Fabbricazione di sensore di immagine flessibile basato su Francesca laterale fototransistori

Sistemi di imaging bio-ispirati possono fornire molti vantaggi rispetto alla convenzionale imaging systems^1,2,3,4,5. Retina o ommatidi emisferiche è un componente notevole del sistema visivo biologico^1,2,6. Un sensore di immagine curvo, che imita l’elemento critico degli occhi degli animali, può fornire una configurazione compatta e semplice dei sistemi ottici con aberrazioni di basso⁷. Diversi progressi delle tecniche di fabbricazione e materiali, ad esempio, l’uso di materiali intrinsecamente morbidi come organico/nanomateriali^{8,9,10,11, 12} e l’introduzione di strutture deformabili ai semiconduttori tra cui il silicio (Si) e germanio (Ge)^{1,2,3,13,14, 15,16,17}, realizzare i sensori di immagine curvo. Fra loro, approcci basati su Si forniscono vantaggi intrinseci quali un’abbondanza di materiale, tecnologia matura, stabilità e superiorità ottico/elettrico. Per questo motivo, anche se Si ha rigidità intrinseca e fragilità, Si-based elettronica flessibile è stati ampiamente studiati per varie applicazioni, come ad esempio optoelettronica flessibile^18,19,20 tra cui sensori di immagine curvo^1,2,3e dispositivi sanitari anche indossabili^21,22.

In un recente studio, abbiamo analizzato e migliorato le prestazioni elettriche di un sottile Si fotorivelatore matrice²³. In quello studio, la cella ottimale singola unità della matrice fotorivelatore curvo è un tipo di Fototransistor (PTR) che è costituito da un fotodiodo e diodo di blocco. Il guadagno di giunzione base amplifica una fotocorrente generata, e quindi esibisce un percorso per migliorare una prestazione elettrica con una struttura di film sottile. Oltre la singola cella, la struttura di film sottile è adatta sopprimere una corrente di buio, che è considerata come rumore nella cellula fotoelettrica. Per quanto riguarda la concentrazione di drogaggio, una concentrazione maggiore di 10¹⁵ cm^-3 è sufficiente per ottenere prestazioni eccezionali in cui le caratteristiche del diodo possono essere mantenute con un’intensità di luce sopra 10^-3 W/cm^{2 23} . Inoltre, la singola cella PTR ha un rumore basso colonna e otticamente/elettricamente stabile proprietà rispetto a quella del fotodiodo. Basato su tali regole di progettazione, abbiamo fabbricato una matrice fotorivelatore flessibile che consiste di sottili Si PTRs utilizzando un wafer di silicio-su-isolante (SOI). In generale, una regola importante progettazione di sensori di immagine flessibile è il concetto di piano meccanico neutro che definisce la posizione attraverso lo spessore della struttura dove ceppi sono pari a zero per un arbitrariamente piccolo r²⁴. Un altro punto cruciale è una serpentina geometria dell’elettrodo perché una forma ondulata fornisce elasticità completamente reversibile all’elettrodo. A causa di questi due concetti di design importante, la matrice di rivelatore fotoelettrico può essere flessibile ed estensibile. Esso facilita la deformazione 3D della matrice rivelatore fotoelettrico in una forma emisferica o una forma curva come la retina degli occhi animali².

In questo lavoro, abbiamo dettaglio i processi per la fabbricazione della matrice curva PTR utilizzando processi di fabbricazione a semiconduttore (ad es., il doping, acquaforte e deposizione) e stampa di trasferimento. Inoltre, ci caratterizzano un singolo record PTR in termini di una curva-V. Oltre al metodo di fabbricazione e analisi di singole cellule, la funzionalità elettrica della matrice PTR viene analizzata stati deformati.