Name: fabrication of flexible image sensor based on lateral nipin phototransistors
Uploaded: 2018-06-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 59 s
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この研究は、創造的な材料探索プログラムを通じて国立研究財団の韓国 (NRF) 科学省と ICT (NRF 2017M3D1A1039288) によって資金を供給によって支えられました。また、本研究は、情報と通信技術振興 (IITP) 助成 (MSIP) (No.2017000709、統合的なアプローチを使用して物理的に複製の暗号プリミティブの韓国政府によって資金を供給された研究所によって支えられました。ランダム レーザーおよび光電子工学)。

注意: いくつかの化学物質 (すなわち。、フッ化水素酸、バッファー酸化エッチング液、イソプロピル アルコールなど。) このプロトコルは健康に有害なことができます。任意のサンプルの準備が行われる前に、関連するすべての材料の安全データ用紙を参照してください。適切な個人用保護具を使用 (e.g。、白衣、安全メガネ、手袋) とコントロールをエンジニア リング (e.g。 ウェット ステーション、ドラフトチャンバー) 腐食液や溶剤を取り扱うとき。
1. Si ドーピングとの分離
注:図 1a - 1 dを参照してください。
<ol><li>次のように条件をイオン注入によるドープした SOI ウェハを準備: 80/50 のホウ素、ドーパント リン/エネルギー keV とドーピング、それぞれ 5 × 101510 3 ×15 cm-3 n+の p+の線量。ウェーハの結晶性を回復するには、イオン注入後炉で 120 分間 1,000 ° C の温度でサンプルをアニールします。高い加工安定性のイオン注入工程国立 NanoFab センター (NNFC) からを使用し、深い深度 (図 1 a) をドーピングによってドープした試料を準備します。</li>
	<li>ネイティブの酸化を削除するには、ディップ 5 バッファー酸化エッチング液 (BOE) のテフロンひしゃくを使用してさいの目に切ったサンプル s、アセトン、イソプロピル アルコール (IPA)、純水 (DI) と順番にさいの目に切ったサンプルをきれい。</li>
	<li>Si の分離 (図 1 b) (PR) フォトレジスト パターンを形成します。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥 1 分の開発者にサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>乾燥 100 W 高周波電力、0 W 誘導電源、30 mTorr チャンバー圧力・ 6 分 (図 1 c) SF6ガス (40 sccm) を誘導結合プラズマ反応性イオン エッチング (ICP 理恵) を用いたシリコンのサンプルをエッチングします。</li>
	<li>埋め込み酸化膜層を削除するには、フッ化水素酸 49% テフロンひしゃく (図 1 d) を使用して、2 分間試料を浸漬します。</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。水分を削除するには、鉗子で保持しながら、N2吹き矢でサンプルを乾燥します。</li>
</ol>2. 犠牲酸化層の堆積
注:図 1e - 1 gを参照してください。
<ol><li>130 の厚さと SiO2犠牲層を預金 nm プラズマ強化化学気相堆積 (PECVD) を 230 ° C の温度、20 W RF 電力、1000 mTorr 圧力、SiH4ガス (100 sccm) と N2O 2 分 ( (800 sccm) をガス図 1e)。</li>
	<li>SiO2犠牲層 (図 1 f) のマスクとして PR 層をパターンします。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して N2吹き矢を鉗子で保持しながら乾かして 1 分の開発者にサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>プラズマ CVD 酸化膜をパターン化する 30 の BOE でサンプルを浸漬テフロンひしゃく (図 1 g) を使用して s。</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。水分を削除するには、鉗子で保持しながら、N2吹き矢でサンプルを乾燥します。</li>
</ol>3. ポリイミドおよび最初のメタライゼーションの実行の最初の層の堆積
<ol><li>60 4,000 rpm でサンプルのコート ポリイミド (PI) をスピン s、ホット プレート上で 10 分間 150 ° C と 110 ° C、3 分でそれをアニールし、N2オーブン (図 1 h) を指定して N2雰囲気の中で 60 分 230 ° C でそれをアニールします。</li>
	<li>130 の厚さで SiO2層の入金温度 230 ° C、20 W 高周波電力、1,000 mTorr 圧力、SiH4ガス (100 sccm)、プラズマ CVD を用いた nm と N2O ガス (800 sccm) を 2 分間。</li>
	<li>PI のハードマスク層として SiO2パターンはドライ エッチング (図 1i) です。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥 1 分の開発者にサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
		<li>SiO2ハードマスクをパターン化する 30 の BOE でサンプルを浸漬テフロンひしゃくを使用して s の DI 水できれいにし、鉗子で保持しながら、N2吹き矢でそれを乾燥します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>30 W 高周波電力、RIE を用いた PI ・ ドライエッチ O2ガス (30 sccm)、Ar ガス (70 sccm) 20 分。</li>
	<li>プラズマ CVD 酸化膜を削除する 30 の BOE でサンプルを浸漬テフロンひしゃくを使用して s。</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。水分を削除するには、鉗子で保持しながら、N2吹き矢でサンプルを乾燥します。</li>
	<li>スパッタ法による Cr/Au の 10 nm/200 nm の厚さを入金します。</li>
	<li>Cr/Au 金属層 (図 1 j) のパターンします。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥 1 分の開発者にサンプルを浸します。PR を強化するには、ハード 110 ° C、5 分でサンプルを焼きます。</li>
		<li>それぞれ 60 の s/20 s のウェット エッチングと Cr/Au 層をエッチングします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。水分を削除するには、鉗子で保持しながら、N2吹き矢でサンプルを乾燥します。 注: クリーニング プロセスが PI 層の剥離の危険性があるので非常に注意します。</li>
</ol>4. ポリイミドや 2 番目の配線を行うの 2 番目の層の堆積
<ol><li>スピンコーター PI 60 4,000 rpm でサンプルの s、ホット プレート上で 10 分間 150 ° C と 110 ° C、3 分でそれをアニールし、N2オーブン (図 1 k) に供給することにより N2雰囲気の中で 60 分 230 ° C でそれをアニールします。</li>
	<li>130 nm の厚さで SiO2層の入金 PECVD 230 ° C の温度で、20 W 高周波電力、1,000 mTorr 圧力、SiH4ガス (100 sccm)、N2O 2 分 (800 sccm) をガスします。</li>
	<li>ドライ エッチング (図 1 l) のハードマスク層として SiO2 をパターンします。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥 1 分の開発者にサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
		<li>SiO2ハードマスクをパターン化する 30 の BOE でサンプルを浸漬テフロンひしゃくを使用して s の DI 水できれいにし、鉗子で保持しながら、N2吹き矢でそれを乾燥します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ドライ エッチング 30 W RF 電力と RIE を用いた PI O2ガス (30 sccm)、Ar ガス (70 sccm) 50 分間。</li>
	<li>プラズマ CVD 酸化膜を削除する 30 の BOE でサンプルを浸漬テフロンひしゃくを使用して s。</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。</li>
	<li>スパッタ コーティングによる Cr/Au の 10 nm/200 nm 厚を預金します。</li>
	<li>Cr/Au 金属層 (図 1 の m) のパターンします。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥 1 分の開発者にサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
		<li>それぞれ 60 の s/20 s のウェット エッチング液による Cr/Au 層をエッチングします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。</li>
	<li>水分を削除するには、鉗子で保持しながら窒素吹き矢できれいな基板を乾燥します。 注: ポリイミド層を剥離の危険性がある、ので非常に慎重に洗浄プロセスを実行します。</li>
</ol>5. サンプル PI と穴とメッシュ構造で開口部をカプセル化します。
<ol><li>スピンコーター PI 60 4,000 rpm でサンプルの s、ホット プレート上で 10 分間 150 ° C と 110 ° C、3 分でそれをアニールし、を活かして、オーブン (図 1 n) N2 N2雰囲気の中で 60 分 230 ° C でそれをアニールします。</li>
	<li>650 nm の厚さで SiO2層の入金 PECVD 230 ° C の温度で、20 W 高周波電力、1,000 mTorr 圧力、SiH4ガス (100 sccm)、N2O ガス (800 sccm) 8 分。</li>
	<li>ドライ エッチングのパターン ハード マスク レイヤーとして SiO2 。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥を 2 分間開発者のサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
		<li>SiO2ハード マスク パターン、テフロンひしゃくを使用して 1 分 30 秒の BOE でサンプルを浸し、DI 水できれいにし鉗子で保持しながら、N2吹き矢でそれを乾燥します。 注: パターンのサイズが小さいため必要だ以前の開発時間より長くを開発できるように。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ドライ エッチング 30 W RF 電力と RIE を用いた PI O2ガス (30 sccm)、Ar ガス (70 sccm) 75 分。</li>
	<li>ドライは、100 W RF 電力 0 W 誘導電源 30 mTorr 燃焼室圧力と 6 分 (図 1o) 40 sccm SF6ガス ICP-RIE によるシリコンをエッチングします。</li>
	<li>プラズマ CVD 酸化膜を削除するには、1 分 30 秒、テフロンひしゃくを使用しての BOE でサンプルをディップします。</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。</li>
	<li>130 nm の厚さで SiO2層の入金 PECVD 230 ° C の温度で、20 W 高周波電力、1000 mTorr 圧力、SiH4ガス (100 sccm)、N2O 2 分 (800 sccm) をガスします。</li>
	<li>ドライ エッチングのパターン ハード マスク レイヤーとして SiO2 。<ol>
<li>40 s とソフト焼く 90 ° C でコーティング サンプル 90 s. 公開するため 10 のフォトリソグラフィ マスク紫外線にサンプルのコート 4,000 rpm でサンプルの肯定的な PR をスピン s。</li>
		<li>パターンを定義し、DI 水で掃除して、N2吹き矢で鉗子で保持しながら乾燥 1 分の開発者にサンプルを浸します。ハード 110 ° C、5 分で PR 層を強化するためサンプルを焼きます。</li>
		<li>SiO2ハード マスク パターン、テフロンひしゃくを使用して 1 分 30 秒の BOE でサンプルを浸し、DI 水できれいにし鉗子で保持しながら、N2吹き矢でそれを乾燥します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>30 W RF 電力と rie PI ・ ドライエッチ O2ガス (30 sccm)、Ar ガス (70 sccm) 75 分。</li>
	<li>プラズマ CVD 酸化膜を削除する 30 の BOE でサンプルを浸漬テフロンひしゃくを使用して s。</li>
	<li>きれいなアセトン、IPA、ディと順番にサンプルが水します。水分を削除するには、鉗子で保持しながら、N2吹き矢できれいなサンプルを乾燥します。</li>
</ol>6. 犠牲層をエッチングとフレキシブル基板にサンプルを転送します。
注: は、図 2を参照してください。
<ol><li>フッ化水素酸 (図 2 a; はめ込み) 20 分 49% のサンプルを浸すことによって犠牲層をエッチングします。</li>
	<li>DI 水でサンプルをすすいでください。</li>
	<li>基板とデバイスの間の水分を吸収するワイパーの毛細管現象を使用した後 (図 2 a) の残りの水分を削除する鉗子で保持しながら、N2吹き矢できれいなサンプルを乾燥します。<ol>
<li>洗浄し、試料の乾燥のプロセスを実行します。デバイスと基板間粘着力が弱いため、基板とデバイスを分離しないように非常に慎重に行う必要があります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>カーボン テープを使用してサンプルを押し、水溶性テープを添付します。</li>
	<li>残りの基板 (図 2 b) 上からデバイスを防ぐために瞬時に水溶性テープをはがします。</li>
	<li>サンプルは水溶性テープに接続されていることを確認します。</li>
	<li>サンプル ポリジメチルシロキサン (PDMS) を被覆ポリエチレン ポリエチレンテレフタ レート (PET) フィルム (図 2 c) を転送します。<ol>
<li>PDMS を準備 (プレポリマーの 10:1 の混合物: 硬化剤) および脱気により、PDMS の空気の泡を削除します。</li>
		<li>スピン コート 30 s や焼く 10 分の 110 ° C の高温ホット プレートに PET フィルムのため 1,000 rpm で PET フィルムに PDMS。</li>
		<li>30 の紫外線にサンプルを公開 s、PDMS の密着性を向上し PDMS コーティング PET フィルムに水溶性テープのサンプルを添付します。 注: 紫外線治療は、PDMS 表面の密着性を高めます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>水溶性テープを削除するには、慎重に水を落とす、ピペットを使用して。デバイスが水に流されるを防ぐために水の遅い流れと水溶性テープを削除します。鉗子 (図 d) を押しながら、N2吹き矢でゆっくりサンプルを乾燥させます。</li>
</ol>

<ol>
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著者が明らかに何もありません。

ここで説明した加工技術は、高度なエレクトロニクスとウェアラブル デバイスの進歩に大きく寄与します。この方法の基本的な概念は、Si 薄膜と金属反るストレッチの対応を使用します。Si に簡単に骨折することが難しく、かつ不安定材料ですが、非常に薄い Si 層は柔軟性26,27を取得できます。金属インター コネクタの場合で、波状の形状は張出し性と柔軟性28,29を提供しています。特に、マトリックス型として動作するデバイスの全体のための電極として使用金属反る。最後の手順で実装されている、オープン メッシュの行列形式は、構造化された方法でデバイスに柔らかさを提供します。一緒に Si 薄膜と蛇紋岩の電極のメリット、これは応力分離を実現し、デバイスのジオメトリを解放します。また、同時に、デバイス全体を囲む PI 層反射防止の効果を提供しています、クラックや欠陥からデバイスを保護します。転写法を用いたフレキシブル基板に作製したデバイスを配置できる、したがって、それはデバイスが変形することができます条件を固定しています。プロセスを手順表示ここでは、デバイス特性の面で多くの利点を持つ Si デバイスとプロセスの成熟度を変形可能な電子機器として実現できます。
低暗電流で PTR のセルを取得するには、プロセスをドーピング装置が不可欠です。ドーピングの深さは浅いドーピングのそれに比べてより多くの枯渇地域を形成することができます深いドーピングため不純物濃度よりも重要であります。空乏領域で写真によって生成された電子と正孔が結合しないと深いドープ PTR で暗電流を削減する主な要因です。深いドーピング イオン注入法、拡散法よりも適しています。このプロトコルの手順 1 に対応するイオン注入法による不純物ドーピングを行った。ドーピング プロセスを正常に実行するには、ドーピングの深さと濃度を推定する商業技術計算機援用設計 (TCAD) シミュレーションを使用して検討してください。
金属の手順 (手順 3 と 4) は、ここで説明した加工技術で最も重要なプロセスの 1 つです。このプロトコルでは電子パスとして Au を使用しますが Au は PI 層を密着。したがって、Cr (または Ti) 層は Au と PI の付着を促進するために必要です。この実験で ~1.2 μ m である PI 厚により電子ビームまたは熱蒸発により作製した金属線は十分なステップのカバレッジを持っていません。このプロトコルではスパッタ リング プロセスは、この手順で使用されます。スパッタ プロセスを使用して、金属化用をお勧めします。ソリューション エッチングによる金属パターンが形成されたサンプルは、純水で洗浄します。強いガス ブローが金属の層をはがすことがありますので注意してください N2ガス ブロー サンプルから水を乾燥する必要が。
形成、エッチング プロセスによって π と Si の両方の層を突き通す穴 (手順 5) 経由でもこの加工技術で重要です。決定することは困難だかどうか、穴を介してパターンもの生成はないので、ビアタイプの穴小径 (〜 2 μ m) があります。エッチング加工後、色を変更すると、以降の内部を観察することをお勧め、ビアホール各ステップの中に顕微鏡によるパターン。その後、PI 層は蛇紋岩のメッシュの形でパターン化する必要があります。これは、/伸縮性柔軟なプロパティを取得するデバイスのための重要なステップです。
犠牲の SiO2層 (手順 6) の除去、連続の顕微鏡による観察でフッ化水素酸 (HF) によるボックス酸化膜のエッチングの程度を知ることが不可欠です。また、HF を洗浄した後残っている DI 水を乾燥する必要があります慎重にので、実行処理 Si 基板からデバイス N2ガスを吹いてはがれる可能性があります。N2ガスを軽く吹いてをお勧めします。HF は非常に人体に有害、保護具、保護手袋、排気システム搭載環境で実験を実施しなければなりません。このプロトコルの以降の手順では、転写印刷 (手順 6)、気難しいと熟練した技術が必要です。例えば、水溶性テープを使用してデバイスを削除する場合は、高速でテープを削除することによって収量を確保するため有利です。
結論として、この記事は成膜、エッチング、フォトリソグラフィ、転写など半導体製造プロセスの一連を使用して柔軟な Si PTR 配列を作製するプロセスを発表しました。この製造プロセスの洞察力、この記事には詳細な説明に特定の製造方法が示されています。また、我々 はサンプルを作製し、-V 特性と異なる RoCs のイルミネーションなしで作製した試料のデバイスのパフォーマンスを測定するにはここで説明したアプローチを使用する方法について説明します。この結果は、Si のポインターの配列では、変形した状態の機械的および電気的安定性を示します。本研究では Si 材料の機械的な限界は本質的にソフトではない Si に三次元変形のできる体制を導入することで克服します。このため、作製手順で/伸縮性柔軟なエレクトロニクスと医療モニターなどのウェアラブル デバイスの分野で他のアプリケーションの役に立つことができます。

生体イメージング システムは、従来イメージング システム1,2,3,4、5と比較して多くの利点を提供できます。網膜や半球のシャコは、生体の視覚系1,2,6の実質的なコンポーネントです。動物の目の重要な要素を模倣する曲線のイメージ センサーは、低収差7と光学系のコンパクトでシンプルな構成を提供できます。加工技術、材料、ナノ材料/有機8,9,10、11,など本質的に柔らかい材料の使用などの多様な進歩12半導体シリコン (Si)、ゲルマニウム (Ge)1,2,3,13,14などへの変形構造の導入 15,16,17, 湾曲したイメージ センサーを実現します。その中でも、Si ベースのアプローチは、豊富な材料、成熟した技術、安定性、および光学的/電気的優位性などの固有の利点を提供します。このため、Si は本質的な剛性と脆性、Si ベースの柔軟な電子広く研究されている柔軟なオプトエレクトロニクス18,19,20等のさまざまな用途湾曲したイメージ センサー1,2,3ともウェアラブル医療機器21,22を含みます。
最近の研究では、分析し、薄膜 Si 受光素子配列23の電気的性能を向上します。その研究では、湾曲した光検出器アレイの最適な単位セルはフォト ダイオードとブロッキング ダイオードで構成されるフォト トランジスタ (PTR) タイプです。ベース接合の利得を生成された光電流増幅し、それゆえそれは薄膜の構造と電気的性能を向上させるためにルートを展示します。単一のセルに加えて薄膜構造は光検出器のノイズとして考慮される暗電流の抑制に適しています。ドーピング濃度について 1015 cm-3より大きい濃度はダイオード特性ことができます 10-3 23 W/cm2以上の光の強度を維持する優れた性能を達成するために十分です.また、PTR の単一のセル列の低ノイズを持っているし、光学的/電気的安定のフォト ダイオードと比較してプロパティ。これらの設計ルールに基づき、シリコン ・ オン ・ インシュレーター (SOI) ウエハーを用いた薄膜 Si シモノフから構成される柔軟な光検出器の配列を設計・試作しました。一般に、柔軟な画像センサーの重要な設計ルールは系統が小さな r24ゼロ構造の厚さを介して位置を定義する中立的な機械的平面概念です。波状形状電極を完全に可逆的張出し性を提供するため、別の重要なポイントは、電極の蛇紋岩ジオメトリです。これら 2 つの重要な設計概念による光検出器の配列は柔軟性と伸縮性をすることができます。半球状または動物目2網膜のような湾曲した形状に受光素子配列の 3 D 変形を促進します。
この作品では、半導体製造プロセス (例えば、ドーピング、エッチング、蒸着) を用いた曲線の PTR アレイの作製のためのプロセスの詳細を転写印刷。また、我々 は-V 曲線の面で 1 つの PTR を特徴付けます。作製法、個々 の細胞の解析に加えて変形後の状態でポインター配列の電気的機能を解析しました。

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

fabrication of flexible image sensor based on lateral nipin phototransistors

柔軟な受光素子研究されている激しくない生体イメージング システムの重要なコンポーネントは、湾曲したイメージ センサーを使用するため、薄い活性層による、低低吸収効率など、いくつか困難な点が残っています。柔軟性。電気的性能を向上させた柔軟なフォト トランジスタ アレイを作製する高度な方法を提案します。優れた電気的性能は、深い不純物ドーピングにより低暗電流によって駆動されます。伸縮自在で柔軟な金属反るは同時に著しく変形した状態での電気的・機械的安定性を提供しています。プロトコルは明示的に、薄いシリコン膜を用いたフォト トランジスタの作製プロセスをについて説明します。変形後の状態で完成したデバイス - 電圧特性を測定することによりこのアプローチがフォト トランジスタ アレイの機械的および電気的安定性を向上させることを示します。期待の次世代イメージング システム/光だけでなく、触覚/圧力/温度センサーなどヘルス モニターのウェアラブル デバイス用で広く柔軟なフォト トランジスタへのこのアプローチを使用できます。

図 3 aと3 bは、以前研究2,23を考慮した NIPIN PTR の設計と作製構造を示します。図 3 aのはめ込みは、PTR の基本 V 特性を展示します。図 3bの PTR の詳細な構造パラメーターが表示されます。SOI 基板による Si 層のドーピング プロセスは、NNFC のイオン注入を用いて行った。ドーピングの深さは Si 層の厚さに等しいである ~1.25 μ m と n+と p+のドーピング濃度が 10 〜19 cm-3。トップ Si 層のドーピングの分布は指型ドーピングします。N+領域と指型ドーピングによって生成される p+地域間側空乏領域光生成キャリア25の損失を減らすために役に立ちます。また、指型ドーピング セル効率を高める光生成キャリアの生成活動の領域を広げます。図 3 cは諸島ドープ Si PTR の光学像を提示します。1 つの PTR の電流電圧特性は図 3 dに表示されます。
図 4 aには、転送印刷手順の前に作製したポインターの配列が表示されます。拡大画像は、詳細に 1 つの PTR セルを示します。PI でカプセル化された蛇紋岩電極はデバイスに張出しを提供し、亀裂または障害から電極と Si セルを保護します。機械的安定性に加えては、PI 層は、Si 層と空気の間の屈折率の差を減らすことによって反射防止膜としての役割を果たしています。図 4 bは、PDMS コーティング PET フィルム上に転送デバイスの光のイメージを示しています。転送印刷メソッドを使用して、(例えば、薄い PET フィルム) フレキシブル基板上完成されたデバイスを配置できます。図 4 cは測定装置の模式図と曲率 (中華民国) の半径の定義を表わします。曲げ状態の電気的性能を測定するため左右に移動することによってサンプルを曲げるオーダーメイド手動ステージをプロデュースしました。図 4 dは、異なる RoCs (すなわち無限、10 cm、8 cm、6 cm、4 cm、2 cm) でポインター配列の - V 特性を示します。この結果は、PTR の電気特徴は一定、RoCs を示します。この実験で使用される光源は、ハロゲン ランプによる白色光です。図 4eは異なる RoCs を電圧の関数として暗電流を光電流の比を示しています。受光素子の感度を決定するダイナミック レンジが 2 V のバイアス電圧から 〜 600 以上で維持されます。この結果は、図 4eのはめ込み式で示すように、Si 薄膜は、低暗電流のため重要なダイナミック レンジを達成できることを示しています。図 4 階各 RoC と曲がった PTR 配列の画像が表示されます。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57502/57502fig1.jpg"> 図 1: 曲線フォト トランジスタ アレイの作製プロセスの模式図.パネル (、) - (o) 表示の作成にドープした SOI 基板上フォト トランジスタ ・ デバイスを製造から連続プロセス、SOI 基板の犠牲層を除去するための穴を介して。<a href="/files/ftp_upload/57502/57502fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57502/57502fig2.jpg"> 図 2: 転送の模式図フォト トランジスタ配列の SOI 基板からフレキシブル基板の印刷します。(、) このパネルがオープン メッシュ構造を形成し、犠牲層を除去する方法を示します。(b) このパネルは水溶性テープ デバイスをデタッチする方法を示しています。(c) このパネルは粘着性があるフレキシブル基板 (例えばPDMS) にデバイスを転送する方法を示しています。(d) このパネルはそれに水をドロップすることによって水溶性テープを削除する方法を示します。<a href="/files/ftp_upload/57502/57502fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57502/57502fig3.jpg"> 図 3: フォト トランジスタ (PTR) と - 電圧特性のシミュレーション結果の単位セルの回路図です。最初の 2 つのパネル (、) の傾きを表示 PTR および (b) PTR の平面図。ドーピング濃度が 10 〜19 cm-3の p+と n+領域の両方。図 3bの詳細な幾何学的な値が表示されます。図 3 aのはめ込みは、PTR の基本 V 特性を表示します。(c) このパネルは、ドープされた Si シモノフの光学顕微鏡画像を示しています。黄色の色は、Si になる ptr レコードを示します。緑の基板は、SiO2ボックス層です。(d) このパネルは、明るい部分と暗い州の下で単一の PTR の - V 特性を示します。挿入図は、単一のセルの現在暗闇の中を示しています。<a href="/files/ftp_upload/57502/57502fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57502/57502fig4.jpg"> 図 4: 方法とフォト トランジスタ アレイの湾曲の状態 - 電圧特性を測定するための結果の概略図。(、) このパネル表示素子を試作の写真。拡大画像は、詳細に 1 つの PTR セルを示します。(b) このパネルは、PDMS コーティング PET フィルムの転送装置の写真を示しています。(c) このパネルは、測定セットアップの簡略図。(中華民国) の曲率半径は、挿入図に示すように円の中心から円の半径として定義されます。(d) このパネルは異なる RoCs の照射下でポインター配列の - V 特性を示します。(e) このパネルは暗電流を光電流の比のプロット。はめ込みは、非常に低い暗い現在レベル、原因となり、高ダイナミック レンジを示します。(f) このパネルは各 RoC で曲がった PTR アレイの光学イメージを示しています。<a href="/files/ftp_upload/57502/57502fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

横 NIPIN フォト トランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製

湾曲したイメージ センサーの変形横 NIPIN フォト トランジスタ アレイを作製する詳細な方法を提案します。薄いシリコン島と伸縮金属反るから構成されるメッシュ フォームを使ってフォト トランジスタ アレイは、柔軟性と延伸を提供します。パラメーター ・ アナライザーは、作製したトランジスタの電気的特性を特徴付けます。

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

fabrication-flexible-image-sensor-based-on-lateral-nipin

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

7.7K ビュー.  Gwangju Institute of Science and Technology. 湾曲したイメージ センサーの変形横 NIPIN フォト トランジスタ アレイを作製する詳細な方法を提案します。薄いシリコン島と伸縮金属反るから構成されるメッシュ フォームを使ってフォト トランジスタ アレイは、柔軟性と延伸を提供します。パラメーター ・ アナライザーは、作製したトランジスタの電気的特性を特徴付けます。

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Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と<em&gt;その場で</em&gt;形態キャラクタリゼーション

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

工学

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being leveraged for developing sophisticated photonic sensors. Silicon photonic sensors seek to exploit the strong confinement of light in nano-waveguides to transduce changes in physical state to changes in resonance frequency. In the case of thermometry, the thermo-optic coefficient, i.e., changes in refractive index due to temperature, causes the resonant frequency of the photonic device such as a Bragg grating to drift with temperature. We are developing a suite of photonic devices that leverage recent advances in telecom compatible light sources to fabricate cost-effective photonic temperature sensors, which can be deployed in a wide variety of settings ranging from controlled laboratory conditions, to the noisy environment of a factory floor or a residence. In this manuscript, we detail our protocol for the fabrication and testing of photonic thermometers.

We describe the process of fabrication and testing of photonic thermometers.

光温度計の作製と試験

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

化学

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

生物工学

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Characterization of SiN Integrated Optical Phased Arrays on a Wafer-Scale Test Station

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for moving mechanical parts. This technology is particularly useful for beam steering applications. Here, we focus on OPAs integrated into SiN photonic circuits for a wavelength in the near infrared. A characterization method of such circuits is presented, which allows the output beam of integrated OPAs to be shaped and steered. Furthermore, using a wafer-scale characterization setup, several devices can easily be tested across multiple dies on a wafer. In this way, fabrication variations can be studied, and high-performance devices identified. Typical images of OPA beams are shown, including beams emitted from OPAs with and without a uniform waveguide length, and with varying numbers of channels. In addition, the evolution of output beams during the phase optimization process and beam steering in two dimensions is presented. Finally, a study of the variation in the beam divergence of identical devices is performed with respect to their position on the wafer.

Here, we describe the operation of a SiN integrated photonic circuit containing optical phased arrays. The circuits are used to emit low divergence laser beams in the near infrared and steer them in two dimensions.

ウェーハスケール試験場におけるSiN統合光フェーズドアレイの特性評価

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for ...

High-Contrast and Fast Photorheological Switching of a Twist-Bend Nematic Liquid Crystal

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such as on-demand switchable adhesion technologies, actuators, molecular clutches, and nano-/microscopic mass transporters. Recently it was found that through a special solid-liquid transition, rheological properties can exhibit significant changes, thus providing suitable smart viscoelastic materials. However, designing materials with such a property is complex, and forward and backward switching times are usually long. Therefore, it is important to explore new working mechanisms to realize solid-liquid transitions, shorten the switching time, and enhance the contrast of rheological properties during switching. Here, a light-induced crystal-liquid phase transition is observed, which is characterized by means of polarizing light microscopy (POM), photorheometry, photo-differential scanning calorimetry (photo-DSC), and X-ray diffraction (XRD). The light-induced crystal-liquid phase transition presents key features such as (1) fast switching of crystal-liquid phases for both forward and backward reactions and (2) a high contrast ratio of viscoelasticity. In the characterization, POM is advantageous in offering information on the spatial distribution of LC molecule orientations, determining the type of liquid crystalline phases appearing in the material, and studying the orientation of LCs. Photorheometry allows measurement of a material&#8217;s rheological properties under light stimuli and can reveal the photorheological switching properties of materials. Photo-DSC is a technique to investigate thermodynamic information of materials in darkness and under light irradiation. Lastly, XRD allows studying of microscopic structures of materials. The goal of this article is to clearly present how to prepare and measure the discussed properties of a photorheological material.

This protocol demonstrates the preparation of a photorheological material that exhibits a solid phase, various liquid crystalline phases, and an isotropic liquid phase by increasing temperature. Presented here are methods for measuring the structure-viscoelasticity relationship of the material.

ツイストベンドネマティック液晶の高コントラストと高速フォトレオロジースイッチング

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such ...

Fabrication and Testing of Miniature Automatic Photophoretic Trapping Rigs

This paper presents an automated, rapid-fab-compatible, photophoretic trap test rig to enable the democratization and crowdsourcing of volumetric display research. The rig can be constructed within 2 h using a laser cutter, 3-dimensional (3D) printer, and common hand tools. In its current form, the rig can be used to test the following critical parameters: particle type, trap type, numerical aperture, and airflow at a rate of approximately 250 samples per hour. With minor modification, the rig can be made to test an even larger set of parameters, such as laser power and laser wavelength, depending on the user's needs. The rig can use machine vision for automated data capture and analysis. The operation and construction of the test rig are described with concise, easy-to-follow steps. Results from a four-unit test rig 'farm' covering the power and particle type parameters are reported. This platform will broaden the scope and composition of optical trap display parameters and researchers through accessibility and democratization.

This work describes and characterizes the fabrication of miniature automatic photophoretic trapping rigs.

ミニチュア自動フォトフォレティックトラップリグの製造とテスト

This paper presents an automated, rapid-fab-compatible, photophoretic trap test rig to enable the democratization and crowdsourcing of volumetric display ...

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.

In this paper, we present a protocol to selectively deposit organic materials on textiles, which allows for the direct integration of organic electronic devices with wearables. The fabricated devices can be fully integrated in textiles, respecting their mechanical appearance and enabling sensing capabilities.

テキスタイル上の有機電子デバイスのためのシンプルでスケーラブルな製造方法

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

横 NIPIN フォトトランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製

要約

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この動画の章

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

光温度計の作製と試験

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

ハイブリッドスマートセンサーの作製のための印刷

ウェーハスケール試験場におけるSiN統合光フェーズドアレイの特性評価

ツイストベンドネマティック液晶の高コントラストと高速フォトレオロジースイッチング

ミニチュア自動フォトフォレティックトラップリグの製造とテスト

テキスタイル上の有機電子デバイスのためのシンプルでスケーラブルな製造方法

横 NIPIN フォト トランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製

要約

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バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

光温度計の作製と試験

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷

ウェーハスケール試験場におけるSiN統合光フェーズドアレイの特性評価

ツイストベンドネマティック液晶の高コントラストと高速フォトレオロジースイッチング

ミニチュア自動フォトフォレティックトラップリグの製造とテスト

テキスタイル上の有機電子デバイスのためのシンプルでスケーラブルな製造方法

横 NIPIN フォトトランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製

ハイブリッドスマートセンサーの作製のための印刷