基于横向NIPIN光电晶体管的柔性图像传感器制备

我们的方法有助于推动柔性半导体器件制造领域的发展。本制备工艺的主要优势在于，通过提高器件在形变条件下的电流稳定性，从而改善电流传导性能。准备一个绝缘体上硅（SOI）的DUB样品。

该样品已准备好进行后续步骤中的硅分离。此为其层状结构的示意图。灰色代表硅，绿色代表二氧化硅。

红色和蓝色分别为 N 型重掺杂区和 P 型重掺杂区。在样品上以 4,000 rpm 的转速旋涂正性光刻胶，持续 40 秒。接着，将样品置于加热板上，在 90 摄氏度下进行前烘 90 秒。

软烘后，将样品转移至紫外光刻装置。在此处，将掩模应用于样品，持续10秒。随后取出样品进行显影。

将样品浸入显影液中显影一分钟。然后用去离子水清洗样品，并用氮气吹干。接着，在 110 摄氏度下对样品进行坚膜处理五分钟。

此示意图表示此时样品的各层结构。接下来使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀仪对样品进行干法刻蚀，持续六分钟。完成后，样品具有此结构。

下一步是去除埋入的氧化层。为此，配制浓度为49%的氢氟酸溶液，将样品浸入其中两分钟，以去除埋入的氧化层。

经过酸浴处理，随后进行清洗和干燥，硅隔离即已完成。下一步是等离子体增强化学气相沉积。在两分钟内，在样品上沉积一层130纳米的二氧化硅牺牲层。

在样品上旋涂正性光刻胶，随后进行前烘。使用光刻掩模，将样品暴露于紫外光下照射10秒。此图为样品显影后，在110摄氏度下坚膜烘烤5分钟后的示意图。

准备一容器缓冲氧化物刻蚀液，将样品浸入其中30秒。清洗并干燥后，可部分去除CVD氧化层。通过旋涂法在样品上沉积聚酰亚胺。

将其转移至加热板，在110摄氏度下退火3分钟，然后在150摄氏度下退火10分钟。随后，将样品移至氮气氛围的烘箱中，在230摄氏度下继续退火60分钟。聚酰亚胺层覆盖在样品表面，为二氧化硅牺牲层提供成膜表面。

继续通过等离子体增强化学气相沉积法沉积一层130纳米的二氧化硅层，持续两分钟。使用正性光刻胶进行掩模，曝光10秒紫外光，然后显影。进行前烘和坚膜烘烤。

将样品浸入缓冲氧化物刻蚀液中30秒以形成硬掩模，随后清洗并干燥样品。接下来，使用反应离子刻蚀对聚酰亚胺进行20分钟的干法刻蚀。用缓冲氧化物刻蚀液去除氧化层，然后清洗并干燥样品。

现在，将样品送至溅射仪中沉积铬和金。随后，旋涂正性光刻胶，再应用光刻掩模。该样品已显影一分钟，并在110摄氏度下坚膜5分钟。

使用湿法刻蚀剂刻蚀铬层和金层20秒，使样品达到此状态。在铬和金的湿法刻蚀之后，去除光刻胶时需格外小心，否则金层可能剥落。第二层聚酰亚胺的沉积和第二次金属化步骤与第一次完全相同。

旋涂并退火第二层聚酰亚胺，以形成如本图所示的多层结构。沉积并图形化一层二氧化硅作为干法刻蚀的硬掩模层。随后，在图形化之前，溅射镀覆20纳米铬和200纳米金。

首先，在其上再旋涂一层聚酰亚胺并进行退火处理。采用等离子体增强化学气相沉积法，在八分钟内沉积一层650纳米的二氧化硅层。在样品上旋涂正性光刻胶后，使用紫外光刻技术应用掩模。

将样品显影，进行坚膜处理，然后通过浸入缓冲氧化物刻蚀液中对二氧化硅进行图形化。使用反应离子刻蚀法对聚酰亚胺进行75分钟的干法刻蚀，随后采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀对硅进行6分钟的干法刻蚀。现在可以开始刻蚀氧化物牺牲层了。

将样品浸入49%氢氟酸中20分钟。取出后冲洗并干燥样品，然后继续后续操作。使用氢氟酸刻蚀牺牲层时，必须密切监测刻蚀进程。

确保您的课程，设备可能会脱落。现在，用粘附在基底上的碳带固定样品，然后将水溶性胶带贴在有图案的一侧。

接下来，立即剥离水溶性胶带，以防止器件残留在基底上。取脱气的PDMS，按10:1的预聚物与固化剂比例配制。

此外，准备足够的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜以覆盖样品。将聚二甲基硅氧烷（PDMS）以 1,000 rpm 的转速旋涂于薄膜上，持续 30 秒。随后将薄膜置于加热板上，在 110 摄氏度下烘烤 10 分钟。

完成此操作后，将样品置于水溶性胶带上，并用紫外光照射30秒。现在，同时处理样品和薄膜。将带有样品的水溶性胶带贴附到涂有PDMS的PET薄膜上。

用移液管小心地将水滴加到水溶性胶带上，以将其从薄膜上去除。使用缓慢的水流冲走水溶性胶带。最后，用镊子夹住样品，用氮气吹干枪吹干。

这是转移至 PET 薄膜前的光电晶体管阵列。它由本图所示的重复光电晶体管单元组成。聚酰亚胺封装的蛇形电极使该器件具有可拉伸性。

这是将器件转移至PDMS涂层PET薄膜后的状态。为在不同条件下测量IV特性，可使用与此类似的装置。注意曲率半径的定义。

这些是具有不同曲率半径的光电晶体管阵列的电流-电压（IV）特性测量结果。该阵列的电学特性与曲率半径无关。本图展示了在不同曲率半径下，光电流与暗电流的比值随电压变化的关系。

动态范围在两伏偏置电压以上约为600或更高。插图显示了在测试的曲率极端条件下的暗电流曲线。其低暗电流值导致了高动态范围。

一旦掌握，该技术可在48小时内完成，前提是操作得当。在进行此操作时，重要的是避免任何可能导致电极从其基底上剥离的行为。在此步骤完成后，可根据需要执行其他方法，例如使用其他气体进行聚合物刻蚀，只要这些方法可在与干法刻蚀不同的条件下使用即可。

该技术问世后，为柔性器件领域的研究人员探索仿生成像尝试开辟了道路。观看本视频后，您应能够充分掌握柔性半导体器件的制备方法。请注意，操作所需试剂可能存在极高危险性，因此在实验过程中必须采取防护措施，例如在操作时佩戴口罩、使用通风橱和头部防护装备。