Summary
Мы представляем подробный метод для изготовления деформируемого боковой NIPIN Фототранзистор массив для датчиков изогнутые изображения. Фототранзистор массив с формой Открытый сетки, который состоит из тонких кремниевых острова и эластичного металла Энергообъединение, обеспечивает гибкость и растяжимость. Анализатор параметров характеризует электрические свойства готовых Фототранзистор.
Abstract
Гибкие фотоприемные устройства интенсивно изучены для использования датчиков изогнутые изображения, которые являются важнейшим компонентом в био вдохновил тепловизионных систем, но остаются несколько сложных моментов, например с низкой абсорбцией эффективности из-за тонкого слоя и низкой гибкость. Мы представляем расширенный метод для изготовления гибких Фототранзистор массив с производительность электрических. Выдающуюся производительность электрических обусловлен низкой Темновой ток ввиду глубоких примеси допинг. Растягивающийся и гибкие металлические Энергообъединение одновременно предлагают электрические и механические графену в сильно деформированного состояния. Протокол явно описывает процесс изготовления фототранзистора, с помощью тонкой силиконовой мембраны. Путем измерения-V характеристики завершенного устройства в государствах, деформированные, мы показываем, что этот подход улучшает механические и электрические графену Фототранзистор массива. Мы ожидаем, что этот подход к гибкой Фототранзистор может широко используется для приложений, не только следующего поколения тепловизионных систем/оптоэлектроника, но и носимых устройств, таких как датчики тактильные/давления/температуры и использовать мониторы работоспособности.
Introduction
Био вдохновил тепловизионных систем может обеспечить много преимуществ по сравнению с обычными тепловизионных систем1,2,3,4,5. Сетчатки или полусферической фасеточном является существенным компонентом биологических зрительной системы1,2,6. Изогнутые изображения датчик, который имитирует важнейшим элементом животных глаза, может обеспечить компактный и простой настройки оптических систем с низкой аберраций7. Различные усовершенствования методов изготовления и материалов, например, использование неразрывно мягкие материалы, такие как органические/наноматериалов8,9,10,11, 12 и введение деформируемых конструкций в полупроводниках, включая кремния (Si) и германий (Ge)1,2,3,13,14, 15,16,17, реализовать датчики изогнутые изображения. Среди них подходы на основе Si обеспечивают преимущества таких обилием материала, зрелые технологии, стабильности и оптические/электрические превосходства. По этой причине хотя Si имеет встроенные жесткость и хрупкость, на основе Si Гибкая электроника были широко изучены для различных приложений, таких как гибкая оптоэлектроника18,19,20 включая изогнутые изображения датчики1,2,3и даже носки медицинские устройства21,22.
В недавнем исследовании мы проанализировали и улучшены электрические характеристики тонкой Си фотоприемник массив23. В этом исследовании оптимальный одной ячейки массива изогнутые фотоприемник является тип Фототранзистор (PTR), который состоит из фотодиод и блокирующий диод. Усиление базового соединения усиливает сгенерированный фототок, и поэтому оно exhibits маршрут для улучшения электрического производительности с тонкой пленки структурой. Помимо одной ячейки тонкопленочных структура подходит для подавления Темновой ток, который рассматривается как шум в фотоприемника. Что касается допинг концентрации концентрация больше, чем 1015 см-3 является достаточно, чтобы достичь исключительной производительности, в котором может поддерживаться характеристики диода с интенсивностью освещения над 10-3 Вт/см2 23 . Кроме того одну ячейку PTR имеет шум низкий столбца и оптически/электрически стабильные свойства, по сравнению с фотодиодом. На основании этих правил проектирования, мы сфабрикованы гибкий фотоприемник массив, который состоит из тонких Si почтовиках, с помощью пластин (SOI) кремний на изолятор. В общем важных дизайн правило датчиков изображений гибкой является нейтральной механические плоскости концепции, которая определяет позицию через толщина структуры где штаммов равны нулю для сколь угодно малой r24. Еще один важный момент это серпантином геометрия электрода потому что волнистая форма обеспечивает полностью обратимые растяжимость к электроду. Из-за этих двух важных дизайн концепции фотоприемник массив может быть гибким и растягивается. Это облегчает 3D деформации массива фотоприемника в полусферической формы или изогнутую форму как сетчатки глаза животных2.
В этой работе мы подробно процессов для изготовления изогнутые PTR массива с помощью процессов изготовления полупроводников (например, допинг, травление и осаждения) и трансферная печать. Кроме того мы характеризуют один PTR с точки зрения кривой-V. Помимо изготовления и анализа отдельных клеток функцию электрической PTR массива анализируется деформированных государствах.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Предупреждение: Некоторые химические вещества (т.е., фтористоводородной кислоты, буферизации оксид etchant, изопропиловый спирт, и т.д.) используются в этом протокол может быть опасным для здоровья. Пожалуйста, проконсультируйтесь с все соответствующие листы данных безопасности материалов, прежде чем любой пробоподготовки занимает место. Использовать соответствующие средства индивидуальной защиты (например., халатах, защитные очки, перчатки) и инженерных элементов управления (например., мокрый станции, дыма капот) при обработке реактивов и растворителей.
1. Si допинг и изоляции
Примечание: Смотрите Рисунок 1а - 1 d.
- Подготовьте легированных SOI пластин, ионной имплантации с условиями следующим: энергии примеси фосфор/бор, 80/50 keV и доза15/3 x 1015 см с 5 x 10-3 + n и p+ допинг, соответственно. Чтобы восстановить кристалличности вафли, отжиг образца при температуре 1000 ° C в течение 120 минут в печи после ионной имплантации. Подготовьте легированных образцов, используя процесс имплантации ионов из Национальный центр NanoFab (NNFC) для высокой стабильности и глубоко допинг глубины (рис. 1a).
- Чтобы удалить родной оксид, окунуть кубиками образца с помощью тефлоновой ковша в буферизации оксид etchant (BOE) для 5 s и очистить кубиками образца последовательно с ацетоном, изопропиловый спирт (IPA) и деионизированную воду (DI).
- Сформировать шаблон фоторезиста (PR) для изоляции Si (рис. 1b).
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Сухой протравите образец Си с использованием индуктивно-связанная плазма реактивной ионного травления (ICP-РИЕ) 100 Вт мощности, 0 мощности W ICP, 30 mTorr давление в камере и SF6 газ (40 sccm) для 6 мин (рис. 1С).
- Чтобы удалить слой погребен оксид, окуните образцы в 49% фтористоводородной кислоты за 2 мин, с помощью тефлоновой ковша (рис. 1 d).
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди. Для удаления влаги, сухие образца с N2 болты держа ее пинцет.
2. жертвенных оксид слоевое осаждение
Примечание: Смотрите Рисунок 1e - 1 g.
- Депозит SiO2 жертвенный слой толщиной 130 Нм, с помощью плазмы Улучшено химического осаждения паров (PECVD) при температуре 230 ° c, 20 Вт мощности, 1000 mTorr давления, SiH4 газ (100 sccm) и N2O газ (800 sccm) 2 мин ( Рисунок 1e).
- Шаблон PR слой как маску для жертвенного слоя SiO2 (Рисунок 1f).
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Чтобы узор оксидного слоя PECVD, окунуть образце в BOE за 30 сек, с помощью тефлоновой ковша (рис. 1 g).
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди. Для удаления влаги, сухие образца с N2 болты держа ее пинцет.
3. нанесение первого слоя полиимида и выполнение первого металлизации
- Спиновые пальто полиимидные (PI) на образце при 4000 об/мин для 60 s, отжиг, на 110 ° C 3 мин и 150 ° C в течение 10 мин на горячей плите и обжигают при 230 ° C 60 мин в атмосфере N2 , поставляя N2 в печь (рис. 1 h).
- Депозит SiO2 слой толщиной 130 Нм, используя PECVD при температуре 230 ° C, 20 Вт мощности, 1000 mTorr давление, SiH4 газ (100 sccm) и N2O газ (800 sccm) 2 мин.
- Шаблон SiO2 как трудно маски слоя для PI сухое травление (Рисунок 1i).
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Чтобы узор жесткий маска2 SiO, окунуть образце в BOE 30 s с помощью тефлоновой Медведице, очистить его в воде ди и высушить его с N2 болты держа ее пинцет.
- Сухой etch Пи с помощью RIE с 30 Вт мощности, O2 (30 sccm) и Ar газа (70 sccm) за 20 мин.
- Чтобы удалить слой оксида PECVD, окунуть образце в BOE за 30 сек, с помощью тефлоновой ковша.
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди. Для удаления влаги, сухие образца с N2 болты держа ее пинцет.
- Депозит 10 Нм/200 Нм толщина Cr/Au путем распыления.
- Шаблон Cr/Au металла слоя (Рисунок 1j).
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Для упрочнения PR, жесткий испечь образца при 110 ° C за 5 мин.
- Протравите Cr/Au слой с мокрой etchant для 60 s/20 s, соответственно.
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди. Для удаления влаги, сухие образца с N2 болты держа ее пинцет.
Примечание: Процесс очистки должен быть очень осторожны, поскольку есть риск пилингов PI слой.
4. Нанесение второго слоя полиимида и выполнение второй металлизации
- Спиновые пальто PI на образце при 4000 об/мин для 60 s, отжиг, на 110 ° C 3 мин и 150 ° C в течение 10 мин на горячей плите и обжигают при 230 ° C 60 мин в атмосфере N2 , поставляя N2 в печь (рис. 1 k).
- Депозит SiO2 слой толщиной 130 Нм с использованием PECVD с температурой 230 ° C, 20 Вт мощности, 1000 mTorr давления, SiH4 газ (100 sccm) и N2O газ (800 sccm) 2 мин.
- Шаблон SiO2 как трудно маски слоя для сухого травления (рис. 1 л).
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Чтобы узор жесткий маска2 SiO, окунуть образце в BOE 30 s с помощью тефлоновой Медведице, очистить его в воде ди и высушить его с N2 болты держа ее пинцет.
- Сухой etch PI, используя RIE с 30 Вт мощности, O2 газ (30 sccm) и газ (70 sccm) Ar 50 мин.
- Чтобы удалить слой оксида PECVD, окунуть образце в BOE за 30 сек, с помощью тефлоновой ковша.
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди.
- Депозит 10 Нм/200 Нм толщина Cr/Au путем распыления покрытия.
- Шаблон Cr/Au металла слоя (рис. 1 m).
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Протравите слой Cr/АС по мокрой etchant для 60 s/20 s, соответственно.
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди.
- Для удаления влаги, сухой чистой подложки с азота болты держа ее пинцет.
Примечание: Существует риск пилинг полиимида слой, так что очень тщательно выполнять процесс очистки.
5. инкапсуляции образца с PI и открытия через отверстия и структура сетки
- Спиновые пальто PI на образце при 4000 об/мин для 60 s, отжиг, на 110 ° C 3 мин и 150 ° C в течение 10 мин на горячей плите и обжигают при 230 ° C 60 мин в атмосфере N2 , поставляя N2 к духовке (Рисунок 1n).
- Депозит SiO2 слой толщиной 650 нм с использованием PECVD с температурой 230 ° C, 20 Вт мощности, 1000 mTorr давления, SiH4 газ (100 sccm) и N2O газ (800 sccm) за 8 мин.
- Шаблон SiO2 как трудно маски слоя для сухого травления.
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик для 2 минут для определения шаблона, очистить его в воде ди и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Узор жесткий маска2 SiO, окуните образце в BOE за 1 мин 30 сек, с использованием тефлон ковша, очистить его в воде ди и высушить его с N2 болты держа ее пинцет.
Примечание: Из-за небольшого размера патронирования, необходимо позволить ей развивать дольше, чем предыдущие разработки.
- Сухой etch PI, используя RIE с 30 Вт мощности, O2 газ (30 sccm) и газ (70 sccm) Ar для 75 мин.
- Si, ПМС-РИЕ сухой протравите 100 Вт мощности, 0 мощности W ICP, 30 mTorr давление в камере и 40 sccm SF6 газ для 6 мин (Рисунок 1o).
- Чтобы удалить слой оксида PECVD, окуните образце в BOE за 1 мин 30 сек, с помощью тефлоновой ковша.
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди.
- Депозит SiO2 слой толщиной 130 Нм с использованием PECVD с температурой 230 ° C, 20 Вт мощности, 1000 mTorr давления, SiH4 газ (100 sccm) и N2O газ (800 sccm) 2 мин.
- Шаблон SiO2 как трудно маски слоя для сухого травления.
- Спиновые пальто положительный PR на образце при 4000 об/мин, для 40 s и мягкие выпекать покрытые образца при 90 ° C 90 s. Expose образца ультрафиолетовым светом с помощью фотолитографии маски для 10 s.
- Погрузите образец в разработчик за 1 мин, чтобы определить шаблон, очистить его в ди воде и высушить его с N2 болты держа ее пинцет. Крепко испечь образца для упрочнения PR слоя при 110 ° C за 5 мин.
- Узор жесткий маска2 SiO, окуните образце в BOE за 1 мин 30 сек, с использованием тефлон ковша, очистить его в воде ди и высушить его с N2 болты держа ее пинцет.
- Сухой etch PI, RIE с 30 Вт мощности, O2 газ (30 sccm) и газ (70 sccm) Ar для 75 мин.
- Чтобы удалить слой оксида PECVD, окунуть образце в BOE за 30 сек, с помощью тефлоновой ковша.
- Чистой воды образца последовательно с ацетоном, IPA и ди. Для удаления влаги, сухой чистый образец с N2 болты держа ее пинцет.
6. травление жертвенного слоя и передачи образца гибкой подложке
Примечание: Смотрите Рисунок 2.
- Протравите жертвенного слоя, погружая образца в 49% фтористоводородной кислоты 20 мин (Рисунок 2a; врезные).
- Промойте образца с ди воды.
- После использования капиллярные явления стеклоочиститель для поглощения влаги между подложкой и устройством, сухой чистый образец с N2 болты держа ее пинцетом удалить остатки влаги (рис. 2a).
- Выполните процесс промывки и сушки образца. Из-за низкой адгезии между устройством и субстрат это должно быть сделано очень аккуратно, чтобы не отделить подложку и устройства.
- Держите образца с помощью углерода ленты и прикрепить водорастворимые ленты.
- Сдирать водорастворимые ленты в одно мгновение для предотвращения устройство от оставшихся на подложке (рис. 2b).
- Подтвердите, что образец присоединен к водорастворимые ленты.
- Перенесите образец полидиметилсилоксан (PDMS) покрытием пленки полиэтилентерефталата (ПЭТ) (рис. 2 c).
- Подготовить PDMS (10:1 смесь форполимера: Вулканизирующий агент) и удалите любые воздушные пузыри в PDMS, дегазации.
- Спин пальто PDMS на ПЭТ-пленки при 1000 об/мин за 30 s и выпекать ПЭТ-пленки на горячей плите при температуре 110 ° C в течение 10 мин.
- Разоблачить образца к Ультрафиолетовому свету для 30 s для улучшения адгезии PDMS и прикрепить водорастворимые ленты с образцом для PDMS-покрытием ПЭТ-пленки.
Примечание: УФ лечение повышает адгезию поверхности PDMS.
- Чтобы удалить водорастворимые ленты, тщательно капли воды на него, с помощью пипетки. Удаление водорастворимые ленты с медленным потоком воды для предотвращения устройство от быть сметены воды. Сухие образца медленно с N2 болты держа ее пинцетом (Рисунок 2d).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
На рисунке 3а и 3b показывают разработаны и изготовлены структуру NIPIN PTR, учитывая предыдущие исследования2,23. Врезные в рисунке 3a экспонатов характеристика основных I-V PTR. Подробные структурные параметры PTR показаны на рисунке 3b. Процесс допинг для Si слоя на SOI вафельные был проведен с использованием ионной имплантации NNFC. Допинг глубина ~1.25 мкм, которая равна толщине слоя Си, и допинг концентрация n+ и p+ ~ 1019 см-3. Допинг распределение на верхний слой Si имеет палец типов допинг. Стороне обедненной области между n+ региона и p+ региона, который генерируется палец типов допинг, полезен для уменьшения потерь перевозчиков, генерируемые фото25. Кроме того палец типов допинг расширяет активной области генерации генерируемые фото перевозчиков, тем самым повышая эффективность ячейки. Рисунок 3 c представляет оптические изображения легированных Si PTR острова. Характеристика-V одного PTR показан на рисунке 3d.
На рисунке 4a отображает сфабрикованные PTR массив до передачи печати шаг. Увеличенное изображение показывает одну ячейку PTR в деталях. PI-инкапсулированное серпантином электрод обеспечивает растяжимость на устройство и защищает электродов и Si клетки от трещины или провал. В дополнение к механической стабильности PI слой играет роль как просветляющих покрытий сократив разницу в преломления между Си слой и воздухом. Рисунок 4b показывает оптическое изображение для передаваемых устройства на PDMS-покрытием ПЭТ-пленки. С помощью метода передачи печати, завершено устройство может находиться на гибкой подложке (например, тонкая пленка PET). Рисунок 4 c экспонатов схематические иллюстрации настройки измерения и определение радиуса кривизны (RoC). Для измерения электрических характеристик в состоянии изгиб, мы произвели на заказ руководство стадии согнуть в образце путем перемещения из стороны в сторону. Рисунок 4 d показывает характеристики-V PTR массива в разных RoCs (то есть, бесконечность, 10 см, 8 см, 6 см, 4 см, 2 см). Этот результат демонстрирует, что электрические особенностью PTR является постоянным, независимо от RoCs. Источник света, используемый в этом эксперименте является белый свет, вызванных галогенная лампа. 4e рисунок показывает отношение фототока в Темновой ток как функция напряжения с различными RoCs. Динамический диапазон, который определяет чувствительность Фотоприемник, поддерживается на ~ 600 или больше, выше напряжения смещения 2 V. Этот результат показывает, что тонкая мембрана Si можно достичь значительный динамический диапазон из-за низкой Темновой ток, как показано на вкладке Рисунок 4e. 4f рисунок отображает изображения для изогнутых PTR массива с каждой RoC.
Рисунок 1: схема иллюстрации процесса изготовления массива изогнутые Фототранзистор. Панели () - (o) показывают последовательный процесс от изготовления Фототранзистор устройства на подложке легированных SOI для создания через отверстие, чтобы удалить жертвенный слой субстрата SOI. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: схематические иллюстрации для передачи печати Фототранзистор массива от SOI вафельные гибкой подложке. () Эта панель показывает, как сформировать структуру Открытый сетки и удалить жертвенный слой. (b) этой группы показывает, как отсоединить устройство с водорастворимые ленты. (c) Эта панель показывает, как передать липкие гибкой подложке (например, PDMS) устройства. (d) этой панели показано, как удалить водорастворимые ленты, сбрасывая воды на нем. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: схемы для одной ячейки Фототранзистор (PTR) и результат моделирования характеристик-V. Первые две панели показывают () наклон вид PTR и (b) вид сверху PTR. Допинг концентрация составляет ~ 1019 см-3 для+ p и n+ регионов. Подробные геометрические значения отображаются на рисунке 3b. Врезные в рисунке 3a отображает основные I-V характеристика PTR. (c) Эта группа показывает изображения оптической микроскопии на легированных Si почтовиков. Желтый цвет означает Si почтовиков. Зеленые субстрата представляет собой слой поле2 SiO. (d) Эта группа показывает-V характеристики одной PTR под яркими и темными государств. Врезные показывает темноте текущего одной ячейки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: схематические методы и результаты для измерения характеристик-V в изогнутый штат Фототранзистор массива. () Эта группа показывает фотографии готовых устройства. Увеличенное изображение показывает одну ячейку PTR в деталях. (b) этой панели отображается фотография переданных устройства на PDMS-покрытием ПЭТ-пленки. (c) Эта группа является упрощенная схема установки измерения. Радиус кривизны (RoC) определяется как радиус окружности от центра круга, как показано на вставку. (d) группа показывает характеристики-V PTR массива под освещения с различными RoCs. (e) Эта группа является участок отношение фототока в Темновой ток. Врезные демонстрирует очень низкий текущий уровень темного тона, вызывая тем самым высоким динамическим диапазоном. (f) Эта группа показывает оптических изображений для изогнутых PTR массива в каждом RoC. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Технологии изготовления, в описанный здесь значительно способствует прогрессу современной электроники и носимых устройств. Фундаментальные концепции этого подхода использовать тонкой мембраны Si и металла Энергообъединение способны растяжения. Хотя Si хрупкие и жесткий материал, который легко может быть сломана, очень тонкий слой Si может получить гибкость26,27. В случае металлических interconnector волнистые формы предлагает растяжимость и гибкость28,29. В частности металлические Энергообъединение выступать в качестве электродов для всего устройства работать как тип матрицы. Матричная форма открытого сетки, которая осуществляется на заключительном этапе, обеспечивает мягкость к устройству структурированным образом. Вместе с по существу тонкий слой Si и серпентин электродов это достигает изоляции стресс и выпускает устройства геометрии. Кроме того слой PI, который окружает все устройство одновременно предлагает эффекты просветляющие и защищает устройство от трещин и дефектов. С помощью передачи метод печати, сфабрикованные устройства могут быть размещены на гибкой подложке, и следовательно, он обеспечивает условие, что устройство может быть деформирован. Через процесс шаги представлены здесь, Si устройство с много преимуществ с точки зрения характеристик устройства и зрелости процессов могут быть реализованы как деформируемого электроники.
Чтобы получить PTR ячейку с низкой Темновой ток, устройство допинг процесса имеет жизненно важное значение. Допинг глубина более важным, чем концентрации примеси, потому что глубокую допинг могут образовывать больше регионов истощения, по сравнению с мелкой допинг. В регионе истощения генерируемые фото электронов и дырок не перекомбинировать, и это является основным фактором снижения Темновой ток в глубокой легированных PTR. Для более глубоких допинг, методом ионной имплантации является более подходящим, чем метод диффузии. Мы провели, легирования примесей методом ионной имплантации соответствующий шаг 1 в настоящем Протоколе. Успешно выполнить процесс допинг, рассмотрите возможность использования коммерческой технологии автоматизированного проектирования (TCAD) моделирования для оценки допинг глубины и концентрации.
Металлизация шаги (шаги 3 и 4) являются одним из наиболее важных процессов в технологии изготовления, описанных здесь. В этом протоколе Au используется как электронных путь, но Au имеет плохой адгезии с PI слоем. Таким образом Cr (или Ti) слой необходимо содействовать адгезии АС и Пи. Из-за толщины PI, который ~1.2 мкм в этом эксперименте, металлические линии, сданный электронно пучка или тепловой испарения не имеют достаточного охвата шаг. В этом протоколе распыление процесс используется в этом шаге. Мы рекомендуем использовать процесс распыления для металлизации. После того, как структуру металла формируется решение травления, образец можно очистить водой ди. Тщательного N2 газ удар обязан затем сухой воду из образца, потому что сильный газ удар может шелушиться слоя металла.
Формирование через отверстие (шаг 5), который проникает PI и Si слои процесса травления, также имеет решающее значение в этой технологии изготовления. Трудно решить ли через отверстие шаблоны создаются хорошо или не потому, что через отверстия имеют небольшой диаметр (~ 2 мкм). Поскольку цвет меняется после процесса травления, мы рекомендуем наблюдения внутри через отверстий в Микроскоп на каждом шаге. Затем слой PI необходимо узором в виде серпантином сетки. Это является важным шагом для устройства для получения гибкие/растягивающийся свойства.
Для удаления жертвенных SiO2 слоя (шаг 6) важно знать степень травления слоя оксида поле фтористоводородную кислоту (HF) через непрерывное микроскопические наблюдения. Кроме того сушка ди воду, которая осталась после очистки ВЧ должен быть тщательно выполнен, потому что дует N2 газ может шелушиться устройство от обработки Си субстрата. Мы рекомендуем, осторожно дуть N2 газ. Потому что ВЧ очень вредных для человеческого организма, эксперимент следует провести в среде с защитное снаряжение, защитные перчатки и газа вентиляционной системой. Последующий шаг в настоящем Протоколе, процесс передачи печати (шаг 6), требует fastidious и квалифицированные техники. Например при удалении устройства с помощью водорастворимые ленты, это выгодно для обеспечения доходности путем удаления ленты с высокой скоростью.
В заключение этой статьи представил процесс для изготовления гибких Si PTR массив с помощью ряда полупроводниковых изготовление процессов осаждения, травление, фотолитографии и передачи печати. Для понимания этого процесса изготовления эта статья иллюстрированный конкретных изготовление методы с подробными описаниями. Кроме того этой статьи описано, как мы использовали подход, описанный здесь, чтобы изготовить образец и измерить производительность устройства изготовлены образцы в характеристики-V с и без освещения для различных RoCs. Этот результат демонстрирует, что массив Si PTR имеет механические и электрические стабильность в деформированного состояния. В этом исследовании механические ограничения Si материалов преодолеваются путем введения структуры, способной трехмерной деформации в Си, которая не является по своей сути мягкой. Вследствие этого изготовление процедура также может быть полезным для других применений в области гибких/растягивающийся электроники и носимых устройств, таких как медицинские мониторы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Это исследование было поддержано творческой программы обнаружения материалов через национальных исследований фонда из Кореи (NRF) финансируется министерством науки и ИКТ (СР 2017M3D1A1039288). Кроме того это исследование было поддержано института информационных и коммуникационных технологий продвижения (ИППИ) Грант, финансируемых правительством Кореи (MSIP) (No.2017000709, комплексные подходы физически unclonable примитивы криптографии с использованием случайные лазеры и оптоэлектроника).
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 |
References
- Ko, H. C., et al. A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics. Nature. 454, 748-753 (2008).
- Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Li, X., et al. Constructing fast carrier tracks into flexible perovskite photodetectors to greatly improve responsivity. ACS Nano. 11 (2), 2015-2023 (2017).
- 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).
- Dumas, D., et al. Infrared camera based on a curved retina. Optics Letters. 37 (4), 653-655 (2012).
- 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).
- Gregory, J. A., et al. Development and application of spherically curved charge-coupled device imagers. Applied Optics. 54 (10), 3072-3082 (2015).
- Guenter, B., et al. Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance. Optics Express. 25 (12), 13010-13023 (2017).
- Wu, T., et al. Design and fabrication of silicon-tessellated structures for monocentric imagers. Microsystems & Nanoengineering. 2, 16019 (2016).
- Yoon, J., et al. Flexible concentrator photovoltaics based on microscale silicon solar cells embedded in luminescent waveguides. Nature Communications. 2, 343 (2011).
- Lee, S. M., et al. Printable nanostructured silicon solar cells for high-performance, large-area flexible photovoltaics. ACS Nano. 8 (10), 10507-10516 (2014).
- 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).
- Van den Brand, J., et al. Flexible and stretchable electronics for wearable health devices. Solid-State Electronics. , 116-120 (2015).
- 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).
- 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).
- Kim, D. H., et al. Stretchable and foldable silicon integrated circuits. Science. 320, 507-511 (2008).
- 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).
- Lu, N. Mechanics, materials, and functionalities of biointegrated electronics. The Bridge. 43 (4), 31-38 (2013).
- 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).
- Shin, G., et al. Micromechanics and advanced designs for curved photodetector arrays in hemispherical electronic-eye cameras. Small. 6 (7), 851-856 (2010).
- Jung, I., et al. Paraboloid electronic eye cameras using deformable arrays of photodetectors in hexagonal mesh layouts. Applied Physics Letters. 96 (2), 21110 (2010).
