ديليكتروفوريسيس ساعد تدفق: طريقة منخفضة تكلفة لتصنيع الأجهزة عالية الأداء الحل مفهرسة أسلاك متناهية الصغر
Summary
في هذه الورقة، وتدفق ويتجلى ديليكتروفوريسيس مساعدة للتجميع الذاتي لأجهزة أسلاك متناهية الصغر. ويرد تصنيع الترانزستور تأثير المجال أسلاك متناهية الصغر السليكون كمثال.
Abstract
ساعد تدفق ديليكتروفوريسيس (DEP) هو كفاءة أسلوب التجميع الذاتي للسيطرة عليها واستنساخه لتحديد المواقع، المحاذاة، ومختارة من أسلاك. يتم استخدام ميزة DEP لتحليل أسلاك متناهية الصغر، والوصف، وتلفيق انتشارية الأجهزة المستندة إلى الحل. يعمل الأسلوب بتطبيق حقل كهربائي تناوب بين أقطاب معدنية. وضع أسلاك متناهية الصغر ثم أسقط الأقطاب التي على سطح يميل خلق تدفق إعداد استخدام الجاذبية. ثم محاذاة أسلاك طول التدرج للحقل الكهربائي وفي اتجاه تدفق السائل. يمكن تعديل تواتر الحقل لتحديد أسلاك مع الموصلية الفائقة وانخفاض كثافة فخ.
في هذا العمل، يتم استخدام ميزة DEP ساعد تدفق لإنشاء أسلاك متناهية الصغر ترانزستور تأثير المجال. ساعد تدفق DEP مزايا عديدة: أنها تتيح اختيار أسلاك متناهية الصغر الخصائص الكهربائية؛ السيطرة على طول أسلاك متناهية الصغر؛ وضع أسلاك في مناطق محددة؛ السيطرة على اتجاه أسلاك؛ والسيطرة على كثافة أسلاك متناهية الصغر في الجهاز.
يمكن توسيع هذه التقنية للعديد من التطبيقات الأخرى مثل أجهزة استشعار الغاز ورموز التبديل الميكروويف. التقنية فعالة وسريعة واستنساخه، ويستخدم الحد أدنى من تمييع الحل مما يجعله مثاليا لاختبار المواد النانوية الرواية. الجمعية مقياس يفر من الأجهزة أسلاك متناهية الصغر يمكن أيضا أن يتحقق باستخدام هذه التقنية، يسمح لعدد كبير من العينات للاختبار والتطبيقات الإلكترونية مساحة كبيرة.
Introduction
الجمعية يمكن السيطرة عليها واستنساخه من جسيمات نانوية في مواقع محددة مسبقاً الركيزة أحد التحديات الرئيسية في الأجهزة الإلكترونية والضوئية معالجة حل استخدام جسيمات نانوية انتشارية أو إجراء. للأجهزة عالية الأداء، كما أنها مفيدة للغاية لتكون قادرة على تحديد جسيمات نانوية مع أحجام التفضيلية، وخاصة الخصائص الإلكترونية، بما في ذلك، على سبيل المثال، موصلية عالية ومنخفضة الكثافة السطحية فخ الدول. وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في نمو المواد متناهية الصغر، بما في ذلك مواد أسلاك متناهية الصغر وأنبوب نانوي، بعض الاختلافات في خصائص نانوحبيبات موجودة دائماً، وخطوة تحديد يمكن أن تحسن أداء الجهاز القائم على نانوحبيبات1 ،2.
وغرض الأسلوب DEP ساعد تدفق أداءهم في هذا العمل للتصدي للتحديات المذكورة أعلاه من خلال إظهار الجمعية أسلاك انتشارية يمكن السيطرة عليها إلى جهات الاتصال المعدني ترانزستور تأثير الحقل أسلاك متناهية الصغر عالية الأداء. DEP يحل العديد من المشاكل لتصنيع الجهاز أسلاك متناهية الصغر في خطوة واحدة بما في ذلك تحديد المواقع من أسلاك، المحاذاة وتوجيه أسلاك، واختيار من أسلاك مع الخصائص المطلوبة عن طريق ميزة DEP إشارة التردد التحديد1. وقد استخدمت ميزة DEP للعديد من الأجهزة الأخرى بدءاً من الغاز أجهزة الاستشعار3،1من الترانزستورات، وتبديل الترددات اللاسلكية5من4،، لتحديد المواقع للبكتيريا لتحليل7.
ميزة DEP هي التلاعب بجسيمات بولاريزابل عن طريق تطبيق حقل كهربائي غير موحد أسفر عن أسلاك التجميع الذاتي عبر أقطاب8. الأسلوب وضعت أصلاً للتلاعب بالبكتيريا9،10 ولكن منذ ذلك الحين تم توسيع للتلاعب بأسلاك والمواد النانوية.
تجهيز الحل ميزة DEP من جسيمات نانوية يمكن تصنيع الجهاز أشباه الموصلات يختلف إلى حد كبير عن التقنيات التقليدية من أعلى إلى أسفل استناداً إلى عدة فوتوماسكينج، زرع الأيونات، وارتفاع درجة الحرارة14، الصلب، والنقش الخطوات. منذ إقلاع تعالج جسيمات نانوية بالفعل قد تم تصنيعه، أنها تقنية تصنيع درجات الحرارة المنخفضة، وينطلق11. ويسمح هذا النهج أسلاك متناهية الصغر على نطاق واسع من الأجهزة يتم تجميعها على الركازة تقريبا أي بما في ذلك ركائز البلاستيك حساسة للحرارة، ومرونة6،،من1213.
في هذا العمل، عالية الأداء من نوع ف السليكون أسلاك متناهية الصغر حقل تأثير الترانزستورات ملفقة باستخدام ميزة DEP ساعد تدفق، ويجري وصف الجهد الحالي FET. وتزرع أسلاك السليكون المستخدمة في هذا العمل عن طريق ال15،أسلوب سوبر السائل السائلة الصلبة (سفلس)16. أسلاك هي يخدر عمدا، وحوالي 10-50 ميكرومتر في الطول و nm 30-40 في القطر. طريقة النمو سفلس جذابة جداً نظراً لأنها يمكن أن تقدم الصناعة كميات قابلة أسلاك متناهية الصغر المواد15. منهجية الجمعية المقترحة أسلاك متناهية الصغر تنطبق مباشرة على غيرها من المواد أشباه الموصلات أسلاك متناهية الصغر مثل إيناس13سنو23وقان18. يمكن توسيع هذه التقنية أيضا محاذاة أسلاك موصلة19 وجسيمات نانوية عبر القطب الفجوات20.
Protocol
Representative Results
Discussion
أن التصنيع الناجح وأداء الأجهزة تعتمد على العديد من العوامل الرئيسية. تشمل هذه الكثافة أسلاك متناهية الصغر والتوزيع في الصياغة، واختيار المذيبات وتواتر DEP لمراقبة عدد أسلاك الحالية على أقطاب الجهاز1.
إحدى الخطوات الحاسمة في تحقيق تكرار عمل الأجهزة هو إعداد وض?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلف يود أن يشكر اسبرك وشركة بي أية أي نظم للدعم المالي، والبروفيسور براين أ كورجيل ومجموعته لتوريد سفلس نمت أسلاك السليكون المستخدمة في هذا العمل.
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 |
References
- Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock. ACS Nano. , (2016).
- Constantinou, M., Hoettges, K. F., et al. Rapid determination of nanowires electrical properties using a dielectrophoresis-well based system. App. Phy. Lett. 110 (13), 1-6 (2017).
- Huang, H., Lee, Y. C., Tan, O. K., Zhou, W., Peng, N., Zhang, Q. High sensitivity SnO2 single-nanorod sensors for the detection of H2 gas at low temperature. Nanotech. 20 (11), 115501 (2009).
- Rutherglen, C., Jain, D., Burke, P. Nanotube electronics for radiofrequency applications. Nat. nanotech. 4 (12), 811-819 (2009).
- Kang, M. G., Hwang, D. H., Kim, B. S., Whang, D., Hwang, S. W. RF characterization of germanium nanowire field effect transistors. AIP Conf. Proc. 1399 (2011), 319-320 (2011).
- Collet, M., Salomon, S., et al. Large-scale assembly of single nanowires through capillary-assisted dielectrophoresis. Adv. Mat. 27 (7), 1268-1273 (2015).
- Pethig, R. Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications. Biomicrofluidics. 4 (2), (2010).
- Jones, T. B. . Electromechanics of particles. (2), (1995).
- El-Ali, J., Sorger, P. K., Jensen, K. F. Cells on chips. Nat. 442 (7101), 403-411 (2006).
- Doh, I., Cho, Y. H. A continuous cell separation chip using hydrodynamic dielectrophoresis (DEP) process. Sensrs. and Actrs, A: Phys. 121 (1), 59-65 (2005).
- Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis. Nat. nanotech. 5 (7), 525-530 (2010).
- Monica, A. H., Papadakis, S. J., Osiander, R., Paranjape, M. Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis. Nanotech. 19, 85303 (2008).
- Raychaudhuri, S., Dayeh, S. A., Wang, D., Yu, E. T. Precise semiconductor nanowire placement through dielectrophoresis. Nano Lett. 9 (6), 2260-2266 (2009).
- Schmidt, V., Riel, H., Senz, S., Karg, S., Riess, W., Gösele, U. Realization of a silicon nanowire vertical surround-gate field-effect transistor. Small. 2 (1), 85-88 (2006).
- Hanrath, T., Korgel, B. A. Supercritical fluid-liquid-solid (SFLS) synthesis of Si and Ge nanowires seeded by colloidal metal nanocrystals. Adv. Mat. 15 (5), 437-440 (2003).
- Heitsch, A. T., Akhavan, V. A., Korgel, B. A. Rapid SFLS synthesis of Si nanowires using trisilane with in situ alkyl-amine passivation. Chem. of Mat. 23 (11), 2697-2699 (2011).
- Constantinou, M., Stolojan, V., et al. Interface Passivation and Trap Reduction via a Solution-Based Method for Near-Zero Hysteresis Nanowire Field-Effect Transistors. ACS App. Mat. and Intf. 7 (40), 22115-22120 (2015).
- Kim, T. H., Lee, S. Y., et al. Dielectrophoretic alignment of gallium nitride nanowires (GaN NWs) for use in device applications. Nanotech. 17 (14), 3394-3399 (2006).
- Boote, J., Evans, S. Dielectrophoretic manipulation and electrical characterization of gold nanowires. Nanotech. 16 (9), 1500-1505 (2005).
- Gierhart, B. C., Howitt, D. G., Chen, S. J., Smith, R. L., Collins, S. D. Frequency Dependence of Gold Nanoparticle Superassembly by Dielectrophoresis. Langmuir. 23 (19), 12450-12456 (2007).
- Klaine, S. J., Alvarez, P. J. J., et al. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects. Environ. tox. and chem. / SETAC. 27 (9), 1825-1851 (2008).
- van Tilburg, J. W. W., Algra, R. E., Immink, W. G. G., Verheijen, M., Bakkers, E. P. A. M., Kouwenhoven, L. P. Surface passivated InAs/InP core/shell nanowires. Semicond. Sci. and Tech. 25 (2), 24011 (2010).
- Krupke, R. Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes. Sci. 301 (5631), 344-347 (2003).
