Name: fabrication of flexible image sensor based on lateral nipin phototransistors
Uploaded: 2018-06-23T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors at JoVE.com

Diese Forschung wurde von der kreativen Materialien-Discovery-Programm durch die National Research Foundation von Korea (NRF) gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft und IKT (NRF-2017M3D1A1039288) unterstützt. Diese Forschung wurde auch vom Institut für Informations- und Kommunikations-Technologie-Förderung (IITP) Zuschuss gefördert durch die Regierung von Korea (MSIP) (No.2017000709, integrierte Ansätze der körperlich unclonable kryptografischen primitiven mit unterstützt. zufällige Laser und Optoelektronik).

Achtung: Einige Chemikalien (i.e., Flusssäure, gepufferte oxid Ätzmittel, Isopropyl-Alkohol, etc..) verwendet in diesem Protokoll kann gesundheitsschädlich sein. Konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter, bevor irgendwelche Probenvorbereitung stattfindet. Geeigneten persönlichen Schutzausrüstung zu nutzen (zB., Laborkittel, Schutzbrille, Handschuhe) und technische Kontrollen (zB., Bahnhof nass, Rauch Haube) beim Umgang mit Ätzmittel und Lösungsmittel.
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	<li>Ko, H. C., 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=A+hemispherical+electronic+eye+camera+based+on+compressible+silicon+optoelectronics.">A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics.</a> Nature. 454, 748-753 (2008).</li><li>Song, Y. M., 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=Digital+cameras+with+designs+inspired+by+the+arthropod+eye.">Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye.</a> Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).</li><li>Jung, I., 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=Dynamically+tunable+hemispherical+electronic+eye+camera+system+with+adjustable+zoom+capability.">Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (5), 1788-1793 (2011).</li><li>Floreano, D., 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=Miniature+curved+artificial+compound+eyes.">Miniature curved artificial compound eyes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (23), 9267-9272 (2013).</li><li>Liu, H., Huang, Y., Jiang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+eye+for+scotopic+vision+with+bioinspired+all-optical+photosensitivity+enhancer.">Artificial eye for scotopic vision with bioinspired all-optical photosensitivity enhancer.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (23), 3982-3985 (2016).</li><li>Pang, K., Fang, F., Song, L., Zhang, Y., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bionic+compound+eye+for+3D+motion+detection+using+an+optical+freeform+surface.">Bionic compound eye for 3D motion detection using an optical freeform surface.</a> Journal of the Optical Society of America B. 34 (5), B28-B35 (2017).</li><li>Lee, G. 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A., 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=Development+and+application+of+spherically+curved+charge-coupled+device+imagers.">Development and application of spherically curved charge-coupled device imagers.</a> Applied Optics. 54 (10), 3072-3082 (2015).</li><li>Guenter, B., 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=Highly+curved+image+sensors:+a+practical+approach+for+improved+optical+performance.">Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance.</a> Optics Express. 25 (12), 13010-13023 (2017).</li><li>Wu, T., 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=Design+and+fabrication+of+silicon-tessellated+structures+for+monocentric+imagers.">Design and fabrication of silicon-tessellated structures for monocentric imagers.</a> Microsystems &amp; Nanoengineering. 2, 16019 (2016).</li><li>Yoon, 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=Flexible+concentrator+photovoltaics+based+on+microscale+silicon+solar+cells+embedded+in+luminescent+waveguides.">Flexible concentrator photovoltaics based on microscale silicon solar cells embedded in luminescent waveguides.</a> Nature Communications. 2, 343 (2011).</li><li>Lee, S. 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H., 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=Stretchable+and+foldable+silicon+integrated+circuits.">Stretchable and foldable silicon integrated circuits.</a> Science. 320, 507-511 (2008).</li><li>Shin, K. 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=Characterization+of+an+integrated+fluorescence-detection+hybrid+device+with+photodiode+and+organic+light-emitting+diode.">Characterization of an integrated fluorescence-detection hybrid device with photodiode and organic light-emitting diode.</a> IEEE Electron Device Letters. 27 (9), 746-748 (2006).</li><li>Lu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics,+materials,+and+functionalities+of+biointegrated+electronics.">Mechanics, materials, and functionalities of biointegrated electronics.</a> The Bridge. 43 (4), 31-38 (2013).</li><li>Burghartz, J. N., 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=Ultra-thin+chip+technology+and+applications,+a+new+paradigm+in+silicon+technology.">Ultra-thin chip technology and applications, a new paradigm in silicon technology.</a> Solid-State Electronics. 54 (9), 818-829 (2010).</li><li>Shin, G., 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=Micromechanics+and+advanced+designs+for+curved+photodetector+arrays+in+hemispherical+electronic-eye+cameras.">Micromechanics and advanced designs for curved photodetector arrays in hemispherical electronic-eye cameras.</a> Small. 6 (7), 851-856 (2010).</li><li>Jung, I., 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=Paraboloid+electronic+eye+cameras+using+deformable+arrays+of+photodetectors+in+hexagonal+mesh+layouts.">Paraboloid electronic eye cameras using deformable arrays of photodetectors in hexagonal mesh layouts.</a> Applied Physics Letters. 96 (2), 21110 (2010).</li></ol>

Die hier beschriebene Technik der Herstellung trägt wesentlich zum Fortschritt der moderne Elektronik und tragbare Geräte. Die grundlegenden Konzepte von diesem Ansatz verwenden eine dünne Si-Membran und Metall Verbindungsleitungen in der Lage, Stretching. Zwar Si ein Material spröde und hart, die leicht gebrochen werden können, erhalten eine sehr dünne Schicht Si eine Flexibilität26,27. Bei der Metall-Verbindung bietet die gewellte Form Dehnbarkeit und Fl...

Bioinspirierte bildgebende Systeme bieten viele Vorteile gegenüber der konventionellen bildgebenden Systeme1,2,3,4,5. Netzhaut oder halbkugelförmigen Facettenaugen ist ein wesentlicher Bestandteil des biologischen Sehsystem1,2,6. Ein gebogene Bildsensor, der das kritische Element der Tieraugen imitiert, bieten eine kompakte und einfache Konfiguration von optischen Systemen mit geringen Abweichungen7. Diverse Zuführungen der Fertigungstechniken und Materialien, zum Beispiel die Verwendung von intrinsisch weiche Materialien wie Bio/Nanomaterialien8,9,10,11, 12 und die Einführung der verformbaren Strukturen in Halbleitern wie Silizium (Si) und Germanium (Ge)1,2,3,13,14, 15,16,17, erkennen die gebogene Bildsensoren. Unter anderem bieten Si-basierte Ansätze inhärenten Vorteile wie eine Fülle von Material, ausgereifte Technologie, Stabilität und optische/elektrische Überlegenheit. Aus diesem Grund obwohl Si innere Festigkeit und Sprödigkeit, sind Si-basierte flexible Elektronik weithin für verschiedene Anwendungen, wie z. B. flexible Optoelektronik18,19,20 untersucht worden einschließlich gebogenen Image Sensoren1,2,3, und sogar tragbare Medizingeräte21,22.
In einer aktuellen Studie haben wir analysiert und verbessert die elektrische Leistung der eine dünne Si Photodetektor Array23. In dieser Studie ist die optimale Einheit Zelle des gebogenen Photodetektor Arrays einen Fototransistor (PTR) Typ, der aus einer Fotodiode und Sperrdiode besteht. Die Basis Kreuzung Verstärkung verstärkt eine generierte fotostromes, und daher weist es eine Route um eine elektrische Leistung mit einer Dünnschicht-Struktur zu verbessern. Zusätzlich zu der einzelnen Zelle eignet sich die Dünnschicht-Struktur einen Dunkelstrom zu unterdrücken, die als Rauschen in den Photodetektor gilt. In Bezug auf die Dotierungskonzentration ist eine Konzentration, die größer als 1015 cm-3 ausreichen, um eine außergewöhnliche Leistung zu erreichen, in der die Diode Merkmale mit einer Lichtstärke über 10-3 W/cm2 23 eingehalten werden können . Darüber hinaus die PTR einzelne Zelle hat einen niedrige Spalte Lärm und optisch/elektrisch stabile Eigenschaften im Vergleich zu der Fotodiode. Basierend auf diesen Design-Regeln, hergestellt wir eine flexible Photodetektor-Array, das aus dünnen Si PTRs mit Silikon-auf-Insulator (SOI) Wafer besteht. Im Allgemeinen ist eine wichtige Regel flexible Bildsensoren die neutrale mechanischen Ebene-Konzept, das die Position durch die Dicke der Struktur definiert, wo Stämme NULL für eine willkürlich kleine R24 sind. Ein weiterer entscheidender Punkt ist eine serpentine Geometrie der Elektroden, da eine wellige Form vollständig reversibel Dehnbarkeit der Elektrode bietet. Durch diese beiden wichtigen Design-Konzepte kann die Photodetektor Array flexibel und dehnbar sein. Es erleichtert die 3D Deformation des Photodetektor Arrays in eine halbkugelförmige Form oder eine gebogene Form wie der Netzhaut von Tieraugen2.
In dieser Arbeit haben wir ausführlich die Prozesse für die Herstellung von gebogenen PTR-Array mit Halbleiter-Fertigungsprozesse (z. B.doping, Radierung und Ablagerung) und Transferdruck. Wir charakterisieren auch, eine einzige PTR in Bezug auf eine-Spannungs-Kennlinie. Neben dem Herstellungsverfahren und individuelle Zellanalyse wird die elektrische Funktion des PTR-Arrays in deformierten Staaten analysiert.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="757">
	<tbody>
		<tr height="76">
			<td height="76" style="height:76px;width:216px;">MBJ3</td>
			<td style="width:185px;">karl suss</td>
			<td style="width:129px;">MJB3 UV400 MASK ALIGNER</td>
			<td style="width:227px;">Mask aligner</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">80 plus RIE</td>
			<td style="width:185px;">Oxford instruments</td>
			<td style="width:129px;">Plasmalab 80 Plus for RIE</td>
			<td style="width:227px;">ICP-RIE</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">80 plus PECVD</td>
			<td style="width:185px;">Oxford instruments</td>
			<td style="width:129px;">Plasmalab 80 Plus forPECVD,</td>
			<td style="width:227px;">PECVD</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">&#160;SF-100ND</td>
			<td style="width:185px;">Rhabdos Co., Ltd.</td>
			<td style="width:129px;">SF-100ND</td>
			<td style="width:227px;">Spin coater</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Polyimide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:129px;">575771</td>
			<td style="width:227px;">Poly(pyromellitic dianhydride-co-4,4&#8242;-oxydianiline), amic acid solution</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">SOI (silicon on insulator) wafer, 8inch</td>
			<td style="width:185px;">Soitec</td>
			<td style="width:129px;">SOI (silicon on insulator) wafer, 8inch</td>
			<td style="width:227px;">8inch SOI Wafer (silicon Thickness: 1.25&#956;m)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Acetone</td>
			<td style="width:185px;">Duksan Pure Chemicals Co., Ltd.</td>
			<td style="width:129px;">3051</td>
			<td style="width:227px;">Acetone</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Isopropyl Alcohol (IPA)</td>
			<td style="width:185px;">Duksan Pure Chemicals Co., Ltd.</td>
			<td style="width:129px;">4614</td>
			<td style="width:227px;">Isopropyl Alcohol (IPA)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Buffered Oxide Etch 6:1</td>
			<td style="width:185px;">Avantor</td>
			<td style="width:129px;">1278</td>
			<td style="width:227px;">Buffered Oxide Etch 6:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HSD150-03P</td>
			<td style="width:185px;">Misung Scientific Co., Ltd</td>
			<td style="width:129px;">HSD150-03P</td>
			<td style="width:227px;">Hot plate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">AZ5214</td>
			<td style="width:185px;">Microchemical</td>
			<td style="width:129px;">AZ5214</td>
			<td>Photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MIF300</td>
			<td style="width:185px;">Microchemical</td>
			<td style="width:129px;">MIF300</td>
			<td>Developer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SYLGARD184</td>
			<td style="width:185px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:129px;">SYLGARD184</td>
			<td>Polydimethylsiloxane elastomer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Hydrofluoric Acid&#160;</td>
			<td style="width:185px;">Duksan Pure Chemicals Co., Ltd.</td>
			<td style="width:129px;">2919</td>
			<td>Hydrofluoric Acid&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CR-7</td>
			<td style="width:185px;">KMG Chemicals, Inc</td>
			<td style="width:129px;">210023</td>
			<td>Chrome mask etchant</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MFCD07370792</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:129px;">651842</td>
			<td>Gold etchant</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of flexible image sensor based on lateral nipin phototransistors

Flexible Photodetektoren für die Verwendung von gekrümmten Bildsensoren, die eine entscheidende Komponente in Bio-inspirierte bildgebenden Systemen sind, intensiv untersucht worden, aber einige schwierige Punkte bleiben, wie eine geringe Absorption Effizienz durch eine aktive Dünnschicht und niedrige Flexibilität. Wir präsentieren eine fortgeschrittene Methode, um eine flexible Fototransistor-Array mit einer verbesserten elektrischen Leistung zu fabrizieren. Die elektrische Leistungsfähigkeit wird durch einen niedrigen Dunkelstrom wegen doping-Tiefe Unreinheit angetrieben. Dehnbar und flexibel Metall Verbindungsleitungen bieten gleichzeitig elektrische und mechanische Stabilitäten in einem stark verformten Zustand. Das Protokoll beschreibt explizit den Fertigungsprozess von den Fototransistor verwenden eine dünne Silizium-Membran. Durch die Messung-V Eigenschaften des fertigen Gerätes in deformierten Staaten, zeigen wir, dass dieser Ansatz die mechanischen und elektrischen Stabilitäten der Fototransistor-Arrays verbessert. Wir erwarten, dass dieser Ansatz für eine flexible Fototransistor für die Anwendungen der nächsten Generation bildgebende Systeme/Optoelektronik sondern auch tragbare Geräte wie taktile/Druck/Temperatur-Sensoren und Systemüberwachungen verbreitet werden kann.

Abbildung 3a und 3 b zeigen die entworfene und gefertigte Struktur des NIPIN PTR unter Berücksichtigung der bisherigen Studien2,23. Der Einschub in Abbildung 3a zeigt eine grundlegende spannungs-Eigenschaft der PTR. Die detaillierte Strukturparameter von PTR sind in Abbildung 3 bgezeigt. Der doping Prozess für eine Si-Schic...

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Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Herstellung von flexiblen Bildsensor basierend auf seitliche NIPIN Fototransistoren

Wir präsentieren Ihnen eine detaillierte Methode, um eine verformbare seitliche NIPIN Fototransistor-Array für gebogene Bildsensoren zu fabrizieren. Der Fototransistor-Array mit einer offene Mesh-Form, die von dünnen Silizium-Inseln und dehnbare Metall Verbindungsleitungen zusammengesetzt ist, bietet Flexibilität und Dehnbarkeit. Der Parameter-Analyzer charakterisiert die elektrischen Eigenschaften von den vorgefertigten Fototransistor.

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Forschung

Ingenieurwesen

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Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes for Capacitive Pressure Sensing

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing (Video) | JoVE 

Mikrofluidische kanalbasierte Weichelektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...

Revolutionizing Stroke Rehabilitation with Enhanced Grasping and Finger Recovery

A Flexible Wearable Supernumerary Robotic Limb for Chronic Stroke Patients

Enhancing Grasping Abilities for Hemiplegic Patients with Flexible Robotic Limbs (Video) | JoVE

Ein flexibles, tragbares, überzähliges Roboterglied für Patienten mit chronischem Schlaganfall

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping ...