Name: Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 14 s
Description: Poznaj dielektroforezę wspomaganą przepływem do samoorganizacji nanoprzewodowych tranzystorów polowych z krzemowych nanodrutów. Ta szybka i skalowalna metoda umożliwia efektywną produkcję urządzeń elektroniki przetwarzalnej w roztworze.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować ESPRC i BAE systems za wsparcie finansowe, a także Prof. Brianowi A. Korgelowi i jego grupie za dostarczenie wyhodowanych przez SFLS nanodrutów krzemowych wykorzystywanych w tej pracy.

Uwaga: Wszystkie procedury, o ile nie zaznaczono inaczej, odbywają się w czystym pomieszczeniu, a oceny ryzyka zostały przeprowadzone w celu zapewnienia bezpieczeństwa podczas obchodzenia się z nanodrutami i chemikaliami. Nanomateriały mogą mieć szereg implikacji zdrowotnych, które są jeszcze nieznane, dlatego należy obchodzić się z nimi z odpowiednią ostrożnością21.
UWAGA: Proces rozpoczyna się od przygotowania substratów, po których następują pierwsze etapy fotolitografii i osadzania metalu w celu zdefiniowania kontaktów DEP. Nanodruty są następnie montowane za pomocą funkcji DEP, a następnie można przeprowadzić kolejny opcjonalny etap fotolitografii i osadzania metalu w celu osadzenia górnych styków na nanoprzewodach. Charakterystyki prądowo-napięciowe urządzeń tranzystorowych są następnie mierzone za pomocą zestawu do charakteryzacji półprzewodników.
1. Przygotowanie podłoży
<ol>
	<li>Pokrój domieszkowaną płytkę krzemowo-dwutlenek krzemu typu n na odpowiednie rozmiary, np. 2,5 cm2.</li>
	<li>Podczas cięcia upewnij się, że górna powierzchnia wafla nie jest dotykana ani porysowana.</li>
	<li>Przesuń diamentowym rysikiem po powierzchni jednym ciągłym ruchem, aby wykonać cięcie.</li>
	<li>Podziel wafel wzdłuż cięcia.</li>
	<li>Umieścić próbki na uchwycie substratu i sonikować przez 5 minut w kąpieli ultradźwiękowej o mocy 100% (450 W), najpierw w wodzie dejonizowanej, następnie acetonie, a na końcu izopropanolu (IPA). 
	UWAGA: Zobacz tabelę materiałów, aby uzyskać numery CAS i dostawców.</li>
	<li>Osusz podłoża pistoletem do azotu, aby usunąć wszelkie pozostałości IPA lub kurz z powierzchni.</li>
	<li>Próbki należy spopielać plazmowo w plazmie tlenowej o mocy 100 W przez 5 minut w celu usunięcia wszelkich pozostałych pozostałości organicznych.</li>
</ol>
2. Dwuwarstwowy proces fotolitografii dla kontaktów
UWAGA: Do tworzenia elektrod używany jest dwuwarstwowy proces fotolitografii. Proces fotolitografii przeprowadza się w żółtym pomieszczeniu, aby zapobiec rozpadowi materiałów fotorezystowych.
<ol>
	<li>Podgrzewać próbkę w temperaturze 150 °C przez 15 minut za pomocą płyty grzejnej, aby usunąć resztki wody z powierzchni. 
	UWAGA: Ma to na celu zapewnienie przyczepności fotorezystu; jednak można również stosować podkłady chemiczne, takie jak HMDS.</li>
	<li>Wyjmij próbkę z płyty grzejnej i umieść ją na wirówkowarce.</li>
	<li>Za pomocą pipety upuść około 1 ml fotorezystu A na powierzchnię, aż cała próbka zostanie równomiernie pokryta. 
	UWAGA: Zobacz Tabelę materiałów, aby uzyskać informacje na temat dokładnego użytego fotorezystu.</li>
	<li>Wirować próbkę z prędkością 4 000 obr./min przez 45 s, aby uzyskać warstwę o grubości około 250 nm. Jeśli mają być osadzone elektrody grubsze niż 150 nm, zmień ten przepis.</li>
	<li>Wyjąć próbkę z wirówki i umieścić ją na płycie grzejnej w temperaturze 150 °C na 5 minut.</li>
	<li>Wyjmij próbkę z płyty grzejnej i pozostaw próbkę na 5 minut w pomieszczeniu o wilgotności 50%. Ma to na celu zapewnienie ponownego nawodnienia klasy photoresist<sup="xref">22. 
	UWAGA: Jeśli wilgotność w laboratorium jest wyższa niż 50%, próbkę można pozostawić do spoczynku w powietrzu.</li>
	<li>Umieścić próbkę z powrotem na maszynie do powlekania wirowego i odpipetować około 1 ml fotorezystu B na powierzchnię podłoża.</li>
	<li>Wirować próbkę z prędkością 3 500 obr./min przez 45 s, uzyskując warstwę o grubości około 500 nm.</li>
	<li>Umieścić próbkę na płycie grzejnej w temperaturze 120 °C na 2 minuty.</li>
	<li>Wyjmij próbkę z płyty grzejnej i pozostaw na 5 minut w pojemniku o wilgotności 50%.</li>
	<li>Wystaw próbkę za pomocą wyrównywacza maski i fotomaski na działanie światła UV przez 6,7 s, co daje łącznie 180 mJ ekspozycji. 
	UWAGA: Dokładna dawka ekspozycji może wymagać dostosowania w zależności od konkretnego modelu nakładki do maski.</li>
	<li>Wyjmij próbkę z maski-alignera i wywołaj, zanurzając ją w wywoływaczu fotorezystu na 30 s. 
	UWAGA: Zobacz tabelę materiałów, aby uzyskać dokładny programista.</li>
	<li>Usuń próbkę z wywoływacza, zanurz ją w wodzie dejonizowanej i spłucz, aby zatrzymać proces wywoływania.</li>
	<li>Sprawdź fotolitografię za pomocą mikroskopu optycznego. Polaryzator może być użyty do sprawdzenia dwuwarstwowego podcięcia, które powinno wyglądać jak słabe linie wokół kanału. Czas można dostosować, jeśli uzyskano zbyt duże lub dwa małe podcięcia.</li>
</ol>
3. Osadzanie metalowych styków
UWAGA: Osadzanie wiązką elektronów (wiązką elektronów) służy do osadzania elektrod na przygotowanym fotorezyście. W procesie tym można również wykorzystać parowniki termiczne lub inne rodzaje technik osadzania cienkich warstw metalu.
<ol>
	<li>Umieścić próbki w komorze wiązki elektronowej; pompować ją w dół, aż do osiągnięcia wysokiej próżni. W takim przypadku osiągana jest próżnia około 1 x 10-6 mTorr.</li>
	<li>Osadź 2 - 6 nm tytanu, który działa jako warstwa adhezyjna, a następnie 30 nm złota dla styków DEP.</li>
	<li>Wyjąć próbki z komory wiązki elektronowej.</li>
	<li>Wykonaj procedurę podnoszenia, usuwając większość fotorezystu i nadmiar metalu. Odbywa się to poprzez umieszczenie próbek w zlewce ze środkiem do usuwania fotorezystu na 15 minut.</li>
	<li>Wyjąć próbki ze zlewki środka do usuwania fotorezystu A i umieścić w innej czystej zlewce ze środkiem do usuwania fotorezystu na kolejne 15 minut. Ma to na celu zapobieżenie osadzaniu się dużych cząstek metalu na próbce.</li>
	<li>Pełny start poprzez sonikację zlewki przez 5 minut przy 50% mocy.</li>
	<li>Wyjmuj próbki z kąpieli pojedynczo, upewniając się, że spłukałeś wszelkie materiały za pomocą IPA, aby zapobiec osadzaniu się niepożądanych cząstek metalu między elektrodami. 
	UWAGA: Elektrody są teraz przygotowane do wyrównania DEP nanodrutów.</li>
</ol>
4. DEP z nanoprzewodów
<ol>
	<li>Przygotować roztwór krzemu lub innych nanodrutów w anizolu o stężeniu około 1 μg/ml. W tym eksperymencie roztwór jest krótko sonikowany przez 15 s przy najniższym możliwym ustawieniu mocy, aby usunąć wszelkie flokulacje. Można stosować inne rozpuszczalniki, takie jak toluen i N,N-dimetyloformamid (DMF)1.</li>
	<li>Sprawdź roztwór, odlewając kroplowo 10 μl preparatu nanodrutowego na podłoże ofiarne.</li>
	<li>Sprawdź podłoże z osadzonymi nanodrutami za pomocą spolaryzowanego mikroskopu optycznego (POM). Nanodruty krzemowe są dwójłomne i dlatego można je łatwo zobaczyć w POM. Jeśli nie ma widocznych grudek nanodrutów, a większość nanodrutów jest dobrze zdyspergowana na podłożu, można rozpocząć następny etap, w przeciwnym razie roztwór jest ponownie sonikowany i może być konieczne dostosowanie stężenia nanodrutów. Uzyskanie prawidłowej dyspersji nanodrutów może wymagać kilku prób.</li>
	<li>Umieść przygotowaną próbkę z elektrodami na platformie nachylonej pod kątem 30° (w stosunku do horyzontu) z kanałem urządzenia ustawionym poziomo. Kierunek przepływu dyspersji musi być prostopadły do krawędzi elektrod, aby umożliwić bardziej efektywne wyrównanie nanodrutów.</li>
	<li>Skontaktuj się z elektrodami za pomocą mikrosond podłączonych do generatora częstotliwości1.</li>
	<li>Ustaw żądaną częstotliwość i napięcie są na generatorze częstotliwości. W tym eksperymencie użyj napięcia sygnału DEP 10 V międzyszczytowego i fali sinusoidalnej 1 MHz. 
	UWAGA: Zwiększenie częstotliwości do 20 MHz może pomóc w zbieraniu nanoprzewodów o wysokiej przewodności i niskiej gęstości pułapek1,2. Zobacz reference1, aby uzyskać szczegółowe omówienie. Wskazany tutaj zakres częstotliwości sygnału DEP został uzyskany poprzez przeprowadzenie spektroskopii impedancyjnej nanodrutów SFLS Si i analizę czasu zbierania, zgodnie z opisem w reference1. Inne rodzaje nanodrutów o wyższej lub niższej ruchliwości nośnika ładunku, domieszkowane nanodruty lub nanodruty uzyskane innymi metodami wzrostu mogą mieć różny zakres częstotliwości sygnału DEP, co skutkuje zbieraniem wysokiej jakości nanodrutów.</li>
	<li>Włączyć generator częstotliwości i za pomocą mikropipety wrzucić około 10 μl roztworu nanoprzewodów na obszar urządzenia. 
	UWAGA: Umieszczenie próbki pod kątem (30°) pomaga w tworzeniu powolnego przepływu cieczy wspomaganego grawitacyjnie. Alternatywnie można użyć działania kapilarnego za pomocą szkiełka podstawowego6.</li>
	<li>Zastosuj sygnał DEP na 30 s, a następnie wyłącz generator częstotliwości.</li>
	<li>Usunąć próbkę i bardzo delikatnie spłukać alkoholem izopropylowym.</li>
	<li>Bardzo delikatnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu do azotu. Spolaryzowany mikroskop optyczny może być używany do badania próbki i regulacji parametrów 
	UWAGA: Napięcie, częstotliwość i gęstość dyspersji sygnału DEP można regulować, aby uzyskać powtarzalną pożądaną gęstość nanoprzewodów, od kilku nanodrutów do kilkuset na urządzenie1,2.</li>
</ol>
5. Osadzanie się wtórnej warstwy metalu
<ol>
	<li>Aby uzyskać lepsze wtryskiwanie prądu w tranzystorach NW FET, należy nałożyć drugi metalowy styk na nanowire. 
	UWAGA: Ten proces osadzania kontaktowego przebiega dokładnie tak samo, jak w sekcjach 2 i 3, zarówno w fotolitografii, jak i osadzaniu metali, z wyjątkiem tego, że osadzana jest tylko warstwa złota.</li>
</ol>
6. Charakterystyka I-V urządzeń nanoprzewodowych
UWAGA: Próbki są teraz kompletne i mogą być użyte w kolejnych eksperymentach lub ich charakterystyka I-V może być mierzona w celu ustalenia właściwości elektrycznych nanoprzewodów FET. Produkowane urządzenia to tranzystory FET z bramką wsteczną, w których domieszkowana płytka krzemowa służy jako wspólna bramka, a warstwa SiO2 służy jako dielektryk bramki.
<ol>
	<li>Aby nawiązać kontakt elektryczny z bramką, usuń niewielki obszar tlenku krzemu na krawędzi próbki za pomocą rysika diamentowego.</li>
	<li>Użyj pistoletu do azotu, aby usunąć wszelkie niepożądane cząsteczki dwutlenku krzemu.</li>
	<li>Umieść trzy mikrosondy (źródło, drenaż i bramka) na stykach elektrody źródło złoto - dren, tak aby sonda bramki znajdowała się w obszarze z usuniętym SiO2.</li>
	<li>Użyj systemu charakteryzacji półprzewodników, aby wykonać pomiary I-V.</li>
	<li>Mierz skany transferu i wyjścia tranzystorów NW FET, ponieważ dostarczają one informacji na temat wydajności urządzenia i właściwości elektrycznych nanoprzewodów1,17,23. Należy pamiętać, że pomiary transferu obejmują stopniowe napięcie źródło-dren i napięcie bramki zamiatającej. Charakterystyka wyjściowa jest mierzona przez zamiatanie napięcia drenu źródła i napięcia bramki krokowej.</li>
</ol>

<ol><li>Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+Tunable+Selection+and+Self-Assembly+of+Si+Nanowires+from+Heterogeneous+Feedstock%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock.</a> ACS Nano. , (2016).</li>
<li>Constantinou, M., Hoettges, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4978930?journalCode=apl">Rapid determination of nanowires electrical properties using a dielectrophoresis-well based system.</a> App. Phy. Lett. 110 (13), 1-6 (2017).</li>
<li>Huang, H., Lee, Y. C., Tan, O. K., Zhou, W., Peng, N., Zhang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+sensitivity+SnO2+single-nanorod+sensors+for+the+detection+of+H2+gas+at+low+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotech%22%5BJournal%5D)">High sensitivity SnO2 single-nanorod sensors for the detection of H2 gas at low temperature.</a> Nanotech. 20 (11), 115501(2009).</li>
<li>Rutherglen, C., Jain, D., Burke, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotube+electronics+for+radiofrequency+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+nanotech%22%5BJournal%5D)">Nanotube electronics for radiofrequency applications.</a> Nat. nanotech. 4 (12), 811-819 (2009).</li>
<li>Kang, M. G., Hwang, D. H., Kim, B. S., Whang, D., Hwang, S. W. <a target="_blank" href="http://adsabs.harvard.edu/abs/2011AIPC.1399..319K">RF characterization of germanium nanowire field effect transistors.</a> AIP Conf. Proc. 1399 (2011), 319-320 (2011).</li>
<li>Collet, M., Salomon, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+assembly+of+single+nanowires+through+capillary-assisted+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mat%22%5BJournal%5D)">Large-scale assembly of single nanowires through capillary-assisted dielectrophoresis.</a> Adv. Mat. 27 (7), 1268-1273 (2015).</li>
<li>Pethig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoresis%3A+Status+of+the+theory%2C+technology%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications.</a> Biomicrofluidics. 4 (2), (2010).</li>
<li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+TB+%22Electromechanics+of+particles%22">Electromechanics of particles</a>. (2), Cambridge University Press. (1995).</li>
<li>El-Ali, J., Sorger, P. K., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/nature/journal/v442/n7101/full/nature05063.html">Cells on chips.</a> Nat. 442 (7101), 403-411 (2006).</li>
<li>Doh, I., Cho, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424705000464">A continuous cell separation chip using hydrodynamic dielectrophoresis (DEP) process.</a> Sensrs. and Actrs, A: Phys. 121 (1), 59-65 (2005).</li>
<li>Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+self-limiting+single-nanowire+assembly+with+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+nanotech%22%5BJournal%5D)">High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis.</a> Nat. nanotech. 5 (7), 525-530 (2010).</li>
<li>Monica, A. H., Papadakis, S. J., Osiander, R., Paranjape, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wafer-level+assembly+of+carbon+nanotube+networks+using+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotech%22%5BJournal%5D)">Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis.</a> Nanotech. 19, 85303(2008).</li>
<li>Raychaudhuri, S., Dayeh, S. A., Wang, D., Yu, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precise+semiconductor+nanowire+placement+through+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Precise semiconductor nanowire placement through dielectrophoresis.</a> Nano Lett. 9 (6), 2260-2266 (2009).</li>
<li>Schmidt, V., Riel, H., Senz, S., Karg, S., Riess, W., Gösele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+a+silicon+nanowire+vertical+surround-gate+field-effect+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Realization of a silicon nanowire vertical surround-gate field-effect transistor.</a> Small. 2 (1), 85-88 (2006).</li>
<li>Hanrath, T., Korgel, B. A. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200390101/abstract">Supercritical fluid-liquid-solid (SFLS) synthesis of Si and Ge nanowires seeded by colloidal metal nanocrystals.</a> Adv. Mat. 15 (5), 437-440 (2003).</li>
<li>Heitsch, A. T., Akhavan, V. A., Korgel, B. A. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm2007704">Rapid SFLS synthesis of Si nanowires using trisilane with in situ alkyl-amine passivation.</a> Chem. of Mat. 23 (11), 2697-2699 (2011).</li>
<li>Constantinou, M., Stolojan, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interface+Passivation+and+Trap+Reduction+via+a+Solution-Based+Method+for+Near-Zero+Hysteresis+Nanowire+Field-Effect+Transistors%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+App.+Mat.+and+Intf%22%5BJournal%5D)">Interface Passivation and Trap Reduction via a Solution-Based Method for Near-Zero Hysteresis Nanowire Field-Effect Transistors.</a> ACS App. Mat. and Intf. 7 (40), 22115-22120 (2015).</li>
<li>Kim, T. H., Lee, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoretic+alignment+of+gallium+nitride+nanowires+%28GaN+NWs%29+for+use+in+device+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotech%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoretic alignment of gallium nitride nanowires (GaN NWs) for use in device applications.</a> Nanotech. 17 (14), 3394-3399 (2006).</li>
<li>Boote, J., Evans, S. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-4484/16/9/015/meta">Dielectrophoretic manipulation and electrical characterization of gold nanowires.</a> Nanotech. 16 (9), 1500-1505 (2005).</li>
<li>Gierhart, B. C., Howitt, D. G., Chen, S. J., Smith, R. L., Collins, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+Dependence+of+Gold+Nanoparticle+Superassembly+by+Dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Frequency Dependence of Gold Nanoparticle Superassembly by Dielectrophoresis.</a> Langmuir. 23 (19), 12450-12456 (2007).</li>
<li>Klaine, S. J., Alvarez, P. J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomaterials+in+the+environment%3A+behavior%2C+fate%2C+bioavailability%2C+and+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+tox.+and+chem.+%2F+SETAC%22%5BJournal%5D)">Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects.</a> Environ. tox. and chem. / SETAC. 27 (9), 1825-1851 (2008).</li>
<li>MicroChemicals Rehydration of Photoresists. , 
 <a target="_blank" href="http://www.microchemicals.com/technical_information/photoresist_rehydration.pdf">http://www.microchemicals.com/technical_information/photoresist_rehydration.pdf</a> (2013).</li>
<li>van Tilburg, J. W. W., Algra, R. E., Immink, W. G. G., Verheijen, M., Bakkers, E. P. A. M., Kouwenhoven, L. P. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0268-1242/25/2/024011/meta">Surface passivated InAs/InP core/shell nanowires.</a> Semicond. Sci. and Tech. 25 (2), 24011(2010).</li>
<li>Krupke, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separation+of+Metallic+from+Semiconducting+Single-Walled+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Sci%22%5BJournal%5D)">Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Sci. 301 (5631), 344-347 (2003).</li>
</ol>

Autorzy potwierdzają, że nie ma konfliktu interesów.

Pomyślne wykonanie i działanie urządzeń zależą od kilku kluczowych czynników. Należą do nich gęstość i rozkład nanodrutów w preparacie, dobór rozpuszczalnika, częstotliwość DEP oraz kontrola liczby nanodrutów znajdujących się na elektrodach urządzenia1.
Jednym z krytycznych etapów w celu uzyskania powtarzalnych urządzeń roboczych jest przygotowanie zawiesiny nanodrutów bez obecności skupisk lub grudek. Przed zastosowaniem DEP zawiesinę można poddać sonikacji, aby zmniej...

Kontrolowane i powtarzalne składanie nanocząstek w predefiniowanych lokalizacjach substratów jest jednym z głównych wyzwań w przetwarzanych roztworami urządzeniach elektronicznych i fotonicznych wykorzystujących półprzewodniki lub przewodzące nanocząstki. W przypadku urządzeń o wysokiej wydajności bardzo korzystna jest również możliwość wyboru nanocząstek o preferencyjnych rozmiarach i szczególnych właściwościach elektronicznych, w tym na przykład wysokiej przewodności i niskiej gęstości stanów pułapki powierzchniowej. Pomimo znacznego postępu w rozwoju nanomateriałów, w tym materiałów nanoprzewodowych i nanorurek, pewne różnice we właściwościach nanocząstek są zawsze obecne, a etap selekcji może znacznie poprawić wydajność urządzenia opartego na nanocząstkach1,2.
Celem metody DEP wspomaganej przepływem pokazanej w tej pracy jest rozwiązanie powyższych wyzwań poprzez pokazanie kontrolowanego montażu nanoprzewodów półprzewodnikowych na metalowych stykach dla wysokowydajnych tranzystorów polowych z nanodrutami. DEP rozwiązuje kilka problemów związanych z produkcją urządzeń nanoprzewodowych w jednym kroku, w tym pozycjonowanie nanoprzewodów, wyrównanie/orientację nanoprzewodów oraz wybór nanoprzewodów o pożądanych właściwościach poprzez wybór częstotliwości sygnału DEP1. Funkcja DEP była używana w wielu innych urządzeniach, począwszy od czujników gazu3, tranzystorów1 i przełączników RF4,5, po pozycjonowanie bakterii do analizy7.
DEP to manipulacja polaryzowalnymi cząstkami poprzez zastosowanie niejednorodnego pola elektrycznego, co skutkuje samoorganizacją nanoprzewodów na elektrodach8. Metoda ta została pierwotnie opracowana do manipulowania bakteriami9,10, ale od tego czasu została rozszerzona o manipulację nanodrutami i nanomateriałami.
Przetwarzanie nanocząstek metodą DEP umożliwia produkcję urządzeń półprzewodnikowych, która znacznie różni się od tradycyjnych technik odgórnych opartych na wielokrotnym fotomaskowaniu, implantacji jonów, wysokiej temperaturze14, etapach wyżarzania i trawienia. Ponieważ DEP manipuluje nanocząstkami, które zostały już zsyntetyzowane, jest to niskotemperaturowa, oddolna technika wytwarzania11. Takie podejście pozwala na montaż wielkoformatowych urządzeń nanoprzewodowych na prawie każdym podłożu, w tym na wrażliwych na temperaturę, elastycznych podłożach z tworzywa sztucznego6,12,13.
W tej pracy, wysokowydajne tranzystory polowe z nanodrutów krzemowych typu p są wytwarzane przy użyciu wspomaganego przepływem DEP i przeprowadzana jest charakterystyka prądu i napięcia FET. Nanodruty krzemowe użyte w tej pracy są hodowane metodą Super Fluid Liquid Solid (SFLS)15,16. Nanodruty są celowo domieszkowane i mają około 10 - 50 μm długości i 30 - 40 nm średnicy. Metoda wzrostu SFLS jest bardzo atrakcyjna, ponieważ może zaoferować skalowalne dla przemysłu ilości materiałów nanoprzewodowych15. Proponowana metodologia montażu nanoprzewodów ma bezpośrednie zastosowanie do innych półprzewodnikowych materiałów nanoprzewodowych, takich jak InAs13, SnO23 i GaN18. Technikę tę można również rozszerzyć o wyrównywanie przewodzących nanodrutów19 oraz umieszczanie nanocząstek w poprzek przerw między elektrodami20.

<table><tbody><tr><td>Wafel krzemowy/dwutlenek krzemu, metoda wzrostu CZ, średnica 100 mm, &nbsp; 300 nm termiczny wzrost tlenkowy,&nbsp; fosfor domieszkowany n-Mat</td><td>Si-Mat (materiały krzemowe)</td><td>-</td><td>http://si-mat.com/</td></tr> <tr><td>Aceton (200 ml)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>W332615-Izopropanol (200 ml)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td> <td>W292907-Woda</td></tr> <tr><td>dejonizowana (150 ml)</td><td>Dostawa na miejsce</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Fotorezystor (A) SF6 PMGI pod wytrawionym fotorezystem (ok. 1 ml na próbkę)</td><td>Mikrochemia&nbsp;</td><td>-</td><td>http://microchem.com/pdf/PMGI-Resists-data-sheetV-rhcedit-102206.pdf</td></tr><tr><td>Photoresist (B) S1805 photoresit) (ok. 1 ml na próbkę)</td><td>Microchem&nbsp;</td><td>-</td><td>http://www.microchem.com/PDFs_Dow/S1800.pdf</td></tr><tr><td>Programista Photoresist Microposit&nbsp; MF319&nbsp; (100ml)</td><td>Mikrochemia&nbsp;</td><td>-</td><td>http://microchem.com/products/images/uploads/MF_319_Data_Sheet.pdf</td></tr><tr><td>Zmywacz Photoresist Zmywacz Microposit 1165 (300ml (2 kąpiele po 150 każda))</td><td>Mikrochemia&nbsp;</td><td>-</td><td>http://micromaterialstech.com/wp-content/dow_electronic_materials/datasheets/1165_Remover.pdf</td></tr></tbody></table>

dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Dielektroforeza wspomagana przepływem (DEP) to efektywna metoda samoorganizacji do kontrolowanego i powtarzalnego pozycjonowania, wyrównywania i wyboru nanoprzewodów. DEP jest używany do analizy nanoprzewodów, charakterystyki i wytwarzania urządzeń półprzewodnikowych w oparciu o roztwory. Metoda działa poprzez zastosowanie zmiennego pola elektrycznego między metalowymi elektrodami. Preparat nanodrutowy jest następnie upuszczany na elektrody, które znajdują się na pochyłej powierzchni, aby wytworzyć przepływ preparatu za pomocą grawitacji. Nanodruty następnie ustawiają się wzdłuż gradientu pola elektrycznego i w kierunku przepływu cieczy. Częstotliwość pola można dostosować, aby wybrać nanodruty o lepszej przewodności i mniejszej gęstości pułapki. 
W tej pracy, wspomagany przepływem DEP jest używany do tworzenia nanoprzewodowych tranzystorów polowych. DEP wspomagany przepływem ma kilka zalet: umożliwia wybór właściwości elektrycznych nanoprzewodów; kontrola długości nanoprzewodów; umieszczanie nanodrutów w określonych obszarach; kontrola orientacji nanodrutów; i kontrola gęstości nanoprzewodów w urządzeniu. 
Technika może być rozszerzona na wiele innych zastosowań, takich jak czujniki gazu i przełączniki mikrofalowe. Technika ta jest wydajna, szybka, powtarzalna i wykorzystuje minimalną ilość rozcieńczonego roztworu, dzięki czemu idealnie nadaje się do testowania nowych nanomateriałów. Za pomocą tej techniki można również dokonać montażu urządzeń nanoprzewodowych w skali wafla, co pozwala na pobieranie dużej liczby próbek do testów i zastosowań elektronicznych na dużych obszarach.

Fotolitografia dwuwarstwowa pozwala na uzyskanie czystych, ostro zdefiniowanych elektrod. W przykładzie (Rysunek 1A) zastosowano strukturę palców przeplatających z długością kanału 10 µm. Struktury te zapewniają duży obszar do zgromadzenia maksymalnej liczby nanodrutów podczas przyłożenia siły DEP. Rysunek 1B przedstawia schemat urządzenia FET z nanodrutem i bramką dolną.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="...

W tym artykule pokazano dielektroforezę wspomaganą przepływem dla samoorganizacji urządzeń nanoprzewodowych. Jako przykład pokazano wytwarzanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego.

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Ogólnym celem tej procedury jest zademonstrowanie montażu i wyboru wysokiej jakości nanodrutów półprzewodnikowych wspomaganych polem elektrycznym, w tym wytwarzanie elektrod metalowych i wykorzystanie tych elektrod w dielektroforezie wspomaganej przepływem do tworzenia nanoprzewodowych tranzystorów polowych przetwarzanych w roztworze. Metoda ta może pomóc nam rozwiązać jedno z głównych wyzwań w dziedzinie elektroniki przetwarzalnej w roztworze, takie jak umieszczanie nanomateriałów półprzewodnikowych, kontrola wykonanej pilacji i szkolenie terenowe w zakresie najwyższej jakości nanodrutów. Główną funkcją tej techniki jest to, że jest to szybka, powtarzalna metoda, którą można skalować z kontrolowanej produkcji urządzeń opartych na nanomateriałach. Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w wyrównanie i wybór nanodrutów, może być również stosowana do wyrównywania nanorurek, nanopłatków i nanomateriałów przypominających ostrza. Większość kroków w tym protokole odbywa się w środowisku pomieszczenia czystego. Zacznij od mocno domieszkowanej czterocalowej płytki krzemowo-dwutlenku krzemu typu N. Użyj rysika diamentowego, aby wyciąć wafel, aby uzyskać próbki o odpowiedniej wielkości. Uważaj

flow-assisted-dielectrophoresis-low-cost-method-for-fabrication-high

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Dielektroforeza (DEP) jest skuteczną metodą manipulowania komórkami. Płytki drukowane (PCB) mogą stanowić niedrogie, wielokrotnego użytku i wydajne elektrody do bezkontaktowego manipulowania komórkami w urządzeniach mikroprzepływowych. Poprzez połączenie kanałów mikroprzepływowych opartych na PDMS z szkiełkami nakrywowymi na płytkach PCB, demonstrujemy manipulację i separację kulek oraz komórek w wielokanałowych urządzeniach mikroprzepływowych.

Separacja kulek i komórek w wielokanałowych urządzeniach mikroprzepływowych z wykorzystaniem dielektroforezy i przepływu laminarnego

Opisujemy protokół produkcji i pomiaru urządzeń dla biosensorów wysokiej częstotliwości opartych na nanorurkach węglowych. Technika wykrywania wysokiej częstotliwości łagodzi podstawowy efekt ekranowania jonowego (Debye) i umożliwia pracę biosensora z nanorurkami w roztworach o wysokiej sile jonowej, w których zawodzą konwencjonalne bioczujniki elektroniczne. Nasza technologia stanowi unikalną platformę dla elektronicznych bioczujników przyłóżkowych (POC) działających w warunkach fizjologicznie...

Wytwarzanie nanoelektronicznego biosensora wysokiej częstotliwości z nanorurek węglowych do wykrywania w roztworach o wysokiej sile jonowej

Bezkontaktowa dielektroforeza (cDEP) umożliwia sortowanie i wzbogacanie cząstek dzięki ich wewnętrznym właściwościom dielektrycznym. Kanały elektrod przepływowych zastępują elektrody metalowe tradycyjne dla DEP, dostosowując cDEP do nieuszkadzającego sterylnego charakteryzowania i sortowania cząstek biologicznych. Pokazujemy, jak przygotować mikrourządzenie cDEP oraz przeprowadzić eksperymenty z charakterystyką i sortowaniem komórek.

Bezznacznikowa izolacja i wzbogacanie komórek poprzez bezdotykową dielektroforezę

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Srebrne nanodruty mogą jednocześnie transportować elektrony i informacje optyczne w postaci plazmonów powierzchniowych. Opisano tutaj procedurę realizacji takiego wspólnego obwodu i oceniane są ograniczenia w propagacji obu nośników informacji.

Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

Ten protokół pokazuje, jak osiągnąć czułość wykrywania femtomolowych białek w 10 μL pełnej krwi w ciągu 30 minut. Można to osiągnąć dzięki zastosowaniu elektroprzędzonych mat nanowłóknistych zintegrowanych w lab-on-a-disc, który oferuje dużą powierzchnię, a także skuteczne mieszanie i mycie w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu.

W pełni zautomatyzowane odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do ultraczułego wykrywania białek z krwi pełnej

Proponujemy prostą technikę samoorganizacji koloidalnych nanocząstek krzemionki w celu stworzenia nanofluidycznego połączenia między dwoma mikrokanałami w polidimetylosiloksanie (PDMS). Korzystając z tej techniki, nanoporowatą membranę perełkową o wielkości porów do ~45 nm wbudowano w mikrokanał i zastosowano do elektrokinetycznego wstępnego zagęszczenia próbek DNA.

Tworzenie połączeń nanofluidycznych poniżej 50 nm w chipie mikroprzepływowym PDMS poprzez proces samoorganizacji cząstek koloidalnych

Ten protokół opisuje strategię produkcji opartą na rozwiązaniach dla wysokowydajnych, elastycznych, przezroczystych elektrod z w pełni wbudowaną, grubą metalową siatką. Elastyczne przezroczyste elektrody wytwarzane w tym procesie wykazują jedne z najwyższych zgłoszonych parametrów, w tym bardzo niską rezystancję arkusza, wysoką przepuszczalność optyczną, stabilność mechaniczną przy zginaniu, silną przyczepność podłoża, gładkość powierzchni i stabilność środowiskową.

Skalowalna strategia produkcji oparta na roztworze dla wysokowydajnych, elastycznych i przezroczystych elektrod z wbudowaną metalową siatką

Artykuł ma na celu wprowadzenie standardowej i niezawodnej procedury produkcji dla rozwoju przyszłej niskowymiarowej nanoelektroniki.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

W tej pracy opisujemy protokół wytwarzania nanodrutów żelaza, w tym tworzenie porowatej membrany z tlenku glinu, która jest używana jako szablon, elektroosadzanie do szablonów za pomocą roztworu elektrolitu i uwalnianie nanodrutów do roztworu.

Wytwarzanie nanodrutów żelaza za pomocą nanoporowatego anodowanego aluminium i jego charakterystyka

Ten protokół opisuje prosty proces, który wykorzystuje wygodne plastikowe mikro-formy do prostych operacji mikrotłoczenia w celu wytworzenia mikrokanałów na nanofibrylowanym papierze celulozowym, osiągając minimalną szerokość 200 μm.

Mikrotłoczenie: wygodny proces wytwarzania mikrokanalików na mikrofluidyce na bazie papieru nanocelulozowego

Poznaj dielektroforezę wspomaganą przepływem do samoorganizacji nanoprzewodowych tranzystorów polowych z krzemowych nanodrutów. Ta szybka i skalowalna metoda umożliwia efektywną produkcję urządzeń elektroniki przetwarzalnej w roztworze.

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze (Wideo) | JoVE Journal

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Przeglądaj więcej filmów