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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Los autores desean agradecer a ESPRC y BAE systems para apoyo financiero y el Prof. Brian A. Korgel y su grupo de suministro de SFLS crecido nanohilos de silicio utilizados en este trabajo.

PRECAUCIÓN: Todos los procedimientos a menos que lo contrario indicado tendrá lugar en las evaluaciones de medio ambiente y el riesgo de un limpio han hecho para garantizar la seguridad durante los nanohilos y manipulación de productos químicos. Nanomateriales tengan un número de consecuencias para la salud que son como de todavía desconocido y por lo que deberá manejarse con apropiado cuidado21.
Nota: El proceso comienza con la preparación de los sustratos, seg...

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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>

La fabricación acertada y el rendimiento de los dispositivos dependen de varios factores claves. Estos incluyen nanocable densidad y distribución en la formulación, la elección del solvente, la frecuencia de DEP y el control del número de nanohilos presente en el dispositivo de electrodos1.
Uno de los pasos críticos en la realización de dispositivos de trabajo repetibles es la preparación de una formulación de nanocable sin clusters o grupos. La formulación pu...

Controlable y reproducible ensamblaje de nanopartículas en lugares predefinidos del sustrato es uno de los principales retos en solución procesada electrónicos y fotónicos dispositivos utilizando nanopartículas semiconductoras o llevando a cabo. Para dispositivos de alto rendimiento, también es altamente beneficioso para poder seleccionar nanopartículas de tamaños preferenciales y propiedades electrónicas, como, por ejemplo, alta conductividad y baja densidad de Estados superficiales trampa. A pesar de progresos significativos en el crecimiento de nanomateriales, incluyendo materiales de nanocable y nanotubos, algunas variaciones de las propiedades de nanopartículas están siempre presentes, y un paso de selección puede mejorar significativamente el rendimiento de dispositivos basados en nanopartículas1 ,2.
El propósito del método DEP asistida por flujo demostrado en este trabajo es abordar los retos arriba mostrando el conjunto de nanohilos semiconductores controlables en contactos metálicos para transistores de efecto de campo de nanocable de alto rendimiento. DEP soluciona varios problemas de fabricación de dispositivos de nanocable en un solo paso, incluyendo colocación de nanohilos, orientación/alineación de nanohilos y selección de nanohilos con propiedades deseadas mediante DEP señal frecuencia selección1. DEP se ha utilizado para muchos otros dispositivos que van desde gas sensores3transistores1, y RF cambia4,5, a la colocación de las bacterias para análisis7.
DEP es la manipulación de partículas polarizables mediante la aplicación de un campo no uniforme resultando en nanohilos de uno mismo-montaje a través de los electrodos8. El método fue desarrollado originalmente para la manipulación de bacterias9,10 pero desde entonces se ha ampliado a la manipulación de nanohilos y nanomateriales.
Proceso de solución DEP de nanopartículas permite la fabricación de dispositivos semiconductores que difiere significativamente de las técnicas tradicionales de arriba-abajo basadas en múltiples photomasking, implantación iónica, temperatura alta14, recocido y decapado a unos pasos. DEP manipula nanopartículas que ya han sido sintetizadas, es una técnica de fabricación de baja temperatura, de abajo hacia arriba11. Este enfoque permite que los dispositivos de nanocable a gran escala montar en casi cualquier sustrato, incluyendo sustratos de plástico sensible a la temperatura, flexible6,12,13.
En este trabajo, transistores de efecto de campo de alto rendimiento p-tipo silicio nanocable se fabrican con DEP asistida por flujo, y se lleva a cabo la caracterización de corriente-voltaje de FET. Los nanohilos de silicio utilizados en este trabajo se cultivan mediante el método de Super líquido líquido sólido (SFLS)15,16. Los nanocables son intencionalmente dopados y son aproximadamente de 10-50 μm de longitud y 30-40 nm de diámetro. El método de crecimiento de SFLS es muy atractivo ya que puede ofrecer la industria cantidades escalables de nanocable materiales15. La metodología de montaje propuesto nanocable es directamente aplicable a otros materiales del semiconductor nanocable como InAs13, SnO23GaN18. La técnica también puede ser ampliada para alinear nanohilos conductores19 y colocar nanopartículas a través de electrodos huecos20.

<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

Asistida por flujo dielectroforesis (DEP) es un eficiente método de automontaje para el controlable y reproducible posicionamiento, alineación y selección de nanohilos. DEP se utiliza para análisis de nanocable, caracterización y basado en la solución de fabricación de dispositivos semiconductores. El método funciona mediante la aplicación de un campo eléctrico alterno entre electrodos metálicos. La formulación de nanocable entonces se dejó caer en los electrodos que están en una superficie inclinada para crear un flujo de la formulación mediante gravedad. Los nanohilos entonces alinean a lo largo del gradiente del campo eléctrico y en la dirección del flujo del líquido. Puede ajustar la frecuencia del campo para seleccionar nanohilos con conductividad superior y menor densidad de trampa.
En este trabajo, DEP asistida por flujo se utiliza para crear nanocable transistores de efecto campo. DEP asistida por flujo tiene varias ventajas: permite selección de nanocable características eléctricas; control de la longitud de nanocable; colocación de los nanohilos en áreas específicas; control de orientación de nanohilos; y control de densidad de nanocable en el dispositivo.
La técnica puede ser ampliada a muchas otras aplicaciones como sensores de gas e interruptores de microondas. La técnica es eficiente, rápido, reproducible, y utiliza una cantidad mínima de solución diluida, lo que es ideal para la prueba de nuevos nanomateriales. Montaje de escala de oblea de los dispositivos de nanocable también se logra con esta técnica, que permite gran número de muestras para pruebas y aplicaciones electrónicas de gran superficie.

Bicapa Fotolitografía resultados en limpio agudamente definidos electrodos. En el ejemplo (figura 1A), estructura de dedo entre digitated fue utilizado con una longitud de canal de 10 μm. Estas estructuras permiten una amplia zona montar el número máximo de nanocables cuando se aplica la fuerza DEP. Figura 1B muestra un esquema de un dispositivo de nanocable FET de puerta inferior.
<p class="jove_content" fo:keep-together...

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

En este papel, flujo dielectroforesis asistida se demuestran para el automontaje de dispositivos nanocable. La fabricación de un transistor de efecto de campo de nanocable de silicio se muestra como un ejemplo.

Asistida por flujo dielectroforesis: Un método de bajo costo para la fabricación de dispositivos de nanocable procesables en solución de alto rendimiento

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

The overall goal of this procedure is to demonstrate electric field assistance assembly and selection of high quality semi-conducting nanowires including fabrication of metal electrodes and use of these electrodes in flow-assisted dielectrophoresis to create solution-processable nanowire field effect transistors.This method can help us solve one of the main challenges in the field of solution-processable electronics such as placement of semi-conducting nanomaterials, control of the pilation done and field train of superior quality nanowires.The main function of this technique is that it's a fast reproducible method that can be scaled off controllable fabrication of nano material based devices.Although this method can provide insight into the alignment and selection of nanowires, it can also be applied in the alignment of nanotubes, nano flakes and blade-like nanomaterials.Most steps in this protocol take place in a clean room environment.Start with heavily doped four-inch N type silicon/silicon dioxide wafer.Use a diamond scribe to cut the wafer to produce suitably sized samples.Take care not to touch the top surface.Split the wafer along the cuts to yield several samples.The samples for this experiment are 2.5 x 2.5 centimeters.When done, take the samples to an ultrasonic bath.Place the samples on a substrate holder and immerse them in a beaker of deionized water.Sonicate the samples in the beaker for five minutes at full power.Then transfer the samples to a beaker with acetone before sonicating them for five minutes at full power again.Finally, transfer the samples to a beaker with isopropanol and sonicate for an additional five minutes at full power.Remove the samples from the ultrasonic bath and dry them with a nitrogen gun.Next, transfer the samples to a plasma asher to remove any remaining organic residues.For photolithography, move the samples to a yellow room.Work in a fume cupboard with a hotplate at 150

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