Waiting
Login processing...

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

Engineering

تلفيق من أجهزة الاستشعار صورة مرنة تستند إلى فوتوترانسيستورس نيبن الأفقي

Published: June 23, 2018 doi: 10.3791/57502
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1
1School of Electrical Engineering and Computer Science, Gwangju Institute of Science and Technology
* These authors contributed equally

Summary

نحن نقدم طريقة مفصلة لاختلاق صفيف phototransistor نيبن تشوه الوحشي لأجهزة الاستشعار صورة المنحنية. الصفيف phototransistor مع نموذج شبكة مفتوحة، التي تتألف من جزر رقيقة السيليكون والمط إينتيركونيكتورس معدنية، يوفر المرونة والشلل. محلل معلمة يميز الخاصية الكهربائية ل phototransistor ملفقة.

Abstract

نظريتهم مرنة وقد درست مكثف لاستخدام أجهزة الاستشعار صورة المنحنية، التي تشكل عنصرا حاسما في نظم التصوير مستوحاة من السيرة الذاتية، ولكن لا تزال هناك العديد من النقاط الصعبة، مثل كفاءة امتصاص منخفضة سبب طبقة رقيقة نشط والمنخفض المرونة. نحن نقدم طريقة متقدمة لاختلاق مجموعة phototransistor مرنة مع تحسن أداء كهربائية. أداء الكهربائية المعلقة تحركها الحالي الظلام منخفضة نظراً لتعاطي المنشطات شوائب العميق. وتقدم إينتيركونيكتورس معدنية المط والمرونة في نفس الوقت زيادة الكهربائية والميكانيكية في حالة مشوهة جداً. ويصف البروتوكول صراحة عملية تصنيع phototransistor استخدام غشاء رقيقة سيليكون. عن طريق قياس الخصائص-V للجهاز المكتملة في الدول مشوه، علينا أن نظهر أن يحسن هذا النهج زيادة الميكانيكية والكهربائية من الصفيف phototransistor. ونحن نتوقع أن هذا النهج phototransistor مرنة يمكن استخدامها على نطاق واسع لتطبيقات الجيل القادم تصوير النظم/الإلكترونيات الضوئية ليس فقط، بل أيضا يمكن ارتداؤها من الأجهزة مثل أجهزة الاستشعار عن طريق اللمس/الضغط/درجة الحرارة وأجهزة الصحة.

Introduction

نظم التصوير مستوحاة من الحيوية يمكن أن توفر العديد من المزايا مقارنة بالتقليدية التصوير نظم1،2،3،،من45. الشبكية أو ommatidia الكرة عنصر جوهرية من النظام البيولوجي البصرية1،،من26. جهاز استشعار صورة منحنية، الذي يحاكي العنصر الحاسم لعيون الحيوان، يمكن أن توفر تكويناً صغير وبسيط للنظم البصرية مع الانحرافات منخفضة7. التقدم متنوعة من تقنيات الصنع والمواد، على سبيل المثال، استخدام مواد لينة ارتباطاً وثيقا مثل، ،المواد العضوية/متناهية الصغر89،10،11 12 والمقدمة لتشوه هياكل أشباه الموصلات بما فيها السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge)1،2،3،،من1314، 15،16،17، ندرك أن أجهزة الاستشعار صورة المنحنية. من بينها، توفير النهج المستندة إلى سي المزايا الكامنة مثل وفرة المواد والتكنولوجيا الناضجة، والاستقرار، والتفوق البصرية/الكهربائية. ولهذا السبب، وبالرغم من أن الرابطة الجوهرية صلابة وهشاشة، المستندة إلى سي للإلكترونيات مرنة على نطاق واسع درست لمختلف التطبيقات، مثل الإلكترونيات الضوئية مرنة18،،من1920 بما في ذلك صورة المنحنية أجهزة الاستشعار1،2،3، وأجهزة الرعاية الصحية يمكن ارتداؤها حتى21،22.

في دراسة أجريت مؤخرا، حلل، وتحسن أداء Si photodetector صفيف رقيقة23الكهربائية. في هذه الدراسة، هو الخلية أمثل وحدة واحدة في الصفيف photodetector المنحنية نوع phototransistor (PTR) الذي يتكون من الضوئي وحجب صمام ثنائي. يستفيض كسب مفرق قاعدة فوتوكورينت الذي تم إنشاؤه، وبالتالي فإنه يسلك طريقا لتحسين أداء كهربائية مع بنية رقيقة. بالإضافة إلى خلية مفردة، هيكل رقيقة مناسبة لقمع الحالية مظلمة، التي تعتبر الضوضاء في فوتوديتيكتور. فيما يتعلق بتركيز المنشطات، بتركيز أكبر من 1015 سم-3 غير كافية لتحقيق أداء استثنائي التي يمكن الحفاظ خصائص أشباه الموصلات بكثافة ضوء على مدى 10-3 واط/سم2 23 . علاوة على ذلك، خلية مفردة PTR ضوضاء عمود منخفضة ومستقرة بصريا/كهربائياً خصائص مقارنة الضوئي. استناداً إلى هذه القواعد التصميم، ونحن ملفقة مجموعة photodetector مرنة تتكون من قدمت Si رقيقة باستخدام رقاقة سيليكون على عازل (SOI). وبصفة عامة، هي قاعدة تصميم هامة من أجهزة الاستشعار صورة مرنة مفهوم الطائرة الميكانيكية المحايد الذي يحدد الموقف من خلال السمك الهيكل حيث سلالات من الصفر تعسفاً صغيرة r24. نقطة حاسمة أخرى هندسة السربنتين القطب لأنه يوفر شكل متموج الشلل الكامل عكسها على مسرى. بسبب هذين المفهومين أهمية التصميم، يمكن أن يكون الصفيف photodetector مرنة والمط. فهو يسهل تشوه الصفيف photodetector ثلاثية الأبعاد إلى شكل نصف كروية أو شكل منحنى مثل شبكية عيون الحيوان2.

في هذا العمل، نحن بالتفصيل عمليات تلفيق منحنى PTR صفيف باستخدام عمليات تصنيع أشباه الموصلات (مثلتعاطي المنشطات، والنقش، وترسب) ونقل الطباعة. أيضا، ونحن تميز PTR واحدة من حيث أن منحنى-V. بالإضافة إلى أسلوب التصنيع وتحليل خلايا فردية، ويتم تحليل الميزة الكهربائية من الصفيف PTR في الدول مشوه.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: بعض المواد الكيميائية (أي.، حمض الهيدروفلوريك، تنميش أكسيد مخزنة بشكل مؤقت، وكحول الأيزوبروبيل، إلخ.) المستخدمة في هذا البروتوكول يمكن أن تكون خطرة على الصحة. الرجاء مراجعة صحائف بيانات السلامة المادية ذات الصلة قبل انعقاد أي تحضير العينة. استخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة (على سبيل المثال.، معاطف المعمل وسلامة النظارات والقفازات) والضوابط الهندسية (مثلاً.، محطة الرطب، والأبخرة هود) عند التعامل مع منمشات والمذيبات.

1. سي تعاطي المنشطات والعزلة

ملاحظة: انظر الشكل 1 ألف - 1-د.

  1. إعداد رقاقة صوا مخدر عن طريق زرع الأيونات مع الظروف كما يلي: الطاقة يستعمل-الفوسفور/البورون، 80/50 فولط، وجرعة من 5 × 10153 × 1015 سم-3 ن+ وف+ تعاطي المنشطات، على التوالي. لاسترداد كريستالينيتي من يفر، يصلب العينة عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية لمدة 120 دقيقة في فرن بعد زرع الأيونات. إعداد العينات مخدر باستخدام عملية زرع أيون من مركز نانوفاب الوطني (ننفك) الاستقرار عملية عالية والمنشطات عميقة عمق (الشكل 1a).
  2. لإزالة أكسيد الأصلي، وتراجع العينة مكعبات استخدام الدب تفلون في تنميش أكسيد مخزنة (بنك إنجلترا) ل 5 ق وتنظيف العينة مكعبات تسلسلياً مع الأسيتون والكحول الأيزوبروبيل (IPA) والمياه (دي).
  3. تشكل نمطاً مقاوم الضوء (PR) لعزل Si (الشكل 1b).
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
  4. الجافة أحفر عينة Si استخدام أيون البلازما المتفاعلة الحث يقترن النقش (برنامج المقارنات الدولية-رية) مع 100 "ث الترددات اللاسلكية" السلطة و 0 السلطة ث برنامج المقارنات الدولية، متورر 30 غرفة الضغط، وسادس6 الغاز (40 sccm) لمدة 6 دقيقة (الشكل 1 ج).
  5. لإزالة طبقة أكسيد مدفونة، وتراجع هذه العينات في حمض الهيدروفلوريك 49% 2 دقيقة، باستخدام الدب تفلون (الشكل 1 د).
  6. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي. لإزالة الرطوبة، تجف العينة مع بلووجون2 ن أثناء الضغط عليه مع الملقط.

2. ترسيب طبقة أكسيد الذبيحة

ملاحظة: انظر الشكل 1e - ز 1.

  1. إيداع SiO2 طبقة الذبيحة مع سمك 130 نانومتر باستخدام البلازما المعززة ترسب البخار الكيميائي (بيكفد) مع درجة حرارة 230 درجة مئوية، 20 الطاقة الترددات اللاسلكية W الضغط متور 1000، سيح4 (100 sccm)، والغاز ن2س الغاز (800 sccm) لمدة 2 دقيقة ( الشكل 1e).
  2. نمط طبقة العلاقات العامة كقناع لطبقة SiO2 الذبيحة (الشكل 1f).
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون ن2 أثناء الضغط عليه مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
  3. أن نمط طبقة أكسيد بيكفد، وتراجع العينة في بنك إنجلترا لمدة 30 ثانية، استخدام الدب تفلون (الشكل 1 ز).
  4. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي. لإزالة الرطوبة، تجف العينة مع بلووجون2 ن أثناء الضغط عليه مع الملقط.

3-ترسب الطبقة الأولى بوليميد وأداء التلميع الأول

  1. تدور بوليميد المعطف (PI) في العينة على 4000 لفة في الدقيقة 60 s، يصلب عليه عند 110 درجة مئوية لمدة 3 دقائق وعند 150 درجة مئوية لمدة 10 دقائق على لوحة الساخن، ويصلب في 230 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة في جو2 ن بتوريد ن2 للفرن (ح الشكل 1).
  2. إيداع SiO2 طبقة بسمك 130 نانومتر باستخدام بيكفد مع درجة حرارة 230 درجة مئوية، 20 "ث الترددات اللاسلكية" السلطة، متورر 1,000 الضغط وسيح4 الغاز (100 sccm)، والغاز2س ن (800 sccm) لمدة 2 دقيقة.
  3. نمط SiO2 كطبقة قناع الثابت PI الجاف للنقش (1i الشكل).
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    3. إلى نمط SiO2 قناع الثابت، وتراجع العينة في بنك إنجلترا 30 s استخدام الدب تفلون، تنظيفه في الماء دي، وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط.
  4. جاف أحفر بي باستخدام رية مع قوة RF ث 30، س2 الغاز (30 sccm)، والغاز Ar (70 sccm) لمدة 20 دقيقة.
  5. لإزالة طبقة أكسيد بيكفد، وتراجع العينة في بنك إنجلترا لمدة 30 ثانية، استخدام الدب تفلون.
  6. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي. لإزالة الرطوبة، تجف العينة مع بلووجون2 ن أثناء الضغط عليه مع الملقط.
  7. إيداع 10 سمك nm nm/200 من الجمهورية التشيكية والاتحاد الأفريقي بالاخرق.
  8. نمط طبقة معدنية Cr/الاتحاد الأفريقي (الرقم 1j).
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. لتصلّب العلاقات العامة، جد خبز العينة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    3. حفر طبقة الجمهورية التشيكية والاتحاد الأفريقي مع تنميش رطب ل 60 s/20 s، على التوالي.
  9. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي. لإزالة الرطوبة، تجف العينة مع بلووجون2 ن أثناء الضغط عليه مع الملقط.
    ملاحظة: عملية التنظيف يجب أن نكون حذرين للغاية نظراً لوجود خطر لتقشير الطبقة PI.

4-ترسيب الطبقة الثانية من بوليميد وأداء التلميع الثانية

  1. تدور معطف PI في العينة على 4000 لفة في الدقيقة 60 s، يصلب عليه عند 110 درجة مئوية لمدة 3 دقائق وعند 150 درجة مئوية لمدة 10 دقائق على لوحة الساخن، ويصلب في 230 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة في جو2 ن بتوريد ن2 للفرن (الشكل 1 كيلو بايت).
  2. إيداع SiO2 طبقة بسمك 130 نانومتر باستخدام الغاز بيكفد مع درجة حرارة 230 درجة مئوية 20 "ث الترددات اللاسلكية" السلطة، 1,000 الضغط متور، سيح4 (100 sccm)، والغاز ن2س (800 sccm) لمدة 2 دقيقة.
  3. نمط SiO2 كطبقة قناع الثابت للنقش الجاف (الشكل 1 لتر).
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    3. إلى نمط SiO2 قناع الثابت، وتراجع العينة في بنك إنجلترا 30 s استخدام الدب تفلون، تنظيفه في الماء دي، وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط.
  4. جاف أحفر PI استخدام رية مع قوة RF ث 30، س2 الغاز (30 sccm)، والغاز Ar (70 sccm) لمدة 50 دقيقة.
  5. لإزالة طبقة أكسيد بيكفد، وتراجع العينة في بنك إنجلترا لمدة 30 ثانية، استخدام الدب تفلون.
  6. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي.
  7. إيداع 10 نيوتن متر/200 نانومتر سمك من الجمهورية التشيكية والاتحاد الأفريقي بطلاء الرش.
  8. نمط طبقة معدنية Cr/الاتحاد الأفريقي (الشكل 1 م).
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    3. حفر طبقة Cr/الاتحاد الأفريقي تنميش رطب ل 60 s/20 s، على التوالي.
  9. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي.
  10. لإزالة الرطوبة، جاف الركيزة نظيفة مع بلووجون نيتروجين أثناء الضغط عليه مع الملقط.
    ملاحظة: هناك خطر لتقشير الطبقة بوليميد، حتى إجراء عملية التنظيف بعناية فائقة.

5-تغليف النموذج مع بي وفتح عبر الثقوب وهيكل شبكة

  1. تدور معطف PI في العينة على 4000 لفة في الدقيقة 60 s، يصلب عليه عند 110 درجة مئوية لمدة 3 دقائق وعند 150 درجة مئوية لمدة 10 دقائق على لوحة الساخن، ويصلب في 230 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة في جو2 ن بتوريد ن2 للفرن (1n الشكل).
  2. إيداع طبقة2 SiO مع سماكة 650 نانومتر باستخدام الغاز بيكفد مع درجة حرارة 230 درجة مئوية 20 "ث الترددات اللاسلكية" السلطة، 1,000 الضغط متورر، سيح4 (100 sccm)، والغاز ن2س (800 sccm) لمدة 8 دقائق.
  3. نمط SiO2 كطبقة قناع الثابت للحفر الجافة.
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 2 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    3. إلى نمط القناع الثابت SiO2 ، تراجع العينة في بنك إنجلترا s 1 دقيقة 30 استخدام الدب تفلون وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط.
      ملاحظة: نظراً لصغر حجم الزخرفة، من الضروري للسماح لها بتطوير أطول من الوقت التنمية السابقة.
  4. جاف أحفر PI استخدام رية مع قوة RF ث 30، س2 الغاز (30 sccm)، والغاز Ar (70 sccm) لمدة 75 دقيقة.
  5. أحفر الجاف الاشتراكية الدولية ببرنامج المقارنات الدولية-رية مع 100 W RF الطاقة 0 السلطة ث برنامج المقارنات الدولية، متور 30 غرفة الضغط و 40 sccm SF6 الغاز لمدة 6 دقيقة (1o الشكل).
  6. لإزالة طبقة أكسيد بيكفد، وتراجع العينة في بنك إنجلترا 1 دقيقة 30 ثانية، استخدام الدب تفلون.
  7. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي.
  8. إيداع SiO2 طبقة بسمك 130 نانومتر باستخدام الغاز بيكفد مع درجة حرارة 230 درجة مئوية 20 "ث الترددات اللاسلكية" السلطة، 1000 الضغط متور، سيح4 (100 sccm)، والغاز ن2س (800 sccm) لمدة 2 دقيقة.
  9. نمط SiO2 كطبقة قناع الثابت للحفر الجافة.
    1. تدور معطف العلاقات العامة الإيجابية في العينة على 4000 لفة في الدقيقة ل 40 s ولينة خبز العينة المغلفة عند 90 درجة مئوية لفضح س. 90 عينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع قناع التصويرية لمدة 10 ق.
    2. تزج العينة في المطور لمدة 1 دقيقة لتحديد النمط، وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط. جد خبز العينة لتصلّب طبقة العلاقات العامة عند 110 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    3. إلى نمط القناع الثابت SiO2 ، تراجع العينة في بنك إنجلترا s 1 دقيقة 30 استخدام الدب تفلون وتنظيفه في الماء دي وجاف مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط.
  10. جاف أحفر بي قبل رية مع قوة RF ث 30، س2 الغاز (30 sccm)، والغاز Ar (70 sccm) لمدة 75 دقيقة.
  11. لإزالة طبقة أكسيد بيكفد، وتراجع العينة في بنك إنجلترا لمدة 30 ثانية، استخدام الدب تفلون.
  12. تنظيف المياه العينة تسلسلياً مع الأسيتون وأصد دي. لإزالة الرطوبة، تجف العينة نظيفة مع بلووجون2 ن أثناء الضغط عليه مع الملقط.

6-النقش في طبقة الذبيحة ونقل العينة إلى الركازة مرنة

ملاحظة: انظر الشكل 2.

  1. حفر طبقة مضحية بغمر العينة بحمض الهيدروفلوريك 49% لمدة 20 دقيقة (الشكل 2 ألف؛ واقحم).
  2. شطف العينة مع الماء دي.
  3. بعد استخدام الشعرية ظاهرة ممسحة لامتصاص الرطوبة بين الركيزة والجهاز، جاف العينة نظيفة مع بلووجون2 ن أثناء الضغط عليه مع الملقط لإزالة الرطوبة المتبقية (الشكل 2a).
    1. القيام بعملية الشطف والتجفيف العينة. بسبب التصاق منخفضة بين الجهاز والركيزة، هذا الأمر ينبغي القيام به بعناية فائقة، حتى لا يفصل بين الركيزة والجهاز.
  4. عقد العينة باستخدام الشريط الكربون وإرفاق الشريط للذوبان في الماء.
  5. قطاع قبالة الشريط للذوبان في الماء في لحظة لمنع الجهاز من المتبقية على الركازة (الشكل 2).
  6. التأكد من أن العينة هي تعلق على الشريط للذوبان في الماء.
  7. نقل العينة بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) مغلفة أفلام البولي إثيلين ايثلين (الحيوانات الأليفة) (الشكل 2 (ج)).
    1. إعداد PDMS (10:1 خليط من بريبوليمير: علاج عامل) وإزالة أي فقاعات الهواء في PDMS واسطة جليحه.
    2. تدور معطف PDMS على الفيلم الحيوانات الأليفة 1,000 لفة في الدقيقة 30 ثانية وخبز الفيلم الحيوانات الأليفة على لوحة الساخن عند درجة حرارة 110 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.
    3. تعرض العينة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة لمدة 30 ثانية لتحسين الالتصاق PDMS وإرفاق الشريط للذوبان في الماء مع العينة الفيلم المغلفة PDMS الحيوانات الأليفة.
      ملاحظة: العلاج الأشعة فوق البنفسجية يعزز انضمام سطح PDMS.
  8. لإزالة الشريط للذوبان في الماء، بعناية إسقاط المياه على ذلك، استخدام ماصة. قم بإزالة الشريط للذوبان في الماء ببطء تدفق المياه لمنع الجهاز من يجري جرفتهم المياه. جاف العينة ببطء مع بلووجون2 ن حين عقد مع الملقط (الشكل 2d).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

الشكل 3 ألف و 3 باء إظهار بنية مصممة ومصنعة من PTR نيبن النظر في الدراسات السابقة2،23. اقحم في الشكل 3 ألف معارض سمة أساسية من الأولى إلى الخامسة من PTR. ويبين الشكل 3bالمعلمات الهيكلية التفصيلية من PTR. جرت عملية تناول المنشطات لطبقة سي على رقاقة صوا استخدام زرع الأيونات ننفك. هو عمق المنشطات مكم ~1.25، ومساو لسمك الطبقة الرابطة، وتركيز المنشطات n+ وف+ ~ 10 سم19 -3. وقد توزيع المنشطات في أعلى طبقة Si الإصبع من نوع المنشطات. منطقة استنفاد الجانب بين المنطقة n+ والمنطقة ف+ ، والتي تم إنشاؤها بواسطة الإصبع من نوع المنشطات، مفيد للحد من الخسائر للناقلين المولدة بصور25. وعلاوة على ذلك، والمنشطات من نوع الإصبع يوسع المنطقة النشطة توليد الناقلين المولدة بواسطة الصور، مما يزيد من كفاءة الخلية. ويعرض الشكل 3 جيم صورة ضوئية لمخدر Si PTR الجزر. الخاصية-V PTR واحد يرد في الشكل 3d.

يعرض الشكل 4a الصفيف PTR ملفقة قبل نقل خطوة طباعة. صورة مكبرة تبين وحيد الخلية PTR بالتفصيل. يوفر الشلل إلى الجهاز مسرى السربنتين PI مغلفة ويحمي أقطاب وخلايا سي من الكراك أو الفشل. بالإضافة إلى الاستقرار الميكانيكية، طبقة PI يلعب دوراً كطلاء الانعكاس بتقليل الفرق في الانكسار بين طبقة Si والهواء. ويبين الشكل 4b الصورة الضوئية للجهاز المنقول على فيلم المغلفة PDMS الحيوانات الأليفة. باستخدام أسلوب نقل طباعة، يمكن وضع الجهاز المكتملة على الركازة مرنة (مثلاً، طبقة رقيقة محبوبة). ج الشكل 4 معارض الرسوم التوضيحية التخطيطي لإعداد القياس وتعريف نصف قطر انحناء (RoC). قياس أداء كهربائية في حالة الانحناء، قمنا بإصدار مرحلة يدوية مصنوعة خصيصا لثني العينة بالتحرك من جانب إلى جانب. ويبين الشكل 4 د خصائص الصفيف PTR-V في روكس مختلفة (أي، اللانهاية، 10 سم، 8 سم، 6 سم، 4 سم، 2 سم). هذه النتيجة يوضح أن ميزة الكهربائية من PTR ثابتاً، بغض النظر عن روكس. مصدر الضوء المستخدمة في هذه التجربة ضوء أبيض الناجم عن مصباح هالوجين. يظهر الشكل 4e نسبة فوتوكورينت الظلام الحالية كدالة للجهد مع روكس مختلفة. يتم الاحتفاظ بالنطاق الديناميكي، الذي يحدد حساسية photodetector، في ~ 600 أو أكثر من ذلك، أعلاه جهد تحيز 2 الخامس. هذه النتيجة تبين أن غشاء رقيق Si يمكن تحقيق مجموعة دينامية كبيرة بسبب تيار الظلام منخفضة كما هو موضح في الداخلي معرفة 4e. 4f الشكل يعرض الصور لبنت PTR الصفيف مع كل RoC.

Figure 1
رقم 1: الرسوم التوضيحية التخطيطي لعملية تصنيع الصفيف phototransistor المنحنية. اللوحات ()-(س) إظهار عملية متسلسلة من اختﻻق جهاز phototransistor على الركازة صوا مخدر لخلق عن طريق ثقب لإزالة طبقة الذبيحة من الركازة صوا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: الرسوم التوضيحية التخطيطي للنقل الطباعة الصفيف phototransistor من صوا ويفر إلى الركازة مرنة. () هذا الفريق يوضح كيفية تشكيل بنية شبكة مفتوحة وإزالة طبقة الذبيحة. (ب) هذا الفريق يوضح كيفية فصل الجهاز مع الشريط للذوبان في الماء. (ج) هذا الفريق يوضح كيفية نقل الجهاز إلى الركازة مرنة لزجة (مثلاً، PDMS). (د) هذا الفريق يوضح كيفية إزالة الشريط للذوبان في الماء عن طريق إسقاط المياه على ذلك. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: تخطيطات للخلية وحدة واحدة phototransistor (PTR) والمحاكاة نتيجة للخصائص-V- إظهار الفريقان الأول والثاني () ميل عرض PTR و (ب) طريقة عرض أعلى من PTR. تركيز المنشطات ~ 1019 سم-3 لكل من ف+ ومناطق n+ . يتم عرض قيم هندسية مفصلة في الشكل 3b. اقحم في الشكل 3 ألف يعرض خاصية أساسي الأول إلى الخامس PTR. (ج) يظهر هذا الفريق صورة مجهرية ضوئية على مخدر Si قدمت. اللون الأصفر يشير إلى "قدمت الرابطة". الركيزة الأخضر طبقة مربع2 SiO. (د) يظهر هذا الفريق الخصائص-V PTR واحدة ضمن الدول مشرقة ومظلمة. ويبين اقحم الظلام الحالية من خلية واحدة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: التخطيطي للأساليب والنتائج لقياس الخصائص-V في حالة منحنى صفيف phototransistor. () هذا الفريق يظهر في تصوير الجهاز ملفقة. صورة مكبرة تبين وحيد الخلية PTR بالتفصيل. (ب) يظهر هذا الفريق التصوير الجهاز المنقول على فيلم المغلفة PDMS الحيوانات الأليفة. (ج) هذا الفريق تخطيطي مبسطة لإعداد القياس. ويعرف نصف قطر انحناء (RoC) نصف قطر دائرة من مركز الدائرة كما هو موضح في اقحم. (د) يظهر هذا الفريق-V خصائص الصفيف PTR تحت الإضاءة مع روكس مختلفة. (ه) هذا الفريق قطعة من نسبة فوتوكورينت إلى تيار الظلام. اقحم يوضح مستوى الحالي الظلام منخفضة جداً، مما تسبب في مجموعة ديناميكية عالية. (و) يظهر هذا الفريق الصور الضوئية لمصفوفة PTR بنت في كل RoC. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تكنولوجيا تصنيع الموصوفة هنا يسهم تقدم الإلكترونيات المتقدمة وأجهزة يمكن ارتداؤها بقدر كبير. المفاهيم الأساسية لهذا النهج استخدام غشاء رقيق Si والمعادن إينتيركونيكتورس قادرة على التمدد. على الرغم من أن سي هي مادة هشة والثابت الذي يمكن بسهولة أن يكون مكسور، يمكن الحصول على طبقة رقيقة جداً سي26،مرونة27. ويقدم الشكل المتموج في حالة يربط معدنية، الشلل والمرونة28،29. على وجه الخصوص، إينتيركونيكتورس المعدنية بمثابة أقطاب لجهاز كامل تعمل كنوع مصفوفة. يقدم على شكل مصفوفة شبكة مفتوحة، الذي ينفذ في الخطوة الأخيرة، ليونة للجهاز بطريقة منظمة. جنبا إلى جنب مع مزايا Si طبقة رقيقة واقطاب السربنتيني، وهذا يحقق العزل الإجهاد وإصدارات هندسة الجهاز. أيضا، طبقة PI الذي يحيط الجهاز كله في وقت واحد يقدم آثار أنتيريفليكشن ويحمي الجهاز من شقوق أو عيوب. باستخدام نقل أسلوب الطباعة، يمكن وضع الجهاز ملفقة على الركازة مرنة، ومن ومن ثم، فإنه يؤمن شرط أن الجهاز يمكن أن تكون مشوهة. من خلال العملية الخطوات المعروضة هنا، جهاز سي مع العديد من المزايا من حيث خصائص الجهاز، ويمكن أن تتحقق عملية النضج كما إلكترونيات تشوه.

للحصول على خلية PTR مع تيار الظلام منخفضة، يكون الجهاز المنشطات عملية حيوية. عمق تناول المنشطات لأنه أكثر أهمية من تركيز شوائب المنشطات العميق يمكن أن تشكل أكثر المناطق استنفاد مقارنة بتعاطي المنشطات الضحلة. في المنطقة، واستنزاف لا إعادة تجميع الصور المولدة الإلكترونات والثقوب، وهذا هو العامل الأساسي الحد الحالي المظلمة في PTR يخدر العميقة. لتعاطي المنشطات أعمق، أسلوب زرع أيون أكثر مناسبة من طريقة نشرها. وقد أجرينا شوائب المنشطات باستخدام أسلوب زرع أيون المقابلة للخطوة 1 في هذا البروتوكول. لنجاح تنفيذ عملية تناول المنشطات، النظر في استخدام التكنولوجيا التجارية التصميم بمساعدة الكمبيوتر (تكاد) المحاكاة لتقدير عمق المنشطات وتركيز.

خطوات التلميع (الخطوة 3 و 4) واحدة من العمليات الأكثر أهمية في تكنولوجيا تصنيع الموصوفة هنا. في هذا البروتوكول، والاتحاد الأفريقي كمسار إلكترونية، لكن الاتحاد الأفريقي التصاق فقراء مع طبقة PI. وهكذا طبقة Cr (أو تي) ضروري لتشجيع انضمام الاتحاد الأفريقي وبي. نظراً لسمك PI، الذي هو مكم ~1.2 في هذه التجربة، لا تملك خطوط معدنية تودعه افابوريشنز الحرارية أو شعاع إلكترون تغطية كافية لخطوة. في هذا البروتوكول، تستخدم عملية اﻷخرق في هذه الخطوة. نحن ننصح باستخدام عملية الرش للتلميع. بعد أن يتم تشكيل نمط معدنية بالنقش الحل، يتم تنظيف العينة مع الماء دي. ثم مطلوب ضربة غاز2 ن دقيق لتجفيف المياه من العينة، نظراً لضربة قوية من غاز قد تقشر الطبقات المعدنية.

تشكيل عبر الثقب (الخطوة 5)، التي تخترق طبقات كلا من سي بي وخلال عملية الحفر، هي أيضا حاسمة في تكنولوجيا تصنيع هذا. من الصعب أن تقرر ما إذا كان عبر ثقب يتم إنشاء أنماط جيدا أم لا نظراً لأن عبر الثقوب وقد يبلغ قطرها صغير (~ 2 ميكرومتر). حيث يتم تغيير اللون بعد عملية الحفر، نحن نوصي بمراقبة من الداخل عبر أنماط ثقب بالمجهر خلال كل خطوة. ثم، طبقة بي يجب أن تكون منقوشة في شكل شبكة السربنتين. وهذا يشكل خطوة أساسية للجهاز للحصول على خاصية مرنة/المط.

لإزالة الطبقة2 SiO الذبيحة (الخطوة 6)، من الضروري معرفة درجة النقش طبقة أكسيد مربع بحمض الهيدروفلوريك (HF) من خلال المراقبة المجهرية المستمرة. أيضا، تجفيف المياه دي التي بقيت بعد التنظيف التردد يجب بعناية تنفذ فيه، لأن تهب الغاز2 ن قد تقشر الجهاز من التعامل مع الركازة Si. ونحن نوصي تهب الغاز2 ن بلطف. لأن التردد مضر جداً لجسم الإنسان، ينبغي أن تجري التجربة في بيئة مجهزة بألبسة واقية وقفازات واقية، وغاز تنفيس النظام. الخطوة التالية في هذا البروتوكول، تحتاج عملية نقل الطباعة (الخطوة 6)، تقنيات المهرة والحساسية. على سبيل المثال، عند إزالة الجهاز باستخدام شريط للذوبان في الماء، مفيد لتأمين العائد بإزالة الشريط بسرعة عالية.

وفي الختام، قدمت هذه المقالة عملية لاختلاق مجموعة Si PTR مرنة باستخدام سلسلة من عمليات تصنيع أشباه الموصلات مثل الترسيب، والنقش، والتصويرية، ونقل الطباعة. لرؤية عملية التصنيع هذه، يوضح هذا المقال أساليب تصنيع محددة مع أوصاف مفصلة. ووصف هذه المادة أيضا، كيف كنا النهج المذكور هنا اختﻻق العينة وقياس أداء الجهاز العينات ملفقة في خصائص-V مع أو بدون الإضاءة روكس مختلفة. هذه النتيجة توضح أن يحتوي الصفيف Si PTR استقرار الميكانيكية والكهربائية في حالة مشوهة. في هذه الدراسة، يتم التغلب على القيود الميكانيكية للمواد الرابطة بإدخال بنية قادرة التشوه ثلاثية الأبعاد في الاشتراكية الدولية، الذي ليس من طبيعته الناعمة. وبسبب هذا، يمكن أيضا أن الإجراء تلفيق مفيدة لتطبيقات أخرى في المجال الإلكترونيات/مرنة المط ويمكن ارتداؤها من الأجهزة مثل أجهزة الرعاية الصحية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

وأيد هذا البحث "البرنامج اكتشاف المواد الإبداعية" عن طريق الوطنية بحوث مؤسسة من كوريا (جبهة الخلاص الوطني) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (جبهة الخلاص الوطني-2017M3D1A1039288). أيضا، وهذا البحث أيده معهد المعلومات وتعزيز تكنولوجيا الاتصالات (إييتب) منحة تمولها حكومة كوريا (مسيب) (No.2017000709، نهج متكاملة للأوليات التشفير أونكلونابل جسديا باستخدام ليزر عشوائي والإلكترونيات الضوئية).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MBJ3 karl suss MJB3 UV400 MASK ALIGNER Mask aligner
80 plus RIE Oxford instruments Plasmalab 80 Plus for RIE ICP-RIE
80 plus PECVD Oxford instruments Plasmalab 80 Plus forPECVD, PECVD
SF-100ND Rhabdos Co., Ltd. SF-100ND Spin coater
Polyimide Sigma-Aldrich 575771 Poly(pyromellitic dianhydride-co-4,4′-oxydianiline), amic acid solution
SOI (silicon on insulator) wafer, 8inch Soitec SOI (silicon on insulator) wafer, 8inch 8inch SOI Wafer (silicon Thickness: 1.25μm)
Acetone Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. 3051 Acetone
Isopropyl Alcohol (IPA) Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. 4614 Isopropyl Alcohol (IPA)
Buffered Oxide Etch 6:1 Avantor 1278 Buffered Oxide Etch 6:1
HSD150-03P Misung Scientific Co., Ltd HSD150-03P Hot plate
AZ5214 Microchemical AZ5214 Photoresist
MIF300 Microchemical MIF300 Developer
SYLGARD184 Dow Corning SYLGARD184 Polydimethylsiloxane elastomer
Hydrofluoric Acid  Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. 2919 Hydrofluoric Acid 
CR-7 KMG Chemicals, Inc 210023 Chrome mask etchant
MFCD07370792 Sigma-Aldrich 651842 Gold etchant

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ko, H. C., et al. A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics. Nature. 454, 748-753 (2008).
  2. Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).
  3. Jung, I., et al. Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (5), 1788-1793 (2011).
  4. Floreano, D., et al. Miniature curved artificial compound eyes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (23), 9267-9272 (2013).
  5. Liu, H., Huang, Y., Jiang, H. Artificial eye for scotopic vision with bioinspired all-optical photosensitivity enhancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (23), 3982-3985 (2016).
  6. Pang, K., Fang, F., Song, L., Zhang, Y., Zhang, H. Bionic compound eye for 3D motion detection using an optical freeform surface. Journal of the Optical Society of America B. 34 (5), B28-B35 (2017).
  7. Lee, G. J., Nam, W. I., Song, Y. M. Robustness of an artificially tailored fisheye imaging system with a curvilinear image surface. Optics & Laser Technology. 96, 50-57 (2017).
  8. Xu, X., Mihnev, M., Taylor, A., Forrest, S. R. Organic photodetector arrays with indium tin oxide electrodes patterned using directly transferred metal masks. Applied Physics Letters. 94 (4), 1-3 (2009).
  9. Deng, W., et al. Aligned single -crystalline perovskite microwire arrays for high -performance flexible image sensors with long -term stability. Advanced Materials. 18 (11), 2201-2208 (2016).
  10. Liu, X., Lee, E. K., Kim, D. Y., Yu, H., Oh, J. H. Flexible organic phototransistor array with enhanced responsivity via metal-ligand charge transfer. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (11), 7291-7299 (2016).
  11. Li, X., et al. Constructing fast carrier tracks into flexible perovskite photodetectors to greatly improve responsivity. ACS Nano. 11 (2), 2015-2023 (2017).
  12. Li, L., Gu, L., Lou, Z., Fan, Z., Shen, G. ZnO quantum dot decorated Zn2SnO4 nanowire heterojunction photodetectors with drastic performance enhancement and flexible ultraviolet image sensors. ACS Nano. 11 (4), 4067-4076 (2017).
  13. Dumas, D., et al. Infrared camera based on a curved retina. Optics Letters. 37 (4), 653-655 (2012).
  14. Dumas, D., Fendler, M., Baier, N., Primot, J., le Coarer, E. Curved focal plane detector array for wide field cameras. Applied Optics. 51 (22), 5419-5424 (2012).
  15. Gregory, J. A., et al. Development and application of spherically curved charge-coupled device imagers. Applied Optics. 54 (10), 3072-3082 (2015).
  16. Guenter, B., et al. Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance. Optics Express. 25 (12), 13010-13023 (2017).
  17. Wu, T., et al. Design and fabrication of silicon-tessellated structures for monocentric imagers. Microsystems & Nanoengineering. 2, 16019 (2016).
  18. Yoon, J., et al. Flexible concentrator photovoltaics based on microscale silicon solar cells embedded in luminescent waveguides. Nature Communications. 2, 343 (2011).
  19. Lee, S. M., et al. Printable nanostructured silicon solar cells for high-performance, large-area flexible photovoltaics. ACS Nano. 8 (10), 10507-10516 (2014).
  20. Kang, D., et al. Flexible opto-fluidic fluorescence sensors based on heterogeneously integrated micro-VCSELs and silicon photodiodes. ACS Photonics. 3 (6), 912-918 (2016).
  21. Van den Brand, J., et al. Flexible and stretchable electronics for wearable health devices. Solid-State Electronics. , 116-120 (2015).
  22. Yu, K. J., et al. Bioresorbable silicon electronics for transient spatiotemporal mapping of electrical activity from the cerebral cortex. Nature Materials. 15, 782-791 (2015).
  23. Kim, M. S., Lee, G. J., Kim, H. M., Song, Y. M. Parametric optimization of lateral NIPIN phototransistors for flexible image sensors. Sensors. 17 (8), 1774 (2017).
  24. Kim, D. H., et al. Stretchable and foldable silicon integrated circuits. Science. 320, 507-511 (2008).
  25. Shin, K. S., et al. Characterization of an integrated fluorescence-detection hybrid device with photodiode and organic light-emitting diode. IEEE Electron Device Letters. 27 (9), 746-748 (2006).
  26. Lu, N. Mechanics, materials, and functionalities of biointegrated electronics. The Bridge. 43 (4), 31-38 (2013).
  27. Burghartz, J. N., et al. Ultra-thin chip technology and applications, a new paradigm in silicon technology. Solid-State Electronics. 54 (9), 818-829 (2010).
  28. Shin, G., et al. Micromechanics and advanced designs for curved photodetector arrays in hemispherical electronic-eye cameras. Small. 6 (7), 851-856 (2010).
  29. Jung, I., et al. Paraboloid electronic eye cameras using deformable arrays of photodetectors in hexagonal mesh layouts. Applied Physics Letters. 96 (2), 21110 (2010).

Tags

الهندسة ومنحني العدد 136، فوتوترانسيستورس الأفقي، مرنة للإلكترونيات، وأجهزة المط، الأجهزة يمكن ارتداؤها، أجهزة استشعار الصورة
تلفيق من أجهزة الاستشعار صورة مرنة تستند إلى فوتوترانسيستورس نيبن الأفقي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, H. M., Lee, G. J., Kim, M. S.,… More

Kim, H. M., Lee, G. J., Kim, M. S., Song, Y. M. Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors. J. Vis. Exp. (136), e57502, doi:10.3791/57502 (2018).

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