Single sub-micron structures testing platform for chemiresistive gas sensors: Microfabrication process design and assembly by lift method

Abstract

Devices built at the micro and nanoscales, with high-throughput capability utilizing microfabrication methods, are traditionally achieved by photolithography. In the past decade Metal oxide Semiconductors (MOS) research has gained a lot of interest as material science has progressed toward the exploration of applications of these synthesized structures at the micro and nanoscales. MOS are usually manufactured by physical/chemical reactions and incorporated onto sensor platforms with electrodes adopting an interdigitated arrangement (IDE). Progress and viability of these MOS structures has been limited by the lack of a standardized characterizing system with easy assembly and reliability. A successful sensor design must take into consideration the constraints of nanowire (NW) materials, dimensions and physical/chemical properties, the interface platform materials and manufacturing process. Moreover, directing assembly of these nano structures onto desired configurations presents a unique challenge on itself. The assembly of NW requires techniques that are able to appropriately manipulate and direct the deposition of individual nanostructures which ideally can be achieved by a cost-effective, efficient and reliable process. We propose using the Laser Induced Forward Transfer (LIFT) method for a single layer of ethylene glycol that contains a small concentration of NWs suspended. When the pulse is activated, a single NW is transferred onto the IDE platform staged beneath the thin slice. Same process is utilized for joining of structure onto platform. Preliminary experimentation has shown the LIFT process to be successful and rather simple. This work presents the development of this innovative technique’s potential to meet the need for a simple mechanism for single structure assembly of nano/microstructures onto electrode platforms for characterization and deployment.

Dispositivos en la micro/nano escalas, son manufacturados utilizando métodos de micro- fabricación con capacidad de alto rendimiento y volumen, cosa que tradicionalmente se obtiene con processos de fotolitografía. En la última década, la investigación de los semiconductores de óxido de metal (MOS) ha ganado mucho interés a medida que la ciencia de los materiales ha progresado hacia la exploración de aplicaciones de estas estructuras sintetizadas en la micro/nano escalas. Los MOS generalmente se crean mediante reacciones físicas/químicas para luego ser incorporados a plataformas de electrodos. El progreso y la viabilidad de estas estructuras MOS se ha visto limitado por la falta de un sistema de caracterización estandarizado con fácil montaje y confiabilidad. Un diseño de sensor exitoso debe tener en cuenta las limitaciones de los nano cables (NW), las dimensiones y las propiedades físicas/químicas, los materiales de la plataforma de interface y el proceso de fabricación. En adición, el dirigir el ensamblaje de estas micro/nano estructuras a las configuraciones deseadas presenta un desafío único en sí mismo. El ensamblaje de NW requiere técnicas que sean capaces de manipular y dirigir micro/nano estructuras individuales en un proceso efectivo, eficiente y confiable. Proponemos utilizar el método de transferencia directa inducida por láser (LIFT) como herramienta de ensamblaje. El pulso de energía láser se dirige hacia una lamina delgada de vidrio recubierta con una capa delgada de etilenglicol que contiene una pequeña concentración de NW suspendidos. Cuando se activa el pulso, se transfiere un solo NW a la plataforma montada bajo la laminilla delgada. Experimentación preliminar ha demostrado que el proceso LIFT es exitoso y bastante sencillo. Este trabajo presenta el potencial desarrollo de esta técnica para satisfacer la necesidad de tener un mecanismo simple para el ensamblaje de una sola nano/microestructura en plataformas de electrodos para caracterización y uso como sensor en el campo.