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

De auteurs bedank ESPRC en BAE systemen voor financiële steun, en Prof. Brian A. Korgel en zijn groep voor de levering van SFLS gegroeid van silicium nanowires gebruikt in dit werk.

Let op: Alle procedures tenzij anders aangegeven plaatsvinden in een cleanroom milieu en risico-evaluaties hebben gedaan om veiligheid te garanderen tijdens nanowires en chemicaliën omgaan. Nanomaterialen kan een aantal gevolgen voor de gezondheid die als nog onbekend en dus moeten worden behandeld met passende zorg21.
Opmerking: Het proces begint met de voorbereiding van de substraten, gevolgd door de eerste fotolithografie en metaal afzetting stappen voor het defini?...

<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>

Het succesvol fabricage en de prestaties van de hulpmiddelen, is afhankelijk van verschillende factoren. Deze omvatten nanowire dichtheid en distributie in de formulering, de keuze van het oplosmiddel, de frequentie van de DEP, en de controle van het aantal nanowires aanwezig op het apparaat elektroden1.
Een van de kritische stappen bij de verwezenlijking van herhaalbare werkende apparaten is de voorbereiding van de formulering van een nanowire zonder clusters of klontj...

Controleerbaar en reproduceerbaar vergadering van nanodeeltjes in vooraf gedefinieerde substraat locaties is een van de belangrijkste uitdagingen in oplossing-verwerkte elektronische en fotonische apparaten met behulp van halfgeleidende of geleidende nanodeeltjes. Voor krachtige apparaten is het ook zeer gunstig zijn voor de keuze van nanodeeltjes met preferentiële maten, en bepaalde elektronische eigenschappen, met inbegrip van, bijvoorbeeld, hoge geleidbaarheid en lage dichtheid van oppervlakte val Staten mogen maken. Ondanks aanzienlijke vooruitgang in nanomaterialen groei, met inbegrip van nanowire en nanobuis materialen, enkele varianten van nanoparticle eigenschappen zijn altijd aanwezig, en een selectie stap kan beduidend verbeteren nanoparticle gebaseerde Apparaatprestaties1 ,2.
Het doel van de stroom-bijgewoonde DEP methode aangetoond in dit werk is om de bovenstaande uitdagingen door aan te tonen van beheersbare halfgeleidende nanowires vergadering op metalen contacten voor hoge prestaties nanowire veld effect transistors. DEP lost verschillende problemen van nanowire apparaat fabricage in één stap met inbegrip van positionering van nanowires, uitlijning/oriëntatie van nanowires en selectie van nanowires met gewenste eigenschappen via DEP signaal frequentie selectie1. DEP is gebruikt voor vele andere apparaten, variërend van gas sensoren3, transistoren,1, en RF4,5, tot de positionering van bacteriën voor analyse7-switches.
DEP is de manipulatie van polarizable deeltjes via de toepassing van een niet-uniform elektrisch veld resulterend in nanowires zelf-assemblage in de elektroden8. De methode werd oorspronkelijk ontwikkeld voor de manipulatie van de bacteriën9,10 , maar is sindsdien uitgebreid naar de manipulatie van nanowires en nanomaterialen.
DEP oplossing verwerking van nanodeeltjes in staat stelt halfgeleider apparaat fabricage die aanzienlijk van de traditionele top-down technieken op basis van meerdere photomasking, ion implantatie, hoge temperatuur14 verschilt, gloeien, en etsen stappen. Aangezien DEP nanodeeltjes die hebben al gesynthetiseerd is manipuleert, is het een lage temperatuur, onderop fabricage techniek11. Deze aanpak maakt grootschalige nanowire apparaten worden geassembleerd op bijna elk substraat met inbegrip van temperatuurgevoelige, flexibele kunststof substraten6,12,13.
In dit werk, hoge prestaties p-type silicium nanowire veld effect transistors zijn vervaardigd met behulp van stroom-bijgewoonde DEP en de karakterisering van het stroom-spanning FET is uitgevoerd. Het silicium nanowires gebruikt in dit werk worden gekweekt via de Super Fluid vloeibare solide (SFLS) methode15,16. De nanowires zijn opzettelijk doped, en zijn ongeveer 10-50 µm lang en 30-40 nm in diameter. De SFLS groei methode is zeer aantrekkelijk omdat het industrie schaalbare bedragen van nanowire materialen15 bieden kan. De voorgestelde nanowire vergadering methodologie is direct van toepassing op andere nanowire halfgeleidermateriaal zoals InAs13, SnO23en GaN18. De techniek kan ook worden uitgebreid geleidende nanowires19 worden uitgelijnd en nanodeeltjes over elektrode lacunes20plaatsen.

<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

Stroom-bijgewoonde diëlektroforese (DEP) is een efficiënte zelf-assemblage methode voor het controleerbaar en reproduceerbaar positionering, uitlijning en selectie van nanowires. DEP wordt gebruikt voor nanowire analyse, karakterisering, en voor oplossingsgerichte fabricage van halfgeleidende apparaten. De methode werkt door een wisselend elektrisch veld tussen metalen elektroden toe te passen. De formulering van de nanowire wordt klik vervolgens op de elektroden die op een geneigd oppervlak om te maken een stroom van de formulering met behulp van de zwaartekracht neergezet. De nanowires vervolgens uitgelijnd langs het verloop van het elektrisch veld en in de richting van de vloeibare stroom. De frequentie van het veld kan worden aangepast Schakel nanowires met superieure geleidbaarheid en lagere dichtheid van de trap.
In dit werk, is stroom-bijgewoonde DEP gemaakt nanowire veld effect transistors. Stroom-bijgewoonde DEP heeft verschillende voordelen: het staat selectie van nanowire elektrische eigenschappen; controle van de lengte van de nanowire; plaatsing van nanowires op specifieke gebieden; controle van oriëntatie van nanowires; en beheersing van de dichtheid van de nanowire in het apparaat.
De techniek kan worden uitgebreid tot vele andere toepassingen zoals gas sensoren en magnetron switches. De techniek is een efficiënte, snelle, reproduceerbare en gebruikt als een minimale hoeveelheid verdunde oplossing waardoor hij ideaal is voor het testen van nieuwe nanomaterialen. Wafer schaal vergadering van nanowire apparaten kan ook worden bereikt met behulp van deze techniek, waardoor grote aantallen monsters die monsters voor het testen en groot-gebied elektronische toepassingen.

Dubbelgelaagde fotolithografie resultaten in schone scherp gedefinieerd elektroden. In het voorbeeld (figuur 1A), werd Inter digitated vinger structuur gebruikt met een lengte van het kanaal van 10 µm. Deze structuren kunnen een groot gebied te monteren van het maximum aantal nanowires wanneer de DEP-kracht wordt toegepast. Figuur 1B ziet u een schematische voorstelling van een onder-gate nanowire FET-apparaat.
<p class="jov...

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

In deze paper, stroom gesubsidieerde diëlektroforese blijkt voor de zelf-assemblage van nanowire apparaten. De fabricage van een silicium nanowire veld effect transistor wordt weergegeven als een voorbeeld.

Stroom-bijgewoonde diëlektroforese: Een Low-Cost methode voor de fabricage van hoogwaardige oplossing-verwerkbaar Nanowire apparaten

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 van Contact Interfaces for Single GaN Nanodraad 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

Oplosmiddel Bonding voor de productie van PMMA en COP microfluïdische apparaten

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

Schaalbare Oplossing-Verwerkte Fabricage Strategie voor High Performance, Flexibele, Transparante Elektroden Met 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

Opsporen van de in water oplosbare chloriden verdeling van Cement plakken in een High-precision manier

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

Methode voor het opnemen van breedband-emissie spectra met hoge resolutie van laboratorium bliksem bogen

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

Een fabricage- en meetmethode voor een flexibele ferroelektrische Element op basis van 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

Fabricage van refractieve-index-matched apparaten voor biomedische Microfluidics

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

Goedkope Custom fabricage en modus-vergrendelde werking van een all-Normal-dispersie Femtosecond Fiber laser voor Multiphoton microscopie

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

Bepaling van de geaggregeerde morfologie van het oppervlak bij de Interfaciale 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

Fabricage en ontwerp van op hout gebaseerde hoogwaardige composieten

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