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Engineering

Flux-aidé diélectrophorèse : Une méthode Low Cost pour la Fabrication des dispositifs de nanofils traitable-Solution Haute Performance

Published: December 7, 2017 doi: 10.3791/56408

Summary

Dans cet article, écoulement diélectrophorèse assistée est démontrée pour l’auto-assemblage de nanofils périphériques. La fabrication d’un transistor à effet de champ nanofils silicium est indiquée à titre d’exemple.

Abstract

Diélectrophorèse flux-aidé (DEP) est un efficace auto-assemblage de méthode pour le contrôlable et reproductible positionnement, alignement et sélection de nanofils. DEP est utilisé pour des nanofils analyse, caractérisation et axée sur la solution de fabrication de dispositifs semi-conducteurs. La méthode fonctionne en appliquant un champ électrique alternatif entre les électrodes métalliques. La formulation de nanofils est ensuite déposée sur les électrodes qui sont sur une surface inclinée pour créer un flux de la formulation à l’aide de la gravité. Les nanofils puis alignent le long du gradient du champ électrique et dans le sens de l’écoulement du liquide. La fréquence du champ peut être ajustée pour sélectionner des nanofils à conductivité supérieure et plus faible densité de piège.

Dans cet ouvrage, DEP assistée par flux est utilisé pour créer des nanofils transistors à effet de champ. Flux-aidé DEP présente plusieurs avantages : il permet la sélection de nanofil propriétés électriques ; contrôle de nanofils longueur ; placement des nanofils dans des domaines spécifiques ; contrôle de l’orientation des nanofils ; et le contrôle de la densité des nanofils dans l’appareil.

La technique peut être étendue à beaucoup d’autres applications telles que les capteurs de gaz et micro-ondes commutateurs. La technique est efficace, rapide et reproductible, et il utilise une quantité minimale de solution diluée idéale pour l’essai de nouveaux nanomatériaux. Assemblée échelle Wafer de nanofils dispositifs peut également être obtenue en utilisant cette technique, permettant à un grand nombre d’échantillons pour les tests et applications électroniques de grande surface.

Introduction

Assemblée contrôlable et reproductible de nanoparticules dans des endroits prédéfinis de substrat est l’un des principaux défis à la solution-process électroniques et photoniques dispositifs utilisant des nanoparticules semi-conductrices ou conductrices. Pour les appareils de haute performance, il est également très bénéfique pour pouvoir sélectionner des nanoparticules avec tailles préférentiels et des propriétés électroniques particulières, y compris, par exemple, conductivité élevée et faible densité d’États de surface piège. Malgré des progrès importants dans la croissance de nanomatériaux, y compris les matériaux de nanofils et nanotubes, quelques variations des propriétés des nanoparticules sont toujours présentes, et une étape de sélection peut améliorer considérablement la performance de l’appareil à base de nanoparticules1 ,2.

La méthode DEP flux-aidé a démontré dans ce travail vise à relever les défis ci-dessus en montrant contrôlables ensemble de nanofils semi-conducteurs sur contacts métalliques pour les transistors à effet de champ nanofil haute performance. DEP résout plusieurs problèmes de fabrication de dispositifs de nanofils en une seule étape, y compris le positionnement de nanofils, alignement et orientation des nanofils et sélection de nanofils avec propriétés souhaitées par la DEP signal fréquence sélection1. DEP a été utilisé pour nombreux autres appareils allant de gaz capteurs3, les transistors1, et4,5, matrices de commutation RF pour le positionnement des bactéries pour analyse7.

DEP est la manipulation des particules polarisables via l’application d’un champ électrique de non-uniforme résultant en nanofils auto-assemblage à travers les électrodes8. La méthode a été initialement développée pour la manipulation des bactéries9,10 , mais a depuis été étendue à la manipulation de nanofils et nanomatériaux.

Traitement solution DEP des nanoparticules permet la fabrication de dispositifs semi-conducteurs qui diffère sensiblement des techniques traditionnelles de descendante fondées sur plusieurs photomasking, implantation ionique, haute température14, recuit et gravure étapes. Étant donné que DEP manipule des nanoparticules qui ont déjà été synthétisés, c’est une technique de fabrication de basse température, de bas en haut11. Cette approche permet aux périphériques de nanofils à grande échelle être assemblés sur presque n’importe quel substrat dont les substrats plastiques sensibles à la température, flexible6,12,13.

Dans cet ouvrage, transistors à effet de champ haute performance p-type silicium nanofils sont fabriquées en utilisant des flux-aidé DEP et la caractérisation de courant-tension FET est menée. Les nanofils de silicium utilisées dans ce travail sont cultivées par les Super liquide liquide solide (PAFD) méthode15,16. Les nanofils sont dopés intentionnellement et sont environ 10 à 50 µm de longueur et 30-40 nm de diamètre. La méthode de croissance PAFD est extrêmement séduisante, puisqu’il peut offrir à l’industrie quantités évolutives de nanofils matériaux15. La méthodologie de l’Assemblée de nanofils proposée est directement applicable à d’autres matériaux de nanofils semi-conducteurs comme InAs13, SnO23et GaN18. La technique peut aussi être étendue pour aligner les nanofils conducteurs19 et positionner des nanoparticules sur électrode lacunes20.

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Protocol

Mise en garde : Toutes les procédures à moins qu’autrement indiqué avoir lieu dans une salle propre environnement et risques des évaluations ont été menées pour assurer la sécurité pendant les nanofils et manutention des produits chimiques. Nanomatériaux peut-être avoir un certain nombre de conséquences sur la santé qui sont comme des encore inconnue et sorte doivent être manipulées avec des soins21.

Remarque : Le processus commence par la préparation des substrats, suivie par les premiers pas de dépôts de photolithographie et métal pour définir les contacts de la DEP. Les nanofils sont ensuite assemblés par DEP et une étape plus facultatif dépôts photolithographique et métallique peut être réalisée pour déposer le haut de la page contacts sur nanofils. Les caractéristiques courant-tension de nanofils transistor devices sont mesurés puis à l’aide d’un kit de caractérisation des semi-conducteurs.

1. préparation des substrats

  1. Coupez une tranche de dioxyde de silicium/silicium dopé de type n en tailles appropriées, par exemple, 2,5 cm2.
  2. Pendant la découpe, s’assurer que la surface supérieure de la plaquette n’est pas touchée ou rayée.
  3. Exécutez une pointe à tracer diamant sur toute la surface en un mouvement continu de pratiquer une coupe.
  4. Diviser la plaquette le long de la coupe.
  5. Placer les échantillons sur un porte-substrat et laisser agir pendant 5 min dans un bain à ultrasons à 100 % de puissance (450 W), d’abord à l’eau désionisée, puis l’acétone et enfin isopropanol (IPA).
    Remarque : Voir Table des matières pour les numéros CAS et leurs fournisseurs.
  6. Sécher le substrat avec un pistolet d’azote pour lever les IPA ou poussière de la surface.
  7. Cendres de plasma les échantillons dans le plasma d’oxygène à 100 W pendant 5 min pour éliminer tous les résidus organiques restants.

2. photolithographie bicouche processus pour les Contacts

Remarque : Un procédé de photolithographie bicouche est utilisé pour créer des électrodes. La photolithographie sont effectuées dans une chambre jaune pour prévenir la carie des matériaux de la résine photosensible.

  1. Chauffer l’échantillon à 150 ° C pendant 15 min à l’aide d’une plaque de cuisson, pour enlever l’eau qui reste de la surface.
    Remarque : Il s’agit d’assurer l’adhérence de la résine photosensible ; Cependant des apprêts chimiques comme le HMDS peuvent également être utilisés.
  2. Supprimer l’exemple de la plaque chauffante et placez-le sur un spin-coater.
  3. À l’aide d’une pipette, déposer environ 1 mL de résine photosensible A sur la surface jusqu'à ce que la totalité de l’échantillon est uniformément couvert.
    Remarque : Consultez la Table des matières pour la photorésine exact utilisé.
  4. Faire tourner l’échantillon à 4 000 tr/min pour 45 s, pour produire un film d’épaisseur d’environ 250 nm. Si les électrodes qui sont plus épais que 150 nm sont déposés, changer cette recette.
  5. Retirer l’échantillon de l’essorage-coater et placez-le sur une plaque de cuisson à 150 ° C pendant 5 min.
  6. Supprimer l’exemple de la table de cuisson et laisser l’échantillon pour se reposer pendant 5 min dans une zone d’humidité de 50 %. Il s’agit d’assurer la réhydratation de la résine photosensible22.
    Remarque : Si l’humidité du laboratoire est supérieure à 50 %, l’échantillon peut être laissé au repos dans l’air.
  7. Placer l’échantillon sur le spin-coater et distribuer environ 1 ml de solution de résine photosensible B sur la surface du substrat.
  8. Faire tourner l’échantillon à 3 500 tr/min pour 45 s, donnant une épaisseur de film d’environ 500 nm.
  9. Placer l’échantillon sur une plaque de cuisson à 120 ° C pendant 2 min.
  10. Supprimer l’exemple de la table de cuisson et le laisser se reposer dans une zone d’humidité de 50 % pendant 5 min.
  11. Exposer l’échantillon à l’aide d’un masque-aligneur et photomasque à la lumière UV pour 6,7 s pour un total de 180 mJ de l’exposition.
    Remarque : La dose d’exposition exacte peut devoir être ajustée selon un modèle particulier d’aligneur de masque.
  12. Retirer l’échantillon de l’aligneur de masque et de développer en l’immergeant dans photorésine developer pendant 30 s.
    Remarque : Consultez la Table des matières pour le développeur exact.
  13. Supprimer l’exemple du développeur, plonger l’échantillon dans l’eau désionisée et rincez-le pour arrêter le processus de développement.
  14. Vérifier la photolithographie à l’aide d’un microscope optique. Un polariseur peut servir à vérifier la contre-dépouille de la bicouche qui doit se présenter sous forme de lignes pâles autour du canal. Le temps peut être ajusté si trop ou deux sont peu inférieurs est atteint.

3. dépôts de Contacts métalliques

NOTE : Le dépôt électronique faisceau (E-beam) est utilisé pour déposer des électrodes sur la résine photosensible préparée. Ce processus permet également des évaporateurs thermiques ou autres types de techniques de déposition de couches minces métalliques.

  1. Placer les échantillons dans la salle E-beam ; pompe vers le bas jusqu'à ce qu’un vide élevé est atteint. Dans ce cas, un vide d’environ 1 x 10-6 mTorr est atteint.
  2. Dépôt de 2 à 6 nm du titane qui agit comme une couche d’adhérence suivie de 30 nm d’or pour les contacts de la DEP.
  3. Retirer les échantillons de la chambre de faisceau électronique.
  4. Effectuez la procédure de décollage en supprimant la plupart des excès métal et résine photosensible. Cela se fait en plaçant les échantillons dans un bécher de photorésine remover pendant 15 min.
  5. Enlever les échantillons du bécher de photorésine remover A et placer dans un autre bécher propre de photorésine remover pour un autre 15 min. Il s’agit d’empêcher les particules métalliques volumineuses de s’installer sur l’échantillon.
  6. Déjaugeage complet par sonification le bécher pendant 5 min à 50 % de puissance.
  7. Retirer les échantillons du bain un par un, assurant pour rincer tout matériel avec IPA pour empêcher les particules métalliques indésirables de s’installer entre les électrodes.
    Remarque : Les électrodes sont maintenant préparés pour l’alignement de la DEP de nanofils.

4. DEP de nanofils

  1. Préparer une solution de silicium ou autres nanofils dans anisole d’environ 1 concentration µg/mL. Dans cette expérience, la solution est brièvement sonication pour 15 s à la puissance la plus faible réglage possible de supprimer une floculation. Autres solvants peuvent être utilisées comme le toluène et le N, N-diméthylformamide (DMF)1.
  2. Pour vérifier la solution goutte coulée une 10 µL de la formulation de nanofils sur un substrat sacrificiel.
  3. Inspecter le substrat avec des nanofils déposés à l’aide d’un microscope optique polarisé (POM). Les nanofils de silicium sont biréfringents et par conséquent peuvent être facilement vu en POM. Si il n’y a aucun amas de nanofils visibles, et la plupart des nanofils est bien dispersée sur le substrat, alors peut commencer à l’étape suivante, sinon la solution est re-aux ultrasons et la concentration de nanofils peut devoir être ajustée. Cela peut prendre plusieurs tentatives pour obtenir la dispersion de nanofils correct.
  4. Placez la plateforme de l’échantillon préparé avec électrodes sur 30° (vs horizon) inclinée avec le canal périphérique aligné horizontalement. Le sens d’écoulement de dispersion doit être perpendiculaire aux bords électrodes pour permettre un alignement des nanofils plus efficace.
  5. Contact avec les électrodes à l’aide de sondes micro reliés à un générateur de fréquence1.
  6. Ensemble, que la fréquence et la tension sont sur le générateur de fréquences. Dans cette expérience, utiliser une tension de signal DEP de 10 V crête à crête et une sinusoïde à 1 MHz.
    NOTE : Augmentation de la fréquence jusqu'à 20 MHz peut aider à collecter des nanofils avec une conductivité élevée et piège à faible densité1,2. Voir pour une discussion détaillée de référence1 . DEP signal bande passante indiquée ici a été obtenu grâce au recours Si PAFD nanofils spectroscopie et collection temps analyse d’impédance, tel que décrit en référence1. Autres types de nanofils avec mobilité de porteur de charge supérieure ou inférieure, dopée à nanofils ou obtenues par d’autres méthodes de croissance de nanofils peuvent avoir différente gamme de fréquences de signal DEP résultant dans la collection de nanofils de haute qualité.
  7. Mise en marche le générateur de fréquences et déposez environ 10 µL de solution de nanofils à l’aide d’une micropipette sur la zone périphérique.
    NOTE : Placer l’échantillon à un angle (30°) permet de créer un flux lent et assistance gravitationnelle du liquide. Une action capillaire à l’aide d’une lame de verre peut également être utilisé6.
  8. Appliquer le DEP signal pour 30 s et éteint puis le générateur de fréquences.
  9. Supprimer l’exemple et rincer doucement avec IPA.
  10. Sec-off l’échantillon très délicatement à l’aide d’un pistolet d’azote. Un microscope optique polarisé peut être utilisé pour inspecter l’échantillon et de régler les paramètres
    Remarque : La tension du signal DEP, la fréquence et la densité de dispersion nanofil est réglable pour atteindre une densité désirée reproductible de nanofils, de quelques nanofils à quelques centaines par dispositif1,2.

5. le dépôt d’une couche métallique secondaire

  1. Pour atteindre la meilleure injection de courant dans NW FETs, appliquer un deuxième contact métallique sur le dessus les nanofils.
    NOTE : Ce procédé de dépôt contact suit les étapes exactes mêmes comme des sections 2 et 3, en photolithographie et METALLISATION, sauf que seulement une couche d’or est déposée.

6. j’ai-V caractérisation de dispositifs de nanofils

Remarque : Les échantillons sont maintenant terminés et peuvent être utilisés dans des expériences ultérieures ou leurs caractéristiques I-V peuvent être mesurées pour établir les propriétés électriques de nanofils FET. Les appareils fabriqués sont bloquées dos FETs, où wafer de silicium dopé sert de la grille commune et SiO2 couche sert le diélectrique de grille.

  1. Pour établir le contact électrique avec la porte, retirer une petite zone de l’oxyde de silicium au bord de l’échantillon à l’aide d’une pointe à tracer diamant.
  2. Utilisez un pistolet d’azote pour éliminer les particules indésirables dioxyde de silicium.
  3. Placez trois microsonde (source, vidange et porte) sur les contacts d’électrode or source-drain, avec la sonde porte sur la zone avec enlevé SiO2.
  4. Utilisent un système de caractérisation de semi-conducteurs d’effectuer des mesures I-V.
  5. Mesurer les scans de transfert et de la sortie de NW FETs que ceux-ci donnent des informations sur les performances de l’appareil et les propriétés électriques des nanofils1,17,23. Notez que les mesures de transfert impliquent stepping source-drain et balayage tension gate. Les caractéristiques de sortie sont mesurées par balayage voltage source-drain et exécution pas à pas de tension de la porte.

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Representative Results

Résultats de photolithographie bicouche en propre définie nettement électrodes. Dans l’exemple (Figure 1 a), structure de doigt inter-digitated a été utilisé avec une longueur de chaîne de 10 µm. Ces structures permettent un grand espace assembler le nombre maximal de nanofils si on applique la force de la DEP. Figure 1 b montre une représentation schématique d’un dispositif de nanofils FET bas-porte.

Concentration de nanofils incorrecte de dispersion, sonication ainsi comme insuffisante peut entraîner des dispersions de mauvaise qualité, avec des exemples de goutte coulé de nanofils illustré à la Figure 2 a et Figure 2 b, avec une quantité importante de nanofils des touffes. Dépôts DEP de dispersions de nanofils très dense peuvent également produire des couches qualité indésirables de nanofils comme illustré à la Figure 2. Dans cet exemple, nanofils sont déposés trop dense, qui donne un effet de projection de nanofils-nanofil très importante. Un exemple de bon dépôt de DEP est montré dans la Figure 2D, ce qui démontre bien dispersés, isolé, alignement de nanofils.

Flux-aidé DEP de nanofils devrait aboutir à nanofils perpendiculairement traverse la manche avec un chevauchement de quelques microns sur l’électrode, comme illustré à la Figure 3. Assemblée de nanofils idéal peut être approchée comme une « monocouche » bien alignée. En outre, un petit espace entre les nanofils est préférable pour réduire l’effet de dépistage des nanofils. Un exemple de nanofils contrôlables Assemblée par débit DEP assistée est montré dans la Figure 3 a et 3 b de la Figure, où DEP signal tension a été réduite dans la Figure 3 b, entraînant un nombre significativement plus faible de nanofils déposés dans le écartement des électrodes.

Transfert et sortie des scans d’un transistor à effet de champ nanofil silicium typiques sont indiquées dans la Figure 4. Les résultats démontrent que l’appareil a un comportement type p, avec modulation porte bien définis. Ces résultats se comparent bien avec les autres transistors de nanofils fabriqués en utilisant la même méthode dans la littérature1,2; Cependant, ces dispositifs peuvent également être améliorées par des techniques telles que la passivation de surface qui n’est pas discuté ici17. Solution traitée silicium que nanofils FETs ont exposé sur les courants aussi haut, milliampère niveau1; Cependant, pour de nombreuses applications FETs avec micro-amp courants sont suffisantes.

Figure 1
Figure 1 : Image optique et schématique du transistor. (A) image microscope optique des structures d’électrodes interdigitées avec nanofils alignés entre les électrodes. (B) schéma d’un bas-porte nanofil champ transistor à effet construit sur TR/SiO2 plaquette avec grille commune Si. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Images de microscope optique polarisée de solution déposent des nanofils de silicium. (A) exemple de nanofils goutte monter des plaquettes de silicium d’une dispersion non optimisée, montrant un grand nombre de touffes de nanofils. (B) déposer cast nanofils après sonication brève avec moins de touffes. (C) dispositif après DEP incorrecte indiquant une très forte densité de nanofils et bouquets. Appareil (D) après le dépôt du DEP correct montrant bien alignées, isolé des nanofils traversant les lacunes de l’électrode. Les flèches rouges indiquent le sens d’écoulement du fluide. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Polarisation des images de microscope optique des dépôts de DEP contrôlables de nanofils de silicium. (A) les nanofils assemblés à haute tension du signal DEP (15 V), affichage de haute densité de nanofils alignés. (B) nanofils assemblés à basse tension DEP (5 V), avec seulement deux nanofils combler les électrodes. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Caractéristiques I-V de nanofils typique FET périphérique. (A), FET les scans de transfert d’un dispositif de FET de silicium nanofils bas gated avec électrodes en or. Tensions de vidange sont sortit de -0,1 à -0,5 V avec -0,1 V tension intervalle et porte est balayée de 10 à -40 V. scan (B) la puissance de l’appareil même avec une tension gate gradins de 0 -40 V avec -5 V intervalles et tension de drain balayé de 0 à -0,5 V. nanofils étaient assemblés au signal de la DEP à 2 MHz et 10 Vpp. FET montre 5 pA hors tension (VG = 0 V), 5 µΑ sur courant à VD= 0,5 V, ce qui entraîne 106 - 107 marche/arrêt ratio actuel. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Terrain simulé de force DEP fonction de la fréquence des nanofils de silicium dans l’anisole avec différentes conductivités. Dans la simulation, les nanofils ont une constante diélectrique de 11,9 et une conductivité entre 2,5 x 10-2 S/m à 10 x 10-2 S/m. Anisole a une constante diélectrique de 4,33 et une conductivité supposée de 2 x 10-6 S/m. Note que les conductivités supérieures ont une fréquence plus élevée au cours de laquelle la force tombe à zéro. Cette tendance indique que nanofils de conductivité plus élevée peuvent être collectées à plus haute fréquence de signal DEP. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

La fabrication avec succès et les performances des dispositifs dépendant de plusieurs facteurs clés. Citons nanofil densité et la répartition dans la formulation, le choix du solvant, la fréquence des DEP et le contrôle du nombre de nanofils présents sur le dispositif d’électrodes1.

Une des étapes essentielles dans la réalisation de dispositifs de travail répétitif est la préparation d’une formulation de nanowire sans clusters ou en bouquets. La formulation peut être sonication avant DEP pour réduire le nombre de bouquets et de maintenir des nanofils dispersion. La densité d’une solution une fois fait peut également être difficile à contrôler surtout si nanofils risquent de coaguler qui peut conduire à une formulation moins dense. Agents tensio-actifs peuvent servir à créer une plus disperser la formulation, mais l’agent de surface peut avoir un effet négatif de la performance de l’appareil.

Figure 2 a montre un exemple de nanofils de fonte déposée goutte, avec un nombre important de touffes. Si les touffes des nanofils sont difficiles à enlever ou les nanofils sont sensibles à la rupture pendant la sonication16, il est recommandé que la solution puisse s’installer pendant quelques secondes. Haut de la formulation devrait alors être distribué hors usage. Nanofils bien dispersés flottent sur le dessus de la solution, alors que les grappes lourdes nanofil coulent au fond.

Le choix du solvant et nanomatériaux affectera les paramètres dans la phase de dépôt du DEP. La force DIÉLECTROPHORÉTIQUE qui éprouve un nanofil est donnée par l’équation 18:

Equation 1

Equation 2 est un facteur de géométrie qui se rapporte au rayon et la longueur de la nanowire, Equation 3 est dégradé de la racine carrée du champ électrique, et Equation 4 est la partie réelle du facteur de Clausius-Mossotti (équation 2).

Equation 5

Equation 6 et Equation 7 sont les particules et les moyennes de permittivité, Equation 8 et Equation 9 sont leur conductivité, et Equation 10 est la fréquence de la DEP. De l’équation 2, la force dépend de la conductivité et la permittivité du solvant et le nanomatériaux. Si le solvant est changé, cela peut considérablement modifier la fréquence et forcer la réponse pour l’assemblage de nanofils. Il est également évident que nanofil différents matériaux réagiront différemment même dans le même solvant.

Equation 11indique que, à des fréquences différentes, la particule peut être plus ou moins polarisable que le milieu, qui détermine ensuite si les nanofils se déplacent vers la région du gradient de champ électrique élevé (DEP positive) ou vers la région de faibles champs électriques gradient (DEP négatif)1.

Figure 5 montre une courbe simulée de l’équipe expérimenté de nanofils de silicium dans l’anisole. Les nanofils sont supposés pour avoir une constante diélectrique de 11,9 et une conductivité de 2,5 x 10-2 à 5 x 10-2 S/m. Anisole a une constante diélectrique de 4,33 et une conductivité supposée de 2 x 10-6 S/m. La fréquence à laquelle la force tombe à zéro est différente pour les conductivités différentes. L’effet peut être utilisé pour sélectionner les différentes particules après leur conductivité relative et la permittivité en modifiant la fréquence appliquée1,2,24. Des fréquences plus élevées ont été trouvés pour sélectionner des nanofils avec conductivité plus élevée et une plus faible densité des pièges. Cette sélection mène aux dispositifs FET avec une augmentation significative sur courant par nanofils et amélioré seuil sous pente1.

Cet effet dépend du type d’électrodes utilisées et l’angle d’inclinaison du substrat. Nous recommandons pour les chercheurs souhaitant régler ce processus à leurs électrodes, d’étalonner en modifiant qu’un seul paramètre à la fois.

Le nombre de nanofils présents dans la zone périphérique du chenal est également essentiel dans la réalisation de dispositifs de travail répétitif, car trop de nanofils seront traduira par un tapis, comme illustré à la Figure 2, qui peut conduire à des caractéristiques du dispositif pauvres I-V, en raison de nanofils dépistage de l’autre et réduction de l’effet du champ porte sur le canal.

Pour contrôler la densité des nanofils, la tension, fréquence et la concentration de la formulation peuvent être altérée1. Par exemple, pour augmenter le nombre de nanofils, la tension peut être augmentée, ou la concentration de la formulation de nanofils a augmenté. Fréquence du signal DEP est un paramètre très important, car il a un impact fort sur la qualité des nanofils collectées, donc la réduction de la fréquence n’est pas recommandée, si haute performance nanofil sont destinés à être préparés. Il devrait également noter que dans certains cas une tension élevée peut causer certains types de conduite hautement nanofils pour faire fondre le19ou brûler les zones de contact.

En résumé, DEP nanofil assembly est une technique très puissante, lorsqu’elle est associée avec la spectroscopie d’impédance, ce qui permet d’évaluer les fréquences de signal DEP pour la collection de nanofils de haute qualité. Aux hautes fréquences de signaux DEP, dans la gamme de 1 à 20 MHz, identifié pour la collection de nanofils de Si haute qualité, puits-contrôlable et reproductible des nanofils Assemblée peut être obtenue. Dans de nombreux cas, Assemblée de nanofils de quelques dizaines à quelques centaines de nanofils affections de l’appareil suffisent pour faire la démonstration de transistors de nanofils de haute performance. La méthodologie est simple d’étendre à d’autres types de nanofils et nanomatériaux, si chaque matériau est examinée en termes de sa réponse à la DEP signal1,2.

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Disclosures

Les auteurs confirment qu’il n’y a aucun conflit d’intérêt.

Acknowledgments

Les auteurs aimeraient remercier ESPRC et BAE systems pour soutien financier et Prof. Brian A. Korgel et son groupe pour la fourniture de PAFD cultivé de nanofils de silicium utilisées dans ce travail.

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

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Ingénierie numéro 130 Semiconducting nanofils solution-traitable transistors à effet de champ dielectrophoresis nanomatériaux auto-assemblage haute performance électronique imprimable substrats flexibles
Flux-aidé diélectrophorèse : Une méthode Low Cost pour la Fabrication des dispositifs de nanofils traitable-Solution Haute Performance
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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).

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