Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Flyt-assistert Dielectrophoresis: En rimelig metode for fabrikasjon av høytytende løsningen-processable Nanowire enheter

Published: December 7, 2017 doi: 10.3791/56408

Summary

I dette papiret, flyt assistert dielectrophoresis er vist for den selv-montering av nanowire enheter. Fabrikasjon av en silicon nanowire feltet effekt transistor vises som et eksempel.

Abstract

Flyt-assistert dielectrophoresis (DEP) er en effektiv selvtillit forsamlingen metode for den kontrollerbar og reproduserbar plasseringen, justeringen og utvalg av nanowires. DEP brukes for nanowire analyse, karakterisering, og solution-baserte fabrikasjon semiconducting enheter. Metoden fungerer ved å bruke en vekslende elektriske feltet mellom metallisk elektroder. Nanowire formulering er deretter falt på elektrodene som er på en tilbøyelig overflaten til en strøm av utformingen ved hjelp av tyngdekraften. Nanowires deretter justere langs graderingen av det elektriske feltet og i retning av flytende. Hyppigheten av feltet kan justeres for å velge nanowires med overlegen ledningsevne og lavere felle tetthet.

I dette arbeidet, strøm-assistert DEP til å opprette nanowire feltet effekt transistorer. Flyt-assistert DEP har flere fordeler: det innrømmer utvalg av nanowire elektriske egenskaper; kontroll av nanowire lengde. plassering av nanowires i bestemte områder. kontroll av orientering av nanowires; og kontroll av nanowire i enheten.

Teknikken kan utvides til mange andre programmer som gass sensorer og mikrobølgeovn brytere. Teknikken er effektiv, rask, reproduserbare, og den bruker minimalt med fortynnet løsning som gjør det ideelt for testing av romanen nanomaterialer. Wafer skala montering av nanowire enheter kan også oppnås ved hjelp av denne teknikken, slik at et stort antall prøver for testing og stor-området elektroniske søknader.

Introduction

Kontrollerbar og reproduserbar montering av nanopartikler forhåndsdefinerte substrat steder er en av de største utfordringene i løsning-bearbeidet elektronisk og fotoniske enheter bruker semiconducting eller gjennomføre nanopartikler. For høy ytelse enheter er det også svært gunstig å velge nanopartikler fortrinnsrett størrelser, og bestemte elektroniske egenskaper, inkludert for eksempel høy ledningsevne og lav tetthet av overflaten felle. Til tross for betydelige fremskritt i nanomaterialer vekst, inkludert nanowire og nanorør materiale, noen varianter av hydrogenion egenskaper er alltid til stede, og et utvalg skritt kan forbedre hydrogenion-basert enhet ytelse1 ,2.

Formålet med strøm-assistert DEP metoden i dette arbeidet er å møte de ovennevnte utfordringene ved å vise kontrollerbar semiconducting nanowires montering på metallisk kontakter for høytytende nanowire feltet effekt transistorer. DEP løser flere problemer av nanowire apparat fabrikasjon i ett enkelt trinn inkludert plassering av nanowires, justering/retning av nanowires og utvalg av nanowires med egenskapene via DEP signal frekvens utvalg1. DEP har vært brukt i mange andre enheter fra gass sensorer3, transistorer1, og RF skifter4,5, til plasseringen av bakterier for analyse7.

DEP er manipulering av polarizable partikler via anvendelse av en ikke-uniform elektrisk felt som resulterer i nanowires selvtillit forsamlingen over elektroder8. Metoden ble opprinnelig utviklet for manipulering av bakterier9,10 , men har siden blitt expanded å manipulering av nanowires og nanomaterialer.

DEP løsning behandling av nanopartikler kan semiconductor apparat fabrikasjon som er betydelig forskjellig fra tradisjonell topp-ned teknikker basert på flere photomasking, ion implantasjon, høy temperatur14, avspenning, og etsning trinn. Siden DEP manipulerer nanopartikler som allerede har blitt syntetisert, er det en lav temperatur, opp-fabrikasjon teknikk11. Denne tilnærmingen lar storstilt nanowire enheter monteres på nesten ethvert underlag inkludert temperatur-sensitive, fleksibel plast underlag6,12,13.

I dette arbeidet, høy ytelse p-type silikon nanowire feltet effekt transistorer er fabrikasjon benytter flyt-assistert DEP og FET nåværende-spenning karakteristikk er gjennomført. De silisium nanowires brukt i dette arbeidet er dyrket via Super væske flytende Solid (SFLS) metoden15,16. Nanowires er forsettlig dopet, og er ca 10-50 µm i lengde og 30-40-nm i diameter. Metoden SFLS vekst er attraktivt siden det kan tilby industrien skalerbar mengder nanowire materialer15. Foreslåtte nanowire montering metodikken gjelder direkte til andre halvledere nanowire materialer som Ina13, SnO23og GaN18. Teknikken kan også utvides til å justere ledende nanowires19 og plassere nanopartikler over elektroden hull20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Advarsel: Alle prosedyrer med mindre ellers uttalte finner sted i et rent miljø og risiko vurderinger har blitt gjort for å sikre sikkerhet under nanowires og kjemikalier håndtering. Nanomaterialer kan ha en rekke helsemessige konsekvenser som er som ennå ukjent, og så skal behandles med aktuelle seg21.

Merk: Prosessen starter med utarbeidelse av underlag, etterfulgt av de første klima og jordsmonn og metall deponering trinnene til å definere DEP kontaktene. Nanowires deretter samlet via DEP og en ytterligere valgfritt photolithographic og metall deponering trinnet kan utføres for å sette inn topp kontakter på nanowires. Nanowire transistor enheter nåværende-spenning karakteristikk er deretter målt bruk en halvleder karakterisering kit.

1. forberedelse av underlag

  1. Skjær en dopet n-type silisium/silisium dioksid wafer i egnet størrelser, f.eks, 2,5 cm2.
  2. Under sagingen, sikre overflaten av kjeks ikke er berørt eller skrapte.
  3. Kjøre en diamant scriber over overflaten i en kontinuerlig bevegelse å gjøre et kutt.
  4. Delt kjeks langs kuttet.
  5. Plasser eksemplene på en substrat og sonicate i 5 minutter i en ultra sonic bad på 100% strøm (450 W), først i deionisert vann, deretter aceton, og til slutt isopropanol (IPA).
    Merk: Se Tabell for materiale for CAS tall og leverandører.
  6. Tørt underlag med en nitrogen pistol å fjerne resterende IPA eller støv fra overflaten.
  7. Plasma aske prøvene i oksygen plasma på 100 M i 5 min å fjerne resterende organiske rester.

2. photolithography Bilayer prosessen for kontakter

Merk: En bilayer klima og jordsmonn prosessen brukes til å opprette elektroder. Klima og jordsmonn prosessen er gjennomført i en gul rom å hindre nedbrytning av photoresist materialer.

  1. Varme prøven på 150 ° C i 15 min med en kokeplate, fjerne eventuelle gjenværende vann fra overflaten.
    Merk: Dette er å sikre vedheft av photoresist; men kjemiske primere som HMDS kan også brukes.
  2. Fjerne prøven fra kokeplate og plassere den på en spin-coater.
  3. Bruker en pipette, slipp ca 1 mL av photoresist A på overflaten før hele prøven dekkes jevnt.
    Merk: Se Tabell for materiale for den nøyaktige photoresist brukes.
  4. Spin prøven ved 4000 rpm for 45 s, å produsere filmen tykkelse på ca 250 nm. Hvis elektroder som er tykkere enn 150 nm er settes, endre denne oppskriften.
  5. Fjerne prøven fra spin-coater og plassere den på en kokeplate på 150 ° C i 5 minutter.
  6. Fjerne prøven fra kokeplate og la prøve å hvile i 5 minutter i en 50% fuktighet. Dette er å sikre utvanning av photoresist22.
    Merk: Hvis fuktighet av laboratoriet er større enn 50%, prøven bli værende til hvile i luften.
  7. Plasser prøven tilbake på spin-coater og Pipetter ca 1 mL av photoresist B på overflaten av underlaget.
  8. Spin prøven på 3500 rpm for 45 s, gi filmen tykkelse på ca 500 nm.
  9. Plass prøven på en kokeplate ved 120 ° C i 2 minutter.
  10. Fjerne prøven fra den kokeplate og la hvile i en 50% fuktighet i 5 min.
  11. Utsette prøven ved hjelp av en maske aligner og photomask for UV-lys for 6,7 s totalt 180 mJ eksponering.
    Merk: Den nøyaktige eksponering dosen må kanskje justeres avhengig av en bestemt modell av maske aligner.
  12. Fjerne prøven fra maske aligner og utvikle ved å leve det i photoresist utvikleren for 30 s.
    Merk: Se Tabell for materiale for nøyaktig utbygger.
  13. Fjerne prøven fra utvikleren, dyppe prøven i deionisert vann og skyll den for å stoppe utviklingsprosessen.
  14. Sjekk klima og jordsmonn bruker en optisk mikroskop. En polarisator kan brukes å sjekk den bilayer undergrave som skal vises som svake linjer rundt kanalen. Tid kan bli justert dersom for mye eller to lite undergrave oppnås.

3. deponering av metall kontakter

Merk: Elektron strålen (E-beam) deponering brukes innskudd elektrodene på forberedt photoresist. Denne prosessen kan også bruke termisk fordampere eller andre typer metall tynnfilm deponering teknikker.

  1. Sett prøvene i E-beam kammeret; pumpe det ned til en høy vakuum er nådd. I dette tilfellet er et vakuum rundt 1 x 10-6 mTorr nådd.
  2. Innskudd 2-6 nm i Titan som fungerer som et lag i vedheft etterfulgt av 30 nm gull for DEP kontaktene.
  3. Fjern prøvene fra E-beam kammeret.
  4. Fremgangsmåten lift-off ved å fjerne de fleste photoresist og overskytende metal. Dette gjøres ved å plassere prøvene i et beaker av photoresist remover i 15 min.
  5. Fjerne prøvene fra begeret av photoresist fjerne A og plasser i en annen ren kanne av photoresist remover for ytterligere 15 min. Dette er noen store metallpartikler seg på prøven.
  6. Komplett lift-off av sonicating begeret i 5 min på 50% strøm.
  7. Fjern prøvene fra badekaret én etter én, sikre for å skyll av materiale med IPA å hindre uønsket metallpartikler seg mellom elektrodene.
    Merk: Elektrodene er nå forberedt for DEP justeringen av nanowires.

4. DEP av Nanowires

  1. Forberede en løsning av silikon eller andre nanowires i anisole av ca 1 µg/mL konsentrasjonen. I dette eksperimentet, løsningen er kort sonicated for 15 s på det laveste innstillingen mulig å fjerne alle flocculation. Andre løsemidler brukes som toluen og N, N-vannistedenfor (DMF)1.
  2. Kontroller løsningen ved slipp avstøpning en 10 µL av nanowire utformingen på en oppofrende substrat.
  3. Inspisere underlaget med avsatt nanowires bruker polariserte optisk mikroskop (POM). Silisium nanowires er birefringent og dermed lett kan sees i POM. Hvis det vises ingen nanowire klumper, og de fleste av nanowires godt spres på underlaget, så neste trinn kan starte ellers løsningen er nytt sonicated og nanowire konsentrasjonen må justeres. Det kan ta flere forsøk på å oppnå riktig nanowire spredning.
  4. Plassere forberedt utvalg med elektroder på 30° (g. horisonten) tilbøyelig plattformen med enheten kanalen justeres vannrett. Dispersjon flytretningen må være vinkelrett elektroder kantene slik at mer effektiv nanowire justering.
  5. Kontakt elektrodene bruker micro-sonder koblet til en frekvens generator1.
  6. Sett de ønsket og spenning er på frekvensen generatoren. I dette eksperimentet, kan du bruke en DEP signal spenning på 10 V topp-til-topp og en 1 MHz sinewave.
    Merk: Øke hyppigheten opptil kan 20 MHz bidra til å samle nanowires med høy ledningsevne og lav felle tetthet1,2. Se referanse1 detaljert informasjon. DEP signal frekvensområdet angitt her ble oppnådd ved å gjennomføre SFLS Si nanowires impedans spektroskopi og samling tid analyse, som beskrevet i referanse1. Andre typer av nanowires med høyere eller lavere kostnader bærer mobilitet, dopet nanowires, eller nanowires oppnås ved andre vekst metoder kan ha forskjellige DEP signal frekvensområdet resulterer i samlingen av høykvalitets nanowires.
  7. Slå på-frekvens generator og slipp ca 10 µL nanowire løsning ved hjelp av brønnene til enheten-området.
    Merk: Plassere prøven i en vinkel (30°) bidrar til å skape en gravitasjon-assistert treg flyten av væske. Alternativt kan en kapillær handling med et glass lysbilde være brukt6.
  8. Søke DEP signal for 30 s og deretter slår av frekvens generatoren.
  9. Fjerne prøven og skyll svært forsiktig med IPA.
  10. Tørre av eksemplet svært forsiktig med en nitrogen pistol. Polarisert optisk mikroskop kan brukes til å kontrollere prøven og justere parametere
    Merk: DEP signal spenningen og frekvensen nanowire spredning tetthet kan justeres for å oppnå en reproduserbar ønsket tetthet av nanowires, fra noen nanowires til noen få hundre per enhet1,2.

5. deponering av en sekundær metall lag

  1. For å oppnå bedre aktuell sprøytebruk i NW fet, kan du bruke en andre metalliske kontakt på nanowire.
    Merk: Denne kontakt deponering prosessen følger nøyaktig samme trinnene som deler 2 og 3, både klima og jordsmonn og metall deponering, bortsett fra at bare et gull lag er avsatt.

6. IV karakterisering av Nanowire enheter

Merk: Prøvene er nå ferdig og kan brukes i senere eksperimenter eller IV egenskapene kan måles for å etablere nanowire FET elektriske egenskaper. Fabrikkert enhetene er tilbake-gated fet, der dopet silisium wafer fungerer som vanlig gate, og SiO2 lag fungerer som porten dielektrisk.

  1. For å etablere elektrisk kontakt med porten, kan du fjerne et lite område av silisium oksid ytterst på prøven ved hjelp av en diamant scriber.
  2. Bruk en nitrogen pistol for å fjerne uønsket silisiumdioksid partikler.
  3. Sted tre microprobes (kilde, avløp og gate) på gull kilde strømforbruk elektrode kontaktene, med porten sonde på området med fjernet SiO2.
  4. Bruk en halvleder karakterisering system skal IV.
  5. Måle overføring og utgang skanninger av NW fet som disse gir informasjon om ytelsen til enheten og elektriske egenskaper for nanowires1,17,23. Merk at overføring målinger innebære stepping kilde-avløpet spenningen og feiende gate spenning. Utgangen egenskaper er målt ved feiende kilde-avløpet spenningen og stepping gate spenning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bilayer klima og jordsmonn resultater i rent skarpt definert elektroder. I eksemplet (figur 1A) ble Inter digitated finger struktur brukt med en kanal lengde på 10 µm. Disse strukturene tillater et stort område å montere det maksimale antallet nanowires når det DEP kraft. Figur 1B viser en skjematisk av en bunnen-gate nanowire FET enhet.

Feil nanowire spredning konsentrasjon, så vel som utilstrekkelig sonication kan resultere i dårlig kvalitet dispersions, slipp kastet eksempler på nanowires som vist i figur 2A og figur 2B, med en betydelig mengde nanowire klumper. DEP deponering av svært tett nanowire dispersions kan også produsere uønskede kvalitet lag av nanowires som vist i figur 2C. I dette er nanowires avsatt for tett, noe som resulterer i en svært viktig nanowire-nanowire screening effekt. Et eksempel på god DEP deponering vises i figur 2D, demonstrere godt spredt, isolerte, justert nanowires.

Flyt-assistert DEP av nanowires bør føre nanowires vinkelrett krysset kanalen med overlapping mellom flere mikrometer på elektroden som vist i Figur 3. Ideelt nanowire montering kan bli rundet som en godt justert "monolayer". I tillegg foretrekkes et lite gap mellom nanowires å redusere nanowire screening effekt. Et eksempel på kontrollerbar nanowire samling av flyt assistert DEP er vist i figur 3A og figur 3B, der DEP signal spenning ble redusert i finne 3B, som resulterer i en betydelig mindre antall nanowires avsatt i den elektroden gapet.

Overføring og utgang skanninger av en typisk silisium nanowire feltet effekt transistor er vist i Figur 4. Resultatene viser at enheten har p-type atferd, med godt definerte gate modulering. Disse resultatene sammenligne godt med andre nanowire transistorer fabrikasjon benytter samme metode i litteratur1,2; men kan disse enhetene også forbedres ved teknikker som overflaten passivation som ikke er omtalt her17. Løsning behandlet silisium nanowire fet har utstilt på strømmer som høy på milliamp nivå1; men for mange programmer er fet med mikro-amp strøm tilstrekkelig.

Figure 1
Figur 1: Optisk image og skjematisk av transistoren. (A) optisk mikroskop-bilde av interdigitated elektrode strukturer med nanowires linje mellom elektrodene. (B) skjematisk av en bunnen-gate nanowire felt - effekt transistor bygget på Si/SiO2 wafer med Si vanlig gate. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: Polarized optisk mikroskop bilder av løsning innskudd silisium nanowires. (A) eksempel på nanowires slipp oppleggskanten silisiumskiver fra en unoptimized spredning, viser et betydelig antall nanowire klumper. (B) miste kastet nanowires etter kort sonication med færre klumper. (C) enhet etter feil DEP viser en høy tetthet av nanowires og klumper. (D) enhet etter riktig DEP deponering viser godt justert, isolerte nanowires krysset elektrode hullene. Røde piler indikerer retning av væskestrøm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: Polarisert optisk mikroskop bilder av kontrollerbar DEP deponering av silisium nanowires. (A) Nanowires montert på DEP signal høyspenning (15 V), viser høy tetthet av justert nanowires. (B) Nanowires montert på DEP lavspenning (5 V), med bare to nanowires bro elektrodene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Typisk nanowire FET enheten IV egenskaper. (A) FET overføring skanning av silisium nanowire bunnen gated FET enhet med gull elektroder. Avløp spenninger er gått fra-0.1 til-0.5 V med-0.1 V intervall og gate spenning er feid fra 10 til-40 V. (B) produksjon skanning av samme enhet med trappet gate spenning fra 0 til-40 V med-5 V intervaller og feid avløpet spenningen fra 0 til-0.5 V. Nanowires var samlet på DEP signal på 2 MHz og 10 Vpp. FET demonstrerer 5 pA av gjeldende (VG = 0 V), 5 µΑ på gjeldende på VD= 0,5 V, som resulterer i 106 - 10 7/på gjeldende ratio. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: Simulert tomten av DEP makt mot frekvens for silisium nanowires i anisole med ulik conductivities. I simuleringen av nanowires har en permittivity av 11,9 og en ledningsevne mellom 2,5 x 10-2 S/m til 10 x 10-2 S/m. Anisole har en permittivity av 4.33 og en antatt ledningsevne 2 x 10-6 S/m. Merk at høyere conductivities har en høyere frekvens som styrken synker ned til null. Denne trenden angir at høyere ledeevne nanowires kan samles på høyere DEP signal frekvens. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Vellykket fabrikasjon og ytelse av enhetene avhenger av flere viktige faktorer. Disse inkluderer nanowire tetthet og distribusjon i utformingen, valg av løsemiddel, hyppigheten av DEP og kontroll av antall nanowires finnes på enheten elektroder1.

En av de avgjørende skritt i å oppnå repeterbare virksomme innretninger er utarbeidelsen av nanowire formulering uten klynger eller klumper. Utformingen kan være sonicated før DEP å redusere antall klumper og opprettholde nanowire spredning. Tettheten av en løsning når kan laget også være vanskelig å kontrollere spesielt hvis nanowires er sannsynlig å koagulere som kan føre til en mindre tett formulering. Tensider kan brukes til å opprette en mer spre formulering, men surfactant kan ha en negativ effekt av enhet ytelse.

Figur 2A viser et eksempel på slipp kastet avsatt nanowires, med et betydelig antall klumper. Hvis klumper av nanowires er vanskelig å fjerne eller nanowires er utsatt for brudd under sonication16, anbefales det at løsningen kunne bosette seg i noen sekunder. Toppen av utformingen bør da være pipetted av for bruk. Godt spredt nanowires flyte på toppen av løsningen, mens tunge nanowire klynger synke å bunnen.

Løsemiddel og nanomaterial påvirker parameterne i DEP deponering scenen. Den dielectrophoretic kraften som en nanowire erfaringer er gitt av Formel 18:

Equation 1

hvor Equation 2 er en geometri-faktor som er relatert til radius og lengden på nanowire, Equation 3 er gradert av rot betyr kvadratroten av det elektriske feltet, og Equation 4 er den reelle delen av Clausius-Mossotti faktor (ligning 2).

Equation 5

der Equation 6 og Equation 7 partikkel og middels permittivity, Equation 8 og Equation 9 er deres ledningsevne, og Equation 10 er frekvensen av DEP. Fra ligningen 2er avhengig av ledningsevne og permittivity av både løsemiddelet og nanomaterial. Hvis løsemiddelet endres, kan dette betydelig endre frekvensen og tvinge svar for nanowires montering. Det er også åpenbart at ulike nanowire materialer vil reagere annerledes selv i samme løsemiddelet.

Equation 11Angir at ved ulike frekvenser, partikkelen kan være mer eller mindre polarizable enn medium, som igjen bestemmer om nanowires flytte mot regionen høy elektrisk felt graderingen (positiv DEP) eller mot regionen lav elektrisk felt gradering (negativ DEP)1.

Figur 5 viser en simulert kurve av force oppleves av silisium nanowires i anisole. Nanowires antas for å ha en permittivity av 11,9 og en ledningsevne på 2,5 x 10-2 til 5 x 10-2 S/m. Anisole har en permittivity av 4.33 og en antatt ledningsevne 2 x 10-6 S/m. Frekvensen som styrken synker ned til null er forskjellig for ulike conductivities. Effekten kan brukes til å velge forskjellige partikler basert på deres relative ledningsevne og permittivity ved å endre brukte frekvens1,2,24. Høyere frekvenser er funnet for å velge nanowires med høyere ledningsevne og lavere tetthet av feller. Dette valget fører til FET enheter med betydelig økt på gjeldende per nanowire og forbedret sub terskelen skråningen1.

Dette avhenger av typen elektrodene brukes og vinkelen på helling av underlaget. Anbefales for forskere som ønsker å justere prosessen deres elektroder, å kalibrere det ved å endre bare én parameter samtidig.

Antall nanowires i enheten kanalen området er også kritiske repeterbare arbeider enheter, som for mange nanowires vil resultere i en matte som vist i figur 2C, som kan føre til dårlig jeg-V enheters karakteristika, på grunn av nanowires screening hverandre og redusere effekten av feltet gate på kanalen.

Bestemme tettheten av nanowires, kan spenning, frekvens og konsentrasjonen av utformingen være endret1. For eksempel for å øke antall nanowires, spenning kan økes, eller konsentrasjon av nanowire formulering økt. DEP signalet er en veldig viktig faktor, som har stor innvirkning på kvaliteten på de innsamlede nanowires, så reduksjon av frekvens ikke anbefales, hvis høytytende nanowire enhetene være forberedt. Det bør også bemerkes at i noen tilfeller en høy spenning kan føre til visse typer svært gjennomfører nanowires å smelte19, eller brenne de kontakten områdene.

Oppsummert er DEP nanowire montering en meget kraftfull teknikk, når kombinert med impedans spektroskopi, slik at for å evaluere DEP signal frekvenser for innsamling av høykvalitets nanowires. På høy DEP signal frekvenser, i området 1-20 MHz, identifisert for høykvalitets Si nanowire samling, kan vel kontrollerbare og reproduserbar nanowire montering oppnås. I mange tilfeller nanowire montering av spent å noen hundre av nanowires per enhet område er nok for demonstrasjon av høytytende nanowire transistorer. Metodene som er enkelt å utvide til andre typer nanowires og nanomaterialer, hvis hvert materiale er undersøkt i sitt svar på DEP signal1,2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne bekrefter at det ikke er noen interessekonflikter.

Acknowledgments

Forfatterne vil gjerne takke ESPRC og BAE systems for finansiell støtte, og professor Brian A. Korgel og hans gruppe for levering av SFLS vokst silisium nanowires brukt i dette arbeidet.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock. ACS Nano. , (2016).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Rutherglen, C., Jain, D., Burke, P. Nanotube electronics for radiofrequency applications. Nat. nanotech. 4 (12), 811-819 (2009).
  5. 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).
  6. Collet, M., Salomon, S., et al. Large-scale assembly of single nanowires through capillary-assisted dielectrophoresis. Adv. Mat. 27 (7), 1268-1273 (2015).
  7. Pethig, R. Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications. Biomicrofluidics. 4 (2), (2010).
  8. Jones, T. B. Electromechanics of particles. (2), Cambridge University Press. (1995).
  9. El-Ali, J., Sorger, P. K., Jensen, K. F. Cells on chips. Nat. 442 (7101), 403-411 (2006).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Monica, A. H., Papadakis, S. J., Osiander, R., Paranjape, M. Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis. Nanotech. 19, 85303 (2008).
  13. Raychaudhuri, S., Dayeh, S. A., Wang, D., Yu, E. T. Precise semiconductor nanowire placement through dielectrophoresis. Nano Lett. 9 (6), 2260-2266 (2009).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Boote, J., Evans, S. Dielectrophoretic manipulation and electrical characterization of gold nanowires. Nanotech. 16 (9), 1500-1505 (2005).
  20. 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).
  21. 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).
  22. MicroChemicals Rehydration of Photoresists. , http://www.microchemicals.com/technical_information/photoresist_rehydration.pdf (2013).
  23. 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).
  24. Krupke, R. Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes. Sci. 301 (5631), 344-347 (2003).

Tags

Engineering problemet 130 Semiconducting nanowires løsning-processable felt - effekt transistorer dielectrophoresis nanomaterialer selvtillit forsamlingen høy ytelse utskrivbare elektronikk fleksibel underlag
Flyt-assistert Dielectrophoresis: En rimelig metode for fabrikasjon av høytytende løsningen-processable Nanowire enheter
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Snashall, K., Constantinou, M.,More

Snashall, K., Constantinou, M., Shkunov, M. Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices. J. Vis. Exp. (130), e56408, doi:10.3791/56408 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter