ייצור של חיישן גמיש בהתאם לרוחב NIPIN Phototransistors
23 ביוני 2018
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.
הגישה שלנו יכולה לעזור לקדם את ההתקדמות בתחום ייצור התקני מוליכים למחצה מכופפים. היתרון העיקרי של הליך הייצור שלנו הוא שהוא משפר את הזרם החשמלי על ידי ייצוב זרם של המכשירים הנמצאים בעיוות. הכן סיליקון DUB על מבודד דגימה.
דגימה זו מוכנה לבידוד סיליקון בשלבים הבאים. זהו ייצוג סכמטי של מבנה השכבות שלו. אפור מייצג סיליקון, ירוק, צורן דו-חמצני.
אדום וכחול הם אזורים מסוממים N-plus ו-P-plus, בהתאמה. סובב שכבת פוטו-התנגדות חיובית על הדגימה ב-4,000 סל"ד למשך 40 שניות. לאחר מכן, קחו את הדגימה לצלחת חמה כדי לאפות אותה רכה בחום של 90 מעלות צלזיוס למשך 90 שניות.
לאחר האפייה הרכה, קח את הדגימה להגדרת פוטוליתוגרפיה אולטרה סגולה. שם, מרחו מסכה על הדגימה למשך 10 שניות. אחזר את הדגימה כדי לפתח אותה.
עשה זאת על ידי טבילה במפתח למשך דקה אחת. לאחר מכן יש לנקות את הדגימה במים נטולי יונים, ולייבש אותה עם אקדח החנקן. לאחר מכן, אופים קשה את הדגימה בחום של 110 מעלות צלזיוס למשך חמש דקות.
תרשים זה מייצג את שכבות המדגם בשלב זה. המשיכו לייבש את הדגימה עם תחריט יונים מגיב פלזמה בצימוד אינדוקטיבי למשך שש דקות. בסיום, לדוגמא יש מבנה זה.
השלב הבא הוא הסרת שכבת התחמוצת הקבורה. לשם כך, הכינו תמיסה של 49% של חומצה הידרופלואורית. טובלים בו את הדגימות למשך שתי דקות כדי להסיר את שכבת התחמוצת הקבורה.
לאחר אמבט החומצה, ואחריו ניקוי וייבוש, בידוד הסיליקון הושלם. השלב הבא כולל שקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה. במשך שתי דקות, הפקידו שכבת קורבן של 130 ננומטר סיליקון דו חמצני על הדגימה.
פוטו-רזיסט חיובי של מעיל ספין על הדגימה, ואחריו אפייה רכה. השתמש במסכת פוטוליתוגרפיה וחשוף את הדגימה לאור UV למשך 10 שניות. זהו ייצוג של הדגימה לאחר פיתוחה, ונאפה קשה בחום של 110 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות.
הכן מיכל של תחריט תחמוצת חוצץ, וטבול בו את הדגימה למשך 30 שניות. לאחר ניקוי וייבוש, התוצאה היא הסרה חלקית של שכבת תחמוצת CVD. הפקידו פולימיד על ידי ציפוי ספין על הדגימה.
מעבירים אותו לפלטה כדי להתחיל לחשל אותו בחום של 110 מעלות צלזיוס למשך שלוש דקות, ואז בחום של 150 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. לאחר מכן, העבירו את הדגימה לתנור עם אווירת חנקן, והמשיכו לחשל אותה בטמפרטורה של 230 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות. שכבת פולימיד מכסה את הדגימה, ומספקת משטח לשכבת קורבן סיליקון דו חמצני.
המשך בהפקדת שכבת צורן דו חמצני של 130 ננומטר עם שקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה למשך שתי דקות. השתמש בפוטו-רזיסט חיובי כדי למרוח מסכה, עם 10 שניות של אור UV, ואז לפתח. בצע אפייה רכה וקשה.
צרו מסכה קשה על ידי טבילת הדגימה בתחריט תחמוצת חוצץ למשך 30 שניות, ולאחר מכן ניקוי וייבוש. לאחר מכן, יבש את קצה הפולימיד באמצעות תחריט יון תגובה למשך 20 דקות. הסר את שכבת התחמוצת עם תחריט תחמוצת חוצץ, ולאחר מכן נקה וייבש את הדגימה.
כעת, קח את הדגימה למרסס כדי להפקיד כרום וזהב. לאחר מכן, יש לסובב את הפוטו-רזיסט החיובי לפני מריחת מסכת פוטוליתוגרפיה. דגימה זו פותחה במשך דקה אחת, ונאפתה קשה בחום של 110 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות.
חרטו את שכבות הכרום והזהב בתחריט רטוב למשך 20 שניות, כדי להביא את הדגימה למצב זה. לאחר תחריט רטוב של כרום וזהב, היזהר בעת הסרת הפוטו-רזיסט, אחרת הזהב עלול להתקלף. תצהיר שכבת הפולימיד השני ושלבי המתכת השניים ממשיכים בדיוק כמו הראשונים.
סובב ציפוי וחשל את השכבה השנייה של פולימיד כדי לייצר שכבות כמו בתרשים זה. הפקידו ודפרו שכבת תחמוצת סיליקון כשכבת מסכה קשה לתחריט יבש. לאחר מכן, ציפוי מקרטע של 20 ננומטר של כרום ו-200 ננומטר של זהב לפני שתעצב אותו.
התחל בהוספת שכבה מצופה ספין נוספת של פולימיד וחישול שלה. השתמש בתצהיר אדים כימי משופר בפלזמה כדי להפקיד שכבת צורן דו חמצני של 650 ננומטר במשך שמונה דקות. לאחר ציפוי פוטו-רזיסט חיובי על הדגימה, יש למרוח מסכה עם פוטוליתוגרפיה UV.
פתח את הדגימה, אפה אותה קשה ודפוס את הסיליקון הדו-חמצני על ידי טבילתו בתחריט תחמוצת חוצץ. השתמש בתחריט יונים תגובתי כדי לייבש את הפולימיד למשך 75 דקות, ולאחר מכן יבש את הסיליקון למשך שש דקות עם תחריט יונים תגובתי פלזמה בצימוד אינדוקטיבי. עכשיו הגיע הזמן לחרוט את שכבת הקורבן של התחמוצת.
טבלו את הדגימה בחומצה הידרופלואורית 49% למשך 20 דקות. אחזר, שטוף וייבש את הדגימה לפני שתמשיך. כאשר אתה חורט את שכבת ההקרבה בחומצה הידרופלואורית, חשוב לעקוב אחר התקדמות התחריט.
ודא את המסלול שלך, המכשיר עלול להתקלף. כעת, החזק את הדגימה עם סרט פחמן המונח על המצע. לאחר מכן חבר סרט מסיס במים לצד המעוצב.
לאחר מכן, הפשיטו את הסרט המסיס במים ברגע. זה מונע מהמכשיר להישאר על המצע. קבל PDMS נטול גזים בתערובת של 10 ל-1 פרה-פולימר לחומר ריפוי.
כמו כן, השג סרט PET מספיק כדי לכסות את המדגם. סובב את הסרט עם ה-PDMS ב-1,000 סל"ד למשך 30 שניות. לאחר מכן אפיית הסרט על פלטה בחום של 110 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.
כאשר זה נעשה, קבל את הדגימה על הסרט המסיס במים וחשוף אותה לאור UV למשך 30 שניות. עכשיו, עבדו גם עם המדגם וגם עם הסרט. חבר את הסרט המסיס במים עם הדגימה לסרט ה-PET המצופה PDMS.
בעזרת פיפטה, זרוק בזהירות מים על הסרט המסיס במים כדי להסיר אותו מהסרט. השתמש בזרימה איטית של מים כדי לטאטא את הסרט המסיס במים. לבסוף, החזיקו את הדגימה בעזרת מלקחיים וייבשו אותה בעזרת אקדח מכת חנקן.
זהו מערך הפוטו-טרנזיסטור לפני העברתו לסרט PET. הוא מורכב מתאי פוטו-טרנזיסטור חוזרים המתוארים בתמונה זו. אלקטרודות הסרפנטין העטופות בפולימיד מאפשרות למכשיר להימתח.
הנה המכשיר לאחר ההעברה לסרט PET מצופה PDMS. כדי למדוד את מאפייני העירוי בתנאים שונים, השתמש במערך דומה לזה. שימו לב להגדרת רדיוס העקמומיות.
אלו הן מדידות של מאפייני ה-IV של מערך הפוטו-טרנזיסטורים, עם רדיוסי עקמומיות שונים. התכונות החשמליות של המערך אינן תלויות ברדיוס העקמומיות. תרשים זה הוא של היחס בין הפוטו-זרם לזרם הכהה, כפונקציה של מתח, עבור רדיוסי עקמומיות שונים.
התחום הדינמי הוא כ-600 או יותר מעל מתח הטיה של שני וולט. בשיבוץ יש עלילות של הזרם הכהה בקיצוניות העקמומיות שנבדקו. הערך הנמוך שלו גורם לטווח הדינמי הגבוה.
לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 48 שעות, אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב להימנע מכל פעולה שעלולה לקלף את האלקטרודות מהמצע שלה. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות, כמו תחריט פולימרי עם גזים אחרים, אם ניתן להשתמש בהן בתנאים שונים מאלה המשמשים בתחריט יבש.
לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום המכשירים הגמישים לחקור ניסיונות תמונה בהשראת ביו. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר מכשיר מוליכים למחצה גמיש. אל תשכח שעבודה עם הריאגנטים הדרושים עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות, כגון שימוש במסכות, ברדסים וכיסויי ראש בתחנה שלך, בעת ביצוע הליך זה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה לייצור מערך פוטוטרנזיסטורי NIPIN לטרסי, הניתן לעיוות ומיועד עבור חיישני תמונה מעוקלים. המערך כולל מבנה רשת פתוחה, המורכב מאיים דקיקים של סיליקון ומוליכים מתכתיים נמתחים, המשפרים את הגמישות ואת היכולת להימתח.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- ייצור התקני מוליכים למחצה
- אלקטרוניקה גמישה
- טכנולוגיית פוטוטרנזיסטורים
רקע
- התקדמויות במכשירים מוליכים למחצה גמישים הן קריטיות עבור האלקטרוניקה המודרנית.
- מכשירים הניתנים לעיוות יכולים לשפר את הביצועים תחת מאמץ מכני.
- שילוב של חומרים נמתחים יכול להגביר את יישומיהם של המכשירים.
- הבנת התכונות החשמליות תחת עיוות היא חיונית לאמינות המכשיר.
מטרת המחקר
- לשיפור יציבות זרם החשמל בפוטוטרנזיסטורים במהלך דהפורמציה.
- לפיתוח שיטה לייצור מערכי פוטוטרנזיסטורים גמישים.
- לאפיין את התכונות החשמליות של ההתקנים שיוצרו.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- ייצור של דגימת סיליקון על מבודד (silicon on insulator) מסוג DUB.
- בידוד של הסיליקון בשלבים הבאים.
- אפיון של תכונות חשמליות באמצעות מנתח פרמטרים.
- תכנון של ייצוג סכימטי של מבנה השכבות.
תוצאות עיקריות
- מערך הפוטוטרנזיסטורים המיוצר מדגים גמישות משופרת.
- תכונות חשמליות מראות יציבות זרם משופרת תחת דהפורמציה.
- מבנה הרשת הפתוחה מאפשר שילוב יעיל בחשובים מעוקלים.
- תוצאות האפיון מאששות את ביצועי ההתקנים.
מסקנות
- המחקר מציג בהצלחה שיטה ליצירת מערכי פוטוטרנזיסטורים ניתנים לעיוות.
- הושגה יציבות משופרת של זרם חשמלי תחת עיוות.
- עבודה זו תורמת לקידום טכנולוגיית האלקטרוניקה הגמישה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שיטה זו מאפשרת ייצור של מערכי פוטוטרנזיסטורים גמישים בעלי ביצועים חשמליים יציבים תחת עיוות מכני, ובכך היא נותנת מענה לאתגר מרכזי בפיתוח חיישנים לבישים ודימוג בהשראה ביולוגית. באמצעות שיפור יציבות הזרם והטווח הדינמי תחת קימור, הגישה תומכת בהעברה אמינה של אותות במבנים שאינם מישוריים. היא מקדמת את הפוטנציאל היישומי של פוטודיטקטורים מבוססי מוליכים למחצה עבור פלטפורמות אבחון וניטור מהדור הבא, הדורשות אינטגרציה קונפורמית עם משטחים ביולוגיים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר קריאה אופטית של אינטראקציות ביו-מולקולריות בפורמטים גמישים, התומכים בתיקוף מטרות בהקשרים מכניים רלוונטיים פיזיולוגית.
- ערך תפעולי: מספק פלטפורמה לסריקת ליגנדים או אנליטים במקרים שבהם נדרשת התאמה של המכשיר לממשקים ביולוגיים מעוקלים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מסייע בפיתוח של חיישנים ביולוגיים לבישה או להשתלה עם גילוי פוטוני יציב תחת מאמץ, המאפשר ניטור רציף של סממנים ביולוגיים.
- ערך תפעולי: מציע נתיב ייצור הדיר עבור מערכי חיישנים גמישים התואמים לסריקה בתושבה גבוהה של תרכובים ביו-אקטיביים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תומך בהערכה פרה-קלינית של מכשירים שחייבים לשמור על תפקודם במהלך דפורמציה דמוית-רקמה, ובכך משפר את רמת הביטחון החזויה בממשקים ביו-אלקטרוניים.
- ערך תפעולי: מאפשר מחזורי תכנון-בדיקה איטרטיביים עבור חיישנים להשתלה, שבהם התאימות המכנית קשורה לאינטגרציה רקמתית לטווח ארוך.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי על ידי אספקת מנגנון קריאה הניתן להעברה עבור יישומים של חישה ביולוגית, במיוחד כאשר גמישות מכנית היא תנאי מוקדם למעורבות המטרה או לתגובה פנוטיפית.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת היפותזות במכנobiology על ידי מתן אפשרות לזיהוי אופטי של תגובות תאיות תחת דפורמציה מבוקרת.
- סריקה: מספק מערכי פוטו-דטקטורים גמישים המוכנים לבדיקה, עם יחסי זרם פוטו-אלקטרי לזרם חשיכה מדידים, החיוניים להערכת Z'-factor במערכי סריקה.
- אנליטיקה: מייצר מאפייני IV יציבים ומדדי טווח דינמי (>600 במתח Bias של 2V) המאפשרים השוואה כמותית של התגובה הפוטו-אלקטרית תחת תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: מגשר בין שלב הגילוי לשלבים הפרה-קליניים על ידי תיקוף ביצועי המכשיר תחת קימור רלוונטי פיזיולוגית, ובכך מפחית את הסיכון בקידום מוניטורים לבישה.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה ניתנת להרחבה לאלקטרוניקה אופטית גמישה, שניתן להתאימה למספר תוכניות של זיהוי ביומרקרים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתכנון חיישנים ביולוגיים על ידי הפרדת הביצועים החשמליים מהמאמץ המכני.
- ערך תפעולי: מספק הדירות בייצור התקנים גמישים באמצעות שלבים מוגדרים הכוללים HF etching, PECVD ומטליזציה.
- ערך אסטרטגי: מפחית את הסיכון לכשל בשלבים מאוחרים של ניטורי בריאות לבישים על ידי הבטחת נאמנות האות תחת מאמץ מכני.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכון של טכנולוגיות חיישנים תואמות (conformable) ליישומים של נקודת טיפול וניטור רציף.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במיקרו-פבריקציה של מוליכים למחצה, פוטוליתוגרפיה והשקעת שכבות דקיקות.
- תלוי בגישה למכשירי חריטה באמצעות פלסמה מצומדת השראתית (ICP), מכשירי ספוטרינג ותשתית לטיפול בחומצת HF.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים לצורך תהליכי העברה וכמיסה עקבית של פוליאמיד.
- כולל שיקולי התאמה בעת שילוב עם חומרי מצע מגוונים מעבר ל-PET/PDMS.
- כולל מגבלות מעשיות הקשורות לשימוש בחומצה פלואורידית, הדורשות פרוטוקולי בטיחות קפדנים וציוד ייעודי.
שאלות נפוצות בתחומי הביופארמה
Chapters in this video
0:05
Title
0:26
Si Doping and Isolation
2:12
Sacrificial Oxide Layer Deposition
2:59
Deposition of the First Layer of Polyimide and Performing the First Metallization
4:43
Deposition of the Second Layer of Polyimide and Performing the Second Metallization
5:12
Encapsulating the Sample with Polyimide and Opening via Holes and Mesh Structure
5:56
Etching the Sacrificial Layer and Transferring the Sample to a Flexible Substrate
7:39
Results: Current-Voltage Characteristics for the Phototransistor Array in the Curved State
8:45
Conclusion
