Asistida por flujo dielectroforesis: Un método de bajo costo para la fabricación de dispositivos de nanocable procesables en solución de alto rendimiento
Summary
En este papel, flujo dielectroforesis asistida se demuestran para el automontaje de dispositivos nanocable. La fabricación de un transistor de efecto de campo de nanocable de silicio se muestra como un ejemplo.
Abstract
Asistida por flujo dielectroforesis (DEP) es un eficiente método de automontaje para el controlable y reproducible posicionamiento, alineación y selección de nanohilos. DEP se utiliza para análisis de nanocable, caracterización y basado en la solución de fabricación de dispositivos semiconductores. El método funciona mediante la aplicación de un campo eléctrico alterno entre electrodos metálicos. La formulación de nanocable entonces se dejó caer en los electrodos que están en una superficie inclinada para crear un flujo de la formulación mediante gravedad. Los nanohilos entonces alinean a lo largo del gradiente del campo eléctrico y en la dirección del flujo del líquido. Puede ajustar la frecuencia del campo para seleccionar nanohilos con conductividad superior y menor densidad de trampa.
En este trabajo, DEP asistida por flujo se utiliza para crear nanocable transistores de efecto campo. DEP asistida por flujo tiene varias ventajas: permite selección de nanocable características eléctricas; control de la longitud de nanocable; colocación de los nanohilos en áreas específicas; control de orientación de nanohilos; y control de densidad de nanocable en el dispositivo.
La técnica puede ser ampliada a muchas otras aplicaciones como sensores de gas e interruptores de microondas. La técnica es eficiente, rápido, reproducible, y utiliza una cantidad mínima de solución diluida, lo que es ideal para la prueba de nuevos nanomateriales. Montaje de escala de oblea de los dispositivos de nanocable también se logra con esta técnica, que permite gran número de muestras para pruebas y aplicaciones electrónicas de gran superficie.
Introduction
Controlable y reproducible ensamblaje de nanopartículas en lugares predefinidos del sustrato es uno de los principales retos en solución procesada electrónicos y fotónicos dispositivos utilizando nanopartículas semiconductoras o llevando a cabo. Para dispositivos de alto rendimiento, también es altamente beneficioso para poder seleccionar nanopartículas de tamaños preferenciales y propiedades electrónicas, como, por ejemplo, alta conductividad y baja densidad de Estados superficiales trampa. A pesar de progresos significativos en el crecimiento de nanomateriales, incluyendo materiales de nanocable y nanotubos, algunas variaciones de las propiedades de nanopartículas están siempre presentes, y un paso de selección puede mejorar significativamente el rendimiento de dispositivos basados en nanopartículas1 ,2.
El propósito del método DEP asistida por flujo demostrado en este trabajo es abordar los retos arriba mostrando el conjunto de nanohilos semiconductores controlables en contactos metálicos para transistores de efecto de campo de nanocable de alto rendimiento. DEP soluciona varios problemas de fabricación de dispositivos de nanocable en un solo paso, incluyendo colocación de nanohilos, orientación/alineación de nanohilos y selección de nanohilos con propiedades deseadas mediante DEP señal frecuencia selección1. DEP se ha utilizado para muchos otros dispositivos que van desde gas sensores3transistores1, y RF cambia4,5, a la colocación de las bacterias para análisis7.
DEP es la manipulación de partículas polarizables mediante la aplicación de un campo no uniforme resultando en nanohilos de uno mismo-montaje a través de los electrodos8. El método fue desarrollado originalmente para la manipulación de bacterias9,10 pero desde entonces se ha ampliado a la manipulación de nanohilos y nanomateriales.
Proceso de solución DEP de nanopartículas permite la fabricación de dispositivos semiconductores que difiere significativamente de las técnicas tradicionales de arriba-abajo basadas en múltiples photomasking, implantación iónica, temperatura alta14, recocido y decapado a unos pasos. DEP manipula nanopartículas que ya han sido sintetizadas, es una técnica de fabricación de baja temperatura, de abajo hacia arriba11. Este enfoque permite que los dispositivos de nanocable a gran escala montar en casi cualquier sustrato, incluyendo sustratos de plástico sensible a la temperatura, flexible6,12,13.
En este trabajo, transistores de efecto de campo de alto rendimiento p-tipo silicio nanocable se fabrican con DEP asistida por flujo, y se lleva a cabo la caracterización de corriente-voltaje de FET. Los nanohilos de silicio utilizados en este trabajo se cultivan mediante el método de Super líquido líquido sólido (SFLS)15,16. Los nanocables son intencionalmente dopados y son aproximadamente de 10-50 μm de longitud y 30-40 nm de diámetro. El método de crecimiento de SFLS es muy atractivo ya que puede ofrecer la industria cantidades escalables de nanocable materiales15. La metodología de montaje propuesto nanocable es directamente aplicable a otros materiales del semiconductor nanocable como InAs13, SnO23GaN18. La técnica también puede ser ampliada para alinear nanohilos conductores19 y colocar nanopartículas a través de electrodos huecos20.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fabricación acertada y el rendimiento de los dispositivos dependen de varios factores claves. Estos incluyen nanocable densidad y distribución en la formulación, la elección del solvente, la frecuencia de DEP y el control del número de nanohilos presente en el dispositivo de electrodos1.
Uno de los pasos críticos en la realización de dispositivos de trabajo repetibles es la preparación de una formulación de nanocable sin clusters o grupos. La formulación pu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a ESPRC y BAE systems para apoyo financiero y el Prof. Brian A. Korgel y su grupo de suministro de SFLS crecido nanohilos de silicio utilizados en este trabajo.
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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