1314، 15،16،17، ندرك أن أجهزة الاستشعار صورة المنحنية. من بينها، توفير النهج المستندة إلى سي المزايا الكامنة مثل وفرة المواد والتكنولوجيا الناضجة، والاستقرار، والتفوق البصرية/الكهربائية. ولهذا السبب، وبالرغم من أن الرابطة الجوهرية صلابة وهشاشة، المستندة إلى سي للإلكترونيات مرنة على نطاق واسع درست لمختلف التطبيقات، مثل الإلكترونيات الضوئية مرنة18،،من1920 بما في ذلك صورة المنحنية أجهزة الاستشعار1،2،3، وأجهزة الرعاية الصحية يمكن ارتداؤها حتى21،22.
في دراسة أجريت مؤخرا، حلل، وتحسن أداء Si photodetector صفيف رقيقة23الكهربائية. في هذه الدراسة، هو الخلية أمثل وحدة واحدة في الصفيف photodetector المنحنية نوع phototransistor (PTR) الذي يتكون من الضوئي وحجب صمام ثنائي. يستفيض كسب مفرق قاعدة فوتوكورينت الذي تم إنشاؤه، وبالتالي فإنه يسلك طريقا لتحسين أداء كهربائية مع بنية رقيقة. بالإضافة إلى خلية مفردة، هيكل رقيقة مناسبة لقمع الحالية مظلمة، التي تعتبر الضوضاء في فوتوديتيكتور. فيما يتعلق بتركيز المنشطات، بتركيز أكبر من 1015 سم-3 غير كافية لتحقيق أداء استثنائي التي يمكن الحفاظ خصائص أشباه الموصلات بكثافة ضوء على مدى 10-3 واط/سم2 23 . علاوة على ذلك، خلية مفردة PTR ضوضاء عمود منخفضة ومستقرة بصريا/كهربائياً خصائص مقارنة الضوئي. استناداً إلى هذه القواعد التصميم، ونحن ملفقة مجموعة photodetector مرنة تتكون من قدمت Si رقيقة باستخدام رقاقة سيليكون على عازل (SOI). وبصفة عامة، هي قاعدة تصميم هامة من أجهزة الاستشعار صورة مرنة مفهوم الطائرة الميكانيكية المحايد الذي يحدد الموقف من خلال السمك الهيكل حيث سلالات من الصفر تعسفاً صغيرة r24. نقطة حاسمة أخرى هندسة السربنتين القطب لأنه يوفر شكل متموج الشلل الكامل عكسها على مسرى. بسبب هذين المفهومين أهمية التصميم، يمكن أن يكون الصفيف photodetector مرنة والمط. فهو يسهل تشوه الصفيف photodetector ثلاثية الأبعاد إلى شكل نصف كروية أو شكل منحنى مثل شبكية عيون الحيوان2.
في هذا العمل، نحن بالتفصيل عمليات تلفيق منحنى PTR صفيف باستخدام عمليات تصنيع أشباه الموصلات (مثلتعاطي المنشطات، والنقش، وترسب) ونقل الطباعة. أيضا، ونحن تميز PTR واحدة من حيث أن منحنى-V. بالإضافة إلى أسلوب التصنيع وتحليل خلايا فردية، ويتم تحليل الميزة الكهربائية من الصفيف PTR في الدول مشوه.
Protocol
Representative Results
Discussion
تكنولوجيا تصنيع الموصوفة هنا يسهم تقدم الإلكترونيات المتقدمة وأجهزة يمكن ارتداؤها بقدر كبير. المفاهيم الأساسية لهذا النهج استخدام غشاء رقيق Si والمعادن إينتيركونيكتورس قادرة على التمدد. على الرغم من أن سي هي مادة هشة والثابت الذي يمكن بسهولة أن يكون مكسور، يمكن الحصول على طبقة رقيقة جداً…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث “البرنامج اكتشاف المواد الإبداعية” عن طريق الوطنية بحوث مؤسسة من كوريا (جبهة الخلاص الوطني) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (جبهة الخلاص الوطني-2017M3D1A1039288). أيضا، وهذا البحث أيده معهد المعلومات وتعزيز تكنولوجيا الاتصالات (إييتب) منحة تمولها حكومة كوريا (مسيب) (No.2017000709، نهج متكاملة للأوليات التشفير أونكلونابل جسديا باستخدام ليزر عشوائي والإلكترونيات الضوئية).
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 |
References
- Ko, H. C., et al. A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics. Nature. 454, 748-753 (2008).
- Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).
- Jung, I., et al. Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (5), 1788-1793 (2011).
- Floreano, D., et al. Miniature curved artificial compound eyes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (23), 9267-9272 (2013).
- Liu, H., Huang, Y., Jiang, H. Artificial eye for scotopic vision with bioinspired all-optical photosensitivity enhancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (23), 3982-3985 (2016).
- Pang, K., Fang, F., Song, L., Zhang, Y., Zhang, H. Bionic compound eye for 3D motion detection using an optical freeform surface. Journal of the Optical Society of America B. 34 (5), B28-B35 (2017).
- Lee, G. J., Nam, W. I., Song, Y. M. Robustness of an artificially tailored fisheye imaging system with a curvilinear image surface. Optics & Laser Technology. 96, 50-57 (2017).
- Xu, X., Mihnev, M., Taylor, A., Forrest, S. R. Organic photodetector arrays with indium tin oxide electrodes patterned using directly transferred metal masks. Applied Physics Letters. 94 (4), 1-3 (2009).
- Deng, W., et al. Aligned single -crystalline perovskite microwire arrays for high -performance flexible image sensors with long -term stability. Advanced Materials. 18 (11), 2201-2208 (2016).
- Liu, X., Lee, E. K., Kim, D. Y., Yu, H., Oh, J. H. Flexible organic phototransistor array with enhanced responsivity via metal-ligand charge transfer. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (11), 7291-7299 (2016).
- Li, X., et al. Constructing fast carrier tracks into flexible perovskite photodetectors to greatly improve responsivity. ACS Nano. 11 (2), 2015-2023 (2017).
- Li, L., Gu, L., Lou, Z., Fan, Z., Shen, G. ZnO quantum dot decorated Zn2SnO4 nanowire heterojunction photodetectors with drastic performance enhancement and flexible ultraviolet image sensors. ACS Nano. 11 (4), 4067-4076 (2017).
- Dumas, D., et al. Infrared camera based on a curved retina. Optics Letters. 37 (4), 653-655 (2012).
- Dumas, D., Fendler, M., Baier, N., Primot, J., le Coarer, E. Curved focal plane detector array for wide field cameras. Applied Optics. 51 (22), 5419-5424 (2012).
- Gregory, J. A., et al. Development and application of spherically curved charge-coupled device imagers. Applied Optics. 54 (10), 3072-3082 (2015).
- Guenter, B., et al. Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance. Optics Express. 25 (12), 13010-13023 (2017).
- Wu, T., et al. Design and fabrication of silicon-tessellated structures for monocentric imagers. Microsystems & Nanoengineering. 2, 16019 (2016).
- Yoon, J., et al. Flexible concentrator photovoltaics based on microscale silicon solar cells embedded in luminescent waveguides. Nature Communications. 2, 343 (2011).
- Lee, S. M., et al. Printable nanostructured silicon solar cells for high-performance, large-area flexible photovoltaics. ACS Nano. 8 (10), 10507-10516 (2014).
- Kang, D., et al. Flexible opto-fluidic fluorescence sensors based on heterogeneously integrated micro-VCSELs and silicon photodiodes. ACS Photonics. 3 (6), 912-918 (2016).
- Van den Brand, J., et al. Flexible and stretchable electronics for wearable health devices. Solid-State Electronics. , 116-120 (2015).
- Yu, K. J., et al. Bioresorbable silicon electronics for transient spatiotemporal mapping of electrical activity from the cerebral cortex. Nature Materials. 15, 782-791 (2015).
- Kim, M. S., Lee, G. J., Kim, H. M., Song, Y. M. Parametric optimization of lateral NIPIN phototransistors for flexible image sensors. Sensors. 17 (8), 1774 (2017).
- Kim, D. H., et al. Stretchable and foldable silicon integrated circuits. Science. 320, 507-511 (2008).
- Shin, K. S., et al. Characterization of an integrated fluorescence-detection hybrid device with photodiode and organic light-emitting diode. IEEE Electron Device Letters. 27 (9), 746-748 (2006).
- Lu, N. Mechanics, materials, and functionalities of biointegrated electronics. The Bridge. 43 (4), 31-38 (2013).
- Burghartz, J. N., et al. Ultra-thin chip technology and applications, a new paradigm in silicon technology. Solid-State Electronics. 54 (9), 818-829 (2010).
- Shin, G., et al. Micromechanics and advanced designs for curved photodetector arrays in hemispherical electronic-eye cameras. Small. 6 (7), 851-856 (2010).
- Jung, I., et al. Paraboloid electronic eye cameras using deformable arrays of photodetectors in hexagonal mesh layouts. Applied Physics Letters. 96 (2), 21110 (2010).
