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

Författarna vill tacka ESPRC och BAE system för finansiellt stöd, och Prof. Brian A. Korgel och hans grupp för leverans av SFLS vuxit kisel nanotrådar som används i detta arbete.

Varning: Alla förfaranden om inte annat anges äger rum i en trevlig miljö och riskbedömningar har gjorts för att garantera säkerheten under nanotrådar och kemikaliehantering. Nanomaterial kan ha ett antal hälsan som är som av ännu okänd, och så ska hanteras med lämpliga hand21.
Obs: Börjar processen med utarbetandet av de substrat, följt av första photolithography och metall nedfall stegen för att definiera DEP kontakter. Nanotrådar monteras sedan via ...

<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>

Hur framgångsrik fabrikation och prestanda av enheter beror på flera viktiga faktorer. Dessa inkluderar nanotråd densitet och distribution i formuleringen, valet av lösningsmedel, frekvensen av Dataexekveringsskydd och kontroll av antalet nanotrådar närvarande på enhetens elektroder1.
En av de kritiska steg i att uppnå repeterbara funktionsdugliga enheter är utarbetandet av en nanotråd formulering utan kluster eller klumpar. Utformningen kan vara sonicated inn...

Kontrollerbar och reproducerbara montering av nanopartiklar i fördefinierade substrat platser är en av de största utmaningarna i lösning-bearbetade elektroniska och fotoniska enheter med hjälp av halvledande eller bedriver nanopartiklar. För enheter med hög prestanda är det också mycket fördelaktigt för att kunna markera nanopartiklar med förmånliga storlekar, och särskilt elektroniska egenskaper, inklusive, till exempel, hög ledningsförmåga och låg densitet av surface fälla stater. Trots betydande framsteg i nanomaterial tillväxt, inklusive nanotråd och nanotube material, vissa varianter av nanopartiklar boenden är alltid närvarande, och ett urval steg kan avsevärt förbättra prestanda nanopartikel-baserade enhet1 ,2.
Syftet med metoden flöde-assisted DEP visat i detta arbete är att de ovanstående utmaningar genom att Visa kontrollerbar halvledande nanotrådar montering på metalliska kontakter för högpresterande nanotråd field-effecttransistorer. DEP löser flera problem av nanotråd enhet tillverkning i ett enda steg inklusive placering av nanotrådar, justering/orientering av nanotrådar och urval av nanotrådar med önskade egenskaper via DEP signal frekvens urval1. DEP har använts för många andra enheter som sträcker sig från gas sensorer3transistorer1, och RF växlar4,5, placeringen av bakterier för analys7.
DEP är manipulering av polariserbara partiklar via tillämpningen av en icke-uniform elektriska fältet resulterar i nanotrådar självmontering över de elektroder8. Metoden utvecklades ursprungligen för manipulering av bakterier9,10 men har sedan dess utökats till att manipulation av nanotrådar och nanomaterial.
DEP lösning behandling av nanopartiklar gör halvledare enhet fabrication som avsevärt skiljer sig från traditionella uppifrån tekniker baserat på flera photomasking, ion implantation, hög temperatur14, glödgning, och etsning steg. Eftersom DEP manipulerar nanopartiklar som redan har syntetiserats, är det en låg temperatur, underifrån fabrication teknik11. Detta tillvägagångssätt gör att storskaliga nanotråd enheter kan monteras på nästan alla underlag inklusive temperaturkänsliga, flexibel plast substrat6,12,13.
I detta arbete, hög prestanda p-typ kisel nanotråd field-effecttransistorer tillverkas med flöde-assisted DEP, och FET ström-spänning karakterisering utförs. De kisel nanotrådar som används i detta arbete odlas via Super Fluid flytande Solid (SFLS) metod15,16. Nanotrådar är avsiktligt dopade, och är cirka 10-50 µm i längd och 30-40 nm i diameter. Metoden SFLS tillväxt är mycket attraktiv eftersom den kan erbjuda industrin skalbara mängder nanotråd material15. Den föreslagna nanotråd montering metoden är direkt tillämplig på andra nanotråd halvledarmaterial som Episteme13, SnO23och GaN18. Tekniken kan också utökas till justera konduktiv nanotrådar19 och positionera nanopartiklar över elektrod luckor20.

<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

Flöde-assisterad dielectrophoresis (DEP) är en effektiv självmontering metod för de kontrollerbara och reproducerbara positionering, justering och urval av nanotrådar. Dataexekveringsskyddet används för nanotråd analys, karaktärisering, och lösningsbaserade tillverkning av halvledande enheter. Metoden fungerar genom att tillämpa ett alternerande elektriskt fält mellan metalliska elektroder. Nanotråd formuleringen släpps sedan på elektroderna som är på en lutande yta för att skapa ett flöde av formuleringen hjälp allvar. Nanotrådar justera sedan längs lutningen av det elektriska fältet och i riktning mot vätskeflödet. Frekvensen av fältet kan justeras för att markera nanotrådar med överlägsen ledningsförmåga och lägre fälla densitet.
I detta arbete används flöde-assisted DEP för att skapa nanotråd field-effecttransistorer. Flöde-assisted DEP har flera fördelar: det gör urval av nanotråd elektriska egenskaper; kontroll av nanotråd längd; placering av nanotrådar i särskilda områden, kontroll av orientering av nanotrådar; och kontroll av nanotråd densitet i enheten.
Tekniken kan utökas till många andra program såsom gas sensorer och mikrovågsugn växlar. Tekniken är effektiv, snabb, reproducerbar och den använder en minimal mängd av utspädd lösning vilket gör den idealisk för testning av nya nanomaterial. Wafer skala montering av nanotråd enheter kan också uppnås med hjälp av denna teknik, så att stora mängder prover för testning och stora ytor elektroniska applikationer.

Lipidens photolithography resultat i ren definieras kraftigt elektroder. I exemplet (figur 1A) användes mellan digitated finger struktur med en kanal längd av 10 µm. Dessa strukturer tillåter ett stort område att samla det maximala antalet nanotrådar när den DEP kraften appliceras. Figur 1B visar en schematisk bild av en botten-gate nanotråd FET enhet.
Felaktiga...

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 detta papper, flöde assisterad dielectrophoresis demonstreras för den självmontering av nanotråd enheter. Tillverkning av en silicon nanotråd field-effecttransistor visas som ett exempel.

Flöde-assisted Dielectrophoresis: En låg kostnad metod för tillverkning av högpresterande lösning-bearbetningsbar nanotråd enheter

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

Analys av kontaktytor för ensamstående GaN Nanowire-enheter

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

Lösningsmedelsbindning för framställning av PMMA och COP Mikrofluidikanordningar

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

Skalbar lösning-bearbetad tillverkningsstrategi för högpresterande, flexibla, transparenta elektroder med inbyggd metallmask

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

Att upptäcka vattenlösliga klorid fördelningen av cementpasta i hög precision sätt

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

Metod för att registrera bredbands högupplöst emission spektra av laboratorie blixtar

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 och mätmetod för en flexibel ferroelektrisk Element baserat 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

Tillverkning av brytningsfel-index-matchade enheter för 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

Låg kostnad Custom Fabrication och mode-låst drift av en all-normal-dispersion Femtosecond fiber laser för 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

Bestämning av aggregerad ytmorfologi vid övergångszonen mellan ansiktet (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

Tillverkning och konstruktion av träbaserade högpresterande kompositer

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