Name: flow-assisted dielectrophoresis: a low cost method for the fabrication of high performance solution-processable nanowire devices
Uploaded: 2017-12-07T14:00:00
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Die Autoren möchten ESPRC und BAE Systeme für finanzielle Unterstützung und Prof. Brian A. Korgel und seiner Gruppe für die Lieferung von SFLS gewachsen Silizium-Nanodrähte, die in dieser Arbeit danken.

Achtung: Alle Verfahren, es sei denn anders angegeben statt in einem Reinraum Umwelt und Risikobewertungen wurden durchgeführt, um während der Nanodrähte und Umgang mit Chemikalien Sicherheit zu gewährleisten. Nanomaterialien können haben eine Reihe von Auswirkungen auf die Gesundheit als der sind noch unbekannt, und damit mit entsprechenden behandelt werden sollte um21.
Hinweis: Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Substrate, gefolgt von den Photolithograp...

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	<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. 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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. 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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>

Die erfolgreiche Fertigung und Leistung der Geräte hängen mehrere wichtige Faktoren. Dazu gehören Nanodraht Dichte und Verteilung in der Formulierung, die Wahl des Lösungsmittels, die Häufigkeit der Datenausführungsverhinderung und die Kontrolle über die Anzahl der Nanodrähte vorhanden auf dem Gerät Elektroden1.
Die entscheidenden Schritte bei der Erreichung wiederholbare Arbeitsgeräte gehört die Vorbereitung einer Nanodraht Formulierung ohne Cluster oder Klu...

Kontrollierbar und reproduzierbar Montage von Nanopartikeln in vordefinierten Substrat Standorte ist eine der größten Herausforderungen bei der Lösung verarbeitet elektronischen und photonischen Geräte nutzen halbleitende oder Durchführung von Nanopartikeln. Für high-Performance-Geräte ist es auch sehr vorteilhaft, Nanopartikel mit bevorzugte Größen und besondere elektronische Eigenschaften, wie zum Beispiel, hohe Leitfähigkeit und niedriger Dichte der Oberfläche Falle Staaten auswählen zu können. Trotz erheblicher Fortschritte in Nanomaterialien Wachstum, einschließlich Nanodraht und Nanotube Materialien einige Varianten von Nanopartikel Eigenschaften sind immer vorhanden und ein Auswahlschritt kann deutliche Leistungssteigerung Nanopartikel-basierten Gerät1 ,2.
Die Fluss-gestützte DEP-Methode demonstriert in diesem Werk soll den oben genannten Herausforderungen zu begegnen, zeigt steuerbare halbleitende Nanodrähte Montage auf metallischen Kontakten für high-Performance Nanodraht Feldeffekt-Transistoren. DEP löst viele Probleme der Nanodraht Gerät Herstellung in einem einzigen Schritt einschließlich Positionierung von Nanodrähten, Ausrichtung/Ausrichtung der Nanodrähte und Auswahl von Nanodrähten mit gewünschten Eigenschaften über DEP Signal Frequenz Auswahl1. DEP ist für zahlreiche andere Geräte von Gas-Sensoren3, Transistoren1, verwendet worden und RF schaltet4,5, um die Positionierung der Bakterien für Analyse7.
Die Datenausführungsverhinderung ist die Manipulation von Kopfprodukt Partikel über die Anwendung eines ungleichmäßigen elektrischen Feldes führt Nanodrähte Selbstmontage über die Elektroden8. Die Methode wurde ursprünglich entwickelt für die Manipulation von Bakterien9,10 , aber hat sich seitdem auf die Manipulation von Nanodrähten und Nanomaterialien erweitert worden.
DEP Lösung Verarbeitung von Nanopartikeln ermöglicht Gerät Halbleiterfertigung unterscheidet sich wesentlich von traditionellen Top-Down-Techniken, basierend auf mehreren Photomasking, Ionenimplantation, Hochtemperatur14, Glühen, und Ätzen Schritte. Da DEP Nanopartikel, die bereits synthetisiert wurde manipuliert, ist es ein Niedertemperatur-, Bottom-Up-Herstellung Technik11. Dieser Ansatz ermöglicht großflächige Nanodraht Geräte auf fast jedem Untergrund einschließlich temperaturempfindliche, flexiblen Kunststoffsubstraten6,12,13montiert werden.
In dieser Arbeit hohe Leistung p-Typ Silikon Nanowire Feldeffekt-Transistoren sind hergestellt mit Flow-gestützte DEP, und die FET-Strom-Spannungs-Charakterisierung durchgeführt. In dieser Arbeit verwendeten Silizium-Nanodrähte werden über die Super Flüssig Liquid Solid (SFLS) Methode15,16angebaut. Die Nanodrähte sind absichtlich dotiert und sind ca. 10-50 µm in der Länge und 30-40 nm im Durchmesser. Die SFLS Wachstum-Methode ist sehr attraktiv, da es Industrie skalierbare Mengen Nanodraht Materialien15anbieten kann. Die vorgeschlagenen Nanodraht Montage Methodik ist direkt auf andere Nanodraht Halbleitermaterialien wie InAs13, SnO23und GaN18anwendbar. Die Technik kann auch leitfähige Nanodrähte19 ausrichten und Nanopartikel in Elektrode Lücken20positionieren erweitert werden.

<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-gestützte Dielektrophorese (DEP) ist eine effiziente Self-assembly Methode für die steuerbare und reproduzierbare Positionierung, Ausrichtung und Auswahl von Nanodrähten. DEP ist für Nanowire Analyse, Charakterisierung, und für die Lösung-basierte Herstellung von halbleitenden Geräte verwendet. Die Methode funktioniert durch die Anwendung von einem elektrischen Wechselfeld zwischen metallischen Elektroden. Nanodraht-Formulierung fiel dann auf die Elektroden, die auf einer geneigten Fläche um einen Fluss von der Formulierung unter Nutzung der Schwerkraft zu erstellen sind. Die Nanodrähte ausrichten dann entlang dem Verlauf des elektrischen Feldes und in Richtung der Flüssigkeitsströmung. Die Frequenz des Feldes kann Nanodrähte mit überlegene Leitfähigkeit und niedriger Dichte Falle wählen angepasst werden.
In dieser Arbeit dient Fluss unterstützt DEP Nanodraht Feldeffekt-Transistoren erstellen. Flow-gestützte DEP hat mehrere Vorteile: es ermöglicht die Auswahl von Nanodraht elektrische Eigenschaften; Kontrolle der Nanodraht Länge; Platzierung von Nanodrähten in bestimmten Bereichen; Kontrolle der Ausrichtung der Nanodrähte; und Kontrolle der Nanodraht-Dichte im Gerät.
Die Technik kann für viele andere Anwendungen wie Gas-Sensoren und Mikrowelle Schalter erweitert werden. Die Technik ist effizient, schnell, reproduzierbar, und es verwendet eine minimale Menge der verdünnten Lösung, wodurch es ideal für die Erprobung neuartiger Nanomaterialien. Wafer Scale Versamlung Nanodraht Geräte kann auch erzielt werden mit dieser Technik, so dass große Anzahl von Proben für die Prüfung und großflächige elektronische Anwendungen.

Bilayer Photolithographie Ergebnisse in sauberen definiert stark Elektroden. Im Beispiel (Abbildung 1A) wurde Inter digitated Finger Struktur mit einer Kanal-Länge von 10 µm verwendet. Diese Strukturen ermöglichen eine große Fläche für die maximale Anzahl von Nanodrähten montieren, wenn die Datenausführungsverhinderung Gewalt angewendet wird. Abbildung 1 b zeigt eine schematische Darstellung des unteren Tor Nanodraht FET ...

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

In diesem Papier, Fluss assistierten Dielektrophorese sich für zeigt die Selbstmontage von Nanodraht-Geräten. Die Herstellung einer Silikon Nanowire Feldeffekt-Transistors ist exemplarisch dargestellt.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

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

Research

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