Fabricação de imagem flexível Sensor baseado no NIPIN Lateral Phototransistors
Summary
Apresentamos um método detalhado para fabricar uma matriz de fototransistor NIPIN lateral deformável para sensores de imagem curvos. A matriz de fototransistor com uma forma de malha aberta, que é composta de ilhas de silicone fina e elásticos metais interligações, proporciona flexibilidade e elasticidade. O analisador do parâmetro caracteriza a propriedade elétrica do fototransistor fabricado.
Abstract
Fotodetectores flexíveis têm sido intensamente estudados para o uso de sensores de imagem curvos, que são um componente crucial em sistemas de imagem bio-inspirados, mas vários pontos desafiadores permanecem, tais como uma eficiência baixa absorção devido a uma fina camada ativa e baixa flexibilidade. Apresentamos um método avançado para fabricar uma matriz fototransistor flexível com um melhor desempenho elétrico. O excelente desempenho elétrico é impulsionado por uma baixa corrente escura devido à impureza profunda de doping. Interligações de metal flexíveis e elásticos simultaneamente oferecem estabilidades elétricas e mecânicas em um estado altamente deformado. O protocolo descreve explicitamente o processo de fabricação do fototransistor usando uma membrana fina de silício. Medindo-se as características-V do dispositivo concluído nos Estados deformados, demonstramos que esta abordagem melhora a estabilidade mecânica e elétrica da matriz fototransistor. Esperamos que esta abordagem de um fototransistor flexível pode ser amplamente utilizada para as aplicações de geração de imagens sistemas/optoeletrônica, não só mas também wearable dispositivos como sensores tácteis/pressão/temperatura e monitores de saúde.
Introduction
Sistemas de imagem bio-inspirado podem fornecer muitas vantagens em comparação com os convencionais de imagem sistemas1,2,3,4,5. Retina ou omatídeos hemisféricas é um componente substancial do sistema visual biológico1,2,6. Um sensor de imagem curvos, que imita o elemento crítico dos olhos do animais, pode fornecer uma configuração compacta e simples de sistemas ópticos com aberrações baixo7. Diversos avanços de técnicas de fabricação e materiais, por exemplo, o uso de materiais intrinsecamente macios tais como nanomateriais8,9,10,11, 12 e a introdução de estruturas deformáveis para semicondutores, incluindo o silício (Si) e germânio (Ge)1,2,3,13,14, , 15,16,17, perceber os sensores de imagem curvos. Entre eles, abordagens baseadas em Si fornecem vantagens inerentes tais como uma abundância de material, tecnologia madura, estabilidade e superioridade óptica/elétrica. Por esta razão, embora Si tem rigidez intrínseca e fragilidade, eletrônica flexível baseado em Si têm sido amplamente estudadas para diversas aplicações, tais como optoelectronics flexível18,19,20 incluindo a imagem curvos sensores1,2,3e dispositivos de saúde nem wearable21,22.
Em um estudo recente, analisamos e melhorou o desempenho elétrico de um fino Si fotodetector matriz23. Nesse estudo, a célula ideal única unidade da matriz fotodetector curvo é um tipo de fototransistor (PTR) que consiste em um fotodiodo e díodo de bloqueio. O ganho de junção base amplifica uma fotocorrente gerado, e, portanto, exibe uma rota para melhorar um desempenho elétrico com uma estrutura de película fina. Além da única célula, a estrutura de película fina é apropriada suprimir uma corrente escura, que é considerada como ruído na célula fotoeléctrica. Em matéria de concentração doping, uma concentração maior do que 1015 cm-3 é suficiente para alcançar um desempenho excepcional em que as características do diodo podem ser mantidas com uma intensidade de luz ao longo de 10-3 W/cm2 23 . Além disso, a célula única PTR tem uma coluna de baixo ruído e opticamente/eletricamente estável propriedades comparadas com a do fotodiodo. Com base nestas regras de concepção, nós fabricada uma matriz de fotodetector flexível que consiste em finas Si PTRs usando uma bolacha (SOI) do silicone-em-isolador. Em geral, uma regra importante projeto de sensores de imagem flexível é o conceito de avião mecânico neutro que define a posição através da espessura da estrutura onde cepas são zero para um arbitrariamente pequeno r24. Outro ponto crucial é uma serpentina geometria do eletrodo, porque uma forma ondulada fornece elasticidade totalmente reversível para o eletrodo. Devido a estes dois conceitos de design importantes, a matriz de fotodetector pode ser flexível e elástica. Ele facilita a deformação 3D da matriz fotodetector em uma forma hemisférica ou uma forma curvada como a retina dos olhos animais2.
Neste trabalho, vamos detalhar os processos para a fabricação da matriz PTR curvo, utilizando processos de fabricação de semicondutores (por exemplo, de doping, gravura e deposição) e impressão de transferência. Também, podemos caracterizar um único PTR em termos de uma curva-V. Além do método de fabricação e análise de células individuais, a característica elétrica da matriz PTR é analisada nos Estados deformados.
Protocol
Representative Results
Discussion
A tecnologia de fabricação descrita aqui contribui significativamente para o progresso da eletrônica avançada e dispositivos wearable. Os conceitos fundamentais desta abordagem usam uma fina membrana de Si e capaz de esticar metais interligações. Apesar de Si é um material duro e quebradiço que facilmente pode ser fraturado, uma camada muito fina de Si pode obter uma flexibilidade26,27. No caso da interligação de metal, a forma ondulada oferece elastici…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo programa de descoberta de materiais criativos através da nacional Research Foundation de Coreia (NRF) financiado pelo Ministério da ciência e TIC (NRF-2017M3D1A1039288). Além disso, esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto de informação e promoção da tecnologia de comunicações (IITP) subvenção financiado pelo governo da Coreia (MSIP) (No.2017000709, abordagens integradas de fisicamente unclonable primitivos criptográficos usando aleatórios lasers e Optoelectrónica).
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 |
Referencias
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