Summary
I dette papir, flow assisteret dielektroforesis er påvist for den samlesæt af Nanotråd enheder. Fabrikation af en silicon Nanotråd Felteffekttransistor er vist som eksempel.
Abstract
Flow-assisteret dielektroforesis (DEP) er en effektiv samlesæt metode for den kontrollerbare og reproducerbare positionering, justering og udvælgelse af nanowires. Forhindring af Datakørsel anvendes for Nanotråd analyse, beskrivelse og løsning-baseret fabrikation af halvledende enheder. Metoden virker ved at anvende en skiftevis elektrisk felt mellem metallisk elektroder. Nanotråd formulering er så havnede de elektroder, som er på en skrå overflade for at skabe et flow af formuleringen ved hjælp af tyngdekraften. Nanowires derefter justeres langs forløbet af det elektriske felt og i retning af den flydende flow. Hyppigheden af feltet kan justeres for at vælge nanowires med overlegen ledningsevne og lavere fælde tæthed.
I dette arbejde, er flow-assisteret DEP brugt til at oprette Nanotråd felt effekt transistorer. Flow-assisteret DEP har flere fordele: det giver mulighed for valg af Nanotråd elektriske egenskaber; kontrol af Nanotråd længde; placering af nanowires i bestemte områder; kontrol af orienteringen af nanowires; og kontrol af Nanotråd tæthed i enheden.
Teknikken kan udvides til mange andre applikationer såsom gas sensorer og mikroovn switche. Teknikken er effektiv, hurtig, reproducerbar, og det bruger en minimal mængde af fortyndet opløsning gør den ideel til afprøvning af nye nanomaterialer. Wafer skala forsamling af Nanotråd enheder kan også opnås ved hjælp af denne teknik, så store mængder prøver for afprøvning og stor-området elektroniske ansøgninger.
Introduction
Kontrollerbare og reproducerbare forsamling af nanopartikler i pre-defineret substrat steder er en af de vigtigste udfordringer i løsning-behandlet elektronisk og fotoniske enheder udnytter halvledende eller strømførende nanopartikler. For høj ydeevne enheder er det også meget gavnligt at vælge nanopartikler med præferentielle størrelser, og især elektroniske egenskaber, herunder for eksempel, høj ledningsevne og lav befolkningstæthed overflade fælde stater. Trods betydelige fremskridt i nanomaterialer vækst, herunder Nanotråd og nanorør materialer, nogle variationer af nanopartikel egenskaber er altid til stede, og et udvalg skridt kan forbedre nanopartikel-baseret enhed ydeevne1 ,2.
Formålet med flow-assisteret DEP metoden demonstreret i dette arbejde er de ovennævnte udfordringer ved at vise styrbar halvledende nanowires forsamling på metallisk kontakter til højtydende Nanotråd felt effekt transistorer. Forhindring af Datakørsel løser flere problemer Nanotråd enhed fabrikation i et enkelt trin, herunder placering af nanowires, justering/orientering af nanowires og valg af nanowires med ønskede egenskaber via DEP signal frekvens udvalg1. Forhindring af Datakørsel er blevet brugt til mange andre enheder spænder fra gas sensorer3, transistorer1, og RF skifter4,5, til positionering af bakterier til analyse7.
Forhindring af Datakørsel er manipulation af polariserbare partikler via anvendelsen af en uensartet elektrisk felt resulterer i nanowires samlesæt på tværs af elektroder8. Metoden blev oprindeligt udviklet til manipulation af bakterier9,10 , men er siden blevet udvidet til manipulation af nanowires og nanomaterialer.
Forhindring af Datakørsel løsning behandling af nanopartikler giver semiconductor enhed fabrikation, som væsentligt adskiller sig fra traditionelle top-down teknikker baseret på flere photomasking, Ionimplantering, høj temperatur14, udglødning, og ætsning trin. Da DEP manipulerer nanopartikler, der allerede er blevet syntetiseret, er det en lav temperatur, bottom-up fabrikation teknik11. Denne tilgang giver mulighed for omfattende Nanotråd enheder samles på næsten alle underlag, herunder temperatur-følsomme, fleksible plast substrater6,12,13.
I dette arbejde, højtydende p-type silicium Nanotråd felt effekt transistorer er opdigtet benytter flow-assisteret DEP og FET nuværende spænding karakterisering er gennemført. Silicium nanowires bruges i dette arbejde er vokset via Super væske flydende Solid (SFLS) metode15,16. Nanowires er forsætligt dopede, og er ca 10-50 µm i længden og 30-40 nm i diameter. Metoden SFLS vækst er meget attraktiv, da det kan tilbyde industrien skalerbare mængder af Nanotråd materialer15. Den foreslåede Nanotråd forsamling metode er direkte anvendelige til andre semiconductor Nanotråd materialer såsom s13, SnO23og GaN18. Teknikken kan også udvides til at justere ledende nanowires19 og placere nanopartikler på tværs af elektrode huller20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Advarsel: Alle procedurer medmindre ellers erklærede finder sted i et venligt miljø og risikovurderinger er blevet gjort for at sikre sikkerheden under nanowires og kemikalier håndtering. Nanomaterialer kan have en række sundhedsmæssige konsekvenser, som er som af endnu ukendte, og så skal behandles med passende pleje21.
Bemærk: Processen starter med udarbejdelse af substrater, efterfulgt af de første fotolitografi og metal deposition skridt til at definere DEP kontakter. Nanowires er derefter samles via DEP og en yderligere valgfri photolithographic og metal aflejring trin kan udføres for at deponere top kontakter på nanowires. Nanotråd transistor enheder nuværende spænding karakteristika er derefter måles ved hjælp af en halvleder karakterisering kit.
1. forberedelse af substrater
- Skær en doteret n-type silicium/silicon kuldioxid wafer i passende størrelser, f.eks., 2,5 cm2.
- Under opskæring, sikre oversiden af wafer ikke er rørt eller ridset.
- Køre en diamant scriber hen over overfladen i en kontinuerlig bevægelse til at gøre et snit.
- Split wafer langs snittet.
- Prøveemner på et substrat indehaveren og Rens med ultralyd i 5 min i en ultra-sonic bad ved 100% effekt (450 W), først i ionbyttet vand, derefter acetone, og endelig isopropanol (IPA).
Bemærk: Se Tabel af materialer til CAS-numre og leverandører. - Tørre substrater med en nitrogen pistol til at fjerne enhver resterende IPA eller støv fra overfladen.
- Plasma aske prøver i ilt plasma på 100 W i 5 min. for at fjerne enhver resterende organiske rester.
2. fotolitografi tolagede proces for kontaktpersoner
Bemærk: En tolagede fotolitografi processen bruges til at oprette elektroder. Fotolitografi proces foregår i et gult rum til at forhindre forfald af photoresist materialer.
- Varme prøve ved 150 ° C i 15 min ved hjælp af en kogeplade, for at fjerne enhver resterende vand fra overfladen.
Bemærk: Dette er at sikre vedhæftning af photoresist; kemiske primere som HMDS kan dog også anvendes. - Fjerne prøven fra varmepladen, og placere den på et spin-coater.
- Ved hjælp af en pipette, drop ca. 1 mL af photoresist A på overfladen, indtil hele prøven er jævnt er dækket.
Bemærk: Se Tabel af materialer for den nøjagtige photoresist anvendes. - Spin prøve ved 4000 rpm for 45 s, til at producere en filmtykkelse på ca. 250 nm. Hvis elektroderne der er tykkere end 150 nm er til at blive deponeret, ændre denne opskrift.
- Fjern prøven fra spin-coater og placere den på en kogeplade ved 150 ° C i 5 min.
- Fjerne en prøve fra kogeplade og forlader prøven til hvile i 5 min. i en 50% fugtighed boks. Dette er at sikre rehydrering photoresist22.
Bemærk: Hvis luftfugtigheden i laboratoriet er større end 50%, prøven kan overlades til hvile i luften. - Prøven tilbage på spin-coater anbringes og tilsæt ca. 1 mL af photoresist B på overfladen af underlaget.
- Spin prøve på 3.500 rpm for 45 s, giver en filmtykkelse på ca 500 nm.
- Prøven anbringes på en kogeplade ved 120 ° C i 2 min.
- Fjerne prøven fra kogeplade og lad det hvile i en 50% fugtighed boks i 5 min.
- Udsætte prøven ved hjælp af en maske-aligner og photomask for UV-lys til 6.7 s for i alt 180 mJ af eksponering.
Bemærk: Den nøjagtige eksponering dosis måske skal justeres afhængigt af en bestemt model af maske aligner. - Fjern prøven fra maske-aligner og udvikle ved at nedsænke det i photoresist udvikler til 30 s.
Bemærk: Se Tabel af materialer for nøjagtige udvikleren. - Fjerne prøven fra udvikleren, fordybe prøven i deioniseret vand og skyl den for at stoppe udviklingsprocessen.
- Kontrollere fotolitografi ved hjælp af et optisk mikroskop. En polarisator kan bruges til at kontrollere den tolagede indhak, som skal vises som svage streger omkring kanalen. Tidspunktet kan justeres, hvis for meget eller to lidt underbyde er opnået.
3. aflejring af Metal kontakter
Bemærk: Elektron beam (E-beam) deposition bruges til at indbetale elektroder på den forberedte photoresist. Denne proces kan også bruge termisk fordampere eller andre typer af metal tyndfilm deposition teknikker.
- Placer prøverne i E-beam kammer; pumpe det ned, indtil et højt vakuum er nået. I dette tilfælde, er et vakuum af omkring 1 x 10-6 mTorr nået.
- Depositum 2-6 nm af titanium, der fungerer som en vedhæftning layer efterfulgt af 30 nm af guld til forhindring af Datakørsel kontakter.
- Fjernes prøverne fra E-beam kammer.
- Udføre proceduren lift-off ved at fjerne de fleste af de photoresist og overskydende metal. Dette gøres ved at placere prøverne i et bægerglas af photoresist remover til 15 min.
- Fjernes prøverne fra bægerglas af photoresist remover A og sted i en anden ren bægerglas af photoresist remover til en yderligere 15 min. Dette er at forhindre enhver stor metal partikler fra afregning på prøven.
- Komplet lift-off af sonicating bæger i 5 min på 50% strøm.
- Fjernes prøverne fra bad én efter én, at sikre for at skylle materiale med IPA til at forhindre uønsket metal partikler fra afregning mellem elektroderne.
Bemærk: Elektroderne er nu klar til forhindring af Datakørsel justering af nanowires.
4. forhindring af Datakørsel af Nanowires
- Der fremstilles en opløsning af silicium eller andre nanowires i anisole af ca. 1 µg/mL koncentration. I dette eksperiment, løsningen er kort sonicated for 15 s på den laveste strømstyringsindstilling muligt at fjerne enhver flokkulering. Andre opløsningsmidler kan bruges som toluen og N, N-dimethylformamid (DMF)1.
- Kontrollere løsningen ved drop casting en 10 µL af Nanotråd formuleringen til en opoffrende substrat.
- Inspicere bærematerialet med deponerede nanowires ved hjælp af en polariseret optisk mikroskop (POM). Silicium nanowires er birefringent og derfor kan nemt ses i POM. Hvis der ses ingen Nanotråd klumper, og de fleste af nanowires er godt spredt på bærematerialet, så den næste fase kan begynde, ellers løsningen er igen sonicated og Nanotråd koncentration skal muligvis justeres. Det kan tage adskillige forsøg på at opnå den korrekte Nanotråd dispersion.
- Placer den forbehandlede prøve med elektroder på 30° (vs horisont) tilbøjelige platform med enheden kanal justeres vandret. Dispersion flowretning skal være vinkelret på elektroderne kanter at tillade mere effektiv Nanotråd justering.
- Kontakt elektroderne ved hjælp af mikro-sonder tilsluttet en frekvens generator1.
- Sæt den ønskede frekvens og spænding er på frekvens generator. I dette eksperiment, bruge en DEP signal spænding på 10 V top til top og en 1 MHz sinusbølge.
Bemærk: Øge frekvensen op til kan 20 MHz bidrage til at indsamle nanowires med høj ledningsevne og lav trap tæthed1,2. Se reference1 for en detaljeret diskussion. Forhindring af Datakørsel signal frekvensområde angivet her blev opnået ved udførelse af SFLS Si nanowires impedans spektroskopi og samling tid analyse, som beskrevet i Ref.1. Andre typer af nanowires med højere eller lavere afgift luftfartsselskabet mobilitet, doteret nanowires, eller nanowires ved andre metoder, vækst kan have forskellige DEP signal frekvensområde resulterer i samlingen af høj kvalitet nanowires. - Tænd frekvens generator og drop ca 10 µL af Nanotråd løsning ved hjælp af en mikropipette til området enhed.
Bemærk: Placere den i en vinkel (30°) bidrager til at skabe en alvor-støttede langsom strømmen af væsken. Alternativt kan en kapillaritet ved hjælp af et glas dias være brugt6. - Anvende DEP signal for 30 s og derefter switch-off frekvens generator.
- Fjerne prøven og skyl meget forsigtigt med IPA.
- Tør-off prøven meget forsigtigt ved hjælp af en nitrogen pistol. En polariseret optisk mikroskop kan bruges til at inspicere prøven og justere parametre
Bemærk: DEP signal spænding, frekvens og Nanotråd dispersion tæthed kan justeres for at opnå en reproducerbar ønskede tæthed af nanowires, fra et par nanowires til et par hundrede pr. enhed1,2.
5. aflejring af en sekundær metallag
- For at opnå forbedret nuværende injektion i NW FETs, gælde et andet metallisk kontakt oven på Nanotråd.
Bemærk: Denne kontakt deposition proces følger de nøjagtige samme trin som afsnit 2 og 3, i både fotolitografi og metal deposition, bortset fra at kun en guld lag er deponeret.
6. I-V karakterisering af Nanotråd enheder
Bemærk: Prøverne er nu færdig og kan bruges i senere eksperimenter eller deres I-V egenskaber kan måles for at etablere Nanotråd FET elektriske egenskaber. De opdigtede enheder er back-gated FETs, hvor doteret silicium wafer fungerer som fælles porten, og SiO2 lag tjener som gate dielektriske.
- For at etablere elektrisk kontakt med porten, fjerne et lille område af siliciumoxid ved kanten af prøven ved hjælp af en diamant scriber.
- Bruge en nitrogen pistol til at fjerne enhver uønskede siliciumdioxid partikler.
- Sted tre microprobes (kilde, afløb og gate) på guld kilde-afløb elektrode kontakter med porten sonde på området med fjernet SiO2.
- Bruge en halvleder karakterisering system til at tage I-V målinger.
- Måle overførsel og output scanninger af NW FETs, som disse giver oplysninger om udførelsen af enheden og de elektriske egenskaber af nanowires1,17,23. Bemærk, at overføre målinger inddrage stepping kilde-afløb spænding og fejende gate spænding. Output egenskaber er målt ved fejer kilde-afløb spænding og træde gate spænding.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tolagede fotolitografi resultater i ren skarpt defineret elektroder. I eksemplet (figur 1A), blev Inter digitated finger struktur brugt med en kanal længde på 10 µm. Disse strukturer giver mulighed for et stort område at samle det maksimale antal nanowires, når forhindring af Datakørsel gældende anvendes. Figur 1B viser en skematisk af en bunden-gate Nanotråd FET enhed.
Forkert Nanotråd dispersion koncentration, samt utilstrækkelige ultralydbehandling kan resultere i dårlig kvalitet dispersioner, med dråbe støbt eksempler på nanowires vist i figur 2A og figur 2B, med en betydelig mængde af Nanotråd klumper. Forhindring af Datakørsel aflejring af meget tætte Nanotråd dispersioner kan også producere uønskede kvalitet lag af nanowires, som vist i figur 2 c. I dette eksempel er nanowires deponeret alt for tæt, hvilket resulterer i en meget betydelig Nanotråd-Nanotråd screening effekt. Et eksempel på god DEP deposition er vist i figur 2D, demonstrerer godt spredte, isoleret, justeret nanowires.
Flow-assisteret DEP af nanowires bør resultere i nanowires vinkelret krydser den engelske kanal med en overlapning af flere mikron på elektrode som vist i figur 3. Ideel Nanotråd forsamling kan estimeres som en godt tilpasset "éncellelag". Derudover er et lille hul mellem nanowires foretrak at reducere Nanotråd screening effekt. Et eksempel på kontrollerbare Nanotråd forsamling af flow assisteret DEP er vist i figur 3A og figur 3B, hvor forhindring af Datakørsel signal spænding blev reduceret i figur 3B, resulterer i en betydeligt mindre antal nanowires deponeret i de elektrode afstanden.
Overførsel og output scanninger af en typisk silicium Nanotråd Felteffekttransistor er vist i figur 4. Resultaterne viser, at enheden har p-type adfærd, med veldefinerede gate graduering. Disse resultater sammenligne godt med andre Nanotråd transistorer, opdigtet benytter samme metode i litteratur1,2; disse enheder kan dog også forbedres ved hjælp af teknikker som overflade passivation, hvilket ikke drøftet her17. Løsning forarbejdet silicium Nanotråd FETs har udstillet på strømninger som høj på milliampere niveau1; men for mange programmer, FETs med mikro-amp strømme er tilstrækkelig.
Figur 1: Optical image og skematisk af transistoren. (A) optisk mikroskop billede af interdigitated elektrode strukturer med nanowires justeret mellem elektroderne. (B) skematisk af en bunden-port Nanotråd - Felteffekttransistor bygget på Si/SiO2 wafer med Si fælles gate. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Polariseret optisk mikroskop billeder af løsning deponere silicium nanowires. (A) eksempel på nanowires drop støbt på silicium wafers fra en unoptimized dispersion, viser et betydeligt antal Nanotråd klumper. (B) Drop støbt nanowires efter kort sonikering med færre klumper. (C) enhed efter forkert DEP viser en meget høj tæthed af nanowires og klumper. (D) enhed efter korrekte DEP deposition viser godt afstemt, isolerede nanowires krydser elektrode huller. Røde pile angiver retningen af flydende flow. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Polariseret optisk mikroskop billeder af kontrollerbare DEP aflejring af silicium nanowires. (A) Nanowires samlet på høj DEP signal spænding (15 V), viser høj tæthed af justeret nanowires. (B) Nanowires samlet på lav DEP spænding (5 V), med kun to nanowires bridging elektroderne. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 : Typisk Nanotråd FET enhed-V egenskaber. (A) FET overførsel scanning af en silicon Nanotråd nederste låge FET enhed med guld elektroder. Afløb spændinger er trådte fra-0.1 til -0,5 V med-0.1 V interval og gate spænding bestryges fra 10 til-40 V. (B) Output scanning af den samme enhed med intensiveret gate spænding fra 0 til-40 V med -5 V intervaller og fejet afløb spænding fra 0 til -0,5 V. Nanowires var samlet på DEP signal på 2 MHz og 10 Vpp. FET viser 5 pA off-aktuelle (VG = 0 V), 5 µΑ på strøm ved VD= 0,5 V, hvilket resulterer i 106 - 107 tænd/sluk aktuelle forhold. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Simuleret plot af forhindring af Datakørsel gældende kontra frekvens for silicon nanowires i anisole med forskellige grænseledningsevner. I simuleringen, nanowires har en Permittivitet af 11,9 og en ledningsevne på mellem 2,5 x 10-2 S/m til 10 x 10-2 S/m. Anisole har en Permittivitet af 4.33 og en formodet ledningsevne af 2 x 10-6 S/m. Bemærk, at højere grænseledningsevner har en højere frekvens hvormed kraften falder til nul. Denne tendens viser, at højere ledningsevne nanowires kan afhentes på højere DEP signal frekvens. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vellykket fabrikation og ydeevne af enheder afhænger af flere vigtige faktorer. Disse omfatter Nanotråd tæthed og distribution i udformningen, valg af opløsningsmiddel, hyppigheden af forhindring af Datakørsel, og kontrol af antallet af nanowires nuværende på enheden elektroder1.
Et af de afgørende skridt for at opnå repeterbare arbejder enheder er udarbejdelsen af et Nanotråd formulering uden klynger eller klumper. Formuleringen kan være sonicated før forhindring af Datakørsel til at reducere antallet af klumper og at opretholde Nanotråd dispersion. Tætheden af en løsning en gang kan gjort også være svært at kontrollere især hvis nanowires er tilbøjelige til at størkne, hvilket kan føre til en mindre tætte formulering. Overfladeaktive stoffer, der kan bruges til at skabe et mere sprede formulering, men det overfladeaktive stof kan have en negativ effekt af enhedens ydeevne.
Figur 2A viser et eksempel på drop støbt deponeret nanowires, med et betydeligt antal klumper. Hvis klumper af nanowires er vanskelig at fjerne eller nanowires er modtagelige for at bryde under sonikering16, anbefales det, at løsningen må nøjes med et par sekunder. Toppen af formuleringen bør derefter være pipetted ud til brug. Godt spredte nanowires flyder oven på løsningen, der henviser til, at tunge Nanotråd klynger synker til bunds.
Valg af opløsningsmiddel og nanomateriale vil påvirke parametrene i DEP deposition fase. Den dielectrophoretic kraft, at en nanotråd oplevelser er givet ved ligningen 18:
hvor 
er en geometri faktor, som er relateret til radius og længden af nanotråd, 
er gradient af kvadratiske af det elektriske felt, og 
er den reelle del af Clausius-Mossotti faktor (ligning 2).
hvor 
og 
er partikel og medium Permittivitet, 
og 
er deres ledningsevne og 
er hyppigheden af forhindring af datakørsel. Fra ligning 2er kraften afhængig af ledningsevne og Permittivitet både opløsningsmidlet og nanomateriale. Hvis opløsningsmidlet er ændret, kan dette væsentligt ændre hyppighed, hvormed og tvinge svar til nanowires forsamlingen. Det fremgår også, at forskellige Nanotråd materialer vil reagere forskelligt selv i den samme opløsningsmiddel.
Angiver, at partiklen kan være mere eller mindre polariserbare end medium, som igen bestemmer, om nanowires flyttes mod region af høj elektrisk felt gradient (positiv DEP) eller mod region af lav elektrisk felt på forskellige frekvenser, gradient (negative DEP)1.
Figur 5 viser et simuleret kurve af force opleves af silicium nanowires i anisole. Nanowires antages for at have en Permittivitet af 11,9 og en ledningsevne på 2,5 x 10-2 til 5 x 10-2 S/m. Anisole har en Permittivitet af 4.33 og en formodet ledningsevne af 2 x 10-6 S/m. Den hyppighed, hvormed kraften falder til nul er forskellig for forskellige grænseledningsevner. Effekten kan bruges til at vælge forskellige partikler baseret deres relative ledningsevne og Permittivitet ved at ændre de anvendte frekvens1,2,24. Højere frekvenser er blevet fundet for at vælge nanowires med højere ledningsevne og en lavere massefylde af fælder. Dette valg fører til FET enheder med væsentligt øget på-gældende pr. Nanotråd og forbedret sub tærskel hældningen1.
Denne virkning afhænger af typen af elektroder anvendes og hældningsvinklen af substratet. Vi anbefaler for forskere, der ønsker at justere denne proces til deres elektroder til at kalibrere det ved at ændre kun én parameter ad gangen.
Antallet af nanowires i området enhed kanal er også kritisk for at opnå repeterbare arbejder enheder, som alt for mange nanowires vil resultere i en mat, som vist i figur 2 c, hvilket kan føre til dårlig I-V enhed egenskaber, på grund af nanowires screening hinanden og at reducere effekten af feltet gate på kanalen.
For at kontrollere tætheden af nanowires, kan spænding, frekvens og koncentration af formuleringen være ændret1. For eksempel, for at øge antallet af nanowires, spænding kan forhøjes, eller koncentration af Nanotråd formuleringen steg. Hyppigheden af forhindring af Datakørsel signal er en meget vigtig parameter, som har stærk indvirkning på kvaliteten af de indsamlede nanowires, så en reduktion af hyppigheden ikke anbefales, hvis højtydende Nanotråd enheder er at være forberedt. Det bør også bemærkes, at i nogle tilfælde en højspænding kan forårsage visse typer højt udførelse nanowires til at smelte19, eller brænde de kontaktområder.
I Resumé er DEP Nanotråd forsamling en meget kraftfuld teknik, når kombineret med impedans spektroskopi, gør det muligt for at evaluere DEP signal frekvenser for indsamling af høj kvalitet nanowires. Ved høj DEP signal frekvenser i området 1-20 MHz, identificeret for høj kvalitet Si Nanotråd samling, kan godt-styrbar og reproducerbare Nanotråd forsamling opnås. I mange tilfælde Nanotråd forsamling af titusinder til et par hundrede af nanowires pr. enhed areal er tilstrækkelig til påvisning af højtydende Nanotråd transistorer. Metoden er ligetil at udvide til andre typer af nanowires og nanomaterialer, hvis hvert materiale er undersøgt med hensyn til dens svar til forhindring af Datakørsel signal1,2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne bekræfte, at der ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke ESPRC og BAE systems for finansiel støtte, og Prof. Brian A. Korgel og hans gruppe for levering af SFLS vokset silicium nanowires bruges i dette arbejde.
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).
