Flusso-assistita dielettroforesi: Un metodo a basso costo per la realizzazione di dispositivi ad alte prestazioni soluzione-processable Nanowire
Summary
In questa carta, flusso dielettroforesi assistita è dimostrata per l’auto-assemblaggio di dispositivi nanofilo. La realizzazione di un transistor a effetto di campo nanowire silicio è indicata come un esempio.
Abstract
Flusso-assistita dielettroforesi (DEP) è un efficiente metodo di auto-assemblaggio per il controllabile e riproducibile posizionamento, allineamento e selezione di nanofili. DEP è utilizzato per nanowire analisi, caratterizzazione e per la soluzione a base di fabbricazione di dispositivi semiconduttori. Il metodo funziona applicando un campo elettrico alternato tra elettrodi metallici. La formulazione di nanowire poi è caduta sugli elettrodi che sono su un piano inclinato per creare un flusso della formulazione utilizzando la gravità. I nanofili quindi allineare lungo il gradiente del campo elettrico e nella direzione del flusso del liquido. La frequenza del campo può essere regolata per selezionare nanofili con conducibilità superiore e più bassa densità di trappola.
In questo lavoro, assistita da flusso DEP viene utilizzato per creare nanowire transistor ad effetto di campo. Flusso-assistita DEP ha diversi vantaggi: permette la selezione di nanowire proprietà elettriche; controllo della lunghezza di nanowire; posizionamento di nanofili in ambiti specifici; controllo dell’orientamento dei nanofili; e controllo della densità di nanowire nel dispositivo.
La tecnica può essere ampliata a molte altre applicazioni come sensori di gas e forno a microonde switch. La tecnica è efficace, rapido e riproducibile, e utilizza una quantità minima di soluzione diluita che lo rende ideale per la sperimentazione di nuovi nanomateriali. Montaggio scala wafer di nanowire dispositivi può essere ottenuto anche utilizzando questa tecnica, consentendo un numero elevato di campioni per il test e applicazioni elettroniche di grande superficie.
Introduction
Assemblea controllabile e riproducibili di nanoparticelle in posizioni pre-definito substrato sono una delle sfide principali nella soluzione di elaborazione elettroniche e fotoniche dispositivi che utilizza nanoparticelle di semiconduttori o conduttori. Per dispositivi ad alte prestazioni, è anche estremamente utile per poter selezionare le nanoparticelle con dimensioni preferenziali, particolare proprietà elettroniche, tra cui, ad esempio, alta conducibilità e bassa densità degli Stati di superficie trappola. Nonostante i significativi progressi nello sviluppo di nanomateriali, compresi materiali nanowire e nanotubi, alcune variazioni delle proprietà delle nanoparticelle sono sempre presenti, e una fase di selezione può migliorare significativamente le prestazioni dei dispositivi basati su nanoparticelle1 ,2.
Lo scopo del metodo DEP flusso-assistita ha dimostrato in questo lavoro è quello di affrontare le sfide sopra mostrando Assemblea nanofili semiconduttori controllabile sul contatti metallici per transistor ad effetto di campo nanowire ad alte prestazioni. DEP risolve diversi problemi di nanowire fabbricazione di dispositivi in un unico passaggio tra cui posizionamento di nanofili, orientamento di allineamento di nanofili e selezione di nanofili con proprietà desiderate tramite DEP segnale frequenza selezione1. DEP è stato utilizzato per numerosi altri dispositivi che vanno da gas sensori3, transistor1, e RF switches4,5, al posizionamento di batteri per analisi7.
DEP è la manipolazione delle particelle polarizzabile tramite l’applicazione di un campo elettrico non uniforme conseguente nanofili autoassemblaggio attraverso gli elettrodi8. Il metodo è stato originariamente sviluppato per la manipolazione di batteri9,10 , ma da allora è stato espanso per la manipolazione di nanofili e nanomateriali.
Elaborazione soluzione DEP di nanoparticelle permette la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore che differisce significativamente dalle tecniche tradizionali di top-down basate su più photomasking, l’impiantazione ionica, ad alta temperatura14, ricottura e acquaforte a pochi passi. Poiché DEP manipola le nanoparticelle che già sono state sintetizzate, è una tecnica di fabbricazione di bassa temperatura, bottom-up11. Questo approccio consente di nanowire su larga scala di dispositivi essere montato su quasi qualsiasi substrato cui substrati plastici termosensibili, flessibile6,12,13.
In questo lavoro, transistor ad effetto di campo ad alte prestazioni p-tipo silicone nanowire sono fabbricati con DEP flusso-assistita e la caratterizzazione di corrente-tensione di FET è condotto. I nanocavi di silicio utilizzati in questo lavoro vengono coltivati tramite il Super fluido liquido solido (SFLS) metodo15,16. I nanofili sono intenzionalmente drogati e sono circa il 10-50 µm di lunghezza e 30-40 nm di diametro. Il metodo di crescita SFLS è molto interessante poiché può offrire industria scalabili importi di nanowire materiali15. La metodologia di assemblaggio proposto nanofilo è direttamente applicabile ad altri materiali di nanofilo semiconduttore come InAs13, SnO23e GaN18. La tecnica può essere espanso per allineare nanofili conduttivo19 e per posizionare le nanoparticelle attraverso elettrodo lacune20.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fabbricazione di successo e le prestazioni dei dispositivi dipendono da diversi fattori chiave. Questi includono nanowire densità e distribuzione nella formulazione, la scelta del solvente, la frequenza di protezione esecuzione programmi e il controllo del numero di nanofili presenti sul dispositivo elettrodi1.
Uno dei passaggi critici nella realizzazione di dispositivi di lavoro ripetibile è la preparazione di una formulazione di nanowire senza cluster o grumi. La…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vorrei ringraziare ESPRC e BAE systems per sostegno finanziario e il professor Brian A. Korgel e il suo gruppo per la fornitura di SFLS cresciuta nanocavi di silicio utilizzato in questo lavoro.
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 |
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