ייצור של חיישן גמיש בהתאם לרוחב NIPIN Phototransistors
Summary
אנו מציגים שיטה מפורטת כדי לפברק deformable לרוחב NIPIN phototransistor מערך עבור חיישני תמונה מעוקל. המערך phototransistor עם טופס רשת פתוחה, אשר מורכב של האיים סיליקון דק, מתיחה interconnectors מתכת, מספק גמישות, stretchability. במנתח בפרמטר מאפיין המאפיין חשמל של phototransistor מפוברק.
Abstract
רסיברים צילום גמיש נחקרו באינטנסיביות לשימוש של חיישני תמונה מעוקל, אשר מהווים מרכיב חיוני במערכות הדמיה בהשראה ביו, אבל נשארים מספר נקודות מאתגר, כגון יעילות הספיגה נמוכה בשל פעיל שכבה דקה, נמוך גמישות. אנו מציגים שיטה מתקדמת ליצור מערך phototransistor גמיש בעל הופעה חשמלית משופרת. בביצועים חשמל הוא מונע על ידי זרם אפל נמוכה בשל טומאה עמוקה סימום. Interconnectors מתכת מתיחה וגמישות מציעים בו זמנית stabilities חשמליים ומכניים במדינה מאוד מעוותת. הפרוטוקול מתאר במפורש את תהליך ייצור phototransistor באמצעות קרום דק סיליקון. על ידי מדידת-V מאפייני ההתקן הושלמה מדינות מעוותת, נדגים כי גישה זו משפרת את stabilities מכניים וחשמליים של המערך phototransistor. אנו מצפים כי זו הגישה phototransistor גמיש יכול להיות בשימוש נרחב עבור היישומים של לא רק הדור הבא מערכות הדמיה/אלקטרואופטיקה, אלא גם מכשירים שכאלו כגון חיישני מישוש/לחץ/טמפרטורה וצגים בריאות.
Introduction
בהשראת ביו מערכות הדמיה יכול לספק יתרונות רבים לעומת קונבנציונאלי דימות מערכות1,2,3,4,5. רשתית העין או ommatidia המיספרי הוא מרכיב משמעותי של מערכת הראייה ביולוגי1,2,6. חיישן התמונה מעוקל, אשר מחקה את אלמנט קריטי עיניים חייתיות, יכול לספק תצורה קומפקטי ופשוט של מערכות אופטיות עם סטייה נמוכה7. הפיתוחים מגוון של טכניקות ייצור וחומרים, לדוגמה, את השימוש בחומרים ממהותם רך כגון אורגני/ננו8,9,10,11, 12 והמבוא למבנים deformable מוליכים למחצה כולל צורן (Si) וגרמניום (לתת)1,2,3,13,14, 15,16,17, להבין את חיישני התמונה מעוקל. ביניהם, גישות סי מספקים יתרונות הגלום כגון שפע של חומר, טכנולוגיה, יציבות ויכולת עליונות אופטי/חשמל. מסיבה זו, למרות סי יש קשיחות מהותי, פריכות, מבוסס-סי אלקטרוניקה גמישה נרחב נחקרו ליישומים שונים, כגון אלקטרואופטיקה גמיש18,19,20 כולל תמונות מעוקל חיישנים1,2,3מכשירים הבריאות אפילו שכאלו21,22.
במחקר שנערך לאחרונה, אנו מנותח, שיפור ביצועי חשמל דק סי photodetector מערך23. במחקר הזה, תא יחידה האופטימלי של המערך photodetector מעוקל הוא סוג phototransistor (PTR) המורכבת של פוטודיודה ו דיודת חסימה. רווח צומת הבסיס מגביר את photocurrent שנוצר, ומכאן זה מוצגים דרך לשפר הופעה חשמלית עם מבנה סרט דק. בנוסף התא הבודד, המבנה סרט דק מתאים לדכא את זרם כהה, אשר נחשב כמו רעש photodetector. לגבי ריכוז סמים, ריכוז גדול יותר15 10 ס מ-3 היא מספיקה על מנת להשיג ביצועים יוצאי דופן שבו המאפיינים דיודה שניתן לתחזק את עוצמת האור מעל 10-3 W/cm2 23 . יתר על כן, התא הבודד PTR יש רעש עמוד נמוך ויציב שטיחות/חשמלית לעומת זו של פוטודיודה מאפייני. בהתבסס על כללי עיצוב אלה, אנחנו מפוברק מערך photodetector גמיש המורכב PTRs סי דק באמצעות סיליקון-על-מבודד רקיק (SOI). באופן כללי, כלל חשוב לעיצוב של חיישני תמונה גמיש הוא מושג נייטרלי המטוס מכני אשר מגדירה את המיקום באמצעות העובי של המבנה איפה זנים אפס עבור r קטן באופן שרירותי24. נקודה מכרעת נוספת היא הגיאומטריה סרפנטין של האלקטרודה צורה גליים מספק stretchability הפיך באופן מלא את האלקטרודה. בשל אלו שני מושגים חשוב לעיצוב, המערך photodetector יכול להיות גמיש מתיחה. הוא מקל להרכב תלת-ממד של המערך photodetector בצורת חצי כדור או צורה מעוגלת כמו הרשתית של עיניים חייתיות2.
בעבודה זו, אנו מפרטים את התהליכים על הזיוף של המערך PTR מעוקל באמצעות תהליכי ייצור מוליכים למחצה (למשל, סמים בספורט, תחריט, התצהיר), העברת ההדפסה. כמו כן, אנו לאפיין PTR יחיד במונחים של מעגל-V. בנוסף על שיטת ייצור ו תא בודד ניתוח, ניתוח התכונה חשמל של המערך PTR מדינות מעוותת.
Protocol
Representative Results
Discussion
הטכנולוגיה פבריקציה נוספת המתוארים כאן תורמת באופן משמעותי ההתקדמות של האלקטרוניקה המתקדמת, מכשירים שכאלו. במושגי יסוד של גישה זו השתמש סי קרום דק מסוגל להתמתח מתכת interconnectors. למרות סי הוא חומר שביר וקשה יכול בקלות להיות שברים, שכבת סי ניתן להשיג26,גמישות27. ב?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על-ידי התוכנית גילוי חומרים יצירתי דרך לאומי מחקר קרן של קוריאה (ב- NRF) ממומן על ידי משרד המדע ICT (ה-NRF-2017M3D1A1039288). כמו כן, מחקר זה נתמך על ידי המכון גרנט מידע, קידום טכנולוגיית תקשורת (IITP) ממומן על ידי ממשלת קוריאה (MSIP) (No.2017000709, גישות משולבת של unclonable פיזית פרימיטיביים הצפנה באמצעות לייזרים אקראי, אלקטרואופטיקה).
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 |
References
- Ko, H. C., et al. A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics. Nature. 454, 748-753 (2008).
- Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).
- Jung, I., et al. Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (5), 1788-1793 (2011).
- Floreano, D., et al. Miniature curved artificial compound eyes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (23), 9267-9272 (2013).
- Liu, H., Huang, Y., Jiang, H. Artificial eye for scotopic vision with bioinspired all-optical photosensitivity enhancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (23), 3982-3985 (2016).
- Pang, K., Fang, F., Song, L., Zhang, Y., Zhang, H. Bionic compound eye for 3D motion detection using an optical freeform surface. Journal of the Optical Society of America B. 34 (5), B28-B35 (2017).
- Lee, G. J., Nam, W. I., Song, Y. M. Robustness of an artificially tailored fisheye imaging system with a curvilinear image surface. Optics & Laser Technology. 96, 50-57 (2017).
- Xu, X., Mihnev, M., Taylor, A., Forrest, S. R. Organic photodetector arrays with indium tin oxide electrodes patterned using directly transferred metal masks. Applied Physics Letters. 94 (4), 1-3 (2009).
- Deng, W., et al. Aligned single -crystalline perovskite microwire arrays for high -performance flexible image sensors with long -term stability. Advanced Materials. 18 (11), 2201-2208 (2016).
- Liu, X., Lee, E. K., Kim, D. Y., Yu, H., Oh, J. H. Flexible organic phototransistor array with enhanced responsivity via metal-ligand charge transfer. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (11), 7291-7299 (2016).
- Li, X., et al. Constructing fast carrier tracks into flexible perovskite photodetectors to greatly improve responsivity. ACS Nano. 11 (2), 2015-2023 (2017).
- Li, L., Gu, L., Lou, Z., Fan, Z., Shen, G. ZnO quantum dot decorated Zn2SnO4 nanowire heterojunction photodetectors with drastic performance enhancement and flexible ultraviolet image sensors. ACS Nano. 11 (4), 4067-4076 (2017).
- Dumas, D., et al. Infrared camera based on a curved retina. Optics Letters. 37 (4), 653-655 (2012).
- Dumas, D., Fendler, M., Baier, N., Primot, J., le Coarer, E. Curved focal plane detector array for wide field cameras. Applied Optics. 51 (22), 5419-5424 (2012).
- Gregory, J. A., et al. Development and application of spherically curved charge-coupled device imagers. Applied Optics. 54 (10), 3072-3082 (2015).
- Guenter, B., et al. Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance. Optics Express. 25 (12), 13010-13023 (2017).
- Wu, T., et al. Design and fabrication of silicon-tessellated structures for monocentric imagers. Microsystems & Nanoengineering. 2, 16019 (2016).
- Yoon, J., et al. Flexible concentrator photovoltaics based on microscale silicon solar cells embedded in luminescent waveguides. Nature Communications. 2, 343 (2011).
- Lee, S. M., et al. Printable nanostructured silicon solar cells for high-performance, large-area flexible photovoltaics. ACS Nano. 8 (10), 10507-10516 (2014).
- Kang, D., et al. Flexible opto-fluidic fluorescence sensors based on heterogeneously integrated micro-VCSELs and silicon photodiodes. ACS Photonics. 3 (6), 912-918 (2016).
- Van den Brand, J., et al. Flexible and stretchable electronics for wearable health devices. Solid-State Electronics. , 116-120 (2015).
- Yu, K. J., et al. Bioresorbable silicon electronics for transient spatiotemporal mapping of electrical activity from the cerebral cortex. Nature Materials. 15, 782-791 (2015).
- Kim, M. S., Lee, G. J., Kim, H. M., Song, Y. M. Parametric optimization of lateral NIPIN phototransistors for flexible image sensors. Sensors. 17 (8), 1774 (2017).
- Kim, D. H., et al. Stretchable and foldable silicon integrated circuits. Science. 320, 507-511 (2008).
- Shin, K. S., et al. Characterization of an integrated fluorescence-detection hybrid device with photodiode and organic light-emitting diode. IEEE Electron Device Letters. 27 (9), 746-748 (2006).
- Lu, N. Mechanics, materials, and functionalities of biointegrated electronics. The Bridge. 43 (4), 31-38 (2013).
- Burghartz, J. N., et al. Ultra-thin chip technology and applications, a new paradigm in silicon technology. Solid-State Electronics. 54 (9), 818-829 (2010).
- Shin, G., et al. Micromechanics and advanced designs for curved photodetector arrays in hemispherical electronic-eye cameras. Small. 6 (7), 851-856 (2010).
- Jung, I., et al. Paraboloid electronic eye cameras using deformable arrays of photodetectors in hexagonal mesh layouts. Applied Physics Letters. 96 (2), 21110 (2010).
