Name: 基于侧向 NIPIN Phototransistors 的柔性图像传感器的研制 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 59 s
Description: 学习基于侧向NIPIN光电晶体管的柔性图像传感器制造方法，采用硅岛与可拉伸金属互连结构。该技术提升器件在形变下的电流稳定性，适用于曲面成像与可穿戴电子领域。

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本研究由韩国国家研究基金会（NRF）通过科学技术信息通信部资助的创意材料发现计划（NRF-2017M3D1A1039288）提供支持。此外，本研究还得到了韩国政府（MSIP）资助的信息通信技术促进研究所（IITP）项目（编号：2017000709，基于随机激光器与光电子学的物理不可克隆密码原语集成方法）的支持。

警告：某些化学品（即氢氟酸、缓冲氧化物刻蚀液、异丙醇 等等本方案中使用的试剂可能对健康有害。在进行任何样品制备之前，请查阅所有相关的材料安全数据表。使用适当的个人防护装备（例如，实验服、护目镜、手套）和工程控制措施（例如处理蚀刻剂和溶剂时，应在通风橱、湿法操作台等适当设施中进行。
1. 硅掺杂与隔离
注意：参见图1a - 1d。
<ol>
	<li>通过离子注入制备掺杂SOI晶圆，条件如下：掺杂剂为磷/硼，能量为80/50 keV，剂量为5 × 1015/3 × 1015 cm-3 n 的值+ 和 p+ 掺杂。为了恢复晶圆的结晶性，在离子注入后，将样品置于炉中于1,000 °C退火120分钟。采用国家纳米制造中心（NNFC）的离子注入工艺制备掺杂样品，以获得高工艺稳定性和深掺杂深度图1a).</li>
	<li>使用聚四氟乙烯（Teflon）镊子将切割好的样品浸入缓冲氧化物刻蚀液（BOE）中5秒以去除原生氧化层，随后依次用丙酮、异丙醇（IPA）和去离子水（DI水）清洗切割好的样品。</li>
	<li>形成用于硅隔离的光刻胶（PR）图形图1b).
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速匀胶正性光刻胶40秒，并将涂覆后的样品在90 °C下前烘90秒。使用光刻掩模对样品进行10秒紫外光曝光。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1分钟以显影图案，用去离子水清洗，并用氮气吹干2 用镊子夹住吹管。将样品在110 °C下硬烤5分钟，以固化光刻胶层。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀（ICP-RIE）对硅样品进行干法刻蚀，工艺参数为：100 W射频功率、0 W ICP功率、腔室压力30 mTorr、SF6 气体（40 sccm）持续6分钟（图1c).</li>
	<li>为了去除埋入的氧化层，使用聚四氟乙烯浸渍架将样品浸入49%氢氟酸中2分钟（图1d).</li>
	<li>依次使用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品。为去除水分，使用氮气干燥样品2 用镊子夹住吹管进行操作。</li>
</ol>
2. 沉积牺牲氧化层
注意：参见图1e - 1g。
<ol>
	<li>采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法沉积一层厚度为130 nm的SiO2牺牲层，沉积条件为：温度230 °C、射频功率20 W、压力1000 mTorr、SiH4气体（100 sccm）、N2O气体（800 sccm），沉积时间2 min（图1e）。</li>
	<li>对光刻胶（PR）层进行图形化，作为SiO2牺牲层的掩模（图1f）。
	<ol>
		<li>在样品上以4,000 rpm转速旋涂正性光刻胶40 s，并在90 °C下前烘90 s；随后使用光刻掩模对样品进行10 s紫外光曝光。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1 min以形成图形，用去离子水清洗，并用镊子夹持样品后以N2吹枪吹干；最后在110 °C下坚膜烘烤5 min，以硬化光刻胶层。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>为图形化PECVD氧化层，使用聚四氟乙烯（Teflon）浸渍架将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液（BOE）中30 s（图1g）。</li>
	<li>依次用丙酮、异丙醇（IPA）和去离子水清洗样品；为去除水分，用镊子夹持样品后以N2吹枪吹干。</li>
</ol>
3. 沉积第一层聚酰亚胺并进行第一次金属化
<ol>
	<li>以 4,000 rpm 转速在样品上旋涂聚酰亚胺（PI）60 秒，随后在热板上于 110 °C 退火 3 分钟、150 °C 退火 10 分钟，再在 N₂ 气氛中于 230 °C 退火 60 分钟2 通过提供 N 调节大气2 到烘箱（图1h).</li>
	<li>沉积 SiO2 使用 PECVD 在 230 °C 温度、20 W 射频功率、1,000 mTorr 压力条件下沉积厚度为 130 nm 的薄膜，SiH4 气体（100 sccm）和 N2O₂ 气体（800 sccm）处理 2 分钟。</li>
	<li>图案化 SiO2 作为PI干法刻蚀的硬掩模层（图1i).
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速匀胶正性光刻胶40秒，并将涂覆后的样品在90 °C下前烘90秒。使用光刻掩模对样品进行10秒紫外光曝光。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1分钟以显现出图案，用去离子水清洗，并用氮气吹干2 用镊子夹住吹管。将样品在110 °C下硬烤5分钟，以固化光刻胶层。</li>
		<li>为了对SiO进行图案化2 硬掩模，使用特氟龙浸渍器将样品浸入BOE中30秒，用去离子水清洗，并用N₂吹干2 用镊子夹住吹管进行操作。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用反应离子刻蚀（RIE）对PI进行干法刻蚀，工艺参数为30 W射频功率、O2 气体（30 sccm）和氩气（70 sccm）持续20分钟。</li>
	<li>使用特氟龙浸渍器，将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液（BOE）中30秒，以去除等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化层。</li>
	<li>依次使用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品。为去除水分，使用氮气吹干样品2 用镊子夹住吹管进行操作。</li>
	<li>通过溅射法沉积10 nm/200 nm厚度的Cr/Au。</li>
	<li>图案化 Cr/Au 金属层（图1j).
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速匀胶40秒，在样品上旋涂正性光刻胶，并于90 °C下软烘90秒。使用光刻掩模将样品暴露于紫外光下照射10秒。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1分钟以显影图案，用去离子水清洗，并用氮气吹干2 用镊子夹住吹管。为使光刻胶（PR）硬化，将样品在110 °C下坚膜5分钟。</li>
		<li>分别用湿法刻蚀剂刻蚀 Cr/Au 层 60 秒/20 秒。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>依次使用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品。为去除水分，用氮气吹干样品。2 用镊子夹住吹管进行操作。 
	注意：清洁过程必须非常小心，因为存在聚酰亚胺（PI）层剥离的风险。</li>
</ol>
4. 沉积第二层聚酰亚胺并进行第二次金属化
<ol>
	<li>以 4,000 rpm 转速在样品上旋涂 PI 60 秒，随后在热板上于 110 °C 退火 3 分钟，再于 150 °C 退火 10 分钟，最后在 N₂ 气氛中于 230 °C 退火 60 分钟2 通过提供 N 调节大气2 到烘箱（图1k).</li>
	<li>沉积 SiO2 使用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD），在230 °C温度、20 W射频功率、1,000 mTorr压力条件下，沉积厚度为130 nm的SiH薄膜层4 气体（100 sccm）和 N2O₂ 气体（800 sccm）处理 2 分钟。</li>
	<li>图案化 SiO2 作为干法刻蚀的硬掩模层（图1l).
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速在样品上旋涂正性光刻胶，持续40秒，随后将涂覆后的样品在90 °C下前烘90秒。使用光刻掩膜版将样品暴露于紫外光下照射10秒。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1分钟以显现出图案，用去离子水清洗，并用氮气吹干2 用镊子夹住吹管。将样品在110 °C下硬烤5分钟，以固化光刻胶层。</li>
		<li>为了对SiO进行图案化2 硬掩模，使用特氟龙浸渍器将样品浸入BOE中30秒，用去离子水清洗，并用N₂吹干2 用镊子夹住吹管进行操作。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用反应离子刻蚀（RIE）对PI进行干法刻蚀，工艺参数为30 W射频功率、O2 气体（30 sccm）和氩气（70 sccm）持续50分钟。</li>
	<li>使用特氟龙浸渍架，将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液（BOE）中30秒，以去除等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化层。</li>
	<li>依次使用丙酮、异丙醇（IPA）和去离子水（DI water）清洗样品。</li>
	<li>通过溅射镀膜法沉积10 nm/200 nm厚度的Cr/Au。</li>
	<li>图案化 Cr/Au 金属层（图1m).
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速匀胶正性光刻胶40秒，并将涂覆样品在90 °C下前烘90秒。使用光刻掩模对样品进行10秒紫外光曝光。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1分钟以显影图案，用去离子水清洗，并用氮气吹干2 用镊子夹住吹管。将样品在110 °C下硬烤5分钟，以固化光刻胶层。</li>
		<li>分别用湿法刻蚀剂刻蚀 Cr/Au 层 60 秒/20 秒。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>依次使用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品。</li>
	<li>使用镊子夹持洁净的基底，同时用氮气吹枪吹干，以去除水分。 
	注意：存在聚酰亚胺层剥离的风险，因此请非常小心地进行清洁操作。</li>
</ol>
5. 使用 PI 封装样品并通过通孔和网状结构打开
<ol>
	<li>以 4,000 rpm 转速在样品上旋涂 PI 60 秒，随后在热板上于 110 °C 退火 3 分钟，再于 150 °C 退火 10 分钟，最后在 N₂ 气氛中于 230 °C 退火 60 分钟2 通过提供 N 调节大气2 放入烘箱（图1n).</li>
	<li>沉积 SiO2 使用 PECVD 在 230 °C 温度、20 W 射频功率、1,000 mTorr 压力条件下沉积厚度为 650 nm 的薄膜，采用 SiH4 气体（100 sccm）和 N2O₂ 气体（800 sccm）处理 8 分钟。</li>
	<li>图案化 SiO2 作为干法刻蚀的硬掩模层。
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速匀胶40秒，在样品上旋涂正性光刻胶，并于90 °C下前烘90秒。使用光刻掩模对样品进行10秒紫外光曝光。</li>
		<li>将样品浸入显影液中 2 min 以显现出图案，用去离子水清洗，并用 N₂ 吹干2 用镊子夹住吹管。在110 °C下硬烤样品5分钟，以固化光刻胶层。</li>
		<li>为了对SiO进行图案化2 硬掩模，使用特氟龙浸渍器将样品浸入BOE中1分30秒，用去离子水清洗，并用N₂吹干2 用镊子夹住吹管进行操作。 
		注意：由于图案尺寸较小，需要比之前的显影时间更长的显影时间。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用反应离子刻蚀（RIE）对PI进行干法刻蚀，工艺参数为30 W射频功率、O2 气体（30 sccm）和氩气（70 sccm）持续75分钟。</li>
	<li>使用ICP-RIE对硅进行干法刻蚀，工艺参数为：100 W射频功率、0 W ICP功率、腔室压力30 mTorr、SF₆流量40 sccm6 气体处理6分钟（图1o).</li>
	<li>使用特氟龙浸渍架，将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液（BOE）中 1 分 30 秒，以去除等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化层。</li>
	<li>依次用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品。</li>
	<li>沉积 SiO2 使用 PECVD 在 230 °C 温度、20 W 射频功率、1000 mTorr 压力条件下沉积厚度为 130 nm 的薄膜层，采用 SiH4 气体（100 sccm）和 N2O₂ 气体（800 sccm）处理 2 分钟。</li>
	<li>图案化 SiO2 作为干法刻蚀的硬掩模层。
	<ol>
		<li>以4,000 rpm转速匀胶40秒，在样品上旋涂正性光刻胶，并于90 °C下前烘90秒。使用光刻掩模对样品进行10秒紫外光曝光。</li>
		<li>将样品浸入显影液中1分钟以显现出图案，用去离子水清洗，并用氮气吹干2 用镊子夹住吹管。将样品在110 °C下硬烤5分钟，以固化光刻胶层。</li>
		<li>为了对SiO进行图案化2 硬掩模，使用聚四氟乙烯浸渍器将样品浸入BOE中1分30秒，用去离子水清洗，并用N₂吹干2 用镊子夹住吹管进行操作。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用反应离子刻蚀（RIE）对PI进行干法刻蚀，射频功率为30 W，O₂2 气体（30 sccm）和氩气（70 sccm）持续75分钟。</li>
	<li>使用特氟龙浸渍器，将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液（BOE）中30秒，以去除等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化层。</li>
	<li>依次使用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品。为去除水分，用氮气吹干洁净的样品。2 用镊子夹住吹管进行操作。</li>
</ol>
6. 刻蚀牺牲层并将样品转移至柔性基底
注意：参见图2。
<ol>
	<li>将样品浸入49%氢氟酸中20分钟，以刻蚀牺牲层（图 2a；插图）。</li>
	<li>用去离子水冲洗样品。</li>
	<li>利用擦拭片的毛细现象吸收基底与器件之间的水分后，用氮气吹干洁净的样品2 用镊子夹住吹管，吹去残留的水分（图2a).
	<ol>
		<li>对样品进行冲洗和干燥操作。由于器件与基底之间的粘附性较低，此过程必须小心进行，以避免器件与基底发生分离。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用碳导电胶带固定样品，并贴附水溶性胶带。</li>
	<li>立即剥离水溶性胶带，以防止器件残留在基底上（图2b).</li>
	<li>确认样品已粘附在水溶性胶带上。</li>
	<li>将样品转移至聚二甲基硅氧烷（PDMS）包被的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜上（图 2c).
	<ol>
		<li>制备PDMS（预聚物与固化剂按10:1比例混合），并通过脱气去除PDMS中的气泡。</li>
		<li>在PET薄膜上以1,000 rpm转速旋涂PDMS，持续30秒，随后将PET薄膜置于110 °C热板上烘烤10分钟。</li>
		<li>将样品暴露于紫外光下30秒以增强PDMS的粘附性，随后将带有样品的水溶性胶带贴附至PDMS涂层的PET膜上。 
		注意：紫外处理可增强PDMS表面的粘附性。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用移液管小心地将水滴加到水溶性胶带上，以去除该胶带。用缓慢的水流冲洗以除去水溶性胶带，防止水流将器件冲走。用氮气缓慢干燥样品2 用镊子夹住吹管的同时吹气图 2d).</li>
</ol>

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文所述的制造技术对先进电子器件和可穿戴设备的发展具有重要意义。该方法的基本原理是采用一层薄硅膜和具有拉伸能力的金属互连结构。尽管硅是一种脆性且坚硬的材料，容易发生断裂，但极薄的硅层可以获得柔韧性26,27。对于金属互连结构而言，其波浪形结构可提供拉伸性和柔韧性28,29。特别是，这些金属互连结构作为电极，使整个器件能够以矩阵形式工作。在最后一步中实现的开放式网状矩阵结构，以有序的方式赋予器件柔软性。结合薄硅层和蛇形电极的优点，该设计实现了应力隔离并释放了器件的几何形变能力。此外，包围整个器件的聚酰亚胺（PI）层同时具有抗反射效果，并能保护器件免受裂纹或缺陷的影响。通过使用转移印刷方法，所制备的器件可被转移至柔性基底上，从而确保器件具备可变形的条件。通过本文所介绍的工艺步骤，可将具有优异器件特性与成熟工艺优势的硅器件实现为可变形电子器件。
为了获得暗...

与传统成像系统相比，仿生成像系统具有诸多优势1,2,3,4,5。视网膜或半球形小眼结构是生物视觉系统的重要组成部分1,2,6。模仿动物眼睛关键结构的曲面图像传感器，能够以紧凑简单的结构实现光学系统，并具有较低的像差7。在制造技术与材料方面的多种进展，例如使用本征柔软的有机/纳米材料8,9,10,11,12，以及将可变形结构引入硅（Si）和锗（Ge）等半导体材料中1,2,3,13,14,15,16,17，已实现了曲面图像传感器的制备。其中，基于硅的方法具有材料丰富、技术成熟、稳定性高以及光电性能优越等固有优势。因此，尽管硅本身具有固有的刚性和脆性，基于硅的柔性电子器件仍被广泛研究，并应用于多种领域，如柔性光电子器件18,19,20（包括曲面图像传感器1,2,3），乃至可穿戴健康监测设备21,22。
在最近的一项研究中，我们分析并改进了薄硅光电探测器阵列的电学性能23。在该研究中，弯曲光电探测器阵列的最优单单元结构为包含光电二极管和阻断二极管的光电晶体管（PTR）类型。其基极结增益可放大产生的光电流，因此为在薄膜结构中提升电学性能提供了一种途径。除了单个单元外，薄膜结构还适用于抑制暗电流，而暗电流在光电探测器中被视为噪声。关于掺杂浓度，当浓度高于1015 cm-3时，即可实现优异的性能，使二极管特性在光强超过10-3 W/cm2的条件下仍得以保持23。此外，与光电二极管相比，PTR单单元具有较低的列噪声以及良好的光学/电学稳定性。基于这些设计原则，我们利用绝缘体上硅（SOI）晶圆制备了一种由薄硅PTR构成的柔性光电探测器阵列。通常，柔性图像传感器的一个重要设计原则是中性机械面概念，该概念定义了结构厚度方向上应变接近于零的位置，适用于任意小的曲率半径r24。另一个关键点是电极的蛇形几何结构，因为波浪形设计可使电极具备完全可逆的拉伸性。由于这两个重要的设计理念，光电探测器阵列具有柔性和可拉伸性，从而便于将光电探测器阵列三维形变为半球形或类似动物眼睛视网膜的曲面形状2。
在本研究中，我们详细阐述了利用半导体制造工艺制备曲面PTR阵列的流程例如掺杂、刻蚀和沉积）以及转移印刷技术。此外，我们通过I-V曲线对单个PTR进行表征。除了制备方法和单个器件分析外，还分析了PTR阵列在形变状态下的电学特性。

<table><tbody><tr><td>MBJ3</td><td>karl suss</td><td>MJB3 UV400 掩模对准器</td><td>掩模对准器</td></tr><tr><td>80 plus RIE</td><td>Oxford instruments</td><td>Plasmalab 80 Plus 用于 RIE</td><td>ICP-RIE</td></tr><tr><td>80 plus PECVD</td><td>Oxford instruments</td><td>Plasmalab 80 Plus 用于 PECVD,</td><td>PECVD</td></tr><tr><td>SF-100ND</td><td>Rhabdos Co., Ltd.</td><td>SF-100ND</td><td>旋涂仪</td></tr><tr><td>聚酰亚胺</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>575771</td><td>聚（均苯四甲酸二酐-共-4,4&amp;prime;-二氨基二苯醚）酰胺酸溶液</td></tr><tr><td>绝缘体上硅（SOI）晶圆，8英寸</td><td>Soitec</td><td>绝缘体上硅（SOI）晶圆，8英寸</td><td>8英寸SOI晶圆（硅层厚度：1.25&amp;mu;m）</td></tr><tr><td>丙酮</td><td>Duksan Pure Chemicals Co., Ltd.</td><td>3051</td><td>丙酮</td></tr><tr><td>异丙醇（IPA）</td><td>Duksan Pure Chemicals Co., Ltd.</td><td>4614</td><td>异丙醇（IPA）</td></tr><tr><td>缓冲氧化物刻蚀液 6:1</td><td>Avantor</td><td>1278</td><td>缓冲氧化物刻蚀液 6:1</td></tr><tr><td>HSD150-03P</td><td>Misung Scientific Co., Ltd</td><td>HSD150-03P</td><td>加热板</td></tr><tr><td>AZ5214</td><td>Microchemical</td><td>AZ5214</td><td>光刻胶</td></tr><tr><td>MIF300</td><td>Microchemical</td><td>MIF300</td><td>显影液</td></tr><tr><td>SYLGARD184</td><td>Dow Corning</td><td>SYLGARD184</td><td>聚二甲基硅氧烷弹性体</td></tr><tr><td>氢氟酸&amp;nbsp;</td><td>Duksan Pure Chemicals Co., Ltd.</td><td>2919</td><td>氢氟酸&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>CR-7</td><td>KMG Chemicals, Inc</td><td>210023</td><td>铬掩模刻蚀液</td></tr><tr><td>MFCD07370792</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>651842</td><td>金刻蚀液</td></tr></tbody></table>

基于横向nipin光电晶体管的柔性图像传感器制备

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

柔性光电探测器因其在曲面图像传感器中的应用而受到广泛研究，而曲面图像传感器是生物启发成像系统中的关键组件。然而仍存在若干挑战，例如由于活性层较薄导致的光吸收效率低以及柔韧性不足的问题。本文提出一种先进方法，用于制备具有优异电学性能的柔性光电晶体管阵列。优异的电学性能源于通过深杂质掺杂实现的低暗电流。可拉伸且柔性的金属互连结构在高度形变状态下同时提供了电学与机械稳定性。本实验方案详细描述了使用薄硅膜制备光电晶体管的具体工艺流程。通过对完成器件在形变状态下的I-V特性进行测量，我们验证了该方法可显著提升光电晶体管阵列的机械与电学稳定性。我们预期，这种柔性光电晶体管的制备方法不仅可广泛应用于新一代成像系统/光电子器件，还可拓展至触觉/压力/温度传感器及健康监测等可穿戴设备领域。

图3a 和3b展示了基于先前研究2,23设计并制备的NIPIN型PTR结构。图3a插图展示了PTR的基本I-V特性。图3b显示了PTR的详细结构参数。SOI晶圆上Si层的掺杂工艺采用NNFC的离子注入实现。掺杂深度约为1.25 µm，与Si层厚度相等，n+和p+区域的掺杂浓度均约为1019 cm-3。顶层Si层上的掺杂分布呈指状结构。由指状掺杂在n+区与p+区之间形成的侧向耗尽区有助于减少光生载流子的损失25。此外，指状掺杂扩展了产生光生载流子的有效区域，从而提高了器件...

我们提出一种用于曲面图像传感器的可变形横向NIPIN光电晶体管阵列的详细制备方法。该光电晶体管阵列采用开放网状结构，由薄硅岛和可拉伸金属互连组成，具有柔韧性和可拉伸性。使用参数分析仪表征所制备光电晶体管的电学特性。

基于横向NIPIN光电晶体管的柔性图像传感器制备

柔性光电探测器因其在曲面图像传感器中的应用而受到广泛研究，曲面图像传感器是生物仿生成像系统中的关键组件，……

我们的方法有助于推动柔性半导体器件制造领域的发展。本制备工艺的主要优势在于，通过提高器件在形变条件下的电流稳定性，从而改善电流传导性能。准备一个绝缘体上硅（SOI）的DUB样品。该样品已准备好进行后续步骤中的硅分离。此为其层状结构的示意图。灰色代表硅，绿色代表二氧化硅。红色和蓝色分别为 N 型重掺杂区和 P 型重掺杂区。在样品上以 4,000 rpm 的转速旋涂正性光刻胶，持续 40 秒。接着，将样品置于加热板上，在 90 摄氏度下进行前烘 90 秒。软烘后，将样品转移至紫外光刻装置。在此处，将掩模应用于样品，持续10秒。随后取出样品进行显影。将样品浸入显影液中显影一分钟。然后用去离子水清洗样品，并用氮气吹干。接着，在 110 摄氏度下对样品进行坚膜处理五分钟。此示意图表示此时样品的各层结构。接下来使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀仪对样品进行干法刻蚀，持续六分钟。完成后，样品具有此结构。下一步是去除埋入的氧化层。为此，配制浓度为49%的氢氟酸溶液，将样品浸入其中两分钟，以去除埋入的氧化层。经过酸浴处理，随后进行清洗和干燥，硅隔离即已完成。下一步是等离子体增强化学气相沉积。在两分钟内，在样品上沉积一层130纳米的二氧化硅牺牲层。在样品上旋涂正性光刻胶，随后进行前烘。使用光刻掩模，将样品暴露于紫外光下照射10秒。此图为样品显影后，在110摄氏度下坚膜烘烤5分钟后的示意图。准备一容器缓冲氧化物刻蚀液，将样品浸入其中30秒。清洗并干燥后，可部分去除CVD氧化层。通过旋涂法在样品上沉积聚酰亚胺。将其转移至加热板，在110摄氏度下退火3分钟，然后在150摄氏度下退火10分钟。随后，将样品移至氮气氛围的烘箱中，在230摄氏度下继续退火60分钟。聚酰亚胺层覆盖在样品表面，为二氧化硅牺牲层提供成膜表面。继续通过等离子体增强化学气相沉积法沉积一层130纳米的二氧化硅层，持续两分钟。使用正性光刻胶进行掩模，曝光10秒紫外光，然后显影。进行前烘和坚膜烘烤。将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液中30秒以形成硬掩模，随后清洗并干燥样品。接下来，使用反应离子刻蚀对聚酰亚胺进行20分钟的干法刻蚀。用缓冲氧化物刻蚀液去除氧化层，然后清洗并干燥样品。现在，将样品送至溅射仪中沉积铬和金。随后，旋涂正性光刻胶，再应用光刻掩模。该样品已显影一分钟，并在110摄氏度下坚膜5分钟。使用湿法刻蚀剂刻蚀铬层和金层20秒，使样品达到此状态。在铬和金的湿法刻蚀之后，去除光刻胶时需格外小心，否则金层可能剥落。第二层聚酰亚胺的沉积和第二次金属化步骤与第一次完全相同。旋涂并退火第二层聚酰亚胺，以形成如本图所示的多层结构。沉积并图形化一层二氧化硅作为干法刻蚀的硬掩模层。随后，在图形化之前，溅射镀覆20纳米铬和200纳米金。首先，在其上再旋涂一层聚酰亚胺并进行退火处理。采用等离子体增强化学气相沉积法，在八分钟内沉积一层650纳米的二氧化硅层。在样品上旋涂正性光刻胶后，使用紫外光刻技术应用掩模。将样品显影，进行坚膜处理，然后通过浸入缓冲氧化物刻蚀液中对二氧化硅进行图形化。使用反应离子刻蚀法对聚酰亚胺进行75分钟的干法刻蚀，随后采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀对硅进行6分钟的干法刻蚀。现在可以开始刻蚀氧化物牺牲层了。将样品浸入49%氢氟酸中20分钟。取出后冲洗并干燥样品，然后继续后续操作。使用氢氟酸刻蚀牺牲层时，必须密切监测刻蚀进程。确保您的课程，设备可能会脱落。现在，用粘附在基底上的碳带固定样品，然后将水溶性胶带贴在有图案的一侧。接下来，立即剥离水溶性胶带，以防止器件残留在基底上。取脱气的PDMS，按10:1的预聚物与固化剂比例配制。此外，准备足够的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜以覆盖样品。将聚二甲基硅氧烷（PDMS）以 1,000 rpm 的转速旋涂于薄膜上，持续 30 秒。随后将薄膜置于加热板上，在 110 摄氏度下烘烤 10 分钟。完成此操作后，将样品置于水溶性胶带上，并用紫外光照射30秒。现在，同时处理样品和薄膜。将带有样品的水溶性胶带贴附到涂有PDMS的PET薄膜上。用移液管小心地将水滴加到水溶性胶带上，以将其从薄膜上去除。使用缓慢的水流冲走水溶性胶带。最后，用镊子夹住样品，用氮气吹干枪吹干。这是转移至 PET 薄膜前的光电晶体管阵列。它由本图所示的重复光电晶体管单元组成。聚酰亚胺封装的蛇形电极使该器件具有可拉伸性。这是将器件转移至PDMS涂层PET薄膜后的状态。为在不同条件下测量IV特性，可使用与此类似的装置。注意曲率半径的定义。这些是具有不同曲率半径的光电晶体管阵列的电流-电压（IV）特性测量结果。该阵列的电学特性与曲率半径无关。本图展示了在不同曲率半径下，光电流与暗电流的比值随电压变化的关系。动态范围在两伏偏置电压以上约为600或更高。插图显示了在测试的曲率极端条件下的暗电流曲线。其低暗电流值导致了高动态范围。一旦掌握，该技术可在48小时内完成，前提是操作得当。在进行此操作时，重要的是避免任何可能导致电极从其基底上剥离的行为。在此步骤完成后，可根据需要执行其他方法，例如使用其他气体进行聚合物刻蚀，只要这些方法可在与干法刻蚀不同的条件下使用即可。该技术问世后，为柔性器件领域的研究人员探索仿生成像尝试开辟了道路。观看本视频后，您应能够充分掌握柔性半导体器件的制备方法。请注意，操作所需试剂可能存在极高危险性，因此在实验过程中必须采取防护措施，例如在操作时佩戴口罩、使用通风橱和头部防护装备。

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科研

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工程

基于侧向 NIPIN Phototransistors 的柔性图像传感器的研制

本方案描述了无机纳米晶体的逐层合成及其溶液沉积方法，用于在非导电表面制备薄膜电子器件。经溶剂稳定的墨水可通过旋涂和喷雾涂覆，在玻璃基底上形成完整的光伏器件，随后进行沉积后配体交换和烧结处理。...

全溶液法制备无机纳米晶光伏器件

本文介绍了一种在纺织品上选择性沉积有机材料的方案，可实现有机电子器件与可穿戴设备的直接集成。所制备的器件能够完全集成于纺织品中，在保持其机械外观的同时赋予其传感功能。...

一种用于纺织品上有机电子器件的简单且可扩展的制备方法

我们描述了光子温度计的制备与测试过程。...

光子温度计的制备与测试

本实验方案的目标是制备可在连续光照下发生机械振荡的液晶高分子薄膜。我们详细描述了自支撑薄膜的制备过程，涵盖从液晶取向方法到光致驱动的各个环节。用于制备该材料的实验方案具有广泛的适用性。...

用于光诱导宏观振荡运动的液晶网络制备

本文旨在介绍一种标准且可靠的制备工艺，用于未来低维纳米电子器件的开发。...

一种制备二维纳米电子器件的标准且可靠的方法

本文介绍一种在增材制造的基底和箔膜上制备喷墨打印多层传感器结构的实验方案。...

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本文介绍了包含光学相控阵的氮化硅集成光子电路的操作方法。该电路可用于发射近红外波段的低发散激光束，并在二维方向上进行光束...

晶圆级测试平台上氮化硅集成光学相控阵的表征

本方案提供了实施多光子光刻技术的详细步骤，用于在基于聚乙二醇的水凝胶中制备三维荧光基准标记阵列，作为无需参考物的牵引力显微镜检测平台。通过本方案，可简化三维材料应变的测量及细胞牵引力的计算，从而实现高通量牵引力测量。...

无参考牵引力显微镜平台的构建与应用

本研究描述并表征了微型自动光泳捕获装置的制备方法。...

微型自动光泳捕获装置的制备与测试

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用于先进成像的微结构成像窗中可植入光学器件的微加工 体内 成像

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基于溶液门控氧化铟锡一体化晶体管的制备及其在高灵敏生物传感中的应用

学习基于侧向NIPIN光电晶体管的柔性图像传感器制造方法，采用硅岛与可拉伸金属互连结构。该技术提升器件在形变下的电流稳定性，适用于曲面成像与可穿戴电子领域。

基于横向NIPIN光电晶体管的柔性图像传感器制备

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