Summary
Bu kağıt, yardımlı dielectrophoresis için gösterdi akışı nanowire cihazların kendinden montajlı. Bir silikon nanowire alan etkili transistör imalatı örnek olarak gösterilir.
Abstract
Akış yoluyla dielectrophoresis (DEP) bir verimli kendinden montajlı yöntemi için kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir konumlandırma, hizalama ve nanowires seçim olduğunu. DEP nanowire analizi, karakterizasyonu ve çözüm tabanlı imalatı yarıiletken aygıtlar için kullanılır. Yöntem alternatif elektrik alan metal elektrot arasındaki uygulayarak çalışır. Nanowire formülasyonu sonra yerçekimi kullanarak formülün bir akışı oluşturmak için bir eğimli yüzeyde olan elektrot üzerine düştü. Nanowires sonra elektrik alanı ve sıvı akış yönünü degrade boyunca hizalayın. Alanın frekans nanowires üstün iletkenlik ve alt tuzak yoğunluğu ile seçmek için ayarlanabilir.
Bu çalışmada, akış yoluyla DEP nanowire alan etkili transistörler oluşturmak için kullanılır. DEP akış yoluyla çeşitli avantajları vardır: elektriksel özellikleri; nanowire yelpazesi sağlar nanowire uzunluk kontrolünü; nanowires belirli alanlarda yerleşimini; nanowires yönünü kontrolünü; ve kontrol nanowire yoğunluğu içinde belgili tanımlık aygıt.
Teknik gaz sensörler ve mikrodalga anahtarları gibi diğer birçok uygulama için genişletilebilir. Teknik verimli, hızlı, tekrarlanabilir ve seyreltik çözüm roman Nanomalzemeler test etmek için ideal hale az miktarda kullanır. Gofret ölçek derleme nanowire cihazların da elde edilebilir bu tekniği kullanarak çok sayıda örnekleri test etmek için izin ve geniş alan elektronik uygulamaları.
Introduction
Nano tanecikleri önceden tanımlanmış substrat konumlarda kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir Meclisi yarıiletken veya yürütülmesi nano tanecikleri kullanan çözüm-işlem elektronik ve Fotonik aygıtların ana sorunlardan biri. Yüksek performanslı aygıtlar için tercihli boyutları ve dahil olmak üzere, örneğin belirli elektronik özellikleri, yüksek iletkenlik ve düşük yoğunluklu yüzey tuzak devletler ile nano tanecikleri belirleyebilmek son derece yararlı da sağlar. Nanomalzemeler büyüme, nanowire ve nanotüp malzemeleri de dahil olmak üzere önemli gelişmeler rağmen bazı varyasyonları nanopartikül özelliklerinin her zaman mevcuttur ve bir seçim adım1 nanoparçacık tabanlı aygıt performansını önemli ölçüde artırabilirsiniz ,2.
Bu çalışmada gösterilmiştir akış yoluyla DEP yöntemin amacı kontrol edilebilir yarıiletken nanowires derleme için yüksek performanslı nanowire alan etkili transistörler metalik kişiler üzerine göstererek yukarıdaki sorunları ele almaktır. DEP nanowire cihaz imalat nanowires, hizalama/nanowires yönünü ve nanowires DEP sinyal frekans seçimi ile istenen özellikleri1çeşitli konumlandırma dahil olmak üzere tek bir adımda birkaç sorunları çözer. DEP gaz sensörler3, transistörler1, değişen çok sayıda diğer cihazlar için kullanılan ve bakteri analiz7için konumlandırma için4,5, RF geçer.
DEP nanowires içinde kendinden montajlı elektrotlar8kaynaklanan üniform olmayan elektrik alanının uygulama yoluyla polarizable parçacıkların manipülasyon olduğunu. Yöntem aslında bakteri9,10 manipülasyon için geliştirildi ama yana nanowires ve Nanomalzemeler manipülasyon genişletti.
Geleneksel yukarıdan aşağıya teknikleri dayalı birden çok photomasking, iyon implantasyonu, tavlama ve Matlaştırma yüksek sıcaklık14, önemli ölçüde farklıdır yarı iletken cihaz imalat nano tanecikleri DEP çözüm işlenmesini sağlar adımları. Zaten sentezlenmiş nano tanecikleri DEP işleyen, düşük sıcaklık, aşağıdan yukarıya imalat tekniği11oldu. Bu yaklaşım büyük ölçekli nanowire cihazlar sıcaklığa duyarlı, esnek plastik yüzeylerde6,12,13de dahil olmak üzere hemen hemen herhangi bir yüzey monte edilebilir sağlar.
Bu eser, yüksek performanslı p-tipi silikon nanowire alan etkili transistörler akış yoluyla DEP kullanarak cihazlarında ve FET akım-gerilim nitelemesi yapılır. Bu çalışmada kullanılan silikon nanowires via süper akışkan sıvı katı (SFLS) yöntemi15,16yetiştirilmektedir. Nanowires kasten katkılı ve yaklaşık 10-50 µm uzunluğu ve 30-40 nm çapındadır. SFLS büyüme yöntemi çok cazip çünkü ölçeklenebilir nanowire malzemeler15miktarda sanayi sunabilir. Önerilen nanowire derleme metodoloji doğrudan etsin13, SnO23ve GaN18gibi diğer yarı iletken nanowire maddeler için geçerlidir. Teknik iletken nanowires19 hizalamak için ve nano tanecikleri elektrot aralıkları20arasında konumlandırmak için genişletilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dikkat: Tüm yordamları sürece aksi belirtilen gerçekleşecek bir temiz oda ortamı ve risk değerlendirme be bitmiş nanowires ve kimyasal işleme sırasında güvenliği sağlamak için. Nanomalzemeler güncelliği sağlık etkileri henüz bilinmiyor bir dizi var ve böylece uygun ile ele alınmalıdır21umurumda.
Not: Süreç DEP kişileri tanımlamak için ilk fotolitografi ve metal birikimi adımları tarafından takip yüzeylerde hazırlanması ile başlar. Nanowires sonra DEP ile monte edilir ve bir daha da isteğe bağlı ifade photolithographic ve metal adım nanowires üzerine en iyi kişiler yatırmak için gerçekleştirilebilir. Nanowire transistör aygıtların akım-gerilim özellikleri sonra bir yarıiletken karakterizasyon kiti kullanılarak ölçülür.
1. yüzeylerde hazırlanması
- Katkılı n-katkılı silikon/Silikon dioksit gofret uygun boyutları, örneğin, 2.5 cm2kesti.
- Kesim sırasında gofret üst yüzeyi dokundu ya da çizik olun.
- Bir elmas scriber bir kesim yapmak için bir sürekli hareket yüzey üzerinde çalıştırın.
- Gofret kesme boyunca bölün.
- Örnekleri yer bir substrat tutucu ve 5 min % 100 güç (450 W) ultra sonik bir banyo, önce deiyonize su, sonra aseton ve son olarak isopropanol (IPA) için solüsyon içeren temizleyicide.
Not: Tablo reçetesi CAS numaraları ve tedarikçiler için bkz. - Kuru yüzeylerde yüzeyden herhangi bir kalan IPA veya toz kaldırmak için azot silahlı.
- Plazma kül 100 W 5 min için kalan herhangi bir organik artıkları kaldırmak için oksijen plazma örnekleri.
2. fotolitografi Bilayer işlem kişiler için
Not: Bir bilayer fotolitografi süreç elektrot oluşturmak için kullanılır. Fotolitografi işleminin sarı bir odada fotorezist malzemelerin çürüğü önlemek için yapılır.
- Örnek 15 dakika kalan herhangi bir su yüzeyindeki çıkarmak için bir aspiratör kullanarak 150 ° C'de ısı.
Not: Bu fotorezist yapışma sağlamak içindir; Ancak HMDS gibi kimyasal Astar boyaları da kullanılabilir. - Örnek sıcak plaka çıkarın ve spin coater yerleştirin.
- Tüm örnek düzgün kaplı kadar bir pipet kullanmadan, fotorezist A yaklaşık 1 mL yüzeyde bırak.
Not: Tablo malzemeler kullanılan tam fotorezist için bakın. - Örnek 4000 devirde 45 için spin bir film kalınlığı yaklaşık 250 üretmek için s, nm. Elektrotlar bu 150 kalın olup nm yatırılır, bu tarifi değiştirmek üzeresiniz.
- Örnek spin coater çıkarın ve 5 min için 150 ° C'de bir ocağın üzerine yerleştirin.
- Örnek ocağın kaldırmak ve örnek bir % 50 nem kutusunda 5 dk dinlenmeye bırakın. Bu sıvı fotorezist22sağlamaktır.
Not: Laboratuar nem % 50'den büyükse, örnek havada dinlenmek için bırakılabilir. - Örnek geri döndürme coater üzerine yerleştirin ve yaklaşık 1 mL substrat yüzeyinde fotorezist B pipet.
- Örnek 3500 devirde 45 için spin s, veren bir film kalınlığı yaklaşık 500 nm.
- Örnek 2 min için 120 ° C'de bir ocağın üzerine koyun.
- Örnek aspiratör ve 5 min için % 50 nem kutusunda dinlenmeye bırakın kaldırın.
- Bir maske-aligner ve UV ışığı photomask için 6,7 kullanarak örnek maruz s toplam 180 MJ maruz kalma.
Not: Tam maruz kalma doz maskesi aligner belirli bir modeli bağlı olarak ayarlanması gerekebilir. - Örnek maskesi aligner kaldırmak ve fotorezist geliştirici için 30 çeker tarafından geliştirmek s.
Not: Malzemeler tablo tam geliştirici için bkz. - Geliştiricinin yeri: örnek kaldırmak, örnek deiyonize su sokmak ve geliştirme süreci durdurmak için durulayın.
- Bir optik mikroskop kullanarak fotolitografi kontrol edin. Bir polarize hangi kanal etrafında hafif çizgiler olarak görüleceğini bilayer Hızar kontrol etmek için kullanılabilir. Eğer çok fazla zaman ayarlanabilir veya iki küçük kesme vuruşu elde edilir.
3. Metal kişiler birikimi
Not: Elektron ışını (E-beam) ifade üzerine hazırlanan fotorezist elektrotlar yatırmak için kullanılır. Bu işlem de termal Evaporatör veya diğer türleri metal ince film biriktirme teknikleri kullanabilirsiniz.
- Örnekleri E-beam odasında yerleştirin; yüksek vakum ulaşılana kadar aşağı pompa. Bu durumda, 1 x 10-6 mTorr bir vakum ulaşılır.
- 2-6 nm bir yapışma katmanı gibi davranan titanyum 30 tarafından takip mevduat nm altın DEP kişiler için.
- Örnekleri E-beam odasından kaldırın.
- Fotorezist ve aşırı metal çoğunu kaldırarak kalkış yordamı gerçekleştirin. Bu örnekleri bir ölçek fotorezist sökücü 15 dakika içine yerleştirerek yapılır.
- Örnekleri fotorezist çıkarmak A kabı kaldır ve fotorezist sökücü daha fazla 15dk için başka bir temiz kabı içine yerleştirin. Bu örnek üzerinde yerleşme herhangi bir büyük metal parçacıklar önlemektir.
- % 50 güç 5 min için kabı sonicating tarafından tam kalkış.
- Örnekleri banyo tek tek, herhangi bir malzeme ile istenmeyen metal parçacıklar elektrotlar arasında yerleşme önlemek için IPA durulayın için sağlanması kaldırın.
Not: Elektrotlar şimdi nanowires DEP hizalama için hazırlanır.
4. Nanowires DEP
- Silikon veya diğer nanowires yaklaşık 1 µg/mL konsantrasyonu ANISOL içinde bir çözüm hazırlamak. Bu deneyde, çözüm kısa bir süre için 15 sonicated en düşük güç herhangi bir flokülasyon kaldırılması mümkün ayarı s. Diğer solventler toluen ve N, N-dimethylformamide (DMF)1gibi kullanılabilir.
- Çözüm 10 µL kurban bir substrat üzerine nanowire formülasyon döküm damla ile kontrol edin.
- Belgili tanımlık substrate yatırılan nanowires polarize optik mikroskop (POM) kullanarak kontrol edin. Silikon nanowires birefringent ve bu nedenle kolayca POM içinde görülebilir. Eğer hiçbir nanowire kümeleri görünür ve sonra sonraki aşamada başlayabilirsiniz, aksi takdirde çözüm yeniden sonicated ve nanowire konsantrasyon ayarlanması gerekebilir nanowires çoğunu de yüzey üzerinde dağılmış. Bu doğru nanowire dağılım elde etmek için çeşitli girişimlerde alabilir.
- 30° (vs ufuk) üzerine elektrotlar ile hazırlanan örnek eğimli platformu yatay aygıt kanal ile yerleştirin. Dağılım akış yönü daha verimli nanowire uyum sağlamak için elektrotlar kenarları dik olması gerekir.
- Mikro-sonda bir frekans jeneratör1' e bağlı kullanarak elektrotlar başvurun.
- Küme istenen frekans ve voltaj frekans jeneratörü vardır. Bu deneyde, DEP sinyal gerilim 10 V tepe-için-tepe ve 1 MHz sinüs kullanın.
Not: sıklığı artan ilâ 20 MHz yüksek iletkenlik ve düşük tuzak yoğunluğu1,2nanowires toplamak için yardımcı olabilir. Ayrıntılı bilgi için başvuru1 bakın. Burada gösterildiği DEP sinyal frekans aralığı SFLS Si nanowires empedans spektroskopisi ve koleksiyon zaman analizi, yaparak başvuru1' de açıklandığı gibi elde edildi. Diğer türleri daha yüksek veya daha düşük ücret taşıyıcı hareketlilik ile nanowires nanowires katkılı veya diğer büyüme yöntemlerle elde edilen nanowires yüksek kaliteli nanowires koleksiyonunda kaynaklanan farklı DEP sinyal frekans aralığı olabilir. - Frekans jeneratör anahtarı üzerinde ve yaklaşık 10 µL aygıt alanının üzerine bir micropipette kullanarak nanowire çözüm bırakın.
Not: örnek bir açıyla (30 °) yerleştirerek bir yerçekimi destekli Yavaș Akıș sıvı oluşturmak için yardımcı olur. Alternatif olarak, bir kılcal eylem bir cam slayt kullanarak kullanılan6olabilir. - DEP uygulamak 30 s ve sonra kapanma frekans jeneratör için sinyal.
- Örnek kaldır ve yavaşça IPA ile durulayın.
- Kuru-çok nazikçe bir azot silah kullanan örnek kapalı. Polarize optik mikroskop örnek incelemek ve parametrelerini ayarlamak için kullanılabilir
Not: Nanowires, birkaç nanowires için bir kaç yüz aygıt1,2başına gelen bir tekrarlanabilir istenen yoğunluğu elde etmek için DEP sinyal gerilim, frekans ve nanowire dağılım yoğunluğu ayarlanabilir.
5. ikincil bir Metal tabaka birikimi
- Batı FET geliştirilmiş geçerli yerleştirmeye elde etmek için ikinci bir metalik temas nanowire üstüne uygulayın.
Not: yalnızca altın katmanı yatırılır dışında bu kişi biriktirme işlemi olarak bölüm 2 ve 3, hem fotolitografi hem de metal biriktirme, tam olarak aynı adımları izler.
6. ı-V Nanowire cihazlar karakterizasyonu
Not: Örnekleri Şimdi tam ve sonraki deneylerde kullanılan veya -V özellikleri nanowire FET elektriksel özellikleri kurmak için ölçülebilir. Arka kapı FET nerede katkılı silikon gofret ortak kapısı olarak hizmet vermektedir ve SiO2 katman kapısı Dielektrik hizmet vermektedir fabrikasyon aygıtlardır.
- Kapaklı elektrik bağlantıya geçmek için küçük bir alanda bir elmas scriber kullanarak örnek kenarında Silisyum oksit kaldırın.
- Azot silah herhangi bir istenmeyen Silikon dioksit parçacıklar kaldırmak için kullanın.
- Üç microprobes (kaynak, drenaj ve kapısı) altın kaynak tüketen elektrot kişiler kapısı sonda kaldırılan SiO2alan üzerinde yerleştirin.
- Yarıiletken karakterizasyon sistemi-V ölçümler almak için kullanın.
- Bunlar cihazın performansını ve nanowires1,17,23elektriksel özellikleri hakkında bilgi vermek gibi Batı FET aktarımı ve çıkış taranmasını ölçmek. Aktarım ölçümleri adım kaynak tüketen gerilim ve süpürme geçit gerilim içerir unutmayın. Çıkış özellikleri kaynak tüketen gerilim süpürme ve gate gerilimi artırıyor ölçülür.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bilayer fotolitografi sonuçlarında temiz keskin elektrotlar tanımlı. Örneğin (şekil 1A), kanal uzunluğu 10 µm ile arası digitated parmak yapısı kullanılmıştır. Bu yapıların DEP kuvvet uygulandığında nanowires en fazla kaç birleştirmek geniş bir alan sağlar. Şekil 1B bir şematik bir alt geçit nanowire FET cihazın gösterir.
Yanlış nanowire dağılım konsantrasyon, de yetersiz sonication neden olur düşük kaliteli insanlara şekil 2A gösterildiği nanowires döküm damla örneklerle ve şekil 2B, nanowire önemli miktarda ile kümeler. Çok yoğun nanowire dağıtıcılar birikimi DEP de şekil 2Ciçinde gösterildiği gibi istenmeyen kalite katmanları nanowires üretebilir. Bu örnekte, nanowires çok yoğun bir çok önemli nanowire-nanowire tarama efekti yatırılır. İyi DEP ifade örneği iyi dağınık, izole, hizalanmış nanowires gösteren 2D rakamolarak gösterilir.
Akış yoluyla DEP'yi nanowires dik bir çakışma şekil 3' te gösterilen elektrot üzerine birkaç mikron ile kanal geçiş nanowires sonuçlanmalıdır. İdeal nanowire derleme iyi hizalanmış "monolayer" yaklaşık olarak. Ayrıca, nanowires arasında küçük bir boşluk etkisi eleme nanowire azaltmak için tercih edilir. Kontrol edilebilir nanowire kurul tarafından yardımlı DEP şekil 3A içinde gösterilen akışı ve şekil 3Bnerede DEP sinyal gerilim içinde yatırılır nanowires önemli ölçüde daha az sayıda sonuçlanan 3B rakamiçinde düşürüldü, örneği elektrot boşluk.
Bir tipik silikon nanowire alan etkili transistör aktarımı ve çıkış taranmasını şekil 4' te gösterilmiştir. Sonuçları göstermek cihazın iyi tanımlanmış kapısı modülasyon ile p-tipi davranış var. İyi edebiyat1,2' aynı yöntemi kullanarak fabrikasyon diğer nanowire transistör ile bu sonuçları karşılaştırmak; Ancak, olmayan yüzey pasivasyon, burada17anlatıldığı gibi bu cihazlar da teknikleri tarafından geliştirilebilir. Çözüm nanowire FET akımları yüksek milyar düzey1olarak sergiledik silikon oluşum; Ancak, birçok uygulama için FET mikro akım akımları ile yeterlidir.
Şekil 1: Optik görüntü ve şematik transistörün. (A)optik mikroskop görüntü interdigitated elektrot yapıları nanowires ile uyumlu elektrotlar arasında. Bir alt-gate nanowire alan etkili Si/SiO2 gofret Si ortak kapaklı üzerine inşa transistör (B) şeması. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2: Polarized optik mikroskop imge çözümün mevduat silikon nanowires. (A)nanowires damla silikon gofret nanowire kümeleri önemli sayıda gösterilen bir unoptimized dağılım üzerinden üzerinde örneği. (B) damla nanowires sonra daha az kümeleri ile kısa sonication döküm. (C) aygıtı yanlış DEP nanowires ve kümeleri çok yüksek yoğunluklu gösterilen sonra. (D) aygıtı elektrot boşluklar geçiş iyi hizalanmış, izole nanowires gösterilen doğru DEP ifade sonra. Kırmızı oklar, sıvı akış yönünü gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: Silikon nanowires kontrol edilebilir DEP birikimi görüntülerini optik mikroskop polarize. (A)Nanowires yüksek DEP sinyal gerilim (15 V) hizalanmış nanowires gösteren yüksek yoğunluklu toplandı. (B) Nanowires düşük DEP gerilim (5 V), sadece iki nanowires elektrotlar köprüleme toplandı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 : Tipik nanowire FET aygıt-V özellikleri. (A) FET aktarım tarama altın elektrotlar ile bir silikon nanowire alt kapı FET cihazın. Drenaj gerilimler için -0,5 V-0.1 V ile-0.1 çıktı aralığı ve kapı gerilim süpürüldü 10 (B) çıkış tarama aynı cihazın V. -40 için basamaklı kapısı gerilim 0 -5 V ile V -40 ile aralıkları ve ok açılı tipler drenaj gerilim 0-Nanowires V. 0,5 edildi DEP sinyal 2 MHz ve 10, monte Vpp. FET 5 pA akım kapalı gösterir (VG = 0 V), 5 µΑ akım VD= 0,5 V 10 dakika sonra ortaya çıkan,6 - 10 7/Cari oran kapalı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: Frekans ANISOL farklı iletkenlikleri ile silikon nanowires için karşı DEP gücünün simüle arsa. Simülasyonda, nanowires 11,9 geçirgenlik ve 2. 5 x 10-2 S/m 10 x 10-2 S/m. ANISOL için arasında bir iletkenlik 4,33 geçirgenlik ve 2 x 10-6 daha yüksek iletkenlikleri var S/m. Not Varsayılan bir iletkenlik var bir yüksek frekans hangi kuvvet sıfırdır. Bu eğilim o yüksek iletkenlik nanowires yüksek DEP sinyal frekansta toplanan gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Başarılı imalat ve cihazların performansını birkaç anahtar etkenlere bağlı. Bunlar nanowire yoğunluğu ve dağıtım dahil formülasyonu, solvent, DEP sıklığı ve nanowires mevcut sayısını kontrol aygıtı elektrotlar1seçim.
Bir tekrarlanabilir çalışan cihazlar ulaşmada kritik adım nanowire formülasyonu olmadan küme veya kümeleri hazırlıktır. Formülasyon daha önce DEP nanowire dispersiyon korumak için ve kümeleri sayısını azaltmak için sonicated. Özellikle nanowires bunun için daha az yoğun bir formülasyon açabilir koagüle olasılığı varsa bir çözüm bir kez yoğunluğu yapılan da kontrol etmek zor olabilir. Yüzey aktif maddeleri daha oluşturmak için kullanılan yüzey aktif aygıtı performansını olumsuz bir etkisi olabilir ancak formülasyon, dağılın.
Şekil 2A kümeleri önemli sayıda ile açılan yatırılır dökme nanowires bir örneği gösterilir. Nanowires kümeleri kaldırmak zordur veya nanowires kırma sırasında sonication16yatkındır, bu çözüm için bir kaç saniye yerleşmek için izin verilmesini tavsiye edilir. En formülasyonun sonra kapalı kullanım için pipetted. Ağır nanowire kümeleri altına lavabo ise iyi dağınık nanowires üstünde tepe-in belgili tanımlık eriyik, float.
Solvent ve nanomaterial seçimi parametreleri DEP ifade aşamasında etkiler. Bir nanowire deneyimleri dielectrophoretic kuvvet Denklem 18tarafından: verilir
nerede 
RADIUS ve nanowire uzunluğu ile ilgili bir geometri faktör 
elektrik alanı kök ortalama kare degrade olduğunu ve 
Clausius-Mossotti faktör (Denklem 2) gerçek bir parçasıdır.
nerede 
ve 
parçacık ve orta geçirgenlik'ın, 
ve 
onların iletkenlik'ın, vardır ve 
DEP sıklığıdır Denklem 2' den, kuvvet iletkenlik ve geçirgenlik solvent ve nanomaterial bağlıdır. Çözücü değiştirdiyseniz, bu önemli ölçüde sıklığını değiştirmek ve nanowires derleme için mukabele gücü. Farklı nanowire malzemeler farklı bile aynı çözücü içinde yanıt belirgindir.
farklı frekanslarda parçacık sırayla nanowires yüksek elektrik alanı degrade (pozitif DEP) bölgenin doğru veya düşük elektrik alan bölgeye doğru hareket edip etmediğini belirler orta daha fazla veya daha az polarizable olabileceğini, gösterir degrade (negatif DEP)1.
Şekil 5 gücü'nün simüle bir eğri içinde ANISOL silikon nanowires tarafından deneyimli gösterir. Nanowires 11,9 geçirgenlik var kabul edilir ve 2. 5 x 10-2 için 5 x 10-2 S/m. ANISOL iletkenlik 4,33 geçirgenlik ve 2 x 10-6 S/m sahte bir iletkenlik. Hangi kuvvet sıfırdır için farklı iletkenlikleri farklı sıklığıdır. Etkisi farklı parçacıklar kendi göreli iletkenlik ve geçirgenlik uygulanan frekans1,2,24değiştirerek dayalı seçmek için kullanılabilir. Yüksek frekans yüksek iletkenlik ve tuzaklar daha düşük bir yoğunluğu ile nanowires seçin tespit edilmiştir. Bu seçim FET cihazlar ile önemli ölçüde artış üzerinde akım geliştirilmiş alt eşik yamaç1başı nanowire yol açar.
Bu etkiyi kullanılan elektrotlar türünü ve substrat eğim açısı bağlıdır. Bir kerede tek bir parametre değiştirerek kalibre etmek için onların elektrotlar bu sürece ayarlamak isteyen araştırmacılar için öneririz.
Gibi çok fazla nanowires bir mat zavallı ben-V aygıt özellikleri, nanowires nedeniyle yol açabilir şekil 2C, gösterildiği gibi sonuçlanır nanowires aygıt kanal alanında mevcut sayısı da yinelenebilir çalışma aygıtları, ulaşmada önemlidir Birbirimizi tarama ve kanal kapısı alan etkisi azaltmak.
Nanowires yoğunluğunu denetlemek için gerilim, frekans ve konsantrasyon formülün değiştirilmiş1olabilir. Örneğin, nanowires sayısını artırmak için gerilim artırılabilir veya nanowire formülasyonu konsantrasyonu artar. Bu yüzden frekans azaltılması önerilmez, yüksek performanslı nanowire aygıtlar hazırlanacak varsa bu güçlü etkisi toplanan nanowires kalitesine göre durum gibi DEP sinyal çok önemli bir parametre sıklığıdır. Bu da bazı durumlarda yüksek gerilim son derece19erimeye nanowires yapma belirli türleri veya neden olabilir, iletişim alanları yanık olduğunu belirtmek gerekir.
Özet olarak, DEP nanowire çok güçlü bir tekniği, empedans spektroskopisi ile birleştiğinde DEP sinyal frekans yüksek kaliteli nanowires toplanması için değerlendirmek için izin derlemedir. Yüksek kaliteli Si nanowire koleksiyonu için tanımlanan 1-20 MHz aralığında yüksek DEP sinyal Frekanslar, iyi kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir nanowire derleme elde edilebilir. Birçok durumda, nanowire derleme on nanowires cihaz alan başına birkaç yüz için yüksek performanslı nanowire transistörler gösteri için yeterli. Metodoloji her maddi DEP sinyal1,2onun yanıt açısından incelendiğinde ise, nanowires ve Nanomalzemeler, diğer türleri için genişletmek basittir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar hiçbir çıkar çatışması olduğundan emin olun.
Acknowledgments
Yazarlar için mali destek ve Prof. Brian A. Korgel ESPRC ve BAE sistemleri ve grubu bu çalışmada kullanılan silikon nanowires yetiştirilen SFLS temini için teşekkür etmek istiyorum.
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).
