Name: flow-assisted dielectrophoresis: a low cost method for the fabrication of high performance solution-processable nanowire devices
Uploaded: 2017-12-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke ESPRC og BAE systems for finansiel støtte, og Prof. Brian A. Korgel og hans gruppe for levering af SFLS vokset silicium nanowires bruges i dette arbejde.

Advarsel: Alle procedurer medmindre ellers erklærede finder sted i et venligt miljø og risikovurderinger er blevet gjort for at sikre sikkerheden under nanowires og kemikalier håndtering. Nanomaterialer kan have en række sundhedsmæssige konsekvenser, som er som af endnu ukendte, og så skal behandles med passende pleje21.
Bemærk: Processen starter med udarbejdelse af substrater, efterfulgt af de første fotolitografi og metal deposition skridt til at definere DEP ...

<ol>
	<li>Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Tunable+Selection+and+Self-Assembly+of+Si+Nanowires+from+Heterogeneous+Feedstock.">Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock.</a> ACS Nano. , (2016).</li><li>Constantinou, M., Hoettges, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+determination+of+nanowires+electrical+properties+using+a+dielectrophoresis-well+based+system.">Rapid determination of nanowires electrical properties using a dielectrophoresis-well based system.</a> App. Phy. Lett. 110 (13), 1-6 (2017).</li><li>Huang, H., Lee, Y. C., Tan, O. K., Zhou, W., Peng, N., Zhang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+sensitivity+SnO2+single-nanorod+sensors+for+the+detection+of+H2+gas+at+low+temperature.">High sensitivity SnO2 single-nanorod sensors for the detection of H2 gas at low temperature.</a> Nanotech. 20 (11), 115501 (2009).</li><li>Rutherglen, C., Jain, D., Burke, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotube+electronics+for+radiofrequency+applications.">Nanotube electronics for radiofrequency applications.</a> Nat. nanotech. 4 (12), 811-819 (2009).</li><li>Kang, M. G., Hwang, D. H., Kim, B. S., Whang, D., Hwang, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RF+characterization+of+germanium+nanowire+field+effect+transistors.">RF characterization of germanium nanowire field effect transistors.</a> AIP Conf. Proc. 1399 (2011), 319-320 (2011).</li><li>Collet, M., Salomon, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+assembly+of+single+nanowires+through+capillary-assisted+dielectrophoresis.">Large-scale assembly of single nanowires through capillary-assisted dielectrophoresis.</a> Adv. Mat. 27 (7), 1268-1273 (2015).</li><li>Pethig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoresis:+Status+of+the+theory,+technology,+and+applications.">Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications.</a> Biomicrofluidics. 4 (2), (2010).</li><li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanics of particles. (2), (1995).</li><li>El-Ali, J., Sorger, P. K., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cells+on+chips.">Cells on chips.</a> Nat. 442 (7101), 403-411 (2006).</li><li>Doh, I., Cho, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+continuous+cell+separation+chip+using+hydrodynamic+dielectrophoresis+(DEP)+process.">A continuous cell separation chip using hydrodynamic dielectrophoresis (DEP) process.</a> Sensrs. and Actrs, A: Phys. 121 (1), 59-65 (2005).</li><li>Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-yield+self-limiting+single-nanowire+assembly+with+dielectrophoresis.">High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis.</a> Nat. nanotech. 5 (7), 525-530 (2010).</li><li>Monica, A. H., Papadakis, S. J., Osiander, R., Paranjape, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wafer-level+assembly+of+carbon+nanotube+networks+using+dielectrophoresis.">Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis.</a> Nanotech. 19, 85303 (2008).</li><li>Raychaudhuri, S., Dayeh, S. A., Wang, D., Yu, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+semiconductor+nanowire+placement+through+dielectrophoresis.">Precise semiconductor nanowire placement through dielectrophoresis.</a> Nano Lett. 9 (6), 2260-2266 (2009).</li><li>Schmidt, V., Riel, H., Senz, S., Karg, S., Riess, W., G&#246;sele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+a+silicon+nanowire+vertical+surround-gate+field-effect+transistor.">Realization of a silicon nanowire vertical surround-gate field-effect transistor.</a> Small. 2 (1), 85-88 (2006).</li><li>Hanrath, T., Korgel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercritical+fluid-liquid-solid+(SFLS)+synthesis+of+Si+and+Ge+nanowires+seeded+by+colloidal+metal+nanocrystals.">Supercritical fluid-liquid-solid (SFLS) synthesis of Si and Ge nanowires seeded by colloidal metal nanocrystals.</a> Adv. Mat. 15 (5), 437-440 (2003).</li><li>Heitsch, A. T., Akhavan, V. A., Korgel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+SFLS+synthesis+of+Si+nanowires+using+trisilane+with+in+situ+alkyl-amine+passivation.">Rapid SFLS synthesis of Si nanowires using trisilane with in situ alkyl-amine passivation.</a> Chem. of Mat. 23 (11), 2697-2699 (2011).</li><li>Constantinou, M., Stolojan, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interface+Passivation+and+Trap+Reduction+via+a+Solution-Based+Method+for+Near-Zero+Hysteresis+Nanowire+Field-Effect+Transistors.">Interface Passivation and Trap Reduction via a Solution-Based Method for Near-Zero Hysteresis Nanowire Field-Effect Transistors.</a> ACS App. Mat. and Intf. 7 (40), 22115-22120 (2015).</li><li>Kim, T. H., Lee, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoretic+alignment+of+gallium+nitride+nanowires+(GaN+NWs)+for+use+in+device+applications.">Dielectrophoretic alignment of gallium nitride nanowires (GaN NWs) for use in device applications.</a> Nanotech. 17 (14), 3394-3399 (2006).</li><li>Boote, J., Evans, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoretic+manipulation+and+electrical+characterization+of+gold+nanowires.">Dielectrophoretic manipulation and electrical characterization of gold nanowires.</a> Nanotech. 16 (9), 1500-1505 (2005).</li><li>Gierhart, B. C., Howitt, D. G., Chen, S. J., Smith, R. L., Collins, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+Dependence+of+Gold+Nanoparticle+Superassembly+by+Dielectrophoresis.">Frequency Dependence of Gold Nanoparticle Superassembly by Dielectrophoresis.</a> Langmuir. 23 (19), 12450-12456 (2007).</li><li>Klaine, S. J., Alvarez, P. J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+in+the+environment:+behavior,+fate,+bioavailability,+and+effects.">Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects.</a> Environ. tox. and chem. / SETAC. 27 (9), 1825-1851 (2008).</li><li>van Tilburg, J. W. W., Algra, R. E., Immink, W. G. G., Verheijen, M., Bakkers, E. P. A. M., Kouwenhoven, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+passivated+InAs/InP+core/shell+nanowires.">Surface passivated InAs/InP core/shell nanowires.</a> Semicond. Sci. and Tech. 25 (2), 24011 (2010).</li><li>Krupke, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+Metallic+from+Semiconducting+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Sci. 301 (5631), 344-347 (2003).</li></ol>

Vellykket fabrikation og ydeevne af enheder afhænger af flere vigtige faktorer. Disse omfatter Nanotråd tæthed og distribution i udformningen, valg af opløsningsmiddel, hyppigheden af forhindring af Datakørsel, og kontrol af antallet af nanowires nuværende på enheden elektroder1.
Et af de afgørende skridt for at opnå repeterbare arbejder enheder er udarbejdelsen af et Nanotråd formulering uden klynger eller klumper. Formuleringen kan være sonicated før forhi...

Kontrollerbare og reproducerbare forsamling af nanopartikler i pre-defineret substrat steder er en af de vigtigste udfordringer i løsning-behandlet elektronisk og fotoniske enheder udnytter halvledende eller strømførende nanopartikler. For høj ydeevne enheder er det også meget gavnligt at vælge nanopartikler med præferentielle størrelser, og især elektroniske egenskaber, herunder for eksempel, høj ledningsevne og lav befolkningstæthed overflade fælde stater. Trods betydelige fremskridt i nanomaterialer vækst, herunder Nanotråd og nanorør materialer, nogle variationer af nanopartikel egenskaber er altid til stede, og et udvalg skridt kan forbedre nanopartikel-baseret enhed ydeevne1 ,2.
Formålet med flow-assisteret DEP metoden demonstreret i dette arbejde er de ovennævnte udfordringer ved at vise styrbar halvledende nanowires forsamling på metallisk kontakter til højtydende Nanotråd felt effekt transistorer. Forhindring af Datakørsel løser flere problemer Nanotråd enhed fabrikation i et enkelt trin, herunder placering af nanowires, justering/orientering af nanowires og valg af nanowires med ønskede egenskaber via DEP signal frekvens udvalg1. Forhindring af Datakørsel er blevet brugt til mange andre enheder spænder fra gas sensorer3, transistorer1, og RF skifter4,5, til positionering af bakterier til analyse7.
Forhindring af Datakørsel er manipulation af polariserbare partikler via anvendelsen af en uensartet elektrisk felt resulterer i nanowires samlesæt på tværs af elektroder8. Metoden blev oprindeligt udviklet til manipulation af bakterier9,10 , men er siden blevet udvidet til manipulation af nanowires og nanomaterialer.
Forhindring af Datakørsel løsning behandling af nanopartikler giver semiconductor enhed fabrikation, som væsentligt adskiller sig fra traditionelle top-down teknikker baseret på flere photomasking, Ionimplantering, høj temperatur14, udglødning, og ætsning trin. Da DEP manipulerer nanopartikler, der allerede er blevet syntetiseret, er det en lav temperatur, bottom-up fabrikation teknik11. Denne tilgang giver mulighed for omfattende Nanotråd enheder samles på næsten alle underlag, herunder temperatur-følsomme, fleksible plast substrater6,12,13.
I dette arbejde, højtydende p-type silicium Nanotråd felt effekt transistorer er opdigtet benytter flow-assisteret DEP og FET nuværende spænding karakterisering er gennemført. Silicium nanowires bruges i dette arbejde er vokset via Super væske flydende Solid (SFLS) metode15,16. Nanowires er forsætligt dopede, og er ca 10-50 µm i længden og 30-40 nm i diameter. Metoden SFLS vækst er meget attraktiv, da det kan tilbyde industrien skalerbare mængder af Nanotråd materialer15. Den foreslåede Nanotråd forsamling metode er direkte anvendelige til andre semiconductor Nanotråd materialer såsom s13, SnO23og GaN18. Teknikken kan også udvides til at justere ledende nanowires19 og placere nanopartikler på tværs af elektrode huller20.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Silicon/silicon dioxide wafer, CZ method growth, 100mm diameter,&#160; 300 nm oxide thermal growth,&#160; n-doped phosphorus</td>
			<td>Si-Mat (Silicon materials)</td>
			<td>-</td>
			<td>http://si-mat.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone (200ml)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>W332615</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol (200ml)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>W292907</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionised water (150ml)</td>
			<td>On site supply</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist (A) SF6 PMGI under etch photoresit (approx 1 ml per sample)</td>
			<td>Microchem&#160;</td>
			<td>-</td>
			<td>http://microchem.com/pdf/PMGI-Resists-data-sheetV-rhcedit-102206.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist (B) S1805 photoresit) (approx 1 ml per sample)</td>
			<td>Microchem&#160;</td>
			<td>-</td>
			<td>http://www.microchem.com/PDFs_Dow/S1800.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist developer (A) Microposit&#160; MF319&#160; (100ml)</td>
			<td>Microchem&#160;</td>
			<td>-</td>
			<td>http://microchem.com/products/images/uploads/MF_319_Data_Sheet.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist remover (A) Microposit remover 1165 (300ml (2 baths 150 each))</td>
			<td>Microchem&#160;</td>
			<td>-</td>
			<td>http://micromaterialstech.com/wp-content/dow_electronic_materials/datasheets/1165_Remover.pdf</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flow-assisted dielectrophoresis: a low cost method for the fabrication of high performance solution-processable nanowire devices

Flow-assisteret dielektroforesis (DEP) er en effektiv samlesæt metode for den kontrollerbare og reproducerbare positionering, justering og udvælgelse af nanowires. Forhindring af Datakørsel anvendes for Nanotråd analyse, beskrivelse og løsning-baseret fabrikation af halvledende enheder. Metoden virker ved at anvende en skiftevis elektrisk felt mellem metallisk elektroder. Nanotråd formulering er så havnede de elektroder, som er på en skrå overflade for at skabe et flow af formuleringen ved hjælp af tyngdekraften. Nanowires derefter justeres langs forløbet af det elektriske felt og i retning af den flydende flow. Hyppigheden af feltet kan justeres for at vælge nanowires med overlegen ledningsevne og lavere fælde tæthed.
I dette arbejde, er flow-assisteret DEP brugt til at oprette Nanotråd felt effekt transistorer. Flow-assisteret DEP har flere fordele: det giver mulighed for valg af Nanotråd elektriske egenskaber; kontrol af Nanotråd længde; placering af nanowires i bestemte områder; kontrol af orienteringen af nanowires; og kontrol af Nanotråd tæthed i enheden.
Teknikken kan udvides til mange andre applikationer såsom gas sensorer og mikroovn switche. Teknikken er effektiv, hurtig, reproducerbar, og det bruger en minimal mængde af fortyndet opløsning gør den ideel til afprøvning af nye nanomaterialer. Wafer skala forsamling af Nanotråd enheder kan også opnås ved hjælp af denne teknik, så store mængder prøver for afprøvning og stor-området elektroniske ansøgninger.

Tolagede fotolitografi resultater i ren skarpt defineret elektroder. I eksemplet (figur 1A), blev Inter digitated finger struktur brugt med en kanal længde på 10 µm. Disse strukturer giver mulighed for et stort område at samle det maksimale antal nanowires, når forhindring af Datakørsel gældende anvendes. Figur 1B viser en skematisk af en bunden-gate Nanotråd FET enhed.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-...

Watch this Scientific Journal Video about Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices at JoVE.com

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

I dette papir, flow assisteret dielektroforesis er påvist for den samlesæt af Nanotråd enheder. Fabrikation af en silicon Nanotråd Felteffekttransistor er vist som eksempel.

Flow-assisteret dielektroforesis: En billig metode til fremstilling af højtydende løsning-bearbejdes Nanotråd enheder

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Analyse af kontaktflader til enlige GaN Nanotråd Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Opløsningsmiddel Bonding til Fabrikation af PMMA og COP mikrofluidenheder

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Scalable Solution-Processed Fabrication Strategi for High Performance, Fleksibel, Transparent Elektroder med Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

Påvisning af vandopløselige klorid Distribution af Cement pasta i en høj præcision måde

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Metode til optagelse af bredbånds spektre med høj opløsnings emission af laboratorie Lynbuer

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

En fabrikation og målemetode for en fleksibel Ferroelectric Element baseret på Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

Fabrikation af refraktive-index-matchede enheder for biomedicinsk mikrofluidik

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...

Low-cost Custom Fabrication and Mode-locked Operation of an All-normal-dispersion Femtosecond Fiber Laser for Multiphoton Microscopy

Lavpris Custom fabrikation og tilstand-låst drift af en all-normal-dispersion Femtosecond fiber laser til Multiphoton Microscopy

A protocol is presented to build a custom low-cost yet high-performance femtosecond (fs) fiber laser. This all-normal-dispersion (ANDi) ytterbium-doped ...

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone (ITZ)

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone ITZ

Bestemmelse af den samlede overflade morfologi ved interfacial overgangs zone (ITZ)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Fabrikation og design af træbaserede højtydende kompositter

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...