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Engineering

पार्श्व निपिन Phototransistors के आधार पर लचीली छवि संवेदक का निर्माण

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

हम घुमावदार छवि सेंसर के लिए एक विकृत पार्श्व निपिन phototransistor सरणी बनाने के लिए एक विस्तृत विधि प्रस्तुत करते हैं । एक खुला जाल फार्म, जो पतली सिलिकॉन द्वीपों और स्केलेबल धातु संयोजीओं से बना है के साथ phototransistor सरणी, लचीलापन और खिंचाव प्रदान करता है । पैरामीटर विश्लेषक गढ़े phototransistor की बिजली की संपत्ति की विशेषता है ।

Abstract

लचीले photodetectors घुमावदार छवि सेंसर, जो जैव-प्रेरित इमेजिंग प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण घटक हैं के उपयोग के लिए तीव्रता से अध्ययन किया गया है, लेकिन कई चुनौतीपूर्ण अंक रहते हैं, जैसे एक कम अवशोषण क्षमता एक पतली सक्रिय परत और कम के कारण के रूप में लचीलापन. हम एक उन्नत विद्युत प्रदर्शन के साथ एक लचीला phototransistor सरणी बनाना करने के लिए एक उंनत विधि प्रस्तुत करते हैं । बकाया विद्युत प्रदर्शन गहरे नापाक डोपिंग के कारण एक कम अंधेरे वर्तमान से प्रेरित है । स्केलेबल और लचीला धातु परस्पर एक साथ एक उच्च विकृत राज्य में विद्युत और यांत्रिक stabilities प्रदान करते हैं । प्रोटोकॉल स्पष्ट रूप से एक पतली सिलिकॉन झिल्ली का उपयोग कर phototransistor के निर्माण की प्रक्रिया का वर्णन । विकृत राज्यों में पूरा डिवाइस के I-V विशेषताओं को मापने के द्वारा, हम इस दृष्टिकोण phototransistor सरणी के यांत्रिक और बिजली के stabilities में सुधार करता है कि प्रदर्शन. हम उंमीद करते है कि एक लचीले phototransistor के लिए इस दृष्टिकोण को व्यापक रूप से न केवल अगली पीढ़ी इमेजिंग प्रणालियों/optoelectronics के अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है लेकिन यह भी ऐसे स्पर्श के रूप में पहनने योग्य उपकरणों/

Introduction

बायो-प्रेरित इमेजिंग सिस्टम पारंपरिक इमेजिंग सिस्टम1,2,3,4,5की तुलना में कई फायदे प्रदान कर सकता है । रेटिना या अर्धगोल ommatidia जैविक दृश्य प्रणाली1,2,6का एक पर्याप्त घटक है । एक घुमावदार छवि संवेदक, जो पशु आंखों के महत्वपूर्ण तत्व की नकल करता है, कम विचलन7के साथ ऑप्टिकल प्रणालियों के एक कॉंपैक्ट और सरल विंयास प्रदान कर सकते हैं । निर्माण तकनीकों और सामग्री के विविध प्रगति, उदाहरण के लिए, जैविक/मैटीरियल्स8,9,10,11, के रूप में आंतरिक रूप से नरम सामग्री का उपयोग 12 और सिलिकॉन (एसआई) और जर्मेनियम (जीई)1,2,3,13,14, सहित अर्धचालक के लिए विकृत संरचनाओं की शुरूआत 15,16,17, घुमावदार छवि सेंसर का एहसास. उनमें से, एसआई आधारित दृष्टिकोण ऐसी सामग्री की बहुतायत, परिपक्व प्रौद्योगिकी, स्थिरता के रूप में निहित लाभ प्रदान करते हैं, और ऑप्टिकल/ इस कारण से, हालांकि एसआई आंतरिक कठोरता और भंगुरता है, एसआई आधारित लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स व्यापक रूप से विभिंन अनुप्रयोगों के लिए अध्ययन किया गया है, जैसे लचीला optoelectronics18,19,20 घुमावदार छवि सेंसरों सहित1,2,3, और यहां तक कि पहनने योग्य स्वास्थ्य उपकरणों21,22.

हाल के एक अध्ययन में, हम विश्लेषण और एक पतली सी photodetector सरणी के विद्युत प्रदर्शन में सुधार23। उस अध्ययन में, घुमावदार photodetector सरणी के इष्टतम एकल इकाई कोशिका एक phototransistor (PTR) प्रकार है कि एक photodiode और अवरुद्ध डायोड के होते हैं । बेस जंक्शन लाभ एक उत्पन्न photocurrent को परिवर्धित, और इसलिए यह एक मार्ग एक पतली फिल्म संरचना के साथ एक बिजली के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए प्रदर्शन । एकल कोशिका के अलावा, पतली फिल्म संरचना एक अंधेरे वर्तमान को दबाने के लिए उपयुक्त है, जो photodetector में शोर के रूप में माना जाता है । डोपिंग एकाग्रता के बारे में, एक एकाग्रता से बड़ा 1015 सेमी-3 एक असाधारण प्रदर्शन जिसमें डायोड विशेषताओं पर एक प्रकाश की तीव्रता के साथ बनाए रखा जा सकता प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है 10-3 W/cm2 23 . इसके अलावा, PTR एकल सेल एक कम कॉलम शोर और photodiode की तुलना में ऑप्टिकली स्थिर गुण है । इन डिजाइन के नियमों के आधार पर, हम एक लचीला photodetector सरणी है कि पतले एसआई पीटीआर के होते है एक सिलिकॉन पर इंसुलेटर (सोइ) वेफर का उपयोग कर गढ़े । सामांय में, लचीला छवि सेंसर का एक महत्वपूर्ण डिजाइन नियम तटस्थ यांत्रिक विमान अवधारणा है जो संरचना की मोटाई के माध्यम से स्थिति को परिभाषित करता है जहां उपभेदों एक मनमाने ढंग से छोटे आर24के लिए शूंय हैं । एक अंय महत्वपूर्ण बिंदु इलेक्ट्रोड के एक टेढ़ा ज्यामिति है क्योंकि एक लहराती आकार इलेक्ट्रोड को पूरी तरह से प्रतिवर्ती खिंचाव प्रदान करता है । इन दो महत्वपूर्ण डिजाइन अवधारणाओं के कारण, photodetector सरणी लचीला और खिंचाव हो सकता है । यह एक अर्धगोल आकार या पशु आंखें2के रेटिना की तरह एक घुमावदार आकार में photodetector सरणी के 3d विकृति की सुविधा ।

इस काम में, हम विस्तार से घुमावदार PTR सरणी के निर्माण के लिए प्रक्रियाओं अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग (जैसे, डोपिंग, नक़्क़ाशी, और जमाव) और स्थानांतरण मुद्रण । इसके अलावा, हम एक मैं-V वक्र के संदर्भ में एक PTR विशेषताएं । निर्माण विधि और व्यक्तिगत सेल विश्लेषण के अलावा, PTR सरणी के विद्युत सुविधा विकृत राज्यों में विश्लेषण किया जाता है ।

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Protocol

सावधानी: कुछ रसायनों (यानी, hydrofluoric एसिड, बफर ऑक्साइड खोदना, isopropyl शराब, आदि) इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया स्वास्थ्य के लिए खतरनाक हो सकता है । किसी भी नमूना तैयारी जगह लेता है पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डेटा शीट से परामर्श करें । etchants और सॉल्वैंट्स हैंडलिंग जब उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (उदा, लैब कोट, सुरक्षा चश्मा, दस्ताने) और इंजीनियरिंग नियंत्रण (जैसे, गीले स्टेशन, धुएं डाकू) का उपयोग ।

1. एसआई डोपिंग और अलगाव

नोट: चित्र 1a -1 डीदेखें ।

  1. इस प्रकार के रूप में शर्तों के साथ आयन आरोपण द्वारा एक मैगनीज सोइ वेफर तैयार: dopant-फास्फोरस/बोरान, 80/50 कीव, और की एक खुराक 5 x 1015/3 x 1015 सेमी-3 एन के लिए+ और पी+ डोपिंग, क्रमशः । वेफर की एक crystallinity ठीक करने के लिए, एक भट्ठी में आयन आरोपण के बाद १२० मिनट के लिए १,००० ° c के तापमान पर नमूना एनएन । उच्च प्रक्रिया स्थिरता और डीप डोपिंग गहराई (चित्रा 1a) के लिए नेशनल NanoFab सेंटर (NNFC) से आयन आरोपण प्रक्रिया का उपयोग करके मैगनीज नमूनों को तैयार करें.
  2. देशी ऑक्साइड को दूर करने के लिए, 5 एस के लिए बफर ऑक्साइड नक़्क़ाशी (बोए) में एक Teflon डोल का उपयोग कर पासा नमूना डुबकी और एसीटोन के साथ क्रमिक रूप से पासा नमूना साफ, isopropyl शराब (आइपीए), और (DI) पानी ।
  3. एसआई अलगाव (आंकड़ा 1b) के लिए एक photoresist (पीआर) पैटर्न के रूप में ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
  4. सूखी खोदना एसआई का नमूना inductively युग्मित प्लाज्मा-प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आईसीपी-१०० डब्ल्यू आरएफ पावर, 0 डब्ल्यू आईसीपी पावर, 30 mTorr चैंबर दबाव के साथ, और एस एफ6 गैस (४० sccm) 6 मिनट (चित्रा 1c) के लिए ।
  5. एक दफन ऑक्साइड परत को दूर करने के लिए, 2 मिनट के लिए hydrofluoric एसिड ४९% में नमूने डुबकी, एक Teflon डोल (चित्रा 1 डी) का उपयोग कर ।
  6. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ । नमी को दूर करने के लिए, एक एन2 blowgun के साथ नमूना सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।

2. बलि ऑक्साइड परत जमाव

नोट: चित्र 1e - 1gदेखें ।

  1. १३० एनएम की मोटाई के साथ एक सिइओ2 बलि परत जमा प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) के तापमान के साथ २३० डिग्री सेल्सियस, 20 डब्ल्यू आरएफ पावर, १००० mTorr दबाव, शिः4 गैस (१०० sccm), और एन2ओ गैस (८०० sccm) 2 मिनट के लिए ( चित्रा 1e).
  2. पैटर्न एक सिइओ2 बलि परत के लिए एक मुखौटा के रूप में पीआर परत (चित्रा 1f) ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ धारण करते हुए N2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
  3. PECVD ऑक्साइड परत पैटर्न करने के लिए, 30 एस के लिए बोए में नमूना डुबकी, एक Teflon डोल (चित्रा 1g) का उपयोग कर.
  4. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ । नमी को दूर करने के लिए, एक एन2 blowgun के साथ नमूना सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।

3. Polyimide की पहली परत का जमाव और पहले धातुरूप प्रदर्शन

  1. ६० एस के लिए ४,००० rpm पर नमूना पर कोट polyimide (PI) स्पिन, यह ११० ° c पर 3 मिनट के लिए और एक गर्म थाली पर 10 मिनट के लिए १५० डिग्री सेल्सियस पर एनएन, और यह २३० ° c पर एक n2 वातावरण में ६० मिनट के लिए एन2 की आपूर्ति द्वारा ओवन (चित्रा1) ।
  2. २३० डिग्री सेल्सियस, 20 डब्ल्यू आरएफ पावर, १,००० mTorr दबाव, शिः4 गैस (१०० sccm), और एन2ओ गैस (८०० sccm) के तापमान के साथ PECVD का उपयोग करके १३० एनएम की मोटाई के साथ एक सिइओ2 परत जमा 2 मिनट के लिए ।
  3. पैटर्न PI शुष्क नक़्क़ाशी (चित्रा 1i) के लिए एक हार्ड मास्क परत के रूप में सिइओ2 ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
    3. सिइओ2 हार्ड मास्क पैटर्न के लिए, एक Teflon डोल का उपयोग कर 30 एस के लिए बोए में नमूना डुबकी, यह DI पानी में साफ है, और यह एक N2 blowgun के साथ सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
  4. शुष्क PI 30 डब्ल्यू आरएफ पावर, ओ2 गैस (30 sccm), और एआर गैस (७० sccm) 20 मिनट के लिए के साथ रिे का उपयोग करके ।
  5. PECVD ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, 30 एस के लिए बोए में नमूना डिप करें, एक Teflon डोल का उपयोग कर ।
  6. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ । नमी को दूर करने के लिए, एक एन2 blowgun के साथ नमूना सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
  7. sputtering द्वारा सीआर/Au की 200 एनएम मोटाई जमा 10 एनएम ।
  8. इस सीआर/Au धातु परत (चित्रा 1j) पैटर्न ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. पीआर कठोर करने के लिए, हार्ड ११० डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए नमूना सेंकना ।
    3. ६० s/20 एस के लिए एक गीले खोदना के साथ सीआर/Au परत खोदना, क्रमशः ।
  9. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ । नमी को दूर करने के लिए, एक एन2 blowgun के साथ नमूना सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
    नोट: सफाई प्रक्रिया के बाद से वहां PI परत छीलने का खतरा है बहुत सावधान रहना होगा ।

4. Polyimide की दूसरी परत का जमाव और दूसरा धातुरूप प्रदर्शन

  1. ६० एस के लिए ४,००० आरपीएम पर नमूना पर कोट PI स्पिन, यह ११० ° c पर 3 मिनट के लिए और एक गर्म थाली पर 10 मिनट के लिए १५० डिग्री सेल्सियस पर एनएन, और यह २३० डिग्री सेल्सियस पर एक n2 वातावरण में ६० मिनट के लिए एन2 की आपूर्ति के द्वारा ओवन (आंकड़ा1) ।
  2. १३० एनएम की मोटाई के साथ एक सिइओ2 परत जमा २३० डिग्री सेल्सियस, 20 डब्ल्यू आरएफ पावर, १,००० mTorr दबाव, शिः4 गैस (१०० sccm), और एन2ओ गैस (८०० sccm) के तापमान के साथ PECVD का उपयोग 2 मिनट के लिए ।
  3. पैटर्न सूखी नक़्क़ाशी (चित्रा 1l) के लिए एक हार्ड मास्क परत के रूप में सिइओ2 ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
    3. सिइओ2 हार्ड मास्क पैटर्न के लिए, एक Teflon डोल का उपयोग कर 30 एस के लिए बोए में नमूना डुबकी, यह DI पानी में साफ है, और यह एक N2 blowgun के साथ सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
  4. 30 डब्ल्यू आरएफ पावर, ओ2 गैस (30 sccm), और एआर गैस (७० sccm) ५० मिनट के लिए के साथ रिे का उपयोग कर PI सूखी खोदना ।
  5. PECVD ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, 30 एस के लिए बोए में नमूना डिप करें, एक Teflon डोल का उपयोग कर ।
  6. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ ।
  7. धूम कोटिंग द्वारा सीआर/Au की 200 एनएम मोटाई जमा 10 एनएम ।
  8. सीआर/Au धातु परत (1m चित्रा) पैटर्न ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
    3. ६० s/20 एस के लिए एक गीले खोदना द्वारा सीआर/Au परत खोदना, क्रमशः ।
  9. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ ।
  10. नमी को दूर करने के लिए, एक नाइट्रोजन blowgun के साथ साफ सब्सट्रेट सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
    नोट: polyimide परत छीलने का खतरा है, इसलिए सफाई की प्रक्रिया बहुत ध्यान से प्रदर्शन करते हैं ।

5. छिद्र और जाल संरचना के माध्यम से PI और खोलने के साथ नमूना encapsulating

  1. ६० एस के लिए ४,००० आरपीएम पर नमूना पर कोट PI स्पिन, यह ११० ° c पर 3 मिनट के लिए और एक गर्म थाली पर 10 मिनट के लिए १५० डिग्री सेल्सियस पर एनएन, और यह २३० डिग्री सेल्सियस पर एक n2 वातावरण में ६० मिनट के लिए एन2 की आपूर्ति के द्वारा ओवन (चित्रा 1n) ।
  2. ६५० एनएम की मोटाई के साथ एक सिइओ2 परत जमा २३० डिग्री सेल्सियस, 20 डब्ल्यू आरएफ पावर, १,००० mTorr दबाव, शिः4 गैस (१०० sccm), और एन2ओ गैस (८०० sccm) के तापमान के साथ PECVD का उपयोग कर 8 मिनट के लिए ।
  3. पैटर्न सूखी नक़्क़ाशी के लिए एक हार्ड मास्क परत के रूप में सिइओ2 ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 2 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
    3. सिइओ2 हार्ड मास्क पैटर्न के लिए, एक Teflon डोल का उपयोग कर 1 मिनट 30 एस के लिए बोए में नमूना डुबकी, यह DI पानी में साफ है, और यह एक N2 blowgun के साथ सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
      नोट: पैटर्न के छोटे आकार के कारण, यह पिछले विकास के समय की तुलना में अब विकसित करने के लिए आवश्यक है ।
  4. 30 डब्ल्यू आरएफ पावर, ओ2 गैस (30 sccm), और एआर गैस (७० sccm) ७५ मिनट के लिए के साथ रिे का उपयोग कर PI सूखी खोदना ।
  5. सूखी आईसीपी द्वारा एसआई खोदना-१०० डब्ल्यू आरएफ पावर, 0 डब्ल्यू आईसीपी पावर, 30 mTorr चैंबर दबाव, और ४० sccm 6 मिनट (चित्रा 1o) के लिए एस एफ6 गैस के साथ रिे ।
  6. PECVD ऑक्साइड परत को दूर करने के लिए, 1 मिनट 30 एस के लिए बोए में नमूना डुबकी, एक Teflon डोल का उपयोग कर ।
  7. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ ।
  8. १३० एनएम की मोटाई के साथ एक सिइओ2 परत जमा २३० डिग्री सेल्सियस, 20 डब्ल्यू आरएफ पावर, १००० mTorr दबाव, शिः4 गैस (१०० sccm), और एन2ओ गैस (८०० sccm) के तापमान के साथ PECVD का उपयोग 2 मिनट के लिए ।
  9. पैटर्न सूखी नक़्क़ाशी के लिए एक हार्ड मास्क परत के रूप में सिइओ2 ।
    1. स्पिन कोट सकारात्मक पीआर पर नमूना ४,००० rpm के लिए ४० एस और सॉफ्ट सेंकना के लिए ९० डिग्री सेल्सियस पर लेपित नमूना ९० s. 10 एस के लिए एक photolithography मुखौटा के साथ यूवी प्रकाश के लिए नमूने बेनकाब ।
    2. पैटर्न को परिभाषित करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर में नमूना विसर्जित कर दिया, यह DI पानी में साफ है, और यह संदंश के साथ पकड़े हुए एक एन2 blowgun के साथ सूखी. मुश्किल 5 मिनट के लिए ११० ° c पर पीआर परत सख्त के लिए नमूना सेंकना ।
    3. सिइओ2 हार्ड मास्क पैटर्न के लिए, एक Teflon डोल का उपयोग कर 1 मिनट 30 एस के लिए बोए में नमूना डुबकी, यह DI पानी में साफ है, और यह एक N2 blowgun के साथ सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।
  10. शुष्क PI 30 डब्ल्यू आरएफ पावर, ओ2 गैस (30 sccm), और एआर गैस (७० sccm) के साथ ७५ मिनट के लिए के साथ रिे द्वारा ।
  11. PECVD ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, 30 एस के लिए बोए में नमूना डिप करें, एक Teflon डोल का उपयोग कर ।
  12. नमूना एसीटोन, आइपीए, और DI पानी के साथ क्रमिक रूप से साफ । नमी को दूर करने के लिए, एक एन2 blowgun के साथ साफ नमूना सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े ।

6. बलि परत नक़्क़ाशी और लचीला सब्सट्रेट करने के लिए नमूना स्थानांतरित

नोट: चित्र 2देखें.

  1. 20 मिनट (चित्रा 2a; इनसेट) के लिए hydrofluoric एसिड ४९% में नमूना विसर्जित करके बलि परत खोदना ।
  2. नमूना DI पानी के साथ कुल्ला ।
  3. सब्सट्रेट और डिवाइस के बीच नमी को अवशोषित करने के लिए एक वाइपर की केशिका घटना का उपयोग करने के बाद, एक N2 blowgun के साथ साफ नमूना सूखी जबकि यह संदंश के साथ पकड़े शेष नमी (चित्रा 2a) को दूर करने के लिए ।
    1. कुल्ला और नमूना सुखाने की प्रक्रिया को पूरा करें । डिवाइस और सब्सट्रेट के बीच कम आसंजन के कारण, यह बहुत ध्यान से किया जा करने के लिए है, ताकि सब्सट्रेट और डिवाइस अलग करने के लिए नहीं.
  4. कार्बन टेप का उपयोग कर नमूना पकड़ो और पानी में घुलनशील टेप देते हैं ।
  5. एक पल में पानी में घुलनशील टेप बंद पट्टी सब्सट्रेट (चित्रा बी) पर शेष से डिवाइस को रोकने के लिए ।
  6. पुष्टि करें कि नमूना पानी घुलनशील टेप करने के लिए संलग्न है ।
  7. नमूना एक polydimethylsiloxane (PDMS) लेपित पॉलीथीन terephthalate (पीईटी) फिल्म (चित्रा 2c) के लिए स्थानांतरण ।
    1. तैयार PDMS (10:1 का मिश्रण: पॉलिमर के इलाज एजेंट) और degassing द्वारा PDMS में किसी भी हवा में बुलबुले को हटा दें ।
    2. स्पिन कोट 30 एस के लिए १,००० rpm पर पीईटी फिल्म पर PDMS और 10 मिनट के लिए ११० डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक गर्म थाली पर पालतू फिल्म सेंकना ।
    3. 30 एस के लिए PDMS के आसंजन में सुधार और PDMS-लेपित पीईटी फिल्म के नमूने के साथ पानी में घुलनशील टेप संलग्न करने के लिए यूवी प्रकाश के लिए नमूना बेनकाब ।
      नोट: यूवी उपचार एक PDMS सतह के आसंजन को बढ़ाता है ।
  8. पानी में घुलनशील टेप को हटाने के लिए, ध्यान से उस पर पानी छोड़, एक पिपेट का उपयोग कर । पानी के एक धीमी प्रवाह के साथ जल-घुलनशील टेप को दूर करने के लिए पानी से बह जा रहा से डिवाइस को रोकने के । नमूना एक एन2 blowgun के साथ धीरे से सूखी जबकि यह संदंश (चित्रा 2d) के साथ पकड़े ।

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Representative Results

चित्रा 3 बी और निपिन के डिजाइन और गढ़े संरचना दिखाने के पिछले अध्ययन2,23पर विचार पीटीआर । चित्रा 3 ए में इनसेट एक बुनियादी मैं पीटीआर के V विशेषता प्रदर्शित । पीटीआर के विस्तृत संरचनात्मक पैरामीटर चित्र बीमें दिखाए जाते हैं । एक सोइ वेफर पर एक एसआई परत के लिए डोपिंग प्रक्रिया NNFC के आयन आरोपण का उपयोग कर आयोजित किया गया । डोपिंग गहराई ~ १.२५ µm, जो Si परत की मोटाई के बराबर है, और एन के डोपिंग एकाग्रता+ और पी+ हैं ~ 1019 cm-3. शीर्ष Si की परत पर डोपिंग वितरण में उँगली-प्रकार की डोपिंग होती है. एन+ क्षेत्र और पी+ क्षेत्र, जो उंगली प्रकार डोपिंग द्वारा उत्पंन होता है के बीच पक्ष घट क्षेत्र, फोटो जनित वाहक25की हानि को कम करने के लिए उपयोगी है । इसके अलावा, उंगली प्रकार डोपिंग सक्रिय क्षेत्र के फोटो जनित वाहक पैदा करने को व्यापकता, जिससे सेल दक्षता में वृद्धि । चित्रा 3 सी मैगनीज एसआई PTR द्वीपों के एक ऑप्टिकल छवि प्रस्तुत करता है । I-V एक एकल PTR की विशेषता चित्रा 3 डीमें दिखाया गया है ।

चित्रा 4a एक स्थानांतरण मुद्रण कदम से पहले गढ़े पीटीआर सरणी प्रदर्शित करता है । एक बढ़ाया छवि विस्तार में एकल PTR सेल से पता चलता है । PI-encapsulated र्ें इलेक्ट्रोड डिवाइस के लिए खिंचाव प्रदान करता है और एक दरार या विफलता से इलेक्ट्रोड और Si कोशिकाओं की रक्षा । यांत्रिक स्थिरता के अलावा, PI परत एसआई परत और हवा के बीच अपवर्तन सूचकांक में अंतर को कम करने के द्वारा एक antireflective कोटिंग के रूप में एक भूमिका निभाता है । चित्रा 4b एक PDMS-लेपित पीईटी फिल्म पर स्थानांतरित डिवाइस के लिए ऑप्टिकल छवि से पता चलता है । एक स्थानांतरण मुद्रण पद्धति का उपयोग करके, पूरा डिवाइस एक लचीला सब्सट्रेट (जैसे, एक पतली पीईटी फिल्म) पर रखा जा सकता है । चित्रा 4c माप सेटअप और वक्रता (RoC) के एक त्रिज्या की परिभाषा के योजनाबद्ध रेखांकन दर्शाती है । एक झुकने राज्य में एक बिजली के प्रदर्शन को मापने के लिए, हम पक्ष की ओर से चलती द्वारा नमूना झुकने के लिए कस्टम मेड मैनुअल चरण का उत्पादन किया. चित्रा 4d अलग RoCs (यानी, अनंत, 10 सेमी, 8 सेमी, 6 सेमी, 4 सेमी, 2 सेमी) में PTR सरणी के I-V विशेषताओं से पता चलता है । यह परिणाम प्रदर्शित करता है कि PTR की विद्युत सुविधा स्थिर है, RoCs की परवाह किए बिना । इस प्रयोग में प्रयुक्त प्रकाश स्रोत एक हैलोजन दीपक द्वारा प्रेरित सफेद प्रकाश है । चित्रा 4e अलग RoCs के साथ वोल्टेज के एक समारोह के रूप में अंधेरे वर्तमान को photocurrent के अनुपात से पता चलता है. गतिशील रेंज है, जो photodetector की संवेदनशीलता को निर्धारित करता है ~ ६०० या अधिक, 2 वी के एक पूर्वाग्रह वोल्टेज के ऊपर बनाए रखा है । यह परिणाम दिखाता है कि एक पतली सी सी झिल्ली एक महत्वपूर्ण गतिशील एक कम अंधेरे वर्तमान के रूप में चित्रा 4eके इनसेट में दिखाया के कारण रेंज प्राप्त कर सकते हैं । चित्रा 4f प्रत्येक RoC के साथ तुला PTR सरणी के लिए छवियों को प्रदर्शित करता है ।

Figure 1
चित्रा 1: घुमावदार phototransistor सरणी के निर्माण की प्रक्रिया के योजनाबद्ध चित्र । पैनलों (a)-(o) एक phototransistor डिवाइस बनाने के लिए एक छेद के माध्यम से सोइ सब्सट्रेट की बलि परत को दूर करने के लिए एक मैगनीज सोइ सब्सट्रेट पर निर्मित करने से अनुक्रमिक प्रक्रिया दिखाओ । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: सोइ वेफर से लचीला सब्सट्रेट करने के लिए phototransistor सरणी के हस्तांतरण मुद्रण के लिए योजनाबद्ध चित्र । (क) इस पैनल से पता चलता है कि कैसे एक खुला जाल संरचना बनाने के लिए और बलि परत हटा दें । (ख) इस पैनल से पता चलता है कि कैसे पानी में घुलनशील टेप के साथ डिवाइस अलग करने के लिए । (ग) इस पैनल से पता चलता है कि कैसे एक चिपचिपा लचीला सब्सट्रेट करने के लिए डिवाइस हस्तांतरण करने के लिए (जैसे, PDMS). (घ) इस पैनल से पता चलता है कि उस पर पानी गिराकर पानी में घुलनशील टेप को कैसे हटाया जाए. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: phototransistor (PTR) और I-V विशेषताओं का अनुकरण परिणाम के एकल इकाई सेल के लिए योजनाबद्ध । पहले दो पैनलों (एक) पीटीआर के एक झुकाव को देखने के लिए और (ख) पीटीआर के एक शीर्ष दृश्य दिखा । डोपिंग एकाग्रता ~ 1019 सेमी-3 पी+ और एन+ क्षेत्रों के दोनों के लिए है । विस्तृत ज्यामितीय मूल्यों चित्र बीमें प्रदर्शित होते हैं । चित्रा 3 ए में इनसेट PTR की एक बुनियादी मैं-V विशेषता प्रदर्शित करता है । (ग) यह पैनल मैगनीज एसआई पीटीआर पर एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि दिखाता है । पीला रंग एसआई पीटीआर को इंगित करता है । हरी सब्सट्रेट एक सिइओ2 बॉक्स परत है । (घ) इस पैनल के उज्ज्वल और अंधेरे राज्यों के तहत एक एकल PTR के I-V विशेषताओं से पता चलता है । इनसेट में सिंगल सेल का डार्क करेंट दिखा । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: विधियों और phototransistor सरणी के घुमावदार राज्य में I-V विशेषताओं को मापने के लिए परिणामों के योजनाबद्ध । (क) यह पैनल गढ़े हुए उपकरण की फोटोग्राफी को दिखाता है । एक बढ़ाया छवि विस्तार में एकल PTR सेल से पता चलता है । (ख) यह पैनल एक PDMS-लेपित पीईटी फिल्म पर एक हस्तांतरित उपकरण की फोटोग्राफी दिखाता है । (ग) इस पैनल माप सेटअप की एक सरलीकृत योजनाबद्ध है । वक्रता (RoC) के त्रिज्या को वृत्त के केंद्र से एक वृत्त के दायरे के रूप में परिभाषित किया गया है जैसा कि इनसेट में सचित्र है । (घ) इस पैनल के विभिंन RoCs के साथ रोशनी के तहत पीटीआर सरणी के I-V विशेषताओं से पता चलता है । (ङ) यह पैनल photocurrent के अनुपात का एक भूखंड है जो अँधेरे में चालू है. इनसेट एक बहुत कम अंधेरे वर्तमान स्तर दर्शाता है, जिससे एक उच्च गतिशील रेंज के कारण । (च) इस पैनल प्रत्येक RoC में तुला PTR सरणी के लिए ऑप्टिकल छवियों से पता चलता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

निर्माण प्रौद्योगिकी यहां वर्णित उंनत इलेक्ट्रॉनिक्स और पहनने योग्य उपकरणों की प्रगति के लिए महत्वपूर्ण योगदान देता है । इस दृष्टिकोण के मूलभूत अवधारणाओं एक पतली सी झिल्ली और धातु संयोजी खींचने में सक्षम का उपयोग करें । हालांकि एसआई एक भंगुर और कठिन सामग्री है कि आसानी से खंडित किया जा सकता है, एक बहुत पतली एसआई परत एक लचीलापन26,27प्राप्त कर सकते हैं । धातु संयोजी के मामले में, लहराती आकार खिंचाव और लचीलापन प्रदान करता है28,29. विशेष रूप से, धातु संयोजी एक मैट्रिक्स प्रकार के रूप में काम करने के लिए पूरे डिवाइस के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करते हैं. एक खुला जाल के मैट्रिक्स फार्म, जो अंतिम चरण में लागू किया जाता है, एक संरचित तरीके से डिवाइस के लिए कोमलता प्रदान करता है. पतली एसआई परत और र्ें इलेक्ट्रोड की खूबियों के साथ मिलकर, यह तनाव अलगाव और विज्ञप्ति डिवाइस ज्यामिति प्राप्त करता है । इसके अलावा, PI परत है कि पूरे डिवाइस के चारों ओर एक साथ antireflection के प्रभाव प्रदान करता है और दरारें या दोषों से डिवाइस की रक्षा । एक स्थानांतरण मुद्रण पद्धति का उपयोग करके, गढ़े उपकरण एक लचीला सब्सट्रेट पर रखा जा सकता है, और इसलिए, यह डिवाइस विकृत किया जा सकता है कि हालत सुरक्षित । प्रक्रिया चरणों के माध्यम से यहां प्रस्तुत, डिवाइस विशेषताओं और प्रक्रिया परिपक्वता के मामले में कई फायदे के साथ एक एसआई डिवाइस एक विकृत इलेक्ट्रॉनिक्स के रूप में महसूस किया जा सकता है ।

एक कम अंधेरे वर्तमान के साथ एक PTR सेल प्राप्त करने के लिए, डिवाइस डोपिंग प्रक्रिया महत्वपूर्ण है. डोपिंग गहराई नापाक एकाग्रता की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है क्योंकि गहरी डोपिंग के उथले डोपिंग की तुलना में अधिक कमी क्षेत्रों फार्म कर सकते हैं. घट क्षेत्र में, फोटो जनित इलेक्ट्रॉनों और छेद गठबंधन नहीं है, और यह प्राथमिक गहरी मैगनीज पीटीआर में अंधेरे वर्तमान को कम करने कारक है । गहरी डोपिंग के लिए, एक आयन आरोपण विधि प्रसार विधि से अधिक उपयुक्त है । हम इस प्रोटोकॉल में कदम 1 के लिए इसी आयन आरोपण विधि का उपयोग करके नापाक डोपिंग का आयोजन किया । डोपिंग की प्रक्रिया को सफलतापूर्वक अंजाम तक, डोपिंग की गहराई और एकाग्रता का अनुमान लगाने के लिए वाणिज्यिक प्रौद्योगिकी कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (TCAD) सिमुलेशन का उपयोग करने पर विचार करें ।

धातुरूप कदम (चरण 3 और 4) निर्माण प्रौद्योगिकी में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक है यहां वर्णित है । इस प्रोटोकॉल में, au एक इलेक्ट्रॉनिक पथ के रूप में प्रयोग किया जाता है, लेकिन au एक PI परत के साथ एक गरीब आसंजन है । इस प्रकार, एक सीआर (या Ti) परत Au और PI के आसंजन को बढ़ावा देने के लिए आवश्यक है । PI मोटाई के कारण, जो ~ १.२ µm इस प्रयोग में है, धातु लाइनों एक इलेक्ट्रॉन बीम या थर्मल वाष्पीकरण द्वारा जमा एक पर्याप्त कदम कवरेज नहीं है । इस प्रोटोकॉल में, इस चरण में एक sputtering प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है । हम धातुरूप के लिए एक धूम प्रक्रिया का उपयोग करने की सलाह देते हैं । के बाद धातु पैटर्न समाधान नक़्क़ाशी द्वारा बनाई गई है, नमूना DI पानी के साथ साफ है । एक सावधान N2 गैस झटका तो नमूना से पानी सूख की आवश्यकता है, क्योंकि एक मजबूत गैस झटका बंद धातु परतों छील सकता है ।

एक छेद के माध्यम से बनाने (5 कदम), जो एक नक़्क़ाशी प्रक्रिया द्वारा दोनों PI और एसआई परतों प्रवेश, इस निर्माण प्रौद्योगिकी में भी महत्वपूर्ण है । यह तय है कि via छेद पैटर्न अच्छी तरह से उत्पंन कर रहे है या नहीं क्योंकि छेद के माध्यम से एक छोटा सा व्यास (~ 2 µm) है मुश्किल है । रंग नक़्क़ाशी प्रक्रिया के बाद बदल गया है के बाद से, हम प्रत्येक चरण के दौरान माइक्रोस्कोप द्वारा छेद पैटर्न के माध्यम से के अंदर देख अनुशंसा करते हैं । फिर, PI परत एक र्ें जाल के रूप में नमूनों की जरूरत है । इस उपकरण के लिए एक आवश्यक कदम के लिए एक लचीला/

बलि सिइओ2 परत (चरण 6) को हटाने के लिए, यह लगातार सूक्ष्म अवलोकन के माध्यम से hydrofluoric एसिड (HF) द्वारा बॉक्स ऑक्साइड परत की नक़्क़ाशी डिग्री पता करने के लिए आवश्यक है । इसके अलावा, पानी कि HF सफाई सावधानी से मार डाला जाना चाहिए, क्योंकि एन2 गैस उड़ाने से निपटने एसआई सब्सट्रेट से डिवाइस छील कर सकते है के बाद बनी हुई है सुखाने । हम एन2 गैस धीरे उड़ाने की सलाह देते हैं । क्योंकि HF बहुत मानव शरीर के लिए हानिकारक है, प्रयोग एक सुरक्षात्मक गियर, सुरक्षात्मक दस्ताने, और एक गैस निकाल प्रणाली से सुसज्जित वातावरण में आयोजित किया जाना चाहिए । इस प्रोटोकॉल में बाद के कदम, स्थानांतरण मुद्रण प्रक्रिया (6 कदम), दुराराध्य और कुशल तकनीकों की जरूरत है । उदाहरण के लिए, जब एक पानी में घुलनशील टेप का उपयोग कर डिवाइस को हटाने, यह एक उच्च गति से टेप निकालकर उपज को सुरक्षित करने के लिए लाभप्रद है ।

अंत में, इस अनुच्छेद के एक लचीला एसआई PTR सरणी एक जमाव, नक़्क़ाशी, photolithography, और स्थानांतरण मुद्रण के रूप में अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला का उपयोग कर के निर्माण के लिए एक प्रक्रिया प्रस्तुत की । इस निर्माण प्रक्रिया की अंतर्दृष्टि के लिए, इस लेख विस्तृत विवरण के साथ विशिष्ट निर्माण विधियों सचित्र । इसके अलावा, इस लेख का वर्णन कैसे हम दृष्टिकोण यहां वर्णित नमूना बनाना और माप के साथ मैं-V विशेषताओं में गढ़े नमूनों के डिवाइस के प्रदर्शन को मापने के साथ और अलग RoCs के लिए रोशनी के बिना । यह परिणाम प्रदर्शित करता है कि Si PTR सरणी विकृत अवस्था में एक यांत्रिक और विद्युत स्थिरता है । इस अध्ययन में, एसआई सामग्री की यांत्रिक सीमाओं एसआई, जो अंतर्निहित नरम नहीं है में एक तीन आयामी विकृति में सक्षम एक संरचना शुरू करने से दूर कर रहे हैं । इस वजह से, निर्माण प्रक्रिया भी लचीला के क्षेत्र में अंय अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हो सकता है/स्केलेबल इलेक्ट्रॉनिक्स और पहनने योग्य उपकरणों जैसे हेल्थकेयर मॉनिटर के रूप में ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस शोध को विज्ञान और आईसीटी (एनआरएफ-2017M3D1A1039288) मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित नेशनल रिसर्च फाउंडेशन ऑफ कोरिया (एनआरएफ) के माध्यम से रचनात्मक सामग्री डिस्कवरी प्रोग्राम द्वारा समर्थित किया गया । इसके अलावा, इस अनुसंधान के लिए सूचना और संचार प्रौद्योगिकी संवर्धन (IITP) कोरिया सरकार (MSIP) (No. 2017000709, शारीरिक रूप से क्लोन क्रिप्टोग्राफ़िक आदिमियों के एकीकृत दृष्टिकोण का उपयोग करके वित्त पोषित अनुदान के लिए संस्थान द्वारा समर्थित किया गया यादृच्छिक पराबैंगनीकिरण और optoelectronics) ।

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

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References

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