Herstellung von flexiblen Bildsensor basierend auf seitliche NIPIN Fototransistoren

Bioinspirierte bildgebende Systeme bieten viele Vorteile gegenüber der konventionellen bildgebenden Systeme^1,2,3,4,5. Netzhaut oder halbkugelförmigen Facettenaugen ist ein wesentlicher Bestandteil des biologischen Sehsystem^1,2,6. Ein gebogene Bildsensor, der das kritische Element der Tieraugen imitiert, bieten eine kompakte und einfache Konfiguration von optischen Systemen mit geringen Abweichungen⁷. Diverse Zuführungen der Fertigungstechniken und Materialien, zum Beispiel die Verwendung von intrinsisch weiche Materialien wie Bio/Nanomaterialien^{8,9,10,11, 12} und die Einführung der verformbaren Strukturen in Halbleitern wie Silizium (Si) und Germanium (Ge)^{1,2,3,13,14, 15,16,17}, erkennen die gebogene Bildsensoren. Unter anderem bieten Si-basierte Ansätze inhärenten Vorteile wie eine Fülle von Material, ausgereifte Technologie, Stabilität und optische/elektrische Überlegenheit. Aus diesem Grund obwohl Si innere Festigkeit und Sprödigkeit, sind Si-basierte flexible Elektronik weithin für verschiedene Anwendungen, wie z. B. flexible Optoelektronik^18,19,20 untersucht worden einschließlich gebogenen Image Sensoren^1,2,3, und sogar tragbare Medizingeräte^21,22.

In einer aktuellen Studie haben wir analysiert und verbessert die elektrische Leistung der eine dünne Si Photodetektor Array²³. In dieser Studie ist die optimale Einheit Zelle des gebogenen Photodetektor Arrays einen Fototransistor (PTR) Typ, der aus einer Fotodiode und Sperrdiode besteht. Die Basis Kreuzung Verstärkung verstärkt eine generierte fotostromes, und daher weist es eine Route um eine elektrische Leistung mit einer Dünnschicht-Struktur zu verbessern. Zusätzlich zu der einzelnen Zelle eignet sich die Dünnschicht-Struktur einen Dunkelstrom zu unterdrücken, die als Rauschen in den Photodetektor gilt. In Bezug auf die Dotierungskonzentration ist eine Konzentration, die größer als 10¹⁵ cm^-3 ausreichen, um eine außergewöhnliche Leistung zu erreichen, in der die Diode Merkmale mit einer Lichtstärke über 10^-3 W/cm^{2 23 eingehalten werden können} . Darüber hinaus die PTR einzelne Zelle hat einen niedrige Spalte Lärm und optisch/elektrisch stabile Eigenschaften im Vergleich zu der Fotodiode. Basierend auf diesen Design-Regeln, hergestellt wir eine flexible Photodetektor-Array, das aus dünnen Si PTRs mit Silikon-auf-Insulator (SOI) Wafer besteht. Im Allgemeinen ist eine wichtige Regel flexible Bildsensoren die neutrale mechanischen Ebene-Konzept, das die Position durch die Dicke der Struktur definiert, wo Stämme NULL für eine willkürlich kleine R^{24 sind}. Ein weiterer entscheidender Punkt ist eine serpentine Geometrie der Elektroden, da eine wellige Form vollständig reversibel Dehnbarkeit der Elektrode bietet. Durch diese beiden wichtigen Design-Konzepte kann die Photodetektor Array flexibel und dehnbar sein. Es erleichtert die 3D Deformation des Photodetektor Arrays in eine halbkugelförmige Form oder eine gebogene Form wie der Netzhaut von Tieraugen².

In dieser Arbeit haben wir ausführlich die Prozesse für die Herstellung von gebogenen PTR-Array mit Halbleiter-Fertigungsprozesse (z. B.doping, Radierung und Ablagerung) und Transferdruck. Wir charakterisieren auch, eine einzige PTR in Bezug auf eine-Spannungs-Kennlinie. Neben dem Herstellungsverfahren und individuelle Zellanalyse wird die elektrische Funktion des PTR-Arrays in deformierten Staaten analysiert.