Summary
في هذه الورقة، وتدفق ويتجلى ديليكتروفوريسيس مساعدة للتجميع الذاتي لأجهزة أسلاك متناهية الصغر. ويرد تصنيع الترانزستور تأثير المجال أسلاك متناهية الصغر السليكون كمثال.
Abstract
ساعد تدفق ديليكتروفوريسيس (DEP) هو كفاءة أسلوب التجميع الذاتي للسيطرة عليها واستنساخه لتحديد المواقع، المحاذاة، ومختارة من أسلاك. يتم استخدام ميزة DEP لتحليل أسلاك متناهية الصغر، والوصف، وتلفيق انتشارية الأجهزة المستندة إلى الحل. يعمل الأسلوب بتطبيق حقل كهربائي تناوب بين أقطاب معدنية. وضع أسلاك متناهية الصغر ثم أسقط الأقطاب التي على سطح يميل خلق تدفق إعداد استخدام الجاذبية. ثم محاذاة أسلاك طول التدرج للحقل الكهربائي وفي اتجاه تدفق السائل. يمكن تعديل تواتر الحقل لتحديد أسلاك مع الموصلية الفائقة وانخفاض كثافة فخ.
في هذا العمل، يتم استخدام ميزة DEP ساعد تدفق لإنشاء أسلاك متناهية الصغر ترانزستور تأثير المجال. ساعد تدفق DEP مزايا عديدة: أنها تتيح اختيار أسلاك متناهية الصغر الخصائص الكهربائية؛ السيطرة على طول أسلاك متناهية الصغر؛ وضع أسلاك في مناطق محددة؛ السيطرة على اتجاه أسلاك؛ والسيطرة على كثافة أسلاك متناهية الصغر في الجهاز.
يمكن توسيع هذه التقنية للعديد من التطبيقات الأخرى مثل أجهزة استشعار الغاز ورموز التبديل الميكروويف. التقنية فعالة وسريعة واستنساخه، ويستخدم الحد أدنى من تمييع الحل مما يجعله مثاليا لاختبار المواد النانوية الرواية. الجمعية مقياس يفر من الأجهزة أسلاك متناهية الصغر يمكن أيضا أن يتحقق باستخدام هذه التقنية، يسمح لعدد كبير من العينات للاختبار والتطبيقات الإلكترونية مساحة كبيرة.
Introduction
الجمعية يمكن السيطرة عليها واستنساخه من جسيمات نانوية في مواقع محددة مسبقاً الركيزة أحد التحديات الرئيسية في الأجهزة الإلكترونية والضوئية معالجة حل استخدام جسيمات نانوية انتشارية أو إجراء. للأجهزة عالية الأداء، كما أنها مفيدة للغاية لتكون قادرة على تحديد جسيمات نانوية مع أحجام التفضيلية، وخاصة الخصائص الإلكترونية، بما في ذلك، على سبيل المثال، موصلية عالية ومنخفضة الكثافة السطحية فخ الدول. وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في نمو المواد متناهية الصغر، بما في ذلك مواد أسلاك متناهية الصغر وأنبوب نانوي، بعض الاختلافات في خصائص نانوحبيبات موجودة دائماً، وخطوة تحديد يمكن أن تحسن أداء الجهاز القائم على نانوحبيبات1 ،2.
وغرض الأسلوب DEP ساعد تدفق أداءهم في هذا العمل للتصدي للتحديات المذكورة أعلاه من خلال إظهار الجمعية أسلاك انتشارية يمكن السيطرة عليها إلى جهات الاتصال المعدني ترانزستور تأثير الحقل أسلاك متناهية الصغر عالية الأداء. DEP يحل العديد من المشاكل لتصنيع الجهاز أسلاك متناهية الصغر في خطوة واحدة بما في ذلك تحديد المواقع من أسلاك، المحاذاة وتوجيه أسلاك، واختيار من أسلاك مع الخصائص المطلوبة عن طريق ميزة DEP إشارة التردد التحديد1. وقد استخدمت ميزة DEP للعديد من الأجهزة الأخرى بدءاً من الغاز أجهزة الاستشعار3،1من الترانزستورات، وتبديل الترددات اللاسلكية5من4،، لتحديد المواقع للبكتيريا لتحليل7.
ميزة DEP هي التلاعب بجسيمات بولاريزابل عن طريق تطبيق حقل كهربائي غير موحد أسفر عن أسلاك التجميع الذاتي عبر أقطاب8. الأسلوب وضعت أصلاً للتلاعب بالبكتيريا9،10 ولكن منذ ذلك الحين تم توسيع للتلاعب بأسلاك والمواد النانوية.
تجهيز الحل ميزة DEP من جسيمات نانوية يمكن تصنيع الجهاز أشباه الموصلات يختلف إلى حد كبير عن التقنيات التقليدية من أعلى إلى أسفل استناداً إلى عدة فوتوماسكينج، زرع الأيونات، وارتفاع درجة الحرارة14، الصلب، والنقش الخطوات. منذ إقلاع تعالج جسيمات نانوية بالفعل قد تم تصنيعه، أنها تقنية تصنيع درجات الحرارة المنخفضة، وينطلق11. ويسمح هذا النهج أسلاك متناهية الصغر على نطاق واسع من الأجهزة يتم تجميعها على الركازة تقريبا أي بما في ذلك ركائز البلاستيك حساسة للحرارة، ومرونة6،،من1213.
في هذا العمل، عالية الأداء من نوع ف السليكون أسلاك متناهية الصغر حقل تأثير الترانزستورات ملفقة باستخدام ميزة DEP ساعد تدفق، ويجري وصف الجهد الحالي FET. وتزرع أسلاك السليكون المستخدمة في هذا العمل عن طريق ال15،أسلوب سوبر السائل السائلة الصلبة (سفلس)16. أسلاك هي يخدر عمدا، وحوالي 10-50 ميكرومتر في الطول و nm 30-40 في القطر. طريقة النمو سفلس جذابة جداً نظراً لأنها يمكن أن تقدم الصناعة كميات قابلة أسلاك متناهية الصغر المواد15. منهجية الجمعية المقترحة أسلاك متناهية الصغر تنطبق مباشرة على غيرها من المواد أشباه الموصلات أسلاك متناهية الصغر مثل إيناس13سنو23وقان18. يمكن توسيع هذه التقنية أيضا محاذاة أسلاك موصلة19 وجسيمات نانوية عبر القطب الفجوات20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تنبيه: جميع الإجراءات ما لم خلاف ذلك المعلن إجراؤها في عمليات تقييم البيئة ومخاطر غرفة نظيفة قد تم القيام به لضمان السلامة خلال أسلاك والتعامل مع المواد الكيميائية. المواد النانوية قد تحتوي على عدد من الآثار الصحية التي يتم وصفها من غير معروف، وحيث يجب التعامل مع المناسبة الرعاية21.
ملاحظة: تبدأ العملية بإعداد ركائز، متبوعاً الطباعة التصويرية والمعادن ترسب الخطوات الأولى لتحديد جهات الاتصال ميزة DEP. ثم يتم تجميعها أسلاك عبر ميزة DEP، ويمكن إجراء خطوة إضافية اختيارية ترسب فوتوليثوغرفيك والمعادن إيداع جهات عليا على أسلاك. يتم قياس خصائص الجهد الحالي أجهزة الترانزستور أسلاك متناهية الصغر ثم استخدام مجموعة خصائص أشباه الموصلات.
1-إعداد ركائز
- قطع رقاقة ثاني أكسيد سليكون ن نوع مخدر/سليكون إلى أحجام مناسبة، مثلاً، 2.5 سم2.
- أثناء القطع، ضمان عدم لمس السطح العلوي ليفر أو خدش.
- تشغيل خطاط الماس عبر السطح في حركة مستمرة واحدة لجعل قطع.
- تقسيم يفر على طول القص.
- وضع العينات على حامل الركيزة و sonicate لمدة 5 دقائق في حمام فائقة سونيك بقوة 100% (450 ث)، أولاً في المياه، ثم الأسيتون، وأخيراً الايزوبروبانول (IPA).
ملاحظة: انظر الجدول للمواد أرقام سجل المستخلصات الكيميائية والموردين. - جاف ركائز مع بندقية نيتروجين لإزالة أي أصد المتبقية أو الغبار من على سطح الأرض.
- رماد البلازما العينات في البلازما الأكسجين في 100 واط لمدة 5 دقائق لإزالة أي بقايا العضوية المتبقية.
2-الطباعة التصويرية عملية بلير للاتصالات
ملاحظة: تستخدم عملية الطباعة التصويرية بلير خلق أقطاب. ويجري عملية الطباعة التصويرية الغرفة صفراء لمنع تسوس المواد مقاوم الضوء.
- حرارة العينة عند 150 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة باستخدام هوتبلت، لإزالة أي المياه المتبقية من على سطح الأرض.
ملاحظة: هذا لضمان انضمام مقاوم الضوء؛ ومع ذلك يمكن أيضا كبسولة تفجير الكيميائية مثل همدس. - إزالة العينة من صفيحة ووضعه على تدور-المغطى.
- استخدام ماصة، إسقاط حوالي 1 مل من ألف مقاوم الضوء على السطح حتى يتم تغطية العينة كاملة موحد.
ملاحظة: انظر الجدول للمواد للواقي الضوئي الدقيق المستخدمة. - تدور العينة على 4000 لفة في الدقيقة 45 ثانية، لإنتاج سمك فيلم ما يقرب من 250 نيوتن متر. إذا كانت الأقطاب الكهربائية التي أكثر سمكا من 150 نانومتر يتم إيداعها، وتغيير هذه الوصفة.
- إزالة النموذج من زيادة ونقصان-المغطى ووضعه على هوتبلت عند 150 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
- إزالة النموذج من هوتبلت وتترك العينة للراحة لمدة 5 دقائق في مربع رطوبة 50%. وهذا لضمان الإماهة مقاوم الضوء22.
ملاحظة: إذا كانت رطوبة المختبر أكبر من 50%، قد يكون ترك العينة للراحة في الهواء. - ضع العينة مرة أخرى على زيادة ونقصان-المغطى و "الماصة؛" حوالي 1 مل من مقاوم الضوء ب على سطح الركازة.
- تدور عينة 3,500 لفة في الدقيقة 45 ثانية، إعطاء سمك فيلم ما يقرب من 500 نانومتر.
- ضع العينة على هوتبلت على 120 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة.
- إزالة النموذج من هوتبلت وإجازة للراحة في مربع رطوبة 50% لمدة 5 دقائق.
- يعرض النموذج باستخدام قناع راصفة والنبائط على ضوء الأشعة فوق البنفسجية على 6.7 s لما مجموعة 180 مللي جول من التعرض.
ملاحظة: قد تحتاج جرعة التعرض الدقيقة الواجب تعديلها تبعاً لنموذج معين من راصفة قناع. - إزالة العينة من القناع-الراصفه وتطوير طريق غمر أنه في المطور مقاوم الضوء لمدة 30 ثانية.
ملاحظة: انظر الجدول للمواد للمطور الدقيق. - إزالة العينة من المطور وتزج العينة في المياه، وشطف إلى إيقاف عملية التنمية.
- تحقق من الطباعة التصويرية مجهر ضوئي باستخدام. يمكن استخدام المستقطب للتحقق من تقويض بلير الذي يجب أن تظهر كخطوط باهتة حول القناة. ويمكن تعديل الوقت إذا كان أكثر من اللازم أو اثنين تنتقص قليلاً ويتحقق.
3-ترسب المعادن جهات الاتصال
ملاحظة: يتم استخدام الإلكترون شعاع (E-شعاع) ترسب على إيداع أقطاب على مقاوم الضوء استعداد. يمكنك أيضا استخدام هذه العملية مبخرات الحرارية أو أنواع أخرى من تقنيات الترسيب معدنية رقيقة.
- وضع العينات في قاعة الحزم الإلكترونية؛ ضخه إلى أسفل حتى يتم التوصل إلى فراغ عالية. وفي هذه الحالة، يتم التوصل إلى فراغ من حوالي 1 × 10-6 متور.
- إيداع nm 2-6 من التيتانيوم الذي يعمل كطبقة التصاق تليها 30 نانومتر ذهب لجهات الاتصال ميزة DEP.
- إزالة العينات من الدائرة الإلكترونية-شعاع.
- تنفيذ الإجراء زنتها بإزالة معظم مقاوم الضوء والمعادن الزائدة. ويتم ذلك عن طريق وضع العينات داخل دورق المزيل مقاوم الضوء لمدة 15 دقيقة.
- إزالة العينات من الكأس مقاوم الضوء المزيل A ووضع في الكأس نظيف آخر مقاوم الضوء المزيل لزيادة 15 دقيقة. وهذا لمنع أي جزيئات معدنية كبيرة من تسوية في العينة.
- زنتها كاملة قبل سونيكاتينج الكأس لمدة 5 دقائق في السلطة 50%.
- إزالة العينات من الحمام واحداً تلو الآخر، ضمان شطف أي مادة مع أصد للحيلولة دون تسوية بين أقطاب جزيئات معدنية غير مرغوب فيها.
ملاحظة: تعد الأقطاب الآن لمحاذاة ميزة DEP من أسلاك.
4-ميزة DEP أسلاك
- تعد حلاً من السيليكون أو أسلاك أخرى في انيسول حوالي 1 ميكروغرام/مل التركيز. في هذه التجربة، والحل هو سونيكاتيد بإيجاز عن 15 s بقوة أقل إعداد ممكن لإزالة أي معقمات. ويمكن استخدام المذيبات الأخرى مثل التولوين و N، N-dimethylformamide (DMF)1.
- التحقق من الحل بإسقاط الصب 10 ميليلتر من وضع أسلاك متناهية الصغر على الركازة الذبيحة.
- فحص الركيزة مع أسلاك المودعة باستخدام مجهر ضوئي مستقطبة (بوم). أسلاك السليكون بيريفرينجينت، ومن ثم يمكن بسهولة رؤية في بوم. إذا كان هناك لا كتل أسلاك متناهية الصغر مرئية، وكذلك معظم أسلاك موزعة على الركازة، ثم يمكن البدء في المرحلة التالية، وإلا فإن الحل إعادة سونيكاتيد، وتركيز أسلاك متناهية الصغر قد تحتاج إلى تعديل. قد يستغرق الأمر عدة محاولات لتحقيق تشتت الصحيح أسلاك متناهية الصغر.
- وضع منصة العينة المعدة مع الأقطاب على 30° (مقابل الأفق) يميل مع قناة الجهاز المحاذاة أفقياً. اتجاه تدفق التشتت يجب أن يكون عمودي على حواف أقطاب للسماح بمحاذاة أسلاك متناهية الصغر أكثر كفاءة.
- اتصل بأقطاب كهربائية باستخدام مايكرو-تحقيقات متصلة ب مولد تردد1.
- مجموعة التردد المطلوب والجهد على مولد التردد. في هذه التجربة، استخدام جهد إشارة DEP من 10 الخامس الذروة--إلى--الذروة وسينيوافي 1 ميغاهرتز.
ملاحظة: زيادة التواتر يصل إلى 20 ميغاهرتز يمكن أن يساعد جمع أسلاك عالية التوصيل وفخ منخفضة الكثافة1،2. راجع مرجع1 للاطلاع على مناقشة مفصلة. تم الحصول على نطاق التردد إشارة DEP الإشارة هنا بإجراء Si سفلس أسلاك مقاومة التحليل الطيفي وجمع وقت التحليل، كما هو موضح في المرجع1. أنواع أخرى من أسلاك مع التنقل الناقل رسوم أعلى أو أدنى، يخدر أسلاك، أو أسلاك التي تم الحصول عليها بوسائل أخرى في النمو يمكن أن يكون النطاق الترددي إشارة إقلاع مختلفة أسفرت عن جمع أسلاك ذات جودة عالية. - التبديل على مولد التردد وقطره حوالي 10 ميليلتر من الحل أسلاك متناهية الصغر باستخدام ميكروبيبيتي على منطقة الجهاز.
ملاحظة: وضع العينة بزاوية (30°) يساعد على خلق تدفق بطيء مساعدة الجاذبية السائل. وبدلاً من ذلك، يمكن إجراء شعري باستخدام شريحة زجاجية تستخدم6. - تطبيق ميزة DEP إشارة عن 30 ثانية وثم التبديل قبالة مولد التردد.
- إزالة العينة وشطف بلطف جداً مع معهد الإدارة العامة.
- الجاف قبالة العينة جداً برفق باستخدام بندقية نيتروجين. يمكن استخدام مجهر ضوئي مستقطب لفحص العينة وضبط المعلمات
ملاحظة: يمكن ضبط الجهد إشارة إقلاع وتواتر وكثافة تشتت أسلاك متناهية الصغر لتحقيق كثافة المطلوب استنساخه من أسلاك، من أسلاك قليلة إلى بضع مئات في الجهاز1،2.
5-ترسب طبقة المعادن الثانوية
- لتحقيق تحسن الحقن الحالية في شمال غرب [فتس]، تطبيق اتصال معدنية ثانية على رأس أسلاك متناهية الصغر.
ملاحظة: هذه العملية ترسب الاتصال يتبع نفس الخطوات الدقيقة كالمادتين 2 و 3، في الطباعة التصويرية وترسب المعادن، فيما عدا أنه يتم إيداع طبقة الذهب فقط.
6 توصيف من الأول إلى الخامس من الأجهزة أسلاك متناهية الصغر
ملاحظة: يتم الآن استكمال العينات ويمكن استخدامها في التجارب اللاحقة أو يمكن قياس خصائصها-V وضع أسلاك متناهية الصغر FET الخصائص الكهربائية. الأجهزة ملفقة هي بوابات الظهر [فتس]، رقاقة السيليكون مخدر بمثابة البوابة المشتركة، حيث SiO2 طبقة بمثابة عازل البوابة.
- لإنشاء الاتصال الكهربائية مع البوابة، إزالة مساحة صغيرة من أكسيد السيليكون على حافة العينة استخدام خطاط الماس.
- استخدام بندقية نيتروجين لإزالة أي جزيئات ثاني أكسيد السليكون غير مرغوب فيها.
- مكان ميكروبروبيس الثلاثة (المصدر واستنزاف، والبوابة) في جهات الاتصال الكهربائي استنزاف مصدر الذهب، مع البوابة التحقيق في المنطقة مع إزالة SiO2.
- استخدام نظام تحديد خصائص أشباه الموصلات لأخذ القياسات-V.
- قياس مسح النقل والإخراج من شمال غرب [فتس] كهذه تعطي معلومات عن أداء الجهاز والخصائص الكهربائية أسلاك1،،من1723. ملاحظة أن تشمل قياسات نقل يخطو مصدر استنزاف الجهد وتجتاح البوابة الجهد. يتم قياس خصائص الإخراج التي تجتاح مصدر استنزاف الجهد والجهد بوابة الخطو.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
حادا تعريف النتائج التصويرية بيلايير في تنظيف أقطاب. في المثال (الشكل 1A)، استخدمت الإصبع ديجيتاتيد بين هيكل بطول قناة 10 ميكرون. تسمح هذه الهياكل مساحة كبيرة لتجميع أكبر عدد ممكن من أسلاك عند تطبيق القوة ميزة DEP. ويبين الشكل 1B تخطيطي لجهاز أسلاك متناهية الصغر FET السفلي-بوابة.
غير صحيحة أسلاك متناهية الصغر تشتت تركيز، sonication، فضلا عن عدم كفاية ما يؤدي إلى تشتت رديئة النوعية، مع أمثلة إسقاط المدلى بها من أسلاك هو مبين في الشكل 2 ألف و الشكل 2B، مع كمية كبيرة من أسلاك متناهية الصغر كتل. أيضا ترسب DEP من تشتت كثيفة جداً أسلاك متناهية الصغر يمكن أن تنتج نوعية غير مرغوب فيها طبقات من أسلاك كما هو مبين في الشكل 2. في هذا المثال، يتم إيداع أسلاك جداً كثيفة، أسفر عن أثر فحص أسلاك متناهية الصغر هام جداً-أسلاك متناهية الصغر. ويرد مثال جيد DEP ترسب في الشكل 2D، مما يدل على أسلاك مشتتة جيدا، ومعزولة، والانحياز.
ينبغي أن تؤدي ميزة DEP ساعد تدفق من أسلاك أسلاك عمودياً عبور القناة بتراكب عدة ميكرون على مسرى كما هو مبين في الشكل 3. يمكن تقريب الجمعية مثالية أسلاك متناهية الصغر الانحياز جيدا "أحادي الطبقة". بالإضافة إلى ذلك، يفضل فجوة صغيرة بين أسلاك للحد من أسلاك متناهية الصغر فحص تأثير. مثال للجمعية أسلاك متناهية الصغر يمكن التحكم بتدفق DEP المساعدة هو مبين في الشكل 3 ألف و الشكل 3B، حيث تم تخفيض الجهد إشارة DEP في الشكل 3B، مما أدى إلى عدد أصغر بكثير من أسلاك المودعة في الفجوة في القطب.
مسح النقل والإخراج من الترانزستور تأثير المجال أسلاك متناهية الصغر السليكون نموذجية تظهر في الشكل 4. النتائج تثبت أن الجهاز لديه سلوك نوع p، مع تعديل بوابة محددة تحديداً جيدا. مقارنة هذه النتائج أيضا مع سائر أجهزة الترانزستور أسلاك متناهية الصغر ملفقة باستخدام نفس الأسلوب في الأدب1،2؛ ومع ذلك، هذه الأجهزة يمكن أيضا تحسين باستخدام تقنيات مثل التخميل السطحية التي لا تناقش هنا17. الحل معالجة السيليكون أسلاك متناهية الصغر [فتس] أظهرت في التيارات كارتفاع في مستوى ميليمب1؛ ومع ذلك، العديد من التطبيقات، [فتس] مع التيارات مايكرو أمبير تكفي.
رقم 1: الصورة الضوئية والتخطيطي الترانزستور. (أ) صورة المجهر الضوئي هياكل القطب إينتيرديجيتاتيد مع أسلاك الانحياز بين الأقطاب. (ب) التخطيطي من – ميدان أسلاك متناهية الصغر السفلي-بوابة تأثير الترانزستور مبنية على Si/SiO2 يفر مع بوابة الرابطة المشتركة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: صور المجهر الضوئي المستقطب للحل إيداع أسلاك السليكون. (أ) مثال على إسقاط أسلاك يلقي على رقائق السليكون من تشتت أونوبتيميزيد، وعرض عدد كبير من كتل أسلاك متناهية الصغر. (ب) انخفاض يلقي أسلاك بعد سونيكيشن قصيرة مع كتل أقل. (ج) الجهاز بعد إقلاع غير صحيحة تظهر بكثافة عالية جداً من أسلاك، وكتل. (د) الجهاز بعد ترسب DEP الصحيح تظهر أسلاك الانحياز جيدا، معزولة عبور الفجوات القطب. الأسهم الحمراء تشير إلى اتجاه تدفق السائل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: الاستقطاب صور المجهر الضوئي لترسب DEP يمكن السيطرة عليها من أسلاك السليكون. (أ) أسلاك المجتمعون في إقلاع عالية الجهد إشارة (15 الخامس)، تبين كثافة عالية من أسلاك تمت محاذاته. (ب) أسلاك المجتمعون في DEP الجهد المنخفض (5 V)، مع أسلاك اثنين فقط سد أقطاب كهربائية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4 : الخصائص-V جهاز نموذجي أسلاك متناهية الصغر FET. (أ) FET نقل مسح جهاز FET السليكون أسفل بوابات أسلاك متناهية الصغر مع أقطاب الذهب. استنزاف الفولتية هي صعدت من-0.1 إلى 0.5-الخامس مع-0.1 V الجهد الفاصل الزمني والبوابة هو اجتاحت من 10 إلى-40 ف. تفحص الإخراج (ب) من نفس الجهاز مع الجهد البوابة صعدت من 0 إلى-40 الخامس مع-5 الخامس فترات وقد اجتاحت استنزاف الجهد من 0 إلى 0.5-خامسا-أسلاك المجتمعون في إشارة DEP 2 ميغاهرتز و 10 الصوت. FET يوضح السلطة الفلسطينية 5 قبالة الحالية (تز = 0 V)، 5 µΑ--في الخامسدالحالي = 0.5 V، أسفر عن 106 -107 /إيقاف النسبة الحالية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
5 الرقم: مؤامرة محاكاة القوة DEP مقابل التردد لاسلاك السليكون في انيسول مع اختلاف كوندوكتيفيتيس. في المحاكاة، يكون أسلاك سماحية 11.9 وموصليه من بين 2.5 × 10-2 S/m إلى 10 × 10-2 انيسول S/م. سماحية 4.33 وموصليه مفترضة من 2 × 10-6 م ق. علما بأن يكون كوندوكتيفيتيس أعلى التردد العالي الذي يسقط القوة إلى الصفر. يشير هذا الاتجاه إلى أن أسلاك التوصيل أعلى يمكن جمعها في أعلى تردد إشارة DEP. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
أن التصنيع الناجح وأداء الأجهزة تعتمد على العديد من العوامل الرئيسية. تشمل هذه الكثافة أسلاك متناهية الصغر والتوزيع في الصياغة، واختيار المذيبات وتواتر DEP لمراقبة عدد أسلاك الحالية على أقطاب الجهاز1.
إحدى الخطوات الحاسمة في تحقيق تكرار عمل الأجهزة هو إعداد وضع أسلاك متناهية الصغر دون مجموعات أو كتل. يمكن أن تكون سونيكاتيد الصياغة قبل DEP الحد من عدد كتل والإبقاء على التشتت أسلاك متناهية الصغر. كثافة حل مرة أدلى أيضا يمكن تصعب السيطرة عليها لا سيما إذا كانت أسلاك يحتمل أن يتجمد مما يمكن أن يؤدي إلى صياغة أقل كثافة. التوتر السطحي يمكن استخدامها لإنشاء أكثر تفريق الصياغة، إلا الفاعل قد يكون له تأثير سلبي من أداء الجهاز.
الشكل 2 (أ) يبين مثالاً لإسقاط يلقي أودعت أسلاك، مع عدد كبير من كتل. إذا كتل أسلاك ويصعب إزالتها أو أسلاك معرضة للكسر أثناء سونيكيشن16، فمن المستحسن أن الحل الذي يسمح لتسوية لبضع ثوان. ثم ينبغي أن يكون بيبيتيد الأعلى من وضع قبالة للاستخدام. أسلاك مشتتة جيدا تطفو فوق الحل، بينما مجموعات أسلاك متناهية الصغر ثقيلة تنزل إلى القاع.
سوف تؤثر على اختيار المذيبات ونانوماتيريال المعلمات في مرحلة الترسب DEP. تعطي القوة ديليكتروفوريتيك أن التجارب أسلاك متناهية الصغر المعادلة 18:
حيث 
عامل هندسة الذي يتصل بنصف قطر وطول أسلاك متناهية الصغر، 
هو التدرج من جذر متوسط مربع الحقل الكهربائي، و 
هو الجزء الحقيقي عامل كلاوزيوس-موسوتي (المعادلة 2).
حيث 
و 
هي الجسيمات وسماحيه المتوسطة، 
و 
يتم بها التوصيل، و 
تكرار قسم من المعادلة 2، القوة تعتمد على التوصيل وسماحيه المذيب ونانوماتيريال. إذا تم تغيير المذيب، وهذا قد كثيرا تغيير التواتر وقوة استجابة للجمعية أسلاك. من الواضح أيضا أن مواد مختلفة أسلاك متناهية الصغر سوف تستجيب بشكل مختلف حتى في المذيب نفسه.
ويشير إلى أن ترددات مختلفة، قد تكون الجسيمات بولاريزابل أكثر أو أقل من المتوسط، الذي بدوره يحدد ما إذا كان أسلاك نقل تجاه منطقة الحقل الكهربائي عالية التدرج (DEP الإيجابية) أو باتجاه منطقة الحقل الكهربائي منخفض التدرج اللوني (DEP السلبية)1.
يبين الشكل 5 منحنى محاكاة قوة ذوي الخبرة بأسلاك السليكون في انيسول. أسلاك ومن المفترض أن يكون سماحية 11.9 وموصليه 2.5 × 10-2 إلى 5 x 10-2 انيسول S/م. سماحية 4.33 وموصليه مفترضة من S/م 2 × 10-6 . التردد الذي يسقط القوة إلى الصفر مختلفة بالنسبة لمختلف كوندوكتيفيتيس. يمكن استخدام التأثير لتحديد جزيئات مختلفة على أساس نسبي الموصلية وسماحيه بتغيير تواتر التطبيقية1،2،24. قد تم العثور على الترددات العالية لتحديد أسلاك التوصيل أعلى وأقل كثافة من الفخاخ. ويؤدي هذا التحديد إلى أجهزة FET مع زيادة كبيرة في التيار كل أسلاك متناهية الصغر وتحسين عتبة الفرعي المنحدر1.
هذا التأثير يعتمد على نوع الأقطاب الكهربائية المستخدمة وزاوية ميل الركازة. نوصي للباحثين الراغبين في ضبط هذه العملية لهذه الأقطاب، لمعايرته بتغيير معلمة واحدة فقط في كل مرة.
عدد أسلاك موجودة في منطقة القناة الجهاز أيضا أهمية حاسمة في تحقيق تكرار عمل الأجهزة، كما سيؤدي إلى أسلاك كثيرة جداً في سجادة كما هو مبين في الشكل 2، التي يمكن أن تؤدي إلى ميزات الجهاز الفقراء من الأولى إلى الخامسة، بسبب أسلاك فحص كل منهما الآخر والحد من تأثير ميدان بوابة على القناة.
للتحكم في كثافة أسلاك، قد يكون الجهد والتردد، وتركيز الصياغة غيرت1. على سبيل المثال، زيادة عدد أسلاك، يمكن زيادة الجهد، أو زيادة تركيز وضع أسلاك متناهية الصغر. تردد إشارة DEP معلمة هامة جداً، كما له تأثير قوي على نوعية أسلاك المجمعة، حيث لا ينصح بالحد التردد، إذا كانت الأجهزة عالية الأداء أسلاك متناهية الصغر تكون مستعدة. وينبغي أيضا لاحظت أن في بعض الحالات جهد العالي قد تتسبب أنواع معينة من إجراء أسلاك لإذابة19درجة عالية، أو حرق مناطق التلامس.
وباختصار، ميزة DEP أسلاك متناهية الصغر الجمعية تقنية قوية جداً، عندما يقترن مع مقاومة التحليل الطيفي، مما يسمح بتقييم ترددات الإشارات DEP لجمع أسلاك ذات جودة عالية. ترددات عالية DEP إشارة، في نطاق 1-20 ميغاهرتز، حددت لجمع أسلاك متناهية الصغر Si عالية الجودة، ويمكن الحصول على أسلاك متناهية الصغر يمكن السيطرة عليها جيدا واستنساخه بالجمعية. في كثير من الحالات، أسلاك متناهية الصغر الجمعية عشرات إلى بضع مئات من أسلاك كل منطقة الجهاز كافية لإثبات الترانزستورات أسلاك متناهية الصغر عالية الأداء. المنهجية واضحة لتمتد إلى أنواع أخرى من أسلاك والمواد النانوية، إذا كان يتم فحص كل المواد من حيث استجابتها لميزة DEP إشارة1،2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يؤكد الكتاب أن هناك لا تضارب في المصالح.
Acknowledgments
المؤلف يود أن يشكر اسبرك وشركة بي أية أي نظم للدعم المالي، والبروفيسور براين أ كورجيل ومجموعته لتوريد سفلس نمت أسلاك السليكون المستخدمة في هذا العمل.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 Microposit MF319 (100ml) | Microchem | - | http://microchem.com/products/images/uploads/MF_319_Data_Sheet.pdf |
| Photoresist remover Microposit remover 1165 (300ml (2 baths 150 each)) | Microchem | - | http://micromaterialstech.com/wp-content/dow_electronic_materials/datasheets/1165_Remover.pdf |
References
- Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock. ACS Nano. , (2016).
- Constantinou, M., Hoettges, K. F., et al. Rapid determination of nanowires electrical properties using a dielectrophoresis-well based system. App. Phy. Lett. 110 (13), 1-6 (2017).
- Huang, H., Lee, Y. C., Tan, O. K., Zhou, W., Peng, N., Zhang, Q. High sensitivity SnO2 single-nanorod sensors for the detection of H2 gas at low temperature. Nanotech. 20 (11), 115501 (2009).
- Rutherglen, C., Jain, D., Burke, P. Nanotube electronics for radiofrequency applications. Nat. nanotech. 4 (12), 811-819 (2009).
- Kang, M. G., Hwang, D. H., Kim, B. S., Whang, D., Hwang, S. W. RF characterization of germanium nanowire field effect transistors. AIP Conf. Proc. 1399 (2011), 319-320 (2011).
- Collet, M., Salomon, S., et al. Large-scale assembly of single nanowires through capillary-assisted dielectrophoresis. Adv. Mat. 27 (7), 1268-1273 (2015).
- Pethig, R. Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications. Biomicrofluidics. 4 (2), (2010).
- Jones, T. B. Electromechanics of particles. (2), Cambridge University Press. (1995).
- El-Ali, J., Sorger, P. K., Jensen, K. F. Cells on chips. Nat. 442 (7101), 403-411 (2006).
- Doh, I., Cho, Y. H. A continuous cell separation chip using hydrodynamic dielectrophoresis (DEP) process. Sensrs. and Actrs, A: Phys. 121 (1), 59-65 (2005).
- Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis. Nat. nanotech. 5 (7), 525-530 (2010).
- Monica, A. H., Papadakis, S. J., Osiander, R., Paranjape, M. Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis. Nanotech. 19, 85303 (2008).
- Raychaudhuri, S., Dayeh, S. A., Wang, D., Yu, E. T. Precise semiconductor nanowire placement through dielectrophoresis. Nano Lett. 9 (6), 2260-2266 (2009).
- Schmidt, V., Riel, H., Senz, S., Karg, S., Riess, W., Gösele, U. Realization of a silicon nanowire vertical surround-gate field-effect transistor. Small. 2 (1), 85-88 (2006).
- Hanrath, T., Korgel, B. A. Supercritical fluid-liquid-solid (SFLS) synthesis of Si and Ge nanowires seeded by colloidal metal nanocrystals. Adv. Mat. 15 (5), 437-440 (2003).
- Heitsch, A. T., Akhavan, V. A., Korgel, B. A. Rapid SFLS synthesis of Si nanowires using trisilane with in situ alkyl-amine passivation. Chem. of Mat. 23 (11), 2697-2699 (2011).
- Constantinou, M., Stolojan, V., et al. Interface Passivation and Trap Reduction via a Solution-Based Method for Near-Zero Hysteresis Nanowire Field-Effect Transistors. ACS App. Mat. and Intf. 7 (40), 22115-22120 (2015).
- Kim, T. H., Lee, S. Y., et al. Dielectrophoretic alignment of gallium nitride nanowires (GaN NWs) for use in device applications. Nanotech. 17 (14), 3394-3399 (2006).
- Boote, J., Evans, S. Dielectrophoretic manipulation and electrical characterization of gold nanowires. Nanotech. 16 (9), 1500-1505 (2005).
- Gierhart, B. C., Howitt, D. G., Chen, S. J., Smith, R. L., Collins, S. D. Frequency Dependence of Gold Nanoparticle Superassembly by Dielectrophoresis. Langmuir. 23 (19), 12450-12456 (2007).
- Klaine, S. J., Alvarez, P. J. J., et al. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects. Environ. tox. and chem. / SETAC. 27 (9), 1825-1851 (2008).
- MicroChemicals Rehydration of Photoresists. , http://www.microchemicals.com/technical_information/photoresist_rehydration.pdf (2013).
- van Tilburg, J. W. W., Algra, R. E., Immink, W. G. G., Verheijen, M., Bakkers, E. P. A. M., Kouwenhoven, L. P. Surface passivated InAs/InP core/shell nanowires. Semicond. Sci. and Tech. 25 (2), 24011 (2010).
- Krupke, R. Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes. Sci. 301 (5631), 344-347 (2003).
