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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Gli autori vorrei ringraziare ESPRC e BAE systems per sostegno finanziario e il professor Brian A. Korgel e il suo gruppo per la fornitura di SFLS cresciuta nanocavi di silicio utilizzato in questo lavoro.

Attenzione: Tutte le procedure a meno che non altrimenti dichiarato hanno luogo in una camera pulita e valutazioni per ambiente e rischio sono state fatte per garantire la sicurezza nei nanofili e gestione delle sostanze chimiche. Nanomateriali abbiano una serie di implicazioni per la salute che sono come di ancora sconosciuto e quindi deve essere maneggiato con appropriata cura21.
Nota: Il processo inizia con la preparazione dei substrati, seguita dai primi passi di de...

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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. 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>

La fabbricazione di successo e le prestazioni dei dispositivi dipendono da diversi fattori chiave. Questi includono nanowire densità e distribuzione nella formulazione, la scelta del solvente, la frequenza di protezione esecuzione programmi e il controllo del numero di nanofili presenti sul dispositivo elettrodi1.
Uno dei passaggi critici nella realizzazione di dispositivi di lavoro ripetibile è la preparazione di una formulazione di nanowire senza cluster o grumi. La...

Assemblea controllabile e riproducibili di nanoparticelle in posizioni pre-definito substrato sono una delle sfide principali nella soluzione di elaborazione elettroniche e fotoniche dispositivi che utilizza nanoparticelle di semiconduttori o conduttori. Per dispositivi ad alte prestazioni, è anche estremamente utile per poter selezionare le nanoparticelle con dimensioni preferenziali, particolare proprietà elettroniche, tra cui, ad esempio, alta conducibilità e bassa densità degli Stati di superficie trappola. Nonostante i significativi progressi nello sviluppo di nanomateriali, compresi materiali nanowire e nanotubi, alcune variazioni delle proprietà delle nanoparticelle sono sempre presenti, e una fase di selezione può migliorare significativamente le prestazioni dei dispositivi basati su nanoparticelle1 ,2.
Lo scopo del metodo DEP flusso-assistita ha dimostrato in questo lavoro è quello di affrontare le sfide sopra mostrando Assemblea nanofili semiconduttori controllabile sul contatti metallici per transistor ad effetto di campo nanowire ad alte prestazioni. DEP risolve diversi problemi di nanowire fabbricazione di dispositivi in un unico passaggio tra cui posizionamento di nanofili, orientamento di allineamento di nanofili e selezione di nanofili con proprietà desiderate tramite DEP segnale frequenza selezione1. DEP è stato utilizzato per numerosi altri dispositivi che vanno da gas sensori3, transistor1, e RF switches4,5, al posizionamento di batteri per analisi7.
DEP è la manipolazione delle particelle polarizzabile tramite l'applicazione di un campo elettrico non uniforme conseguente nanofili autoassemblaggio attraverso gli elettrodi8. Il metodo è stato originariamente sviluppato per la manipolazione di batteri9,10 , ma da allora è stato espanso per la manipolazione di nanofili e nanomateriali.
Elaborazione soluzione DEP di nanoparticelle permette la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore che differisce significativamente dalle tecniche tradizionali di top-down basate su più photomasking, l'impiantazione ionica, ad alta temperatura14, ricottura e acquaforte a pochi passi. Poiché DEP manipola le nanoparticelle che già sono state sintetizzate, è una tecnica di fabbricazione di bassa temperatura, bottom-up11. Questo approccio consente di nanowire su larga scala di dispositivi essere montato su quasi qualsiasi substrato cui substrati plastici termosensibili, flessibile6,12,13.
In questo lavoro, transistor ad effetto di campo ad alte prestazioni p-tipo silicone nanowire sono fabbricati con DEP flusso-assistita e la caratterizzazione di corrente-tensione di FET è condotto. I nanocavi di silicio utilizzati in questo lavoro vengono coltivati tramite il Super fluido liquido solido (SFLS) metodo15,16. I nanofili sono intenzionalmente drogati e sono circa il 10-50 µm di lunghezza e 30-40 nm di diametro. Il metodo di crescita SFLS è molto interessante poiché può offrire industria scalabili importi di nanowire materiali15. La metodologia di assemblaggio proposto nanofilo è direttamente applicabile ad altri materiali di nanofilo semiconduttore come InAs13, SnO23e GaN18. La tecnica può essere espanso per allineare nanofili conduttivo19 e per posizionare le nanoparticelle attraverso elettrodo lacune20.

<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

Flusso-assistita dielettroforesi (DEP) è un efficiente metodo di auto-assemblaggio per il controllabile e riproducibile posizionamento, allineamento e selezione di nanofili. DEP è utilizzato per nanowire analisi, caratterizzazione e per la soluzione a base di fabbricazione di dispositivi semiconduttori. Il metodo funziona applicando un campo elettrico alternato tra elettrodi metallici. La formulazione di nanowire poi è caduta sugli elettrodi che sono su un piano inclinato per creare un flusso della formulazione utilizzando la gravità. I nanofili quindi allineare lungo il gradiente del campo elettrico e nella direzione del flusso del liquido. La frequenza del campo può essere regolata per selezionare nanofili con conducibilità superiore e più bassa densità di trappola.
In questo lavoro, assistita da flusso DEP viene utilizzato per creare nanowire transistor ad effetto di campo. Flusso-assistita DEP ha diversi vantaggi: permette la selezione di nanowire proprietà elettriche; controllo della lunghezza di nanowire; posizionamento di nanofili in ambiti specifici; controllo dell'orientamento dei nanofili; e controllo della densità di nanowire nel dispositivo.
La tecnica può essere ampliata a molte altre applicazioni come sensori di gas e forno a microonde switch. La tecnica è efficace, rapido e riproducibile, e utilizza una quantità minima di soluzione diluita che lo rende ideale per la sperimentazione di nuovi nanomateriali. Montaggio scala wafer di nanowire dispositivi può essere ottenuto anche utilizzando questa tecnica, consentendo un numero elevato di campioni per il test e applicazioni elettroniche di grande superficie.

Risultati di fotolitografia doppio strato in ambiente pulito e acutamente definite elettrodi. Nell'esempio (Figura 1A), barretta Inter-digitated struttura è stata utilizzata con una lunghezza di canale di 10 µm. Queste strutture permettono una grande area assemblare il numero massimo di nanofili quando viene applicata la forza DEP. Figura 1B Mostra un disegno schematico di un dispositivo di nanowire FET di fondo-cancello.
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Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

In questa carta, flusso dielettroforesi assistita è dimostrata per l'auto-assemblaggio di dispositivi nanofilo. La realizzazione di un transistor a effetto di campo nanowire silicio è indicata come un esempio.

Flusso-assistita dielettroforesi: Un metodo a basso costo per la realizzazione di dispositivi ad alte prestazioni soluzione-processable Nanowire

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

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