Esnek görüntü sensörü imalatı Lateral NIPIN Phototransistors dayalı.
Summary
Biz bir deforme yanal NIPIN phototransistor dizi kavisli görüntü sensörleri için imal etmek detaylı bir yöntem mevcut. Phototransistor dizi ince silikon Adaları ve gerilebilir metal interconnectors oluşur, bir açık kafes formu ile esneklik ve esnekliği sağlar. Parametre analyzer fabrikasyon phototransistor elektrik özelliğini belirtir.
Abstract
Esnek photodetectors için hangi önemli bir bileşenini görüntüleme sistemlerinin biyo-ilham, kavisli görüntü sensörleri kullanımı yoğun bir şekilde incelenmiştir ama birkaç zorlu puan kalır, ince bir etkin katman nedeniyle ve düşük düşük emilim verimliliği gibi esneklik. Biz bir elektrik performansın bir esnek phototransistor dizi imal etmek gelişmiş bir yöntem mevcut. Üstün elektrik performans derin kirlilik doping nedeniyle düşük bir karanlık akım tarafından tahrik edilmektedir. Gerilebilir ve esnek metal interconnectors aynı anda bir çok deforme olmuş durumda elektrik ve mekanik sağlamlık sunar. Protokol açıkça bir ince silikon membran kullanarak phototransistor fabrikasyon sürecini açıklar. I-V özellikleri tamamlanmış cihazın deforme Birleşik Devletleri ölçerek, bu yaklaşım phototransistor dizi mekanik ve elektrik stabiliteleri geliştirir göstermek. Beklediğimiz bir esnek phototransistor için bu yaklaşım yaygın uygulamalar sadece yeni nesil görüntüleme sistemleri/Optoelektronik aynı zamanda dokunsal/basınç/sıcaklık sensörleri ve sağlık monitörleri gibi taşınabilir aygıtlar için kullanılabilir.
Introduction
Görüntüleme sistemleri biyo-ilham konvansiyonel görüntüleme sistemleri1,2,3,4,5‘ e göre birçok avantajı sağlayabilir. Retina veya yarımküresel ommatidia biyolojik görsel sistem1,2,6önemli bir bileşenidir. Hayvan gözler kritik unsuru taklit eder, kavisli görüntü sensörü kompakt ve basit yapılandırma düşük aberasyonları7ile optik sistemleri sağlar. İmalat teknikleri ve malzemeleri, örneğin, organik/Nanomalzemeler8,9,10,11, gibi özünde yumuşak malzeme kullanımı çeşitli gelişmeler 12 ve deforme yapıları Giriº yarı iletken silisyum (Si) ve germanyum (Ge)1,2,3,13,14de dahil olmak üzere, 15,16,17, fark kavisli görüntü sensörleri. Bunlar arasında Si tabanlı yaklaşımlar birçok malzeme, Olgun teknoloji, istikrar ve optik/elektrik üstünlük gibi doğal avantajlar sağlar. İçsel sertlik ve kırılganlık, si olmasına rağmen bu nedenle, esnek elektronik Si tabanlı yaygın esnek Optoelektronik18,19,20 gibi çeşitli uygulamalar için incelenmiştir kavisli görüntü sensörleri1,2,3ve hatta giyilebilir sağlık cihazları21,22de dahil olmak üzere.
Bir son çalışmada biz analiz ve ince bir Si photodetector dizi23elektrik performans artırıldı. Bu çalışmada, eğri photodetector dizi optimum tek birim hücrenin bir fotodiyot ve engelleme diyot oluşan bir phototransistor (PTR) türüdür. Temel kavşak kazanç oluşturulan photocurrent güçlendirir ve bu nedenle ince film yapısı ile bir elektrik performansını artırmak için bir yol sergiler. Tek hücre yanı sıra ince film yapısı photodetector gürültü olarak kabul edilir bir karanlık geçerli bastırmak uygundur. Doping konsantrasyon ile ilgili 1015 cm-3 büyük bir konsantrasyon içinde diyot özellikleri bir ışık şiddeti ile 10-3 üzerinde W/cm2 23 korunabilir olağanüstü bir performans elde etmek yeterlidir . Ayrıca, PTR tek hücre düşük sütun gürültü vardır ve optik/elektrikli fotodiyot kıyasla özellikleri istikrarlı. Bu tasarım kurallarına göre ince Si silikon yalıtkan (SOI) gofret kullanarak PTRs içeren bir esnek photodetector dizisinin imal edilmiştir. Genel olarak, esnek görüntü sensörleri bir önemli tasarım kuralı suşları sıfır bir keyfi küçük r24nerede konumunu kalınlığı aracılığıyla yapısı tanımlayan tarafsız mekanik uçak kavramdır. Başka bir önemli nokta bir yılan gibi geometri elektrot çünkü dalgalı bir şekil elektrot için tam tersine çevrilebilir esnekliği sağlar. Bu iki önemli tasarım kavramları nedeniyle photodetector dizi esnek ve gerilebilir olabilir. Photodetector dizi 3D deformasyon yarımküresel şekli veya hayvan gözleri2retina gibi kavisli bir şekil içine kolaylaştırır.
Bu çalışmada işlemleri yarı iletken üretim işlemleri (Örneğin, doping, Aşındırma ve biriktirme) kullanarak eğri PTR dizi imalatı için detay ve transfer baskı. Ayrıca, bir ben-V eğrisi açısından tek bir PTR karakterize eder. Üretim yöntemi ve tek hücre analiz yanı sıra, PTR dizi elektrik özelliği deforme Birleşik analiz edilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan imalat teknolojisi önemli ölçüde gelişmiş elektronik ve taşınabilir aygıtların ilerleme katkıda bulunur. Bu yaklaşım, temel kavramları ince bir Si zar ve metal interconnectors germe yetenekli kullanın. Si kolayca kırık kırılgan ve zor bir malzeme olmasına rağmen çok ince bir Si tabaka bir esneklik26,27elde edebilirsiniz. Metal Enterkonnektörü söz konusu olduğunda, dalgalı şekil esnekliği ve esneklik<sup class="xref"…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma yaratıcı malzemeleri bulma Program aracılığıyla Ulusal Araştırma Vakfı, Kore (ICT (NMK-2017M3D1A1039288) ve Bilim Bakanlığı tarafından finanse edilen NMG) tarafından desteklenmiştir. Ayrıca, bu Araştırma Enstitüsü (MSIP) (No.2017000709, fiziksel olarak unclonable şifreleme ilkel kullanarak entegre yaklaşımlar Kore hükümeti tarafından finanse edilen bilgi ve iletişim teknolojisi promosyon (IITP) hibe tarafından desteklenmiştir rast gele lazerler ve Optoelektronik).
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).
