KR101453419B1 - A two-dimensional stretchable and bendable device - Google Patents

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매튜 메이틀
위강 썬
흥조 고
앤드류 칼슨
원묵 최
마크 스토이코비치
한칭 지앙
용강 후앙
랄프 쥐. 누쪼
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성준 강
쩡타오 쭈
에띠엔느 메나르
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훈식 김
달영 강
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Abstract

일 측면에서, 본 발명은 인장되거나, 압축되거나, 휘어지거나 또는 달리 변형될 때에도 우수한 성능을 제공할 수 있는 반도체 또는 전자 회로들과 같은 인장 가능하고, 또한 선택적으로는 인쇄 가능한, 구성 부품들, 및 그러한 인장 가능한 구성 부품들을 제조하거나 조절할 수 있는 관련 방법들을 제공한다. 일부 응용들에 있어서 선호되는 인장 가능한 반도체들과 전자 회로들은 인장 가능할 뿐만 아니라, 가요성이고, 따라서 상당한 신장, 휨, 구부림, 또는 하나 또는 그 이상의 축을 따르는 다른 변형도 가능하다. 또한, 본 발명의 인장 가능한 반도체들 및 전자 회로들은 완전히 가요성인 전자 및 광학전자 장치들을 제공하기 위하여 광범위한 장치 구성에 적용된다.In one aspect, the present invention provides tensionable, and optionally printable, components, such as semiconductor or electronic circuits, that can provide excellent performance even when tensioned, compressed, warped, or otherwise deformed, and And provide related methods for manufacturing or controlling such tensionable components. In some applications, the preferred stretchable semiconductors and electronic circuits are not only tensile but also flexible, and thus are capable of significant elongation, bending, bending, or other variations along one or more axes. In addition, the tensile semiconductors and electronic circuits of the present invention are applied to a wide variety of device configurations to provide fully flexible electronic and optical electronic devices.

Description

2차원 인장 가능하고 구부릴 수 있는 장치 {A two-dimensional stretchable and bendable device}The present invention relates to a two-dimensional stretchable and bendable device,

본 발명은 인장 가능한 구성 부품들과 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to tensionable components and methods of making the same.

본 출원은 2007년 6월 18일 출원된 미합중국 가출원 제60/944,626호 및 2006년 9월 6일 제출된 미합중국 가출원 제60/824,683호의 이익을 주장한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 60 / 944,626, filed June 18, 2007, and U.S. Provisional Application No. 60 / 824,683, filed September 6, 2006.

1994년, 전체가 폴리머인 인쇄된 트랜지스터가 처음 시연된 이후, 플라스틱 기판 상의 플렉서블(flexible)한 집적된 전자 소자들을 포함하는 유망한 새로운 종류의 전자 시스템이 많은 관심을 받아왔다. [Garnier, F., Hajlaoui, R., Yassar, A. and Srivastava P., Science, Vol. 265, pgs 1684-1686] 최근, 물질에 관한 연구는 플렉서블 플라스틱 전자 소자들을 위한 전도체, 유전체 및 반도체 요소들을 위한, 용액 가공이 가능한 새로운 물질들을 개발하는 쪽으로 방향지워져 왔다. 그러나, 플렉서블 전자공학 분야에서의 발전은 용액 공정이 가능한 새로운 물질의 개발에 의해서 뿐만 아니라 소자 부품의 신규한 기하구조, 효율적인 소자 및 소자 부품의 처리 방법들 및 플렉서블 전자공학 시스템에 적용할 수 있는 고해상도의 패터닝 기술들에 의해서도 구동된다. 그러한 물질들, 소자 구성들 및 제조 방법들은 급속하게 떠오르는 새로운 종류의 플렉서블 집적 전자 소자들, 시스템들 및 회로들에 있어서 핵심적인 역할을 담당할 것으로 기대된다.Since the first demonstration of a printed transistor, the entire polymer, in 1994, a promising new class of electronic systems including flexible integrated electronic components on plastic substrates has received much attention. [Garnier, F., Hajlaoui, R., Yassar, A. and Srivastava P., Science, Vol. 265, pgs 1684-1686] Recently, research into materials has been directed towards the development of new materials capable of solution processing for conductors, dielectrics and semiconductor elements for flexible plastic electronic devices. However, advances in the field of flexible electronics are not only driven by the development of new materials capable of solution processing, but also by new geometries of device components, methods of processing efficient devices and component parts, and high resolution Lt; / RTI > patterning techniques. Such materials, device configurations and fabrication methods are expected to play a key role in the emerging new types of flexible integrated electronic devices, systems and circuits.

플렉서블 전자공학 기술에 의하여 제공되는 몇 가지 중요한 장점들이 플렉서블 전자공학 분야에 대한 관심을 자아낸다. 예를 들면, 이들 기판 물질들의 내재적인 플렉서블한 성질은 깨어지기 쉬운 종래의 실리콘계 전자 소자들에 있어서는 가능하지 않은 수많은 유용한 소자 구성들을 제공하는 많은 형태들로 이들 기판 물질들이 집적되는 것을 가능하게 한다. 또한, 용액 공정이 가능한 부품 물질들과 플렉서블 기판들의 결합은 연속적이면서도 고속인, 대면적 기판 위에 저렴하게 전자 소자들을 생성할 수 있는 프린팅 기술에 의한 제조를 가능하게 한다.Several important advantages provided by flexible electronics technology are of interest to the field of flexible electronics. For example, the inherently flexible nature of these substrate materials enables them to be integrated into many forms that provide a number of useful device configurations that are not possible with breakable conventional silicon-based electronic devices. Further, the combination of the flexible materials and the flexible substrates with the solution process enables manufacturing by a printing technique capable of producing electronic devices on a large area substrate at a high speed, which is continuous and high-speed.

그러나, 우수한 전자적 성능을 보이는 플렉서블 전자 소자들의 설계와 제조는 많은 중요한 도전 과제들을 제공한다. 첫째, 종래의 실리콘계 전자 소자들을 제조하는 잘 발전된 방법들이 대부분의 플렉서블 물질들과는 양립하지 않는다. 예를 들면, 단결정 실리콘 또는 저매늄 반도체들과 같은 전통적인 고순도 무기 반도체 구성요소들은 대부분의 플라스틱 물질들의 녹는점 또는 분해 온도를 현저히 초과하는 온도(> 1000℃)에서 박막 성장에 의하여 통상 처리된다. 또한, 대부분의 무기 반도체들은 용액 기반의 처리와 운반을 가능하게 하는 편리한 용매들에 본질적으로 용해되지 않는다. 둘째, 많은 비정질 실리콘, 유기 또는 하이브리드 유-무기 반도체들이 플렉서블 물질들 내부로 통합되어 양립할 수 있고, 비교적 저온들에서 처리될 수 있지만, 이들 물질들은 우수한 전자적 성능을 제공할 수 있는 집적 전자 소자들을 제공할 수 있는 전자적 성질들을 갖지 않는다. 예를 들면, 이들 물 질로 만들어진 반도체 요소들을 갖는 박막 트랜지스터들은 상보적인 단결정 실리콘계 소자들보다 대략 세 개의 차수(order)의 크기만큼 더 작은 전계 효과 이동도를 보인다. 이러한 한계들의 결과, 플렉서블 전자 소자들은 현재 비방출성 화소들을 갖는 액티브 매트릭스 평판 디스플레이용 스위칭 요소들 및 발광 다이오드들에서의 사용과 같이 고성능을 요구하지 않는 특정 응용들에 한정된다.However, the design and manufacture of flexible electronic devices that exhibit excellent electronic performance presents many important challenges. First, well-developed methods for making conventional silicon-based electronic devices are not compatible with most flexible materials. For example, conventional high purity inorganic semiconductor components such as monocrystalline silicon or lowermanium semiconductors are typically treated by thin film growth at temperatures (> 1000 DEG C) that significantly exceed the melting point or decomposition temperature of most plastics materials. In addition, most inorganic semiconductors are essentially insoluble in convenient solvents that enable solution-based processing and delivery. Secondly, although many amorphous silicon, organic or hybrid organic-inorganic semiconductors can be integrated into flexible materials and are compatible and can be processed at relatively low temperatures, these materials can provide integrated electronic devices They do not have the electronic properties that they can provide. For example, thin film transistors having semiconductor elements made of these materials exhibit a field effect mobility that is smaller by about three orders of magnitude than complementary monocrystalline silicon-based elements. As a result of these limitations, flexible electronic devices are currently limited to certain applications that do not require high performance, such as switching elements for active matrix flat panel displays with non-emissive pixels and use in light emitting diodes.

플렉서블 전자 회로는 플렉서블 디스플레이, 전자 섬유 및 전자 피부와 같이 임의의 형태를 갖는 전자-활성(electro-active) 표면들을 포함하는 수많은 분야에서 활발하게 연구되고 있는 분야이다. 이들 회로들은 대개 전도성 부품들이 형태(conformation) 변화들에 대응하여 인장될 수 없기 때문에 주변 환경에 충분히 정합할 수 없다. 따라서, 그러한 플렉서블 회로들은 손상되기 쉽고, 전자적 열화가 일어나기 쉬우며 격렬한 및/또는 반복적인 형태 변화에 있어서 신뢰도가 저하될 수 있다. 플렉서블 회로들은 인장과 이완을 통한 사이클 동안 손상 없이 그대로 유지하는, 인장 가능하고 구부릴 수 있는 상호 접속부를 요구한다.BACKGROUND OF THE INVENTION Flexible electronic circuits are actively researched fields in a number of fields including electro-active surfaces of arbitrary shape such as flexible displays, electronic fibers and electronic skin. These circuits can not be sufficiently matched to the environment because the conductive parts can not be stretched in response to conformational changes. Therefore, such flexible circuits are prone to damage, electronic deterioration is prone to occur, and reliability may be degraded in violent and / or repeated shape changes. Flexible circuits require tensile and bendable interconnections that remain intact during the cycle through tension and relaxation.

구부림이 가능하면서 탄성을 구비하는 전도체들은 일반적으로 실리콘(silicone)과 같은 엘라스토머 내에 금속 입자들을 끼워 넣음으로써 제조된다. 그러한 전도성 고무들은 기계적으로 탄성을 구비하고 전기적 전도성을 갖는다. 전도성 고무의 단점들은 전기적 저항률이 높고, 인장되었을 때 저항 변화가 현저하며, 그에 의하여 전체적으로 열악한 상호 접속 성능 및 신뢰성을 초래하는 것을 포함한다.Flexible and resilient conductors are typically made by inserting metal particles into an elastomer such as silicone. Such conductive rubbers are mechanically resilient and have electrical conductivity. Disadvantages of conductive rubbers include high electrical resistivity, significant resistance change when tensioned, thereby resulting in overall poor interconnect performance and reliability.

Gray 등은 전도성을 유지하면서 54%까지 선형 인장이 가능한 실리 콘(silicone) 엘라스토머 내에 싸여진 미세 가공된 구불구불한(tortuous) 와이어들을 이용하여 엘라스토머 전자 장치들을 제조하는 것을 논의한다. 그 연구에서, 와이어들은 나선형의 스프링 형태와 같이 형성된다. 낮은 변형에서 (예를 들면, 2.4%) 파괴되는 직선형 와이어에 대조적으로, 구불구불한 와이어들은 매우 높은 변형에서도 (예를 들면, 27.2%) 전도성을 유지하였다. 그러한 와이어 기하구조는 인장보다는 구부림에 의하여 신장되는 와이어의 능력에 의존한다. 상기 시스템은 추가적인 평판 내에 상이한 형태로 정확하게 그리고 제어 가능하게 패터닝하는 능력상의 한계로 곤란을 겪고 있으며, 그에 의하여 상이한 변형 및 구부림 영역에 시스템을 맞춤하는 능력상의 한계로 곤란을 겪는다.Gray et al. Discuss the fabrication of elastomeric electronic devices using microfabricated tortuous wires wrapped in a silicone elastomer capable of linear tensioning up to 54% while maintaining conductivity. In that study, the wires are shaped like a spiral spring. In contrast to straight wire broken at low strains (e.g., 2.4%), the twisted wires retained conductivity even at very high strains (e.g., 27.2%). Such wire geometry depends on the ability of the wire to be stretched by bending rather than by tension. The system suffers from limitations in its ability to precisely and controllably pattern different patterns in additional plates, thereby suffering from limitations in the ability to fit the system to different deformation and bending areas.

탄성적으로 인장 가능한 금속 상호 접속부들은 기계적 변형에 대하여 저항이 증가하는 것을 경험한다는 것이 연구들을 통해 암시되고 있다. (Mandlik 등, 2006) Mandlik 등은 피라미드 형태로 미세 패터닝된 표면 위에 금속막을 증착함으로써 이러한 저항의 변화를 최소화하고자 시도하였다. 그러나, 그 연구는 가는 금속선에 인장 가능성을 부여하는 마이크로크랙(microcrack)들을 생성하기 위한 양각 구조물에 의존한다. 상기 마이크로크랙들은 평면을 벗어나는 트위스팅과 변형을 통해 금속이 탄성 변형되는 것을 용이하게 한다. 그러나, 그러한 금속 크랙들은 두꺼운 금속막과는 양립할 수 없고, 대신에 패터닝된 엘라스토머의 상부 위에 증착된 금속 박막의 좁은 범위(예를 들면, 30 nm 미만의 차수인)와 오히려 양립될 수 있다.Studies have shown that elastically stretchable metal interconnects experience increased resistance to mechanical deformation. (Mandlik et al., 2006). Mandlik et al. Attempted to minimize this change in resistance by depositing a metal film on a finely patterned surface in the form of a pyramid. However, the research relies on a relief structure to create microcracks that give tensile potential to thin metal wires. The microcracks facilitate the elastic deformation of the metal through twisting and deformation out of plane. However, such metal cracks are incompatible with the thick metal film and can instead be compatible rather with a narrow range of metal films deposited on top of the patterned elastomer (e.g., less than 30 nm).

금속 상호 접속부에 인장 가능성을 부여하는 한 가지 방법은 전도체(예를 들면, 금속)를 적용하는 동안 기판을 사전 변형시키고(예를 들면, 15% - 25%), 이어 서 사전 변형의 자발적인 양각화를 가져오고, 그에 의하여 상기 금속 전도체 상호 접속부에 웨이브를 유발하는 것이다. (예를 들면, Lacour 등 (2003); (2005); (2004), Jones 등 (2004); Huck 등 (2000); Bowden 등 (1998) 참조) Lacour 등(2003)은 자발적으로 주름지는 골드 스트라이프들을 생성하기 위하여 골드 스트라이프들을 처음에 압축함으로써 (탄성 기판 상의 골드 막질의 파괴 변형이 수 퍼센트인 것과 비교하여) 22%까지의 변형 하에서도 전기적인 연속성이 유지됨을 보고하고 있다. 그러나, 그 연구에서는 비교적 얇은 층의 금속 막(예를 들면, 약 105 nm)을 사용하였고, 또한 상기 시스템이 약 10% 만큼 인장될 수 있는 전기 전도체를 잠재적으로 만들 수 있다는 점에서 상대적으로 제한된다.One method of imparting tensile potential to metal interconnects is to pre-strain the substrate (e.g., 15% to 25%) while applying a conductor (e.g., metal) and then spontaneously bend Thereby inducing a wave in the metal conductor interconnect. (2004), Jones et al. (2000), and Bowden et al. (1998)). Lacour et al. (2003) found that the spontaneous wrinkled gold stripe (Compared to a few percent of the gold film breakage strain on an elastic substrate) to produce gold (hereinafter referred to as " gold stripe "). However, the research has used a relatively thin layer of metal film (e.g., about 105 nm) and is relatively limited in that the system can potentially make electrical conductors that can be stretched by about 10% .

이상으로부터, 다양한 상이한 구성을 갖는 인장 가능한 상호 접속부들을 신속하고도 신뢰성 있게 제조하기 위해, 개선된 인장 가능성, 전기적 성질 및 관련 공정들을 갖는 소자 구성부품들 및 상호 접속부들에 대한 필요가 있음이 명백하다. 플렉서블 전자공학 분야에서의 발전은 수많은 중요한 신흥 기술 및 확립된 기술들에 있어서 결정적인 역할을 담당할 것으로 기대된다. 그러나, 플렉서블 전자공학 기술의 이러한 응용의 성공은 습곡되고(flexed), 변형되며 구부러진 형태에서 우수한 전자적, 기계적 및 광학적 성질을 보이는 소자들과 집적 전자 회로들을 제조하기 위한 신규한 물질들, 소자 구성들 및 상업적으로 실행 가능한 제조 경로의 계속적인 개발에 강하게 의존한다. 특히, 고성능의, 기계적으로 연장 가능한 물질들과 소자 구성들은 인장되거나 수축된 형태에서, 유용한 전자적 및 기계적 성질들을 보일 것이 요구된다.It is evident from the above that there is a need for device components and interconnects with improved tensile, electrical and related processes to quickly and reliably produce tensile interconnects having a variety of different configurations . Advances in the field of flexible electronics are expected to play a crucial role in a number of important emerging and established technologies. However, the success of this application of flexible electronic technology has led to the development of devices that exhibit excellent electronic, mechanical and optical properties in flexed, deformed and bent form, and novel materials for fabricating integrated electronic circuits, And on the continued development of commercially viable manufacturing routes. In particular, high performance, mechanically extensible materials and device configurations are required to exhibit useful electronic and mechanical properties in a stretched or contracted form.

본 발명은 반도체들 및 인장 가능한 전자 소자들, 및 회로들과 같은 인장 가능한 장치들과 장치 부품들을 제공한다. 인장 가능하고, 구부릴 수 있으며 정합될 수 있는(conformable) 전자 장치들과 장치 부품들은 전자 장치들을 다양한 곡면 상에 인쇄하기에 적합하게 만들 것이 요구된다. 형태 정합적인(shape-conforming) 장치들은 플렉서블 디스플레이 및 전자 섬유들로부터 정합될 수 있는 생물학적 및 물리적 센서들에 이르기까지 다양한 응용을 갖는다. 따라서, 본 발명의 구현예는 플렉서블하면서 구부릴 수 있는(bendable) 전자 장치들, 장치의 구성 부품들, 및 플렉서블하면서 구부릴 수 있는 장치들을 제조하기 위한 관련 방법들이다. 그러한 플렉서블함과 구부릴 수 있음은 웨이브가 지거나(wavy) 버클링된(buckled) 기하 구조를 갖는 상호 접속부 또는 반도체 막을 제공함으로써 이루어질 수 있다. 그러한 기하 구조는 격렬하고도 반복적인 인장 및/또는 구부림 사이클 하에서도 성능에 부정적인 영향을 미치지 않으면서도 시스템이 인장 가능하고 또한 구부릴 수 있도록 하는 것을 보장하는 수단을 제공한다. 또한, 상기 방법들은 장치 및/또는 장치의 구성 부품의 물리적 성질들(예를 들면, 인장성, 구부림성)이 상기 시스템의 작동 조건들에 맞춤화될 수 있도록, 정밀하고도 정확한 기하 구조의 구축 능력을 제공한다. 본 발명의 다른 측면은 구성 부품의 변형의 변화량의 적용에 의하여 파라미터가 조절될 수 있도록 변형과 적어도 부분적으로 결합된 물리적 성질을 갖는 인장 가능한 구성 부품들이다.The present invention provides tensionable devices and device components such as semiconductors and tensile electronic devices, and circuits. Electronic devices and device parts that are tensionable, bendable, and conformable are required to make electronic devices suitable for printing on various curved surfaces. Shape-conforming devices have a variety of applications ranging from flexible displays and biological and physical sensors that can be matched from electronic fibers. Accordingly, embodiments of the present invention are flexible and bendable electronic devices, component parts of the device, and related methods for manufacturing flexible and bendable devices. Such flexibility and bendability can be achieved by providing an interconnect or semiconductor film having a wavy buckled geometry. Such a geometry provides a means to ensure that the system is tensionable and bendable without negatively impacting performance even under vigorous and repetitive tension and / or bending cycles. The methods may also be used to provide precise and accurate geometry construction capabilities (e.g., mechanical properties) such that the physical properties (e.g., tensile, bendability) of the components of the device and / or device can be tailored to the operating conditions of the system . Another aspect of the present invention are tensionable components having physical properties that are at least partially associated with deformation such that the parameter can be adjusted by application of a varying amount of deformation of the component.

장치 구성부품들의 배열은 장치 구성 부품들의 서로에 대한 상대적인 독립적 움직임을 용이하게 하기 위하여 버클링된 구성 부품들 또는 상호 접속부들에 의하여 서로 접속될 수 있다. 그러나, 상기 배열 내의 국부적 영역들은 다른 영역들에 비하여 상이한 구부림 또는 인장 요구 사항을 가질 수 있다. 여기에 제공된 장치들과 방법들은 예를 들면, 구성 부품 또는 상호 접속부의 치수, 주기성, 진폭(amplitude), 배향 및 영역 내에서의 구성 부품 또는 상호 접속부의 총 수를 포함하는 버클링된 구성부품 또는 상호 접속부의 기하 구조에 있어서의 국부화된 편차를 가질 수 있는 플렉서블 시스템의 구축을 용이하게 한다. 제어된 배향을 갖는 다중의 구성 부품들 또는 상호 접속부들을 생성하는 것은 구성 부품들 또는 상호 접속부들을 상기 장치의 작동 조건에 맞춤화하는 것을 용이하게 한다.The arrangement of the device components may be connected to one another by buckled components or interconnects to facilitate relative independent movement of the device components relative to one another. However, the local regions in the array may have different bending or tensile requirements compared to other regions. The devices and methods provided herein may be used, for example, as a buckling component that includes the dimensions, periodicity, amplitude, orientation, and total number of components or interconnects within a region, Facilitating the construction of a flexible system that may have localized deviations in the geometry of the interconnects. Creating multiple components or interconnects with controlled orientation facilitates tailoring the components or interconnections to the operating conditions of the device.

일 구현예에서, 본 발명은 장치의 인장 가능한 구성 부품으로서, 상기 구성 부품은 제 1 단부, 제 2 단부 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 위치하는 중앙 영역을 포함한다. 상기 구성 부품은 기판에 의하여 지지되고, 상기 구성 부품의 제 1 단부 및 제 2 단부는 상기 기판에 결합되고, 상기 구성 부품의 중앙 영역의 적어도 일부분이 구부러진 구성(bent configuration)을 갖는다. 일 측면에 있어서, 상기 구성 부품의 중앙 영역은 상기 기판과 물리적으로 접촉되지 않는다. 다른 측면에 있어서, 상기 구성 부품의 중앙 영역은 변형되어 있다. 일 측면에 있어서, 상기 중앙 영역에 있어서의 상기 변형은 10% 미만이거나, 0.1% 내지 5% 사이이거나, 0.1% 내지 2% 사이이거나 또는 이들의 임의의 부범위(sub-range)이다.In one embodiment, the present invention is a tensionable component of an apparatus, the component comprising a first end, a second end and a central region located between the first end and the second end. The component is supported by a substrate, wherein a first end and a second end of the component are coupled to the substrate, and at least a portion of the central region of the component has a bent configuration. In one aspect, the central region of the component is not in physical contact with the substrate. In another aspect, the central region of the component is deformed. In one aspect, the deformation in the central region is less than 10%, between 0.1% and 5%, between 0.1% and 2%, or any sub-range thereof.

일 구현예에서, 상기 인장 가능한 구성 부품의 중앙 부분은 곡선을 이루거나 또는 원호(arc)-형태일 수 있다. 일 측면에 있어서, 상기 곡선은 약 100 nm 내지 1 mm 사이와 같은 진폭을 갖는다. 일 측면에 있어서, 구별되는 구성 부품 또는 상호 접속 결합 영역들의 수는, 예를 들면, 셋, 넷, 또는 다섯과 같이 둘보다 많을 수 있다. 이 측면에 있어서, 상기 제 1 구성 부품 단부와 상기 제 2 구성 부품 단부 사이에 있는 상기 중앙 부분은 상기 기판과 물리적으로 접촉하지 않는 구별되는 복수의 곡선 부분 영역들이 형성되도록 수많은 구부러진 구성의 영역들로 실제로 세분(subdivide)된다. 그러한 구성에 있어서, 상기 진폭 및/또는 주기성은 일정할 수도 있고, 또는 상기 구성 부품 또는 상호 접속부의 전체 길이 방향 길이에 걸쳐 변화할 수도 있다. 상기 구성 부품 그 자체는 막, 와이어, 또는 리본과 같이, 임의의 형태일 수 있다. 상기 구성 부품이 리본인 경우에 있어서는, 상기 리본은 약 300 nm 내지 1 mm 사이의 두께를 가질 수 있다.In one embodiment, the central portion of the tensionable component may be curved or arc-shaped. In one aspect, the curve has an amplitude of between about 100 nm and 1 mm. In one aspect, the number of distinct components or interconnecting coupling regions may be more than two, for example, three, four, or five. In this aspect, the central portion between the first component end and the second component end is in the form of a plurality of curved subregions so as to form a plurality of distinct curved subregions that do not physically contact the substrate It is actually subdivided. In such an arrangement, the amplitude and / or periodicity may be constant or may vary over the entire longitudinal length of the component or interconnect. The component itself may be in any form, such as a film, wire, or ribbon. When the component is a ribbon, the ribbon may have a thickness of between about 300 nm and 1 mm.

추가적인 소자 구성 부품을 용이하게 위치시키기 위하여, 상기 구성 부품의 단부가 전기적으로 연결되는 장치 구성 부품은 콘택 패드일 수 있다. 일 측면에 있어서, 추가적인 장치 구성 부품이 상기 콘택 패드와 전기적으로 접촉된다.To facilitate positioning of additional component parts, the device components to which the ends of the components are electrically connected may be contact pads. In one aspect, an additional device component is in electrical contact with the contact pad.

인장 가능한 상기 구성 부품은 선택적으로, 금속, 반도체, 절연체, 압전체(piezoelectric), 강유전체(ferroelectric), 자기변형성(magnetostrictive) 물질, 전자변형성(electrostrictive) 물질, 초전도체, 강자성(ferromagnetic) 물질, 또는 열전성(thermoelectric) 물질인 물질을 하나 또는 그 이상 포함한다.The tensionable component can optionally be a metal, a semiconductor, an insulator, a piezoelectric, a ferroelectric, a magnetostrictive material, an electrostrictive material, a superconductor, a ferromagnetic material, lt; RTI ID = 0.0 > thermoelectric < / RTI > material.

또 다른 측면에 있어서, 상기 인장 가능한 구성 부품은 전자 장치, 광학 장치, 광-전자(opto-electronic) 장치, 기계적 장치 및 열적 장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 장치의 구성 부품을 포함한다.In yet another aspect, the tensionable component includes a component of a device selected from the group consisting of an electronic device, an optical device, an opto-electronic device, a mechanical device, and a thermal device.

언급한 바와 같이, 상기 구성 부품들을 지지하는 기판은 상기 구성 부품이 통합되는 장치에 따라 임의의 바람직한 물질로 될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 기판은 PDMS와 같은 엘라스토머 물질을 포함한다. 상기 기판은 가역적으로 변형될 수 있는 것(예를 들면, PDMS)일 수도 있고, 또는 비가역적으로 변형될 수 있는 것(예를 들면, 플라스틱)일 수도 있다. 구현예에서, 상기 기판 그 자체는 층(layer)이거나 또는 코팅이다.As mentioned, the substrate supporting the component parts can be any desired material depending on the device into which the component parts are integrated. In one embodiment, the substrate comprises an elastomeric material such as PDMS. The substrate may be reversibly deformable (e.g., PDMS), or may be irreversibly deformable (e.g., plastic). In an embodiment, the substrate itself is a layer or a coating.

구현예에서, 상기 장치들은 그들의 물리적인 특성들에 근거하여 더 설명될 수 있다. 예를 들면, 장치의 구성 부품과의 전기적인 접촉 및 전기 전도성을 유지하면서 25%까지의 변형을 견딜 수 있는 구성 부품들 및/또는 상호 접속부들이 여기에 제공된다. 이 경우에 있어서, "유지한다"는 의미는 변형을 수용하는 동안 전기 전도도가 20% 미만, 10% 미만, 또는 5% 미만으로 감소하는 것을 가리킨다.In an embodiment, the devices can be further described based on their physical characteristics. For example, there are provided components and / or interconnects that are capable of withstanding up to 25% deformation while maintaining electrical contact and electrical conductivity with the components of the device. In this case, "retaining" means that the electrical conductivity decreases to less than 20%, less than 10%, or less than 5% while accommodating the deformation.

다른 구현예에서, 본 발명은 장치의 구성 부품들과 전기적 접촉을 형성하기 위한 인장 가능한 구성 부품 또는 상호 접속부를 제공한다. 상기 구성 부품 또는 상호 접속부는 제 1 단부, 제 2 단부 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 위치하는 중앙 부분을 갖는다. 상기 단부들은 플렉서블 (예를 들면, 인장 가능한) 기판, 엘라스토머 기판, 강체(rigid) 기판, 엘라스토머가 아닌 기판, 또는 전자 장치들, 장치 구성 부품들, 또는 이들의 어레이들을 인쇄하고자 하는 기판과 같은 기판에 결합된다. 상기 구성 부품 또는 상호 접속부의 각 단부는, 상기 기판에 의하여 그 자신이 지지되는 상이한 장치 구성 부품에 부착될 수 있다. 상기 구성 부품 또는 상호 접속부의 중앙 부분은 구부러진 구성을 갖고 상기 기판과 물리적으로 접촉하지 않는다(예를 들면, 결합되지 않는다). 일 측면에 있어서, 이 구부러진 구성은 중앙 부분이 변형 하에 있게 된 결과이다. 본 측면에 있어서, 상기 구부러진 구성은 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들에 (또는 그 하부에 놓인 기판에) 상기 장치 구성 부품들을 분리하는 방식으로 힘이 가해지면, 상기 장치 구성 부품들 사이의 전기적 접촉은 유지하면서 상기 구성 부품 또는 상호 접속부의 곡선 부분이 적어도 부분적으로 직선화되면서 상기 장치 구성 부품들 사이의 상대적인 움직임을 수용할 수 있도록 전체적으로 만곡된다. 상기 구성 부품들 또는 상호 접속부들은 선택적으로 브리지, 꽃모양과 같은 수많은 기하구조 중의 임의의 하나에 의하여 및/또는 다중 구성 부품들 또는 상호 접속부들에 의하여 이웃하는 아일랜드(island)들 또는 콘택 패드들을 전기적으로 접속시킨다. 일 측면에 있어서, 장치 구성부품은 콘택 패드와 전기적 접촉을 이룬다.In another embodiment, the present invention provides a tensionable component or interconnect for forming electrical contact with components of a device. The component or interconnect has a first end, a second end, and a central portion located between the first end and the second end. The ends can be a substrate such as a flexible (e.g., stretchable) substrate, an elastomer substrate, a rigid substrate, a substrate other than an elastomer, or a substrate such as a substrate on which electronic devices, device components, Lt; / RTI > Each end of the component or interconnect may be attached to a different device component that is itself supported by the substrate. The central portion of the component or interconnect has a bent configuration and is not in physical contact with the substrate (e.g., not coupled). In one aspect, this bent configuration is a result of the central portion being under deformation. In this aspect, the bent configuration is such that if a force is applied in such a way as to separate the device components into one or more of the device components (or a substrate lying beneath), the electrical contact between the device components So that the curved portion of the component or interconnect is at least partially straightened and is entirely curved to accommodate the relative movement between the device components. The components or interconnects may optionally be electrically connected to the adjacent islands or contact pads by any one of a number of geometries such as bridges, flower shapes, and / or by multiple components or interconnects. . In one aspect, the device component is in electrical contact with the contact pad.

여기에 개시된 인장 가능한 구성 부품들은 모두 전자 장치의 조정 가능한 장치 구성 부품을 선택적으로 더 포함한다. 상기 조정 가능한 구성 부품은 상기 구부러짐 구성에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형에 따라 선택적으로 변화하는 적어도 하나의 전자적 성질을 갖는다. 예를 들면, 상기 전자적 성질은 선택적으로, 전자 이동도, 공진 주파수, 컨덕턴스(conductance), 및 저항 중의 하나 또는 그 이상이다. 일 측면에 있어서, 상기 조정 가능한 장치 구성 부품은 트랜지스터의 반도체 채널을 포함한다.All of the tensionable components disclosed herein optionally further include adjustable device components of the electronic device. The adjustable component has at least one electronic property that selectively changes with the deformation of the central region provided by the bending configuration. For example, the electronic properties are optionally one or more of electron mobility, resonance frequency, conductance, and resistance. In one aspect, the adjustable device component includes a semiconductor channel of a transistor.

일 구현예에서, 상기 조정 가능한 구성 부품이 상기 구부러짐 구성에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형 수준에 따라 선택적으로 변화하는 적어도 하나의 광학적 성질을 갖는 경우에 상기 구성 부품은 변형 계수 광학 결합(strain coefficient optical coupling)을 갖는다. 변형 계수 광학 결합의 예는 상기 조정 가능한 장치 구성 부품의 굴절률 또는 상기 인장 가능한 구성 부품의 중앙 영역의 표면에 대하여 전자기 방사 입사빔의 입사각을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 다른 구현예에 있어서, 상기 조정 가능한 장치 구성 부품은 도파로(waveguide), 광학 변조기, 광학 스위치 또는 광학 필터를 포함한다.In one embodiment, when the adjustable component has at least one optical property that selectively varies with the level of deformation of the central region provided by the flexure configuration, the component is characterized by a strain coefficient optical coupling. Examples of strain modulus optical coupling include, but are not limited to, the refractive index of the adjustable device component or the angle of incidence of the electromagnetic radiation incident beam with respect to the surface of the central region of the tensionable component. In another embodiment, the adjustable device component comprises a waveguide, an optical modulator, an optical switch or an optical filter.

다른 구현예에서, 상기 인장 가능한 구성 부품은 상기 구부러짐 구성에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형 수준에 따라 선택적으로 변화하는 열 전도도를 갖는 장치의 조정 가능한 장치 구성 부품이다.In another embodiment, the tensionable component is an adjustable device component of a device having a thermal conductivity that selectively varies with the level of deformation of the central region provided by the flexure configuration.

다른 구현예에서, 상기 인장 가능한 구성 부품은 장치의 열적 절연 구성 부품이고, 상기 중앙 영역이 상기 기판과 물리적인 접촉을 하지 않는다. 이 구현예의 일 측면에 있어서, 상기 중앙 영역은 상기 기판과 열적으로 접촉하지 않으며, 상기 중앙 영역은 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들을 지지하고, 그에 의하여 상기 중앙 영역에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들을 상기 기판으로부터의 열적 절연을 제공한다. 이러한 측면을 위한 유용한 응용은 장파장 이미징 시스템인 장치용이다.In another embodiment, the tensionable component is a thermal insulation component of the device, and the central region is not in physical contact with the substrate. In one aspect of this embodiment, the central region is not in thermal contact with the substrate, and the central region supports one or more of the device components, thereby supporting one or more devices The component parts provide thermal insulation from the substrate. A useful application for this aspect is for devices that are long wavelength imaging systems.

또 다른 구현예에서, 상기 인장 가능한 구성 부품은 기계적 장치의 액츄에이터로서, 상기 중앙 영역이 만곡되고 상기 인장 가능한 구성 부품을 압축하거나 신장시킴으로써 또는 상기 중앙 영역에 전기적 전위를 인가함으로써 변조될 수 있는 진폭을 갖는다. 본 구현예의 유용한 응용은 미세전자기계 장치, 나노전자기계 장치, 및 미세유동 장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 기계 장치이다.In yet another embodiment, the tensionable component is an actuator of a mechanical device, wherein the central region is curved and has an amplitude that can be modulated by compressing or stretching the tensionable component or by applying an electrical potential to the central region . Useful applications of this embodiment are mechanical devices selected from the group consisting of microelectromechanical devices, nanoelectromechanical devices, and microfluidic devices.

일 구현예에서, 여기에 개시된 임의의 인장 가능한 구성 부품들을 복수의 구성 부품들과 셋 이상의 장치 구성 부품들을 갖는 장치 어레이에 통합함으로써 다중-축(multi-axial) 인장 및 구부림이 제공된다. 본 구현예에서, 각 구성 부품은 한 쌍의 장치 구성 부품들 사이에 전기적 접촉을 제공한다. 원하는 인장, 구부림 및/또는 압축 동작 조건들에 따라서, 상기 장치 어레이는 그리드, 꽃모양, 브리지 또는 이들의 임의의 조합(예를 들면, 한 영역에서는 그리드, 다른 영역에서는 브리지)을 갖는 기하학적 구성을 가질 수 있다. 또한, 이웃하는 장치 구성 부품들을 둘, 셋, 또는 네 개의 구성 부품들과 같이 하나보다 많은 구성 부품들(예를 들면, 다중 상호 접속부들)에 접속시키는 능력에 의하여 추가적인 인장 및 구부림성 제어가 제공된다. 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형인 장치 구성 부품 하나가 네 개의 다른 장치 구성 부품들에 이웃할 수 있다. 만일 각 이웃하는 쌍이 두 개의 상호 접속부들로 접속되면, 상기 장치 구성 부품은 자신으로부터 연장되는 여덟 개의 상호 접속부들을 가질 것이다.In one embodiment, multi-axial tension and bending is provided by incorporating any of the tensionable components disclosed herein into a device array having a plurality of components and three or more device components. In this embodiment, each component provides electrical contact between a pair of device components. Depending on the desired tension, bending and / or compression operating conditions, the device array may have a geometric configuration with a grid, a flower shape, a bridge, or any combination thereof (e.g., a grid in one area and a bridge in the other) Lt; / RTI > Further tension and bendability control is provided by the ability to connect neighboring device components to more than one component (e.g., multiple interconnects), such as two, three, or four components do. For example, a square or rectangular device component may be adjacent to four different device components. If each neighboring pair is connected to two interconnects, the device component will have eight interconnects extending from it.

일 구현예에서, 장치 어레이는 적어도 두 개의 상이한 방향으로 배향된 구성 부품들의 세트들을 갖는다. 예를 들면, 그리드 구성에서 구성 부품들은 두 방향으로의 인장될 수 있는 능력을 제공하기 위하여 서로 직교하거나 수직인 두 방향을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 장치 어레이는 서로에 대하여 모두 정렬된 구성 부품들을 포함할 수 있다. 이 구현예는 인장 또는 구부림이 단일한 방향으로 한정되는 (예를 들면, 전자 장치 조직(fabric)을 실린더 표면으로 구부리는) 경우에 유용할 수 있다. 구성 부품들을 셋 또는 그 이상의 방향들, 예를 들면, 세 방향들 또는 네 방향들로 배향시킴으로써 추가적인 구부림 및/또는 인장 능력이 제공된다. 일 구현예에서, 서로 이웃하는 두 층들과 같이, 임의의 수의 상이한 층들 내에 위치된 장치 어레이의 구성 부품들을 가짐으로써 추가적인 제어 및 안정성이 제공된다.In one embodiment, the device array has sets of component parts oriented in at least two different directions. For example, in a grid configuration, components may have two directions that are orthogonal or perpendicular to each other to provide the ability to be pulled in two directions. In other implementations, the device arrays may include components that are all aligned with respect to each other. This embodiment may be useful when the tension or bend is confined in a single direction (e.g., bending the electronics fabric to the cylinder surface). Additional bending and / or tensioning capabilities are provided by orienting the components in three or more directions, e.g., three or four directions. In one embodiment, additional control and stability is provided by having the components of the device array located in any number of different layers, such as two neighboring layers.

일 구현예에서, 장치 어레이는 약 150%까지의 변형을 파괴됨이 없이 견딜 수 있다. 파괴되기 위한 변형은 상호 접속 기하 구조, 배향, 진폭, 주기성, 동작 조건에 관한 수(예를 들면, 단일축 대 다중축 인장 및/또는 구부림)를 맞춤화함으로써 최대화된다.In one embodiment, the device array is capable of withstanding up to about 150% deformation without breaking. The deformation to be broken is maximized by customizing the number of interconnect geometries, orientation, amplitude, periodicity, and operating conditions (e.g., single axis to multiple axis tensile and / or bending).

상기 상호 접속부 또는 장치 어레이가 지지된 기판은 오목, 볼록, 반구형, 또는 이들의 조합과 같은 곡면인 부분을 적어도 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 구성 부품들이 통합된 상기 장치는 하나 또는 그 이상의 인장 가능한: 광감지기, 디스플레이, 발광기, 광전지(photovoltaic), 시트 스캐너, LED 디스플레이, 반도체 레이저, 광학 시스템, 대면적 전자 장치, 트랜지스터, 또는 집적 회로이다.The substrate on which the interconnect or device array is supported may have at least a curved portion such as a concave, convex, hemispherical, or a combination thereof. In one embodiment, the device in which the components are integrated may include one or more pullable: photodetector, display, light emitter, photovoltaic, sheet scanner, LED display, semiconductor laser, optical system, Transistors, or integrated circuits.

또 다른 구현예에서, 본 발명은 장치의 인장 가능한 구성 부품의 성질을 조정하기 위한 다양한 방법들에 관련된다. 예를 들면, 조정 방법은 여기에 개시된 바와 같은 인장 가능한 구성 부품을 갖는 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 인장 가능한 구성 부품은 제 1 단부; 제 2 단부; 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 위치하고 기판에 의하여 지지되는 중앙 영역을 갖는 구성 부품과 같은은 것일 수 있다. 특히, 상기 구성 부품의 제 1 단부 및 제 2 단부는 상기 기판에 결합되고, 또한 상기 구성 부품의 중앙 영역의 적어도 일부는 구부러진 구성을 가지며 소정 수준의 변형 하에 있다. 상기 변형의 수준은 상기 인장 가능한 구성 부품을 압축, 신장 및/또는 구부림으로써 상기 인장 가능한 부품 내에서 변조되고, 그에 의하여 상기 장치의 인장 가능한 구성 부품의 성질을 조정한다.In yet another embodiment, the present invention relates to various methods for adjusting the properties of a tensionable component of a device. For example, the method of adjustment may comprise providing an apparatus having a tensionable component as disclosed herein. The tensionable component comprising: a first end; A second end; And a silver such as a component having a central region located between the first end and the second end and supported by the substrate. In particular, the first end and the second end of the component are coupled to the substrate, and at least a portion of the central region of the component has a curved configuration and is under a predetermined level of deformation. The level of deformation is modulated in the tensionable component by compressing, stretching and / or bending the tensionable component thereby adjusting the properties of the tensionable component of the device.

일 측면에 있어서, 상기 성질은 광학적, 기계적, 또는 전기적으로 결합된 변형 파라미터와 같이 광학적 성질, 전기적 성질, 및 기계적 성질 중의 하나 또는 그 이상이다. 여기서, 상기 각 성질의 크기는 적어도 부분적으로 변형에 의존한다. 다른 측면에 있어서, 상기 성질은 공진 주파수, 전자 이동도, 저항, 컨덕턴스, 굴절률, 열전도도, 및 상기 인장 가능한 구성 부품의 중앙 영역의 표면에 대한 전자기 방사 입사빔의 입사각으로 구성되는 군으로부터 선택된다.In one aspect, the properties are one or more of optical, electrical, and mechanical properties such as optical, mechanical, or electronically coupled strain parameters. Here, the magnitude of each property depends at least in part on the deformation. In another aspect, the property is selected from the group consisting of resonance frequency, electron mobility, resistance, conductance, refractive index, thermal conductivity, and the angle of incidence of the electromagnetic radiation incident beam to the surface of the central region of the retractable component .

일 구현예에서, 장치의 인장 가능한 구성 부품의 제조 방법이 제공된다. 본 구현예에서, 제 1 수준의 변형을 갖는 수용 표면을 갖는 엘라스토머 기판이 제공되며, 상기 변형은 선택적으로 0이거나 압축 변형이거나 신장 변형이다. 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들이 상기 제 1 수준의 변형을 갖는 수용 표면에 결합된다. 상기 제 1 수준의 변형으로부터 상이한 제 2 수준의 변형으로 변형의 수준 상의 변화를 생성하도록 상기 엘라스토머 기판에 힘이 가해진다. 제 1 수준으로부터 제 2 수준으로의 상기 기판 내의 상기 변형의 수준 상의 변화가 상기 구성 부품이 구부러지는 것을 유발하고, 그에 의하여 하나 또는 그 이상의 인장 가능한 구성 부품들을 생성하는 한, 이러한 변화의 크기, 또는 그러한 변화가 달성되는 방법은 특별히 중요하지 않다. 상기 인장 가능한 구성 부품들은 각각 상기 기판에 결합된 제 1 단부 및 제 2 단부와 구부러진 구성으로 제공되는 중앙 영역을 갖는다.In one embodiment, a method of making a tensionable component of an apparatus is provided. In this embodiment, there is provided an elastomeric substrate having a receiving surface with a first level of deformation, said deformation optionally being zero, compressive or extensional. One or more device components are coupled to a receiving surface having said first level of deformation. A force is applied to the elastomeric substrate to produce a change in the level of deformation from the first level of deformation to a different second level of deformation. As long as a change in the level of deformation within the substrate from a first level to a second level causes the component to bend and thereby create one or more tensionable components, The way in which such changes are achieved is not particularly important. The tensionable components each have a first end coupled to the substrate and a second end and a central region provided in a bent configuration.

상기 기판에 상기 장치 구성 부품들을 결합하는 것은 임의의 적합한 수단들에 의할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 결합하는 단계는 상기 인장 가능한 구성 부품의 결합되는 영역과 결합되지 않는 영역의 패턴을 생성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 인장 가능한 구성 부품의 결합되는 영역은 엘라스토머 기판에 결합되고, 상기 인장 가능한 구성 부품의 결합되지 않는 영역은 엘라스토머 기판에 결합되지 않는다.The coupling of the device components to the substrate may be by any suitable means. In one embodiment, the combining comprises generating a pattern of regions that are not associated with the joined regions of the retractable component. Wherein the area to which the tensionable component is coupled is coupled to the elastomeric substrate and the unbonded area of the tensionable component is not coupled to the elastomeric substrate.

다른 측면에서, 결합되지 않는 영역들은 상기 인장 가능한 구성 부품들의 중앙 영역들에 대응되고, 상기 엘라스토머 기판에 힘을 가하는 단계는 인장 가능한 구성 부품 각각의 중앙 영역의 적어도 일부분이 기판과 물리적으로 접촉하지 않도록 상기 중앙 영역이 구부러지게 한다. 일 측면에 있어서, 상기 엘라스토머 기판에 힘을 가하는 단계는, 인장 가능한 구성 부품 각각의 중앙 영역의 적어도 일부분이 기판과 물리적으로 접촉하지 않도록 중앙 영역들이 구부러지게 한다.In another aspect, the unbonded areas correspond to the central areas of the tensionable components, and the step of applying the force to the elastomeric substrate is such that at least a portion of the central area of each of the tensionable components is not in physical contact with the substrate Thereby causing the central region to bend. In one aspect, applying the force to the elastomeric substrate causes the central regions to bend such that at least a portion of the central region of each of the tensionable components is not in physical contact with the substrate.

일 구현예에서, 인장 가능한 구성 부품을 제조하기 위한 임의의 방법들은 상기 인장 가능한 부품 위에, 상기 엘라스토머 기판의 수용 표면 위에, 또는 상기 인장 가능한 구성 부품과 상기 엘라스토머 기판의 수용 표면 모두의 위에 결합 위치의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, any method for manufacturing a tensionable component includes providing a tensioned component on the tensionable component, on the receiving surface of the elastomeric substrate, or on the receiving surface of the tensionable component and the receiving surface of the elastomeric substrate, And forming a pattern.

또 다른 구현예에서, 임의의 방법들 또는 장치들은 복수의 연질(compliant) 영역들과 복수의 경질(rigid) 영역들을 갖는 엘라스토머 기판을 갖는다. 그러한 기판은 상기 연질 영역에 굴곡에 있어서의 강성(rigidity)을 제공하는데 이는 상기 경질 영역들의 그것보다 낮다. 선택적으로 상기 기판은 상기 경질 영역들의 적어도 하나에 결합된 인장 가능한 구성 부품들 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부와, 상기 연질 영역들의 적어도 하나에 결합된 인장 가능한 구성 부품들 각각의 중앙 영역을 갖는다. 이러한 유형의 기판의 사용은 하부에 놓인 기판의 연질성의 패턴에 근거하여 상기 구성 부품의 버클링을 제어가능하도록 하는 능력을 제공한다.In yet another embodiment, any methods or devices have an elastomeric substrate having a plurality of compliant regions and a plurality of rigid regions. Such a substrate provides rigidity in flexure to the soft region, which is lower than that of the rigid regions. Optionally the substrate has a first end and a second end of each of the tensionable components coupled to at least one of the rigid regions and a central region of each of the tensionable components coupled to at least one of the soft regions . The use of this type of substrate provides the ability to control the buckling of the components based on the pattern of softness of the underlying substrate.

일 구현예에서, 상기 엘라스토머 기판에 가해지는 힘은 기계적으로 달성된다. 본 구현예의 일 측면에 있어서, 제 1 수준의 변형, 제 2 수준의 변형 또는 이들 모두는 상기 엘라스토머 기판의 신장 또는 압축에 의하여, 상기 엘라스토머 기판의 경화에 의하여, 또는 상기 엘라스토머 기판의 온도를 승온 또는 하강시키는 것과 같은 열적 수단에 의하여, 또는 상기 엘라스토머 기판의 열팽창 또는 열적으로 유발된 수축에 의하여 생성된다.In one embodiment, the force exerted on the elastomeric substrate is achieved mechanically. In one aspect of this embodiment, a first level of deformation, a second level of deformation, or all of these is accomplished by stretching or compressing the elastomeric substrate, by curing the elastomeric substrate, or by raising or lowering the temperature of the elastomeric substrate Or by thermally expanding or thermally induced contraction of the elastomeric substrate.

다른 구현예에서, 상기 엘라스토머 기판의 상기 수용 표면에 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품을 결합하는 단계는, 상기 제 1 수준의 변형으로부터 상기 제 1 수준과 상이한 제 2 수준의 변형으로 상기 기판의 변형의 수준의 변화를 생성하는 힘을 상기 엘라스토머 기판에 적용하는 단계 이전에 수행된다. 선택적으로, 결합하는 단계는 상기 제 1 수준의 변형으로부터 상기 제 1 수준과 상이한 제 2 수준의 변형으로 상기 기판의 변형의 수준의 변화를 생성하는 힘을 상기 엘라스토머 기판에 적용하는 단계 이후에 수행된다.In another embodiment, the step of joining one or more of the device components to the receiving surface of the elastomeric substrate further comprises the step of deforming the substrate from a first level of deformation to a second level of deformation, Level of force is applied to the elastomeric substrate. Optionally, the bonding step is performed after applying a force to the elastomeric substrate that produces a change in the level of deformation of the substrate from a deformation of the first level to a second level of deformation that is different from the first level .

일 구현예에서, 임의의 제 1 수준의 변형 및 제 2 수준의 변형은 0과 동일하다. 일 측면에 있어서, 임의의 장치 구성 부품들은 상호 접속부 또는 전극을 포함한다.In one implementation, any first-level variant and second-level variant are equal to zero. In one aspect, any of the device components includes interconnects or electrodes.

다른 구현예에 있어서, 본 발명은 장치의 구성 부품들과 전기적 접촉을 형성할 수 있는 상호 접속부 또는 버클링된 구성 부품을 제조하기 위한 다양한 방법들에 관한 것이다. 일 측면에 있어서, 결합 위치들의 패턴은 엘라스토머 기판 표면, 구성 부품들 또는 상호 접속부들, 또는 이들 모두에 적용된다. 상기 기판 및 상기 기판과 접촉되는 상호 접속부들 또는 구성 부품들을 변형시키기 위해 힘이 작용된다. 결합 위치들의 패턴은 특정 구성 부품들 또는 상호 접속부 위치들과 기판 사이의 결합을 제공한다. (상기 힘을 제거함으로써) 상기 기판을 릴랙스하여, 버클링된 구성 부품들 또는 상호 접속부들이 생성된다. 사전 변형(prestrain)의 크기, 결합 위치 패터닝, 기하 구조 및 간격 중의 하나 또는 그 이상의 변경은 상이한 버클링되거나 웨이브진 기하 구조를 갖는 구성 부품들 또는 상호 접속부들을 생성한다. 예를 들면, 이웃하는 구성 부품들 또는 상호 접속부들이 상이한 위치들에서 기판에 결합하도록 결합 위치들이 엇갈리게(staggering) 위치하면 "비동조적인(out-of-phase)" 상호 접속부 기하 구조가 제공된다. 결합 위치 패터닝은 상기 엘라스토머 기판 표면에 경화 가능한 광 중합체를 적용하는 것에 의하는 것과 같이 당 기술분야에 알려진 임의의 수단들에 의한다. 구성 부품들 또는 상호 접속부들은 상기 구성 부품들 또는 상호 접속부들의 적어도 일부분을 엘라스토머 물질과 같은 봉지(encapsulation) 물질 내에 봉지함으로써 선택적으로 보호된다. 상기 버클링된 구성 부품들 또는 상호 접속부들은 응용에 적합한 임의의 패턴을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 패턴은 그리드 구성, 꽃모양 구성, 브리지 구성, 또는 이들의 임의의 조합이다.In another embodiment, the present invention relates to various methods for making interconnections or buckling components that can form electrical contact with the components of the device. In one aspect, the pattern of bonding locations is applied to the elastomeric substrate surface, to the component parts or interconnections, or both. A force is applied to deform the interconnects or components that contact the substrate and the substrate. The pattern of bonding locations provides coupling between the specific component or interconnect locations and the substrate. (By removing the force) to relax the substrate, resulting in buckled components or interconnections. One or more changes in the size of the prestrain, the joint location patterning, the geometry, and the spacing create components or interconnections having different buckled or waved geometries. For example, a "out-of-phase" interconnect geometry is provided if the joining positions are staggered so that neighboring components or interconnects are coupled to the substrate at different locations. Coupling position patterning is by any means known in the art, such as by applying a curable photopolymer to the surface of the elastomeric substrate. The components or interconnects are selectively protected by encapsulating at least a portion of the components or interconnects in an encapsulation material, such as an elastomeric material. The buckled components or interconnects may have any pattern suitable for the application. In one embodiment, the pattern is a grid configuration, a flower configuration, a bridge configuration, or any combination thereof.

방법들과 장치들은 수십 나노미터 내지 약 1 밀리미터의 범위의 두께 또는 약 300 nm보다 큰 두께와 같은 임의의 치수의 구성 부품들을 가질 수 있다. 일 측면에 있어서, 상기 버클링된 구성 부품은 상기 상호 접속부의 상기 기판으로부터의 최대 수직 변위에 대응하는 진폭을 가지며, 상기 진폭은 100 nm 내지 1 mm 사이의 범위로부터 선택된다. 길이와 폭을 갖는 구성 부품 리본에 있어서, 상기 폭, 진폭 또는 상기 폭 및 진폭은 상호 접속부의 길이를 따라 선택적으로 변화한다. 진폭에 영향을 미치는 인자의 하나는 구성 부품을 결합시키기 전에 또는 상기 구성 부품을 결합시킨 후에 상기 엘라스토머 기판에 적용되는 변형이다. 일반적으로, 변형이 더 클수록 진폭이 더 크다. 일 구현예에서, 힘이 가해져서 엘라스토머 기판에 변형이 생성되고, 상기 변형은 20% 내지 100% 사이의 범위로부터 선택된다.The methods and devices may have components of any dimension, such as a thickness in the range of tens of nanometers to about 1 millimeter, or a thickness greater than about 300 nanometers. In one aspect, the buckled component has an amplitude corresponding to a maximum vertical displacement of the interconnect from the substrate, and the amplitude is selected from a range between 100 nm and 1 mm. For component ribbons having length and width, said width, amplitude or said width and amplitude vary selectively along the length of the interconnect. One of the factors affecting the amplitude is the deformation applied to the elastomeric substrate before or after combining the components. Generally, the larger the strain, the greater the amplitude. In one embodiment, a force is applied to produce a deformation in the elastomeric substrate, said deformation being selected from the range between 20% and 100%.

일 구현예에서, 상기 구성 부품은 장치 구성 부품에 전기적으로 접속된 상호 접속부이다. 여기에 제공된 임의의 시스템들 및 공정들은 구성 부품의 파괴(fracture) 없이 약 100%까지 인장이 가능하거나, 약 50%까지 압축이 가능하거나, 또는 곡률 반경이 겨우 5 mm가 되도록 구부리는 것이 가능한 기판을 선택적으로 제공한다. 상기 구성 부품은 금속, GaAs 또는 Si를 포함하는 반도체, 절연체, 압전체(piezoelectric), 강유전체(ferroelectric), 자기변형성(magnetostrictive) 물질, 전자변형성(electrostrictive) 물질, 초전도체, 강자성(ferromagnetic) 물질, 또는 열전성(thermoelectric) 물질과 같은 임의의 적합한 물질로부터 제조된다. 일 구현예에 있어서, 상기 방법들은 버클링된 구성 부품들이 스탬프와 같은 엘라스토머 기판으로부터, 예를 들면, 곡면의 장치 기판과 같은 장치 기판으로 인쇄되어 전사되는 것을 제공한다.In one embodiment, the component is an interconnect that is electrically connected to the device component. Any of the systems and processes provided herein may be used with a substrate that is capable of being tensioned to about 100% without fracture of the component, capable of compressing to about 50%, or bending such that the radius of curvature is only 5 mm . The component may be a metal, a semiconductor including GaAs or Si, an insulator, a piezoelectric, a ferroelectric, a magnetostrictive material, an electrostrictive material, a superconductor, a ferromagnetic material, Or any other suitable material, such as a thermoelectric material. In one embodiment, the methods provide that the buckled components are printed and transferred from an elastomeric substrate, such as a stamp, to a device substrate, such as, for example, a curved device substrate.

엘라스토머 기판에 힘 또는 변형을 적용하는 것을 통해 팝-업(pop-up) 또는 버클링된 구성 부품들을 생성하는 대신에, 웨이브진 표면과 같은 양각 구조물들을 갖는 수용 표면과 같은 수용 표면에 구성 부품 물질을 적용함으로써 인장 가능하고 구부릴 수 있는 상호 접속부가 제조될 수 있다.Instead of creating pop-up or buckled components through application of forces or deformation to the elastomeric substrate, it is also possible to provide a component material, such as a receiving surface, A tensile and bendable interconnect can be made.

일 구현예에서, 인장 가능하고 구부릴 수 있는 구성 부품을 제조하기 위하여, 리세스 구조물들을 부분적으로 매립하기 위하여 중합체를 스핀-코팅하는 것과 같이 표면상에 웨이브 구조물들을 갖는 기판을 매끈하게 한다(smoothed). 상기 부분적인 매립은 매끈하게-웨이브진 기판을 생성한다. 그런 후 구성 부품들이 상기 매끈하게-웨이브진 기판 위에 증착되고, 원하는 바에 따라 패터닝된다. 상기 구성 부품들은 금속 구조물들을 포함하지만 그에 한정되는 것은 아니다. 상기 수용 표면 기판 위의 구성 부품들은 상기 구성 부품으로 적어도 부분적으로 코팅된 기판에 대하여 중합체 스탬프를 후속적으로 주조하기(casting) 위하여 동원 가능하다. 상기 구성 부품은 인장 가능하고 구부릴 수 있는 구성 부품을 제조하기 위하여 상기 기판으로부터 상기 중합체 스탬프를 제거함으로써 상기 중합체 기판에 전사된다. 일 구현예에서, 상기 구성 부품과 기판 사이의 계면은 Au/Su-8 에폭시 포토레지스트이다. 상기 구성 부품은 층상의 금속, 예를 들면, Au/Al일 수 있다. 상기 기판은, 예를 들면, Su-8 층을 지지하는 유리층과 같이, Au/Su-8인 상기 기판과 상기 금속 사이에 실제 계면으로 적층될 수 있다.In one embodiment, a substrate having wave structures on the surface is smoothed, such as by spin-coating the polymer to partially embed the recess structures, to produce a tensionable and bendable component. . The partial embedding creates a smooth-wobbled substrate. The components are then deposited on the smoothly-wobbled substrate and patterned as desired. The components include, but are not limited to, metal structures. The component parts on the receiving surface substrate are mobilizable for subsequent casting of the polymer stamp to a substrate that is at least partially coated with the component parts. The component is transferred to the polymer substrate by removing the polymer stamp from the substrate to produce a tensionable and bendable component. In one embodiment, the interface between the component and the substrate is Au / Su-8 epoxy photoresist. The component may be a layered metal, for example Au / Al. The substrate may be stacked at the actual interface between the substrate and the metal, such as Au / Su-8, such as a glass layer supporting the Su-8 layer.

스탬프 표면 위에 팝-업(pop-up) 상호 접속부와 같은 팝-업 구성 부품을 제조하기 위한 대안적인 방법은 굴곡진 기판 표면을 평탄화하는 단계, 상기 평탄화된 표면에 구성 부품들을 접촉시키는 단계, 및 상기 기판 표면이 릴랙스되어 자신의 굴곡진 기하 구조로 복원되도록 허용하는 단계에 따른다. 일 구현예에서, 상기 방법은 여기에 개시된 바와 같은 접촉 이전에 결합 위치들의 공간적 패터닝을 더 제공한다. 본 구현예에 있어서, 상기 방법은 상호 접속부들과 장치 구성 부품들을 대응하는 제 2 굴곡 기판 표면으로 전사하기 위하여 특히 적합하다. 일 측면에 있어서, 접착제 또는 접착 전구체와 같은 결합 수단들은 엘라스토머 스탬프가 제거된 후에도 상기 제 2 굴곡 기판과 상기 제 1 굴곡 기판 위의 상호 접속 시스템 사이에 상호 접속부를 제 2 기판으로 전사하는 것을 허용하기에 충분한 결합을 생성한다.An alternative method for fabricating a pop-up component, such as a pop-up interconnect on the stamp surface, includes planarizing the curved substrate surface, contacting the components with the planarized surface, and Allowing the surface of the substrate to be relaxed to be restored to its curved geometry. In one embodiment, the method further provides spatial patterning of the bonding positions prior to contact as described herein. In this embodiment, the method is particularly suitable for transferring interconnects and device components to a corresponding second bend substrate surface. In one aspect, bonding means, such as an adhesive or bonding precursor, allow transfer of the interconnection between the second bend substrate and the interconnection system on the first bend substrate to the second substrate after the elastomeric stamp is removed Lt; / RTI >

일 측면에 있어서, 본 발명에 따른 임의의 방법들 및 장치들은 약 40%까지의 변형에 대하여 선형의 탄성 응답을 갖는 PDMS인 스탬프 또는 엘라스토머 기판을 갖는다. 선택적으로, 본 발명의 상호 접속부는 인장 가능한 전극, 인장 가능한 수동 매트릭스 LED 디스플레이, 또는 광감지 어레이의 일부이다. 일 구현예에 있어서, 본 발명은 본 발명의 방법들에 의하여 제조된 임의의 하나 또는 그 이상의 상호 접속부들을 갖는 인장 가능한 전자 장치에 관한 것이다. 이 때 상기 전자 장치는 인장 가능하거나 구부릴 수 있는: 전극, 수동 매트릭스 LED, 태양 전지, 광학 집속 어레이(optical collector arrays), 바이오 센서, 화학 센서, 광 다이오드 어레이, 또는 반도체 어레이이다. 일 측면에 있어서, 버클링된 상호 접속부에 전기적으로 접속된 장치 구성 부품은 박막, 센서, 회로 요소, 제어 요소, 마이크로프로세서, 트랜스듀서, 또는 이들의 조합들이다. 일 측면에 있어서, 상호 접속부들은 장치 구성 부품에 상호 접속부의 일 단부를 전기적으로 접속함으로써 접근된다.In one aspect, any of the methods and apparatuses in accordance with the present invention have a stamp or elastomeric substrate that is PDMS with a linear elastic response for up to about 40% strain. Alternatively, the interconnections of the present invention are part of a pullable electrode, a pullable passive matrix LED display, or a photodetector array. In one embodiment, the present invention is directed to a tensionable electronic device having any one or more interconnections fabricated by the methods of the present invention. Wherein the electronic device is a tensionable or bendable electrode, a passive matrix LED, a solar cell, optical collector arrays, a biosensor, a chemical sensor, a photodiode array, or a semiconductor array. In one aspect, the device components electrically connected to the buckled interconnections are thin films, sensors, circuit elements, control elements, microprocessors, transducers, or combinations thereof. In one aspect, the interconnects are accessed by electrically connecting one end of the interconnect to the device components.

일 구현예에 있어서, 본 발명은 웨이브가 진 반도체 나노막과 같이, 웨이브가 진 나노막을 갖는 구조와 방법들에 관한 것이다. 이러한 웨이브가 진 나노막은 (장치 구성 부품들을 연결하는 상호 접속부들의 가요성과는 대조적으로) 장치 구성 부품 그 자체 내에 가요성(flexibility)을 통합하는 것을 용이하게 한다. 일 측면에 있어서, 본 발명은 반도체 나노막 물질을 제 1 기판으로부터 변형된 제 2 기판으로 전사하는 이축(biaxially) 인장 가능한 반도체 막의 제조 방법에 관한 것이다. 이 때 전사 후에는, 변형된 상기 기판이 릴랙스되어 그의 휴지기 구성(resting configuration)으로 복원되는 것이 허용된다. 일 측면에 있어서, 반도체 물질의 두께는 약 40 nm 내지 600 nm 사이이다. 2차원 변형을 일으킨 힘의 해제는 2차원으로 웨이브진 구조물을 갖는 나노막을 생성한다. 일 측면에서, 상기 변형력은 플렉서블한 기판의 온도를 변화시킴으로써 생성된다.In one embodiment, the invention relates to structures and methods with wave-guided nanomembranes, such as wave-semiconducting nanomembranes. Such wave-enhanced nanomaterials facilitate the integration of flexibility within the device components themselves (as opposed to the flexibility of interconnections connecting device components). In one aspect, the present invention is directed to a method of manufacturing a biaxially tensile semiconductor film that transfers semiconductor nanomaterials from a first substrate to a second substrate. At this time, after the transfer, the deformed substrate is allowed to relax and be restored to its resting configuration. In one aspect, the thickness of the semiconductor material is between about 40 nm and 600 nm. The release of the force that caused the two-dimensional deformation creates a nanofilm with a two-dimensional wave structure. In one aspect, the stress is generated by varying the temperature of the flexible substrate.

일 구현예에 있어서, 양각 구조물을 갖는 수용 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 수용 표면을 적어도 부분적으로 정합적으로 코팅하기 위하여 폴리머를 스핀-코팅함으로써 상기 양각 구조물을 매끈하게 하는 단계; 스핀-코팅된 상기 기판 위에 폴리머 스탬프를 주조하는(casting) 단계; 양각 구조물을 갖는 폴리머 스탬프를 노출시키기 위하여 상기 기판으로부터 폴리머 스탬프를 제거하는 단계; 및 양각 구조물을 갖는 상기 폴리머 스탬프 표면 위로 장치 구성 부품을 증착하는 단계를 포함하는 인장 가능하고 구부릴 수 있는 장치의 제조를 위한 방법이 제공되며, 그에 의하여 인장 가능하고 구부릴 수 있는 장치에서 사용하기 위한 인장 가능하고 구부릴 수 있는 구성 부품을 제조할 수 있다. 일 측면에 있어서, 상기 양각 구조물들은 웨이브가 진 것이다.In one embodiment, the method includes providing a substrate having a receiving surface having a relief structure; Smoothing the relief structure by spin-coating the polymer to at least partially conformally coat the receiving surface; Casting a polymer stamp onto the spin-coated substrate; Removing the polymer stamp from the substrate to expose the polymer stamp having the relief structure; And depositing a device component on the polymer stamp surface having a relief structure, whereby a tension for use in a tensionable and bendable device is provided, It is possible to manufacture the components which are possible and bendable. In one aspect, the relief structures are wavy.

일 구현예에 있어서, 상기 구성 부품은 금속을 포함하고, 상기 금속은 전착(electrodeposition)에 의하거나, 또는, 섀도우 마스크를 제공하는 단계; 상기 섀도우 마스크를 웨이브진 표면과 접촉시키는 단계; 및 상기 웨이브진 표면 위에 섀도우 마스크에 대응하는 금속 패턴을 생성하기 위해 상기 섀도우 마스크를 통하여 금속을 증발시키는(evaporating) 단계에 의하여 증착된다. 웨이브 구조물들을 갖는 상기 기판은 Si (1 0 0)의 비등방 식각에 의하여 또는 Su-8의 엠보싱에 의하여 선택적으로 제조된다. 선택적으로 상기 웨이브진 표면은 50 nm 내지 1 mm 사이에서 선택된 범위를 갖는 파장; 100 nm 내지 1 mm 사이에서 선택된 범위를 갛는 진폭;을 갖고, 또한 100%까지 파괴됨 없이 인장될 수 있다. 선택적으로, 상기 구성 부품은 장치 기판으로 전사된다. 일 측면에 있어서, 상기 장치 구성 부품은 상호 접속부를 포함하고, 상기 방법은 추가적인 장치 구성 부품을 제공하는 단계 및 상기 상호 접속부의 일 단부와 상기 추가적인 장치 구성 부품 사이에 전기적 접촉을 형성하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, the component comprises a metal, the metal by electrodeposition, or providing a shadow mask; Contacting the shadow mask with a waved surface; And evaporating the metal through the shadow mask to create a metal pattern corresponding to the shadow mask on the waved surface. The substrate with wave structures is selectively made by anisotropic etching of Si (100) or by embossing of Su-8. Optionally, the waved surface has a wavelength ranging from 50 nm to 1 mm; An amplitude ranging from 100 nm to 1 mm, and can be stretched without destruction to 100%. Optionally, the component is transferred to the device substrate. In one aspect, the device component includes an interconnect, the method further comprising providing additional device components and forming electrical contact between the one end of the interconnect and the additional device component .

다른 측면에 있어서, 본 발명은 물질 수준 이종 집적(heterogeneous integration) 및/또는 장치 수준 이종 집적 기술을 통하여 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 장치를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 (i) 기판으로서, 상기 기판의 수용 표면에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들로 사전-패터닝된(pre-patterned) 기판을 제공하는 단계; 및 (ii) 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 그 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조물들 위에 인쇄 가능한 반도체 요소들을 접촉 인쇄함으로써 상기 기판 위에 복수의 인쇄 가능한 상기 반도체 요소들을 조립하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부는 이들이 상기 기판에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들과 공간적으로 정렬되거나, 전기적으로 접촉하거나, 또는 이들 둘 모두를 만족하도록 배치된다. 일 구현예에서, 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들 각각은 약 100 nm 내지 약 1000 마이크론의 범위로부터 선택되는 길이, 약 100 nm 내지 약 1000 마이크론의 범위로부터 선택되는 폭, 및 약 10 nm 내지 약 1000 마이크론의 범위로부터 선택되는 두께를 갖는 단일(unitary) 무기 반도체 구조물을 포함한다.In another aspect, the present invention provides a method of manufacturing an apparatus through heterogeneous integration of material levels and / or device level heterogeneous integration techniques. The method of the present invention for manufacturing an apparatus comprises the steps of: (i) providing, as a substrate, a substrate pre-patterned with one or more of the device components supported by the receiving surface of the substrate; And (ii) fabricating the plurality of printable semiconductor elements on the substrate by printing printable semiconductor elements over one or more structures provided on or on the receiving surface of the substrate. At this time, at least some of the printable semiconductor elements are arranged such that they are spatially aligned, electrically contacted, or both with one or more of the device components supported by the substrate. In one embodiment, each of the printable semiconductor elements has a length selected from the range of about 100 nm to about 1000 microns, a width selected from the range of about 100 nm to about 1000 microns, and a width of about 10 nm to about 1000 microns Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > range.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 물질 수준 이종 집적(heterogeneous integration) 및/또는 장치 수준 이종 집적 기술을 통하여 다중 수준(multilevel) 장치 구조물들을 제조하는 방법들을 제공한다. 장치를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 (i) 기판으로서, 상기 기판의 수용 표면에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들로 사전-패터닝된(pre-patterned) 기판을 제공하는 단계; (ii) 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 그 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조물들 위에 인쇄 가능한 반도체 요소들을 접촉 인쇄함으로써 상기 기판 위에 제 1 세트의 인쇄 가능한 상기 반도체 요소들을 조립하고, 그에 의하여 제 1 장치층을 생성하는 단계; (iii) 상기 제 1 세트의 인쇄 가능한 반도체 요소들 위에 수용 표면을 갖는 중간층을 제공하는 단계; 및 (iv) 상기 중간층의 수용 표면 위에 또는 그 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조물들 위에 인쇄 가능한 반도체 요소들을 접촉 인쇄함으로써 상기 중간층 위에 제 2 세트의 인쇄 가능한 상기 반도체 요소들을 조립하고, 그에 의하여 제 2 장치층을 생성하는 단계를 포함한다. 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 장치층에 있는 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분은 상기 제 2 장치층에 있는 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분과 공간적으로 정렬되거나, 전기적으로 접촉하거나, 또는 이들 둘 모두를 이룬다. 본 발명의 이러한 측면의 구체적인 방법은 상기 제 1 장치층 내의 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분과 상기 제 2 장치층 내의 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분 사이에 전기적인 접촉을 형성하는 단계를 더 포함한다.In another aspect, the present invention provides methods for fabricating multilevel device structures through material level heterogeneous integration and / or device level heterogeneous integration techniques. The method of the present invention for manufacturing an apparatus comprises the steps of: (i) providing, as a substrate, a substrate pre-patterned with one or more of the device components supported by the receiving surface of the substrate; (ii) assembling a first set of printable semiconductor elements onto the substrate by printing printable semiconductor elements over one or more structures provided on or on the receiving surface of the substrate, ; (iii) providing an intermediate layer having a receiving surface over the first set of printable semiconductor elements; And (iv) assembling a second set of printable semiconductor elements onto the intermediate layer by contact printing printable semiconductor elements over one or more structures provided on or on the receiving surface of the intermediate layer, Lt; / RTI > layer. In one embodiment, at least a portion of the printable semiconductor elements in the first device layer are spatially aligned, electrically contacted with at least a portion of the printable semiconductor elements in the second device layer, or both Respectively. A specific method of this aspect of the invention further comprises forming an electrical contact between at least a portion of the printable semiconductor elements in the first device layer and at least a portion of the printable semiconductor elements in the second device layer.

본 방법들에 있어서인쇄 가능한 반도체 요소들을 조립하고, 조직화하고 및/또는 집적하기 위한 유용한 접촉 인쇄 방법들은 건식 전사 접촉 인쇄(dry transfer contact printing), 마이크로 접촉(microcontact) 또는 나노 접촉(nanocontact) 인쇄, 마이크로 전사(microtransfer) 또는 나노 전사(nanotransfer) 인쇄, 및 자기조립 보조 인쇄(self assembly assisted printing)를 포함한다. 접촉 인쇄는 복수의 인쇄 가능한 반도체를 서로에 대하여 선택된 상대적인 방향과 위치로 조립하고 집적하는 것을 가능하게 하기 때문에, 접촉 인쇄를 사용하는 것이 본 발명에 유리하다. 또한, 본 발명에 있어서 접촉 인쇄는 반도체들(예를 들면, 무기 반도체들, 단결정 반도체들, 유기 반도체들, 탄소 나노물질들 등), 유전체들 및 도전체들을 포함하는 다양한 부류의 물질들과 구조들을 효과적으로 전사하고, 조립하고, 또한 집적하는 것을 가능하게 한다. 선택적으로 본 발명의 접촉 인쇄 방법들은 장치 기판 위에 미리 패터닝된 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들에 대하여 미리 선택된 상대적인 위치들 및 공간적 배향들에 인쇄 가능한 반도체 요소들이 고정밀도로 일치되는 전사 및 조립을 제공한다. 또한, 접촉 인쇄는 유리, 세라믹, 및 금속과 같은 통상의 경질 또는 반-경질 기판들 및 가요성 기판들, 구부릴 수 있는 기판들, 성형가능한(shapeable) 기판들, 정합될 수 있는(conformable) 기판들, 및/또는 인장 가능한 기판들과 같이 특정 응용들에 대하여 매력적인 물리적 및 기계적 성질들을 갖는 기판들을 포함하는 광범위한 유형의 기판과 양립할 수 있다. 인쇄 가능한 반도체 구조들의 접촉 인쇄 조립은, 예를 들면, 저온 공정(예를 들면, 298K 이하)과 양립할 수 있다. 이 속성은 폴리머 및 플라스틱 기판들과 같이 고온에서 분해되거나 열화되는 것들을 포함하는 소정 범위의 기판 물질들을 이용하여 본 광학 시스템이 실행되는 것을 가능하게 한다. 장치 요소들의 콘택 인쇄 전사, 조립, 및 집적은 롤-투-롤 인쇄(roll-to-roll printing) 및 플렉소 인쇄(flexographic printing) 방법들 및 시스템들과 같이 비용이 저렴하고 높은-쓰루풋을 갖는 인쇄 기술들을 통해 적용될 수 있기 때문에 유리하다.Useful contact printing methods for assembling, organizing and / or integrating printable semiconductor elements in these methods include dry transfer contact printing, microcontact or nanocontact printing, Microtransfer or nanotransfer printing, and self assembly assisted printing. It is advantageous in the present invention to use contact printing, since contact printing enables to assemble and integrate a plurality of printable semiconductors into a selected relative orientation and position with respect to each other. Further, in the present invention, contact printing is performed using various types of materials and structures including semiconductors (for example, inorganic semiconductors, single crystal semiconductors, organic semiconductors, carbon nanomaterials, etc.), dielectrics and conductors To assemble, and to integrate < / RTI > Alternatively, the contact printing methods of the present invention provide for transfer and assembly in which the printable semiconductor elements are precisely matched to pre-selected relative positions and spatial orientations for one or more pre-patterned device components on the device substrate . Contact printing can also be accomplished using conventional hard or semi-rigid substrates such as glass, ceramics, and metals and flexible substrates such as flexible substrates, bendable substrates, shapeable substrates, conformable substrates, , And / or substrates with attractive physical and mechanical properties for certain applications, such as, for example, stretchable substrates. The contact printing assembly of printable semiconductor structures may be compatible with, for example, a low temperature process (e.g., 298K or less). This property enables the present optical system to be implemented using a range of substrate materials including those that are degraded or degraded at high temperatures, such as polymer and plastic substrates. The contact printing transfer, assembly, and integration of device elements is cost-effective and has high throughput, such as roll-to-roll printing and flexographic printing methods and systems. It is advantageous because it can be applied through printing techniques.

장치들을 제조하는 본 방법들의 특정 구현예들에 있어서, 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분은 이종의 반도체 요소들을 포함한다. 소정 범위의 이종 반도체 요소들은 본 발명에 있어서 유용하다. 일 구현예, 또는 일 실시예에 있어서, 상기 이종의 반도체 요소들은 무기 반도체 구조; 및 상기 무기 반도체 구조와 상이한 조성을 갖는 무기 반도체, 상기 무기 반도체 구조와 상이한 도핑을 갖는 무기 반도체, 탄소 나노물질 또는 그의 필름, 유기 반도체, 유전 물질, 및 도전체로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 하나 또는 그 이상의 구조들;의 결합을 포함한다. 예를 들면, 일 구현예에서, 상기 이종 반도체 요소들은 단결정 실리콘, Si, Ge, SiC, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, GaSb, InP, InAs, InSb, ZnO, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, PbS, PbSe, PbTe, AIGaAs, AlInAs, AlInP, GaAsP, GaInAs, GaInP, AlGaAsSb, AlGaInP, SiGe 및 GaInAsP으로 구성되는 군으로부터 선택되는 상이한 두 반도체 물질들의 조합을 포함한다. 예를 들면, 일 구현예에 있어서, 상기 이종 반도체 요소들은 유전 물질, 도전체, 또는 유전 물질과 도전체 모두와 결합된 무기 반도체 구조를 포함한다.In certain embodiments of these methods of manufacturing devices, at least a portion of the printable semiconductor elements comprises heterogeneous semiconductor elements. A range of heterogeneous semiconductor elements are useful in the present invention. In one embodiment, or in one embodiment, the heterogeneous semiconductor elements comprise an inorganic semiconductor structure; And a material selected from the group consisting of an inorganic semiconductor having a composition different from that of the inorganic semiconductor structure, an inorganic semiconductor having a doping different from the inorganic semiconductor structure, a carbon nanomaterial or a film thereof, an organic semiconductor, a dielectric material, One or more structures. For example, in one embodiment, the heterogeneous semiconductor elements may be single crystal silicon, Si, Ge, SiC, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, GaSb, InP, InAs, InSb, ZnO , ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, PbS, PbSe, PbTe, AIGaAs, AlInAs, AlInP, GaAsP, GaInAs, GaInP, AlGaAsSb, AlGaInP, SiGe and GaInAsP Lt; RTI ID = 0.0 > semiconductor < / RTI > For example, in one embodiment, the hetero semiconductor elements comprise a dielectric material, a conductor, or an inorganic semiconductor structure combined with both a dielectric material and a conductor.

또한, 유용한 이종 반도체 요소들은 인쇄 가능한 장치 구성 요소들과 인쇄 가능한 장치들을 포함한다. 일 구현예에서, 예를 들면, 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들은 전자 장치, 전자 장치의 어레이, 광학 장치, 전자-광학 장치, 미세 유동 장치, 미세전자기계 시스템, 나노전자기계 시스템, 센서, 집적 회로, 마이크로프로세서, 및 메모리 장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 장치의 하나 또는 그 이상의 구성 부품들을 포함한다.In addition, useful hetero semiconductor elements include printable device components and printable devices. In one embodiment, for example, the printable semiconductor elements may be used in electronic devices, arrays of electronic devices, optical devices, electro-optical devices, microfluidic devices, microelectromechanical systems, nanoelectromechanical systems, sensors, A microprocessor, and a memory device. ≪ RTI ID = 0.0 > [0002] < / RTI >

특정 방법들에 있어서, 상기 이종 반도체 요소들의 적어도 일부분은 다이오드, 트랜지스터, 광전지(photovoltaic cell), 발광 다이오드, 레이저, P-N 접합, 박막 트랜지스터, 고 전자이동도 트랜지스터, 광 다이오드, 금속-산화물-반도체 전계효과 트랜지스터, 금속-반도체 전계효과 트랜지스터, 광 감지기, 논리 게이트 장치, 및 수직-공동 표면-발광 레이저로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 인쇄 가능한 반도체 장치들을 포함한다. 일 구현예에 있어서, 예를 들면, 상기 인쇄 가능한 반도체 장치들의 적어도 일부분은 상기 인쇄 가능한 반도체 장치들과 기판 위에 사전-패터닝된 전극들과의 전기적인 접촉이 제공되도록 콘택 인쇄를 통해 상기 기판 위에 조립된다.In certain methods, at least a portion of the heterogeneous semiconductor elements are selected from the group consisting of a diode, a transistor, a photovoltaic cell, a light emitting diode, a laser, a PN junction, a thin film transistor, a high electron mobility transistor, a photodiode, One or more printable semiconductor devices selected from the group consisting of an effect transistor, a metal-semiconductor field effect transistor, a photodetector, a logic gate device, and a vertical-cavity surface-emitting laser. In one embodiment, for example, at least a portion of the printable semiconductor devices are assembled onto the substrate through contact printing such that electrical contact is made between the printable semiconductor devices and electrodes pre- do.

본 발명의 방법들은 인쇄 가능한 반도체 요소들을 기판 또는 그 위에 제공된 장치 구성 부품 구조들, 층간 구조 및/또는 평탄화 또는 봉지층들과 같은 구조(들) 위에 조립하는 단계들을 다중적(multiple)으로, 그리고 선택적으로는 반복적으로 더 포함할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 예를 들면, 본 발명의 방법은 추가적인 인쇄 가능한 반도체 요소들을 기판의 수용 표면 위에 제공된 반도체 요소들 위에, 또는 상기 기판의 상기 수용 표면 위에 제공된 반도체 요소들과 상기 추가적인 인쇄 가능한 반도체 요소들 사이에 제공된 또는 하나 또는 그 이상의 중간 구조들 위에 접촉 인쇄함으로써 추가적인 인쇄 가능한 반도체 요소들을 상기 기판 위에 조립하는 단계를 더 포함한다.The methods of the present invention include multiple steps of assembling printable semiconductor elements onto a substrate or structure (s) such as device component structures, interlayer structures and / or planarization or encapsulation layers provided thereon, and And may optionally further include iteratively. In one embodiment, for example, the method of the present invention further comprises the steps of providing additional printable semiconductor elements onto semiconductor elements provided on the receiving surface of the substrate, or onto the receiving elements of the substrate, Further comprising assembling the additional printable semiconductor elements onto the substrate by contact printing provided over the elements or on one or more intermediate structures.

본 방법들에 의하여 제조된 다중층 장치 구조는 하나 또는 그 이상의 중간층(interlayer)들에 의하여 분리된 복수의 장치 층(device layer)들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 장치 층들은 인쇄 가능한 반도체 요소들을 포함한다. 일부 구현예들에 있어서, 예를 들면, 상기 장치 층들은 1 마이크론보다 작거나 같은 두께들을 갖고, 상기 중간층들은 1.5 마이크론보다 작거나 같은 두께들을 갖는다. 일부 구현예들에 있어서, 본 측면의 방법들은 상이한 장치 층들 내에 제공된 인쇄 가능한 반도체들 사이에 전기적인 콘택을 형성하는 단계를 더 포함한다.The multi-layer device structure fabricated by these methods may comprise a plurality of device layers separated by one or more interlayers. Wherein the device layers comprise printable semiconductor elements. In some embodiments, for example, the device layers have thicknesses less than or equal to 1 micron, and the intermediate layers have thicknesses less than or equal to 1.5 microns. In some embodiments, the methods of the present aspect further comprise forming an electrical contact between the printable semiconductors provided in different device layers.

본 측면의 구체적인 방법은: (i) 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 그 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조들 위에 인쇄된 인쇄 가능한 반도체 요소들의 상부 위에 중간층을 제공하는 단계; 및 (ii) 상기 중간층의 수용 표면 위에 인쇄 가능한 반도체 요소들을 접촉 인쇄함으로써 추가적인 인쇄 가능한 반도체 요소들을 조립하는 단계의 단계들을 더 포함한다. 예를 들면, 일 구현예에서, 상기 중간층의 수용 표면 위에 제공된 추가적인 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분은 상기 기판의 수용 표면 위에 제공된 인쇄 가능한 반도체 요소들과 공간적으로 정렬되거나, 전기적으로 접촉하거나, 또는 이들 둘 모두가 달성되도록 위치된다. 본 측면의 방법들은 선택적으로, (i) 중간층 내에 하나 또는 그 이상의 개구부를 패터닝하는 단계로서, 그에 의하여 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 상기 수용 표면 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조들 위에 제공된 인쇄 가능한 반도체 요소들의 하나 또는 그 이상의 영역들을 노출시키는 단계; 및 (ii) 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 상기 수용 표면 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조들 위에 제공된 인쇄 가능한 반도체 요소들과 상기 중간층의 수용 표면 위에 제공된 상기 반도체 요소들 사이에 상기 중간층 내의 개구부들을 관통하는 전기적 콘택을 형성하는 단계의 단계들을 더 포함할 수 있다.A specific method of this aspect includes the steps of: (i) providing an intermediate layer on top of printable semiconductor elements printed on one or more structures provided on or on the receiving surface of the substrate; And (ii) fabricating additional printable semiconductor elements by contact printing of printable semiconductor elements on the receiving surface of the intermediate layer. For example, in one embodiment, at least a portion of the additional printable semiconductor elements provided on the receiving surface of the intermediate layer are spatially aligned, electrically contacted with the printable semiconductor elements provided on the receiving surface of the substrate, Both are positioned to be achieved. The methods of this aspect may alternatively include the steps of: (i) patterning one or more openings in the interlayer, thereby forming a printable semiconductor element (s) on the receiving surface of the substrate or on one or more structures provided on the receiving surface Exposing one or more regions of the substrate; And (ii) a plurality of semiconductor elements disposed between the semiconductor elements provided on the receiving surface of the intermediate layer and the printable semiconductor elements provided on the receiving surface of the substrate or over one or more structures provided on the receiving surface And forming the electrical contact.

본 발명의 방법들은 수많은 선택적인 공정 단계들을 포함할 수 있다. 본 발명의 한 방법은 수용 표면 위에 접착층을 제공하는 단계를 더 포함한다. 여기서, 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들은 상기 접착층 위에 인쇄된다. 본 발명의 한 방법은 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 상기 수용 표면 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조들 위에 인쇄된 인쇄 가능한 반도체 요소들 위에 봉지층 또는 평탄화층(planarizing layer)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 한 방법은 상기 기판의 수용 표면 위에 또는 상기 수용 표면 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조들 위에 인쇄된 하나 또는 그 이상의 인쇄 가능한 반도체 요소들 또는 상기 기판의 수용 표면을 증착 방법을 통해 하나 또는 그 이상의 도전성의 얇은 필름들과 함께 패터닝하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 방법들은 가용성 기판들; 폴리머 기판들, 플라스틱 기판들, 인장 가능한 기판들; 경질 기판들; 반도체 웨이퍼들 및 콘투어된 기판(contoured substrate)을 포함하는 소정 범위의 기판들에 적용될 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다.The methods of the present invention may include a number of optional processing steps. One method of the present invention further comprises providing an adhesive layer on the receiving surface. Here, the printable semiconductor elements are printed on the adhesive layer. One method of the present invention further comprises providing an encapsulating layer or planarizing layer over the printable semiconductor elements printed on or on the receiving surface of the substrate provided over the receiving surface . One method of the present invention includes the steps of providing one or more printable semiconductor elements printed on one or more structures provided on or above the receiving surface of the substrate or a receiving surface of the substrate via one or more Or more of the conductive thin films. The methods of the present invention include: Polymer substrates, plastic substrates, stretchable substrates; Rigid substrates; But is not limited to, a range of substrates including semiconductor wafers and contoured substrates.

본 발명은 본 방법들을 이용하여 제조된 장치들과 시스템들도 포함한다. 본발명의 장치들 및 시스템들은 전자 장치들, 광학 장치들, 전자-광학 장치들, 미세유동(microfluidic) 장치들, 미세전자기계 시스템들(microelectromechanical systems), 나노전자기계 시스템들(nanoelectromechanical systems), 센서들, 집적 회로들, 마이크로프로세서들 및 메모리 장치들을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.The present invention also includes devices and systems manufactured using these methods. The devices and systems of the present invention may be used in various applications such as electronic devices, optical devices, electro-optical devices, microfluidic devices, microelectromechanical systems, nanoelectromechanical systems, But are not limited to, sensors, integrated circuits, microprocessors, and memory devices.

다른 구현예에 있어서, 본 발명은 2차원의 인장가능하고 구부릴 수 있는 장치이다. 본 측면에 있어서, 상기 장치는 접촉 표면을 갖는 기판을 포함한다. 여기서, 상기 기판 접촉 표면의 적어도 일부분에 구성 부품이 결합되고, 상기 구성 부품은 적어도 하나의 양각 구조물 영역과 적어도 하나의 실질적으로 편평한 영역을 갖는다. 여기서, 상기 양각 구조물 영역은 상기 기판과 분리된 영역을 갖고, 상기 실질적으로 편평한 영역은 상기 기판에 적어도 부분적으로 결합된다. 일 측면에 있어서, 상기 적어도 하나의 양각 구조물 영역은 기판 위에, 상기 기판 접촉 영역과 접촉하는 복수의 접촉 영역들을 갖는 웨이브 패턴과 같은, 양각 구조물들의 2차원 패턴을 갖는다.In another embodiment, the present invention is a two-dimensional stretchable and bendable device. In this aspect, the apparatus includes a substrate having a contact surface. Wherein a component is coupled to at least a portion of the substrate contacting surface, and wherein the component has at least one relief structure area and at least one substantially flat area. Wherein the relief structure region has a region separated from the substrate, and the substantially flat region is at least partially bonded to the substrate. In one aspect, the at least one relief structure region has a two-dimensional pattern of relief structures on the substrate, such as a wave pattern having a plurality of contact regions contacting the substrate contact region.

상기 기판에 상기 구성 부품을 결합하는 것을 용이하게 하기 위하여, 상기 구성 부품 또는 기판 수용 표면 중의 임의의 하나 또는 이들 둘 모두는 활성화된 영역들의 패턴과 같은, 패터닝된 영역들을 가질 수 있다. "활성 영역들"은 상기 기판 접촉 표면 또는 상기 구성 부품 위의 접착 위치들의 패턴; 각각이 공간적 변화를 갖는 기판 또는 구성 부품의 두께, 모듈러스, 온도, 조성 중의 하나 또는 그 이상으로부터 선택된 상기 기판 또는 구성 부품의 물리적 파라미터들의 선택된 패턴; 기판 표면의 화학적 개질; 및 상기 기판 접촉 표면 위의 구성 부품의 자유 에지(free edge)들에 인접하는 영역; 중의 하나 또는 그 이상에 의하는 것과 같은 결합하기 위한 수단들 및/또는 버클링을 제공하기 위한 수단들을 지칭하기 위해 널리 사용된다. 이들 파라미터들 각각의 공통된 주제는 이들이 상기 구성 부품과 상기 기판 사이의 결합을 용이하게 하거나 또는 상기 구성 부품의 공간적으로 제어된 버클링을 생성하기 위한 기구를 제공한다는 것이다. 예를 들면, 상기 실질적으로 편평한 영역 또는 상기 양각 구조물 영역의 일부분을 활성 기판 영역에 위치시킴으로써 상기 구성부품은 인장 가능한 구성 부품을 제공하기 위해 제어 가능하게 버클링될 수 있다.In order to facilitate coupling the component to the substrate, any one or both of the component or substrate receiving surfaces may have patterned regions, such as a pattern of activated regions. "Active areas" include patterns of adhesive locations on the substrate contact surface or on the component parts; A selected pattern of physical parameters of the substrate or component selected from one or more of thickness, modulus, temperature, composition of the substrate or component each having a spatial variation; Chemical modification of the substrate surface; And an area adjacent to free edges of the component on the substrate contact surface; And / or < / RTI > means for providing buckling. ≪ RTI ID = 0.0 > A common theme of each of these parameters is that they provide a mechanism for facilitating the coupling between the component and the substrate or for creating a spatially controlled buckling of the component. For example, by placing the substantially flat area or a portion of the relief structure area in the active substrate area, the component can be controllably buckled to provide a tensionable component.

여기에 개시된 임의의 방법들 및 장치들은 금속, 반도체, 절연체, 압전체(piezoelectric), 강유전체(ferroelectric), 자기변형성(magnetostrictive) 물질, 전자변형성(electrostrictive) 물질, 초전도체, 강자성(ferromagnetic) 물질, 또는 열전성(thermoelectric) 물질인 물질 중의 하나 또는 그 이상으로 구성되는 군으로부터 선택되는 구성 부품을 선택적으로 갖는다. 여기에 개시된 임의의 방법들 및 장치들은 선택적으로 전자 장치, 광학 장치, 광학-전자 장치(opto-electronic device), 기계 장치, 및 열적 장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 장치를 위한 것이다.Any of the methods and apparatus disclosed herein may be applied to a variety of electronic devices including but not limited to metal, semiconductor, insulator, piezoelectric, ferroelectric, magnetostrictive, electrostrictive, superconductor, ferromagnetic, And a component selected from the group consisting of one or more of the materials that are thermoelectric materials. Any of the methods and apparatuses disclosed herein are optionally for an apparatus selected from the group consisting of an electronic device, an optical device, an opto-electronic device, a mechanical device, and a thermal device.

일 측면에 있어서, 2차원적으로 인장 가능하고 구부릴 수 있는 임의의 장치들은, 적어도 두 개의 아일랜드들을 전기적으로 연결하는 상호 접속 양각 구조와 같이 장치 구성 부품들을 수용하기 위한 아일랜드(island)를 포함하는 실질적으로 편평한 영역을 갖는다.In one aspect, any two-dimensionally stretchable and bendable devices may be substantially (but not necessarily) substantially rectangular, including an island for receiving device components, such as interconnecting relief structures that electrically connect at least two islands And has a flat area.

일 구현예에 있어서, 임의의 기판 콘택 또는 수용 표면은 편평하거나, 실질적으로 편평하거나, 양각 구조물을 갖거나, 굴곡진 부분을 갖거나, 웨이브 부분을 갖거나 또는 PDMS 기판 또는 기판층과 같이 엘라스토머성이다.In one embodiment, any substrate contact or receiving surface may be flat, substantially planar, have a relief structure, have a curved portion, have a wavy portion, or be elastomeric, such as a PDMS substrate or substrate layer to be.

도 1은 웨이브지거나 또는 버클링된, 인장 가능한 금속 상호 접속부의 한 제조 방법을 요약한다. (a)는 순서도 요약이고, (b)는 순서도 단계들을 도시한다.Figure 1 summarizes one method of making a waved or buckled, stretchable metal interconnect. (a) is a flow chart summary, and (b) shows flowchart steps.

도 2는 강체 기판으로부터 사전-변형되고 인장 가능한 PDMS 고무 기판 위로 회수되고, 이어서 변형을 해제하여 버클링을 유발함으로써 형성된, 인장 가능하고 웨이브진/버클링된 전기 상호 접속부의 사진이다.Figure 2 is a photograph of a tensionable, waved / buckled electrical interconnect formed by being recovered from a rigid substrate onto a pre-deformed and stretchable PDMS rubber substrate and then releasing deformation to induce buckling.

도 3은 웨이브 구조의 엘라스토머 기판 위에 증착을 통해 웨이브진 인장 가능한 전극들의 한 제조 방법을 요약한다.Figure 3 summarizes one method of manufacturing electrodes that can be rolled through a deposition on an elastomeric substrate of a wave structure.

도 4는 매끈한 웨이브진 엘라스토머 기판을 제조하기 위한 한 방법을 제공한다. (a)는 순서도 요약이고, (b)는 순서도 단계들을 도시한다.Figure 4 provides one method for making a smooth waxed elastomeric substrate. (a) is a flow chart summary, and (b) shows flowchart steps.

도 5는 도 3 내지 도 4에 대략 나타낸 방법들에 의하여 생성된, 매끈하게 웨이브진 PDMS 기판의 이미지를 제공한다. 나타내어진 상호 접속부는 22.6% 인장 가능하고, 약 900 nm의 두께(700 nm Al / 200 nm Au), 약 38 마이크론의 파장 및 약 15.6 마이크론의 진폭(피크로부터 계곡까지의 거리)을 갖는 금속 상호 접속부를 갖는다.Figure 5 provides an image of a smoothly wobbled PDMS substrate produced by the methods outlined in Figures 3-4. The interconnects shown are 22.6% tensile and have a thickness of about 900 nm (700 nm Al / 200 nm Au), a wavelength of about 38 microns, and an amplitude of about 15.6 microns (distance from peak to valley) .

도 6a는 첨단부(cusp)들을 갖고 (Edmund Optics로부터) 상용으로 입수 가능한 렌즈상 어레이이다. 도 6b는 매끈하게 웨이브진 기판을 만들기 위하여 광경화성 에폭시를 스핀-코팅한 것이다. 도 6c는 매끈한 구조물을 갖는 웨이브진 엘라스토머 스탬프를 생성하기 위하여 도 6b로부터 기판에 대하여 PDMS 스탬프를 주조한 것이다.Figure 6a is a commercially available lens-phase array with cusps (from Edmund Optics). Figure 6b is a photo-curable epoxy spin-coated to make a smoothly wobbled substrate. Fig. 6c is a PDMS stamp cast on the substrate from Fig. 6b to produce a woven elastomeric stamp with a smooth structure.

도 7a 내지 도 7c는 증발(evaporation)에 의하여 섀도우 마스크를 통해 매끈하게 웨이브진 엘라스토머 기판 위로 증착된 인장 가능한 전극들이다. 상기 전극들은 장력에 의하여 ∼10%까지 인장되는 동안 전도성과 접속성을 유지한다. 스케일 바는 약 0.1 mm이다. 도 7a는 엘라스토머 기판 위의 웨이브의 단면이다. 도 7b는 증발하여 상기 웨이브진 엘라스토머 기판 위에 증착된 전극의 평면을 나타낸 현미경 사진이다. 초점면은 상기 웨이브진 양각의 피크 위에 있다. 도 7c는 증발 하여 상기 웨이브진 엘라스토머 기판 위에 증착된 전극의 평면을 나타낸 현미경 사진이다. 초점면은 상기 웨이브진 양각의 계곡 위에 있다.Figures 7A-7C are tensile electrodes deposited over a smoothly waxed elastomeric substrate through a shadow mask by evaporation. The electrodes maintain conductivity and connectivity while being stretched to ~ 10% due to tension. The scale bar is about 0.1 mm. 7A is a cross-section of a wave on an elastomeric substrate. Figure 7b is a micrograph showing the plane of the electrode evaporated and deposited on the waxed elastomer substrate. The focal plane is above the peak of the wave angular bend. Figure 7c is a micrograph showing the plane of the electrode evaporated and deposited on the waxed elastomer substrate. The focal plane is above the wave valley.

도 8은 인장 가능한 전극들을 이용하여 인장 가능한 수동 매트릭스 LED 디스플레이를 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 8 is a schematic illustration of a process for manufacturing a stretchable passive matrix LED display using tensionable electrodes.

도 9는 웨이브진 전극들을 갖는 수동 매트릭스 LED 디스플레이의 기계적인 인장 가능성을 나타낸다.Figure 9 shows the mechanical tensile potential of a passive matrix LED display with waved electrodes.

도 10은 반구 만곡부를 갖는 렌즈 위에 분포된 무기 광 다이오드 어레이들을 나타낸다. 다양한 렌즈 형태들과 각도들을 나타낸다.Figure 10 shows inorganic light diode arrays distributed over a lens with a hemispherical curvature. It shows various lens shapes and angles.

도 11은 평면 시트를 구면 주위에 쌀 때 인장 가능성이 요구되는 것을 도시한다.Fig. 11 shows that a tensile possibility is required when the flat sheet is rounded around the spherical surface.

도 12는 구형의 곡면에 정합될(conform) 수 있는 인장 가능하고 버클링된 반도체 어레이들을 제조하는 한 방법을 요약한다.FIG. 12 summarizes one method for fabricating tensile and buckled semiconductor arrays that can conform to spherical curved surfaces.

도 13은 단일 접속 그리드 구성(A 및 B), 다중 접속 (예를 들면, 이중) 그리드 구성(C), 및 꽃모양 접속 구성(D)를 갖는, 버클링되고 인장 가능한 실리콘 어레이들의 광학 현미경 이미지이다. 상기 인장 가능한 상호 접속부들은 광 다이오드, 집광/광감지 소자들, 및 다른 소자 구성 부품들을, 예를 들면, 콘택 패드 영역들에서 전기적으로 접속할 수 있다. 이들 시스템들은 곡면에 정합될 수 있다. 도 13의 A 내지 D에 나타내어진 구성들은 PDMS 기판 위에 있다.Figure 13 is an optical microscope image of buckling and tensionable silicon arrays with single connection grid configurations A and B, multiple connection (e.g., dual) grid configuration C, and flower connection configuration D to be. The tensionable interconnects may electrically connect the photodiode, the light collecting / photo sensing elements, and other component parts, for example, in contact pad areas. These systems can be matched to surfaces. The configurations shown in Figs. 13A to 13D are above the PDMS substrate.

도 14는 그리드 구성의 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들의 전자 현미경 이미지들이다. 상기 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들은 장치 구성 부품 들을 지지할 수 있고 곡면에 정합할 수 있다. 스케일 바는 A에서 200 ㎛이고 B에서 50 ㎛이다.Figure 14 is electron microscope images of buckling and tensionable silicon arrays in a grid configuration. The buckling and tensionable silicon arrays can support device components and can conform to a curved surface. The scale bar is 200 탆 for A and 50 탆 for B.

도 15는 복수의 (예를 들면 두 개의) 상호 접속부들에 의하여 서로 접속되는 이웃하는 콘택 패드들과 그리드 구성을 이루는 버클링되고 인장 가능한 실리콘 어레이들의 전자 현미경 이미지이다. 상기 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들은 장치 구성 부품들을 지지할 수 있고 곡면에 정합할 수 있다. 스케일 바는 A에서 200 ㎛이고 B에서 50 ㎛이다.15 is an electron microscope image of buckling and tensionable silicon arrays in a grid configuration with neighboring contact pads connected to each other by a plurality of (e.g., two) interconnects. The buckling and tensionable silicon arrays can support device components and can conform to a curved surface. The scale bar is 200 탆 for A and 50 탆 for B.

도 16은 꽃모양(floral) 구성의 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들의 전자 현미경 이미지들이다. 상기 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들은 장치 구성 부품들을 지지할 수 있고 곡면에 정합할 수 있다. 스케일 바는 A에서 200 ㎛이고 B에서 50 ㎛이다.16 is electron microscope images of buckling and stretchable silicon arrays in a floral configuration. The buckling and tensionable silicon arrays can support device components and can conform to a curved surface. The scale bar is 200 탆 for A and 50 탆 for B.

도 17은 브리지(bridge) 구성의 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들의 전자 현미경 이미지들이다. 상기 버클링되고 인장가능한 실리콘 어레이들은 장치 구성 부품들을 지지할 수 있고 곡면에 정합할 수 있다. 스케일 바는 A에서 200 ㎛이고 B에서 50 ㎛이다.17 is electron microscope images of buckling and stretchable silicon arrays in a bridge configuration. The buckling and tensionable silicon arrays can support device components and can conform to a curved surface. The scale bar is 200 탆 for A and 50 탆 for B.

도 18은 PDMS 상의 인장 가능하고 버클링된 실리콘 어레이 위에 그리드 어레이 구성을 갖는 광 다이오드들의 사진이다.18 is a photograph of photodiodes having a grid array configuration on a tensile and buckling silicon array on PDMS.

도 19는 인장 및 릴랙스(relaxation) 동안 상기 인장 가능한 상호 접속부들의 가역적인 거동을 실증한다. 상기 시스템은 패널 1에 릴랙스된다. 상기 시스템은 패널 2, 3 및 4에 인장 화살표에 의하여 표시된 바와 같이 인장된다. 패널 4에 서 최대 인장은 약 10%이고, 상기 인장력의 방향으로 정렬된 상호 접속부에 대하여는 실질적으로 편평한 상호 접속부를 초래한다. 상기 시스템은 패널 5 내지 8에서는 해제되며, 패널 8은 패널 1에 나타낸 것과 동등한 기하 구조 및 구성을 갖는다. 스케일 바는 0.2 mm이다.Figure 19 demonstrates the reversible behavior of the tensionable interconnects during tension and relaxation. The system is relaxed on panel 1. The system is tensioned on panels 2, 3 and 4 as indicated by the tensile arrows. The maximum tensile in panel 4 is about 10%, resulting in a substantially flat interconnect for the interconnects aligned in the direction of the tensile force. The system is released in panels 5 to 8, and panel 8 has the same geometry and configuration as shown in panel 1. The scale bar is 0.2 mm.

도 20은 편평한 기판들뿐만 아니라 곡률을 갖는 기판들에도 정합적인(conformal) 접촉이 가능한 "버블 스탬프" 또는 "풍선 스탬프" 장치이다.20 is a "bubble stamp" or "balloon stamp" device capable of conformal contact to flat substrates as well as substrates having curvature.

도 21 구면으로 굴곡진 표면과 편평한 표면에 모두 정합할 수 있는 또 다른 장치는 인장 가능한 구면-몰딩된 스탬프이다. 상기 스탬프는 굴곡진 표면(본 예에서는 오목한 렌즈) 위에 주조되어 제거된다. 상기 스탬프는 상호 접속부들이 전사될 자신의 표면을 실질적으로 편평하게 하기 위해 인장된다.Another device that can match both the spherically curved surface and the flat surface in Figure 21 is a tensile spherical-molded stamp. The stamp is cast on a curved surface (concave lens in this example) and removed. The stamp is tensioned to substantially flatten its surface to which the interconnects are to be transferred.

도 22는 "버블" 또는 "풍선" 스탬프 위에서 인장 사이클 동안 인장될 수 있는 버클링된 실리콘 어레이들을 나타낸다. 본 실시예에서, 인접하는 콘택 패드들 사이의 상호 접속부는 두 개의 웨이브진 상호 접속부들(Si 두께 290 nm)을 포함한다. 인장 테스트는 여러 방향으로의 인장을 제공하기 위하여 버블 팽창을 이용한다. 가장 오른쪽의 패널은 최대로 인장된 상태이며, 하부의 두 패널들은 인장력이 제거되었을 때, 상기 상호접속부들이 릴랙스되어 위의 왼쪽 패널에 나타낸 사전 인장된 구성으로 돌아가는 것을 보여 준다.22 shows buckled silicon arrays that can be stretched during a tension cycle on "bubble" or "balloon" stamps. In this embodiment, the interconnect between adjacent contact pads includes two wave-wise interconnects (Si thickness 290 nm). Tensile testing utilizes bubble expansion to provide tensile in several directions. The rightmost panel is fully tensioned and the bottom two panels show that when the tension is removed, the interconnects are relaxed back to the pre-tensioned configuration shown on the left panel above.

도 23은 풍선 스탬프를 통해 접착제(PDMS 또는 SU-8)가 코팅된 유리 렌즈들 위로 프린트되는 실리콘을 나타낸다.Figure 23 shows silicon printed over glass lenses coated with an adhesive (PDMS or SU-8) through a balloon stamp.

도 24는 반도체 나노리본들 내의 3D 버클링된 모양들을 제조하기 위한 공정 단계들을 요약한다. A는 UVO 마스크를 제조하고, 이를 이용하여 PDMS 기판 위에 표면 화학을 패터닝하기 위해 사용하는 것을 나타낸다. B는 버클링된 GaAs 리본들을 형성하고 이들을 PDMS 내에 내장(embed)시키는 것을 나타낸다. C는 인장 및 압축에 대한 버클링된 GaAs의 응답을 나타낸다. D는 a 및 b에서의 절차들을 사용하여 형성된 샘플의 SEM 이미지이다. 본 샘플을 제조하기 위하여 사용된 사전 변형을 60%이었으며, Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 400 ㎛이었다.Figure 24 summarizes process steps for fabricating 3D buckled shapes within semiconductor nanoribbons. A shows the preparation of a UVO mask and its use to pattern surface chemistry on a PDMS substrate. B shows buckling GaAs ribbons and embeds them in the PDMS. C represents the response of the buckled GaAs to tension and compression. D is a SEM image of a sample formed using the procedures in a and b. The pre-strain used to make this sample was 60%, W act = 10 탆, and W in = 400 탆.

도 25는 PDMS 기판들 위에 33.7%의 사전 변형과 (A) Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 190 ㎛; 및 (B) Wact = 100 ㎛, 그리고 Win = 100 ㎛를 이용하여 형성된 버클링의 프로파일들의 측면도이다. 두 샘플들은 모두 리본들이 PDMS로부터 탈착됨에 기인하는 비활성화된 영역들의 버클링들을 나타낸다. 작은 피크들을 갖는 사인파들은 Wact = 100 ㎛를 갖는 활성화된 영역들에서만 형성되었다. 이들 두 샘플들의 비교는 Wact를 임계값보다 작게 선택함으로써 작은 웨이브의 구조가 형성되는 것을 피할 수 있음을 나타낸다.Fig. 25 shows (A) W act = 10 [mu] m and W in = 190 [mu] m pre-strain on PDMS substrates at 33.7%; And (B) W act = 100 ㎛ , and a side view of the profile of the buckling that is formed by using the W in = 100 ㎛. Both samples represent buckling of deactivated regions resulting from the ribbon being desorbed from the PDMS. Sine waves with small peaks were formed only in the activated regions with W act = 100 탆. A comparison of these two samples indicates that by choosing W act less than the threshold, the formation of a structure of a small wave can be avoided.

도 26은 PDMS 내에 내장된 버클링된 GaAs 리본을 마이크로토밍(microtoming)한 후의 측면 이미지이다. 본 이미지는 PDMS가 리본들과 그 하부에 놓인 기판들 사이의 갭을 완전히 채우고 있음을 보여준다. 이 경우에 있어서, 상기 버클링들은 60%의 사전변형과 Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 300 ㎛에 대하여 형성되었다. 이들 버클링된 리본들의 표면 위에 주조된 PDMS 프리폴리머는 65 ℃의 오븐에서 4시간 동 안 경화된다.Figure 26 is a side view after microtoming of the buckling GaAs ribbon embedded within the PDMS. This image shows that the PDMS completely fills the gap between the ribbons and the underlying substrates. In this case, the buckling are formed with respect to the pre-transformation and W = 10 act ㎛, and W in = 300 ㎛ of 60%. The PDMS prepolymer cast on the surface of these buckled ribbons is cured for 4 hours in an oven at 65 占 폚.

도 27은 버클링된 (A 및 D) GaAs와 (B, C) Si 리본들의 측면 프로파일들의 광학 현미경 사진이다. A는 상이한 사전 변형(11.3%, 25.5%, 33.7% 및 56.0% (위에서 아래로))과 Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 190 ㎛에 대하여 패터닝된 PDMS 위에 형성된 GaAs 리본 구조물들이다. εpre= 33.7% 및 56.0%에 대한 점선들은 수학적으로 예측된 상호 접속부 기하 형태이다. B는 50%로 사전 변형되고, Wact = 15 ㎛, 그리고 Win = 350, 300, 250, 250, 300, 및 350 ㎛(왼쪽에서 오른쪽)에 대하여 패터닝된 PDMS 기판 위에 형성된 Si 리본 구조물들이다. 본 이미지는 샘플을 45°기울여서 촬영되었다. C는 50% 사전 변형되고, 리본의 길이 방향에 대하여 30°의 각도로 방향을 갖는 접착 위치들(Wact = 15 ㎛, 그리고 Win = 250 ㎛)과 평행한 선들로 패터닝된 PDMS 기판 위에 형성된 Si 리본 구조물들이다. 본 이미지는 샘플을 75°기울여서 촬영되었다. D는 60% 사전 변형되고 Wact = 10 ㎛이며 상이한 Win = 100, 200, 300, 및 400 ㎛(위에서 아래로)에 대한 PDMS 기판 위에 형성된 GaAs 리본 구조물들이다.27 is an optical microphotograph of side profiles of buckled (A and D) GaAs and (B, C) Si ribbons. A are GaAs ribbon structures formed on patterned PDMS for different pre-strains (11.3%, 25.5%, 33.7% and 56.0% (top to bottom)) and W act = 10 μm and W in = 190 μm. The dotted lines for ε pre = 33.7% and 56.0% are mathematically predicted interconnection geometry. B are preformed to 50% and are Si ribbon structures formed on a patterned PDMS substrate for W act = 15 μm and W in = 350, 300, 250, 250, 300, and 350 μm (left to right). This image was taken with the sample tilted 45 °. C is formed on a PDMS substrate patterned with lines that are 50% pre-strained and parallel to the bonding positions (W act = 15 m, and W in = 250 m) having a direction at an angle of 30 ° to the longitudinal direction of the ribbon Si ribbon structures. This image was taken with the sample tilted at 75 °. D are GaAs ribbon structures formed on a PDMS substrate for 60% pre-strain and W act = 10 μm and different W in = 100, 200, 300, and 400 μm (top to bottom).

도 28은 PDMS 내에 내장된 버클링된 GaAs 리본들의 인장 및 압축을 나타낸다. A는 상이한 수준의 인장 변형(양의 %)만큼 인장된 단일 버클링 리본의 이미지이다. 거의 50% 파괴가 발생한다. B는 상이한 수준의 압축 변형(음의 %)만큼 압축된 단일 버클링 리본의 이미지이다. ∼-15%보다 큰 압축 변형에 대하여 버클링 들의 피크에 작고, 짧은 주기를 갖는 웨이브의 기하구조들이 나타난다. C는 상이한 수준의 압축 변형으로 압축된 단일 버클링 리본의 이미지이다. 이들 경우에 있어서 상기 버클링들은 60%의 사전 변형과, Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 400 ㎛(A, B) 그리고 Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 300 ㎛(C)에 대하여 형성되었다. 각 패널에서의 적색선과 화살표들은 기계적인 변형을 강조하기 위하여 동일한 리본들 위의 동일한 위치들을 표시한다. 삽입 사진들은 흰색 상자로 표시한 부분의 확대 이미지를 제공하며 고압축 변형들에서의 크랙들의 발생을 명확하게 보여준다. 인장 및 압축도에 대응되는 숫자들은 하기 식에 따라 계산되었다.28 shows tension and compression of buckled GaAs ribbons embedded within a PDMS. A is an image of a single buckling ribbon tensioned at different levels of tensile strain (% of the amount). Nearly 50% destruction occurs. B is an image of a single buckling ribbon compressed at different levels of compression strain (% negative). For compressive strains greater than ~ -15%, the wave geometries of the wave with small, short periods appear at the peak of the buckling. C is an image of a single buckling ribbon compressed with different levels of compression deformation. With respect to the buckling are pre-modified with, W act = 10 ㎛, and W in = 400 ㎛ (A, B) and W act = 10 ㎛, and W in = 300 ㎛ (C) of 60% in these cases . The red lines and arrows on each panel indicate the same positions on the same ribbons to emphasize mechanical deformation. The inserts provide an enlarged view of the portion marked with a white box and clearly show the occurrence of cracks in the high compression strains. Numbers corresponding to the tensile and compressive degrees were calculated according to the following equation.

Figure 112009020697579-pct00001
Figure 112009020697579-pct00001

도 29는 2층의 버클링된 GaAs 리본 어레이를 갖는 샘플의 사진이다. 본 구조는 순차 적층(layer by layer) 방식으로 제조된다. GaAs 리본의 제 1 층(60%의 사전 변형과, Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 400 ㎛로 정의된 버클링된 기하 구조)은 PDMS 내에 내장된다. 버클링된 리본들의 제 2 층은 50%의 사전 변형과 Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 300 ㎛를 이용하여 이 기판의 표면 위에 형성된다.29 is a photograph of a sample with a two layer buckling GaAs ribbon array. The structure is fabricated in a layer by layer manner. A first layer of GaAs ribbon (pre-strain of 60% and, W act = 10 ㎛, and W = the buckle in the geometry of the ring defined as 400 ㎛) is embedded in the PDMS. The second layer of the ring buckle ribbon using a pre-deformation and W act = 10 ㎛, and W in = 300 ㎛ of 50% is formed on the surface of the substrate.

도 30은 PDMS의 표면들 위와 매트릭스 내의 버클링된 리본들의 구부림을 나타낸다. A-C는 오목하거나(A), 편평하거나(B) 또는 볼록한(C)의 표면들을 갖는 PDMS 위에 있는 버클링된 GaAs 리본들의 낮은 배율(왼쪽 위쪽 프레임) 및 고배율 (오른쪽 프레임), 그리고 개략도(왼쪽 아래 프레임)의 광학 현미경 이미지들이다. c에 있는 스케일바는 a 및 b에도 적용된다. d는 (왼쪽) 구부리기 전의 그리고 (오른쪽) 구부린 후의 PDMS 내에 내장된 버클링된 리본들의 이미지들이다. 오른쪽 이미지에 있는 스케일바는 왼쪽 이미지들에도 적용된다. 버클링된 상기 리본들은 60%의 사전 변형과 Wact = 10 ㎛, 그리고 Win = 400 ㎛로 형성되었다.30 shows the bending of the buckled ribbons on the surfaces of the PDMS and in the matrix. AC is a low magnification (upper left frame) and a higher magnification (right frame) of buckled GaAs ribbons on a PDMS with concave or flat (A), flat (B) or convex (C) Frames). ≪ / RTI > The scale bars in c apply to a and b. d is the image of the buckled ribbons embedded in the PDMS before (left) bending and (right) bending. The scale bar in the right image applies to the left images as well. Buckling of the ribbon are formed by pre-deformation and W act = 10 ㎛ of 60%, and W in = 400 ㎛.

도 31은 인장 가능한 금속-반도체-금속 광 감지기(MSM PDs: metal-semiconductor-metal photodetectors)를 특성화한 것이다. A는 기하 구조를 개념적으로 도시한 것(위), 동등한 회로(중간), 및 인장하기 전과 인장된 동안의 버클링된 PD의 광학 이미지(아래)이다. B는 상이한 출력 세기를 갖는 IR 램프에 의하여 조사된 버클링된 PD로부터 기록된 전류(I)-전압(V) 곡선들이다. 일정한 휘도로 조사된 PD가 상이한 정도로 인장되거나(C) 또는 압축되었을 때(D)의 I-V 특성들이다.Figure 31 is a characterization of a metal-semiconductor-metal photodetectors (MSM PDs) that are stretchable metal-semiconductor-metal photodetectors. A is a conceptual illustration of the geometry (above), an equivalent circuit (middle), and an optical image of the buckled PD (below) before and after tension. B are current (I) -voltage (V) curves recorded from a buckled PD illuminated by an IR lamp having different output intensities. The I-V characteristics of (D) when PD irradiated with a constant brightness are stretched to different degrees (C) or compressed (D).

도 32는 반구형 엘라스토머 전사 '스탬프'가 통상의 웨이퍼로부터 상호 연결된 Si CMOS '칩렛(chiplet)'들을 리프트오프(liftoff) 시키고, 그 후 그들의 기하 구조를 반구형 모양으로 전환할 수 있음을 나타낸다. 상기 칩렛들 사이의 '팝-업' 상호 접속부들은 이러한 평면으로부터 곡면으로의 전환과 관련된 변형들을 수용한다.Figure 32 illustrates that a hemispherical elastomeric transfer ' stamp ' can lift off Si CMOS 'chiplets' interconnected from conventional wafers and then convert their geometry into a hemispherical shape. The " pop-up " interconnections between the chippets accept transformations related to this planar to curved transition.

도 33은 상호 접속된 CMOS 칩렛들을 반구형 스탬프로부터, 그에 매치되는 반구형 장치 기판으로 전사하는 것을 나타낸다. 광 경화성 접착층이 상기 CMOS를 장 치 기판에 결합하며, 상기 표면을 평탄화한다.Figure 33 illustrates transfer of interconnected CMOS chips from a hemispherical stamp to a hemispherical device substrate that matches it. A photocurable adhesive layer couples the CMOS to the device substrate and planarizes the surface.

도 34는 반구형 스탬프와 양립 가능한 고정물(fixturing), 액츄에이터 및 시각화 시스템을 갖는 프린터 장치를 나타낸다.Figure 34 shows a printer apparatus having a hemispherical stamp and a compatible fixturing, actuator and visualization system.

도 35는 반구형 스탬프 위의, '팝업' 리본 상호 접속부들에 의하여 전기적으로 연결되는 단결정 실리콘 아일랜드들의 압축 가능한 어레이를 나타낸다.35 shows a compressible array of single crystal silicon islands electrically connected by " pop-up " ribbon interconnects, above a hemispherical stamp.

도 36은 ∼ 2 cm의 곡률 반경을 갖는 반구형 스탬프의 표면 위로 '링크된' 상호 접속된 단결정 실리콘 아일랜드 어레이의 광학 이미지이다.Figure 36 is an optical image of an interconnected monocrystalline silicon island array 'linked' over the surface of a hemispherical stamp having a radius of curvature of ~ 2 cm.

도 37은 반구형 스탬프들에 대하여 사용될 수 있는 다양한 실리콘 엘라스토머에 대한 응력/변형 곡선들이다. 20% 미만의 변형에 대하여 선형이며, 완전히 탄성인 응답들이 중요하다.Figure 37 is stress / strain curves for various silicone elastomers that can be used for hemispherical stamps. Responses that are linear and completely elastic for strains less than 20% are important.

도 38은 초기에 0.57 mm의 균일한 두께를 갖는 반구형 스탬프에서의 구형으로부터 평면으로의 변환을 유한 요소 모델링한 것이다.Figure 38 is a finite element modeling of spherical to planar transformation in a hemispherical stamp initially having a uniform thickness of 0.57 mm.

도 39는 탄성 지지체 위의 2차원의 "웨이브진" 반도체 나노막을 제조하기 위한 단계들을 개념적으로 나타낸 것이다.39 is a conceptual illustration of steps for fabricating a two-dimensional "waved" semiconductor nanomembrane on an elastic support.

도 40의 (a 내지 f)는 실리콘 나노막들을 형성하는 과정에서 다양한 단계들에서의 2D 웨이브진 구조물들의 광학 현미경 사진들이다. 삽입 사진들은 2차원 파워 스펙트럼들을 보여 준다. (g)는 완전히 발전된 구조물의 저배욜 이미지이다. 이 샘플에 대하여 실리콘의 두께는 100 nm이고, 측방향 치수는 ca. 4×4 mm2이고, 기판은 PDMS이고, 열적으로 유발된 사전 변형은 3.8%이다. (h)는 프레임 (a 내지 f)에 대응되는 단파장의 플롯이고, (i)는 프레임 (g)의 다양한 지점에서 평가된 장파장의 히스토그램이다.40 (a) to (f) are optical microscope photographs of 2D wave structures at various stages in the process of forming silicon nanofibers. Insert images show two-dimensional power spectra. (g) is an image of a fully developed structure. For this sample, the thickness of silicon is 100 nm and the lateral dimension is ca. 4 x 4 mm 2 , the substrate is PDMS, and the thermally induced pre-strain is 3.8%. (h) is a plot of a short wavelength corresponding to the frames (a to f), and (i) is a histogram of a long wavelength evaluated at various points of the frame (g).

도 41은 PDMS 위의 2D 웨이브진 Si 나노막의 (a) AFM 이미지이고 (b 내지 d) SEM 이미지들(경사 각도 60°)이다. 상기 실리콘의 두께는 100 nm이고, 열적 사전 변형은 3.8%이다. 이들 이미지에서는 상기 웨이브 패턴의 고도로 주기적인 성질, Si에 식각된 구멍들 근처의 PDMS와 Si의 가장자리에서 볼 수 있는 밀접한 접촉에 의하여 증명되는 바와 같은 Si와 PDMS 사이의 우수한 결합, 및 웨이브 구조물들과 이들 구멍들의 위치들 사이의 상호 무관련성이 흥미롭다.41 is (a) AFM image (b to d) and SEM images (tilt angle 60 [deg.]) Of a 2D wave-wise Si nanomembrane over PDMS. The thickness of the silicon is 100 nm and the thermal pre-strain is 3.8%. These images illustrate the highly periodic nature of the wave pattern, a good bond between Si and PDMS as evidenced by close contact visible at the edges of PDMS and Si near the Si etched holes, The mutual irrelevance between the locations of these holes is interesting.

도 42의 (a)는 3.8%의 열적 사전 변형으로 형성되고 PDMS 위에 다양한 두께(55, 100, 260, 320 nm)를 갖는 2D 웨이브진 Si 나노막들의 광학 현미경 사진들이고, (b)는 Si 두께에 대한 단파장과 진폭의 의존성을 나타낸다.Figure 42 (a) is optical micrographs of 2D wave-grown Si nanofibers formed with a 3.8% thermal pre-strain and having various thicknesses (55, 100, 260, 320 nm) on PDMS, And the dependence of amplitude on the short wavelength.

도 43의 (a)는 세 개의 상이한 방향들에서 적용된, 상이한 일축성 변형들 하에서의 2D 웨이브진 Si 나노막들의 광학 현미경 사진들이다. 이들 샘플들은 PDMS 위의 100 nm의 두께를 갖고, 3.8%의 열적 사전 변형으로 형성되는 Si 막들로 구성된다. 상기 이미지들은 인장하기 전의 릴랙스된 상태(최상부 프레임들), 인장한 후에 릴랙스된 상태(최하부 프레임들), 그리고 일축성으로 적용된 인장 변형이 1.8%일 때(위에서 두 번째 프레임), 및 3.8%일 때(아래에서 두 번째 프레임) 수집되었다. (b)는 상이한 세 방향으로 적용된 변형에 대한 단파장의 의존성을 나타낸다.Figure 43 (a) is optical micrographs of 2D wave-wise Si nanofibers under different uniaxial strains, applied in three different directions. These samples have a thickness of 100 nm on the PDMS and consist of Si films formed with a 3.8% thermal pre-strain. The images are shown in the relaxed state (top frames) before stretching, in the relaxed state after the stretch (bottom frames), and when the uniaxially applied tensile strain is 1.8% (second frame above) When it was collected (second frame from below). (b) show the dependence of the short wavelength on the strain applied in three different directions.

도 44는 2D 웨이브진 Si 나노막의 상이한 영역들의 AFM 이미지들로서, 상기 막의 가장자리 근처의 영역(상부 프레임), 이 가장자리 영역으로부터 약간 떨어진 영역(가운데 프레임), 및 상기 막의 중앙 근처의 영역(하부 프레임)의 1D 웨이브진 기하학적인 특성을 보여준다. 본 샘플은 PDMS 위의 100 nm의 두께를 갖는, 3.8%의 열적 사전 변형으로 형성된 Si 막으로 구성된다.44 shows AFM images of different areas of the 2D wave-wise Si nanofibers, in which an area (upper frame) near the edge of the film, an area slightly spaced from this edge area (middle frame), and an area near the center of the film 1D wave geometric characteristics of the wave. This sample consists of a Si film formed with a 3.8% thermal pre-strain, with a thickness of 100 nm on the PDMS.

도 45는 1000 ㎛의 길이와 100, 200, 500, 및 1000 ㎛의 폭들을 갖는 2D 웨이브진 Si 나노막들의 광학 현미경 사진들이다. 이들 막들은 모두 100 nm의 두께를 가지며, 동일한 PDMS 기판 위에, (a) 2.3% 및 (b) 4.8%의 열적 사전 변형으로 형성되었다. (c)는 유사 막들에 있어서 사전 변형에 대한 가장자리 효과 길이의 의존성을 나타낸다.Figure 45 is optical micrographs of 2D wave-grown Si nanofibers having a length of 1000 [mu] m and widths of 100, 200, 500, and 1000 [mu] m. These films all have a thickness of 100 nm and were formed on the same PDMS substrate by (a) 2.3% and (b) 4.8% thermal pre-strain. (c) shows the dependence of the edge effect length on the pre-strain in the similar films.

도 46은 (a) 원형, (b) 타원형, (c) 육각형, 및 (d) 삼각형의 상이한 모양들을 갖는 2D 웨이브진 Si 나노막들의 광학 현미경 사진들이다. 이들 막들은 모두 100 nm의 두께를 갖고, PDMS 위에 4.8%의 열적 사전 변형으로 형성되었다.Figure 46 is optical micrographs of 2D waveguide Si nanofilms having different shapes of (a) circular, (b) elliptical, (c) hexagonal, and (d) triangular. All of these films had a thickness of 100 nm and were formed with 4.8% thermal pre-strain on PDMS.

도 47은 상호 접속된 편평한 아일랜드들의 어레이에 2D 인장 가능성을 부여하기 위하여 가장자리 효과들을 이용하도록 설계된 모양들을 갖는 Si 나노막들의 웨이브진 구조들을 보여주는 광학 현미경 사진들이다. 여기에 도시된 두 경우들 모두에 있어서, 상기 Si는 100 nm 두께를 갖고, 정사각형들은 100×100 ㎛이고, 리본 접속부들은 30×150 ㎛ 라인들이다. 사전 변형은 (a, e) 2.3%, 그리고 (c, g) 15%이다. (a, c, e, g)의 리본들과 정사각형들을 보여주는 선택된 영역들의 SEM 이미지들(경사 각도 75°)은 각각 (b, d, f, h)에 보여진다. 고배율 SEM 이미지들의 삽입 사진들은 b 및 d에서 웨이브들의 상승된 영역들을 보여준다.Figure 47 is an optical micrograph showing the waved structures of Si nanofilms with shapes designed to utilize edge effects to impart 2D tensile potential to an array of interconnected flat islands. In both of the cases shown here, the Si has a thickness of 100 nm, the squares are 100 x 100 mu m, and the ribbon connections are 30 x 150 mu m lines. Pre-transformation is (a, e) 2.3% and (c, g) 15%. SEM images (tilt angles of 75 °) of the selected regions showing the ribbons and squares of (a, c, e, g) are shown at (b, d, f, h), respectively. Insert images of high magnification SEM images show elevated areas of the waves at b and d.

도 48은 PDMS 기판 웨이브 상의 2D 웨이브 Si 나노막 (100 nm 두께, 4×5 mm2, 및 3.8% 열적 사전 변형) 샘플의 사진이고(상부 프레임), 그리고 (i) 가장자리에서의 1D 웨이브들, (ii) 더 안쪽 영역에서의 헤링본(herringbone) 웨이브들, 그리고 (iii) 중앙에서의 무질서한 헤링본 웨이브들이다. 스케일 바는 50 ㎛이다.Figure 48 is a photograph (upper frame) of a 2D wave Si nanomembrane (100 nm thick, 4 x 5 mm 2 , and 3.8% thermal pre-strain) samples on a PDMS substrate wave and (i) 1D waves at the edge, (ii) herringbone waves in the inner area, and (iii) disordered herringbone waves in the center. The scale bar is 50 탆.

도 49는 헤링본 웨이브 구조물들에서 특성 길이들(characteristic lengths)을 나타내는 개략도이다.Figure 49 is a schematic diagram illustrating characteristic lengths in herringbone wave structures.

도 50은 Si 변형을 헤링본 및 1D 웨이브들에서 적용된 열적 사전 변형의 함수로 나타낸 것이다. Si 변형은 εSi=(L-λ)/λ에 의하여 실험적으로 측정되었고, 여기서 L 및 λ는 AFM 표면 프로파일에서 표면 및 수평 거리이다.Figure 50 shows the Si strain as a function of thermal pre-strain applied in herringbone and 1D waves. The Si strain was experimentally measured by ε Si = (L-λ) / λ, where L and λ are the surface and horizontal distance in the AFM surface profile.

도 51은 인장 시험(∼εst = 4.0%)의 사이클들 후의 헤링본 웨이브들의 광학 현미경 이미지들이다. 상기 테스트 샘플은 100 nm 두께의 Si 막과 3.8% 이축성(biaxial) 열적 사전 변형으로 준비되었다. 헤링본 웨이브들은 15회까지의 인장 테스트 사이클 후에도 막의 크랙에 기인하는 일부 결함들을 제외하고는 최초와 거의 유사한 구조를 갖도록 복원되었다.Figure 51 is optical microscope images of herringbone waves after the cycles of the tensile test (~ e st = 4.0%). The test sample was prepared with a Si film of 100 nm thickness and a 3.8% biaxial thermal pre-strain. Herringbone waves were restored to have a structure similar to the original, except for some defects due to film cracks, after up to 15 tensile test cycles.

도 52는 일축성 인장 변형의 적용에 따른 헤링본 웨이브들의 '펼쳐짐(unfolding)'을 개략적으로 도시한 것이다. 압축성 변형 εcp는 인장 변형 εst과 관련된 포아송 효과(Poisson effect)에 기인한다.Figure 52 schematically illustrates the " unfolding " of herringbone waves according to the application of a uniaxial tensile strain. The compressive strain ε cp is due to the Poisson effect associated with the tensile strain ε st .

도 53은 이축성 인장 테스트로서의 가열 및 냉각 과정 동안 헤링본 웨이브들의 모폴로지 변화의 광학 현미경 이미지들이다. 테스트 샘플은 100 nm 두께의 Si 막과 2.9% 이축성 열적 사전 변형으로 준비되었다.Figure 53 is optical microscope images of the morphological changes of herringbone waves during the heating and cooling process as a biaxial tensile test. The test samples were prepared with a 100 nm thick Si film and a 2.9% biaxial thermal pre-strain.

도 54는 구조화되어 웨이브진 마스터 위에 증착하고, 이어서 상기 마스터 위에 스탬프를 캐스트(cast)하고, 상기 스탬프를 경화시키고, 그리고 그에 의하여 해제와 함께 상기 전극들을 마스터로 전사함으로써 웨이브지고 인장가능한 전극들을 제조하는 한 방법을 요약한다.Figure 54 illustrates the fabrication of waved and stretchable electrodes by structuring and depositing onto a waved master, then casting the stamp over the master, curing the stamp, and thereby transferring the electrodes to the master with release One way to do that is summarized.

도 55는 도 54의 방법과 조합된 도 4의 방법들에 의하여 제조된 웨이브진 PDMS 위의 인장 가능한 금속 전극들(Au, 300 nm 두께)의 이미지를 제공한다. 아래쪽 패널은 상기 인장 가능하고 웨이브진 금속 전극들의 전기 저항 측정 데이터를 적용된 인장 변형(30%까지)의 함수로서 나타낸 그래프이다.Figure 55 provides images of the stretchable metal electrodes (Au, 300 nm thick) on the waved PDMS fabricated by the methods of Figure 4 in combination with the method of Figure 54. The bottom panel is a graph showing the electrical resistance measurement data of the tensile and wavy metal electrodes as a function of the applied tensile strain (up to 30%).

도 56은 플렉서블하고 인장가능한 iLED 스트립-광원을 제조하기 위한 본 방법의 응용 실시예이다. (a)는 상기 장치가 크게 구부릴 수 있음을 나타내는 마이크로 사진이고, 이 실시예에서는 구부림 반경이 0.85 cm이다. (b)는 웨이브진 PDMS 기판 위의 인장 가능한 금속의 단면(위쪽 패널, 스케일바는 40 ㎛)과 평면(아래쪽 패널, 스케일바는 3 mm)을 제공한다. 상기 금속은 물리적 성질의 심각한 열화 없이 약 30% 인장 가능하다. (c)는 ((b)에 나타낸) PDMS 위의 사인파로 웨이브진 금속 상호 접속부들의 진폭(원, 오른쪽 축)과 파장(정사각형, 왼쪽 축)에 대한 국부적인 변형의 영향을 나타낸 그래프이다. 변형이 증가함에 따라 이에 대응하여 금속의 파장이 증가하고 진폭이 감소한다.56 is an application example of the present method for manufacturing a flexible and stretchable iLED strip-light source. (a) is a microphotograph showing that the device can be significantly bent, and in this embodiment the bending radius is 0.85 cm. (b) provides a cross-section (top panel, 40 μm scale bar) and plane (bottom panel, 3 mm scale bar) of the stretchable metal on the wafers PDMS substrate. The metal is about 30% tensile without significant deterioration of physical properties. (c) is a graph showing the effect of local deformation on the amplitude (circle, right axis) and wavelength (square, left axis) of the sine wave-wised metal interconnects (shown in (b)). As the deformation increases, the wavelength of the metal increases and the amplitude decreases.

도 57은 이종의 3차원 전자 장치를 위한 인쇄된 반도체 나노 물질들에 기반한 접근을 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 공정은 소스 기판들 위에 개별적으로 형성된 나노튜브류, 나노와이어류, 나노리본류 또는 다른 활성 나노 물질들의 집합을 공통 장치 기판 위로 반복적으로 전사 인쇄하여 극초박형의 다층 적층 기하 구조를 갖는 상호 접속된 전자 장치를 생성하는 것을 수반한다.Figure 57 is a schematic representation of an approach based on printed semiconductor nanomaterials for heterogeneous three-dimensional electronic devices. The process may include repeatedly transferring and printing a collection of nanotubes, nanowires, nanoribbons, or other active nanomaterials individually formed over the source substrates onto a common device substrate to form interconnected electrons having ultra-thin multi-layer stack geometry ≪ / RTI > device.

도 58의 (A)는 반도체를 위해 인쇄된 실리콘 나노리본들을 사용하는 단결정 실리콘 금속 산화물 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs: metal oxide field effect transistors)의 어레이의 3차원 다층 적층체의 광학 현미경 사진이다. 이 이미지의 (1st라고 표시된) 아래쪽, (2nd라고 표시된) 중간, 그리고 (3rd라고 표시된) 위쪽 부분은 장치의 하나, 둘 또는 세 층들을 갖는 영역들에 각각 대응된다. (B)는 개략적인 단면도(위) 및 사시도(아래)이다. S, D 및 G는 각각 소스, 드레인, 및 게이트 전극(모두 금색으로 나타냄)을 가리킨다. 밝고 어두운 청색 영역들은 실리콘 리본들의 도핑되고 도핑되지 않은 영역들에 대응되고; 자주색 층은 SiO2 게이트 유전체이다. (C)는 (A) 및 (B)에 나타낸 것과 같은 장치 기판 위에 공초점 현미경(confocal microscopy)에 의해 수집된 3차원 이미지들이다(왼쪽 프레임: 평면도; 오른쪽 프레임: 사시도). 상기 층들은 식별의 편리를 위해 색채화되었다(금색: 상부층; 적색: 중간층; 청색: 하부층; 실리콘: 회색). (D)는 각 층에 있는 Si MOSFET의 전류-전압 특성으로서, 우수한 성능(470±30 cm2/Vs의 이동도)과 성질들의 양호한 균일성을 보인다. 채널 길이와 폭은 각각 19 및 200 ㎛이다.Figure 58 (A) is an optical microphotograph of a three-dimensional multi-layer stack of single crystal silicon metal oxide field effect transistors (MOSFETs) using silicon nanoribbons printed for semiconductors. The bottom portion (labeled 1st), the middle portion (labeled 2nd), and the top portion (labeled 3rd) of this image correspond to regions having one, two, or three layers of the device, respectively. (B) are a schematic sectional view (upper) and a perspective view (lower). S, D, and G indicate source, drain, and gate electrodes (all shown in gold). Bright and dark blue regions correspond to doped and undoped regions of the silicon ribbons; The purple layer is a SiO 2 gate dielectric. (C) are three-dimensional images (left frame: top view, right frame: perspective view) collected by confocal microscopy on a device substrate as shown in (A) and (B). The layers were colored for the convenience of identification (gold: top layer; red: interlayer; blue: bottom layer; silicone: gray). (D) shows good performance (mobility of 470 ± 30 cm 2 / Vs) and good uniformity of properties as the current-voltage characteristic of the Si MOSFET in each layer. The channel length and width are 19 and 200 탆, respectively.

도 59의 (A)는 3층으로 적층된 GaN 나노리본 HEMT들, Si 나노리본 MOSFET들 및 SWNT 네트워크 TFT들을 포함하는 3차원적인 이종 집적된 전자 장치의 광학 현미 경 사진이다. (B)는 공초점 현미경에 의하여 수집된 3차원 이미지이다. 층들은 식별의 편의를 위해 색채화되었다(금색: 상부층, Si MOSFET들; 적색: 중간층, SWNT TFT들; 청색: 하부층). (C)는 상기 제 1 층 위의 GaN 소자들(채널 길이, 폭 및 게이트 폭은 각각 20, 170, 및 5 ㎛), 제 2 층 위의 SWNT 소자들(채널 길이 및 폭은 각각 50, 및 200 ㎛), 및 제 3 층 위의 Si 소자들(채널 길이 및 폭은 각각 19 및 200 ㎛)의 전기적 특성들이다. (D)는 각 층의 소자들(검은 정사각형: Si MOSFET들; 적색 원: SWNT TFT들; 녹색 삼각형: GaN HEMT들)의 정규화된 트랜스컨덕턴스(transconductance)(gm/g0m)를 플라스틱 기판의 구부림 반경의 함수로 나타낸 것이다(왼쪽). 구부려진 시스템 및 프로빙 장치의 이미지이다(오른쪽).59 (A) is an optical micrograph of a three-dimensional heterogeneous electronic device including GaN nano-ribbon HEMTs stacked in three layers, Si nano ribbon MOSFETs, and SWNT network TFTs. (B) is a three-dimensional image collected by a confocal microscope. Layers were colored for ease of identification (gold: top layer, Si MOSFETs; red: middle layer, SWNT TFTs; blue: bottom layer). (Channel length, width, and gate width of 20, 170, and 5 占 퐉, respectively), SWNT elements on the second layer (channel length and width of 50, 200 탆), and the Si characteristics of the third layer (channel length and width are 19 and 200 탆, respectively). (D) shows the normalized transconductance (g m / g 0m ) of the elements of each layer (black square: Si MOSFETs; red circle: SWNT TFTs; green triangles: GaN HEMTs) As a function of the bending radius (left). The image of the bent system and probing device (right).

도 60의 (A)는 폴리이미드 기판 위의 3D 실리콘 NMOS 인버터들의 인쇄된 어레이의 이미지이다. 상기 인버터들은 상이한 두 수준 상에 있고 전기적 비아(via) 구조물에 의하여 상호접속된 MOSFET들(채널 길이는 4 ㎛, 부하-구동부(load-to-driver) 폭 비율은 6.7, 및 구동부 폭은 200 ㎛)로 구성된다. 오른쪽 위쪽의 이미지는 왼쪽 프레임의 적색 상자로 표시된 영역의 확대도를 제공한다. 오른쪽 아래의 그래프는 통상의 인버터의 전달 특성을 나타낸다. (B)는 p 채널 SWNT TFT(채널 길이와 폭이 각각 30 및 200 ㎛)와 n 채널 Si MOSFET(채널 길이와 폭이 각각 75 및 50 ㎛)을 이용하는 인쇄된 상보적인 인버터의 전달 특성이다. 삽입된 사진은 인버터의 광학 현미경 사진(왼쪽)과 회로의 개념도(오른쪽)이다. (C)는 어두움으로부터 850 nm의 적외선 광원으로 11 μW까지 상이한 수준에서의 Si MOSFET(채널 길이 와 폭은 각각 9 및 200 ㎛)과 집적된 GaAs MSM(채널 길이와 폭은 각각 10 및 100 ㎛)의 전류-전압 응답이다. 삽입 사진은 광학 이미지와 회로도를 나타낸다.Figure 60 (A) is an image of a printed array of 3D silicon NMOS inverters on a polyimide substrate. The inverters have MOSFETs (channel length is 4 [mu] m, load-to-driver width ratio is 6.7, and driver width is 200 [mu] m) on two different levels and interconnected by an electrical via structure ). The upper right image provides an enlarged view of the area indicated by the red box in the left frame. The lower right graph shows the transfer characteristics of a typical inverter. (B) are transfer characteristics of printed complementary inverters using p-channel SWNT TFTs (channel length and width of 30 and 200 μm respectively) and n-channel Si MOSFETs (channel length and width of 75 and 50 μm respectively). The inserted image is an optical microscope photo (left) and a circuit schematic (right). (C) shows a GaAs MSM (channel length and width of 10 and 100 μm, respectively) and Si MOSFETs (channel length and width of 9 and 200 μm, respectively) at different levels up to 11 μW with an infrared light source of 850 nm from dark, Lt; / RTI > The inset shows an optical image and a circuit diagram.

도 61은 ∼1 ㎛까지 인쇄 정합(registration)이 가능한, 자동화된 전사-인쇄용 스테이지의 이미지이다.Figure 61 is an image of an automated transfer-printing stage capable of printing registration up to ~ 1 占 퐉.

도 62의 (A)는 폴리이미드 기판 위에 Si MOSFET들 및 GaN HEMT가 3차원적으로 이종 집적된 어레이의 광학 현미경 사진이다. 오른쪽 삽입도는 개략 단면도이다. 전극들(금색), SiO2(PEO; 자주색), Si(밝은 청색: 도핑되지 않은 부분; 어두운 청색: 도핑된 부분), GaN(어두운 녹색: 오믹 콘택들; 밝은 녹색: 채널), 폴리이미드(PI: 갈색) 및 폴리우레탄(PU; 황갈색)이 모두 도시된다. (B)는 통상의 Si MOSFET(채널 길이 및 폭은 각각 19 및 200 ㎛)과 GaN HEMT(채널 길이, 폭 및 게이트 폭은 각각 20, 170 ㎛ 및 5 ㎛)의 전류-전압 특성들을 나타낸다. 왼쪽 프레임들에 있는 Si 및 GaN에 대한 데이터들은 각각 Vdd = 0.1V 및 Vdd = 2V에서 측정되었다.62 (A) is an optical microscope photograph of an array in which Si MOSFETs and GaN HEMTs are three-dimensionally integrated on a polyimide substrate. The right inset is a schematic cross section. (Gold), SiO 2 (PEO; purple), Si (light blue: undoped portion; dark blue: doped portion), GaN (dark green: ohmic contacts; PI: brown) and polyurethane (PU; tan) are all shown. (B) show the current-voltage characteristics of conventional Si MOSFETs (channel length and width are 19 and 200 μm respectively) and GaN HEMTs (channel length, width and gate width are 20, 170 μm and 5 μm, respectively). The data for Si and GaN in the left frames were measured at V dd = 0.1V and V dd = 2V, respectively.

도 63의 (A)는 폴리이미드 기판 위에 Si MOSFET들 및 SWNT TFT가 3차원적으로 이종 집적된 어레이의 광학 현미경 사진이다. 오른쪽 삽입도는 개략 단면도이다. 전극들(금색), 에폭시(청록색), SiO2(PEO; 자주색), Si(밝은 청색: 도핑되지 않은 부분; 어두운 청색: 도핑된 부분), SWNT(회색), 폴리이미드(PI: 갈색) 및 경화된 폴리이미드(황갈색)이 모두 도시된다. (B)는 통상의 SWNT TFT(채널 길이 및 폭은 각각 75 및 200 ㎛)와 Si MOSFET(채널 길이 및 폭은 각각 19 및 200 ㎛)의 전 류-전압 특성들을 나타낸다. 왼쪽 프레임들에 있는 SWNT 및 Si에 대한 데이터들은 각각 Vdd = -0.5V 및 Vdd = 0.1V에서 측정되었다.63 (A) is an optical microscope photograph of an array in which Si MOSFETs and SWNT TFTs are three-dimensionally integrated on a polyimide substrate. The right inset is a schematic cross section. (Blue), SWNT (gray), polyimide (PI: brown), and polyimide (blue), electrodes (gold), epoxy (cyan), SiO 2 (PEO; purple), Si (light blue: undoped portion; dark blue: The cured polyimide (yellowish brown) are all shown. (B) show the current-voltage characteristics of a conventional SWNT TFT (channel length and width of 75 and 200 μm respectively) and Si MOSFET (channel length and width of 19 and 200 μm respectively). The data for SWNT and Si in the left frames were measured at V dd = -0.5V and V dd = 0.1V, respectively.

도 64의 (A)는 폴리이미드 기판 위에 Si MOSFET들, SWNT TFT 및 GaN HEMT가 3차원적으로 이종 집적된 어레이의 단면 개략도이다. (B)는 여러 Si MOSFET들(채널폭 = 200 ㎛, 흑색선: 채널길이 = 9 ㎛, 적색: 14 ㎛, 녹색: 19 ㎛, 청색: 24 ㎛)에 대한 전달 특성들, 유효 이동도 및 온/오프 비율을 나타낸다. (C)는 SWNT TFT들(채널폭 = 200 ㎛, 흑색선: 채널길이 = 25 ㎛, 적색: 50 ㎛, 녹색: 75 ㎛, 청색: 100 ㎛)이다. 그리고 (D)는 GaN HEMT들(채널 길이, 폭, 및 게이트 폭은 각각 20 ㎛, 170 ㎛, 및 5 ㎛)에 대한 전달 특성들, 트랜스컨덕턴스들, 및 온/오프 비율을 나타낸다.64 (A) is a cross-sectional schematic view of an array in which Si MOSFETs, SWNT TFTs and GaN HEMTs are three-dimensionally integrated on a polyimide substrate. (B) shows the transfer characteristics, effective mobility, and on-off characteristics for various Si MOSFETs (channel width = 200 탆, black line: channel length = 9 탆, red: 14 탆, green: 19 탆, / Off ratio. (C) is SWNT TFTs (channel width = 200 mu m, black line: channel length = 25 mu m, red: 50 mu m, green: 75 mu m, and blue: 100 mu m). And (D) represent transfer characteristics, transconductances, and on / off ratio for GaN HEMTs (channel length, width, and gate width are 20 μm, 170 μm, and 5 μm, respectively).

도 65의 (A)는 실리콘 웨이퍼 기판 상에 제조된 SWNT-Si CMOS 인버터의 개략적인 단면 구조이다. (B)는 CMOS 인버터를 형성하는 n-채널 Si MOSFET과 p-채널 SWNT TFT의 전달 및 I-V 특성들이다. (C)는 인버터의 계산된 전달 특성들과 Si 및 SWNT 트랜지스터들의 I-V 특성들이다.65 (A) is a schematic sectional structure of a SWNT-Si CMOS inverter fabricated on a silicon wafer substrate. (B) are the transfer and I-V characteristics of an n-channel Si MOSFET and a p-channel SWNT TFT forming a CMOS inverter. (C) are the calculated transfer characteristics of the inverter and the I-V characteristics of the Si and SWNT transistors.

도 66의 (A)는 폴리이미드 기판 위에 제조된 GaAs MSM-Si MOSFET IR 감지기의 개념적인 단면 구조와 개략적인 회로도이다. (B)는 3V 공급에 대한 GaAs MSM IR 감지기(L = 10 ㎛, W = 100 ㎛)의 전류-전압 특성과 Si MOSFET(L = 9 ㎛, W = 200 ㎛)의 전달 및 I-V 특성들이다. (C)는 3V 공급에 대한 GaAs MSM의 계산된 IV 특성과 Si MOSFET과 집적된 GaAs MSM의 I-V 응답이다.Figure 66 (A) is a conceptual cross-sectional schematic and schematic circuit diagram of a GaAs MSM-Si MOSFET IR detector fabricated on a polyimide substrate. (B) are the current-voltage characteristics of the GaAs MSM IR detector (L = 10 μm, W = 100 μm) for the 3 V supply and the transfer and I-V characteristics of the Si MOSFET (L = 9 μm, W = 200 μm). (C) is the calculated IV characteristics of the GaAs MSM versus the 3V supply and the I-V response of the GaAs MSM integrated with the Si MOSFET.

도 67은 변형 가능한 기판에 부분적으로 접착된 광학적 미세 구조의 제어된 버클링을 통해 제조된 광학 장치(도파관 어레이)를 개념적으로 나타낸다.67 conceptually illustrates an optical device (a waveguide array) fabricated through controlled buckling of optical microstructures partially adhered to a deformable substrate.

도 68은 변형 가능한 기판에 부분적으로 접착된 전도성 미세 구조의 제어된 버클링을 통해 제조된 기계적 장치(예를 들면, 가속도/압력 센서)를 개념적으로 나타낸다.68 conceptually illustrates a mechanical device (e.g., an acceleration / pressure sensor) fabricated through controlled buckling of a conductive microstructure partially adhered to a deformable substrate.

도 69는 변형 가능한 기판에 부분적으로 접착된 내열성 미세 구조의 제어된 버클링을 통해 제조된 열적 장치(미세 볼로미터: microbolometer)를 개념적으로 나타낸다.Figure 69 conceptually illustrates a thermal device (microbolometer) manufactured through controlled buckling of a heat resistant microstructure partially adhered to a deformable substrate.

"인장 가능하다(stretchable)"는 것은 물질, 구조, 장치, 또는 장치 구성 부품이 파괴 없이 변형될 수 있는 능력을 가리킨다. 전형적인 구현예에 있어서, 인장 가능한 물질, 구조, 장치 또는 장치 구성 부품은 파괴 없이 약 0.5%보다 큰 변형을 견딜 수 있고, 바람직하게는 일부 응용들에 있어서 약 1%보다 큰 변형을 견딜 수 있고, 그리고 더욱 바람직하게는 일부 응용들에 있어서 약 3%보다 큰 변형을 견딜 수 있다."Stretchable" refers to the ability of a material, structure, device, or device component to be deformed without destruction. In a typical embodiment, a tensile material, structure, device, or device component is capable of withstanding deformation greater than about 0.5% without destroying, preferably capable of withstanding deformation greater than about 1% in some applications, And more preferably more than about 3% in some applications.

"구성 부품(component)"은 장치에 사용되는 물질 또는 개별 구성 부품을 가리키기 위하여 널리 사용된다. "상호 접속부(interconnect)"는 구성 부품의 한 예로서 구성 부품과 또는 구성 부품들 사이에 전기적인 연결을 형성할 수 있는 전기 전도성의 물질을 가리킨다. 특히, 상기 상호 접속부는 분리되고 및/또는 상호간에 대하여 움직일 수 있는 구성 부품들 사이에 전기적인 접촉을 형성할 수 있다. 상 기 상호 접속부는 원하는 장치의 명세, 동작 및 응용에 따라 적절한 물질로 제조된다. 높은 전도도가 요구되는 응용들에 대하여, 은, 금, 알루미늄 등과 이들의 합금들을 포함하여 통상의 상호 접속 금속들이 이용될 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 적절한 도전성 물질들은 실리콘, 인듐 주석 산화물, 또는 GaAs와 같은 반도체를 포함할 수 있다."Component" is widely used to refer to a material or individual components used in a device. "Interconnect" refers to an electrically conductive material that can form an electrical connection between a component and / or a component as an example of a component. In particular, the interconnects may form electrical contact between components that are separated and / or movable relative to each other. The interconnections are then made of a suitable material depending on the specification, operation and application of the desired device. For applications requiring high conductivity, conventional interconnect metals may be used including, but not limited to, silver, gold, aluminum, and alloys thereof. Suitable conductive materials may include semiconductors such as silicon, indium tin oxide, or GaAs.

"반도체(semiconductor)"는 매우 낮은 온도에서 절연체이지만 약 300 켈빈(Kelvin)의 온도에서는 상당한 전기 전도성을 지니는 임의의 물질을 지칭한다. 본 발명의 상세한 설명에서는, 반도체라는 용어는 미세 전자공학 및 전자 장치들의 기술 분야에서 본 용어를 사용하는 것과 일치하게 사용할 것이 의도된다. 본 발명에 있어서 유용한 반도체들은 실리콘, 저매늄, 및 다이아몬드와 같은 원소 반도체들(element semiconductor)와 SiC 및 SiGe와 같은 IV족 화합물 반도체들, AlSb, AlAs, AIn, AlP, BN, GaSb, GaAs, GaN, GaP, InSb, InAs, InN, 및 InP과 같은 III-V족 반도체들, AlxGa1-xAs와 같은 III-V족 삼원계 반도체 합금들, CsSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, 및 ZnTe와 같은 II-VI족 반도체들, CuCl과 같은 I-VII족 반도체들, PbS, PbTe 및 SnS과 같은 IV-VI족 반도체들, PbI2, MoS2 및 GaSe와 같은 층상 반도체들, CuO 및 Cu2O와 같은 산화물 반도체들과 같은 화합물 반도체들을 포함할 수 있다. 반도체라는 용어는 진성 반도체와, 주어진 응용 또는 장치에 유용한 유리한 전자적 성질을 제공하기 위하여 p-형 도핑 물질들 및 n-형 도핑 물질들을 갖는 반도체를 포함하는 하나 또는 그 이상의 선택된 물질들로 도핑된 외인성 반도 체(extrinsic semiconductor)을 포함한다. 반도체라는 용어는 반도체들 및/또는 도펀트들의 혼합물을 포함하는 복합 물질들을 포함한다. 본 발명의 일부 응용들에 있어서 유용한 구체적인 반도체 물질들은 Si, Ge, SiC, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, GaSb, InP, InAs, InSb, ZnO, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, PbS, PbSe, PbTe, AlGaAs, AlInAs, AlInP, GaAsP, GaInAs, GaInP, AlGaAsSb, AlGaInP, 및GaInAsP를 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 다공성 실리콘 반도체 물질들은 센서들 및 발광 다이오드들(LEDs) 및 고체 상태 레이저들과 같은 발광 물질들의 분야에서 본 발명의 응용에 대하여 유용하다. 반도체 물질들의 불순물들은 반도체 물질(들) 자신들 또는 상기 반도체 물질에 제공된 임의의 도펀트들이 아닌 원자들, 원소들, 이온들 및/또는 분자들이다. 불순물들은 반도체 물질들 내에 존재하며 반도체 물질들의 전자적 성질들에 부정적인 영향을 미치는 바람직하지 않은 물질들로서, 산소, 탄소, 및 중금속들을 포함하는 금속들을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 중금속 불순물들은 주기율표 상에서 구리와 납 사이의 원소들의 족, 칼슘, 나트륨, 및 이들의 모든 이온들, 화합물들, 및/또는 착화합물들(complexes)을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다."Semiconductor" refers to any material that is an insulator at very low temperatures but has significant electrical conductivity at temperatures of about 300 Kelvin. In the detailed description of the present invention, the term semiconductor is intended to be used consistent with the use of the term in the art of microelectronics and electronic devices. Semiconductors useful in the present invention include element semiconductors such as silicon, lowermanium, and diamond and Group IV compound semiconductors such as SiC and SiGe, AlSb, AlAs, AlIn, BN, GaSb, GaAs, GaN , III-V semiconductors such as GaP, InSb, InAs, InN, and InP, III-V ternary semiconductor alloys such as Al x Ga 1-x As, CsSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS II-VI semiconductors such as ZnTe, I-VII semiconductors such as CuCl, IV-VI semiconductors such as PbS, PbTe and SnS, layered semiconductors such as PbI 2 , MoS 2 and GaSe, CuO and it may include a compound semiconductor such as an oxide semiconductor, such as Cu 2 O. The term semiconductor is intended to include both intrinsic semiconductors and extrinsic sources doped with one or more selected materials, including semiconductors with p-type doping materials and n-type doping materials, to provide advantageous electronic properties useful in a given application or device. And includes extrinsic semiconductors. The term semiconductor includes complex materials comprising a mixture of semiconductors and / or dopants. Specific semiconductor materials useful in some applications of the present invention include Si, Ge, SiC, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, GaSb, InP, InAs, InSb, ZnO, ZnSe, ZnTe But are not limited to, CdS, CdSe, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, PbS, PbSe, PbTe, AlGaAs, AlInAs, AlInP, GaAsP, GaInAs, GaInP, AlGaAsSb, AlGaInP, . Porous silicon semiconductor materials are useful for applications of the present invention in the field of sensors and light emitting materials such as light emitting diodes (LEDs) and solid state lasers. The impurities of the semiconductor materials are atoms, elements, ions and / or molecules that are not the semiconductor material (s) themselves or any of the dopants provided in the semiconductor material. Impurities include, but are not limited to, metals, including oxygen, carbon, and heavy metals, which are present in semiconductor materials and are undesirable materials that adversely affect the electronic properties of semiconductor materials. Heavy metal impurities include, but are not limited to, the family of elements between copper and lead on the periodic table, calcium, sodium, and all their ions, compounds, and / or complexes.

"반도체 원소(semiconductor element)" 및 "반도체 구조(semiconductor structure)"는 본 상세한 설명에서 동의어적으로 사용되며, 임의의 반도체 물질, 조성 또는 구조를 널리 지칭하고, 고품질의 단결정성 및 다결정성 반도체들, 고온 공정을 통해 제조된 반도체 물질들, 도핑된 반도체 물질들, 유기 및 무기 반도체들 및 하나 또는 그 이상의 추가적인 반도체 구성 물질들 및/또는 유전체 층들 또는 물질들 및/또는 도전성 층들 또는 물질들과 같은 비-반도체 구성 물질들을 갖는 복합 반도체 물질들 및 구조들을 명시적으로 포함한다."Semiconductor element" and "semiconductor structure" are used synonymously in this specification to refer to any semiconductor material, composition or structure broadly and include high quality monocrystalline and polycrystalline semiconductors Such as semiconductor materials, doped semiconductor materials, organic and inorganic semiconductors, and one or more additional semiconductor constructing materials and / or dielectric layers or materials and / or conductive layers or materials manufactured through a high temperature process ≪ / RTI > includes explicitly compound semiconductor materials and structures with non-semiconductor constituent materials.

"인장 가능한(stretchable)" 상호 접속부는 장치 구성 부품으로 전기적 접속 또는 장치 구성부품으로부터의 전기적 전도에 부정적으로 영향을 미침이 없이, 하나 또는 그 이상의 방향으로의 인장, 구부림 및/또는 압축과 같은 다양한 변형들 및 힘들을 견딜 수 있는 상호 접속부를 널리 지칭하기 위해 여기에서 사용된다. 따라서, 인장 가능한 상호 접속부는 GaAs와 같이 상대적으로 깨어지기 쉬운 물질로 형성될 수도 있으며, 상기 상호 접속부의 기하학적 구성으로 인해 상당한 변형력(deformatory force)(예를 들면, 인장, 구부림, 압축)에 노출되었을 때에도 계속하여 기능을 수행할 수 있도록 남을 수 있다. 전형적인 구현예에서, 인장 가능한 상호 접속부는 약 1%, 10% 또는 약 30%보다 큰 변형을 파괴 없이 견딜 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 변형은 상기 상호 접속부의 적어도 일부분이 결합된, 하부에 놓인 엘라스토머 기판이 인장됨으로써 생성된다."Stretchable" interconnections may be formed from a variety of materials, such as tensile, bending and / or compressing in one or more directions without adversely affecting electrical connection to the device components or electrical conduction from the device components. Are used herein to broadly refer to interconnects that are capable of withstanding deformations and forces. Thus, the tensile interconnection may be formed of a relatively brittle material, such as GaAs, and the geometry of the interconnect may expose it to considerable deforming forces (e.g., tensile, bending, compressing) It can remain so as to continue to function. In a typical embodiment, the tensionable interconnect can withstand strains greater than about 1%, 10%, or about 30% without breaking. In one embodiment, the deformation is created by tensioning the underlying elastomeric substrate to which at least a portion of the interconnect is coupled.

"장치 구성 부품(device component)"은 전기적, 광학적, 기계적 또는 열적 장치 내의 개별 구성 부품을 널리 지칭하기 위하여 사용된다. 구성 부품은 하나 또는 그 이상의 광 다이오드, LED, TFT, 전극, 반도체, 다른 광-집속/감지 구성 부품들, 트랜지스터, 집적 회로, 장치 구성 부품을 수용할 수 있는 콘택 패트, 박막 소자들, 회로 요소들, 제어 요소들, 마이크로프로세서들, 트랜스듀서들 및 이들의 조합들 중에서 하나 또는 그 이상일 수 있다. 장치 구성 부품은 예를 들면, 금속 증착(metal evaporation), 와이어 본딩, 고체 또는 도전성 페이스트들의 적용과 같은 당 기술분야에서 알려진 바에 따라 하나 또는 그 이상의 콘택 패드들에 연결될 수 있다. 전기 장치는 복수의 장치 구성 부품들을 포함하는 장치를 일반적으로 지칭하며, 대면적 전자 장치, 인쇄된 와이어 기판, 집적 회로들, 장치 구성 부품들의 어레이, 생물학적 및/또는 화학적 센서들, 물리적 센서들(예를 들면, 온도, 광, 방사선, 등), 태양 전지 또는 광전지(photovoltaic) 어레이들, 디스플레이 어레이들, 광학 집속기들(collectors), 시스템들 및 디스플레이들을 포함한다."Device component" is used to broadly refer to an individual component within an electrical, optical, mechanical, or thermal device. The components may include one or more photodiodes, LEDs, TFTs, electrodes, semiconductors, other light-focusing / sensing components, transistors, integrated circuits, contact pads capable of accommodating device components, , Control elements, microprocessors, transducers, and combinations thereof. The device components may be connected to one or more contact pads as known in the art, such as, for example, metal evaporation, wire bonding, application of solid or conductive pastes. An electrical apparatus generally refers to an apparatus that includes a plurality of device components and includes a large area electronic device, a printed wire substrate, an integrated circuit, an array of device components, biological and / or chemical sensors, physical sensors (E.g., temperature, light, radiation, etc.), solar cells or photovoltaic arrays, display arrays, optical collectors, systems and displays.

"기판(substrate)"은 장치 구성 부품 또는 상호 접속부를 포함하는 구성 부품을 지지할 수 있는 표면을 지닌 물체를 가리킨다. 상기 기판에 "결합된" 상호 접속부는 상기 기판과 물리적인 접촉을 하는 상호 접속의 일부분으로서, 그것이 결합된 기판 표면에 대하여 실질적으로 상대적으로 움직일 수 없는 부분을 가리킨다. 대조적으로, 결합되지 않은 부분들은 상기 기판에 대하여 상대적인 실질적인 움직임이 가능하다. 상호 접속부의 상기 결합되지 않은 부분은 변형-유도된 상호 접속부 구부러짐에 의하는 것과 같은 "구부러짐 구성"을 갖는 부분에 일반적으로 대응된다."Substrate" refers to an object having a surface capable of supporting a device component or a component including an interconnect. An "coupled" interconnect to the substrate is a portion of the interconnect that is in physical contact with the substrate, which portion is substantially non-movable relative to the substrate surface to which it is coupled. In contrast, unbonded portions are capable of substantial movement relative to the substrate. The unbonded portion of the interconnect generally corresponds to the portion having a "bend configuration" such as by deformation-induced interconnect bend.

기판과의 "정합 접촉(conformal contact)"을 이루는 구성 부품은 기판을 덮으면서 3차원적 양각 구조를 유지하되, 상기 3차원적 양각 구조의 패턴이 상기 기판 위의 양각 구조들의 패턴에 의하여 지배되는 구성 부품을 가리킨다.A component forming a "conformal contact" with the substrate maintains a three-dimensional relief structure while covering the substrate, wherein the relief pattern of the three-dimensional relief structure is dominated by a pattern of relief structures Points to components.

본 상세한 설명의 맥락에 있어서, "구부림 구성(bent configuration)"은 힘을 가함으로 인하여 야기되는 굴곡진 형태를 갖는 구조를 가리킨다. 본 발명에 있 어서 구부러짐 구조들은 접힘 영역(folded region), 볼록 영역, 오목 영역, 및 이들의 임의의 조합들 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다. 본 발명에 있어서 유용한 구부러짐 구조들은, 예를 들면, 코일화된(coiled) 형태, 주름진 형태, 버클링된 형태 및/또는 웨이브진(즉, 웨이브 모양을 갖는) 구성으로 제공될 수 있다.In the context of this Detailed Description, the term "bent configuration" refers to a structure having a curved shape caused by the application of force. The bending structures in the present invention may have one or more of a folded region, a convex region, a concave region, and any combination thereof. The bending structures useful in the present invention may be provided, for example, in a coiled, corrugated, buckled and / or wavy (i.e., wavy) configuration.

인장 가능한 구부러짐 상호 접속부들과 같은 구부러짐 구조들은 폴리머 및/또는 탄성 기판과 같은 플렉서블 기판에, 상기 구부러짐 구조가 변형되어 있는 형태로 결합될 수 있다. 일부 구현예들에 있어서, 구부러진 리본 구조와 같은 구부러짐 구조는 일부 응용들에 대하여 바람직한 구현예들에서 약 30%보다 작거나 같은 변형을 , 또는 약 10%보다 작거나 같은 변형을, 약 5%보다 작거나 같은 변형을, 및 약 1%보다 작거나 같은 변형을 이룬다. 일부 구현예들에 있어서, 구부러진 리본 구조와 같은 구부러짐 구조는 약 0.5% 내지 약 30%의 범위로부터 선택된 변형, 약 0.5% 내지 약 10%의 범위로부터 선택된 변형, 약 0.5% 내지 약 5%의 범위로부터 선택된 변형을 이룬다. 선택적으로, 인장 가능한 구부러짐 상호 접속부들은 그 자체가 플렉서블하지 않은 기판을 포함하여 장치 구성 부품의 기판인 기판에 결합될 수 있다. 상기 기판 그 자체는 편평하거나, 실질적으로 편평하거나, 굴곡지거나, 날카로운 가장자리, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 인장 가능한 구부러진 상호 접속부들은 이들 복잡한 기판 표면 형태들 중의 임의의 하나 또는 그 이상에 전사하기 위해 이용될 수 있다.The bending structures, such as the tensionable bending interconnections, may be coupled to the flexible substrate, such as a polymer and / or an elastic substrate, in a deformed manner. In some embodiments, a flexure structure, such as a curved ribbon structure, may provide a deformation of less than or equal to about 30%, or a deformation less than or equal to about 10%, in some preferred embodiments less than about 5% Small or the same strain, and less than or equal to about 1% strain. In some embodiments, the bending structure, such as a bent ribbon structure, has a strain selected from the range of about 0.5% to about 30%, a strain selected from the range of about 0.5% to about 10%, a range of about 0.5% to about 5% ≪ / RTI > Optionally, the tensionable crimp interconnections may be coupled to the substrate, which is a substrate of the device components, including a substrate that is not itself flexible. The substrate itself may be flat, substantially flat, curved, sharp edges, or any combination thereof. Tensile, curved interconnections may be used to transfer to any one or more of these complex substrate surface shapes.

"열적 접촉(thermal contact)"은 전도와 같이 고온 물질로부터 저온 물질로 실질적인 열전달이 가능한 두 물질들의 능력을 가리킨다. 기판 위에 놓인 구부러 진 구조들은 상기 기판과 열적 접촉을 이루는 영역들(예를 들면, 결합 영역들)과 열적 접촉을 이루지 않는 다른 영역들(예를 들면, 상기 기판으로부터 절연되거나 및/또는 물리적으로 이격된 영역들)을 제공하는 데 특히 유용하다."Thermal contact" refers to the ability of two materials to conduct substantial heat transfer from a high temperature material to a low temperature material, such as conduction. The bent structures placed on the substrate may be separated from other regions (e.g., insulated from the substrate and / or physically spaced apart) from thermal contact with regions (e.g., Lt; RTI ID = 0.0 > regions). ≪ / RTI >

상호 접속부들은 임의의 수의 기하 구조들 또는 형태들을, 상기 기하 구조들 또는 형태들이 상기 상호 접속부의 파손 없이 구부림 또는 인장되는 것을 용이하게 하는 한 가질 수 있다. 일반적인 상호 접속부의 기하 구조는 "버클링된(buckled)" 또는 "웨이브진(wavy)" 것으로 설명될 수 있다. 일 측면에 있어서, 그러한 기하 구조는, 상기 상호 접속부의 부분들은 상기 기판에 결합되고 상기 결합된 부분들 사이의 영역들은 결합되지 않았기 때문에, 하부에 놓인 기판의 치수의 변화가 상기 상호 접속부에 버클(buckle)들 또는 웨이브들을 생성하도록 하부에 놓인 변형 가능한 기판에 힘을 작용하여 상기 상호 접속부에 힘(예를 들면 변형)을 작용함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 개별 상호 접속부는 기판에 결합된 단부들 및 상기 단부들 사이의, 기판에 결합되지 않은 굴곡진 중앙 부분에 의하여 정의될 수 있다. "굴곡진(curved)" 또는 "버클링된(buckled)"은 상기 중앙 부분에 하나 또는 그 이상의 추가적인 결합 영역들을 갖는 상호 접속부에 의하는 것과 같이 비교적 복잡한 형태들을 가리킨다. "호-모양의(arc-shaped)"는 진폭을 갖는 일반적인 사인 곡선 형태를 가리키며, 여기서 상기 진폭은 상호 접속부와 상기 기판 표면 사이의 최대 이격 거리에 대응된다.The interconnects may have any number of geometries or shapes as long as they facilitate bending or tensioning of the geometries or shapes without damaging the interconnect. The geometry of a typical interconnect may be described as being "buckled" or "wavy ". In one aspect, such a geometry is characterized in that a change in the dimensions of the underlying substrate is applied to the interconnects by a buckle (not shown) because portions of the interconnect are coupled to the substrate and regions between the joined portions are not coupled. (e. g., strain) to the interconnection by applying a force to the deformable substrate underlying it to generate buckles or waves. Thus, the individual interconnections can be defined by the ends coupled to the substrate and the curved central portion, which is not coupled to the substrate, between the ends. "Curved" or "buckled" refers to relatively complex shapes, such as by interconnections having one or more additional bonding regions in the central portion. "Arc-shaped" refers to a general sinusoidal shape with amplitude, where the amplitude corresponds to the maximum separation distance between the interconnect and the substrate surface.

상기 상호 접속부는 임의의 단면 형태를 가질 수 있다. 상기 상호 접속부의 한 형태는 리본-모양의 상호 접속부이다. "리본(ribbon)"은 두께와 폭을 갖는 실 질적으로 직사각형-모양의 단면을 가리킨다. 구체적인 치수들은 원하는 상기 상호 접속부를 통하는 전도도, 상기 상호 접속부의 조성, 및 이웃하는 장치 구성 부품들을 전기적으로 연결하는 상호 접속부들의 수에 의존한다. 예를 들면, 이웃하는 구성 부품들을 연결하는 브리지 구성의 상호 접속부는 이웃하는 구성 부품들을 연결하는 단일 상호 접속부와 상이한 치수를 가질 수 있다. 따라서, 상기 치수들은 약 10 ㎛ 내지 1 cm 사이의 폭들, 및 약 50 nm 내지 1 사이의 두께들과 같이, 또는 약 0.001 내지 0.1 사이의 범위의 두께에 대한 폭의 비율, 또는 약 0.01인 두께에 대한 폭의 비율과 같이 적절한 전기 전도도가 생성되는 한, 임의의 적합한 값들을 가질 수 있다.The interconnects may have any cross-sectional shape. One form of the interconnect is a ribbon-like interconnect. "Ribbon" refers to a substantially rectangular-shaped cross-section having a thickness and a width. The specific dimensions depend on the conductivity through the desired interconnect, the composition of the interconnect, and the number of interconnects that electrically connect neighboring device components. For example, the interconnections in the bridge configuration that connect neighboring components can have different dimensions from a single interconnect connecting neighboring components. Thus, the dimensions may be in a range of widths between about 10 [mu] m and 1 cm, and thicknesses in the range of between about 0.001 and 0.1, such as between about 50 nm and 1, or a thickness of about 0.01 As long as a suitable electrical conductivity, such as a ratio of the width to the width, is produced.

"엘라스토머성(elastomeric)"은 인장되거나 변형된 후, 실질적인 영구 변형 없이 자신의 원래 상태로 적어도 부분적으로 복원될 수 있는 폴리머성 물질을 가리킨다. 엘라스토머성 물질들은 통상 실질적으로 탄성의 변형들을 견딘다. 본 발명에서 유용한 전형적인 엘라스토머성 물질들은 엘라스토머류와 엘라스토머류의 복합 물질들 또는 혼합물들, 그리고 탄성을 보이는 폴리머들과 코폴리머들을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 일부 방법들에 있어서, 상기 엘라스토머 기판은 하나 또는 그 이상의 주축들(principle axes)을 따라 상기 탄성 기판의 팽창을 제공하는 메커니즘을 통해 사전-변형된다(prestrained). 예를 들면, 사전 변형은 반구형 표면을 편평한 표면으로 전환하기 위하여 반지름 방향의 신장을 포함하여 제 1 축들을 따라 상기 탄성 기판을 신장시킴으로써 제공될 수 있다. 선택적으로, 상기 탄성 기판은 여러 개의 축들을 따라 신장될 수 있으며, 예를 들면, 서로에 대하여 수직으로 위치하는 제 1 축 및 제 2 축을 따라 신장될 수 있다. 상기 탄성 기판의 신장을 제공하는 메커니즘을 통해 탄성 기판들을 사전 변형시키는 수단들은 구부림(bending), 롤링(rolling), 습곡화(flexing), 평탄화(flattening), 신장(expanding) 또는 상기 탄성 기판을 달리 변형시키는 것을 포함한다. 상기 사전 변형시키는 수단들은 상기 탄성 기판의 온도를 상승시키고, 그에 의하여 상기 탄성 기판의 열팽창을 제공함으로써 제공된 사전 변형도 포함한다. 본 발명에 유용한 엘라스토머들은 열가소성 엘라스토머류, 스티렌계(styrenic) 물질들, 올레핀계 물질들, 폴리올레핀, 폴리우레탄 열가소성 엘라스토머류, 폴리아미드류, 합성 고무들, PDMS, 폴리부타디엔, 폴리이소부틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌), 폴리우레탄류, 폴리클로로프렌 및 실리콘(silicone)류를 포함할 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다."Elastomeric" refers to a polymeric material that can be at least partially restored to its original state without substantial permanent deformation after being stretched or deformed. Elastomeric materials are generally resistant to deformations of elasticity. Exemplary elastomeric materials useful in the present invention include, but are not limited to, composite materials or mixtures of elastomers and elastomers, and resilient polymers and copolymers. In some methods, the elastomeric substrate is prestrained through a mechanism that provides for the expansion of the elastic substrate along one or more principle axes. For example, prestraining can be provided by stretching the elastic substrate along the first axes, including extension in the radial direction, to convert the hemispherical surface to a flat surface. Optionally, the elastic substrate can be stretched along a plurality of axes, for example, along a first axis and a second axis, which are positioned perpendicular to each other. The means for pre-deforming the elastic substrates through a mechanism that provides extension of the elastic substrate may include bending, rolling, flexing, flattening, expanding, or otherwise . The pre-deforming means includes a pre-deformation provided by raising the temperature of the elastic substrate and thereby providing thermal expansion of the elastic substrate. The elastomers useful in the present invention may be selected from the group consisting of thermoplastic elastomers, styrenic materials, olefinic materials, polyolefins, polyurethane thermoplastic elastomers, polyamides, synthetic rubbers, PDMS, polybutadiene, polyisobutylene, poly (Styrene-butadiene-styrene), polyurethanes, polychloroprene, and silicone.

변형(strain)은 길이가 L(휴지기)로부터 L+ΔL(힘이 가해진 상태)로 변화된 것에 대하여 ε=ΔL/L로 정의된다. 여기서, ΔL은 휴지기로부터 변위된 거리이다. 축방향 변형은 변위 ΔL를 생성하기 위해 상기 기판의 축에 가해진 힘을 가리킨다. 변형은 구부림 힘, 압축 힘, 전단(shear) 힘, 및 이들의 임의의 조합과 같은 다른 방향으로 작용되는 힘들에 의해서도 생성된다. 변형 또는 압축은 굴곡진 표면을 편평한 표면으로 인장함으로써 또는 그 반대로 함으로써 생성될 수도 있다. "변형의 수준(level of strain)"은 변형의 크기를 가리키며, 음수(압축에 대응)로부터 0으로(릴랙스 상태) 양수(신장 또는 인장에 대응)까지의 범위를 가질 수 있다.The strain is defined as ε = ΔL / L for a change in length from L (resting period) to L + ΔL (force applied state). Here,? L is the distance displaced from the resting period. The axial deflection refers to the force applied to the axis of the substrate to produce the displacement [Delta] L. Deformation is also produced by forces acting in different directions, such as bending force, compressive force, shear force, and any combination thereof. Deformation or compression may be produced by stretching the curved surface to a flat surface or vice versa. The "level of strain" refers to the magnitude of the strain and can range from negative (corresponding to compression) to zero (relaxed state) to positive (corresponding to stretch or tension).

"영 모듈러스(Young's modulus)"는 물질, 장치 또는 층의 기계적인 성질로 서, 주어진 물제에 대하여 변형에 대한 응력의 비를 가리킨다. 영 모듈러스는 다음 표현에 의하여 제공될 수 있다."Young's modulus" refers to the mechanical properties of a material, device, or layer and refers to the ratio of stress to strain for a given material. The zero modulus can be provided by the following expression.

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Figure 112009020697579-pct00002
Figure 112009020697579-pct00002

여기서, E는 영 모듈러스이고, L0는 평형 길이이고, ΔL은 가해진 응력 하에서의 길이 변화이고, F는 가해진 힘이고, A는 힘이 가해지는 면적이다. 또한, 영 모듈러스는 하기 수학식 3을 통해 라메 상수들(Lame constants)의 항들로도 표현될 수 있다.Where E is the zero modulus, L 0 is the equilibrium length, L is the change in length under the applied stress, F is the applied force and A is the applied force area. In addition, the Young's modulus can also be expressed as terms of Lame constants through the following equation (3).

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

Figure 112009020697579-pct00003
Figure 112009020697579-pct00003

여기서, λ와 μ는 라메 상수들이다. 영 모듈러스가 높은 것(또는 "고 모듈러스")과 영 모듈러스가 낮은 것(또는 "저 모듈러스")은 주어진 물질, 층 또는 장치에서 영 모듈러스의 크기를 상대적으로 기술하는 것이다. 본 발명에 있어서, 영 모듈러스가 높은 것은 영 모듈러스가 낮은 것에 비하여 일부 응용에 있어서는 약 10배 더 큰 것이 바람직하고, 다른 응용들에 있어서는 약 100배 더 큰 것이 더욱 바람직하고, 또 다른 응용들에 있어서는 약 1000배 더 큰 것이 더더욱 바람직하다. 복잡한 표면 모양들은 공간적으로 변화하는 영 모듈러스를 갖는 엘라스토머를 중합함으로써 및/또는 다중 층들을 갖는 엘라스토머를 상이한 탄성을 지니는 다양한 위 치들에 적층함으로써 얻어진다.Where lambda and mu are Lame constants. A high (or "high modulus") and a low (or "low modulus") zero or zero modulus is a relative description of the magnitude of the zero modulus in a given material, layer, or device. In the present invention, it is preferred that the high Young modulus is about 10 times larger in some applications than in the low Young modulus, more preferably about 100 times larger in other applications, and in still other applications And even more preferably about 1000 times larger. Complex surface features are obtained by polymerizing an elastomer having a spatially varying Young's modulus and / or by laminating an elastomer having multiple layers to various positions having different elasticities.

압축은 여기서 변형과 유사한 방식으로 사용되지만, ΔL < 0이 되도록 기판의 특성 길이 또는 부피를 감소시키게 작용하는 힘을 특히 가리킨다.Compression is used here in a similar manner to deformation, but specifically refers to forces acting to reduce the characteristic length or volume of the substrate to be? L <

"파괴됨(fracturing)" 또는 "파괴(fracture)"는 상기 상호 접속부가 실질적인 전기 전도를 할 수 없도록 하는 상기 상호 접속부 내의 물리적 파손을 가리킨다."Fracturing" or "fracture" refers to a physical breakdown in the interconnect that causes the interconnect portion to be unable to conduct substantial electrical conduction.

"결합 위치들의 패턴(pattern of bond sites)"은 지지된 상호 접속부가 기판과의 결합 영역들 및 비결합 영역들을 갖도록, 결합 수단들을 지지 기판 표면에 및/또는 상기 상호 접속부들에 공간적으로 적용하는 것을 가리킨다. 예를 들면, 그 단부가 상기 기판에 결합되고, 중앙 부분은 결합되지 않은 상호 접속부. 상기 결합되지 않은 영역이 두 개의 구별되는 중앙 부분들로 나뉘어질 수 있도록, 중앙 부분 내에 추가적인 결합 위치를 제공함으로써 추가적인 모양의 조절이 가능하다. 결합 수단들은 접착제들, 접착 전구체들, 용접, 광 리소그래피, 광경화가 가능한 폴리머를 포함할 수 있다. 일반적으로, 결합 위치들은 다양한 기술들에 의하여 패터닝될 수 있고, 기판과 구조물(예를 들면, 상호 접속부) 사이에 강한 접착력을 제공할 수 있는 표면-활성화된(Wact) 면적들과 접착력이 비교적 약한 표면-비활성화된(Win) 면적들의 항들로 표현될 수 있다. 접착 패터닝이 선들로 된 기판은 Wact와 Win의 치수들의 항들로서 표현될 수 있다. 그들 변수들은 사전 변형의 크기 εpre와 함께 상호 접속부의 기하 구조에 영향을 미친다."Pattern of bond sites" means that the supporting means are applied spatially to the supporting substrate surface and / or to the interconnects so that the supported interconnects have bonding regions and non-bonding regions with the substrate . For example, an end of which is bonded to the substrate, and a central portion of which is not bonded. Additional shape adjustment is possible by providing additional engagement locations in the central portion such that the unbonded region can be divided into two distinct central portions. The bonding means may include adhesives, bonding precursors, welding, photolithography, photopolymerizable polymers. Generally, bonding locations can be patterned by a variety of techniques and have relatively low adhesion to surface-activated (W act ) areas that can provide strong adhesion between the substrate and the structure (e.g., interconnects) Can be expressed in terms of weak surface-deactivated (W in ) areas. The substrate is bonded to the patterned lines can be represented as a term of dimension of W and W in act. These variables affect the geometry of the interconnect with the size of pre-transformation ε pre .

"공간적 변화(spatial variation)"는 표면을 따라 변화하는 크기를 갖는 파라미터를 가리키고 구성 부품 양각 구조물들의 2차원 제어를 제공하고, 그에 의하여 장치 또는 장치 구성 부품의 구부림 가능성(bendability)에 공간적 제어를 제공하기 위하여 특히 유용하다."Spatial variation" refers to a parameter having a varying size along a surface and provides a two-dimensional control of the component relief structures thereby providing spatial control over the bendability of the device or device components Lt; / RTI &gt;

"탄소 나노물질(carbon nanomaterial)"은 탄소 원자들을 포함하는 구조물들의 부류를 가리키고, 1 나노미터와 1 마이크론 사이에서 적어도 하나의 치수를 갖는다. 일 구현예에서, 상기 탄소 나노물질의 적어도 하나의 치수는 2 nm와 1000 nm 사이이다. 탄소 나노물질들은 단일벽 나노튜브류(SWNTs: single walled nanotubes), 다중벽 나노튜브류(MWNTs: multiwalled nanotubes), 그라파이트, 그래핀(graphene), 탄소 섬유류, 탄소 필름류, 탄소 휘스커류(whiskers), 및 다이아몬드, 및 이들의 모든 유도체들과 같은 탄소의 동소체들을 포함한다.A "carbon nanomaterial" refers to a class of structures containing carbon atoms and has at least one dimension between 1 nanometer and 1 micron. In one embodiment, at least one dimension of the carbon nanomaterial is between 2 nm and 1000 nm. Carbon nanomaterials can be used for single walled nanotubes (SWNTs), multiwalled nanotubes (MWNTs), graphite, graphene, carbon fibers, carbon films, carbon whiskers, And diamonds, and all derivatives thereof.

"공간적으로 정렬된(spatially aligned)" 것은 둘 또는 그 이상의 구조들의 서로에 대하여 정의된 위치들 및/또는 배향들(orientations)을 가리킨다. 공간적으로 정렬된 구조들은 서로에 대하여 사전 선택된(preselected), 예를 들면, 1 마이크론 이내로 사전 선택되고, 일부 응용들에 대하여는 500 나노미터 이내로 바람직하게 사전 선택되고, 일부 응용들에 대하여는 50 나노미터 이내로 더욱 바람직하게 선택된 위치들 및/또는 배향들을 가질 수 있다."Spatially aligned" refers to positions and / or orientations defined relative to each other of two or more structures. Spatially aligned structures are preselected for each other, for example, preselected to within 1 micron, preferably pre-selected for less than 500 nanometers for some applications, and less than 50 nanometers for some applications More preferably selected positions and / or orientations.

"이종 반도체 요소들(heterogeneous semiconductor elements)"은 하나 또는 그 이상의 다른 물질들 또는 구조들과 결합된 반도체를 포함하는 다중 구성 부품 구조들이다. 본 설명의 문장에서 다른 물질들 또는 구조들은, 상이한 화학 조성들 및/또는 물리적 상태들(예를 들면, 결정질, 반결정질 또는 비결정질 상태)을 지니는 물질들 및/또는 구조들과 같이 이들이 결합되는 반도체와 상이한 원소들, 분자들, 및 착화합물들, 응집물 및 이들의 입자들을 포함할 수 있다. 본 발명의 본 측면에 있어서 유용한 이종 반도체 요소들은 무기 반도체 구조와 결합된 다른 반도체 물질들을 포함하며, 상기 다른 반도체 물질들은 도핑된 반도체들(예를 들면, N-형 및 P-형 도펀트들) 및 탄소 나노물질들 또는 그들의 필름들, 유전 물질들 및/또는 구조들, 및 도전성 물질들 및/또는 구조들을 포함한다. 본 발명의 이종 반도체 요소들은 균일하게 도핑된 반도체 구조들과 같이 공간적으로 균일한 조성을 갖는 구조들을 포함하고, 그리고 1차원, 2차원 또는 3차원 상의 공간적으로 농도가 변화하는 도펀트를 갖는 반도체 구조와 같이 공간적으로 불균일한 조성들을 갖는(즉, 반도체 요소 내에서 공간적으로 불균일한 도펀트 분포) 구조들을 포함한다."Heterogeneous semiconductor elements" are multi-component component structures that include semiconductors combined with one or more other materials or structures. Other materials or structures in the context of this description may include materials and / or structures having different chemical compositions and / or physical states (e.g., crystalline, semicrystalline or amorphous) And different elements, molecules, and complexes, agglomerates, and particles thereof. The hetero semiconductor elements useful in this aspect of the present invention include other semiconductor materials combined with an inorganic semiconductor structure, the other semiconductor materials including doped semiconductors (e.g., N-type and P-type dopants) and Carbon nanomaterials or films thereof, dielectric materials and / or structures, and conductive materials and / or structures. The heterogeneous semiconductor elements of the present invention include structures having a spatially homogeneous composition such as uniformly doped semiconductor structures, and may be formed as a semiconductor structure having a dopant with a spatially varying concentration in one-dimensional, two-dimensional or three- And spatially heterogeneous compositions (i. E., Spatially heterogeneous dopant distribution in the semiconductor element) structures.

본 발명은 다음의 비한정적인 실시예들에 의하여 더 이해될 수 있다. 여기에 인용된 모든 참조문헌들은 여기에 개시된 바와 불일치하지 않는 범위 내에서 여기에 인용되어 통합된다. 여기의 설명들은 많은 구체적인 사항들을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며 본 발명의 현재 바람직한 구현예들의 일부의 예시를 제공하는 것일 뿐인 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 주어진 실시예들에 의해서라기보다는 첨부된 특허청구범위와 그들의 균등 범위에 의하여 결정되어야 한다.The invention may be better understood by the following non-limiting embodiments. All references cited herein are incorporated herein by reference to the extent not inconsistent with what is disclosed herein. The description herein is intended to cover many specifics, but they should not be construed as limiting the scope of the invention, but merely as exemplifications of some of the presently preferred embodiments of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the appended claims and their equivalents, rather than by the given embodiments.

버클링되거나 또는 웨이브진 상호 접속부들을 제조하기 위한 방법의 하나가 도 1에 개괄적으로 요약되어 있다. (상호 접속부가 될 금속 구조물과 같은) 금속 구조물(10)이 기판(20) 위에 제공된다. 접촉하는 상기 금속 구조물 및/또는 기판 표면들은 광 리소그래피에 의하거나 또는 섀도우 마스크로 접착도가 감소하도록 선택적으로 처리된다. 상기 구조물(10)과 상기 기판(20) 사이에는 마이크로 머시닝(micromachining), 식각 및/또는 기계적 스크라이빙(scribing)과 같은 것에 의하여 분리부(크랙)(25)가 도입된다. 상기 금속 구조물(10)은 유연한(compliant) 엘라스토머 스탬프(30)로 회수된다. 상기 스탬프(30)의 후속적인 변형은 상기 금속 구조물(10)에 웨이브지거나(wavy) 또는 버클링된 기하 구조(40)를 생성한다. 상기 버클들의 생성은 상기 금속 구조물(10)이 회수될 때 변형되고 적용된 장력을 후속적으로 해제하는 스탬프(30)에 의하여, 또는 상기 금속 구조물이 회수된 후에 스탬프(30)를 압축하는 것에 의하여 제공된다.One of the methods for fabricating buckled or wired interconnections is outlined generally in FIG. A metal structure 10 (such as a metal structure to be interconnected) is provided on the substrate 20. The metal structures and / or substrate surfaces that are in contact are selectively treated with photolithography or with a shadow mask to reduce adhesion. A separation part (crack) 25 is introduced between the structure 10 and the substrate 20 by micromachining, etching and / or mechanical scribing. The metal structure 10 is recovered as a compliant elastomeric stamp 30. Subsequent deformation of the stamp 30 creates a wavy or buckled geometry 40 in the metal structure 10. The generation of the buckles is provided by stamp 30 which is deformed when the metal structure 10 is withdrawn and subsequently releases the applied tension, or by compressing the stamp 30 after the metal structure is recovered do.

도 1에 요약된 방법에 의하여 생성된, 버클링되거나 웨이브진 금속 구조물의 한 실시예가 도 2에 도시된다. 도 2는 인장 가능한, 웨이브진/버클링된 전기 상호 접속부(40)의 사진이다. 상기 상호 접속부(40)는 경질 기판으로부터 사전-변형되고 인장 가능한 PDMS 고무 기판(30) 위로 회수하고, 이어서 변형을 해제하고 그에 의하여 버클링을 유발함으로써 형성된다.One embodiment of a buckled or woven metal structure produced by the method summarized in FIG. 1 is shown in FIG. 2 is a photograph of a tensionable, waved / buckled electrical interconnect 40. The interconnects 40 are formed by withdrawing from the rigid substrate onto the pre-deformed and stretchable PDMS rubber substrate 30, and then releasing the deformation and thereby causing buckling.

웨이브지고 인장 가능한 전극들 및/또는 상호 접속부들을 생성하기 위한 방법이 도 3에 제공된다. 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 웨이브진 구조물들(22)이, 예를 들면, 마이크로 머시닝 공정들과 같은 것에 의하여 기판(20) 위에 준비된다. 웨이브진 구조물들(22)을 지닌 표면을 갖는 상기 기판(20)은 대응하는 웨이브진 표면(32)을 갖는 엘라스토머 스탬프들(30)을 몰딩하기 위한 마스터로서의 역할 을 한다. 금속 구조물들(10)은 섀도우 마스크를 통한 증발(evaporation) 및/또는 전착(electrodeposition)과 같은 것에 의하여 상기 웨이브진 표면(32) 위에 증착된다.A method for creating electrodes and / or interconnects that can be waved and stretched is provided in Fig. As shown in Figure 3 (a), the waved structures 22 are prepared on the substrate 20, such as, for example, by micromachining processes. The substrate 20 having a surface with the wave-like structures 22 serves as a master for molding the elastomeric stamps 30 with the corresponding wobbled surface 32. The metal structures 10 are deposited on the waved surface 32 by, for example, evaporation and / or electrodeposition through a shadow mask.

도 4는 매끈하게 웨이브진 엘라스토머 기판을 제조하기 위한 한 방법을 제공한다. 비등방성 Si (1 0 0)의 식각은 날카로운 가장자리(24)들을 갖는 기판(20)을 제공한다(도 4의 (b) - 최상부 패널). PR의 스핀은 기판(20)의 날카로운 가장자리를 갖는 계곡들(24) 내에 PR(26)을 증착함으로써 상기 날카로운 가장자리를 갖는 계곡들을 매끈하게 한다. 엘라스토머 스탬프(34)가 기판(20) 위에 주조된다. 스탬프(34)는 날카로운 가장자리를 갖는 리세스 구조물들을 갖는다. 날카로운 가장자리를 갖는 피크들을 갖는 스탬프를 생성하기 위하여 스탬프(34) 위에 제 2 엘라스토머 스탬프(36)가 주조된다. 스탬프(36)는 Su-8(50)로 엠보싱되며, 적절할 때 경화된다. 스핀 PR(26)은 (50)의 날카로운 가장자리를 갖는 계곡들을 매끈하게 한다. 엘라스토머 기판(30)은 매끈한 계곡들을 갖는 (50) 위에 주조된다. 기판(30)은 분리되어 웨이브지고 매끈한 표면(32)을 드러낸다.Figure 4 provides a method for making a smoothly waxed elastomeric substrate. The etching of the anisotropic Si (1 0 0) provides the substrate 20 with sharp edges 24 (Fig. 4 (b) - top panel). The spin of the PR smoothes the valleys with the sharp edges by depositing the PR 26 in the valleys 24 with the sharp edges of the substrate 20. [ An elastomeric stamp (34) is cast onto the substrate (20). The stamp 34 has recessed structures with sharp edges. A second elastomeric stamp 36 is cast on the stamp 34 to produce a stamp having peaks with sharp edges. Stamp 36 is embossed with Su-8 (50) and cured as appropriate. The spin PR 26 smoothes the valleys with sharp edges of (50). The elastomeric substrate 30 is cast on (50) with smooth valleys. The substrate 30 is exposed to reveal a wavy and smooth surface 32.

도 54는 웨이브진 마스터 위에 증착하고, 이어서 상기 마스터 위에 스탬프를 주조하고, 상기 스탬프를 경화시키고, 그에 의하여 전극들을 해제(release)와 함께 마스터로 전사하는 것에 의하여 웨이브지고 인장 가능한 전극들을 제조하는 방법의 하나를 요약한다. 도 55는 도 4에 나타낸 방법들을 도 54에 나타낸 방법들과 결합함으로써 제조되는 웨이브진 PDMS 위의 인장 가능한 금속 전극들(Au, 300 nm 두께)의 이미지들을 나타낸다. 계면(112)은 금속 구조물(10)과 기판(20) 사이에 도시된 다. 계면(112)은 하부 패널에 도시된 스탬프(30)에 의하여 금속 구조물들(10)의 제거를 용이하게 하는 물질을 포함할 수 있다. 간단히 말해서, 한 방법은 다음을 이용한다: 미리 세정된 2"×3" 유리 슬라이드 위에 유리 표면이 완전히 덮이도록 SU-8 10의 얇은 코팅을 스핀온(spin on)한다. 슬라이드/SU-8을 원하는 웨이브진 표면 구조물(매끈한 계곡과 날카로운 피크들)들을 갖는 PDMS 스탬프와 접촉시키고, 모든 공기 방울들이 제거되도록 서서히 압력을 가한다. 스탬프/몰드 구조물을 UV 램프 하에서 앞면에 대하여 30초 동안 플래시(flash) 경화시키고, 뒤집어서 뒷면에 대하여 추가로 40초 동안 경화시킨다. 경화 후에는 핫 플레이트 위에서 65 ℃로 5분 동안 베이킹을 한다. 베이킹을 한 후에는 샘플이 실온까지 냉각되도록 한 후 SU-8 몰드를 PDMS 마스터로부터 벗겨서 분리한다. 이제 SU-8은 날카로운 가장자리를 갖는 계곡들을 갖는 웨이브진 표면 양각 구조를 가질 것이다. 이들 계곡들을 매끈하게 하기 위하여 SU-8 2의 일부분을 더 묽은 SU-8의 일부분과 혼합하고, 높은 RPM으로 90초간 스핀 온 한다. 20초 동안 UV광에 노광시켜 경화시키고, 3분 동안 65 ℃에서 포스트 베이킹을 한다. 일단 냉각되면, 금속 라인들 또는 콘택들이 전착, 광 리소그래피, 및 식각/리프트-오프, 및/또는 섀도우 마스크를 통한 증발을 통해 증착된다. SU-8 위의 금속을 MPTMS로 1시간 동안 처리하고, 그런 후 그 위에 엘라스토머 기판을 주조한다. PDMS는 제거될 때, 전사된 금속 구조물들과 함께 매끈하게 된 피크들과 계곡들을 갖는 웨이브진 표면 양각 구조물을 갖는다. 도 55는 도 54에 요약된 공정에 의하여 제조된 웨이브지고 인장 가능한 전극의 사진이다. 또한, 도 55는 상기 인장 가능하고 웨이브진 금속 전극들의 측정된 전기 저항 데이 터를 적용된 인장 변형(30%까지)의 함수로 제공한다.54 illustrates a method for manufacturing electrodes that can be waved and stretched by depositing onto a waved master, then casting the stamp onto the master, and curing the stamp, thereby transferring the electrodes to the master with release . Figure 55 shows images of stretchable metal electrodes (Au, 300 nm thick) on a wavy PDMS fabricated by combining the methods shown in Figure 4 with the methods shown in Figure 54. The interface 112 is shown between the metal structure 10 and the substrate 20. The interface 112 may include a material that facilitates removal of the metal structures 10 by the stamp 30 shown in the lower panel. Briefly, one method utilizes the following: Spin on a thin coating of SU-8 10 so that the glass surface is completely covered on a pre-cleaned 2 "x 3" glass slide. Slide / SU-8 is contacted with a PDMS stamp with the desired wavefront surface structure (smooth valleys and sharp peaks) and pressure is slowly applied to remove all air bubbles. The stamp / mold structure is flash cured for 30 seconds against the front side under a UV lamp, and turned over for a further 40 seconds against the back side. After curing, baking is carried out on a hot plate at 65 ° C for 5 minutes. After baking, allow the sample to cool to room temperature and then peel off the SU-8 mold from the PDMS master. The SU-8 will now have a wavy surface embossing structure with valleys with sharp edges. To smooth these valleys, a portion of SU-8 2 is mixed with a portion of the more dilute SU-8 and spun for 90 seconds at high RPM. Cure by exposure to UV light for 20 seconds, and post-baked at 65 占 폚 for 3 minutes. Once cooled, metal lines or contacts are deposited through electrodeposition, photolithography, and evaporation through an etch / lift-off, and / or shadow mask. The metal on SU-8 is treated with MPTMS for 1 hour, and then an elastomeric substrate is cast thereon. When PDMS is removed, it has a wave-like surface relief structure with valleys and valleys smoothed together with the transferred metal structures. Figure 55 is a photograph of a waved and stretchable electrode made by the process outlined in Figure 54; Figure 55 also provides the measured electrical resistance data of the tensile and wavy metal electrodes as a function of the applied tensile strain (up to 30%).

도 4에 요약된 방법에 의하여 제조된 매끄럽게 웨이브진 PDMS 기판(30)의 실시예가 도 5에 제공된다. 장치 구성 부품(60)은 웨이브진 기판(30)의 웨이브지지 않은 영역(예를 들면, 실질적으로 편평한 부분)에 지지되어 원하는 바에 따라 상호 접속부(10)와 연결될 수 있다.An embodiment of a smoothly waved PDMS substrate 30 made by the method summarized in FIG. 4 is provided in FIG. The device components 60 may be supported on a nonwoven area (e.g., a substantially flat area) of the wobbled substrate 30 and connected to the interconnect 10 as desired.

날카로운 가장자리를 갖는 계곡 또는 리세스 구조 내에 스무딩 층(smoothing layer)을 스핀 코팅하는 실시예가 도 6에 도시된다. 날카로운 가장자리를 갖는 기판(34)(도 6a)은 매끈하게 웨이브진 기판을 생성하기 위하여 광경화성 에폭시(26)을 스핀-코팅함으로써 매끈하게 된다. 도 6b의 기판 위에 PDMS 스탬프를 주조하고 이어서 상기 기판(34)으로부터 상기 스탬프(30)을 제거함으로써, 매끈하게 웨이브진 표면(32)을 갖는 엘라스토머(예를 들면, PDMS) 스탬프(30)가 얻어진다.An embodiment in which a smoothing layer is spin-coated in a valley or recessed structure having sharp edges is shown in FIG. The substrate 34 (Figure 6a) with sharp edges is smoothed by spin-coating the photocurable epoxy 26 to produce a smoothly wobbled substrate. An elastomeric (e.g., PDMS) stamp 30 having a smoothly waved surface 32 is obtained by casting a PDMS stamp onto the substrate of Figure 6b and then removing the stamp 30 from the substrate 34 Loses.

도 7은 인장 가능한 전극의 사진들이다. 도 7a는 웨이브진 표면(32)을 갖는 엘라스토머 기판(30)의 단면 사진이다. 도 7b는 상기 웨이브진 엘라스토머 기판 표면(32) 위에 금속(10)의 증발에 의하여 제조된 전극을 위에서 본 현미경 사진이다. 상기 이미지의 초점면(focal plane)은 웨이브진 양각 구조물의 피크들 위에 있다. 도 7c에서 상기 초점면은 상기 웨이브진 양각 구조물의 계곡 위에 있고, 상기 금속 상호 접속부(10)는 상기 전극(250)과 전기적으로 접촉하고 있다. 상기 인장 가능한 전극은 매끈하게 웨이브진 엘라스토머 기판 위에 섀도우 마스크를 통한 증발에 의하여 증착된다. 이 실시예에서, 상기 전극(250)은 장력(tension)에 있어서 약 10%까지 인장하는 동안 상호 접속부들(10)을 통한 전도도와 접속 도(connectivity)을 유지한다.Figure 7 is a photograph of a tensionable electrode. 7A is a cross-sectional photograph of an elastomeric substrate 30 having a waved surface 32. Fig. Figure 7b is a micrograph taken from above of an electrode made by evaporation of metal (10) on the waxed elastomer substrate surface (32). The focal plane of the image is above the peaks of the wave-like embossed structure. In FIG. 7C, the focal plane is above the valley of the corrugated wave structure and the metal interconnect 10 is in electrical contact with the electrode 250. The stretchable electrode is deposited by evaporation through a shadow mask on a smoothly waxed elastomer substrate. In this embodiment, the electrode 250 maintains conductivity and connectivity through the interconnects 10 during tension up to about 10% in tension.

여기에 개시된 방법들 및 장치들은, 예를 들면, 인장 가능한 수동 매트릭스 LED 디스플레이(도 8 참조)를 포함하여 다양한 전자 장치들을 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 웨이브진 전극들(예를 들면, 상호 접속부들(10) 및 콘택 패드(70))은 두 개의 엘라스토머 기판들(30) 위에 패터닝된다. 장치 구성 부품(60)(이 경우에 있어서는 ILED 픽셀들)은 전사 인쇄(transfer printing)에 의하여 웨이브진 전극들 위에 콘택 패드(70)에서 패터닝된다. 상기 두 기판들(30)은 상기 상호 접속부(10)들이 상이한 방향으로(본 실시예에서는 수직으로) 달리도록 그에 알맞게 조립된다. 이러한 수동 매트릭스 LED 디스클레이의 2-D 기계적 인장 가능성은 도 9에 도시된다. 상기 디스플레이는 일축적으로(uniaxially) 및 이축적으로(biaxially) 인장될 수 있을 뿐만 아니라, 파손 없이 실질적인 구부림이 가능하다. 그러한 다축(multi-axial) 구부림은 굴곡진 전자 장치들을 생산하고 또한 스마트 전자 패브릭(fabric) 또는 디스플레이들에 통합하기 위해 전자 장치들을 굴곡진 표면들에 몰딩할 수 있는 능력을 제공한다.The methods and apparatuses disclosed herein can be used to manufacture a variety of electronic devices, including, for example, a pullable passive matrix LED display (see FIG. 8). Waveguided electrodes (e.g., interconnects 10 and contact pad 70) are patterned over the two elastomeric substrates 30. The device components 60 (ILED pixels in this case) are patterned on the contact pads 70 on the wobbled electrodes by transfer printing. The two substrates 30 are suitably assembled so that the interconnections 10 run in different directions (vertically in this embodiment). The 2-D mechanical tensile potential of this passive matrix LED display is shown in FIG. The display can be uniaxially and biaxially stretched, as well as being capable of substantial bending without breakage. Such multi-axial bending provides the ability to mold electronic devices on curved surfaces to produce curved electronic devices and also to integrate them into smart electronic fabrics or displays.

그러한 굴곡진 전자 장치의 한 실시예가 도 10에 제공된다. 도 10은 구면의 국면을 이루는 렌즈 위에 분포된 무기 광 다이오드 어레이를 포함하는 "인공 눈(artificial eye)"을 나타낸다. 상기 인공 어레이의 네 가지 상이한 관점들이 도시된다. 인장 가능한 평면 전자 장치들을 위한 요건은 도 11에 개념적으로 도시된다. 구의 표면 주위에 평면 시트를 싸기 위하여 상기 시트는 두 방향 이상으로 인장되어야 한다.One embodiment of such a curved electronic device is provided in Fig. Figure 10 shows an "artificial eye" comprising an array of inorganic light diodes distributed over a lens that forms the spherical surface. Four different views of the artificial array are shown. The requirements for stretchable planar electronic devices are conceptually illustrated in FIG. The sheet must be tensioned in two or more directions to wrap the flat sheet around the surface of the sphere.

도 12는 굴곡진 표면에 정합할 수 있는 인장 가능한 버클링된 반도체 어레이를 제조하기 위한 제조 방법이다. 얇은 Si 요소들은 패널 (i)에서 "모 웨이퍼(mother wafer)"로 도시된 바와 같이 기판 위에 Au 또는 Ti/Au의 선택적인 증착으로 제조된다. Si는 사전 변형되고(L+ΔL로 표시) UVO 처리된 PDMS(패널 (ii))에 결합된다. 사전 변형은 도시된 바와 같이 두 방향으로 제공된다. 상기 결합은, 예를 들면, 상기 Si 요소에, 상기 기판에, 또는 이들 둘 모두에 적용된 접착제와 같이 당 기술 분야에서 알려진 임의의 수단들에 의한다. 상기 결합 수단들은 상기 Si가 (변형 후에) 상기 기판과 물리적으로 접촉한 채 남아 있게 될 결합된 영역들과 상기 기판과 물리적 접촉을 하지 않는 구부러짐 구성인 다른 영역들(예를 들면, 상기 결합 영역들에서의 접착력에 비하여 상대적으로 약하게 결합되거나 또는 결합되지 않은 영역들)을 가지도록 선택된 패턴으로 적용된다. 상기 사전 변형된 기판은 상기 웨이퍼 기판으로부터 제거되어 반도체 어레이들(패널 (iii))의 편평한 그리드를 드러낸다. 상기 기판이 L+ΔL로부터 L로 릴랙스됨과 함께, 상기 장치 구성 부품(60)(예를 들면, 반도체 Si 콘택 패드)은 상기 기판(30)에 결합된 채 남는 반면, 상기 상호 접속부(10)들은 상기 약하게 결합된 영역들(패널 (iv) 참조)에서 구부러짐 구성으로 버클링된다. 따라서, 버클링된 상호 접속부(10)들은 전체 어레이에 인장 가능성을 부여하고, 특히 구성 부품들(60) 사이의 전기적인 접촉을 파손하지 않으면서 구성 부품(60)의 다른 구성 부품들(60)에 대한 상대적인 운동의 능력을 부여하고, 그에 의하여 굴곡진 표면 또는 구부릴 수 있는 표면에 정합하는 능력을 제공한다.12 is a manufacturing method for manufacturing a tensile buckled semiconductor array that can match a curved surface. The thin Si elements are fabricated by selective deposition of Au or Ti / Au on the substrate as shown in the "mother wafer" in panel (i). Si is pre-deformed and bonded to a UVO-treated PDMS (panel (ii)) (labeled L + DELTA L). The pre-distortion is provided in two directions as shown. The bonding may be by any means known in the art, for example, an adhesive applied to the Si element, to the substrate, or both. The joining means are configured such that the Si is bonded to other regions that remain in contact with the substrate (after deformation) and that are not in physical contact with the substrate (e.g., Or regions that are relatively weakly bonded or unbonded relative to the adhesion force at the other end of the substrate. The pre-strained substrate is removed from the wafer substrate to expose a flat grid of semiconductor arrays (panel (iii)). While the substrate is relaxed from L + DELTA L to L, the device components 60 (e.g., semiconductor Si contact pads) remain coupled to the substrate 30 while the interconnects 10 Is buckled in a bent configuration in the weakly bonded regions (see panel (iv)). Thus, the buckling interconnections 10 impart tensile potential to the entire array and are particularly useful for the assembly of other components 60 of the component 60 without damaging the electrical contact between the components 60. [ Thereby providing the ability to conform to a curved surface or a bendable surface.

도 13은 단일 그리드 구성(140)(위쪽 두 패널들), 복수의 접속된 상호 접속부들(160)을 갖는 그리드 구성(아래쪽 왼쪽 패널), 및 꽃모양(floral) 구성(150)(아래쪽 오른쪽 패널)을 갖는 버클링되고 인장 가능한 실리콘 어레이의 광학 현미경 이미지를 제공한다. 이들 실시예들 각각에 있어서, 상호 접속부(10)는 중앙 부분에서 버클링되고, 상호 접속부의 단부들은 콘택 패드(70)에 부착된다. 상기 상호 접속부들과 콘택 패드(70)는 PDMS 기판(30) 위에 지지된다. 많은 상이한 상호 접속부의 기하 구조들의 근접 모습들은 도 14 내지 도 17에 더 제공된다. 도 14는 제 1 단부(100) 및 제 2 단부(110)와 함께 중앙 부분(90)을 갖는 기본적인 버클링되거나 또는 웨이브진 상호 접속부(10)를 보여 주는 전자 현미경 이미지들을 제공한다. 상기 중앙 부분은 구부러진 구성을 갖는다. 단부들(100 및 110)은 장치 구성 부품에 연결되며, 이 경우에 있어서는 장치 구성 부품과 전기적인 접촉을 형성할 수 있는 콘택 패드(70)에 연결된다. 상기 상호 접속부(10) 및 콘택 패드(70)는 엘라스토머 PDMS 기판과 같은 기판(30) 위에 지지된다.13 shows a grid configuration (lower left panel) with a single grid configuration 140 (upper two panels), a plurality of connected interconnects 160, and a floral configuration 150 ) &Lt; / RTI &gt; of a buckling and tensionable silicone array. In each of these embodiments, interconnect 10 is buckled at a central portion, and the ends of the interconnect are attached to contact pad 70. The interconnects and the contact pad 70 are supported on the PDMS substrate 30. Close-up views of the geometries of many different interconnects are further provided in Figures 14-17. Fig. 14 provides electron microscope images showing a basic buckling or wave-wise interconnect 10 having a central portion 90 with a first end 100 and a second end 110. Fig. The central portion has a curved configuration. The ends 100 and 110 are connected to the device components and in this case to the contact pads 70, which can form electrical contact with the device components. The interconnects 10 and contact pads 70 are supported on a substrate 30, such as an elastomeric PDMS substrate.

도 15는 복수(둘)의 상호 접속부들(160)에 의하여 서로 연결된 이웃하는 장치 구성 부품들(예를 들면, 콘택 패드(70))의 전자 현미경 이미지이다. 도 15를 도 14와 비교하면 이웃하는 장치 구성 부품들(70)은 상기 전자 장치에 추가적인 유연성을 제공하기 위하여 하나 또는 그 이상의 상호 접속부들(10)에 의하여 서로 연결될 수 있음이 입증된다. 예를 들면, 비교적 큰 면적(footprint)을 갖는 장치 구성 부품 또는 콘택 패드(70)는 다중의 상호 접속부들에 의하여 다른 장치 구성 부품에 선택적으로 연결된다.15 is an electron microscope image of neighboring device components (e.g., contact pad 70) interconnected by a plurality (two) of interconnections 160. FIG. 15, it can be seen that neighboring device components 70 can be interconnected by one or more interconnections 10 to provide additional flexibility to the electronic device. For example, a device component or contact pad 70 having a relatively large footprint is selectively connected to other device components by multiple interconnects.

도 16은 꽃모양 구성(150)의 상호 접속부들의 전자 현미경 이미지이다. 꽃모양 구성은, 그리드(grid) 구성과는 대조적으로, 셋 이상의 길이 방향들(longitudinal directions)을 갖게 배향된 상호 접속부들을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 콘택 패드(70)와 같은 장치 구성 부품이 대각선 방향으로 이웃하는 장치 구성 부품들과 접촉할 수 있도록 네 개의 구별되는 방향들이 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 상호 접속부(10)는 장치 구성 부품(미도시)에 전기적으로 연결되고 그에 의하여 중앙 영역(90)을 각각 구부림 구성을 갖는 두 개의 비결합 영역들(92)로 나누는 상기 상호 접속부 단부(100)와 단부(110) 사이 내에 선택적인 결합 영역(102)를 갖는다.16 is an electron microscope image of the interconnections of the flower configuration 150. FIG. The flower configuration has interconnections oriented with three or more longitudinal directions, as opposed to a grid configuration. In the present embodiment, there are four distinct directions so that device components, such as contact pads 70, can contact diagonally adjacent device components. In the present embodiment, the interconnect 10 is electrically connected to device components (not shown), thereby dividing the central region 90 into two non-engagement regions 92 each having a bending configuration, And has an optional coupling region 102 between the interconnecting end 100 and the end 110.

도 17은 브리지 구성(130)으로 배열된 상호 접속부들의 전자 현미경 이미지이다. 브리지 구성에 있어서, 셋 또는 그 이상의 상호 접속부 단부들이 브리지 중앙 부분 피크(120)로부터 연장되어 나온다. 예를 들면, 결합되지 않은 영역에서 교차하는 두 개의 상호 접속부들은, 네 개의 상호 접속부 단부들이 그로부터 연장되는 피크(120)를 가져온다. 장치 구성 부품들이 엇갈리게 배열된 상황에 있어서, 상기 피크(120)는 그로부터 연장되는 세 개의 단부들을 가질 수 있다. 장치 구성 부품들 사이의 다중 상호 접속 연결의 경우에 있어서, 넷보다도 많은 단부들이 피크(120)로부터 연장될 수 있다.17 is an electron microscope image of interconnection arrangements arranged in a bridge configuration (130). In the bridge configuration, three or more interconnect ends extend out of the bridge central portion peak 120. For example, two interconnects that intersect in the unbonded region lead to a peak 120 where the four interconnect ends extend therefrom. In a situation where device components are staggered, the peak 120 may have three ends extending therefrom. In the case of multiple interconnection connections between device components, more than four ends can extend from the peak 120.

여기에 제공된 도면들 중 많은 도면들이 콘택 패드(70)인 장치 구성 부품을 보이지만, 여기서 청구되는 방법들 및 장치들은 인장 가능하고 따라서 형태 정합적인(shape-conforming) 전자 장치들을 제공하기 위하여 수많은 장치 구성 부품들을 연결할 수 있다. 예를 들면, 도 18은 장치 구성 부품(60)으로서, 엘라스토머 기판(30) 위에 지지된 버클링된 상호 접속부들(10)에 의하여 어레이 구성으로 다른 광 다이오드에 연결된 광 다이오드이다.While many of the figures provided herein show device components that are contact pads 70, the methods and apparatuses claimed herein are not suitable for use with a number of device configurations (e. G., &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; Parts can be connected. For example, Figure 18 is a photodiode connected to another photodiode in an array configuration by buckling interconnections 10 supported on an elastomeric substrate 30 as a device component 60.

도 19는 버클링된 실리콘 어레이의 1차원적으로 인장되는 거동을 묘사한다. 패널 (i)은 적용되는 변형력이 없는 버클링된 실리콘 어레이의 그림이다. (패널 (i)의 위의 화살표로 나타내어진 바와 같이) 인장력이 가해져서 상기 어레이를 한 방향으로 인장한다. 패널 (2) 내지 (4)에 나타낸 바와 같이, 상기 버클링된 상호 접속부는 편평하게 된다. 패널 (5)에서 상기 인장시키는 힘이 해제되면, 상기 어레이는 자신의 버클링된 구성으로 되돌아간다(패널 (6) 내지 패널 (8) 참조). 패널 (1)과 패널 (8)을 비교하면, 인장하기 전과 후의 버클 구성이 동일함을 보여주고 있으며, 이는 상기 과정이 가역적임을 나타낸다.Figure 19 depicts the one-dimensional tensile behavior of a buckled silicon array. Panel (i) is a picture of a buckled silicon array without strain applied. A tensile force is applied (as indicated by the arrows above panel (i)) to stretch the array in one direction. As shown in panels (2) - (4), the buckled interconnections become flat. When the tensioning force is released in the panel 5, the array returns to its buckling configuration (see panels 6 to 8). A comparison of panel 1 and panel 8 shows that the buckle configuration before and after tensioning is the same, indicating that the process is reversible.

장치 구성 부품들의 버클링된 어레이들은 경질 또는 비탄성적 곡률 표면들을 포함하는 굴곡 표면들에 용이하게 전사될 수 있다. 굴곡진 표면들에 정합 접촉을 용이하게 하기 위한 장치 및 방법의 한 실시예가 도 20의 버블 또는 풍선 스탬프(400)에 의하여 제공된다. 이 실시예에서는 약 20 ㎛ 두께의 PDMS 막인 엘라스토머 기판(30)은 하우징 챔버 및 내부를 향한 기판벽에 의하여 정의되는 챔버 부피(310)를 제공하는 하우징 챔버(300)에 고정된다. 양압(예를 들면, 외부 압력보다 높은 챔버(300) 내의 압력)을 적용하면 오목한 형태의 수용 기판과 정합적 접촉을 이룰 수 있는 볼록(200) 기판 표면을 생성한다. 대조적으로, 음압은 볼록한 형태의 수용 기판과 정합적 접촉을 이룰 수 있는 오목 표면(210)을 생성한다. 상기 기판의 국부적 탄성(예를 들면, 영 모듈러스)의 공간적인 조작은 복합적으로 굴곡진 기하 구조의 생성을 가능하게 한다. 도 20의 아래 왼쪽 패널은 챔버(310)에 가스를 도입하거나 또는 그로부터 가스를 제거하는 주사기에 의하여 하우징 부피(310) 내의 압력을 조절하기 위한 수단의 하나를 나타낸다. 상기 그림의 오른쪽에 있는 이미지들은 양압의 수준을 증가시킴에 따라 반응하는 PDMS 막의 상이한 곡률들이다. 엘라스토머 기판 위에 버클링된 상호 접속부들을 제공하기 위한 임의의 방법들과 장치들이, 굴곡진 기판으로의 전사 인쇄를 위한 장치들과 함께 이용될 수 있다.Buckled arrays of device components can be easily transferred to curved surfaces, including hard or inelastic curved surfaces. One embodiment of an apparatus and method for facilitating mating contact with curved surfaces is provided by the bubble or balloon stamp 400 of FIG. In this embodiment, the elastomeric substrate 30, which is a PDMS film of about 20 um thickness, is secured to the housing chamber 300, which provides a chamber volume 310 defined by the housing chamber and the substrate wall facing inward. Applying a positive pressure (e.g., a pressure within the chamber 300 that is higher than the external pressure) creates a convex (200) substrate surface that can achieve conformal contact with the receiving substrate in a concave form. In contrast, the negative pressure creates a concave surface 210 that can make consistent contact with the receiving substrate in a convex form. The spatial manipulation of the local elasticity of the substrate (e.g., zero modulus) allows for the creation of complexly curved geometries. The lower left panel of FIG. 20 shows one of the means for adjusting the pressure in the housing volume 310 by a syringe that introduces gas into or removes gas from the chamber 310. The images on the right side of the figure are the different curvatures of the reacting PDMS film as increasing the level of positive pressure. Any methods and apparatus for providing interconnections that are buckled on an elastomeric substrate may be used with devices for transfer printing to a curved substrate.

굴곡진 표면 위에 버클링된 상호 접속부 또는 팝-업 상호 접속부들을 생성하기 위한 다른 수단들이 도 21에 요약되어 있다. 굴곡진 부분을 적어도 갖는 엘라스토머 기판을 생성하기 위하여 형태를 갖는 표면 위에 얇은 엘라스토머 필름이 주조된다. 상기 기판이 굴곡진 표면과 편평한 표면 모두에 정합할 수 있도록, 상기 기판은 인장되어서 상기 표면을 편평하게 할 수 있다. 상기 편평한 스탬프 위에 상호 접속부가 적용되고 인장력의 해제와 함께 상기 기판 표면은 릴랙스되어 굴곡진 기하 형태로 되돌아오고, 상기 상호 접속부에 변형이 생성되는데, 이는 상기 상호 접속부 중앙 부분의 팝-업에 의하여 수용된다.Other means for creating buckled interconnects or pop-up interconnections on a curved surface are summarized in FIG. A thin elastomeric film is cast onto the shaped surface to create an elastomeric substrate having at least a curved portion. The substrate can be tensioned to flatten the surface such that the substrate can conform to both the curved surface and the flat surface. The interconnection is applied over the flat stamp and with the release of the tension force the substrate surface relaxes back into the bent geometry and a deformation is created in the interconnection which is accommodated by the pop- do.

도 20에 나타낸 장치에 의하여 버클링된 실리콘 어레이를 "2차원적으로" 인장하는 실시예가 도 22에 제공된다. 이 실시예에 있어서, 상기 상호 접속부는 그리드 구성의 버클링된 상호 접속부 연결들을 복수개 포함한다. 상기 상호 접속부들은 290 nm 두께의 Si로 만들어진다. 초기에 편평한 버클링된 실리콘 어레이(위 쪽 왼쪽 이미지)는 하우징 내에 위치되고, 상기 어레이를 버블 또는 풍선 구성(예를 들면, 굴곡진 표면) 내로 팽창시키기 위해 양압이 작용된다. 최대 팽창이 가장 오른쪽 이미지에 나타내어져 있고, 이어서 상기 양압이 제거된다. An embodiment of "two-dimensionally" stretching a silicon array buckled by the apparatus shown in Fig. 20 is provided in Fig. In this embodiment, the interconnections comprise a plurality of buckled interconnection connections in a grid configuration. The interconnects are made of Si with a thickness of 290 nm. An initially flat, buckled silicon array (upper left image) is placed in the housing and a positive pressure is applied to inflate the array into a bubble or balloon configuration (e.g., a curved surface). The maximum expansion is shown in the rightmost image, and then the positive pressure is removed.

편평한 기판의 일축 인장에 대한 결과와 유사하게도, 이 "구부림" 인장은 가역적이다. 굴곡진 표면과의 정합적 접촉을 최대화시키는 팽창의 어떠한 단계에서든 상기 어레이는 당 기술 분야에 알려진 임의의 수단들에 의하여 상기 굴곡진 표면으로 전사될 수 있다. 접착제들(엘라스토머 기판 또는 SU-8)이 코팅된 유리 렌즈들 위에 풍선 스탬프들에 의하여 실리콘 인쇄하는 실시예가 도 23에 도시된다. 상기 렌즈들은 볼록일 수도 있고 오목일 수도 있다. 이 실시예에서 각각 R=19.62 mm 및 9.33 mm였다.Similar to the results for uniaxial stretching of a flat substrate, this "bending" tension is reversible. The array can be transferred to the curved surface by any means known in the art at any stage of the swelling to maximize coherent contact with the curved surface. An example of silicon printing by balloon stamps on glass lenses coated with adhesives (elastomer substrate or SU-8) is shown in Fig. The lenses may be convex or concave. In this example, R = 19.62 mm and 9.33 mm, respectively.

실시예 1: 반도체 나노리본들에서의 제어된 버클링 구조들과 인장 가능한 전자 장치들에서의 응용 실시예Example 1: Controlled buckling structures in semiconductor nanoribbons and application examples in tensionable electronic devices

반도체 나노구조들의 조성, 모양, 공간적 위치 및/또는 기하학적 구성에 대한 제어는 이들 물질의 거의 모든 응용들에 있어서 중요하다. 나노와이어들 및 나노리본들의 물질 조성, 지름, 길이, 및 위치들을 정의하기 위한 방법들이 존재하지만, 이들의 2차원 및 3차원(2D 및 3D) 구성을 제어하기 위한 접근 방법은 상대적으로 거의 없었다. 나노리본들에서 다른 방법으로는 생성해 내기 어려웠을 소정 클래스의 3D 형태들을 창조하기 위한 기계적 전략이 여기에 제공된다. 본 실시예는 접착 위치에 대한 공간적인 제어를 제공하기 위한 리소그래피적으로 패터닝된 표면 화학과 잘 제어된 국부 변위들을 유발하기 위한 지지 기판의 탄성 변형을 조합하여 사용하는 것을 수반한다. 정밀하게 엔지니어링된 버클링 기하 구조들은 이러한 방식으로 GaAs 및 Si의 나노리본들에서 생성되고 또한 이들 구성들은 역학적 해석 모델로 정량적으로 설명될 수 있다. 하나의 응용 실시예로서, 특정 구조들은 극도로 높은 수준의 인장 가능성(∼100%까지), 압축성(∼25%까지) 및 구부림성(bendability)(∼5 mm까지의 곡률 반경)을 갖는 전자 장치(및 광 전자장치)에 이를 수 있는 길을 제공한다.Control over the composition, shape, spatial location and / or geometry of semiconductor nanostructures is important for almost all applications of these materials. Although there are methods for defining the material composition, diameter, length, and positions of nanowires and nanoribbons, there are relatively few approaches for controlling their two- and three-dimensional (2D and 3D) configurations. A mechanical strategy for creating 3D forms of a given class that would otherwise have been difficult to produce in nanoribbons is provided herein. This embodiment involves using a combination of lithographically patterned surface chemistry to provide spatial control over the bonding position and elastic deformation of the support substrate to induce well controlled localized displacements. Precisely engineered buckling geometries are produced in this way in nano-ribbons of GaAs and Si, and these configurations can be quantitatively described in mechanical analysis models. As one application example, certain structures may be used in an electronic device having an extremely high level of tensionability (up to 100%), compressibility (up to 25%) and bendability (up to 5 mm radius of curvature) (And optical electronic devices).

상기 2D 및 3D 구성의 나노리본들 및 와이어들은 코일, 고리, 및 가지친 레이아웃과 같이 특정 기하 구조들을 갖도록 그들이 성장하는 동안 제어된다. 또는 그들의 성장 이후에, 층상 시스템 내에 내재된(built-in) 잔여 응력들을 이용하여 인장된 엘라스토머 기판 또는 튜브-형(또는 나선형) 구조들에 이들 요소들을 결합함으로써, 예를 들면 사인파와 같은 구조를 생성하기 위하여 제어된다. 웨이브진 기하 구조들을 갖는 반도체 나노리본들은 구형 곡선 초점면 어레이들, 지능형 고무 수술 장갑 및 정합 가능한 구조의 건강 모니터들과 같은 잠재적 응용을 위한 고성능의 인장 가능한 전자 시스템 가능하게 하기 때문에 어느 정도 흥미롭다. 상기 전자 장치들 자체가 인장 가능한 이러한 접근은 인장 가능한 금속 상호 접속부들과 함께 경질 장치 아일랜드들을 사용하는 동일한 이들 응용들과는 상이하고 또한 보완적인 내지는 대안적인 것이다. 앞서 설명한 웨이브진 나노리본들은 크게 두 가지 단점들이 있다: (i) 그들은 물질의 모듈러스 및 리본들의 두께에 의해 정의되는 진폭들과 고정된 주기들을 가지면서, 웨이브의 기하 구조 또는 위상에 대한 제어를 거의 허용하지 않는 방식으로 자발적으로 형성되는 것과 (ii) 그들이 수용할 수 있 는 최대 변형들은 20-30%의 범위로서 이러한 공정에 의하여 얻어지는 비최적의 웨이브진 기하 구조들에 의하여 제한되는 것이다. 여기에 소개된 절차들은 그들의 구성에 대한 결정론적 제어로 버클링 구성들을 달성하기 위하여 지지 기판의 탄성 변형과 함께 리소그래피적으로 정의된 표면 접착 위치들을 이용한다. 그러한 구조들의 대규모 조직화된 어레이들의 개별 나노리본들의 임의의 선택된 세트에 대하여, 주기적인 또는 비주기적인 설계가 가능하다. 인장 가능한 전자 장치에 대하여 설계된 특수한 기하 구조들이 GaAs와 같은 깨어지기 쉬운 물질에서조차 거의 150%까지의 변형 범위를 가능하게 하는데, 이는 역학적 해석 모델과 일치하면서, 이전에 보고된 결과에 비하여 무려 10배나 더 크다.The nanoribbons and wires in the 2D and 3D configurations are controlled during their growth to have specific geometries, such as coils, rings, and branched layouts. Or after their growth, by joining these elements to stretched elastomeric substrate or tube-shaped (or helical) structures using built-in residual stresses in the layered system, for example, a structure such as a sine wave Respectively. Semiconductor nanoribbons with wavy geometries are somewhat interesting because they enable high-performance, stretchable electronic systems for potential applications such as spherical curved focal plane arrays, intelligent rubber surgical gloves, and adaptive structure health monitors. This approach, in which the electronic devices themselves are tensionable, is different, complementary, or alternative to the same applications that use rigid device islands with tensionable metal interconnects. The wave nanoribbons described above have two main disadvantages: (i) they have almost no control over the geometry or phase of the wave, with fixed frequencies and amplitudes defined by the modulus of the material and the thickness of the ribbons; (Ii) the maximum deformations that they can accommodate are limited by non-optimal wave geometries obtained by this process in the range of 20-30%. The procedures introduced herein utilize lithographically defined surface adhesion locations with elastic deformation of the support substrate to achieve buckling configurations with deterministic control over their configuration. For any selected set of individual nanoribbons of large scale organized arrays of such structures, periodic or aperiodic designs are possible. Special geometries designed for tensile electronic devices enable a strain range of up to 150% even in fragile materials such as GaAs, which is 10 times more than previously reported, consistent with the mechanical analysis model Big.

도 24는 이러한 절차에서의 단계들을 나타낸다. 폴리(디메틸실록산)(PDMS: poly(dimethylsiloxane)) 엘라스토머 기판 위에 표면 화학 접착 위치들을 패터닝하기 위한 마스크의 제조와 함께 제조가 시작된다. 본 공정은 UVO 마스크라고 불리는 특수한 유형의 (단계 i을 통해 제조한) 진폭 광마스크를 상기 PDMS와 정합 접촉을 시킨 채 상기 광마스크를 통해 심자외선(deep UV)(240-260 nm)을 통과시키는 단계를 수반한다. 상기 UVO 마스크는 UV에 노출시키면 PDMS의 표면 근방에 오존의 패터닝된 영역들을 생성하도록 투명 영역에 양각된 리세스 구조물들을 갖는다. 상기 오존은 개질되지 않은, -CH3 및 -H로 종결된 기들이 압도적인 소수성 표면을 -OH 및 -O-Si-O- 작용기들로 종결되는 고도로 극성이면서 반응성인 표면(즉, 활성화된 표면)으로 전환시킨다. 노출되지 않은 영역들은 개질되지 않은 표면 화학 작용 (즉, 비활성화된 표면)을 유지한다. 여기에 소개된 절차들은 일축성의(uniaxial) 큰 사전 변형(L에서 L+ΔL까지의 길이 변화에 대하여 εpre=ΔL/L) 하에서 PDMS 기판들 (두께 ∼4 mm) 위로의 노광을 수반한다(단계 ii). 단순하고 주기적인 라인 패턴들을 갖는 마스크에 대하여, 도 24의 (a)의 단계 (iii)에서 ("활성화된 표면"의 표시가 붙은 선으로 지시되는) 활성화된 띠와 비활성화된 띠(예를 들면, 이웃하는 활성화된 띠들 사이의 거리)의 폭들을 단계 (i)에서 Wact와 Win으로 각각 표시한다. 상기 활성화된 영역들은 표면에 -OH 또는 -Si-O 기들을 노출시키는 다른 물질들과 강하면서도 비가역적으로 결합할 수 있다. 이하에서 개괄하는 바와 같이, 이들 패터닝된 접착 위치들은 나노 리본들 내에 잘 정의된 3D 기하 구조들을 생성하기 위해 이용된다. 선택적으로, 상기 기판과 접촉하기 전에 상호 접속부들을 유사하게 패터닝함으로써 유사한 접착성 결합 위치의 패턴이 제공된다.Figure 24 shows the steps in this procedure. Fabrication begins with the fabrication of a mask for patterning surface chemical adhesion sites on a poly (dimethylsiloxane) (PDMS) elastomer substrate. The present process involves passing a deep UV (240-260 nm) through a photomask with a special type of amplitude photomask (made via step i), called UVO mask, in mating contact with the PDMS Step. The UVO mask has recessed features in the transparent region to produce patterned areas of ozone near the surface of the PDMS upon exposure to UV. The ozone is a highly polar and reactive surface (i.e., an activated surface, which is terminated with -OH and -O-Si-O-functional groups, with unmodified, -CH 3 and -H terminated hydrophobic hydrophobic surfaces ). Unexposed areas retain unmodified surface chemistry (i.e., deactivated surfaces). The procedures introduced here involve exposure over PDMS substrates (thickness ~ 4 mm) under uniaxial large pre-strain (ε pre = ΔL / L for length changes from L to L + ΔL) (Step ii). For a mask with simple, periodic line patterns, the activated and deactivated strips (indicated by the lines marked "activated surface") in step (iii) , The distance between neighboring activated bands) is expressed as W act and W in in step (i), respectively. The activated regions can bind strongly and irreversibly with other materials that expose -OH or -Si-O groups to the surface. As outlined below, these patterned adhesion locations are used to create well-defined 3D geometries within the nanoribbons. Optionally, a pattern of similar adhesive bonding locations is provided by similarly patterning interconnects prior to contacting the substrate.

본 실시예에 있어서, 나노리본들은 단결정 Si 및 GaAs 모두로 구성된다. 실리콘 리본들은 앞서 설명한 절차들을 이용하여 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼로부터 제조된다(Khang et al. Science 311, 208-212 (2006) 참조). 상기 GaAs 리본들은 분자빔 에피택시(MBE: molecular-beam epitaxy)에 의하여 (100) SI-GaAs 웨이퍼 위에 형성된 Si-도핑된 n-형 GaAs (120 nm; 4×1017 cm3의 캐리어 농도), 반-절연(semi-insulating) GaAs (SI-GaAs; 150 nm) 및 AlAs (200 nm)의 다중층을 수반한다. 상기 에피층들을 식각 마스크와 같이 (0 1 1) 결정 방향을 따라 패터닝된 포토레지스트의 선들을 이용하여 H3PO4 및 H2O2의 수용성 식각제 내에서 화학 식각하 여 상기 리본들을 정의한다. 상기 포토레지스트를 제거한 후 웨이퍼를 HF의 에탄올 용액(에탄올과 49% HF 수용액 사이에 2:1 부피비)에 적셔서 상기 AlAs 층을 제거하고, 그에 의하여 상기 포토레지스트에 의하여 결정된 폭(도 24의 (d)의 실시예에 있어서는 ∼100 ㎛)을 갖는 GaAs(n-GaAs/SI-GaAs)의 리본을 풀어낸다. 상기 HF 용액 내에 에탄올을 첨가하는 것은 건조하는 동안 모세관 힘의 작용으로 인하여 파손되기 쉬운 리본들에 크랙이 발생할 확률을 감소시킨다. (물에 비하여) 낮은 표면 장력은 상기 GaAs 리본들의 공간적 배치에서 건조로 인해 유발되는 무질서를 최소화할 수도 있다. 마지막 단계에서, 상기 PDMS의 활성화된 영역에 결합되기 위해 필요한 -Si-OH 표면 화학 작용을 제공하기 위하여 SiO2의 박막(∼30 nm)이 증착된다.In this embodiment, the nanoribbons are composed of both monocrystalline Si and GaAs. Silicon ribbons are fabricated from SOI (silicon-on-insulator) wafers using the procedures described above (Khang et al. Science 311, 208-212 (2006)). The GaAs ribbons were formed by Si-doped n-type GaAs (120 nm; carrier concentration of 4 x 10 17 cm 3 ) formed on a (100) SI-GaAs wafer by molecular-beam epitaxy (MBE) Semi-insulating GaAs (SI-GaAs; 150 nm) and AlAs (200 nm). The epilayers are chemically etched in a water-soluble etchant of H 3 PO 4 and H 2 O 2 using lines of photoresist patterned along the (0 1 1) crystal orientation, such as an etch mask, to define the ribbons . After removing the photoresist, the wafer was dipped in an ethanol solution of HF (ethanol: 49% HF aqueous solution, 2: 1 by volume) to remove the AlAs layer, ) Of the GaAs (n-GaAs / SI-GaAs) having a thickness of about 100 mu m). The addition of ethanol to the HF solution reduces the probability of cracks in the ribbons that are prone to breakage due to the action of capillary forces during drying. A low surface tension (compared to water) may minimize the disorder caused by drying in the spatial arrangement of the GaAs ribbons. In the final step, a thin film of SiO 2 (~ 30 nm) is deposited to provide the necessary -Si-OH surface chemistry to bond to the activated region of the PDMS.

UVO 처리되고 사전-인장된 PDMS 기판(사전 변형의 방향에 평행하게 리본들이 배향됨) 위에 상기 처리된 SOI 또는 GaAs 웨이퍼들을 적층하고, 90 ℃의 오븐에서 수 분동안 베이킹하고, 그리고 모든 리본들이 PDMS의 표면으로 전사된 웨이퍼를 제거한다(단계 (iv)). 가열은 상기 PDMS의 활성화된 영역과 Si 리본들 위의 내인성(native) SiO2층 또는 상기 GaAs 리본들 위의 증착된 SiO2층 사이에 정합적 접촉과 강한 실록산 결합(즉, -O-Si-O-)을 형성하는 것을 용이하게 한다. 상대적으로 약한 반데르발스(van der Waals) 힘은 상기 리본들을 상기 PDMS의 비활성화된 표면 영역들에 결합시킨다. 상기 PDMS 내의 변형을 릴랙스시키는 것은 상기 리본들이 상기 PDMS의 비활성화된 영역들로부터 물리적으로 분리되는 것을 통하여 버클링을 생성한다(단계 (v)). 상기 리본들은 상기 활성화된 영역들에서는 강력한 화학 결합으로 인하여 상기 PDMS에 속박된 채 유지된다. 결과로서 얻어지는 3D 리본 기하 구조들(즉, 버클링의 공간적으로 변화하는 패턴)은 사전 변형의 크기와 표면 활성화의 패턴들(예를 들면, Win과 Wact의 모양과 치수들)에 의존한다. (유사한 결과들이 상기 리본들 위에 패터닝된 결합 위치들을 통해서 달성될 수 있다). 단순한 라인 패턴의 경우에 있어서, Win과 사전 변형이 상기 버클링들의 폭과 진폭을 결정한다. Wact가 > 100 ㎛이었을 때 '웨이브진' 실리콘을 생성하는 유형의 기계적 불안정성으로 인하여 동일한 리본들 내에 상기 버클링보다 훨씬 작은 파장과 진폭을 갖는 사인파(sinusoidal wave)들이 형성되었다. (도 25 참조, 상이한 Wact에 대하여 형성된 샘플들의 이미지). 제조의 마지막 단계로서, 상기 3D 리본 구조들은 액체 프리폴리머(prepolymer)를 주조하고 경화시킴으로써 PDMS 내에 봉지될 수 있다(도 24 참조, 단계(vi)). 상기 액체는 낮은 점도와 낮은 표면 에너지로 인하여 흘러서 상기 리본들과 기판 사이에 형성된 틈을 메운다(도 26 참조).The processed SOI or GaAs wafers were laminated onto a UVO treated and pre-stretched PDMS substrate (ribbons oriented parallel to the direction of predisplash), baked in an oven at 90 &lt; 0 &gt; C for several minutes, The wafer transferred to the surface of the wafer is removed (step (iv)). Heating is achieved by a combination of a strong contact between the activated region of the PDMS and a native SiO 2 layer on Si ribbons or a deposited SiO 2 layer on the GaAs ribbons (i.e., -O-Si- O-). &Lt; / RTI &gt; A relatively weak van der Waals force couples the ribbons to the inactivated surface areas of the PDMS. Relaxing the strain in the PDMS creates buckling through the ribbons being physically separated from the deactivated regions of the PDMS (step (v)). The ribbons remain bound to the PDMS due to strong chemical bonds in the activated regions. The resulting 3D ribbon geometry (i.e., the spatially varying pattern of buckling) depends on the size of the pre-strain and the patterns of surface activation (e.g., the shapes and dimensions of W in and W act ) . (Similar results can be achieved through the patterned joining locations on the ribbons). In the case of a simple line pattern, W in and pre-distortion determine the width and amplitude of the buckling. Sinusoidal waves with much smaller wavelengths and amplitudes than the buckling were formed in the same ribbons due to the mechanical instability of the type that produced 'waveguide' silicon when W act was> 100 μm. (See Figure 25, images of samples formed for different W act ). As a final step of the fabrication, the 3D ribbon structures can be encapsulated within the PDMS by casting and curing a liquid prepolymer (see FIG. 24, step (vi)). The liquid flows due to low viscosity and low surface energy to fill the gap formed between the ribbons and the substrate (see FIG. 26).

도 24의 (d)는 PDMS 위에 버클링된 GaAs 리본들의 경사-시각(tilted-view) 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope)의 이미지를 나타낸다. 이 때, εpre = 60 %이고, Wact = 10 ㎛이고, Win = 400 ㎛이다. 상기 이미지는 어레이 내의 모든 리본들이 공통의 기하 구조와 공간적으로 일치하는(coherent) 위상들을 갖는, 균일하고 주기적인 버클링들을 보여준다. 고정시키는 점들(anchoring points)은 리소그래피적으로 정의된 부착 위치들에 잘 맞추어져 있다. 삽입 사진은 결합된 영역의 SEM 이미지이다. 폭은 ∼10 ㎛로서 Wact와 일치한다. 상기 이미지들은 PDMS의 표면이 결합 위치들에서도 편평함을 나타낸다. 이전에 보고된 바 있던 강하게 결합된 웨이브 구조물들과는 크게 상이한 이러한 거동은 여기에 설명된 케이스에 있어서, PDMS가 변위를 유발하지만 버클링 과정에 밀접하게 관여하는 것은 아님(즉, 그의 모듈러스는 리본들의 기하 구조에 영향을 미치지 않음)을 암시한다. 이러한 의미에서, PDMS는 부착 위치들에 가해진 힘을 통해 리본들을 조작할 수 있는 연질의 비파괴적인 도구를 대표한다.Figure 24 (d) shows an image of a tilted-view scanning electron microscope (SEM) of GaAs ribbons buckled over PDMS. At this time, pre ε = 60%, and W = 10 ㎛ act, and the W in = 400 ㎛. The image shows uniform and periodic buckling in which all the ribbons in the array have coherent phases with a common geometry. The anchoring points are well matched to the lithographically defined attachment locations. The inset picture is a SEM image of the combined area. The width is ~ 10 μm, which corresponds to W act . The images show that the surface of the PDMS is also flat at the bonding locations. This behavior, which is significantly different from previously reported strongly coupled wave structures, is that in the case described here, PDMS induces displacement but is not closely involved in the buckling process (i.e., No effect on the structure). In this sense, PDMS represents a soft non-destructive tool capable of manipulating ribbons through forces applied to attachment locations.

도 27의 (a)는 PDMS 위에 형성된 상이한 εpre(Wact = 10 ㎛이고, Win = 190 ㎛)를 갖는 버클링된 리본들의 측면 광학 현미경 사진을 나타낸다. 상기 버클들의 높이들(예를 들면, "진폭")은 εpre에 따라 증가한다. 비활성화된 영역의 리본들은 낮은 εpre에서는 완전히 분리되지 않았다(εpre = 11.3% 및 25.5%에 대하여 형성된 샘플들 참조). 높은 εpre에서, 상기 리본들(두께 h)은 상기 PDMS로부터 분리되어 하기 식으로 특성화되는 수직 변위 프로파일들을 갖는 버클링들을 형성한다.Figure 27 (a) shows a side-view optical micrograph of buckled ribbons having different ε pre (W act = 10 μm, W in = 190 μm) formed on the PDMS. The heights (e.g., "amplitude") of the buckles increase with? Pre . Ribbons in the deactivated regions were not completely isolated at low ε pre (see samples formed for ε pre = 11.3% and 25.5%). At high [epsilon] preps , the ribbons (thickness h) separate from the PDMS to form buckling rings having vertical displacement profiles that are characterized by the following equation.

Figure 112009020697579-pct00004
Figure 112009020697579-pct00004

여기서,here,

Figure 112009020697579-pct00005
Figure 112009020697579-pct00005

Figure 112009020697579-pct00006
Figure 112009020697579-pct00006

Figure 112009020697579-pct00007
Figure 112009020697579-pct00007

균일한 박막에 형성된 버클링들의 비선형 해석에 의하여 결정된다. 상기 리본들에서의 최대 인장 변형은, 대략,It is determined by the nonlinear analysis of the buckles formed on the uniform thin film. The maximum tensile strain in the ribbons is approximately &lt; RTI ID = 0.0 &gt;

Figure 112009020697579-pct00008
Figure 112009020697579-pct00008

상기 버클링들의 폭은 2L1이고, 주기성은 2L2이다. h2π2/(12L1 2)은 h < 1 ㎛에 대하여 εpre(즉, 보고서에서 > 10%)보다 훨씬 작기 때문에, 상기 진폭은 리본들의 기계적 성질들(예를 들면, 두께, 화학적 조성, 영 모듈러스, 등)에 대하여 독립적이고, 접착 위치들의 레이아웃과 사전 변형에 의하여 주로 결정된다. 이러한 결론은 이러한 접근 방식의 일반적인 적용 가능성을 암시한다: 임의의 물질로 제조된 리본들은 유사한 버클링된 기하 구조들로 형성될 것이다. 이러한 예측은 여기에 사용된 Si 및 GaAs 리본들에 대하여 얻어진 결과들과 일치한다. 33.7%와 56.0%의 사전-변형에 대하여 도 27의 (a)에 점선으로 작도된 계산된 프로파일들은 GaAs 리본들에서의 관찰 결과와 잘 일치한다. 또한, 도 27의 (a)에 나타낸 버클링들의 파라미터들(주기성, 폭 및 진폭을 포함)은 낮은 εpre에서는 제외하고 해석적인 계산과 일치한다(표 1 및 표 2). 본 연구에서 흥미로운 결과는 리본들에서 큰 εpre에 대해서도 (예를 들면, 56.0%) 최대 인장 변형은 작다는 것이다(예를 들면, ∼1.2%). 후속하여 논의하는 바와 갈이, 이러한 스케일링이 GaAs와 같이 깨어지기 쉬운 물질들에 대해서도 인장 가능성을 가능하게 한다.The width of the buckles is 2L 1 and the periodicity is 2L 2 . Since the amplitude h 2 π 2 / (12L 1 2 ) is much smaller than εpre (ie,> 10% in the report) for h <1 μm, the amplitude depends on the mechanical properties of the ribbons , Zero modulus, etc.) and is primarily determined by the layout and pre-strain of the bonding locations. This conclusion implies the general applicability of this approach: ribbons made of any material will be formed with similar buckling geometries. These predictions are consistent with the results obtained for the Si and GaAs ribbons used herein. The calculated profiles plotted in dashed lines in Figure 27 (a) for 33.7% and 56.0% pre-strain agree well with the observations in GaAs ribbons. In addition, the parameters (including periodicity, width and amplitude) of the buckling shown in Figure 27 (a) are consistent with analytical calculations except at low ε pre (Tables 1 and 2). An interesting result in this study is that the maximum tensile strain is small (eg, ~ 1.2%) for large ε pre (eg, 56.0%) in ribbons. As discussed further below, this scaling enables tensile potential for breakable materials such as GaAs.

리소그래피적으로 정의된 접착 위치들은 도 24의 구조들과 관련된 단순한 격자 또는 그리드 패턴들보다 더욱 복잡한 기하 구조들을 갖는다. 예를 들면, 상이한 폭들과 진폭들을 갖는 버클링들이 개별 리본들에 형성될 수 있다. 한 예로서, 도 27의 (b)는 리본의 길이에 따라 Wact = 15 ㎛ 및 Win=350, 300, 250, 250, 300, 및 350 ㎛에 의하여 특성화되는 접착 위치들과 50%의 사전 변형으로 형성된 버클링된 Si 리본(폭과 두께가 각각 50 ㎛와 290 nm)의 SEM 이미지를 나타낸다. 상기 이미지는 각 리본 내의 이웃하는 버클링들의 폭과 진폭의 변화를 명확하게 보여준다. 버클링된 리본들은 상이한 리본들에 대하여 상이한 위상들을 갖도록 형성될 수 있다. 도 27의 (c)는 버클링의 위상이 리본들의 길이에 수직하면서 거리에 따라 선형적으로 변화하게 설계된 Si 시스템의 실시예를 제공한다. 이러한 샘플을 위해 사용되는 UVO 마스크는 Wact 및 Win = 15 및 250 ㎛를 각각 갖는다. PDMS 스탬프와 Si 리본들 위의 활성화된 띠들 사이의 각도는 30°이다. 접착 위치들을 리소그래피적으로 쉽게 제어할 수 있기 때문에 많은 다른 가능성들도 용이하게 달성될 수 있으며, 예를 들면 그 일부가 도 13 내지 도 17에 도시된다.The lithographically defined bonding locations have more complex geometries than simple grid or grid patterns associated with the structures of FIG. For example, buckling with different widths and amplitudes can be formed in the individual ribbons. As an example, (b) of FIG. 27 advance of the bonding position is characterized by a W act = 15 ㎛ and W in = 350, 300, 250 , 250, 300, and 350 ㎛ depending on the length of the ribbon and 50% Shows SEM images of buckled Si ribbons (width and thickness of 50 [mu] m and 290 nm, respectively) formed by deformation. The image clearly shows the change in amplitude and width of neighboring buckles in each ribbon. The buckled ribbons may be formed to have different phases relative to the different ribbons. Fig. 27 (c) provides an embodiment of a Si system designed to vary linearly with distance, with the phase of buckling being perpendicular to the lengths of the ribbons. The UVO masks used for these samples have W act and W in = 15 and 250 占 퐉, respectively. The angle between the PDMS stamp and the active strips on the Si ribbons is 30 [deg.]. Many other possibilities can easily be achieved since the bonding positions can be lithographically easily controlled, for example part of which is shown in Figs. 13-17.

도 27의 (d)에 나타낸 바와 같이, εpre=60%, Wact = 10 ㎛ 및 상이한 Win로 PDMS 위에 버클링된 GaAs 리본들의 단순한 케이스는 인장 가능한 전자 장치에 응용 하기 위하여 중요한 측면이 도시된다. 프로파일들은 역학에 따른 해석적 해와 잘 일치하지만 Win = 100 ㎛인 (및 그보다 더 작은) 때에 GaAs의 크랙으로 인한 파괴를 보인다. 상기 파괴는 GaAs의 항복점(yield point)(∼2%)을 초과하는 인장 변형(이 경우에는 ∼2.5%)에 기인한다. 따라서, 인장과 압축에 대하여 강건하기 위한 최적화된 구성은 εpre에 비례하여 Win(>>Wact)를 선택함으로써 달성될 수 있다. 이러한 상황에서는, 100%까지의 또는 이보다 큰 사전 변형이 수용될 수 있다. PDMS 지지체에 힘을 가함으로써 이러한 유형의 인장 가능성을 입증하였다. 상기 리본들의 세그먼트의 단부-대-단부(end-to-end) 거리의 변화는 하기 식에 따라 인장 가능성과 압축 가능성을 정량화하기 위한 수단들을 제공한다.As shown in Figure 27 (d), a simple case of GaAs ribbons buckled over PDMS with 竜pre = 60%, Wact = 10 쨉 m and different W in is important for application in tensionable electronic devices. do. The profiles agree well with the analytical solution according to the mechanics but show cracking due to GaAs cracking at W in = 100 μm (and smaller). The breakdown is due to a tensile strain (~2.5% in this case) exceeding the yield point (~ 2%) of GaAs. Thus, an optimized configuration for robustness against tension and compression can be achieved by choosing W in (>> W act ) proportional to ε pre . In this situation, up to 100% or greater pre-strain can be accommodated. This type of tensile capability has been demonstrated by applying a force to the PDMS support. The variation of the end-to-end distance of the segments of the ribbons provides means for quantifying tensile and compressibility in accordance with the following equation.

Figure 112009020697579-pct00009
Figure 112009020697579-pct00009

여기서,

Figure 112009020697579-pct00010
는 파괴 전의 최대/최소 길이를 나타내고,
Figure 112009020697579-pct00011
는 릴랙스된 상태에서의 길이를 나타낸다. 신장 및 압축은
Figure 112009020697579-pct00012
보다 더 큰
Figure 112009020697579-pct00013
Figure 112009020697579-pct00014
보다 더 작은
Figure 112009020697579-pct00015
에 각각 대응된다. Wact = 10 ㎛, Win = 400 ㎛ 및 εpre = 60%인 PDMS 위의 버클링된 리본들은 60%의 인장 가능성과 30%까지의 압축 가능성을 보여준다. 리본들은 PDMS 내에 내장(embed)됨으로써 상기 구조물들을 기계적으로 보호되고, 또한 연속적이고도 가역적인 반응을 생성해 낼 수 있다. 그러나, 기계적으로는 약간 변화된다. 특히, 상기 인장 가능성과 압축 가능성은 각각 ∼ 51.4%(도 28a) 및 ∼18.7%(도 28b)로 감소한다. 상기 리본들의 상부 위의 PDMS 매트릭스는 버클링들의 피크들을 약간 편평하게 하는데, 이는 경화로 인하여 그 하부에 놓인 PDMS가 수축함에 부분적으로 기인한다. 큰 압축 변형 하에 있는 이들 영역에서는 작은 주기의 웨이브들이 형성되는데, 앞서 설명한 웨이브진 리본 구조물들을 생성하는 유형의 자발적인 역학에 기인한다. 도 28b에 나타낸 바와 같이 기계적인 결함은 이들 영역에서 시작하는 경향이 있고, 그에 의하여 압축 가능성을 감소시킨다. Wact = 10 ㎛, 및 Win = 300 ㎛로 버클링된 구조물들은 이런 유형의 거동을 피하였다. 이러한 샘플들은 도 28a에 나타낸 것보다 약간 더 낮은 인장 가능성을 보였지만, 짧은 파장의 웨이브들이 없다는 것이 압축 가능성을 ∼26%까지 증가시켰다. 전체적으로, 패터닝된 표면 화학 접착 위치들을 갖는 사전-인장된 PDMS 기판들 위에 형성된 버클링들을 포함하는 단결정 GaAs 나노리본들은 50%보다 더 큰 인장 가능성과 25%보다 더 큰 압축 가능성을 보여주는데, 이는 100%에 육박하는 실물 크기의 (full scale) 변형 범위에 대응된다. 이러한 수치들은 εpre와 Win을 증가시킴으로써, 또한 PDMS보다 더 높은 신장이 가능한 기판 물질을 이용함으로써 더 개선된다. 더욱 정교한 시스템을 위해서, 이러한 제조 과정들은 버클링된 리본들의 다중층을 갖는 샘플들을 생성하기 위해서 반복될 수 있다(도 29 참조).here,
Figure 112009020697579-pct00010
Represents the maximum / minimum length before fracture,
Figure 112009020697579-pct00011
Represents the length in the relaxed state. Kidney and compression
Figure 112009020697579-pct00012
Larger than
Figure 112009020697579-pct00013
And
Figure 112009020697579-pct00014
Smaller than
Figure 112009020697579-pct00015
Respectively. W act = 10 ㎛, W in = 400 ㎛ and pre ε = 60% PDMS in the ring buckle ribbon of the above shows the possibility of the possibility of compression of 60% to 30% and tensile. Ribbons can be embodied within the PDMS to mechanically protect the structures and produce continuous and reversible reactions. However, it is slightly changed mechanically. In particular, the tensile and compressibility decreases to ~ 51.4% (Figure 28a) and ~ 18.7% (Figure 28b), respectively. The PDMS matrix on top of the ribbons makes the peaks of the buckling slightly flat, which is partly due to the shrinkage of the underlying PDMS due to curing. In these regions under large compressive deformation, small periodic waves are formed, which is due to the spontaneous dynamics of the type of generating the wave-tight ribbon structures described above. Mechanical defects tend to start in these areas, as shown in Figure 28B, thereby reducing the possibility of compression. Structures buckled with W act = 10 μm and W in = 300 μm avoided this type of behavior. These samples showed slightly lower tensile potential than that shown in Figure 28A, but the absence of short wavelength waves increased the compressibility to ~ 26%. Overall, single crystal GaAs nanoribbons, including buckles formed on pre-stretched PDMS substrates with patterned surface chemistry adhesive locations, exhibit tensile potentials greater than 50% and greater than 25% To a full scale deformation range close to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 0. &lt; / RTI &gt; These values are further improved by increasing &lt; RTI ID = 0.0 &gt;# pre &lt; / RTI &gt; and W in , as well as by using a substrate material that is capable of higher elongation than PDMS. For a more sophisticated system, these fabrication processes can be repeated to create samples with multiple layers of buckled ribbons (see FIG. 29).

이러한 큰 인장 가능성/압축 가능성의 직접적인 결과는 매우 높은 수준의 기계적 구부림성(mechanical bendability)이다. 도 30의 a 내지 c는 이러한 특성을 나타낸 구부림 구성의 광학 현미경 사진들이다. PDMS 기판(두께 ∼4 mm)은 오목 한(반지름 ∼5.7 mm), 편평한, 및 볼록한(반지름 ∼6.1 mm) 곡면으로 각각 구부려진다. 상기 이미지들은 구부림으로 인해 유발된 표면 변형들(이 경우들에 있어서는 ∼20-25%)을 수용하기 위하여 어떻게 프로파일들이 변화하였는지 보여준다. 사실상, 형태들은 (∼20%의) 압축 및 (∼20%의) 장력에서 얻어졌던 것들과 유사하였다. 임베딩된 시스템들은 중간의 기계적인 평면의 효과들로 인하여 더욱 높은 수준의 구부림성을 보여준다. PDMS의 상부층과 하부층이 비슷한 두께들을 가지면, 구부리는 동안 버클링 모양들에서 변화가 없었다(도 30의 d).A direct consequence of this high tensile / compressibility potential is a very high level of mechanical bendability. 30 (a) to 30 (c) are optical micrographs of a bent configuration showing such characteristics. The PDMS substrate (thickness ~ 4 mm) is bent into a concave (radius ~ 5.7 mm), flat, and convex (radius ~ 6.1 mm) curved surface, respectively. The images show how the profiles have changed to accommodate surface deformations caused by bending (~ 20-25% in these cases). In fact, shapes were similar to those obtained at compression (~ 20%) and tension (~ 20%). Embedded systems exhibit a higher level of bendability due to the effects of intermediate mechanical planes. If the upper and lower layers of the PDMS had similar thicknesses, there was no change in buckling shapes during bending (Fig. 30d).

작동하는 전자 장치들에 있어서 이러한 기계적 성질들을 실증하기 위하여, 도 30에 나타낸 것들과 유사한 프로파일을 갖는 버클링된 GaAs 리본들을 이용하여, 상기 리본들의 Si-GaAs 면 위에 쇼트키 콘택을 위한 얇은 금 전극을 증착함으로써 금속 반도체-금속 광감지기를 제작한다. 도 31의 a는 ∼50% 만큼 인장하기 전과 후의 MSM PD의 기하 구조와 동등 회로, 및 평면 광학 현미경 사진들을 나타낸다. 빛이 없을 때, PD를 통하여 흐르는 전류는 거의 없었다; 적외선 빔(파장 ∼850 nm)으로 조사량을 증가시킴에 따라 전류가 증가하였다(도 31의 b). 전류/전압(I-V) 특성들의 비대칭성은 콘택들의 전기적 성질들의 차이 때문일 수 있다. 도 31의 c(인장)와 도 31의 d(압축)는 상이한 인장과 압축에서 측정된 I-V들을 보여준다. 전류는 상기 PD가 44.4 % 인장되었을 때까지 증가하였고, 그 후 추가적인 인장에 대하여는 감소하였다. 광원의 단위 면적당의 세기는 일정하기 때문에, 인장에 따른 전류의 증가는 버클링된 GaAs 리본이 편평해짐에 따라 버클링된 GaAs 리본의 (유효 표면적, Seff이라고 불리는) 투영 면적(projected area)의 증가에 기인하는 것일 수 있다. 상기 PD를 더 인장시키면, 상기 GaAs 리본의 표면에 및/또는 격자에 결함들의 형성을 유발할 수 있고, 이는 전류의 감소를 가져오고, 결국에는 파괴되어 회로가 열리게 된다. 유사하게, 압축은 Seff를 감소시키고, 따라서 전류를 감소시킨다(도 31의 d). 이들 결과들은 PDMS 매트릭스 내에 임베딩된, 버클링된 GaAs 리본들이 입을 수 있는 모니터들, 굴곡진 이미징 어레이들 및 다른 장치들과 같은 다양한 응용들에 대하여 유용한 완전히 인장 가능한/압축 가능한 유형의 광 센서를 제공함을 가리킨다.To demonstrate these mechanical properties in working electronic devices, a buckling GaAs ribbon having a profile similar to that shown in Figure 30 was used to form a thin gold electrode for the Schottky contact on the Si-GaAs surface of the ribbons To fabricate a metal semiconductor-metal photodetector. 31 (a) shows an equivalent circuit, and a plane optical microscope photograph, of the geometry of the MSM PD before and after stretching by ~ 50%. When there was no light, there was almost no current flowing through the PD; The current increased as the irradiation amount was increased with an infrared beam (wavelength ~ 850 nm) (Fig. 31 (b)). The asymmetry of the current / voltage (IV) characteristics may be due to differences in the electrical properties of the contacts. 31 (c) (tension) and 31 (d) show the IVs measured at different tension and compression. The current increased until the PD was 44.4% pulled, and then decreased for additional pull. Since the intensity per unit area of the light source is constant, an increase in the current due to the tensile force causes the projected area (referred to as S eff ) of the buckled GaAs ribbon to become flat as the buckled GaAs ribbon becomes flat Increase in demand. Further tensioning of the PD can cause formation of defects on the surface and / or in the lattice of the GaAs ribbon, which leads to a reduction in current and eventually breaks the circuit open. Similarly, compression reduces S eff and thus reduces current (FIG. 31 d). These results provide a fully extensible / compressible type optical sensor that is useful for a variety of applications, such as monitors, curved imaging arrays, and other devices, which are embedded within the PDMS matrix and can be worn by buckling GaAs ribbons Lt; / RTI &gt;

결론적으로, 본 실시예는 리소그래피적으로 정의된 접착 위치들을 갖는 연질의 엘라스토머가 반도체 나노리본들에서의 소정 부류의 3D 구성들을 생성해 내기 위한 도구로서 유용하다는 것을 가리킨다. 인장 가능한 전자 장치들은 이러한 유형의 구조들의 많은 가능한 응용 영역들의 한 예를 제공한다. 단순한 PD 장치들은 일부 능력들을 실증한다. Consequently, this embodiment indicates that a soft elastomer having lithographically defined bonding locations is useful as a tool to create a certain class of 3D configurations in semiconductor nanoribbons. Tensionable electronic devices provide an example of many possible application areas of this type of structures. Simple PD devices demonstrate some capabilities.

구조물에 대한 높은 수준의 제어와 고온 공정 단계들(예를 들면, 오믹 콘택의 형성)을 버클링 공정 및 PDMS로부터 분리하는 능력은 더욱 복잡한 장치들(예를 들면, 트랜지스터, 및 소형 회로 시트)이 가능함을 나타낸다. 이웃하는 리본들에 있는 버클링들의 잘 조절된 단계들(phases)은 여러 요소들을 전기적으로 상호 접속하기 위한 기회를 제공한다. 또한, 여기에 보고된 실험들은 GaAs 및 Si 나노리본들을 이용하였지만, 다른 물질들(예를 들면, GaN, InP 및 다른 반도체들)과 다른 구조들(예를 들면, 나노와이어류, 나노막류)도 이러한 접근 방법과 양립한다.The ability to separate high-level control of the structure and the high temperature process steps (e.g., the formation of ohmic contacts) from the buckling process and PDMS can be achieved by using more complex devices (e.g., transistors, It is possible. Well-controlled phases of buckling in neighboring ribbons provide an opportunity to electrically interconnect the various elements. In addition, although the experiments reported here used GaAs and Si nanoribbons, other materials (e.g., GaN, InP, and other semiconductors) and other structures (e.g., nanowires, It is compatible with this approach.

GaAs 리본들의 제조: 맞춤-설계된(customer-designed) 에피택셜 층들을 갖는 GaAs를 Bethlehem, PA의 IQE Inc.로부터 구매하였다. 포토리소그래피와 습식 화학 식각을 통해 상기 GaAs 리본들이 생성되었다. AZ 포토레지스트(예를 들면, AZ 5214)가 30초 동안 5000 rpm의 속도로 상기 GaAs 웨이퍼 위에 스핀 캐스트되고, 그런 다음 100 ℃에서 1분 동안 소프트 베이크되었다. GaAs의 (0 1 1) 결정학적 방향을 따라 배향된 패터닝된 라인들을 갖는 포토마스크를 통한 노광과 그에 이은 현상은 상기 포토레지스트 내에 라인 패턴들을 생성하였다. 포토레지스트 잔사물을 온화한 O2 플라스마(즉, 찌꺼기 제거(descum) 공정)가 제거하였다. 그런 후, 상기 GaAs 웨이퍼들은 식각액(4 mL H3PO4 (85 wt%), 52 mL H2O2 (30 wt%), 및 48 mL 탈이온수) 내에서 1분 동안 비등방적으로 식각되고, 얼음 수조에서 냉각되었다. AlAs 층들은 에탄올에 희석시킨(부피 2:1 희석) HF 용액(Fisher® Chemicals)에 용해되었다. 모 웨이퍼(mother wafer) 위의 해제된 리본들을 갖는 상기 샘플들은 연기 후드(fume hood) 내에서 건조되었다. 상기 건조된 샘플들은 전자 빔 증발에 의하여 증착된 30 nm의 SiO2로 코팅되었다.GaAs Ribbons: GaAs with customer-designed epitaxial layers were purchased from IQE Inc. of Bethlehem, PA. The GaAs ribbons were produced through photolithography and wet chemical etching. AZ photoresist (e.g., AZ 5214) was spin cast on the GaAs wafer at a rate of 5000 rpm for 30 seconds and then soft baked at 100 ° C for 1 minute. Exposure through a photomask with patterned lines oriented along the (0 1 1) crystallographic direction of GaAs and subsequent development produced line patterns within the photoresist. The photoresist residues were removed by mild O2 plasma (i.e., a descum process). The GaAs wafers were then anisotropically etched for 1 minute in an etchant (4 mL H 3 PO 4 (85 wt%), 52 mL H 2 O 2 (30 wt%), and 48 mL deionized water) It was cooled in an ice bath. AlAs layers was diluted in ethanol was dissolved in dichloromethane (21 vol diluted) HF solution (Fisher Chemicals ®). The samples with released ribbons on a mother wafer were dried in a fume hood. The dried samples were coated with 30 nm SiO 2 deposited by electron beam evaporation.

Si 리본들의 제조: 상기 실리콘 리본들은 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼(Soitech, Inc.사, 상부 실리콘 290 nm, 매립 산화물 400 nm, p-형)로부터 제조된다. 상기 웨이퍼는 AZ 5214 포토레지스트를 이용한 통상의 포토리소그래피에 의하여 패터닝되고, SF6 플라스마로 식각된다(PlasmaTherm RIE, SF6 40sccm, 50 mTorr, 100W). 아세톤으로 포토레지스트를 세정한 후, 상기 매립 산화물층을 HF(49%)로 식각한다.Silicon ribbons were prepared from silicon-on-insulator (SOI) wafers (Soitech, Inc., upper silicon 290 nm, buried oxide 400 nm, p-type). The wafer is patterned by conventional photolithography using AZ 5214 photoresist and etched with SF6 plasma (PlasmaTherm RIE, SF6 40 sccm, 50 mTorr, 100 W). After cleaning the photoresist with acetone, the buried oxide layer is etched with HF (49%).

UVO 마스크들의 제조: 용융 석영(fused quartz) 슬라이드들을 15분 동안 피라냐 용액(60℃의) 내에서 세정하고, 충분한 물로 완전히 헹군다. 세정된 상기 슬라이드들은 질소를 불어주어 건조시키고, (접착층으로서) 5-nm Ti와 (도광에 대한 마스크 층으로서) 100-nm Au의 층들이 순차 코팅될 전자빔 증발기(evaporator)의 챔버 내에 위치된다. 상기 슬라이드 위에 네거티브 포토레지스트, 즉, SU8 5가 30초 동안 3000 rpm의 속도로 스핀 캐스트되어 ∼5 ㎛ 두께의 필름을 산출한다. 소프트 베이킹, UV광에의 노광, 포스트 베이킹, 및 현상은 상기 포토레지스트 내에 패턴들을 생성한다. 온화한 O2 플라스마(즉, 찌꺼기 제거(descum) 공정)가 포토레지스트 잔사물을 제거한다. 상기 포토레지스트는 금 식각제(즉, I2와 KI의 수용액)와 티타늄 식각제(즉, HCl의 희석 용액)를 각각 이용하여 Au와 Ti를 식각하기 위한 마스크의 역할을 한다.Preparation of UVO masks: Fused quartz slides are cleaned in a piranha solution (at 60 ° C) for 15 minutes and thoroughly rinsed with sufficient water. The cleaned slides are blown dry with nitrogen and placed in a chamber of an electron beam evaporator to be sequentially coated with 5-nm Ti (as an adhesive layer) and 100-nm Au layers (as a mask layer for light-guiding). On this slide a negative photoresist, SU8 5, is spin cast at a speed of 3000 rpm for 30 seconds to yield a film of ~ 5 탆 thick. Soft bake, exposure to UV light, post bake, and development create patterns within the photoresist. A mild O2 plasma (i.e., a descum process) removes photoresist residues. The photoresist serves as a mask for etching Au and Ti using a gold etchant (i.e., an aqueous solution of I2 and KI) and a titanium etchant (i.e., a dilute solution of HCl).

PDMS 스탬프들의 제조: 페트리(Petri) 접시 내에 프리폴리머(A:B=1:10, Sylgard 184, Dow Corning)를 붓고, 이어서 65 ℃에서 4 시간 동안 베이킹 함으로써 ∼4 mm의 두께를 갖는 PDMS 기판들을 제조하였다. 그 결과로서 얻어지는 경화된 조각으로부터 적절한 두께와 정사각형 형태를 갖는 슬랩들을 잘라낸 후, 이를 이소프로필 알코올로 헹구고, 질소를 불어 주며 건조시켰다. 상기 PDMS를 원하는 수준의 변형까지 기계적으로 인장시키기 위해 특별히 설계된 스테이지가 사용되었다. 인장된 이들 기판들에 단파장 UV 광(저압 수은 램프, BHK, 240 내지 260 nm 173 μW/cm2)을 상기 PDMS와 접촉하게 위치시킨 UVO 마스크를 통해 5분 동안 조사시켜 표면 화학 물질들이 패터닝된 것을 형성하였다.PDMS stamps were prepared by pouring a prepolymer (A: B = 1: 10, Sylgard 184, Dow Corning) into a Petri dish followed by baking at 65 ° C for 4 hours Respectively. The resulting slabs of appropriate thickness and square shape were cut out of the cured pieces, rinsed with isopropyl alcohol, and blown dry. A specially designed stage was used to mechanically stretch the PDMS to the desired level of deformation. Through a short wavelength UV light UVO mask in contact positioned to (a low-pressure mercury lamp, BHK, 240 to 260 nm 173 μW / cm 2) and the PDMS to the tension the substrates was irradiated for 5 minutes, the surface chemistry are patterned .

버클링된 GaAs 리본들의 형성 및 임베딩: SiO2가 코팅된 해제된 리본들을 갖는 GaAs 웨이퍼들이 패터닝된 표면 화학물질이 있는 인장된 PDMS 위에 적층되었다. 90 ℃의 오븐 내에서 5분 동안 베이킹하고, 공기 중에서 실온으로 냉각하고, 그런 후 상기 PDMS 내의 변형을 서서히 릴랙스시켜 줌으로써 각 리본을 따라 버클링들을 형성하였다. 버클링된 상기 리본들을 임베딩시키는 것은 5분 동안 UV 광을 다량 노광시킨 후 ∼4 mm의 두께로 액체 PDMS 프리폴리머를 캐스팅하는 것을 수반한다. 상기 샘플을 65 ℃의 오븐 내에서 4시간 동안 또는 실온에서 36시간 동안 경화시켜 프리폴리머를 경화시켜서, PDMS의 고체 매트릭스 내에 임베딩된, 버클링된 리본들을 얻었다.Formation and Embedding of Buckled GaAs Ribbons: GaAs wafers with SiO2-coated disbonded ribbons were laminated onto a stretched PDMS with patterned surface chemistry. Baked in an oven at 90 deg. C for 5 minutes, cooled to room temperature in air, and then slowly relaxed in the PDMS to form buckles along each ribbon. Embedding the buckled ribbons involves massive exposure of the UV light for 5 minutes followed by casting the liquid PDMS prepolymer to a thickness of ~ 4 mm. The sample was cured in an oven at 65 占 폚 for 4 hours or at room temperature for 36 hours to cure the prepolymer to obtain buckled ribbons embedded within the solid matrix of PDMS.

버클링된 리본들의 특성화: 상기 리본들은 샘플을 (임베딩되지 않은 샘플들에 대하여) ∼90° 또는 (임베딩된 샘플들에 대하여) ∼30°기울여서 광학 현미경으로 이미지를 찍었다. 상기 SEM 이미지들은 상기 샘플들이 (∼5 nm 두께의) 금의 박막으로 코팅된 후 Philips XL30 전계-방출 주사 전자 현미경에 기록되었다. 결과로서 얻어지는 샘플들을 인장 및 압축하기 위하여, 상기 PDMS 스탬프들을 사전-인장시키기 위해 사용된 것과 동일한 스테이지가 사용되었다.Characterization of buckled ribbons: The ribbons were imaged with an optical microscope with the sample tilted by ~ 90 ° (for unembedded samples) or ~ 30 ° (for embedded samples). The SEM images were recorded on a Philips XL30 field-emission scanning electron microscope after the samples were coated with a thin film of gold (~5 nm thick). To stretch and compress the resulting samples, the same stage was used as was used to pre-tension the PDMS stamps.

SMS PD들의 제조 및 특성화: PD들의 제조는 도 24의 b의 바닥 프레임에 나타낸 구성의 샘플로 시작하였다.Manufacturing and Characterization of SMS PDs: The fabrication of the PDs started with a sample of the configuration shown in the bottom frame of Figure 24b.

∼0.8 mm 폭의 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET: poly(ethylene terephthalate) 시트의 띠를 그 길이 방향 축이 리본들의 길이 방향 축과 수직이 되게 PDMS 위에 서서히 위치시켰다. 이 띠는 (쇼트키 전극들을 형성하기 위한) 30-nm 두께의 금 필름의 원자빔 증발을 위한 섀도우 마스크의 역할을 한다. 상기 PET 스트립을 제거하고 사전-인장된 PDMS 스탬프를 릴랙스시킴으로써 버클링된 GaAs 리본들로 형성된 SMS PD들이 형성되었다. 상기 리본들의 전극이 없는 영역들 위에 액체 PDMS 프리폴리머를 캐스트하고, 그런 후 오븐에서 경화시켰다. 반도체 파라미터 분석기가 조사할 수 있도록 상기 금 전극들은 상부 PDMS 너머로 연장되었다. (Agilent 4155C). 광 반응의 측정에 있어서, 상기 PD들은 인장 및 압축을 위해 기계적 스테이지를 이용하여 조작되었다. (850 nm의 파장을 가진) IR LED 소스가 조사광을 제공하였다. A band of ~0.8 mm wide poly (ethylene terephthalate) (PET) sheet was placed slowly over the PDMS with its longitudinal axis perpendicular to the longitudinal axes of the ribbons. The SMS PD formed from the buckled GaAs ribbons by removing the PET strip and relaxing the pre-stretched PDMS stamp. [0064] The liquid PDMS prepolymer was cast onto the areas of the ribbon free of electrodes and then cured in an oven. The gold electrodes were extended beyond the upper PDMS (Agilent 4155C) so that the semiconductor parameter analyzer could irradiate. For the measurement of the photoreaction, the PDs were manipulated using a mechanical stage for tension and compression. IR (with a wavelength of 850 nm) IR The LED source provided illumination light.

실시예 2: 전사 인쇄:Example 2: Transfer printing:

우리의 기술적 접근 방법은, 앞서 설명된 평면 스탬프에 기초한 인쇄 방법들로 구체화된 소정의 아이디어들을 이용한다. 이들 기본적인 기술들이 유망한 시작점을 제공하지만, HARDI (Hemispherical Array Detector for Imaging) 시스템의 과제들을 만족시키기 위해서는 이하에서 설명하는 바와 같이 많은 근본적으로 새로운 특징들이 도입되어야만 한다.Our technical approach utilizes certain ideas embodied in printing methods based on the flat stamps described above. While these basic techniques provide a promising starting point, many fundamentally new features have to be introduced as described below in order to meet the challenges of the HARDI (Hemispherical Array Detector for Imaging) system.

도 32 및 33은 굴곡진 표면에의 전사 인쇄와 관련된 일반 전략을 도시한다. 첫 번째 세트의 단계들(도 32)은 상호 접속된 Si CMOS '칩렛(chiplet)'들을 웨이퍼의 평면 표면으로부터 리프트 오프시키고, 그 후 기하 구조를 반구 모양으로 전환 시키도록 설계된, 얇고 구형 곡면을 갖는 엘라스토머 스탬프의 제작 및 조작을 수반한다. 이 공정을 위한 스탬프는 액체 프리폴리머를 캐스팅 및 경화시키고, 필요한 곡률 반경에 따라 선택된 고품질의 광학 요소들 (즉, 볼록 및 오목 렌즈들의 매칭된 쌍) 위에 폴리(디메틸실록산)(PDMS: poly(dimethylsiloxane))과 같은 엘라스토머를 얻음으로써 형성된다. 상기 스탬프는 몰딩된 원형의 테두리를 갖는다. 이 테두리 위의 몰딩된 그루브(도 32의 점선원)를 적절한 크기를 갖는 경질의 원형 유지 링과 짝지워 줌으로써 이 요소를 반지름 방향으로 인장시키는 것은 이 구형의 스탬프를 인장된, 평면 시트로 변형시킨다. 인장된 이 스탬프를, 사전 형성되고 언더컷 식각된, 얇은 상호 접속부를 갖는 Si CMOS '칩렛'들을 지지하는 모 웨이퍼에 접촉시키고, 그런 후 상기 스탬프를 벗겨 내는 것은 이들 상호 접속된 '칩렛'들로 이 요소를 잉크칠한다(ink). 상기 칩렛들과 연질의 엘라스토머 요소 사이의 반 데르 발스 상호작용은 이 공정을 위한 충분한 접착을 제공한다.32 and 33 illustrate a general strategy associated with transfer printing onto curved surfaces. The first set of steps (FIG. 32) is to create a thin, spherical curved surface, which is designed to lift the interconnected Si CMOS 'chiplets' off the planar surface of the wafer and then convert the geometry into a hemispherical shape. Involves the production and manipulation of an elastomeric stamp. The stamp for this process includes casting and curing the liquid prepolymer and depositing poly (dimethylsiloxane) (PDMS) onto the selected high quality optical elements (i. E., Matched pairs of convex and concave lenses) ). &Lt; / RTI &gt; The stamp has a molded circular rim. Pairing the molded groove (the dotted circle in FIG. 32) on this rim with the rigid circular retaining ring of the appropriate size to tension the element in the radial direction transforms the rectangular stamp into a stretched, flat sheet . Contacting the tensile stamp with a mother wafer supporting preformed and undercut etched, Si CMOS 'chipsets' with thin interconnections, and then stripping the stamps is done with these interconnected 'chipsets' Ink the element. The van der Waals interaction between the chippings and the soft elastomeric element provides sufficient adhesion for this process.

상기 유지 링을 제거하는 것은 PDMS가 릴랙스되어 그것의 최초의 반구형 모양으로 돌아가는 것을 초래하며, 그에 의하여 상기 칩렛 어레이가 평면형에서 구면형으로 전환되는 것을 달성한다. 이러한 전환은 상기 스탬프의 표면에 압축적 변형을 유발한다. 이들 변형들은 상기 상호 접속부의 국부적인 박리(delamination)와 리프트 업에 의하여 CMOS 칩렛 어레이 내에 수용된다(도 32의 왼쪽 아래). 이들 '팝-업' 상호 접속부들은 칩렛들에 대한 손상 또는 그들의 전기적인 성질에 변형으로 인해 유도된 해로운 변화들을 피하는 방식으로 변형을 흡수한다. 상기 칩렛들 내의 변형을 ∼0.1% 미만으로 유지하면 이러한 두 목표들이 달성된다. 상기 상호 접속부들에 대하여 요구되는 공간이 CMOS 칩렛들의 최대 채움 인자(fill factor)를 제한한다. 그러나, 광 감지기들은 거의 전체 픽셀 면적들을 소비하고, 그에 의하여 80% 채움 인자 목표로의 직접적인 경로를 제공한다.Removing the retaining ring results in the PDMS being relaxed and returning to its original hemispherical shape, thereby achieving the conversion of the chitlet array from planar to spherical. This conversion causes a compressive strain on the surface of the stamp. These variations are accommodated in the CMOS chip array by local delamination and lift-up of the interconnect (left bottom of FIG. 32). These 'pop-up' interconnects absorb deformation in such a way as to avoid damage to the chips or harmful changes induced by their deformation in their electrical properties. These two goals are achieved if the strain in the chippets is kept below -0.1%. The space required for the interconnects limits the maximum fill factor of the CMOS chips. However, photodetectors consume almost total pixel areas, thereby providing a direct path to an 80% fill factor target.

상기 두 번째 세트의 단계들(도 33)에서, 상기 '잉크칠'된 반구형 스탬프는 이들 요소들을 매칭되는 형태의 공동을 갖는 최종 장치 기판 위에 전사 인쇄하기 위해 사용된다(예를 들면, 본 실시예에서는 매칭되는 반구형 모양의 공동을 갖는 유리 기판). 이 전사 과정은 접착제로서 광 경화성 BCB (Dow Chemical) 또는 폴리우레탄(Norland Optical Adhesive)과 같은 자외선(UV) 경화성 광 폴리머를 이용한다. 이들 물질들은 얇은 (수십 마이크론의 두께) 액체 필름의 형태로 장치 기판에 적용된다. 상기 스탬프와의 접촉과 함께, 이 액체층은 상기 칩렛들 및 팝-업 상호 접속부들과 관련된 양각 구조물들과 정합하기 위하여 유동한다. 투명한 기판을 통과한 UV 광은 광 폴리머를 경화시키고, 그리고 그것을 고체 형태로 전환하여 상기 스탬프의 제거와 함께 매끈하고, 평탄화된 상부 표면을 가져온다. 기능적인 시스템을 형성하기 위한 최종적인 통합은 전극들 및 광 감지기 물질들의 증착 및 패터닝, 그리고 외부 제어 회로로 가는 버스 라인들의 리소그래피적인 정의를 수반한다.In the second set of steps (FIG. 33), the 'inked' hemispherical stamp is used to transfer the elements onto a final device substrate having a cavity of a matching type (see, for example, A glass substrate having a matching hemispherical cavity). This transfer process uses an ultraviolet (UV) curable photopolymer such as photocurable BCB (Dow Chemical) or polyurethane (Norland Optical Adhesive) as an adhesive. These materials are applied to the device substrate in the form of a thin (tens of microns thick) liquid film. With contact with the stamp, the liquid layer flows to match the relief structures associated with the chippings and pop-up interconnections. UV light through the transparent substrate cures the photopolymer and converts it to a solid form resulting in a smoothed, planarized top surface with removal of the stamp. The final integration to form a functional system involves deposition and patterning of electrodes and photodetector materials, and lithographic definition of bus lines to external control circuits.

도 32 및 도 33의 접근 방법들은 몇 가지 주목할만한 특징들을 갖는다. 첫째, 그것은 반구형 기판 위에 신뢰할 수 있고, 비용이 저렴하며, 고성능 동작을 가능하게 하기 위해, 최신 기술의 평면 전자공학 기술을 활용한다. 특히, 상기 칩렛들은 0.13 ㎛ 디자인룰로 처리된 실리콘 트랜지스터의 집합으로 구성되어, HARDI 시스템에 대하여 국부적인, 픽셀-수준 처리 능력들을 가져온다. 이들 장치들을 형성하기 위하여 SOI 웨이퍼들에 통상의 공정이 사용된다. 매립된 산화물은 인쇄될 칩렛들을 제조하기 위한 희생층(HF로 언더컷 식각)을 제공한다. 상기 상호 접속부들은 좁고 얇은(∼100 nm) 금속 라인들로 구성된다.The approaches of Figures 32 and 33 have several notable features. First, it utilizes state-of-the-art flat-panel electronics technology to enable reliable, cost-effective, high-performance operation on a hemispherical substrate. In particular, the chips consist of a set of silicon transistors processed with a 0.13 탆 design rule, resulting in local, pixel-level processing capabilities for the HARDI system. Conventional processes are used for SOI wafers to form these devices. The buried oxide provides a sacrificial layer (undercut etching with HF) to produce the chips to be printed. The interconnects consist of narrow and thin (~ 100 nm) metal lines.

두 번째 특징은 상기 접근 방법이 평면에서 반구로의 잘 제어된 전환을 가능하게 하기 위한 기계적인 설계들과 엘라스토머 요소들을 이용한다는 것이다. 이어서 약술하는 바와 같이, 전사 스탬프들 내에서의 가역적이고, 선형적인 역학과 포괄적인 역학적 모델링으로 이러한 제어를 달성한다. 세 번째 매력적인 측면은 접착을 제어하기 위한 전략들과 전사 공정의 어떤 기본적인 구성이 평면 응용에서 실층되었다는 것이다. 사실상, 평면 인쇄 응용을 위하여 설계된 스테이지들은 도 32 및 도 33의 공정에 대하여 개조될 수 있다. 도 34는 본 공정에 사용하기에 적합한 공압 액츄에이터와 통합화된 시각화 시스템을 갖는 자체 제작(home-built) 프린터를 보여준다.A second feature is that the approach utilizes mechanical designs and elastomeric elements to enable a well controlled transition from planar to hemispherical. This control is then achieved with reversible, linear dynamics within the transcription stamps and comprehensive mechanical modeling, as outlined below. A third attractive aspect is that strategies for controlling adhesion and some basic configuration of the transfer process are documented in flat applications. In fact, the stages designed for planar printing applications can be modified for the process of Figures 32 and 33. [ Figure 34 shows a home-built printer with a visualization system integrated with a pneumatic actuator suitable for use in the present process.

이들 유형의 프린터 시스템들은 도 32 및 도 33의 공정들의 여러 측면들을 실증하기 위하여 사용된다. 도 35는 고농도로 도핑된 실리콘 리본들과 정사각형 어레이로 상호 접속된 단결정 실리콘 아일랜드들의 어레이로 잉크칠된 반구형 스탬프의 표면의 주사 전자 현미경의 이미지들을 나타낸다. 도 36은 광학적 이미지들을 나타낸다. 평면에서 구면으로의 전환을 하는 동안, 이들 리본 상호 접속부들은 도 32에 묘사된 방식으로 팝 업하였다. 이들 유형의 상호 접속부들의 핵심적인 측면은, 완전히 형성된 칩렛들의 전사와 결합되었을 때, 고해상도, 곡면 리소그래피 또는 다른 형태의 반구 위의 직접 처리에 대한 필요를 감소시킨다.These types of printer systems are used to demonstrate various aspects of the processes of Figures 32 and 33. Figure 35 shows images of a scanning electron microscope of the surface of an inked hemispherical stamp with an array of monocrystalline silicon islands interconnected with heavily doped silicon ribbons and square arrays. Figure 36 shows optical images. During the transition from planar to spherical, these ribbon interconnections popped up in the manner depicted in FIG. The key aspect of these types of interconnects reduces the need for direct processing on high resolution, curvilinear lithography or other types of hemispheres when combined with transfer of fully formed chips.

물질 및 일반 공정 전략뿐만 아니라, 상기 반구형 스탬프들, 팝-업 상호 접속부들 및 경질 장치 아일랜드들과의 상호 작용의 탄성 기계 응답의 완전히 계산적인 모델링이 수행된다. 이들 계산은 공학적 제어 및 최적화를 쉽게 하는 수준에서 공정의 물리학을 밝힌다. 선형 탄성 평판(plate) 이론에 근거한 단순한 추정들은 도 32의 공정들과 관련된 수준의 변형은 2-mm 두께의 스탬프와 1 cm 반지름을 갖는 구면에 대하여 10% 또는 그 이상에 이를 수 있음을 암시한다. 따라서, 신뢰할 수 있는 공학적 제어를 위하여, 상기 스탬프는 이 값의 두 배 - 즉, ∼20%까지의 변형에 대한 선형 탄성 영역 내에서 작동되는 것이 필요하다. 도 37은 벌크, 평면 스탬프 기반 인쇄의 수준에서 우리가 경험을 갖고 있는 여러 상이한 PDMS의 실험적인 응력/변형 곡선을 나타낸다. 184-PDMS는 ∼40%의 변형까지 고도로 선형이면서도 탄성의 응답을 제공하기 때문에 우수한 초기 물질을 제공하는 것으로 보인다.Fully computational modeling of the elastic mechanical response of the interaction with the hemispherical stamps, pop-up interconnects, and rigid device islands as well as material and general process strategies is performed. These calculations reveal the physics of the process at a level that facilitates engineering control and optimization. Simple estimates based on the linear elastic plate theory suggest that a level of deformation associated with the processes of Figure 32 can result in a 2-mm thick stamp and 10% or more of a spherical surface with a radius of 1 cm . Thus, for reliable engineering control, the stamp needs to be operated within a linear elastic range for deformation of up to twice this value, i. E., ~ 20%. Figure 37 shows the experimental stress / strain curves of several different PDMSs that we have experience at the level of bulk, planar stamp based printing. 184-PDMS appears to provide excellent starting materials because it provides a highly linear and elastic response up to ~ 40% strain.

상기 리본 팝-업 상호 접속부들과 상기 칩렛들의 모듈러스들 및 기하구조에 대한 문헌값들과 결합된, 이들과 같은 기계적 측정들은 모델링에 필요한 정보를 제공한다. 계산에 대한 두 접근 방법들이 채택된다. 첫째는 전체-규모(full-scale) 유한 요소 모델링(FEM: finite element modeling)으로서, 평면 기판 위에서의 장치와 상호 접속부의 기하 구조(예를 들면, 크기, 간격, 다중-층들)의 상세가 해석된다. 상이한 물질들(예를 들면, 스탬프, 실리콘, 상호 접속부들)은 해석에서 직접 설명된다. 상기 스탬프와 회로들을 원하는 반구형 모양 위로 변형시키기 위하여 측방향 압력이 가해진다. 상기 유한 요소 해석은 변형 분포를 제공하며, 특히 장 치들 및 상호 접속부들에서의 최대 변형과 전환된 장치들 사이에서의 불균일한 간격을 제공한다. 그러한 접근 방법의 장점은 그것이 장치의 기하 구조와 물질의 상세를 모두 포착하고, 따라서 최대 변형과 불균일성을 감소시키기 위한 전사 인쇄 공정의 다른 설계들의 효과를 조사하기 위하여 사용될 수 있다는 것이다. 그러나, 이러한 접근 방법은 광범위한 길이 스케일들과, 상기 스탬프 위에서의 수만은 구조물 장치들의 모델링을 수반하기 때문에 컴퓨터적으로 복잡하고, 따라서 시간 소모적이다. These mechanical measurements, combined with the literature values of the ribbon pop-up interconnections and the chippings of the moduli and geometry, provide the information necessary for modeling. Two approaches to calculation are adopted. First, full-scale finite element modeling (FEM) is used to describe the details of geometry (eg, size, spacing, multi-layers) of devices and interconnects on a planar substrate. do. Different materials (e.g., stamps, silicon, interconnects) are described directly in the analysis. Lateral pressure is applied to deform the stamp and circuits over the desired hemispherical shape. The finite element analysis provides a strain distribution, and in particular provides maximum strain in devices and interconnects, and non-uniform spacing between switched devices. The advantage of such an approach is that it can be used to capture both the geometry of the device and the details of the material, and thus to investigate the effects of other designs of the transfer printing process to reduce maximum deformation and non-uniformity. However, this approach is computationally complex, and thus time consuming, because of the extensive length scales and tens of thousands on the stamps involved in the modeling of the structure devices.

두 번째 접근 방법은 장치들(칩렛들)을 위한 단위-셀 모델로서, 부하와 함께그들의 기계적인 성능을 분석하는 것이다. 각 장치는 단위 셀에 의하여 나타내어질 수 있고, 기계적 부하(예를 들면, 구부림 및 장력)에 대한 그것의 응답이 유한 요소 방법을 통해 완전히 연구된다. 그런 후 각 장치는 상호 접속부들에 의하여 연결된 단위 셀들에 의하여 대체된다. 이 단위 셀 모델은 이어서 상기 장치들과 상호 접속부들의 상세한 모델링을 대체하기 위하여 상기 유한 요소 해석 내에 통합된다. 또한, 구의 가장자리에서 멀어질수록, 많은 단위-셀들이 통합될 수 있고 또한 그들의 성능이 조악한(coarse)-수준의 모델에 의하여 나타내어질 수 있도록 상기 변형들이 상대적으로 균일하다. 구의 가장자리 근처에서는, 상기 장치들의 상세한 모델링이 계속 필요하도록 변형이 매우 불균일하다. 그러한 접근 방법의 장점은 계산에 드는 노력을 현저히 감소시킨다는 것이다. 상기 첫 번째 접근 방법에서의 전체-규모 유한 요소 해석은 이 단위-셀 모델을 확인하기 위하여 사용된다. 일단 확인되면, 상기 단위-셀 모델은 강력한 설계 툴을 제공하는데, 상이한 장치 들, 상호 접속부들 및 그들의 간격들의 설계를 신속하게 조사하기에 적합하기 때문이다.The second approach is a unit-cell model for devices (chipsets), analyzing their mechanical performance with loads. Each device can be represented by a unit cell, and its response to mechanical loads (e.g., bending and tension) is thoroughly studied through a finite element method. Each device is then replaced by unit cells connected by interconnects. This unit cell model is then incorporated into the finite element analysis to replace the detailed modeling of the devices and interconnects. Also, the farther from the edge of the sphere, the more uniform the unit-cells are and the variations are relatively uniform so that their performance can be represented by a coarse-level model. Near the edge of the sphere, the deformation is very uneven so that detailed modeling of the devices continues to be required. The advantage of such an approach is that it significantly reduces the computational effort. The full-scale finite element analysis in the first approach is used to identify this unit-cell model. Once identified, the unit-cell model provides a robust design tool because it is well suited to quickly investigate the design of different devices, interconnects and their intervals.

도 38은 도 32에서 약술한 바와 갈이, 반구면 스탬프를 평면 기하 구조로(그리고 릴랙스되어 그의 반구형 모양으로 돌아오는 것) 신장시키는 것에 대한 예비적인 FEM 결과를 나타낸다. 상부 프레임은 도 32에 개념적으로 도시한 것과 같은 기하 구조를 갖는 반구형 스탬프의 단면도를 나타낸다. 이 결과들은 그것의 불균일한 두께에 의하여 증거되는 바와 같이, 인장된 막의 변형에서 약간의 공간적인 불균일성을 보여준다. 상기 스탬프들이 캐스팅되어 경화되는 구조물의 적절한 선택을 통해 상기 스탬프들의 두께 프로파일들을 처리하는 것은 이러한 불균일성들을 제거할 수 있다. 그러나, (i) 팝-업 접속부들은 내재적으로 변형에 내성이 있고, (ii) 상기 칩렛들은 각 픽셀 위치에 완벽하게 중앙에 있을 필요가 없기 때문에 일부 불균일한 변형들은 수용할만하다: 더 큰 광 감지기들은, 상기 픽셀 영역 내에서의 위치에 무관하게 상기 칩렛들과 전기적인 접촉을 형성할 수 있는 균일한 후방(back) 전극으로 픽셀 영역들을 채울 것이다.FIG. 38 shows a preliminary FEM result for stretching the hemispherical stamp into a planar geometry (and returning to its hemispherical shape relaxed) as outlined in FIG. The upper frame shows a cross-sectional view of a hemispherical stamp having a geometry as conceptually shown in Fig. These results show some spatial nonuniformity in the deformation of the stretched film, as evidenced by its non-uniform thickness. Treating the thickness profiles of the stamps through an appropriate selection of the structure in which the stamps are cast and cured can eliminate such non-uniformities. However, some non-uniform variations are acceptable because (i) the pop-up connections are inherently resistant to distortion, and (ii) the chips do not need to be perfectly centered at each pixel location: Will fill the pixel regions with a uniform back electrode that can make electrical contact with the chippers regardless of their location within the pixel region.

모델링은 상기 Si CMOS 칩렛들 내의 변형의 수준을 결정할 수도 있다. 상기 시스템들은 전기적 성질에 있어서의 변화와, 파괴 또는 박리에 따른 기계적 결함을 어떻게든 피하기 위하여 이들 칩렛의 변형이 ∼0.1-0.2% 미만을 고수하도록 설계되어야 한다. 이러한 모델링은 스탬프들 및 이 범위를 벗어나는 변형에 칩렛들이 노출되는 것을 피하기 위한 공정 조건들의 설계를 용이하게 한다.The modeling may determine the level of deformation in the Si CMOS chips. The systems should be designed such that the deformation of these chitets adheres to less than 0.1-0.2% in order to somehow avoid changes in electrical properties and mechanical failures due to breakage or delamination. This modeling facilitates the design of process conditions to avoid exposure of the chippings to stamps and deformation beyond this range.

실시예 3: 이축 인장 가능한 "웨이브진" 실리콘 나노막들Example 3: Biaxially stretchable "waved" silicon nanofibers

본 실시예는 이축(biaxially) 인장 가능한 형태의 단결정 실리콘을 소개한다. 상기 단결정 실리콘은 엘라스토머 지지체 위의 2차원적으로 버클링되거나 "웨이브진" 실리콘 나노막들로 구성된다. 이들 구조들에 대한 제조 방법들이 설명되고, 그들의 기하 구조와 다양한 방향들에 따른 단일축 및 이축변형들에 대한 반응들의 다양한 측면들이 제공된다. 이들 시스템들의 기계상의 해석적인 모델들은 그들의 거동을 정량적으로 이해하기 위한 프레임웍(framework)을 제공한다. 이들 부류의 물질들은 완전한, 2차원 인장 가능성을 갖는 고성능 전자장치로의 경로를 제공한다.This embodiment introduces single crystal silicon in a biaxially stretchable form. The monocrystalline silicon consists of two dimensionally buckled or "waved" silicon nanomaterials on an elastomeric support. Manufacturing methods for these structures are described and various aspects of their geometry and responses to uniaxial and biaxial deformations according to various directions are provided. Mechanical interpretive models of these systems provide a framework for quantitatively understanding their behavior. These classes of materials provide a path to high-performance electronics with full, two-dimensional tensile potential.

기계적인 구부림성을 제공하는 전자장치들은 정보 디스플레이, X-선 이미징, 광전지(photovoltaic devices), 및 다른 시스템들에서의 응용에 있어서 흥미롭다. 가역적인 인장 가능성은 상이하면서도, 스마트 수술 장갑, 전자 눈 카메라, 및 개인 건강 모니터들과 같이 구부릴 수 있을 뿐인 전장 장치들에서는 실현될 수가 없는 장치 가능성들을 가능하게 할 훨씬 더 기술적으로 도전적인 기계적 특성이다. 이러한 유형의 전자장치에 대한 하나의 접근 방법은 인장 가능하지 않은 장치 구성 부품들에 회로 수준의 인장 가능성을 제공하기 위하여 인장 가능한 와이어들이 경질의 장치 아일랜드들을 상호 연결한다. 대안적인 전략에서, 얇은 단결정 반도체 및 다른 전자 장치 물질들의 어떤 구조적인 형태들은 장치 그 자체 내의 인장 가능성을 가능하게 한다. 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs: metal oxide semiconductor field effect transistors), 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFETs: metal semiconductor field effect transistors), pn 접합 다이오드, 및 쇼트키 다이오드들에서 단일축의(uniaxial) 인장 가능성을 달성하기 위하여 최근의 실증들은 실리콘과 갈륨 비소화물의 나노리본들 (수십 내지 수백 나노미터의 두께와 마이크로미터 범위의 폭) 내의 버클링된, 1차원적으로 "웨이브진" 기하구조들의 이용을 수반한다. 이 실시예는 유사한 물질의 나노막들이 완전한 2D 인장 가능성을 제공하기 위하여 2차원(2D)적으로 웨이브진 기하구조들로 형성될 수 있음을 보여준다. 그러한 시스템의 제조 방법들이 상세한 실험적 특성화 및 그들의 기계적인 응답의 해석적인 모델링과 함께 설명된다.Electronic devices that provide mechanical bendability are of interest in applications in information displays, x-ray imaging, photovoltaic devices, and other systems. The reversible stretchability is a much more technically challenging mechanical property that would allow different device possibilities to be realized that are different, but are not achievable with bendable electronic devices such as smart surgical gloves, electronic eye cameras, and personal health monitors . One approach to this type of electronic device is to interconnect the rigid device islands with tensionable wires to provide circuit level of tension to non-tensionable device components. In alternative strategies, certain structural forms of thin single crystal semiconductors and other electronic device materials enable tensile potential within the device itself. (Uniaxial) tensile properties in metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), metal semiconductor field effect transistors (MESFETs), pn junction diodes, and Schottky diodes. Recent demonstrations have involved the use of buckled, one-dimensional "waved" geometries in silicon and gallium arsenide nanoribbons (thickness in the tens to hundreds of nanometers and micrometer range width) do. This example shows that nanofilms of similar materials can be formed into two-dimensional (2D) wavy geometries to provide full 2D stretchability. The manufacturing methods of such systems are described with detailed experimental characterization and analytical modeling of their mechanical response.

도 39는 엘라스토머 지지체 위에 2차원적으로 인장 가능한 Si 나노막을 형성하기 위한 단계들을 개념적으로 도시한다. 본 실시예에 있어서, 이 막들은 SOI 웨이퍼들(Soitec, Inc., p-형)로부터 제조된다. 이 막들의 제조는 포토리소그래피에 의하여 포토레지스트의 적절한 패턴을 정의하고, 그런 후 노출된 실리콘을 반응성 이온 식각(PlasmaTherm RIE, SF6 40 sccm, 50 mTorr, 100 W)으로 제거함에 의하여 상부 실리콘 내에 구멍들의 정사각형 어레이(∼2.5 ㎛ 지름, ∼25 ㎛ 피치)를 형성하는 것으로 시작한다. 이 동일한 단계는 상기 막의 전체 측방향 치수를 정의하며, 여기에서 보고되는 샘플에 있어서는 3-5 mm 제곱의 범위에 있다. 두께는 55 내지 320 nm 사이이다. 식각된 샘플을 농축된 불산(HF 49%)에 침지시켜 매립 SiO2 층(145 ∼ 1000 nm 두께)을 제거하고; 아세톤 내에서 세정하여 포토레지스트를 제거하였다. 연마된 실리콘 웨이퍼에 폴리(디메틸실록산)(PDMS)의 프리폴리머들을 캐스팅하고 경화시켜, 평탄한 엘라스토머성의 기판(∼4mm 두께)을 생성하였다. 강 렬한 자외선(240-260 nm)에 의하여 생성된 오존 환경에 5분 동안 노출시킴으로써 소수성 PDMS 표면(-CH3 및 -H 종결기들)을 친수성 상태(-OH 및 -O-Si-O 종결기들)로 전환하였다. 그와 같이 활성화된 PDMS 기판을 대류 오븐 내에서 70-180 ℃에서 단순 가열하여 제어된 정도로 등방적으로 열팽창하도록 유도하였다. 이 요소를 처리된 SOI 웨이퍼에 접촉시킨 후 다시 그것을 벗겨 냄으로써 전체 나노막이 PDMS로 전사되었다. 대류 오븐 내에서 수 분 동안 계속 가열하여 상기 막과 상기 PDMS 사이에 강한 접착 결합들이 형성되는 것을 용이하게 하였다. 마지막 단계에서는, 상기 나노막/PDMS 구조물은 실온(ca. 25℃)까지 냉각되어 열적으로 유발된 사전 변형(ΔL/L)을 해제하였다. 이 공정은 Si 나노막과 PDMS의 표면 영역 근처에 2차원(2D) 웨이브진 양각 구조물들의 자발적인 형성으로 이어졌다. 이들 구조물들은 1-차원 주기 웨이브들이 우세한 가장자리 근처, 2-차원 헤링본(herringbone) 레이아웃이 통상적으로 관찰되는 안쪽 영역들, 그리고 무질서한 헤링본 구조들이 종종 발생하는 중앙 부근에서 상이한 거동들을 보인다. 상기 헤링본 영역은 우리가 단파장 λ라고 부르는, 웨이브들 내에서 이웃하는 피크들 사이의 거리, 웨이브의 진폭 A1(도 1에는 미도시), 및 상기 헤링본 구조물 내에서 이웃하는 "조그(jog)"들 사이의 거리와 관련되고, 우리가 장파장이라고 부르는 (x2 방향을 따르는) 더 긴 거리 2π/k2에 의하여 특성화된다. 다른 특성화 길이는 (장파장 방향 x2 방향에 수직인 x1 방향을 따르는) '조그' 파장 2π/k1, 상기 조그의 진폭 A2, 상기 조그의 각도 θ이다. 도 39의 하부 프레임들은 이들 특성들을 개념적으로 도시한다.39 conceptually illustrates steps for forming a Si nanomaterial that is two-dimensionally stretchable on an elastomeric support. In this embodiment, the films are fabricated from SOI wafers (Soitec, Inc., p-type). The fabrication of these films is accomplished by defining an appropriate pattern of photoresist by photolithography and then removing the exposed silicon by reactive ion etching (PlasmaTherm RIE, SF 6 40 sccm, 50 mTorr, 100 W) (~ 2.5 [mu] m diameter, ~ 25 [mu] m pitch). This same step defines the overall lateral dimension of the film, which is in the range of 3-5 mm squares for the samples reported here. The thickness is between 55 and 320 nm. The etched samples were immersed in concentrated hydrofluoric acid (HF 49%) to remove the buried SiO 2 layer (145-1000 nm thick); The photoresist was removed by washing in acetone. Polished silicon wafers were cast and cured with prepolymers of poly (dimethylsiloxane) (PDMS) to produce a flat elastomeric substrate (~4 mm thick). The hydrophobic PDMS surfaces (-CH 3 and -H termini) were exposed to hydrophilic conditions (-OH and -O-Si-O termini) by exposing them to the ozone environment generated by intense ultraviolet light (240-260 nm) ). The PDMS substrate thus activated was simply heated at 70-180 ° C. in a convection oven to induce isotropically thermal expansion to a controlled extent. This element was contacted with the treated SOI wafer and then stripped off again, so that the entire nanofiber was transferred to the PDMS. Continued heating for several minutes in a convection oven facilitated the formation of strong adhesive bonds between the membrane and the PDMS. In the final step, the nanofiber / PDMS structure was cooled to room temperature (ca. 25 占 폚) to release the thermally induced pre-strain (? L / L). This process led to the spontaneous formation of two-dimensional (2D) wave-like bony structures near the surface areas of Si nanofoam and PDMS. These structures exhibit different behaviors near the edge where the one-dimensional periodic wave predominates, the inner regions where the two-dimensional herringbone layout is commonly observed, and the central vicinity where the disordered herringbone structures often occur. The herringbone region is defined by the distance between neighboring peaks in the waves, the amplitude A 1 (not shown in FIG. 1) of the wave and the "jog" neighboring in the herringbone structure, , And is characterized by the longer distance 2π / k 2 (along the x2 direction) which we call the long wavelength. The other characterization length is a "jog" wavelength 2π / k 1 (along the x1 direction perpendicular to the long wavelength direction x2 direction), the amplitude A 2 of the jog, and the angle θ of the jog. The lower frames of Figure 39 conceptually illustrate these characteristics.

도 40의 부분 a 내지 f는 (150 ℃로의 가열에 의하여 정의되는) ∼3.8%의 열적 사전 변형 및 (측방향 치수가 ca. 4×4 mm2) 100 nm 두께를 갖는 나노막의 경우에 대하여, 헤링본 웨이브들이 형성되는 동안 상이한 단계들에서 수집된 광학 현미경 사진들을 보인다. 이들 이미지들은 구조물이 두 단계로 형성되는 것을 나타내는데, 두 단계의 첫 번째는 넓은 면적에 걸쳐 현저하게 1차원적인 웨이브들을 수반하고, 이어서 이들 웨이브 구조물들을 구부림으로써 궁극적으로 완전히 냉각되었을 때 컴팩트한 헤링본 레이아웃을 형성한다(도 40의 d 내지 f). 도 40의 h는 두 특성 파장들의 시간에 따른 전개를 보여준다. 상대적으로 더 큰 PDMS의 열수축으로 인하여, 냉각이 실리콘 위에 점진적으로 더 큰 압축적 변형으로 이어짐에 따라 상기 단파장은 감소하는 경향이 있다. 특히, 이 값은 초기 단계에서의 17-18 ㎛로부터 헤링본 구조가 두드러지게 될 때에는 ∼14.7 ㎛로, 그리고 결국에는 완전히 냉각된 상태에서 ∼12.7 ㎛로 감소한다. 이 파장은 대면적에 걸쳐서 균일하다(∼5% 변동). 대조적으로, 상기 헤링본 레이아웃과 관련된 상기 장파장은 넓은 범위의 값들을 보여주며, 이는 도 40의 g에 나타낸 이미지로부터 명백하다. 이 샘플에 걸친 ∼100 지점에서의 측정 결과가 도 40의 g에 히스토그램으로 요약된 분포의 값을 나타내었다. 상기 헤링본 구조는 w = A1cos[k1x1+k1A2cos(k2x2)]의 면외변위(out-of-plane displacement)에 의하여 표시될 수 있다(도 49). 여기서, 계수들, 웨이브의 진폭 A1, 장파장 2π/k2, 조그 파장 2π/k1, 및 조그의 진폭 A2는 특정 막의 두께, 필름 및 기판의 기계적 성질을 분석함으로써 결정된다. 상기 단파장 λ는 (2 π/k1)sin(θ/2)이다. 모델링은 적용된 사전 변형으로서 열적 사전 변형 대신에 Si 변형을, 측정된 콘투어 길이들과 웨이브진 구조물들의 주기들로부터 결정되기 때문에, 이용한다(도 50). Si를 변형시키는 실제 변형은 추정된 열적 사전 변형보다 대개 약간 더 작다.Parts a to f of Figure 40 show that for the case of a thermal pre-strain of ~ 3.8% (as defined by heating to 150 ° C) and a nanomembrane with a 100 nm thickness (lateral dimension ca 4 x 4 mm 2 ) We show optical microscope photographs collected at different stages during the formation of herringbone waves. These images indicate that the structure is formed in two stages, the first of which involves a significant one-dimensional wave over a large area, and then bending these wave structures, which ultimately leads to a compact herringbone layout (D to f in FIG. 40). FIG. 40 h shows a time evolution of two characteristic wavelengths. Due to the relatively large thermal shrinkage of the PDMS, the short wavelength tends to decrease as the cooling progressively leads to a larger compressive strain on the silicon. In particular, this value decreases from ~ 17-18 urn in the initial stage to ~ 14.7 ㎛ when the herringbone structure becomes prominent, and finally to ~ 12.7 urn in the fully cooled state. This wavelength is uniform over a large area (~ 5% variation). In contrast, the long wavelength associated with the herringbone layout shows a wide range of values, which is apparent from the image shown in Figure 40, g. The results of the measurement at ~ 100 points over this sample showed the value of the distribution summarized by the histogram in Figure 40 (g). The herringbone structure can be represented by an out-of-plane displacement of w = Alcos [k1x1 + k1A2cos (k2x2)] (Fig. 49). Here, the coefficients, the amplitude A 1 , the long wavelength 2? / K 2 , the jog wavelength 2? / K 1 , and the jog amplitude A 2 of the wave are determined by analyzing the thickness of the specific film, the mechanical properties of the film and the substrate. The short wavelength? Is (2? / K 1 ) sin (? / 2). The modeling is used (Fig. 50) because the Si strain is determined from the measured contour lengths and the periods of the waved structures instead of the thermal pre-strain as the applied pre-strain. The actual strain to deform Si is usually slightly less than the estimated thermal pre-strain.

이는 PDMS에 대한 Si의 로딩 효과(loading effect)에 기인하는 것일 수 있다. 상기 Si 변형은, 예를 들면, 3.8%의 열적 사전 변형에서 2.4%이다. 그러한 변위 w에 대하여, Si 필름의 응력, 변형, 및 변위의 장들(fields)은 폰 카르만(Von Karman) 평판 이론으로부터 A1, k1, A2 및 k2의 항들로 얻어질 수 있다. PDMS 기판에서의 상기 장들은 3D 탄성 이론으로부터 얻을 수 있다. Si 필름 내의 막 에너지와 구부림 에너지 및 PDMS 기판 내의 탄성 에너지로 구성되는 전체 에너지를 최소화하면 A1, k1, A2 및 k2가 구해진다. Si와 PDMS의 영 모듈러스와 포아송 비율은 ESi = 130 GPa, vSi = 0.27, EPDMS = 1.8 MPa, 및 vPDMS = 0.5이다. 실험과 모델은 모두 조그 각도 θ가 약 90°로 얻어졌다. 상기 이론에 의하여 주어진 단파장은 2.4% 이축 사전 변형에서 12.4 ㎛인데, 이는 위의 실험 결과와 잘 일치한다. 장파장 2π/k2의 큰 변동은 이론적 계산에 의하여서도 30 내지 60 ㎛로 예상되었다.This may be due to the loading effect of Si on the PDMS. The Si strain is, for example, 2.4% in a thermal pre-strain of 3.8%. For such a displacement w, the fields of stress, strain, and displacement of the Si film can be obtained from terms of A 1 , k 1 , A 2 and k 2 from Von Karman flat plate theory. The fields in the PDMS substrate can be obtained from the 3D elasticity theory. A 1 , k 1 , A 2, and k 2 are obtained by minimizing the total energy of the film energy and bending energy in the Si film and the elastic energy in the PDMS substrate. The Young's Modulus and Poisson ratios of Si and PDMS are E Si = 130 GPa, v Si = 0.27, E PDMS = 1.8 MPa, and v PDMS = 0.5. Both the experiment and the model obtained a jog angle θ of about 90 °. The short wavelength given by the above theory is 12.4 ㎛ in the 2.4% pre-twist pre-strain, which agrees well with the above experimental results. The large fluctuation of the long wavelength 2? / K 2 was expected to be 30 to 60 占 퐉 by the theoretical calculation.

도 41은 도 40의 완전히 냉각된 상태에서 도시된 것들에 유사한 구조물의 원자력 현미경(AFM: atomic force microscope) 및 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope)의 이미지들을 나타낸다. 이들 이미지들은 압축 변형이 완전 히 등방적이더라도 헤링본 패턴들이 두 개의 특성 방향들을 정의하는 지그재그 구조물에 의하여 특성화됨을 명백히 보여준다. 헤링본 구조물들은 시스템 내의 전체 면내(in-plane) 응력을 감소시키고 두 방향 모두로 이축 압축을 경감시키는 최소 탄성 에너지 구성을 나타낸다. 따라서, 이 기하 구조는 1D 웨이브 레이아웃과 "체커보드(checkerboard)"에 비하여, 넓은 면적에 대하여 선호된다. 왜냐하면, 헤링본 모드는 이들 세 모드들 중에서, 현저한 인장 에너지를 초래함이 없이도 모든 방향으로 면내 응력을 완화할 수 있는 유일한 모드이기 때문이다. 현저한 인장은 조그들의 인접한 근방에서만 유발된다. 상기 1D 모드는 한 방향에서만 사전응력(prestress)을 낮춘다. 상기 체커보드 모드는 모든 방향으로의 응력을 낮추지만 구부림에 수반되는 상당한 인장 에너지를 생성한다.FIG. 41 shows images of an atomic force microscope (AFM) and a scanning electron microscope (SEM) of structures similar to those shown in the fully cooled state of FIG. These images clearly show that the herringbone patterns are characterized by zigzag structures, which define two characteristic directions, even though the compression deformation is completely isotropic. Herringbone structures exhibit a minimum elastic energy configuration that reduces in-plane stresses in the system and alleviates biaxial compression in both directions. Thus, this geometry is preferred over a large area as compared to 1D wave layout and "checkerboard". Because the herringbone mode is the only mode among these three modes that can mitigate in-plane stress in all directions without causing significant tensile energy. Significant stretching is induced only in the vicinity of the jaws. The 1D mode lowers the prestress in only one direction. The checkerboard mode lowers the stress in all directions but produces significant tensile energy associated with bending.

비록 근사적으로만 사인파이지만, AFM 이미지들로부터 추출된 두 개의 라인컷(linecut)들은 조그 방향을 따르고(프로파일 (i)) 웨이브에 수직인(프로파일 (ii)) 주기적인 양각 프로파일들을 나타낸다. 상기 웨이브들의 λ와 A1은 프로파일 (ii)로부터 결정될 수 있으며, 각각 12.8 및 0.66 ㎛이다. 이론적인 해석에 의하여 주어진 λ는 12.4 ㎛이고 실험 데이터와 유사하다; 그러나, 이론적 해석으로 얻은 A1은 0.90 ㎛로서 그의 실험 결과보다 약간 높은 값이다. 상기 SEM 이미지들은, 상기 웨이브들의 상승된 영역과 리세스된 부분 모두에 있어서 실리콘 내의 작은 구멍 부근의 샘플의 거동에 의하여 증명되는 바와 같이, 막과 PDMS 사이의 밀접한 결합을 명확하게 보여준다. 구멍의 크기인 2.5 ㎛는 본 실험의 변형 모드의 특성 파장보다 훨씬 작기 때문에, 이들 이미지들은 상기 웨이브 구조물들이 이들 구멍의 위치와 완전히 무관함을 나타낸다. 상기 웨이브진 구조물들의 기하구조의 실리콘 두께에 대한 의존성에 관한 연구들은 물리적 현상에 대한 추가적인 통찰을 제공할 수 있으며, 역학적 모델을 추가로 검증할 수 있다. 도 42는 광학 현미경 사진들과 유사한 열적 변형에 대하여 상이한 두께로 막에 형성된 웨이브 구조물들의 파장과 진폭들을 포함하여 일부 결과들을 보여준다. 100 nm 두께에 대하여, 웨이브의 λ와 A1은 각각 12.6 (±0.37) 및 0.64 (±0.07) ㎛이고, 320 nm 두께에 대하여 이들은 각각 45.1 (±1.06) 및 1.95 (±0.18) ㎛이다. 이 값들은 100 nm 경우에 대하여 λ와 A1은 12.4 및 0.90 ㎛이고, 320 nm 경우에 대하여 λ와 A1은 45.1 및 3.29 ㎛가 얻어지는 이론적인 계산들과 상당히 잘 일치한다.The two line-cuts extracted from the AFM images, although approximately sinusoidal only, exhibit periodic angular profiles that follow the jog direction (profile (i)) and perpendicular to the wave (profile (ii)). The lambda and A 1 of the waves can be determined from the profile (ii) and are 12.8 and 0.66 μm, respectively. The lambda given by the theoretical interpretation is 12.4 μm and is similar to the experimental data; However, the A1 obtained by the theoretical analysis is 0.90 탆, which is slightly higher than the experimental result. The SEM images clearly show the close bond between the membrane and the PDMS, as evidenced by the behavior of the sample in the vicinity of the small hole in the silicon in both the raised and recessed portions of the waves. Since the size of the hole, 2.5 탆, is much smaller than the characteristic wavelength of the deformation mode of the present experiment, these images indicate that the wave structures are completely independent of the position of these holes. Studies on the dependence of the geometry of the waveguided structures on the silicon thickness can provide additional insight into the physical phenomena and further validate the mechanical model. Figure 42 shows some results, including the wavelengths and amplitudes of wave structures formed in the film at different thicknesses for thermal deformation similar to optical microscope photographs. For 100 nm thickness, the lambda and A 1 of the wave are 12.6 (± 0.37) and 0.64 (± 0.07) μm, respectively, and for 320 nm thickness they are 45.1 (± 1.06) and 1.95 (± 0.18) μm, respectively. These values agree well with the theoretical calculations for λ and A 1 of 12.4 and 0.90 μm for λ = 100 nm and for λ and A 1 of 45.1 and 3.29 μm for the 320 nm case.

앞서 설명된 리본 기하 구조에 의하여 제공된 1차원 인장 가능성과 대조적으로 이들 웨이브진 막들은 다양한 면내 방향들에서의 변형에 대하여 진정한 인장 가능성을 제공한다. 이러한 측면을 조사하기 위하여 눈금을 정한 기계적 스테이지와 3.8%의 열적으로 유도된 사전 변형을 갖고 제조된 2D 인장 가능한 막을 이용하여 상이한 방향들을 따라 단축 인장 시험을 수행하였다. 도 43은 일부 이미지들을 제공한다. 케이스 (i)에서, 긴 웨이브들의 방향을 따라 적용된 인장 변형 (εst)은 "접히지 않은(unfold)" (εst) 1.8%) 헤링본 구조를 초래하고, 서서히 완전히 인장된 상태의 (εst) 3.8%) 1D 웨이브진 기하구조로 이어졌다. 이러한 인장은 포아송 효 과에 의하여, 상기 인장 변형의 반과 대략 동일한 진폭을 갖는 압축 변형을 수직 방향으로 초래한다. 이 압축 변형은 이 방향으로의 웨이브진 구조물들의 압축에 의하여 수용될 수 있다. 적용된 인장 변형의 해제와 함께, 최초의 헤링본 웨이브는 회복되어 원래와 거의 유사한 구조를 보여주었다. (도 51은 5회, 10회 및 15회의 인장 사이클 이후에 수집된 광학 현미경 사진들을 보여준다).In contrast to the one-dimensional stretch potential provided by the ribbon geometry described above, these waved films provide true stretchability for deformation in a variety of in-plane directions. To investigate this aspect, uniaxial tensile tests were performed along different directions using a graduated mechanical stage and a 2D tensile film prepared with 3.8% thermally induced pre-strain. Figure 43 provides some images. In case (i), the tensile strain applied along the direction of long wave (ε st) is "unfolded that (unfold)" (ε st) 1.8%) resulting in a herringbone structure and gradually a fully tensioned state of (ε st) 3.8%) leading to 1D wave geometry. Such a tension, by Poisson effect, causes a compressive strain in the vertical direction with approximately the same amplitude as half of said tensile strain. This compressive strain can be accommodated by compression of the wave-like structures in this direction. With the release of the applied tensile strain, the original herringbone wave was restored and showed a structure almost similar to the original. (FIG. 51 shows optical microscope photographs collected after 5, 10 and 15 times of the tensile cycle).

완전 인장(full stretching)에서, 1D 웨이브 구조들이, 초기 기하구조(geometry) 보다는, 인가된 변형에 의해 정해지는 방향을 따라 정렬되었을지라도, 대각선 방향으로 인가된 인장 변형들은(tensile strains)(케이스 ii) 유사한 구조적 변화들을 나타내었다. 수직 케이스 iii의 경우, 작은 변형(εst 1.8%)에서, 샘플의 일정 비율은 인장 방향을 따라 새로운 1D 웨이브들을 생성하기 위해 헤링본 배열(herringbone layout)을 완전히 잃는다. 인장을 증가시키면, 전체 영역(area)이 이렇게 배향된 1D 웨이브들로 구성될 때까지, 더 많은 부위(region)들은 이렇게 변형된다. 이렇게 새롭게 형성된 1D 웨이브들은 초기 웨이브들의 방향(orientation)에 수직하다; 해제(release)되면, 이들은 간단하기 구부러져 무질서한 헤링본-형 기하구조를 생성한다. 도 43B에 도시된 모든 케이스들에 대해, 설령 압축 응력들이 포아송 효과(Poisson effect)에 의해 직교 방향으로 유도된다고 할지라도, 파장은 인장 변형과 함께 커지며 해제(release) 시 이의 초기값으로 회복한다. 이러한 거동(behavior)은, 포아송 효과에 의해 야기되는 이러한 파장의 감소보다 큰, 헤링본 웨이브들의 펼침(unfolding)에 의해 유도되는 λ의 증가에 기 인한다. (도 52) 케이스 i의 경우, 포아송 효과에 의해, 인가된 인장 변형, εst 하에서, 예컨대 k1' > k1 인 경우, 조그스 파장, 2π/k1 (도 52A)은 2π/k1' (도 52B)로 감소한다. 그러나 대응하는 조그 각도(θ')는 헤링본 구조의 펼침에 의해 각도(θ)보다 크다. 단파장 λ = (2π/k1)sin(θ/2)은 λ' = (2π/k1')sin(θ'/2)이 되며, λ'는 각도 변화의 효과가 포아송 효과를 압도하는 경우 λ보다 클 수 있다. 우리의 이론적인 모델은 εst = 0, 1.8, 및 3.8%에 대해 λ = 12.4, 14.6, 및 17.2 μm이며, 실험에서 관찰되다시피, 이것은 짧은 파장이 인가된 인장과 함께 증가함을 확인한다. 케이스 iii의 경우, λ와 2π/k1 모두 인가된 스트레칭(stretching) 인장과 함께 증가하였는데, 그 이유는 웨이브들이 스트레칭 인장의 방향을 따라 릴랙스되었고 조그스 각도(θ)가 포아송 효과에 의해 현저하게 변하지 않았기 때문이다. 버클링된 막(membranes)들의 이축성(biaxial) 인장가능성도 열적으로 유도된 인장 변형들에 의해 조사되었다(도 53). 열 인장에 의해 생성된 헤링본 웨이브들은 샘플이 가열됨에 따라 천천히 사라졌다; 이들은 냉각 시 완벽하게 회복되었다.In full stretching, although the 1D wave structures are aligned along the direction determined by the applied deformation rather than the initial geometry, the tensile strains applied in diagonal directions (case ii ) Showed similar structural changes. For vertical case iii, at small strains (ε st 1.8%), a certain percentage of the sample completely loses the herringbone layout to create new 1D waves along the stretching direction. With increasing tension, more regions are so deformed until the entire area is composed of 1D waves oriented in this way. The newly formed 1D waves are perpendicular to the orientation of the initial waves; Once released, they are simply bent to create a disordered herringbone-like geometry. For all of the cases shown in FIG. 43B, even if the compressive stresses are induced in the orthogonal direction by the Poisson effect, the wavelength increases with the tensile strain and recovers to its initial value upon release. This behavior is due to an increase in λ induced by the unfolding of the herringbone waves, which is greater than the reduction of this wavelength caused by the Poisson effect. (Fig. 52) For the case i, by the Poisson's effect, is a tensile strain, under ε st, for example, k 1 '> If the k 1, the jog switch wavelength, 2π / k 1 (FIG. 52A) is 2π / k 1 (Fig. 52B). However, the corresponding jog angle? 'Is larger than the angle? By the spreading of the herringbone structure. The short wavelength λ = (2π / k 1 ) sin (θ / 2) becomes λ '= (2π / k 1 ') sin (θ '/ 2) lt; / RTI &gt; Our theoretical models are λ = 12.4, 14.6, and 17.2 μm for ε st = 0, 1.8, and 3.8%, and as observed in the experiment, this confirms that the shorter wavelength increases with the applied tensile. In case iii, both λ and 2π / k 1 increased with an applied stretching tension because the waves were relaxed along the direction of the stretching tension and the Jogg angle θ was remarkably increased by the Poisson effect It is because it has not changed. The biaxial tensile potential of the buckling membranes was also investigated by thermally induced tensile strains (Figure 53). Herringbone waves generated by thermal stretching slowly disappeared as the sample was heated; They were completely restored upon cooling.

막들의 중앙 부위만을 이와 같이 관찰하였다. 도 39의 아래 프레임에 지시된 바와 같이, 막들의 에지들은 에지들을 따라 배향된 웨이브벡터들을 갖는 1D 웨이브 구조들을 나타낸다. 이들 사이의 에지 부위, 중앙 부위, 및 전이 영역(transition area)의 AFM 이미지들 및 라인컷(linecut) 프로파일들이 도 44에 도시된다. Si의 에지 근처(상부 프레임)에서 시작한 1D 웨이브들은 점점 구부러지다 가(중간 프레임), 중앙 영역들에서 헤링본 기하구조들로 변형된다(하부 프레임). 이러한 영역들의 λ 값들은, (상부 프레임에서부터) 각각, 0.52, 0.55, 및 0.67 μm의 A1과 함께, 16.6, 13.7, 및 12.7 μm이다. 에지들에서의 1D 웨이브들과 비교할 때, Si의 내부 영역이 에지들보다 압축 인장에 의해 더 많이 영향 받는다고 가정하면, 2D 헤링본 웨이브들은 더 작은 λ와 A1을 갖는다. 에지 근처의 응력 상태는 막의 트랙션 없는 에지(traction-free edge) 로 인하여 소정의 거리 범위 내에서 대략 단일축 압축(uniaxial compression)이다. 이러한 단일축 압축은 이러한 자유 에지(free edge)와 평행하며, 그에 따라 1D 웨이브들이 에지를 따르도록 한다. 그러나 응력 상태는 헤링본 구조들이 생기는 중앙 부위에 동등-이축 압축(equi-biaxial compressive)이 된다. 1D 웨이브진 에지와 헤링본 웨이브들 사이의 과도 영역의 경우, 불안정한 이축 압축(biaxial compression)은 큰 조그 각도를 갖는 “세미”-헤링본 웨이브를 야기한다. 우리의 모델에서, 각각 1D 웨이브들에서 λ와 A1는 각각 16.9와 0.83 μm이고, 헤링본 구조에서 λ와 A1는 각각 12.4와 0.90 μm이다. 이러한 결과는 실험적으로 관찰한 값들과 상당히 잘 맞는다.Only the central part of the membranes were observed in this manner. As indicated in the lower frame of Figure 39, the edges of the films represent 1D wave structures with the wave vectors oriented along the edges. AFM images and line-cut profiles of the edge region, the center region, and the transition region between them are shown in FIG. 1D waves starting near the edge of the Si (upper frame) are gradually bent (intermediate frame) and transformed from the central areas into herringbone geometries (lower frame). The lambda values of these regions are 16.6, 13.7, and 12.7 μm, with A 1 of 0.52, 0.55, and 0.67 μm, respectively (from the top frame). Assuming that the inner region of Si is more affected by compression strain than the edges, as compared to 1D waves at the edges, the 2D herringbone waves have smaller λ and A 1 . The stress state near the edge is approximately uniaxial compression within a predetermined distance range due to the traction-free edge of the film. This uniaxial compression is parallel to this free edge, thus causing the 1D waves to follow the edge. However, the stress state is equi-biaxial compressive at the center of the herringbone structures. In the transient region between the 1D wavefront edge and the herringbone waves, unstable biaxial compression causes a &quot; semi &quot; -herinbone wave with a large jog angle. In our model, λ and A 1 in the wave 1D each are 16.9 and 0.83 μm, respectively, λ 1 and A in a herringbone structure is 12.4 and 0.90 μm, respectively. These results are in good agreement with the experimental observations.

이러한 에지 효과들을 추가로 조사하기 위해서, 우리는 동일한 PDMS 기판 상에 100, 200, 500, 및 1000 μm의 폭과 1000 μm의 길이를 갖는 직사각형 막을 제조하였다. 도 45는 2가지 다른 레벨의 열적 사전 변형(thermal prestrain)에 대해 이러한 구조들의 광학 현미경 사진(optical micrographs)들을 도시한다. 낮은 열적 사전 변형(케이스 2.3%, 도 45A)에서, 100 및 200 μm의 폭을 갖는 막들은, 단 부들에서 평평하고 변형되지 않은 부위들을 갖는, 한쪽에서 다른 쪽까지 완벽한 1D 웨이브들을 나타낸다. 500 μm의 폭을 갖는 막은 유사한 1D 웨이브들 및 평평한 부위들을 나타내지만, 웨이브들은 구조들의 중앙에서 약간 구부러진 기하구조를 가지며, 방향의 균일성 및 전체적인 배열이 100 및 200 μm의 케이스들보다 실질적으로 낮다. 1000 μm의 정사각형 막의 경우, 1D 웨이브들은 에지(edge)들의 중앙 부위들에 나타나며, 평평한 영역들은 코너들에 나타난다. 막의 중앙부는 완전히 성장된 헤링본 기하구조들을 나타낸다. 코너의 평평한 부위는 2개의 자유 에지들로 인해 대략 응력-없는 상태이다. 이러한 코너들 근처에는 웨이브들이 형성되지 않는다. 사전 변형을 증가시키면(4.8%, 도 45B), 모든 케이스에서 평평한 부위들의 크기는 감소한다. 1D 웨이브진 성질은 100 및 200 μm 리본들에서 존속하지만, 두드러진 헤링본 형태(morphologies)들은 500 μm 케이스의 중앙 부위에 나타난다. 더 높은 사전 변형에서, 동등-이축 압축 인장들은 500 μm의 폭을 갖는 막의 중앙 부위에서 나타난다. 1000 μm의 정사각형 막의 경우, 헤링본 성질은 에지들에 가까운 부위들까지 연장한다. 평평한 부위들의 공간적인 범위를 정하는 특성 길이 스케일(scale)들은 에지 효과 길이(Ledge)로 언급되며, 막 크기와 사전 변형의 함수로서 구할 수 있다. 도 45C는, 여기서 조사된 케이스들에 대하여, 막의 크기에 독립적인 방식으로, 사전 변형에 대한 이러한 길이의 선형 스케일링을 나타낸 결과를 도시한다. 사전 변형이 커질수록, 단축 인장 부위의 길이는 작아진다. 따라서 더 짧은 범위의 1D 웨이브들이 형성되고 유사한 성질은 2개의 자유 에지들 근처의 응 력-없는 부위들에서 관찰될 수 있다.To further investigate these edge effects, we fabricated a rectangular film with widths of 100, 200, 500, and 1000 μm and 1000 μm on the same PDMS substrate. Figure 45 shows optical micrographs of these structures for two different levels of thermal prestrain. In the low thermal pre-strain (case 2.3%, Figure 45A), films with widths of 100 and 200 μm exhibit perfect 1D waves from one side to the other, with flat, unmodified portions at the ends. The film with a width of 500 μm shows similar 1D waves and flat areas, but the waves have a slightly curved geometry at the center of the structures and the orientation uniformity and overall arrangement is substantially lower than the case of 100 and 200 μm . In the case of a 1000 μm square film, 1D waves appear in the central parts of the edges and flat areas appear in the corners. The middle part of the membrane represents fully grown herringbone geometries. The flat area of the corner is roughly stress-free due to the two free edges. No waves are formed near these corners. Increasing the pre-strain (4.8%, Figure 45B) decreases the size of the flat areas in all cases. 1D wave properties persist in 100 and 200 μm ribbons, but noticeable herringbone morphologies appear in the center of the 500 μm case. In higher pre-strains, equivalent-biaxial compression stretches appear in the middle region of the membrane with a width of 500 [mu] m. For a 1000 μm square film, the herringbone nature extends to areas close to the edges. Characteristic length scales that define the spatial extent of flat regions are referred to as edge lengths (L edges ) and can be obtained as a function of film size and pre-strain. Figure 45C shows the results of linear scaling of this length for pre-strain, in a manner independent of the size of the film, for the cases investigated here. The larger the pre-strain, the smaller the length of the uniaxially stretched region. Thus, a shorter range of 1D waves is formed and similar properties can be observed in stress-free regions near the two free edges.

도 46은 원형, 타원형, 육각형 및 삼각형을 포함한 다른 막 기하구조들로 형성한 웨이브진 구조들의 광학 현미경 사진들을 도시한다. 결과들은 도 45의 리본들 및 정사각형에서의 관찰들과 질적으로 일치한다. 특히, 에지 부위들은 에지들과 평행하게 배향된 1D 웨이브들을 나타낸다. 직교 방향을 갖는 웨이브들은 에지에서 Ledge보다 큰 거리에서만 나타난다. 원형의 경우, 1D 웨이브들은 에지들 근처에서 나타나며, 막의 형태에 기인하여 전체적으로 방상 방향을 갖는다. 헤링본 웨이브들은 중앙에서 나타난다. 타원형은 유사한 성질을 나타내지만, 장축의 에지들의 평평한 부위들을 갖는데 이는 이러한 부위의 작은 곡률 반지름 때문이다. 육각형 및 삼각형의 경우, 각진 코너들(각각 120°와 60°의 각도)은 평평한 부위들을 초래한다. 헤링본 기하 구조들은 육각형의 중앙에서 나타난다. 삼각형의 중앙은 본원에 제시된 사전 변형의 레벨에서 1D 웨이브들의 합류(merging)를 나타낸다. 분명한 코너들을 갖는 모형들(예컨대 육각형, 삼각형 및 타원형의 끝)의 경우, 코너 근처에 웨이브들이 없으며, 2개의 교차하는 자유 에지들(반드시 수직은 아님)은 응력-없는 상태를 부여하기 때문이다. 삼각형의 경우, 심지어 중앙 부위조차도, 헤링본 구조를 발생시킬 공간이 충분하지 않다.Figure 46 shows optical micrographs of the wavy structures formed with different membrane geometries including circular, elliptical, hexagonal, and triangular. The results are qualitatively consistent with the observations in the rectangles and ribbons of FIG. In particular, the edge regions represent 1D waves oriented parallel to the edges. Waves with orthogonal directions appear only at distances greater than L edge at the edges . In the case of a circle, 1D waves appear near the edges and have a generally azimuthal direction due to the shape of the film. Herringbone waves appear in the center. The elliptical shape exhibits similar properties, but has flat portions of the major axis edges, which is due to the small radius of curvature of these regions. For hexagonal and triangular shapes, angled corners (angles of 120 ° and 60 °, respectively) result in flat areas. Herringbone geometries appear at the center of the hexagon. The center of the triangle represents the merging of the 1D waves at the level of the pre-distortion presented herein. For models with distinct corners (eg hexagonal, triangular and elliptical ends), there are no waves near the corners, and the two intersecting free edges (not necessarily vertical) give a stress-free state. In the case of triangles, even in the middle region, there is not enough space to generate the herringbone structure.

막들은 그 자체로 이축으로 인장가능한 전자 장치들에 경로를 제공한다. 상술된 에지 효과들은 이러한 장치들의 특정 종류에 유용할 수 있는 특별한 성과를 달성하기 위해 활용될 수 있다. 특히, 영상 시스템에서, 이러한 장치들이 웨이브 진 형태를 가질 때 발생하는 비이상적 성질을 피하기 위해 광검출기들의 위치에서 평평하고 변형되지 않는 부위들을 유지하는데 가치 있을 수 있다. 도 47은 이러한 성과를 달성하는 인장가능한 막들의 일부의 대표적인 예시들을 나타낸다. 이러한 구조는 수직 및 수평 방향으로(도 47A, C) 및 수직, 수평 및 대각선 방향으로(도 47E, G) 30 μm × 150 μm의 리본들(직교 리본들의 경우, 30 μm × 210 μm)에 의해 연결되는 100 × 100 μm의 정사각형 아일랜드(islands)들로 구성된다. 리본들의 웨이브들의 진폭과 파장의 변화는, 정사각형 아일랜드 부위들에서의 변형을 상당히 회피하는 방식으로, 인가된 인장들을 수용하기 위한 수단을 제공한다. 우리는 몇 가지 다르게 인가된 인장들에서 이러한 구조들의 성질을 조사하였다. 도 47의 a와 e는 오븐(oven)에서 샘플들을 가열함으로써 인가되는, 낮은 인장(케이스 2.3%) 형(regime)에서의 대표적인 케이스들을 도시한다. 도 47의 c와 g는 기계 스테이지(stage)를 사용하여 인가되는, 상대적으로 높은 이축 인장들(케이스 15%)에서의 동일한 구조들을 도시한다. 명백히, 낮은-인장 형에서, 아일랜드들은 평평하게 잔존한다; 충분히 높은 인장들에서, 웨이브 구조들은 이러한 부위들에서 형성하기 시작한다. PDMS와 SI 사이의 좋은 점착력은, 경사진 SEM 이미지들(도 47B, D, F, H)에서 알 수 있다시피, 모든 인장에서 유지되었다. 도 47의 b와 d에 삽입된 고확대 SEM 이미지도 SI와 PDMS의 강한 결합을 확인한다.The films themselves provide a path to biaxially stretchable electronic devices. The edge effects described above can be exploited to achieve a particular result that may be useful for a particular kind of such devices. In particular, in an imaging system, it may be valuable to maintain flat, unmodified areas at the locations of the photodetectors to avoid non-ideal properties that occur when these devices have a wavy form. Figure 47 shows representative examples of some of the stretchable membranes achieving this performance. Such a structure is formed by ribbons of 30 μm × 150 μm (30 μm × 210 μm for orthogonal ribbons) in the vertical and horizontal directions (FIGS. 47A, C) and in the vertical, horizontal and diagonal directions It consists of 100 x 100 μm square islands connected. The change in amplitude and wavelength of the waves of the ribbons provides a means to accommodate the applied tensile in a manner that significantly avoids deformation in the square island portions. We have investigated the nature of these structures in several differently validated stretches. 47 (a) and (e) illustrate representative cases in a low tensile (case 2.3%) regime applied by heating the samples in an oven. 47C and 47G show the same structures at relatively high biaxial tensile (case 15%) applied using a mechanical stage. Obviously, in the low-tensile type, the islands remain flat; At sufficiently high stretches, wave structures begin to form at these sites. Good adhesion between PDMS and SI was maintained at all tensile, as can be seen in inclined SEM images (Figures 47B, D, F, H). The high magnification SEM image inserted in Figures 47 (b) and (d) also confirms a strong coupling between SI and PDMS.

요약하면, 실리콘의 나노막들은 일정범위의 기하 구조를 갖는 2D “웨이브진” 구조들을 생성하기 위해 사전 변형된 엘라스토머성 기판들에 집적될 수 있다. 이러한 시스템들의 기계적인 성질들의 많은 측면들은 이론적으로 예측된 성질들과 잘 일치한다. 이러한 결과는 사용 또는 설치 시 완전한 인장가능성이 요구되는 시스템의 전자기기들에 적용하는데 유용하다.In summary, the nanofibers of silicon can be integrated into pre-strained elastomeric substrates to create 2D &quot; waveguide &quot; structures with a range of geometries. Many aspects of the mechanical properties of these systems are in good agreement with the theoretical predicted properties. These results are useful for applying to electronic devices in systems that require full tensile potential during use or installation.

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실시예 4: 프린트된 반도체 나노물질의 사용에 의한 이종 집적된 3차원적 전자기기Example 4: A heterogeneous three-dimensional electronic device by the use of printed semiconductor nanomaterials

우리는 2차원 또는 3차원(3D) 레이아웃을 갖는 이종 집적(HGI: heterogeneously integrated) 전자 시스템 안으로 넓은 분류의 비유사한 물질들을 결합하는 간단한 접근을 개발하였다. 공정은 분리된 기판 위에 다른 반도체 나노물질들을 (예를 들면, 단일벽의 탄소 나노튜브 및 갈륨 질화물, 실리콘 및 갈륨 비소의 단일 결정 나노와이어/리본) 합성하는 것으로 시작한다. 소프트 스탬프(soft stamp) 및 도너로서 이들 기판들을 사용하는 부가적인, 전달 프린팅 공정(transfer printing process)의 반복적인 적용과 뒤따르는 소자 및 배선 형성은 단단한 또는 유연한 소자 기판 위의 이들 (또는 다른) 반도체 나노물질들의 임의의 결합을 포함하는 고성능의 3D-HGI 전자기기를 생산한다. 이 다재다능한 방법론은 다른 기술들을 사용하여 얻기 어렵거나 불가능한 넓은 범위의 비통상적인 전자기기 시스템을 생산할 수 있다. We have developed a simple approach to combine large classes of non-similar materials into heterogeneously integrated (HGI) electronic systems with two- or three-dimensional (3D) layouts. The process begins with the synthesis of different semiconductor nanomaterials on separate substrates (eg single-walled carbon nanotubes and single-crystal nanowires / ribbons of gallium nitride, silicon and gallium arsenide). The repeated application of an additional, transfer printing process that uses these substrates as soft stamps and donors, followed by device and wiring formation, can be accomplished using these (or other) semiconductors on a rigid or flexible device substrate Performance 3D-HGI electronics including any combination of nanomaterials. This versatile methodology can produce a wide range of unconventional electronic device systems that are difficult or impossible to obtain using other technologies.

많은 현존하고 새롭게 출현하는 전자 소자들은 2차원 또는 3차원 레이아웃에서 비유사한 분류의 반도체들을 단일의 시스템 안으로 모노리식, 이종 접합(HGI)하는 것으로부터 이익을 얻는다. 실시예들은 다기능 라디오 주파수 통신 장치, 적외선(IR) 영상 카메라, 어드레스할 수 있는 센서 어레이 및 혼성 CMOS/나노와이어/나노소자 회로(3-7)를 포함한다. 일부의 대표적인 시스템들에서, 종종 적층된 3D 형태를 포함하는 회로들에서 화합물 반도체 또는 다른 물질들은 고속 동작, 효율적인 광검출(photodetection) 또는 감지(sensing) 능력을 제공하는 반면, 실리콘 CMOS는 디지털 판독(readout) 및 신호 처리(signal processing)를 제공한다. 웨이퍼 본딩(8) 및 에피택셜 성장(9, 10)은 이러한 유형의 3D-HGI 시스템들을 얻기 위하여 가장 널리 사용되는 두 가지 방법을 나타낸다. 전자의 공정은 접작체 또는 열적으로 개시되는 화학 작용의 사용에 의하여 다른 반도체 웨이퍼 위에 분리되어 형성된 집적 회로들, 광다이오드들 또는 센서들의 물리적인 결합을 포함한다. 이 접근 방법은 많은 경우에 잘 작동하지만 다음의 사항을 포함하는 중요한 결점을 갖는다. (i) 큰 영역으로 또는 3차원의 (즉, 적층의) 몇가지 층들 이상으로 확장하는 능력의 제한, (ii) 비통상적인 (예를 들면, 나노구조의 물질들) 또는 저온의 물질들 및 기판들과의 양립불가능성, (iii) 관통-웨이퍼 전기적 배선을 위한 도전적인 제조 및 정렬, (iv) 편평하고, 평면적인 결합 표면에 대하여 요구하는 필요사항 그리고 (v) 이종의 물질들의 다른 열 팽창/수축에 의하여 생성되는 기계적인 긴장으로부터 발생할 수 있는 휨(bowing)이나 금감(cracking). 에피택셜 성장은, 분자빔 에피택시 또는 다른 수단에 의하여, 다른 물질의 웨이퍼의 표면 위에 얇은 층의 반도체 물질을 직접 형성하는 것을 포함하는 다른 접근 방법을 제공한다. 비록 이 방법이 몇가지 앞에서 언급한 문제들을 회피하지만, 에피택시를 위한 요구사항들은 버퍼층들 및 다른 진보된 기술들이 사용되더라도 성장될 수 있는 물질들의 품질이나 유형에 심한 제한을 가한다. 반면에, 무기 물질의 나노스케일 와이어, 리본, 막, 입자 또는 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT) 또는 그라핀 시트(graphene sheet)와 같은 탄소계 시스템과 같이 새로 생겨나는 분류의 반도체 나노물질들은 (11-14) 에피택셜 성장 또는 웨이퍼 결합을 위한 필요를 우회하는 방법으로 성장되고 그 후 용매에 분산되거나 기판 위에 전달될 수 있다. 최근의 작업은 예를 들면, 2D 레이아웃에서, 용액 캐스팅(solution casting)에 의하여 형성된 교차된 나노와이어 다이오드의 집적을 보여준다(15). 여기에 제시한 결과들은 2D 또는 3D 레이아웃에서 복잡한 HGI 전자기기 시스템들을 생성하기 위하여, 스케일 가능하고 결정적인 프린팅 방법을 사용하여 어떻게 비유사한 단일 결정의 무기 반도체들이 (예를 들면, GaN, Si 및 GaAs의 나노와이어들/리본들) 서로 그리도 또한 다른 분류의 나노물질들과 (예를 들면 SWNT) 결합될 수 있는지를 보여준다. 특히, 단단한 무기물질 및 유연한(flexible) 플라스틱 기판들 위로, 소자 어레이, 논리 게이트 및 능동적으로 어드레스 가능한 광검출기로 집적된 초박막의 다층 스택의 고성능 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET), 금속-반도체 전계-효과 트랜지스터(MESFET), 박막 트랜지스터(TFT), 광다이오드 및 다른 요소들은 능력의 일부를 증명한다. Many existing and emerging electronic devices benefit from monolithic, heterojunction (HGI) semiconductors in a two-dimensional or three-dimensional layout into a single system. Embodiments include a multi-function radio frequency communication device, an infrared (IR) imaging camera, an addressable sensor array, and a hybrid CMOS / nanowire / nano device circuit 3-7. In some representative systems, compound semiconductors or other materials often provide high-speed operation, efficient photodetection or sensing capability in circuits that include stacked 3D forms, while silicon CMOS provides digital readout readout and signal processing. Wafer bonding 8 and epitaxial growth 9,10 illustrate the two most widely used methods for obtaining this type of 3D-HGI systems. The former process involves physical coupling of integrated circuits, photodiodes or sensors formed separately on different semiconductor wafers by the use of a junction or thermally initiated chemistry. This approach works well in many cases, but has significant drawbacks, including the following: (i) limiting the ability to expand into larger regions or more than several layers of a three-dimensional (i.e., laminate), (ii) materials that are unconventional (e.g., nanostructured materials) (Iii) challenging fabrication and alignment for through-wafer electrical wiring, (iv) requirements for flat, planar bonding surfaces, and (v) other thermal expansion of heterogeneous materials / Bowing or cracking that can result from mechanical stresses caused by shrinkage. Epitaxial growth provides another approach that involves directly forming a thin layer of semiconductor material on the surface of a wafer of another material by molecular beam epitaxy or other means. Although this method avoids some of the aforementioned problems, the requirements for epitaxy place severe limitations on the quality or type of materials that can be grown even if buffer layers and other advanced techniques are used. On the other hand, emerging class of semiconductor nanomaterials such as nanoscale wires, ribbons, membranes, particles of inorganic materials or carbon-based systems such as single-walled carbon nanotubes (SWNTs) or graphene sheets -14) &lt; / RTI &gt; epitaxial growth or wafer bonding, and then dispersed in a solvent or transferred onto a substrate. Recent work, for example, shows the integration of crossed nanowire diodes formed by solution casting in a 2D layout (15). The results presented here demonstrate how single crystal inorganic semiconductors (eg, GaN, Si, and GaAs) that are dissimilar to each other using a scalable and deterministic printing method can be used to create complex HGI electronic systems in a 2D or 3D layout Nanowires / ribbons) can also be combined with other classes of nanomaterials (eg, SWNTs). In particular, high-performance metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) of ultra-thin multi-layer stacks integrated with rigid inorganic materials and flexible plastic substrates, device arrays, logic gates and actively addressable photodetectors, - Semiconductor field-effect transistors (MESFETs), thin-film transistors (TFTs), photodiodes and other elements demonstrate some of the capabilities.

도 57은 이러한 3D-HGI 시스템들을 생성하기 위한 대표적인 단계들을 도시한다. 공정은 반도체 나노물질들을 각각 그들 자신의 소스 기판 위에서 합성하는 것 으로 시작한다. 여기에 제시된 소자들은 웨이퍼 기판의 소스 물질들 및 사진 식각 공정을 사용하여 형성된 단결정의 Si, GaN 및 GaAs 나노와이어들 및 나노리본들(16-21) 및 화학 기상 증착에 의하여 성장된 SWNT 네트워크를 집적한다(13, 21). 도 57의 상부에서 주사 전자 현미경 사진은 소스 기판들로부터 제거된 후의 이들 반도체 나노물질들을 보여준다. 회로 제조를 위하여, 이들 요소들은 제조 또는 성장 단계 동안에 웨이퍼 위에 정의된 형태로 남는다: Si, GaN 및 GaAs 나노와이어들/리본들의 경우는 정렬된 배열 그리고 SWNT 의 경우 서브-모노레이어 랜덤 네트워크. Si, GaN 및 GaAs 로의 오믹 접합을 위한 고온 도핑 및 어닐링 공정이 소스 기판 위에서 수행될 수 있다. 다음 단계는 앞서 기술된 엘라스토머성 스탬프-기반의 프린팅 기술을 사용하여 이들 처리된 요소들을, 도 57에 도시된 바와 같이 소스 기판으로부터 폴리이미드(PI) 시트(sheet)와 같은 소자 기판으로 전달하는 것을 포함한다. 특히, 소스 기판에 대하여 폴리디메틸실록산(polydimethysiloxane: PDMS)의 스탬프를 라미네이트하는 것은 반도체 나노물질 요소들에 약한 반데어발스 부착 접촉(adhesion contact)을 이룬다. 얇은, 스핀-캐스트(spin-cast) 층의 액체 프리폴리머(예를 들면 폴리아믹 산(polyamic acid))를 그 표면 위에 갖는 소자 기판 위에 '잉크' 스탬프를 접촉시키고 그 후 폴리머를 큐어링하는 것은 스탬프가 제거되었을 때 이들 반도체 물질들이 이 층 위에 임베드되고 잘 부착되도록 한다(16-20). 유사한 공정들이 일련의 기판들(즉, 단단하거나 유연한; 유기 또는 무기) 및 반도체 나노물질들과 잘 작용한다[이 공정의 약간 변형된 형태가 SWNT에 대하여 사용된다(21)]. 중간층(이 경우 PI)의 두께는 여기에 기술된 시스템들에 대하여 500㎚ 만 큼 작을 수 있고, 전형적으로는 1-1.5㎛ 이다. 게이트 유전막, 전극 및 배선의 형성을 포함하는 몇가지 부가적인 공정 후에, 앞서 완성된 회로 레벨의 상부 위에 새로운 프리폴리머 중간층을 스핀-코팅하는 것으로 시작하여 전달 프린팅 및 소자 제조 단계들이 반복될 수 있다. 전달 프린팅을 위하여 특별히 디자인된 자동화된 스테이지들 또는 일반적인 마스크 정렬기들은 수 제곱 센티미터에 대하여 ∼1㎛의 오버레이 제한 정밀도를 가능하게 한다(22)(도 61). 층 대 층 배선들(23)은 포토패터닝 및/또는 건식 식각에 의하여 정의된 중간층들 안의 개구부들 위 및 안으로 금속 라인들을 증착시킴에 의하여 간단하게 형성된다. 3D-HGI 전자소자들에 대한 이 비통상적인 접근은 몇가지 중요한 특징을 갖는다. 첫째로, 소자 기판 위의 모든 공정은 낮은 온도에서 일어나며, 그에 의하여 다층 적층 시스템에서 원하지 않는 변형을 초래할 수 있는 차별적인 열 팽창/수축 효과를 피한다. 이러한 작용은 또한 저온의 플라스틱 기판 및 중간층 물질의 사용을 가능하게 하며, 이것은 하부의 회로층들이 상부 소자들의 공정에 의하여 열적으로 열화되지 않는 것을 확실하게 하는 것을 돕는다. 둘째로, 이 방법은 SWMT 박막과 같은 새로 출현하는 물질들을 포함하는 넓은 분류의 반도체 나노물질들로 적용가능하다. 셋째로, 소프트 스탬프는 하부의 소자 층들과 비-파괴적인 접촉을 가능하게 한다; 이러한 스탬프들은 초박막 반도체 물질들과 함께 일부 토포그래피를 갖는 표면들을 다룰 수 있다. 넷째로, 초박의(ultrathin) 소자 지형 (<1㎛) 및 중간층(<1.5㎛)은 전기적인 배선들로의 적층을 위한 층의 형성을 쉽게 한다. 이러한 특징들은, 통상적인 접근 방법들의 많은 단점들을 극복하며, 다음에서 기술되는 몇가지 회로 증명들에서 도시된다. Figure 57 illustrates exemplary steps for creating such 3D-HGI systems. The process begins with the synthesis of semiconductor nanomaterials on their respective source substrates. The devices presented herein are based on single crystal Si, GaN and GaAs nanowires and nanoribbons (16-21) formed using the source materials of the wafer substrate and photolithography process, and SWNT networks grown by chemical vapor deposition (13, 21). At the top of Figure 57, the scanning electron micrograph shows these semiconductor nanomaterials after they have been removed from the source substrates. For circuit fabrication, these elements remain in the form defined on the wafer during the fabrication or growth phase: Si, GaN and GaAs nanowires / aligned arrangements in the case of ribbons and sub-monolayer random networks in the case of SWNTs. A high temperature doping and annealing process for ohmic contact to Si, GaN and GaAs can be performed on the source substrate. The next step is to transfer these processed elements from a source substrate to a device substrate, such as a polyimide (PI) sheet, as shown in Figure 57, using the elastomeric stamp- . In particular, laminating a stamp of polydimethylsiloxane (PDMS) to the source substrate results in weak anti-adhesive adhesion to the semiconductor nanomaterial elements. Contacting an 'ink' stamp over an element substrate having a thin, spin-cast layer of a liquid prepolymer (eg, polyamic acid) on its surface, and then curing the polymer, So that these semiconductor materials are embedded and well adhered onto this layer (16-20). Similar processes work well with a series of substrates (i.e., rigid or flexible; organic or inorganic) and semiconductor nanomaterials (a slightly modified form of this process is used for SWNTs 21). The thickness of the intermediate layer (in this case PI) may be as small as 500 nm for the systems described herein, typically 1-1.5 占 퐉. After several additional processes involving the formation of gate dielectric layers, electrodes and interconnects, the transfer printing and device fabrication steps may be repeated, starting with spin-coating a new prepolymer intermediate layer on top of the previously completed circuit level. Automated stages or general mask aligners designed specifically for transfer printing enable an overlay limiting accuracy of ~ 1 [mu] m for a few square centimeters (Fig. 61). The layer-to-layer interconnects 23 are simply formed by depositing metal lines on and in the openings in the interlayers defined by photo patterning and / or dry etching. This unconventional approach to 3D-HGI electronic devices has several important features. First, all processes on the device substrate occur at low temperatures, thereby avoiding differential thermal expansion / contraction effects that can result in unwanted deformation in a multi-layer laminate system. This action also allows the use of low temperature plastic substrates and interlayer materials, which helps to ensure that the underlying circuit layers are not thermally degraded by the process of the upper elements. Second, this method is applicable to a broad class of semiconductor nanomaterials including emerging materials such as SWMT films. Third, the soft stamp enables non-destructive contact with underlying element layers; These stamps can deal with surfaces with some topography along with ultra-thin semiconductor materials. Fourth, the ultrathin element topography (<1 μm) and the interlayer (<1.5 μm) facilitate the formation of layers for lamination to electrical interconnects. These features overcome many of the shortcomings of conventional approaches and are illustrated in some of the circuit descriptions that are described below.

도 58은 (소스 기판 위에 형성된) 도핑된 콘택, 플라즈마 강화 화학 기상증착된 SiO2 유전막, 소스, 드레인 및 게이트를 위한 Cr/Au 금속화 공정과 함께 단결정 실리콘 나노리본들을 사용하여, 도 57에 도시된 개략적인 공정을 사용하여 제조된 3층의 3차원 적층 배열 Si MOSFET을 제시한다. 각 소자는 각각 87㎛, 290㎚, 250㎛의 폭, 두께 및 길이를 갖는 3개의 정렬된 나노리본들을 갖는다. 도 2a는 MOSFET의 하나, 둘 및 세 층을 지지하는 기판의 부분들을 분리하여 드러내도록 디자인된 레이아웃을 갖는 시스템의 에지의 상면 광학 사진을 보여준다. 제1 및 제3 층에 대하여 상대적으로 제2 층에 대한 소자 기하 지형의 90도 회전은 시스템의 레이아웃을 명확히 하는 것을 도와준다. 도 58b에 적층 구조의 개략적인 단면 조망 및 경사 조망이 나타난다. 샘플은 공유 초점의 광학 현미경(confocal optical microscopy)을 사용하여 3D로 조망될 수 있다. 도 58c는 쉽게 볼 수 있도록 색을 입힌 그러한 이미지들의 상면 및 경사 조망을 보여준다. (상부층들로부터의 산란 및 흡수에 기인하여 깊이가 깊어질수록 이미지의 품질이 다소 떨어진다.) 도 58d는 각 층의 대표적인 소자들[상부 게이트 MOSFET 채널 길이(Lc) 19 ㎛, 게이트 전극이 도핑된 소스/드레인 영역 위로 확장되는 거리로 정의되는 채널 중첩 거리(Lo) 5.5 ㎛, 채널 폭(W) 200 ㎛]의 전기적인 측정값들을 보여준다. PI 기판 위에 형성된, 세 개의 층들 각각 위의 소자들은 훌륭한 특성들 (470±30 cm2/Vs의 선형 이동도, 온/오프(on/off) 비율>104 및 -0.1±0.2V 의 문턱 전압) 및 다른 층들 안의 소자들 사이의 조직적인 차이가 없음을 보여준다. 동일한 공정들을 반복함에 의하여 부가 적인 층들이 이 시스템에 부가될 수 있다. 도 59에 도시된 바와 같이, 단일의 반도체를 갖는 3D 회로에 더하여, 완전한 3D-HGI 시스템을 형성하도록 다중 층들에서 다양한 반도체들이 사용될 수 있다. 이 능력을 도시하기 위하여, 우리는 GaN 및 Si 나노리본 및 SWNT 필름을 각각 PI 기판 위에 사용하여 MESFET (특히, 높은 전자 이동도 트랜지스터, HEMT), MOSFET 및 TFT 의 어레이를 제조하였다. 도 59a 및 도 59b는 결과로 만들어진 소자들의 고배율 광학 및 공동 초점 이미지를 각각 보여준다. 제1층 위의 GaN HEMT 는 소스 및 드레인에 대한 오믹 콘택 (소스 웨이퍼 위에서 어닐된 Ti/Al/Mo/Au) 및 게이트에 대한 쇼트키 (Ni/Au) 콘택을 사용한다. 채널 길이 및 폭 및 게이트 폭은 각각 20, 170 및 5 ㎛ 이다. 각 소자는 각각 1.2, 10 및 150 ㎛ 의 두께, 폭 및 길이를 갖고, 소자 기판 위의 공정에 의하여 전기적으로 상호연결된 (AlGaN/GaN/AlN의 다중 적층으로 구성된) GaN 리본을 사용한다. 제2 층 위의 SWNT TFT는 게이트 유전막을 위한 SiO2/에폭시 및 소스, 드레인을 위한 Cr/Au 를 사용하며, 각각 50 및 200 ㎛의 채널 길이 및 폭을 갖는다. Si MOSFET은 도 58 에 보이는 것들과 동일한 디자인을 사용한다. Si, SWNT 및 GaN 의 다른 조합들을 사용하여 다양한 다른 3D-HGI 소자들이 구성될 수 있다(도 61 및 도 62). 도 59c는 도 59a 및 도 59b의 시스템들 안의 전형적인 소자들의 전류-전압 특성을 나타낸다. 모든 경우들에서, 특성들은 소스 웨이퍼 위에서 제조된 것들과 유사하다: GaN HEMT는 -2.4±0.2 V의 문턱 전압(Vth), 온/오프 비율>106 및 0.6±0.5 mS의 상호 컨덕턴스(transconductance)를 갖는다; SWNT TFT는 Vth=-5.3±1.5 V, 온/오프 비율>105 및 5.9±2.0 cm2/Vs 선형 이동도를 갖는다; Si MOSFET 은 Vth=0.2±0.3 V, 온/오프 비율>104 및 500±30 cm2/Vs 선형 이동도를 갖는다. 이들 소자의 흥미로운 점은, 얇은 PI 기판(25㎛), 소자(2.4㎛) 및 PI/PU 중간층(5㎛)의 사용으로부터 기인하는 기계적인 구부러질 수 있는 능력(bendibility)인데, 이것은 유연한 전자기기에 대한 응용을 위하여 중요하다. 우리는 구부러짐 반경의 함수로서 도 59a의 3D-HGI 시스템 안의 Si, SWNT 및 GaN 소자들을 위한 유효 상호컨덕턴스(geff)를 평가하였다. 이러한 데이터를 보여주는 도 59d는 구부러지지 않은 상태의 상호컨덕턴스(g0eff)에 대하여 정규화되어, 3.7mm 아래의 구부러짐 반경에 대하여 안정적인 성능을 도시한다.FIG. 58 shows a cross-sectional view of a plasma enhanced chemical vapor deposited SiO 2 dielectric film (formed over a source substrate) doped contact, a Cr / Au metallization process for source, drain, and gate using monocrystalline silicon nanoribbons, Three layer stacked Si MOSFETs fabricated using a schematic process are presented. Each device has three aligned nanoribbons having width, thickness and length of 87 [mu] m, 290 nm and 250 [mu] m, respectively. 2A shows a top view optical photograph of an edge of a system having a layout designed to uncover portions of a substrate supporting one, two, and three layers of MOSFETs. The 90 degree rotation of the element geometry for the second layer relative to the first and third layers helps to clarify the layout of the system. Figure 58b shows a schematic cross-sectional view and a view of the slope of the laminate structure. Samples can be viewed in 3D using confocal optical microscopy. Figure 58c shows a top view and an oblique view of such colored images for easy viewing. 58d shows representative elements of each layer (upper gate MOSFET channel length (Lc) 19 [mu] m, gate electrode doped (Lc) Channel lag distance (Lo) 5.5 μm, channel width (W) 200 μm, defined as the distance extending over the source / drain regions. The devices above each of the three layers formed on the PI substrate had excellent properties (linear motion of 470 +/- 30 cm 2 / Vs, on / off ratio> 10 4, and threshold voltage of -0.1 ± 0.2 V ) And there is no systematic difference between the elements in the other layers. Additional layers may be added to this system by repeating the same processes. 59, various semiconductors can be used in multiple layers to form a complete 3D-HGI system, in addition to a 3D circuit with a single semiconductor. To illustrate this capability, we fabricated arrays of MESFETs (especially high electron mobility transistors, HEMTs), MOSFETs and TFTs using GaN and Si nanoribbons and SWNT films, respectively, on the PI substrate. 59A and 59B show high magnification optical and co-focus images of the resulting elements, respectively. The GaN HEMT on the first layer uses ohmic contacts (Ti / Al / Mo / Au annealed on the source wafer) to the source and drain and Schottky (Ni / Au) contacts to the gate. The channel length and width and gate width are 20, 170 and 5 탆, respectively. Each device uses a GaN ribbon (consisting of multiple stacks of AlGaN / GaN / AlN) electrically interconnected by a process on the device substrate, with thicknesses, widths and lengths of 1.2, 10 and 150 μm, respectively. The SWNT TFT on the second layer uses SiO2 / epoxy for the gate dielectric film and Cr / Au for the source and drain, and has a channel length and width of 50 and 200 [mu] m, respectively. The Si MOSFET uses the same design as that shown in FIG. Various other 3D-HGI devices can be constructed using different combinations of Si, SWNT, and GaN (FIGS. 61 and 62). Figure 59c shows the current-voltage characteristics of typical devices in the systems of Figures 59a and 59b. In all cases, the characteristics are similar to those produced on a source wafer: a GaN HEMT has a threshold voltage (Vth) of -2.4 + - 0.2 V, a transconductance of on / off ratio> 10 6 and 0.6 + - 0.5 mS, Lt; / RTI > SWNT TFTs have a Vth = -5.3 +/- 1.5 V, an on / off ratio > 10 5 and a 5.9 + 2.0 cm 2 / Vs linear mobility; Si MOSFETs have a Vth = 0.2 +/- 0.3 V, on / off ratio &gt; 10 4 and 500 +/- 30 cm 2 / Vs linear mobility. An interesting aspect of these devices is the mechanical bendability resulting from the use of a thin PI substrate (25 μm), a device (2.4 μm) and a PI / PU interlayer (5 μm) It is important for applications to. We have evaluated the effective transconductance ( gff ) for Si, SWNT and GaN devices in the 3D-HGI system of Figure 59a as a function of the bending radius. 59D showing this data is normalized with respect to the transconductance g 0eff in the unbent state, showing a stable performance for a bend radius below 3.7 mm .

이러한 3D-HGI 소자들 안의 다른 레벨들 사이에 형성된 전기적인 배선들은 흥미로운 회로 성능을 생성할 수 잇다. 얇은 폴리머 중간층들은 이들 배선들이 리소그래피로 정의된 개구부들 위 및 안으로 금속 라인들을 증착시킴에 의하여 용이하게 형성될 수 있도록 한다. 도 60은 몇가지 실시예들을 보여준다. 도 60a에 보이는 첫번째 것은 구동 (L=4㎛, W=200㎛) 및 부하 (L=4㎛, W=30㎛) Si MOSFET이 다른 레벨들 위에 있는 3D NMOS 인버터(논리 게이트)이다. 5V의 공급 전압에서, 이 이중-층 인버터는 유사한 트랜지스터를 사용하는 통상적인 평면형 인버터의 특성과 견줄만한, ~2의 이득(gain)을 갖는 명확한 전달 특성을 보여준다(25). 도 60b는 풀-업 및 풀-다운의 양 방향에서 전류-구동 능력을 동등하게 하기 위하여 디자인된 집적된 n-채널 Si MOSFET 및 p-채널 SWNT TFT의 사용에 의하여 상보적인 디자 인(CMOS)을 갖는 인버터를 보여준다 (도 65). VDD 단자에 5V 바이어스를 인가하고 게이트 전압(입력)을 0V 에서 5V까지 조사하여 그린 전달 곡선이 도 60a에 나타난다. 곡선의 형태와 (~7 만큼 높은) 이득은 계산적인 회로 시뮬레이션과 정성적으로 일치한다(도 65). 세번째 실시예로서, 활성 IR 화상기에 사용될 수 있는 단위 셀들을 제조하기 위한 능력을 증명하기 위하여, 우리는 유연한 PI 기판 위에 Si MOSFET으로 집적된 GaAs 금속-반도체-금속(MSM) 적외선(IR) 검출기(26)를 형성할 것이다. 이 경우에, Si 나노리본 MOSFET의 프린트된 배열을 갖는 기판 위로 전달된 (각각 270㎚, 100㎛ 및 400㎛의 두께, 폭 및 길이의) 프린트된 GaAs 나노리본은 MSM의 기초를 형성한다. 이들 GaAs 나노리본들의 끝단 위에 증착된 전극들은 (Ti/Au=5/70㎚) 10㎛의 분리를 갖는 연속적인 쇼트키 다이오드를 형성한다. 결과에 의한 검출 셀은 IR 조사의 세기가 증가함에 따라 전류의 향상을 보여주며(도 60c), 회로 시뮬레이션과 일치한다(도 66). 850㎚ 파장에서 약 0.3 A/W의 반응도는 반도체 표면으로부터 반사되는 빛을 고려하지 않고 1 에서 5V에 이르는 것으로 관찰되었다. 시스템은 또한 1cm 아래의 곡률 반경을 갖는 구부러짐 가능성을 보여주었으며, 이것은 넓은 각도의 IR 야간 영상 화상기를 위한 곡면의 초점면 배열과 같은 진보된 시스템을 위하여 사용될 수 있다. Electrical wiring formed between different levels in these 3D-HGI devices can create interesting circuit performance. Thin polymer interlayers enable these interconnects to be readily formed by depositing metal lines over and into lithographically defined openings. Figure 60 shows several embodiments. 60A is a 3D NMOS inverter (logic gate) with a drive (L = 4 mu m, W = 200 mu m) and a load (L = 4 mu m, W = 30 mu m) Si MOSFETs on different levels. At a supply voltage of 5 V, this dual-layer inverter shows a clear transfer characteristic with a gain of ~ 2, comparable to that of a conventional planar inverter using a similar transistor (25). Figure 60b shows a complementary design (CMOS) by the use of integrated n-channel Si MOSFET and p-channel SWNT TFT designed to equalize the current-drive capability in both directions of pull-up and pull- (Fig. 65). A green transfer curve is shown in Figure 60A by applying a 5V bias to the VDD terminal and irradiating the gate voltage (input) from 0V to 5V. The shape of the curve and gain (as high as ~ 7) qualitatively match the computational circuit simulation (Fig. 65). As a third example, in order to demonstrate the ability to fabricate unit cells that can be used in an active IR imager, we have fabricated a GaAs metal-semiconductor-metal (MSM) infrared (IR) detector 26). In this case, printed GaAs nanoribbons (thicknesses, widths and lengths of 270 nm, 100 μm and 400 μm, respectively) transferred onto a substrate with a printed array of Si nanoribbon MOSFETs form the basis of the MSM. The electrodes deposited on the ends of these GaAs nanoribbons (Ti / Au = 5/70 nm) form a continuous Schottky diode with a separation of 10 [mu] m. The resultant detection cell shows an improvement in current as the intensity of the IR irradiation increases (Fig. 60C), which is consistent with circuit simulation (Fig. 66). At a wavelength of 850 nm, the reactivity of about 0.3 A / W was observed from 1 to 5 V without considering the light reflected from the semiconductor surface. The system also showed the possibility of bending with a radius of curvature of less than 1 cm, which can be used for advanced systems, such as a focal plane array of curved surfaces for wide angle IR night vision cameras.

프린트된 반도체 나노물질들은 3D-HGI 시스템에 대한 새로운 접근을 제공하며, 댜양한 분야들의 응용, 여기에 보고된 시스템들에 의하여 제안되는 응용뿐만 아니라, 집적된 판독 및 감지 전자기기를 갖는 마이크로유제공학 소자들, 비일반적인 감지 물질들을 통상적인 실리콘 기반의 전자기기에 통합한 화학/바이오 센서 시 스템 및 화합물 반도체의 광방출기를 실리콘 구동 전자기기 또는 마이크로전자기계 구조와 결합한 포토닉/광전자 시스템을 포함하는 다른 응용들에 중요하게 응용될 수 있다. 더 나아가, 얇고, 가벼운 플라스틱 기판들을 갖는 본 접근의 적합성은 주요 특징으로서 일반적이지 않은 형태 요인 또는 기계적인 유연성을 갖는 소자들에 대한 부가적인 기회를 생성할 것이다. Printed semiconductor nanomaterials provide a new approach to 3D-HGI systems, and applications in various fields, as suggested by the systems reported here, as well as micro-emulsion engineering with integrated reading and sensing electronics Devices, chemical / biosensor systems incorporating non-conventional sensing materials into conventional silicon-based electronics, and photonic / optoelectronic systems incorporating compound semiconductor light emitters with silicon-driven electronics or microelectromechanical structures It can be applied to other applications. Furthermore, the suitability of this approach with thin, lightweight plastic substrates will create additional opportunities for devices with unusual form factors or mechanical flexibility as key features.

물질 및 방법: 소자 제조: 실리콘 소자: 제조는 절연체 위 실리콘 웨이퍼(SOI; 6.0~9.4×1014/cm3 의 도핑 레벨을 갖는 290㎚ 상부 Si 층을 갖는 Soitec 유니본드)의 처리에 의하여 콘택 도핑된 단결정 실리콘의 얇은 리본을 정의하는 것으로 시작한다. 제1 단계는 고체 소스 및 스핀-온-도펀트(Filmtronic, P509)를 사용한 인(phosphorous) 도핑, 도펀트가 실리콘으로 확산하는 것을 조절하기 위한 마스크로서 플라즈마 강화 화학 기상 (PECVD) 증착된 SiO2 (Plasmatherm, 300㎚, 900mTorr, 350sccm, 2% SiH4/He, 795 sccm NO2, 250℃)의 사진식각으로 정의된 층을 포함한다. 도핑 후에, 패턴닝된 포토레지스트 층을 통한 SF6 플라즈마 식각이 리본을 정의하였다. 농축된 HF 용액(Fisher Chemicals)으로 매립된 산화막을 언더컷 식각하여 웨이퍼로부터 리본을 떼어놓았다. 이 공정은 콘택 도핑된 단결정 실리콘의 리본의 제조를 완성하였다. 다음 단계에서, 폴리다이메틸실록산 (PDMS, A:B=1:10, Sylgard 184, Dow Corning)의 평면 탄성 스탬프를 포토레지스트로 코팅된 리본과 접촉시키고, 그 후 스탬프를 다시 벗겨내는 것은 리본들을 웨이퍼로부터 제거하고 소수성의 PDMS과 포토레지스트 사이의 반 데어 발스 힘에 의하여 리본들 을 스탬프의 표면에 부착되도록 하였다. 웨이퍼로부터의 □ s-Si 리본으로 '잉크된' 스탬프는 액체 PI 전구체, 폴리아믹 산(Sigma_Aldrich Inc.)의 얇은 막 (~1.5㎛)으로 스핀코팅된 25㎛의 폴리이미드(PI) 시트 (Dupont, Kapton 100E)에 대하여 라미네이트되었다. 전구체의 큐어링, PDMS 스탬프의 필링 오프 및 포토레지스트의 제거는 리본들이 PI 기판의 표면 위에 임베드되고 잘 부착되도록 하였다. (두께 ~ 100㎚) SiO2의 층으로 이루어진 게이트 유전층이 비교적 저온, 250℃에서 PECVD에 의하여 증착되었다. 포토리소그래피 및 CF4 플라즈마 식각이 실리콘의 소스/드레인 영역에 대한 개구부를 정의하였다. 소스, 드레인 및 Cr/Au (5/100㎚, 전자빔 증착에 의하여 바닥으로부터 상부까지, Temescal FC-1800)의 게이트 전극이 포토리소그래피 및 습식 식각에 의하여 단일 단계에서 정의되었다. Materials and methods: Device fabrication: Silicon devices: Fabrication is performed by treatment of contact dope (SOI) by treatment of a silicon wafer on insulator (Soitec uni-bond with 290 nm top Si layer with a doping level of SOI of 6.0-9.4 x 10 14 / cm 3 ) We begin by defining thin ribbons of single crystal silicon. The first step is phosphorous doping using a solid source and a spin-on-dopant (P509), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) deposited SiO2 as a mask to control diffusion of the dopant into silicon, 300 nm, 900 mTorr, 350 sccm, 2% SiH4 / He, 795 sccm NO2, 250 占 폚). After doping, a SF6 plasma etch through the patterned photoresist layer defined the ribbon. The oxide film buried with concentrated HF solution (Fisher Chemicals) was undercut etched to release the ribbon from the wafer. This process completed the fabrication of contact doped monocrystalline silicon ribbons. In the next step, a planar elastic stamp of polydimethylsiloxane (PDMS, A: B = 1:10, Sylgard 184, Dow Corning) is contacted with a ribbon coated with a photoresist, The wafers were removed and the ribbons were adhered to the surface of the stamp by a half-valued force between the hydrophobic PDMS and the photoresist. The 'inked' stamp with the s-Si ribbon from the wafer was a 25 micron polyimide (PI) sheet (Dupont) coated spin-coated with a liquid PI precursor, a thin film of Sigma_Aldrich Inc. , &Lt; / RTI &gt; Kapton 100E). Curing of the precursor, peeling-off of the PDMS stamp and removal of the photoresist were such that the ribbons were embedded on the surface of the PI substrate and adhered well. A gate dielectric layer consisting of a layer of SiO2 (thickness ~ 100 nm) was deposited by PECVD at a relatively low temperature of 250 &lt; 0 &gt; C. Photolithography and CF4 plasma etching defined the openings for the source / drain regions of the silicon. Gate electrodes of source, drain and Cr / Au (5/100 nm, from bottom to top by electron beam deposition, Temescal FC-1800) were defined in a single step by photolithography and wet etching.

GaN 소자: GaN 마이크로구조들이 이종 구조 [AlGaN(18㎚)/ GaN(0.6㎛)/ AlN(0.6㎛)/ Si]를 갖는 GaN 벌크 위에퍼 위에 제조되었다. 오믹 콘택 영역이 AZ 5214 포토레지스트에 의하여 정의되었고, 그 후 RIE 시스템에서 SiCl4 플라즈마로 세정되었다. Ti/Al/Mo/Au(15/60/35/50㎚) 금속층이 그 후 전자-빔 증착(Ti/Al/Mo) 및 열적 증착(Au)에 의하여 증착되었다. 레지스트를 씻어냄이 GaN 위의 남아있는 금속 콘택을 완성하였다. 850℃에서 30초 동안 N2 분위기에서 열적 어닐인 오믹을 형성하였다. SiO2(Plasmatherm, 300㎚, 900mTorr, 350sccm, 2% SiH4/He, 795sccm NO2, 250℃) 및 Cr 금속(전자-빔 증착기, 150㎚) 층들이 후속 유도 커플 플라즈마(ICP) 식각을 위한 마스크 물질로서 증착되었다. 포토리소그래피, 습식 식각 및 RIE 공정 (50mTorr, 40sccm CF4, 100W, 14 분)이 GaN의 리본 형태를 정의하였다. 아세톤으로 포토레지스트를 제거한 후에, 노출된 GaN을 제거하고 후속의 비등방성 시각을 촉진시키기 위하여 Si 안으로 (~1.5 ㎛) 약간 식각하기 위하여 ICP 건식 식각 (3.2 mTorr, 15sccm Cl2, 5sccm Ar, -100V 바이어스, 14 분)이 사용되었다. 그 후 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide) (Aldrich, 150℃, 4분 30초)를 사용하여 GaN 아래의 Si이 식각되었다. 샘플은 PECVD SiO2를 제거하기 위하여 BOE (6:1, NH4F:HF)에 30초 동안 담가졌고, 새로운 50㎚ 전자-빔 증착된 SiO2 층이 GaN 리본의 상부 위에 증착되었다. 모 웨이퍼로부터의 GaN 리본으로 '잉크된' PDMS 판이 그 후 2 ㎛ 폴리우레탄(polyurethane) (PU, Norland optical adhesive, No. 73)으로 코팅된 PI 시트에 대하여 라미네이트되었다. PU를 큐어링하기 위하여 샘플이 UV 빛(173 uWcm-2)에 15분 동안 노출되었다. PDMS를 벗겨내고 BOE에 20초 동안 담가서 전자-빔 SiO2를 제거함으로써 GaN 요소를 플라스틱 기판 위로 전달되었다. 음성 포토레지스트(AZ nLOF2020)이 Ni/Au(80/180㎚)의 쇼트키 콘택을 패터닝하는데 사용되었다. 포토레지스트는 AZ 스트리퍼(KWIK, 30분)로 제거되었다.GaN elements: GaN microstructures were fabricated on a GaN bulk with hetero structure [AlGaN (18 nm) / GaN (0.6 탆) / AlN (0.6 탆) / Si]. The ohmic contact area was defined by AZ 5214 photoresist and then cleaned with a SiCl4 plasma in a RIE system. A Ti / Al / Mo / Au (15/60/35/50 nm) metal layer was then deposited by electron-beam evaporation (Ti / Al / Mo) and thermal deposition (Au). The resist was rinsed to complete the remaining metal contacts on the GaN. A thermally annealed ohmic was formed in an N2 atmosphere at 850 DEG C for 30 seconds. Layers of SiO2 (Plasmatherm, 300 nm, 900 mTorr, 350 sccm, 2% SiH4 / He, 795 sccm NO2, 250 캜) and Cr metal (electron-beam evaporator, 150 nm) layers are used as mask material for subsequent inductive couple plasma Lt; / RTI &gt; Photolithography, wet etching and RIE processes (50 mTorr, 40 sccm CF4, 100 W, 14 minutes) defined the ribbon shape of GaN. After removal of the photoresist with acetone, ICP dry etching (3.2 mTorr, 15 sccm Cl 2, 5 sccm Ar, -100 V bias) was performed to remove the exposed GaN and slightly etch (~1.5 urn) into Si to promote subsequent anisotropic viewing , 14 minutes) was used. Subsequently, Si under the GaN was etched using tetramethyl ammonium hydroxide (Aldrich, 150 캜, 4 minutes 30 seconds). The sample was soaked in BOE (6: 1, NH4F: HF) for 30 seconds to remove the PECVD SiO2 and a new 50 nm electron-beam deposited SiO2 layer was deposited on top of the GaN ribbon. The 'inked' PDMS plate with GaN ribbon from the mother wafer was then laminated to a PI sheet coated with 2 쨉 m polyurethane (PU, Norland optical adhesive, No. 73). Samples were exposed to UV light (173 uW cm -2 ) for 15 min to cure PU. The GaN elements were transferred onto the plastic substrate by stripping the PDMS and immersing in BOE for 20 seconds to remove the electron-beam SiO2. A negative photoresist (AZ nLOF2020) was used to pattern the Schottky contact of Ni / Au (80/180 nm). The photoresist was removed with an AZ stripper (KWIK, 30 minutes).

SWNT 장치들: SiO2/Si 웨이퍼들 위에 개별 단일벽 탄소 나노튜브들의 랜덤 네트워크를 성장시키기 위하여 화학 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition)이 이용되었다. 촉매로서는 메탄올과 함께 기판 위에 증착된 Ferritin(Sigma Aldrich)을 이용하였다. 공급 가스는 메탄(1900 sccm CH4와 300 sccm H2)이었다. 성장시키기 전에 세정을 위하여 퍼니스 내의 석영 튜브는 Ar 가스를 고유량으로 흘 려주었다. 성장시키는 동안, 온도는 900 ℃에서 20분 동안 유지되었다. 상기 전사는 앞서 설명한 공정들과 같이 인쇄에 유사하거나 또는 두꺼운 Au 층과 PI 전구체가 튜브들과 함께 SiO2/Si 기판 위에 코팅되는 약간 상이한 방법을 수반하였다. PI를 경화시킨 후, 상기 Au/PI를 벗겨 내었다. 이 층을 얇은 에폭시층(SU8, 150 nm)으로 코팅되고 미리 패터닝된 장치 기판 위에 적층한 후, PI 층과 Au 층을 각각 산소 반응성 이온 식각 및 습식 식각으로 각각 제거하여 전사를 완료하였다. 하부 게이트 장치들의 경우에 있어서, 상기 기판은 미리 패터닝된 게이트 전극들과 유전체들을 지지하였다. 특히, Cr/Au/Cr(2/10/10 nm)의 게이트 전극들은 포토리소그래피에 의하여 패터닝되었고, 그런 후, 300 nm SiO2가 PECVE를 이용하여 기판 위에 증착되었다. Cr/Au(2/20 nm)의 상기 소스 및 드레인 전극들은 상기 튜브의 상부 위에 직접 정의되었다.SWNT Devices: Chemical vapor deposition (CVD) was used to grow a random network of individual single-walled carbon nanotubes on SiO 2 / Si wafers. Ferritin (Sigma Aldrich) deposited on a substrate with methanol was used as a catalyst. The feed gas was methane (CH 4 1900 sccm and 300 sccm H 2). Before the growth, the quartz tube in the furnace was flushed with a high flow rate of Ar gas for cleaning. During the growth, the temperature was maintained at 900 占 폚 for 20 minutes. The transfer involved a slightly different method of coating the SiO 2 / Si substrate with the Au layer and the PI precursor similar or thicker to the print, similar to the processes described above. After the PI was cured, the Au / PI was peeled off. This layer was coated with a thin epoxy layer (SU8, 150 nm), laminated on a pre-patterned device substrate, and then the PI layer and Au layer were removed by oxygen reactive ion etching and wet etching, respectively. In the case of bottom gate devices, the substrate supported pre-patterned gate electrodes and dielectrics. In particular, Cr / Au / Cr (2/10/10 nm) gate electrodes were patterned by photolithography, and then 300 nm SiO 2 was deposited on the substrate using PECVE. The source and drain electrodes of Cr / Au (2/20 nm) were defined directly on top of the tube.

3D 회로: 3D Si NMOS 인버터: 동일한 제조 공정들을 반복적으로 적용함으로써 다중층 장치들이 제조되었다. 특히, PI 전구체가 장치의 현존하는 층 상부 위에 스핀-캐스트되고, 또한 실리콘 리본들이 상부 위에 전사-인쇄되었다. 그런 후 동일한 공정들이 장치들을 제조하기 위하여 사용되었다. 수직의 금속 상호 접속부들을 위하여 AZ4620 포토레지스트의 층에 포토-패터닝으로 개방부를 형성함으로써 전극 영역을 정의하고, 그런 후 이 노출된 영역에서 SiO2와 PI를 RIE 시스템 내에서 CF4와 O2 플라스마를 이용하여 식각하여 제거하였다. 이 영역에 300 nm의 Al을 증 착하여 하부 콘택을 형성하고, 또한 SiO2 및 PI의 식각에 의해 형성된 계단 가장 자리 위에 전기적으로 연속인 연결부를 제공하였다.3D Circuit: 3D Si NMOS Inverter: Multilayer devices were fabricated by repeated application of the same fabrication process. In particular, the PI precursor was spin-cast on top of the existing layer of the device, and the silicon ribbons were also transferred-printed onto top. The same processes were then used to fabricate the devices. The electrode regions are defined by photo-patterning openings in the layer of AZ4620 photoresist for vertical metal interconnects, and then SiO 2 and PI are implanted in the RIE system to form CF 4 and O 2 plasmas And removed by etching. This region was deposited with 300 nm of Al to form a bottom contact and an electrically continuous connection over the edge of the stair formed by the etching of SiO 2 and PI.

SWNT 및 Si CMOS 인버터: 상기 SWNT 장치들은 튜브 네트워 위에서 포토리소그래피에 의하여 정의된 금(20 nm)의 소스/드레인 콘택들로 구성되었다. 상기 SiO2(100 nm)/Si 웨이퍼 기판은 게이트 유전체와 게이트를 제공하였다. 그런 다음 상기 SWNT 트랜지스터들이 포토레지스트(AZ5214)로 선택적으로 코팅된 후에 에폭시(SU8, 500 nm)가 이 기판 위에 스핀-코팅되었다. 에폭시를 경화시키기 위해 UV 노광을 수행한 후 도핑되지 않은 Si 리본들로 '잉크칠'된 PDMS 슬랩을 상기 기판 위에 적층하고, 전사-인쇄 공정을 완료하기 위해 수작업으로 천천히 벗겨내는 것에 의하여 제거하였다. 실리콘 장치에 있어서 소스 및 드레인 전극을 위하여 쇼트키 콘택들로서 Cr/Au(5/100 nm)가 사용되었다. 상기 SWNT와 Si 트랜지스터를 연결하기 위하여 Al(100 nm)이 사용되었다.SWNT and Si CMOS Inverters: The SWNT devices consisted of gold (20 nm) source / drain contacts defined by photolithography on a tube network. The SiO 2 (100 nm) / Si wafer substrate provided gate dielectrics and gates. An epoxy (SU8, 500 nm) was then spin-coated onto the substrate after the SWNT transistors were selectively coated with photoresist (AZ5214). After UV exposure to cure the epoxy, the &quot; inked &quot; PDMS slabs with undoped Si ribbons were laminated onto the substrate and removed by manual peeling by hand to complete the transfer-printing process. Cr / Au (5/100 nm) was used as Schottky contacts for the source and drain electrodes in silicon devices. Al (100 nm) was used to connect the SWNT and the Si transistor.

Si TFT와 집적된 GaAs MSM IR 디텍터: 배면-대-배면 쇼트키 다이오드를 제조하기 위하여 GaAs 웨이퍼들(IQE Inc., Bethlehem, PA)이 사용되었다. 상기 리본들은 다중 에피택셜 층들을 갖는 GaAs의 고-품질 벌크 웨이퍼로부터 생성되었다[Si-도핑된 n-형 GaAs(120nm)/반-절연(Si)-GaAs(150nm)/AlAs(200nm) / Si-GaAs]. n-형 GaAs의 캐리어 농도는 4×1017 cm-3이다. 포토레지스트 마스크를 갖는 GaAs 웨이퍼들은 식각제(4 mL H3PO4 (85 wt%), 52 mL H2O2 (30 wt%), 및 48 mL 탈이온수) 내에서 비등방 식각되었다. AlAs 층들은 에탄올로 희석된 HF 용액(부피비 2:1)으로 식각하여 제거되었다. 2 nm Ti와 28 nm SiO2의 층들은 e-빔 증발에 의하여 증착되었다. GaAs 리본들과 잉크칠 되었던 PDMS 스탬프는, 그 후, PI로 코팅된 (두께 1.5 ㎛) Si 트랜지스터의 층과 접촉하였다. 상기 PDMS를 벗겨내고 BOE 식각제로 Ti 및 SiO2를 제거하여 GaAs를 장치 기판에 전사하는 것을 완료하였다. 쇼트키 콘택을 위한 금속들(Ti/Au=5/70 nm)이 e-빔 증발에 의하여 증착되었다. GaAs 배면-대-배면(back-to-back) 쇼트키 다이오드들과 Si MOSFET 사이의 전기적 상호 접속들이 AZ4620 포토레지스트의 층을 먼저 패터닝하고, RIE 시스템 내에서 CF4와 O2 플라스마를 이용하여 개구부를 통하여 식각하고, 그런 후 Al을 300 nm 증착함으로써 정의되었다.Si TFT and integrated GaAs MSM IR detector: GaAs wafers (IQE Inc., Bethlehem, PA) were used to fabricate back-to-back Schottky diodes. The ribbons were produced from high-quality bulk wafers of GaAs with multiple epitaxial layers (Si-doped n-type GaAs (120 nm) / semi-insulated (Si) -GaAs (150 nm) / AlAs -GaAs]. The carrier concentration of n-type GaAs is 4 × 10 17 cm -3 . GaAs wafers with photoresist masks were anisotropically etched in an etchant (4 mL H 3 PO 4 (85 wt%), 52 mL H 2 O 2 (30 wt%), and 48 mL deionized water). The AlAs layers were removed by etching with an ethanol-diluted HF solution (2: 1 by volume). Layers of 2 nm Ti and 28 nm SiO 2 were deposited by e-beam evaporation. The GaAs ribbons and the inked PDMS stamp were then in contact with a layer of Si transistor coated with PI (1.5 탆 thick). The PDMS was peeled off and Ti and SiO 2 were removed with a BOE etchant to complete the transfer of GaAs to the device substrate. Metals (Ti / Au = 5/70 nm) for Schottky contact were deposited by e-beam evaporation. The electrical interconnection between the GaAs back-to-back Schottky diodes and the Si MOSFET is patterned first with a layer of AZ4620 photoresist and the CF 4 and O 2 plasmas are used in the RIE system to form openings Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 300 nm. &Lt; / RTI &gt;

장치 특성화: 반도체 파라미터 분석기(Agilent, 4155C)와 통상의 탐침 장치를 이용하여 다이오드들과 트랜지스터들의 전기적 특성을 측정하였다. 850 nM의 파장을 갖는 IR LED 소스 하에서 IR 응답이 측정되었다.Device characterization: Electrical characteristics of diodes and transistors were measured using a semiconductor parameter analyzer (Agilent, 4155C) and a conventional probe. The IR response was measured under an IR LED source with a wavelength of 850 nM.

회로 모사: CMOS 인버터의 측정된 전사 곡선을 모사 결과 와 비교하기 위하여 n-채널 Si MOSFET과 p-채널 SWNT TFT에 대한 레벨 2 PSPICE 모델이 실험적으로 생성되었다. 이들 PSPICE 모델들은 디폴트인 PSPICE MOSFET 모델(MbreakN 및 MbreakP)에 기초하여 도 65의 B에 보인 Si NMOS와 SWNT PMOS 둘 모두의 측정된 IV 곡선을 피팅하도록 하는 파라미터들을 추출하여 생성되었다. GaAs MSM 광-감지기를 위한 PSPICE 모델은 Si MOSFET과 직렬 연결된 배면-대-배면 쇼트키 다이오드들을 이용하여 실험적으로 만들어졌다.Circuit Simulation: A Level 2 PSPICE model for n-channel Si MOSFETs and p-channel SWNT TFTs was experimentally created to compare the measured transfer curves of CMOS inverters with the simulated results. These PSPICE models were generated by extracting parameters that fit the measured IV curves of both Si NMOS and SWNT PMOS shown in Figure 65B based on the default PSPICE MOSFET models (MbreakN and MbreakP). The PSPICE model for GaAs MSM photo-detectors was experimentally fabricated using back-to-back Schottky diodes in series with Si MOSFETs.

실시예 4의 참고문헌들References in Example 4

1. K. Banerjee, S. J. Souri, P. Kapur, K. C. Saraswat, Proc. IEEE, 89, 602 (2001).1. K. Banerjee, S. J. Souri, P. Kapur, K. C. Saraswat, Proc. IEEE, 89, 602 (2001).

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23. S. Linder, H. Baltes, F. Gnaedinger, and E. Doering: Proc. IEEE Micro Eletro Mech. Systems 349, (1994).23. S. Linder, H. Baltes, F. Gnaedinger, and E. Doering: Proc. IEEE Micro Eletro Mech. Systems 349, (1994).

24. J.-H. Ahn, H.-S. Kim, K. Lee, Z.-T. Zhu, E. Menard, R. G. Nuzzo, J. A. Rogers, IEEE Electron Devices Lett. 27, 460 (2006).24. J.-H. Ahn, H.-S. Kim, K. Lee, Z.-T. Zhu, E. Menard, R. G. Nuzzo, J. A. Rogers, IEEE Electron Devices Lett. 27, 460 (2006).

25. J.-H. Ahn, H.-S. Kim, K. Lee, Z.-T. Zhu, E. Menard, R. G. Nuzzo, J. A. Rogers, unpublished.25. J.-H. Ahn, H.-S. Kim, K. Lee, Z.-T. Zhu, E. Menard, R. G. Nuzzo, J. A. Rogers, unpublished.

26. J. B. D. Soole, H. Schumacher, IEEE J. Quantum Electron. 27, 737 (1991).26. J. B. D. Soole, H. Schumacher, IEEE J. Quantum Electron. 27, 737 (1991).

팝업 아키텍처는 다양한 범위의 장치 아키텍처들 및 구조들로 하여금 임베딩된 구조들을 집약시키는 것으로, 유용하지만 특징들을 구현하기가 어렵다. 이것은 전기적, 광학적, 기계적 및 열적 형태들의 기능성을 나타내는 중요한 능력 장치들을 구현 가능하게 하는 아키텍처이다. 편의를 위하여 이하의 특정 실시예들은 기본 모드 기능의 용어들로 설명되지만, 많은 경우에, 시스템 디자인들은 명백한 장치 레벨 성능 결과들을 가능하게 하는 계층 효과들을 이용한다. The pop-up architecture is useful for aggregating a variety of device architectures and structures into embedded structures, but it is difficult to implement features. It is an architecture that enables the implementation of critical capability devices that represent the functionality of electrical, optical, mechanical, and thermal forms. For convenience, the following specific embodiments are described in terms of basic mode functionality, but in many cases, system designs employ hierarchical effects that enable apparent device level performance results.

전자 시스템들. 본 분야에서 가장 직접적인 형태의 유용성은, 복잡한 기계적으로 양립 가능한 전자 장치들의 디자인에 이익이 되는 상술된 아키텍처들의 규정들인데, 복잡한 기계적으로 호환 가능한 전자 장치들은 고성능 전자 회로들-플렉서블 시스템 레벨 아키텍처 내의 고성능 전자 회로들의 집적으로 이익을 얻는 일부 도전적인 형태들의 어플리케이션을 포함하는 디스플레이들, 감지 소자들, RF-ID 태그들을 직접적으로 포함한다(embed). 본 명세서에 개시된 디자인들은 실현될 수 있는 기계적 호환성들의 전체 범위를 상당히 확장한다. 이것은 시스템 디자인 레벨에서, 구성 요소들의 평면 집적을 기반으로 장치에 대하여 전형적인 1%의 변형(strain)의 일반적인 한계를 넘어서도 잘 견뎌낼 수 있는 기계적 변형들의 범위를 확장할 수 있는 구체적인 아키텍처 디테일들의 규정을 가능하게 함으로써, 기계적 호환성들의 전체 범위를 상당히 확장한다. 상기 예들은 가장 단순한 요소들, 상호 접속들에 대한 구체적인 아키텍처를 보여주는데, 구체적인 아키텍처는 형식적 시스템 고레벨의 변형들(디스플레이에서 버스 선들 및 상호 접속들의 구조에 대하여 적절한 폼 팩터에서 30%보다 크다)을 버티는데 이용될 뿐 아니라, 다른 더욱 요구되는 형태들의 기계적인 호환성(탄력성)을 제공하는 데에도 이용될 수 있다. 이러한 이익들은 더욱이, 도 31에 도시된 예시적인 장치들, 상술된 GaAs MSM IR 광검출기의 폼 팩터로 예시된 바와 같이 더욱 복잡한 장치 레벨 구성 요소들에도 확장될 수 있다. 본질적으로 복잡한 전자 시스템의 모든 기능 구성 요소들은 본 명세서에서 교시된 방법들을 이용하여 디자인에 특정적인, 기계적으로 호환 가능한 형태로 집적될 수 있다.Electronic systems. The most immediate form of utility in the art is the provision of the above-described architectures that benefit from the design of complex, mechanically compatible electronic devices, where complex, mechanically compatible electronic devices are used in high performance electronic circuits- Sensing elements, RF-ID tags, including some challenging types of applications that benefit from the integration of electronic circuits. The designs disclosed herein significantly extend the entire range of mechanical compatibilities that can be realized. This specifies the specific architectural details that, at the system design level, can extend the range of mechanical deformations that can withstand the general limit of 1% typical strain for a device based on the planar integration of the components Thereby significantly extending the entire range of mechanical compatibility. The examples illustrate the simplest elements, concrete architectures for interconnects, where the concrete architecture is to provide a high level of formal system high level variants (greater than 30% in the appropriate form factor for the structure of bus lines and interconnects in the display) But also can be used to provide mechanical compatibility (resilience) of other more desirable forms. These benefits may also be extended to more complex device level components as illustrated by the exemplary devices shown in FIG. 31, the form factor of the GaAs MSM IR photodetector described above. All functional components of an essentially complex electronic system can be integrated into a design-specific, mechanically compatible form using the methods taught herein.

광학 구성 요소들 및 시스템들. 광학 구성 요소들, 예를 들어, 도파관(waveguide)은 굴곡부에 대해 극심한 민감도로 반응할 수 있다. 본 방법들과 시스템들은 그러한 장치들을 위해, 기능적 성능에 이익이 되는 기계적인 굴곡부를 견딜 수 있고, 더욱 중요하게는, 기계적인 굴곡부를 활용할 수 있는 새로운 아키텍처들을 제공한다. 본 명세서에 개시된 방법들을 직접적으로 활용할 수 있는 기술들의 예들은, 도파관 광학 커플러들 및 연관된 형태들의 광학 스위치들과 리미터 들(limiters)을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 향상된 형태들의 광(photonic) 구성 요소들을 포함한다. 집적 구조의 시스템 레벨에서 기계적 굴곡부는 (압축 또는 확장을 통하여) 이러한 기능성들에 영향을 주는 직접 수단들을 제공한다. 더욱이, 채널에서의 손실은 도파관의 굴곡부 - 중심(core) 모드부터 덮개(sheath) 모드까지 조절 가능한 진로(way)에서 누출(leakage)을 조장하는 크게 구부러진 반경들에 직접적으로 연관된다. 이러한 효과들은 다양한 장치들에 직접적으로 활용될 수 있다. 예를 들어, 도 67은 변형 가능한 기판에 부분적으로 부착된 광학 미세구조의 제어된 버클링(buckling)을 통해 생성된 도파관 어레이를 나타낸다. 도 67A는 구성 요소(330)(예를 들어, 광섬유 또는 다른 연장된 미세구조와 같은 도파관)를 예를 들어, 접촉 프린팅으로 기판(30)에 부착함으로써 광학 장치가 생성되는 것을 보여준다. 부착은 강하게 묶인 접촉 영역들(310)과, 상승된 영역들(320)에 대응하는 약하게 묶인 영역들을 포함한다. 변형으로, 제2 전극은 휘고, 도파관의 약하게 묶인 영역은 기판으로부터 물리적으로 분리되며, 그럼으로써, 상승된 영역이 생성된다. 상기 장치는 단순히, (5 내지 50%의) 상당한 탄력성을 가질 수 있는 도파관으로 동작할 수 있다(도 67B를 참조하라). 다른 실시예에서, 도파관과 기판의 굴절률들뿐만 아니라 버클링 기하 구조(geometry)는 선택될 수 있고, 그 결과, 상기 장치는 광학 스위치로 동작하고, 버클링된 도파관들에서 높은 뒤틀림으로 인하여, 빛이 단축된 상태가 아닌(도 67A를 참조하라) 연장된 상태로 통과하는 것을 허락한다(도 67B를 참조하라).Optical components and systems. Optical components, such as waveguides, can respond with extreme sensitivity to the bend. These methods and systems provide new architectures for such devices that can withstand mechanical bends that benefit functional performance and, more importantly, utilize mechanical bends. Examples of techniques that can directly utilize the methods disclosed herein include improved types of photonic components, including, but not limited to, waveguide optical couplers and associated types of optical switches and limiters . At the system level of the integrated structure, the mechanical bend provides direct means (via compression or expansion) to influence these functionalities. Moreover, the loss in the channel is directly related to the significantly curved radii that promote leakage in an adjustable way from the bend-core mode of the waveguide to the sheath mode. These effects can be directly applied to various devices. For example, Figure 67 shows a waveguide array created through controlled buckling of optical microstructures partially attached to a deformable substrate. 67A shows that an optical device is created by attaching component 330 (e.g., a waveguide such as an optical fiber or other elongated microstructure) to substrate 30 by, for example, contact printing. The attachment includes strongly tied contact regions 310 and weakly bound regions corresponding to raised regions 320. As a modification, the second electrode deflects and the weakly touched region of the waveguide is physically separated from the substrate, thereby creating an elevated region. The device can simply operate as a waveguide which can have a significant resilience (of 5 to 50%) (see FIG. 67B). In another embodiment, the refractive indexes of the waveguide and the substrate as well as the buckling geometry can be selected so that the device operates with an optical switch and, due to high distortion in the buckled waveguides, (See FIG. 67A), but not in the shortened state (see FIG. 67A) (see FIG. 67B).

기계적 기능 시스템들. 기계학과 전자공학 사이의 교차점은 여러 중요한 분 야들의 기술들에 대한 기본이다 - 관성 및 다른 형태의 힘 센서들은 구체적인 예들을 포함하는데, 이러한 예들은 현재의 관심과 넓은 이용의 발견 모두이다. 본 명세서에 개시된 방법들과 시스템들은 그러한 장치들의 새로운 형태들을 생성하는 길을 제공한다. 도 68은 기계적 시스템, 특히, 용량 결합된(capacitively coupled) 센싱을 위한 얽힌(entwined) 다중층 아키텍처의 대표적인 예이다. 이러한 예시적인 아키텍처는 중요한 형태들의 힘 관련 센싱-가장 두드러지게는 관성 측정 및 압력 측정을 가능하게 한다. 각 경우에, 본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들은, (예를 들어, 전자 시스템들의 집적을 새로운 방법들에서 허용함으로써) 그들의 집적을 미세하고(compact) 새로운 폼 팩터 시스템들로 가능하게 하면서, 이러한 장치들의 성능의 많은 시스템 레벨의 양상들-가장 두드러지게는 최적 민감도의 동적 범위 및 영역을 제어하는, 상대적으로 직접적인 수단을 제공한다. 이러한 구조들은 기존에 확립된 MEMS 기반의 접근 방식을 이러한 타입의 장치들에 보충한다. 도 68을 참조하면, 기계적 장치(400) (예를 들어, 가속계/압력 센서)는 변경 가능한 기판(30)에 부분적으로 부착된 전도성 미세구조의 제어된 버클링을 통하여 생산된다. 이러한 장치 아키텍처는, 다른 전극(440)의 상승된 영역(320)이 z 방향에서 가속도 또는 압력을 통하여 기판에 대해 옮겨질 때 발생하는, 하부 전극(450)과 다른 전극(440) 사이의 커패시턴스의 변화들을 감지함으로써 동작한다. 장치(400)는 기판(30) 상에 전극(하부 전극(450))을 마련하고, 이어서, 또 다른 전극(440)을 접촉 프린팅으로 부착함으로써 생산된다. 부착은 강하게 묶인 접촉 영역들(310) 및 약하게 묶인 영역들(예를 들어, 320 아래의 영역에서)을 포함한다. 변형으로, 제2 전극(440)은 휘고, 약하게 묶인 영역은 기판으로부터 물리적으로 분리되며, 그럼으로써, 상승된 영역(320)을 생성한다.Mechanical functional systems. The intersection between mechanics and electronics is the basis for many important technologies - inertial and other types of force sensors include concrete examples, both of which are of current interest and discovery of widespread use. The methods and systems disclosed herein provide a way to create new types of such devices. Figure 68 is a representative example of a mechanical system, particularly an entwined multilayer architecture for capacitively coupled sensing. This exemplary architecture enables significant forms of force-related sensing - most notably inertia and pressure measurements. In each case, the methods and systems disclosed herein allow for their integration into new, compact form factor systems (e.g., by allowing integration of electronic systems in new ways) Many system-level aspects of the performance of devices - most notably provide a relatively direct means of controlling the dynamic range and area of optimal sensitivity. These structures supplement existing established MEMS-based approaches to these types of devices. 68, a mechanical device 400 (e.g., an accelerometer / pressure sensor) is produced through controlled buckling of a conductive microstructure partially attached to a changeable substrate 30. This device architecture can be used to determine the capacitance between the lower electrode 450 and the other electrode 440, which occurs when the raised region 320 of the other electrode 440 is moved relative to the substrate through acceleration or pressure in the z- By sensing changes. The device 400 is produced by providing an electrode (lower electrode 450) on a substrate 30 and then attaching another electrode 440 by contact printing. The attachment includes strongly tied contact areas 310 and weakly tied areas (e. G., In the area below 320). In a variation, the second electrode 440 is deflected and the weakly tied region is physically separated from the substrate, thereby creating the raised region 320.

열적 기능 장치들. 본 발명으로 공급되는 팝업 아키텍처들은 복잡한 전자 구성 요소들의 열적 분리를 제공하는 새로운 능력들을 생기게 한다. 명백한 장치 종류는 장파장 이미징 시스템의 픽셀 요소들에 대한 일반적인 디자인을 제공하는데, 이 디자인은 열적으로 반응하는 (그리고 이러한 예에 대한) 두 개의 열적 장치들의 직접적인 집적과 정확한 열적 분리를 제공하면서, 제어, 독출(read out), 데이터 처리(handling) 및 시스템에 대한 다른 능력들을 제공하는 고성능 전자 구성 요소들의 집적을 필요로 한다. 이러한 요구되는 아키텍처는 본 발명에 의해 교시된 방법들을 이용하여 쉽게 접근된다. 본 케이스에서, 픽셀을 읽기 위해 요구되는 AD 컨버터와 같은 기능적 전자 구성 요소들을, IR 응답 요소들에 아주 근접하게 배치하는 것(적절한 예들은 SisN4 막 위에 지지되는 Si 및 박막 다중층의 포토 레지스트(photoresistive) 금속 산화막들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다), 즉, 디자인을 단순화하고 성능을 향상시키는 것을 가능하게 하는 특징이 가능하다. 가장 두드러지게는, 본 명세서에서 제공된 시스템들 및 장치들은 비평면의 초점(focal) 어레이에서 이러한 장치 요소들의 집적 능력을 제공한다. 도 69는 변형 가능한 기판에 부분적으로 부착된 열저항 미세구조의 제어된 버클링을 통하여 생산된 열적 장치(500)(마이크로볼로미터)를 나타낸다. 상기 장치(500)는 열저항 물질(560)을 포함하는 전극(550)을 접촉 프린팅으로 기판(30)에 부착하여 생산된다. 부착은 강하게 묶인 접촉 영역들(310)과 상승된 영역들(320)에 대응되는 약하게 묶인 영역들 을 포함한다. 변형으로, 전극(550)은 휘고, 약하게 묶인 영역은 기판으로부터 물리적으로 분리되고, 그럼으로써, 기판으로부터 열적으로 분리된 넓은 한도까지인 상승된 영역(320)을 생성하며, 그럼으로써, 정확하고 국부적인 온도 센싱을 제공한다.Thermal function devices. The pop-up architectures supplied with the present invention result in new capabilities that provide thermal isolation of complex electronic components. The distinct device type provides a common design for the pixel elements of the long wavelength imaging system which provides direct integration and accurate thermal isolation of the two thermal devices that are thermally responsive (and for this example) High performance electronic components that provide other capabilities for read out, data handling, and systems. This required architecture is easily accessed using the methods taught by the present invention. In this case, functional electronic components, such as the AD converter required to read the pixel, are placed in close proximity to the IR response elements (suitable examples include Si and thin film multilayer photoresist supported on a SisN4 film ) Metal oxide films), i. E., Features that make it possible to simplify the design and improve performance are possible. Most notably, the systems and devices provided herein provide the ability to integrate such device elements in a non-planar focal array. Figure 69 shows a thermal device 500 (microbolometer) produced through controlled buckling of a heat resistant microstructure partially attached to a deformable substrate. The device 500 is produced by attaching an electrode 550 comprising a heat resistant material 560 to a substrate 30 by contact printing. The attachment includes strongly tied contact regions 310 and weakly bound regions corresponding to raised regions 320. The electrode 550 is deflected and the weakly tied region is physically separated from the substrate thereby creating an elevated region 320 that is thermally isolated from the substrate to a wide extent thereby permitting accurate and local In temperature sensing.

미국 특허 출원 번호 제11/115,954호, 제11/145,574호, 제11/145-542호, 제60/863,248호, 제11/465,317호, 제11/423,287호, 제11/423,192호 및 제11/421,654호는, 본 명세서와 불일치하지 않는 범위까지 본 명세서에 참조로써 병합된다. U.S. Patent Application Nos. 11 / 115,954, 11 / 145,574, 11 / 145-542, 60 / 863,248, 11 / 465,317, 11 / 423,287, 11 / 423,192, / RTI &gt; 421,654, incorporated herein by reference to the extent not inconsistent with the present disclosure.

본 출원에 걸친 모든 참조들은, 예를 들어, 발행된, 특허권이 수여된 또는 이와 동등한 것들을 포함하는 특허 문서들; 특허 출원 공표들; 및 비특허 문헌 문서들 또는 다른 출처 물질은 개별적으로 참조로써 병합되었지만, 각 참조가 적어도 부분적으로, 본 출원에서 개시된 내용과 불일치하지 않는 범위까지 그들 전체로써 본 명세서에 참조로써 병합된다(예를 들어, 부분적으로 불일치하는 참조는 그 참조의 부분적으로 불일치하는 부분을 제외하고 참조로써 병합된다).All references throughout this application include, for example, patent documents that include issued, patented or equivalents; Patent application publications; And non-patent literature documents or other source materials are incorporated by reference in their entirety to the extent that each reference is not, at least in part, inconsistent with the disclosure of the present application (for example, , A partially mismatched reference is merged as a reference except for the partially mismatched part of the reference).

본 명세서에 이용되어온 용어들 및 표현들은 한정 용어들이 아닌 기술 용어들로 이용되고, 그러한 용어들 및 표현들의 사용에서, 나타나고 상술된 특징들의 균등물 또는 그들의 부분들을 배제하려는 의도는 없고, 다양한 변형들은 청구된 발명의 범위 내에서 가능함을 인식할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 바람직한 실시예들, 예시적인 실시예들 및 선택적인 특징들로 구체적으로 개시되어왔음에도 불구하고, 본 명세서에 개시된 개념들의 변경 또는 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 재분류될 수 있고, 그러한 변경들 및 변형들은 첨부된 청구항 들에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내로 고려될 수 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 구체적인 실시예들은 본 발명의 유용한 실시예들의 예들이고, 본 발명이 본 명세서에 개시된 장치들, 장치 구성 요소들 방법 단계들의 수많은 변형들을 이용하여 수행될 수 있음은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백에게 명백할 것임과 같이, 본 방법들에 유용한 방법들 및 장치들은 수많은 선택적 구성 및 처리 요소들 및 단계들을 포함할 수 있다.The terms and expressions which have been employed are used as terms of description and not of limitation, and there is no intention in the use of such terms and expressions of appearing and excluding equivalents of the features described or portions thereof, It will be appreciated that the invention is susceptible of embodiment within the scope of the claimed invention. Therefore, while the present invention has been specifically disclosed in preferred embodiments, exemplary embodiments and optional features, it is to be understood that alterations or variations of the concepts herein disclosed may be resorted to by those skilled in the art And that such changes and modifications may be considered within the scope of the present invention as defined by the appended claims. It is to be understood that the specific embodiments provided herein are examples of useful embodiments of the present invention and that the present invention may be practiced using numerous variations of the apparatus, It is obvious to those of ordinary skill in the art. As will be apparent to those skilled in the art, methods and apparatus useful in the present methods may include a number of optional configuration and processing elements and steps.

본 명세서에서 상술된 또는 예시된 구성 요소들의 모든 표현 또는 조합은 다르게 제시되지 않는 한, 본 발명의 실행에 이용될 수 있다. All representations or combinations of the elements recited above or exemplified herein may be used in the practice of the invention, unless otherwise indicated.

본 상세한 설명에서 범위, 예를 들어, 온도 범위, 시간 범위, 또는 구성 또는 농도 범위가 주어질 때마다, 모든 중간 범위들과 서브 범위들, 뿐만 아니라 상기 주어진 범위들에 포함된 모든 개별적인 값들은 본 명세서에 포함되는 것으로 의도된다. 본 명세서에 포함된 범위 또는 서브 범위에서 여하한 서브 범위들 또는 개별적인 범위들은 여기에서 청구항들로부터 배제될 수 있다.In the present description, whenever a range, for example, a temperature range, a time range, or a configuration or concentration range is given, all intermediate ranges and subranges, as well as all individual values contained in the given ranges, Is intended to be included in. Any sub-ranges or individual ranges in the ranges or sub-ranges contained herein may be excluded from the claims herein.

본 상세한 설명에서 언급된 모든 특허들 또는 공개들은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들의 수준들을 나타낸다. 본 명세서에서 인용된 참조들은 그들 전체로 본원에 참조로써 병합되어, 그들의 공개 또는 출원일에 대한 기술분야를 나타내고, 이것은 필요하다면, 이러한 정보가 종래 기술의 특정 실시예들을 배제하기 위하여 본원에서 이용될 수 있음이 의도된다. 예를 들어, 물질의 구성이 청구된 경우, 구현 가능하게 하는 개시가 본 명세서에서 인용된 참조들에서 제공되는 혼합물들을 포함하는, 출원인의 발명에 대해 선행하는 기술에서 알려지고 이용 가능한 혼합물들은, 본원에서 물질 청구항들의 구성에 포함되는 것으로 의도되지 않음은 이해되어야 한다.All patents or publications mentioned in this specification are indicative of the levels of those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The references cited herein are incorporated herein by reference in their entirety to indicate the technical field of their disclosure or filing date and that this information may be used herein to exclude certain embodiments of the prior art, Is intended. For example, if the composition of a substance is claimed, mixtures which are known and available in the prior art to the applicant's invention, including the mixtures provided in the references cited in this specification, Are not intended to be &lt; RTI ID = 0.0 &gt; intended &lt; / RTI &gt;

본 명세서에서 이용된 바와 같이, “포함하는(comprising)”은 “포함하는(including)”, “포함하는(containing)” 또는 “특징된(characterized by)”과 동의어이고, 포괄적이거나 개방형(open-ended)이고, 추가적인, 기술되지 않은 요소들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, “∼로 구성된(consisting of)”은 청구항 요소에서 특정되지 않은 여하한 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, “본질적으로 ∼로 구성된(consisting essentially of)”은 청구항의 기본적이고 신규한 특성들에 실질적으로 영향을 주지 않는 물질들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 각 예에서, “포함하는(comprising)”, “∼로 구성된(consisting of)”, 및 “본질적으로 ∼로 구성된(consisting essentially of)”은 서로 다른 두 용어들로 대체될 수 있다. 본 명세서에서 예시적으로 설명된 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 개시되지 않은 여하한 요소 또는 요소들, 한정 또는 한정들의 부재에서 실행될 수 있다.As used herein, the term "comprising" is synonymous with "including", "containing", or "characterized by" and is inclusive or open- ended, and does not exclude additional, unrecited elements or method steps. As used herein, &quot; consisting of &quot; excludes any element, step or component not specified in the claim element. As used herein, &quot; consisting essentially of &quot; does not exclude materials or steps that do not materially affect the basic and novel characteristics of the claims. In each of the examples herein, &quot; comprising, &quot; &quot; consisting of, &quot; and &quot; consisting essentially of &quot; The invention illustratively described herein may be practiced in the absence of any element or element, limitation or limitation not specifically disclosed herein.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 개시 물질들, 생물학적 물질들, 반응물들, 합성 방법들, 정화 방법들, 분석 방법들, 시험 방법들, 및 그러한 구체적으로 예시된 것이 아닌 생물학적 방법들은 과도한 실험으로 재구분되지 않고 본 발명의 실행에서 이용될 수 있다. 이러한 물질들 및 방법들의 모든 기술적으로 알 려진 기능적인 균등물들은 본 발명의 범위 내로 포함되는 것으로 의도된다. 이용되어온 용어들과 표현들은 제한의 용어가 아닌, 기술적인 용어로써 이용되고, 나타나고 개시된 특징들의 여하한 균등물들을 배제하는 용어들과 표현들의 사용의 의도는 없고, 청구된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경들이 가능함을 인식한다. 그러므로, 본 발명이 바람직한 실시예들과 선택적인 특징들로 구체적으로 개시되어 왔음에도 불구하고, 본 명세서에 개시된 개념들의 변형 및 변경은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 재구분될 수 있고, 그러한 변형들 및 변경들은 첨부된 청구항들로 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내로 여겨진다. Those skilled in the art will recognize that the starting materials, biological materials, reactants, synthesis methods, purification methods, analytical methods, test methods, and biological methods not specifically illustrated thereof, Without departing from the scope of the present invention. All technically known functional equivalents of such materials and methods are intended to be included within the scope of the present invention. The terms and expressions which have been employed are used as terms of description and not of limitation, and there is no intention in the use of the terms and expressions to exclude any equivalents of the disclosed and disclosed features, And that various modifications are possible. Therefore, although the present invention has been specifically disclosed in preferred embodiments and optional features, variations and modifications of the concepts disclosed herein may be resorted to by one of ordinary skill in the art And such variations and modifications are considered within the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (120)

2차원 인장 가능하고 구부릴 수 있는 장치로서,As a two-dimensional stretchable and bendable device, 접촉(contact) 표면을 갖는 엘라스토머 기판; 및An elastomeric substrate having a contact surface; And 상기 엘라스토머 기판 접촉 표면에 결합된 제 1 단부, 상기 엘라스토머 기판 접촉 표면에 결합된 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이의 중앙 영역을 갖는 상호접속부;An interconnection having a first end coupled to the elastomeric substrate contacting surface, a second end coupled to the elastomeric substrate contacting surface, and a central region between the first end and the second end; 를 포함하고,Lt; / RTI &gt; 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 서로를 향한 움직임은 곡선 및 상기 엘라스토머 기판의 접촉 표면과 상호접속부의 중앙 영역 사이의 물리적 이격을 생성하되, 100 nm보다 크거나 같고 1 mm보다 작거나 같은 상기 중앙 영역과 상기 엘라스토머 기판의 접촉 표면 사이의 최대 물리적 이격 거리를 가지면서 생성하고,Wherein the movement of the first end and the second end toward each other produces a curvature and a physical separation between a contact surface of the elastomeric substrate and a central region of the interconnect, wherein the physical distance is greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 1 mm With a maximum physical distance between the central region and the contact surface of the elastomeric substrate, 상기 제 1 단부는 제 1 콘택 패드에 연결되고, 상기 제 2 단부는 제 2 콘택 패드에 연결되고, 상기 제 1 콘택 패드 및 상기 제 2 콘택 패드는 상기 기판에 연결되고, 또한 장치 구성 부품을 수용하기 위하여 평탄하고,Wherein the first end is connected to a first contact pad and the second end is connected to a second contact pad, the first contact pad and the second contact pad are connected to the substrate, To be flat, 상기 상호접속부는 상기 제 1 콘택 패드와 상기 제 2 콘택 패드를 전기적으로 연결하고, 굴곡진 상기 중앙 영역은 상기 제 1 콘택 패드 및 상기 제 2 콘택 패드가 서로 상대적으로 움직였을 때 전기적 연결을 유지하면서 상기 장치에 인장됨(stretching) 및 구부러짐을 제공하는, 2차원 인장 가능하고 구부릴 수 있는 장치.Wherein the interconnecting portion electrically connects the first contact pad and the second contact pad and the curved central region maintains an electrical connection when the first contact pad and the second contact pad are relatively moved with respect to each other, A two-dimensional stretchable and bendable device that provides stretching and bending of the device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 굴곡진 중앙 영역은 복수의 굴곡진 영역들을 형성하기 위하여 상기 기판 접촉 표면에 결합된 복수의 접촉 영역들을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the curved central region has a plurality of contact regions coupled to the substrate contacting surface to form a plurality of curved regions. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 엘라스토머 기판에 결합된 상기 제 1 단부, 상기 제 2 단부, 상기 제 1 콘택 패드, 및 상기 제 2 콘택 패드가 활성 기판 영역들에 대응되는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the first end, the second end, the first contact pad, and the second contact pad coupled to the elastomeric substrate correspond to active substrate areas. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 활성 기판 영역들은,The active substrate regions a. 상기 기판 접촉 표면 또는 상기 상호접속부 상의 접촉 위치들의 패턴들;a. Patterns of contact locations on the substrate contact surface or the interconnections; b. 하기 i 내지 iv 중의 하나 이상으로부터 선택되는, 기판 또는 상호접속부의 물리적인 파라미터들의 선택된 패턴;b. A selected pattern of physical parameters of the substrate or interconnect, selected from one or more of the following: i to iv; i. 공간적인 두께 변화를 갖는 기판 또는 상호접속부 두께;i. The thickness of a substrate or interconnect having a spatial thickness variation; ii. 공간적인 모듈러스 변화를 갖는기판 또는 상호접속부 모듈러스;ii. Substrate or interconnection modulus with spatial modulus change; iii. 공간적인 온도 변화를 갖는 기판 또는 상호접속부 온도; 및iii. A substrate or interconnect temperature with a spatial temperature change; And iv. 공간적인 조성 변화를 갖는 기판 또는 상호접속부 조성;iv. A substrate or interconnect composition having a spatial compositional change; c. 상기 기판 표면의 화학적 개질; 또는c. Chemical modification of the substrate surface; or d. 상기 기판의 접촉 표면 위의 상기 상호접속부의 자유 가장자리들(free edges)에 인접하는 영역들;d. Regions adjacent free edges of the interconnect on a contact surface of the substrate; 에 대응되는 것을 특징으로 하는 장치.Lt; / RTI &gt; 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 상호접속부가 금속, 반도체, 압전체(piezoelectric) 물질, 강유전체(ferroelectric) 물질, 자기변형성(magnetostrictive) 물질, 전자변형성(electrostrictive) 물질, 초전도체, 강자성(ferromagnetic) 물질, 및 열전성(thermoelectric) 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 물질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The interconnections may be formed of a metal, a semiconductor, a piezoelectric material, a ferroelectric material, a magnetostrictive material, an electrostrictive material, a superconductor, a ferromagnetic material, and a thermoelectric material. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; and / or &lt; / RTI &gt; 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 장치가 The device 전자 장치, 광학 장치, 광학-전자(opto-electronic) 장치, 기계 장치, 미세유동(microfluidic) 장치, 마이크로 전자 기계 시스템(microelectromechanical system), 나노 전자 기계 시스템(nanoelectromechanical system), 및 열적 장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.(S) comprising an electronic device, an optical device, an opto-electronic device, a mechanical device, a microfluidic device, a microelectromechanical system, a nanoelectromechanical system, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt; 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판의 접촉 표면이 편평한 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the contact surface of the substrate is flat. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판의 접촉 표면이 하나 또는 그 이상의 양각 구조물들(relief features)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the contact surface of the substrate has one or more relief features. 제 8 항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 기판의 접촉 표면이 굴곡지거나 웨이브진 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the contact surface of the substrate has a curved or waved portion. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 엘라스토머 기판이 폴리디메틸실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the elastomeric substrate comprises polydimethylsiloxane. 엘라스토머 기판에 의하여 지지되는 장치 구성 부품들과 전기적 콘택을 형성하기 위한 인장 가능한 상호접속부로서, 상기 상호접속부는,A tensionable interconnect for forming electrical contacts with device component parts supported by an elastomeric substrate, 상기 엘라스토머 기판에 결합되는 제 1 단부;A first end coupled to the elastomeric substrate; 상기 엘라스토머 기판에 결합되는 제 2 단부; 및A second end coupled to the elastomeric substrate; And 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 중앙 영역;A central region between said first end and said second end; 을 포함하고,/ RTI &gt; 상호접속부의 상기 제 1 단부와 상호접속부의 상기 제 2 단부의 서로를 향한 움직임은 상기 중앙 영역에서의 구부림 및 상기 엘라스토머 기판과 상기 상호접속부의 중앙 영역간의 이격을 생성하되, 100 nm보다 크거나 같고 1 mm보다 작거나 같은 상기 중앙 영역과 상기 엘라스토머 기판 사이의 최대 이격 거리를 가지면서 생성하고,The mutual movement of the first end of the interconnect and the second end of the interconnect to each other produces a bend in the central region and a separation between the central region of the interconnect and the elastomeric substrate, With a maximum separation distance between said central region and said elastomeric substrate being less than or equal to 1 mm, 상기 장치 구성 부품들은 상기 엘라스토머 기판에 의하여 지지되고, 상기 상호접속부는 제 1 장치 구성 부품과 제 2 장치 구성 부품을 전기적으로 연결하고, 상기 엘라스토머 기판과 물리적으로 접촉하지 않으면서 구부러진 상기 중앙 영역은 상기 제 1 장치 구성 부품과 제 2 장치 구성 부품이 서로에 대하여 상대적으로 움직일 때 전기적인 연결을 유지하면서 상기 상호접속부의 인장됨(stretching)을 제공하는 상호접속부.Wherein the device components are supported by the elastomeric substrate and the interconnections electrically connect the first device component and the second device component and the bent central region is not in physical contact with the elastomeric substrate, An interconnect that provides stretching of the interconnect while maintaining electrical connection when the first device component and the second device component are moved relative to each other. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 상호접속부의 중앙 영역이, 상기 기판과 물리적으로 접촉하지 않는 복수의 구별되는 굴곡진 부분의 영역들을 형성하도록 하는 하나 또는 그 이상의 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein the central region of the interconnect comprises one or more regions to form regions of a plurality of distinctly curved portions that do not physically contact the substrate. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 구별되는 굴곡진 부분의 영역들의 적어도 하나가 상기 엘라스토머 기판과 갖는 이격 거리는 다른 굴곡진 부분의 영역이 상기 엘라스토머 기판과 갖는 이격 거리와 상이한 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein at least one of the areas of the distinctly curved portion has a distance from the elastomeric substrate that is different from the distance of the other curved portion from the distance from the elastomeric substrate. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 상호접속부가 리본을 포함하는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein the interconnect comprises a ribbon. 제 14 항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 리본이 100 nm보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein said ribbon has a thickness greater than 100 nm. 제 15 항에 있어서,16. The method of claim 15, 상기 리본이 300 nm 내지 1 mm 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein the ribbon has a thickness between 300 nm and 1 mm. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 상호접속부의 중앙 영역은 중앙 영역 피크를 포함하는 브리지 구성을 갖고,Wherein the central region of the interconnect has a bridge configuration comprising a central region peak, 상기 중앙 영역 피크로부터 셋 또는 그 이상의 상호 접속부들이 연장되는 것을 특징으로 하는 상호접속부.And three or more interconnections extend from the central region peak. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 장치 구성 부품이 상기 상호접속부의 단부들의 하나와 전기적 콘택을 하고 있는 콘택 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein the device component comprises a contact pad in electrical contact with one of the ends of the interconnect. 제 18 항에 있어서,19. The method of claim 18, 추가적인 장치 구성 부품이 상기 콘택 패드와 전기적 콘택을 하는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein additional device components make electrical contact with the contact pad. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 엘라스토머 기판이 폴리디메틸실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein the elastomeric substrate comprises polydimethylsiloxane. 제 20 항에 있어서,21. The method of claim 20, 상기 장치 구성 부품과의 전기적 콘택 및 전기 전도성을 유지하면서 기판 변형을 25%까지 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 상호접속부.Wherein the substrate can accommodate up to 25% substrate deformation while maintaining electrical contact and electrical conductivity with the device components. 제 11 항의 상호접속부를 복수개 포함하고, 각 상호접속부가 한 쌍의 장치 구성 부품들 사이의 전기적 콘택을 제공하는 장치 어레이.12. A device array comprising a plurality of interconnects of claim 11, wherein each interconnecting contact provides electrical contact between a pair of device components. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 상기 장치 어레이가 그리드(grid) 구성, 꽃모양(floral) 구성, 브리지 구성, 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the device array has a grid configuration, a floral configuration, a bridge configuration, or any combination thereof. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 각 장치 구성 부품은 이웃하는 장치 구성 부품과 복수의 상호접속부에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Each device component being connected by a plurality of interconnects to neighboring device components. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 적어도 하나의 장치 구성 부품이 여덟 개의 상호접속부들에 연결된 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein at least one device component is connected to the eight interconnects. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 적어도 하나의 상호접속부가 다른 상호접속부와 상이한 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein at least one interconnect portion is oriented in a different direction than the other interconnect portions. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 상기 어레이의 적어도 일부분이, 서로 평행한 방향으로 정렬된 복수의 상호접속부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein at least a portion of the array comprises a plurality of interconnects aligned in a direction parallel to each other. 제 27 항에 있어서,28. The method of claim 27, 평행한 복수의 상기 상호접속부들의 적어도 하나는 다른 상호접속부들 중의 적어도 하나와 위상이 상이한(out of phase) 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein at least one of the plurality of parallel interconnections is out of phase with at least one of the other interconnections. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 복수의 상기 상호접속부들이 둘 또는 그 이상의 방향으로 배향된 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the plurality of interconnects are oriented in two or more directions. 제 29 항에 있어서,30. The method of claim 29, 상기 배향은 서로 수직한 두 방향으로의 배향인 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the orientations are orientations in two directions perpendicular to each other. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 상기 장치가 이웃하는 둘 이상의 층들을 포함하고, 각 층이 복수의 상호접속부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the device comprises two or more neighboring layers, each layer comprising a plurality of interconnects. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 파괴 없이 150%까지의 변형을 견딜 수 있는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the device array is capable of withstanding up to 150% strain without destruction. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 상기 기판이 적어도 일부분이 굴곡진 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the substrate has a curved surface at least a portion thereof. 제 33 항에 있어서,34. The method of claim 33, 상기 표면이 오목하거나 볼록한 부분을 적어도 부분적으로 갖는 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the surface at least partially has a concave or convex portion. 제 34 항에 있어서,35. The method of claim 34, 상기 표면이 반구형인 것을 특징으로 하는 장치 어레이.Wherein the surface is hemispherical. 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 상기 장치가 광 감지기, 디스플레이, 발광기, 광전지(photovoltaic), 시트 스캐너, LED 디스플레이, 반도체 레이저, 광학 시스템, 대면적 전자 장치, 트랜지스터, 또는 집적 회로 중의 하나 이상으로서 인장 가능한 것인 장치 어레이.Wherein the device is capable of being stretched as at least one of a photodetector, a display, a light emitter, a photovoltaic, a sheet scanner, an LED display, a semiconductor laser, an optical system, a large area electronic device, a transistor, or an integrated circuit. 제 11 항의 상호접속부를 포함하는 전자 장치의 조정 가능한 장치 구성 부품으로서, 상기 전자 장치는 상기 구부러진 구성에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형의 레벨에 따라 선택적으로 변화하는 적어도 하나의 전자적 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.12. An adjustable device component of an electronic device comprising the interconnect of claim 11 wherein the electronic device has at least one electronic property that selectively varies with the level of deformation of the central region provided by the bent configuration Features adjustable device components. 제 37 항에 있어서,39. The method of claim 37, 상기 적어도 하나의 전자적 성질은 전자 이동도, 공진 주파수, 컨덕턴스, 및 저항으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.Wherein the at least one electronic property is selected from the group consisting of electron mobility, resonance frequency, conductance, and resistance. 제 37 항에 있어서,39. The method of claim 37, 상기 조정 가능한 장치 구성 부품이 트랜지스터의 반도체 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.Wherein the adjustable device component comprises a semiconductor channel of the transistor. 제 11 항의 상호접속부를 포함하는 광학 장치의 조정 가능한 장치 구성 부품으로서, 상기 조정 가능한 장치 구성 부품은 상기 구부러진 구성에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형의 레벨에 따라 선택적으로 변화하는 적어도 하나의 광학적 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.12. An adjustable device component of an optical device comprising the interconnect of claim 11, wherein the adjustable device component comprises at least one optical property that selectively varies with the level of deformation of the central region provided by the curved configuration And an adjustable device component. 제 40 항에 있어서,41. The method of claim 40, 상기 적어도 하나의 광학적 성질이 상기 조정 가능한 장치 구성 부품의 굴절률, 또는 상기 인장 가능한 상호접속부의 중앙 영역의 표면에 대한 전자기 방사의 입사빔의 입사각인 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.Wherein the at least one optical property is the refractive index of the adjustable device component or the angle of incidence of the incident beam of electromagnetic radiation to the surface of the central region of the tensionable interconnect. 제 40 항에 있어서,41. The method of claim 40, 상기 조정 가능한 장치 구성 부품이 도파로, 광학 변조기, 광학 스위치 또는 광학 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.Wherein the adjustable device component comprises a waveguide, an optical modulator, an optical switch or an optical filter. 제 11 항의 상호접속부를 포함하는 조정 가능한 장치 구성 부품으로서, 상기 조정 가능한 장치 구성 부품은 상기 구부러진 구성에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형의 레벨에 따라 선택적으로 변화하는 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 장치 구성 부품.12. An adjustable device component comprising the interconnect of claim 11, wherein the adjustable device component has a thermal conductivity that selectively varies with the level of deformation of the central region provided by the bent configuration Adjustable device components. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 인장 가능한 상호접속부는 장치의 열적 절연 구성 부품인 것을 특징으로 하는 인장 가능한 상호접속부.Wherein the tensionable interconnect is a thermal isolation component of the device. 제 44 항에 있어서,45. The method of claim 44, 상기 중앙 영역은 상기 기판과 열적 접촉을 하지 않고, 상기 중앙 영역은 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품을 지지하고, 그에 의하여 상기 중앙 영역에 의해 지지되는 상기 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들에 상기 기판으로부터의 열적 절연을 제공하는 것을 특징으로 하는 인장 가능한 상호접속부.Wherein the central region does not make thermal contact with the substrate and the central region supports one or more of the device components so that the one or more device components supported by the central region To provide thermal insulation of the first conductive layer. 제 44 항에 있어서,45. The method of claim 44, 상기 장치가 장파장(long wavelength) 이미징 시스템인 것을 특징으로 하는 인장 가능한 상호접속부.Characterized in that the device is a long wavelength imaging system. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 인장 가능한 상호접속부가 기계적 장치의 액츄에이터이고, 상기 중앙 영역이 굴곡져 있고, 상기 인장 가능한 상호접속부를 압축 또는 신장함으로써 또는 상기 중앙 영역에 전위를 인가함으로써 변조(modulation)가 가능한 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 인장 가능한 상호접속부.Characterized in that the tensionable interconnect is an actuator of a mechanical device and the central region is curved and has an amplitude that can be modulated by compressing or stretching the tensionable interconnect or by applying a potential to the central region &Lt; / RTI &gt; 제 47 항에 있어서,49. The method of claim 47, 상기 기계적 장치가 마이크로 전자기계 장치(microelectromechanical device), 나노전자기계 장치(nanoelectromechanical device), 및 미세유동(microfluidic) 장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인장 가능한 상호접속부.Wherein the mechanical device is selected from the group consisting of a microelectromechanical device, a nanoelectromechanical device, and a microfluidic device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 상호접속부가 매립되는 봉지층을 더 포함하고, 상기 봉지층은 상기 기판 콘택 표면에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.Further comprising an encapsulation layer in which the interconnections are embedded, the encapsulation layer being supported by the substrate contact surface. 제 49 항에 있어서,50. The method of claim 49, 상기 봉지층이 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the sealing layer is an elastomer. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50, 상기 엘라스토머가 폴리디메틸실록산인 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the elastomer is a polydimethylsiloxane. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 상호접속부가 매립되는 봉지층을 더 포함하고, 상기 봉지층이 상기 기판에 의하여 지지되는 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 인장 가능한 상호접속부.Further comprising an encapsulation layer in which the interconnections are embedded, the encapsulation layer being an elastomer supported by the substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 상호접속부의 제 1 단부 및 상기 상호접속부의 제 2 단부의 서로를 향한 상기 움직임은 상기 엘라스토머 기판이 신장된 상태로부터 이완된 상태로 이완시키는 데서 비롯된 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the movement of the first end of the interconnect and the second end of the interconnect toward each other is caused by relaxing the elastomeric substrate from a stretched state to a relaxed state. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 상호접속부의 제 1 단부 및 상기 상호접속부의 제 2 단부의 서로를 향한 상기 움직임은 상기 엘라스토머 기판이 압축된 상태에 있는 데서 비롯된 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the movement of the first end of the interconnect and the second end of the interconnect toward each other is due to the elastomeric substrate being in a compressed state. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부의 서로를 향한 상기 움직임은 상기 상호접속부의 제 1 단부 및 상기 상호접속부의 제 2 단부 사이의 20%보다 크거나 같고 100%보다 작거나 같은 변형에 대응되는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the movement of the first end and the second end toward each other corresponds to a strain greater than or equal to 20% and less than or equal to 100% between the first end of the interconnect and the second end of the interconnect Characterized in that. 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부의 서로를 향한 상기 움직임은 상기 상호접속부의 제 1 단부 및 상기 상호접속부의 제 2 단부 사이의 20%보다 크거나 같고 100%보다 작거나 같은 변형에 대응되는 것을 특징으로 하는 신장 가능한 상호접속부.Wherein the movement of the first end and the second end toward each other corresponds to a strain greater than or equal to 20% and less than or equal to 100% between the first end of the interconnect and the second end of the interconnect Characterized by an extensible interconnect. 지지 표면을 갖는 가요성 기판;A flexible substrate having a support surface; 상기지지 표면 위에 지지되는 적어도 하나의 장치 구성 부품; 및At least one device component supported on said support surface; And 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들;At least two tensionable interconnects; 을 포함하고,/ RTI &gt; 상기 상호 접속부들은 제 1 단부, 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에 있는 중앙 영역을 각각 갖고,The interconnects each having a first end, a second end, and a central region between the first end and the second end, 상기 적어도 하나의 장치 구성 부품 및 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들은 2차원 어레이를 형성하도록 적어도 두 상이한 방향으로 배향되고,Wherein the at least one device component and the at least two tensionable interconnects are oriented in at least two different directions to form a two dimensional array, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들의 제 1 단부들은 각각 상기 적어도 하나의 장치 구성 부품과 전기적으로 연결되고,Wherein the first ends of the at least two tensionable interconnects are each electrically connected to the at least one device component, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들의 중앙 영역들은 각각 적어도 두 개의 구부러진 구성의 영역들을 포함하고,Wherein the central regions of the at least two tensionable interconnects each comprise regions of at least two curved configurations, 각 구부러진 구성의 영역은 상기 가요성 기판의 상기 지지 표면과 물리적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the area of each curved configuration is not in physical contact with the supporting surface of the flexible substrate. 장치의 인장 가능한 구성 부품의 성질을 조정하는 방법으로서, CLAIMS What is claimed is: 1. A method of adjusting the properties of a tensionable component of a device, 상기 인장 가능한 구성 부품을 갖는 상기 장치를 제공하는 단계로서, 상기 인장 가능한 구성 부품은 제 1 단부; 제 2 단부; 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 위치하는 중앙 영역을 포함하고; 상기 구성 부품은 기판에 의하여 지지되되, 상기 구성 부품의 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부가 상기 기판에 결합되고, 상기 구성 부품의 중앙 영역의 적어도 일부분이 구부림 구성을 갖고; 상기 중앙 영역이 소정 수준의 변형 하에 있고; 및Providing the apparatus with the retractable component, the retractable component comprising: a first end; A second end; And a central region located between the first end and the second end; The component being supported by a substrate, the first end and the second end of the component being coupled to the substrate, wherein at least a portion of a central region of the component has a bending configuration; Said central region being under a predetermined level of deformation; And 상기 인장 가능한 구성 부품을 압축 또는 신장시킴으로써 상기 인장 가능한 구성 부품의 변형의 상기 수준을 변조하는 단계로서 그에 의하여 상기 장치의 상기 인장 가능한 구성 부품의 상기 성질을 조정하는 단계;Modulating the level of deformation of the tensionable component by compressing or stretching the tensionable component thereby adjusting the property of the tensionable component of the apparatus thereby; 를 포함하는, 장치의 인장 가능한 구성 부품의 성질을 조정하는 방법.&Lt; / RTI &gt; wherein the method comprises adjusting the properties of the tensionable component of the device. 장치의 하나 또는 그 이상의 인장 가능한 구성 부품들의 제조 방법으로서,A method of manufacturing one or more tensionable components of an apparatus, 수용 표면을 갖고, 제 1 수준의 변형을 갖는 엘라스토머 기판을 제공하는 단계;Providing an elastomeric substrate having a receiving surface and having a first level of deformation; 상기 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들을 상기 제 1 수준의 변형을 갖는 상기 엘라스토머 기판의 상기 수용 표면에 결합하는 단계; 및Coupling the one or more device components to the receiving surface of the elastomeric substrate having the first level of deformation; And 상기 기판의 변형의 수준에 있어서 상기 제 1 수준으로부터 상기 제 1 수준과 상이한 제 2 수준의 변형으로 변화시키는 힘을 상기 엘라스토머 기판에 가하는 단계;Applying a force to the elastomeric substrate to change the level of deformation of the substrate from the first level to a second level of deformation different from the first level; 를 포함하고,Lt; / RTI &gt; 상기 기판에 있어서 상기 제 1 수준으로부터 상기 제 2 수준으로의 변형의 수준에 있어서의 상기 변화는 상기 하나 또는 그 이상의 구성 부품들의 구부림을 초래하고, 그에 의하여 상기 기판에 결합된 제 1 단부 및 제 2 단부와 구부림 구성이 제공되는 중앙 영역을 각각 갖는 상기 하나 또는 그 이상의 인장 가능한 구성 부품들을 생성하는, 장치의 하나 또는 그 이상의 인장 가능한 구성 부품들의 제조 방법.Wherein the change in the level of deformation of the substrate from the first level to the second level results in bending of the one or more components thereby forming a first end and a second end coupled to the substrate, Wherein said one or more tensionable components each have a central region provided with an end and a bending configuration. 하나 또는 그 이상의 양각 구조물들을 지닌 수용 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계;Providing a substrate having a receiving surface with one or more relief structures; 장치 구성 부품을 상기 수용 표면과 적어도 부분적으로 정합적으로 접촉하도록 증착하는 단계;Depositing device components in at least partially conformal contact with the receiving surface; 상기 적어도 부분적으로 정합적으로 접촉된 기판 위에 폴리머 스탬프를 주조하는 단계; 및Casting the polymer stamp onto the at least partially coplanar contacted substrate; And 상기 기판으로부터 상기 폴리머 스탬프를 제거하는 단계로서, 그에 의하여 상기 장치 구성 부품을 상기 스탬프로 전사하는 단계;Removing the polymer stamp from the substrate, thereby transferring the device component to the stamp; 를 포함하고, 상기 스탬프로 전사된 상기 장치 구성 부품이 상기 장치 구성 부품을 상기 스탬프에 결합시키는 결합 위치들의 패턴을 갖는, 인장 가능한 장치 또는 장치 구성 부품의 제조 방법.Wherein the device component transferred to the stamp has a pattern of engagement locations coupling the device component to the stamp. a) 기판 표면 위에 구성 부품을 제공하는 단계;a) providing a component on a substrate surface; b) 굴곡진 기하 구조를 갖는 엘라스토머 스탬프를 제공하는 단계;b) providing an elastomeric stamp having a curved geometry; c) 상기 구성 부품을 상기 기판으로부터 상기 스탬프로 전사하는 단계로서,c) transferring the component from the substrate to the stamp, i) 편평한 스탬프 표면을 제공하기 위하여 상기 스탬프에 변형력을 가하는 단계;i) applying a deformation force to the stamp to provide a flat stamping surface; ii) 변형된 상기 스탬프를 상기 기판 위의 상기 구성 부품과 접촉시키는 단계;ii) contacting the deformed stamp with the component on the substrate; iii) 상기 스탬프를 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 리프트함으로써 상기 기판으로부터 상기 구성 부품을 제거하고, 그에 의하여 상기 구성 부품을 상기 기판 표면으로부터 상기 엘라스토머 스탬프 표면으로 전사하는 단계;iii) removing the component from the substrate by lifting the stamp in a direction away from the substrate, thereby transferring the component from the substrate surface to the elastomeric stamp surface; 에 의하여 전사하는 단계; 및Lt; / RTI &gt; And d) 상기 스탬프를 굴곡진 기하 구조로 이완시키기 위하여 상기 변형력을 제거하고, 그에 의하여 팝-업 구성 부품을 제조하는 단계;d) removing the deformation force to relax the stamp into a curved geometry, thereby producing a pop-up component; 를 포함하는, 스탬프 표면상의 팝-업 구성 부품의 제조 방법.Wherein the stamping surface is formed of a metal. 기판 위에 반도체 나노막 물질을 상기 물질의 두께가 40 nm 내지 600 nm 사이가 되도록 제공하는 단계;Providing a semiconductor nanofiber material on the substrate such that the thickness of the material is between 40 nm and 600 nm; 엘라스토머 기판을 제공하는 단계;Providing an elastomeric substrate; 상기 엘라스토머 기판의 한쪽 면을 활성화하는 단계;Activating one side of the elastomeric substrate; 상기 엘라스토머 기판에 이축성(biaxial) 변형을 가하고, 그에 의하여 상기 엘라스토머 기판을 두 방향들로 인장시키는 단계;Applying a biaxial strain to the elastomeric substrate thereby stretching the elastomeric substrate in two directions; 활성화되고 인장된 상기 엘라스토머 기판을 기판 위의 상기 반도체 물질과 접촉시키는 단계;Contacting the activated and stretched elastomeric substrate with the semiconductor material on the substrate; 상기 반도체를 지지하는 기판으로부터 상기 엘라스토머 기판을 벗겨내는 단계로서, 그에 의하여 반도체 나노막을 상기 엘라스토머 기판으로 전사하는 단계; 및Peeling the elastomeric substrate from the substrate supporting the semiconductor, thereby transferring the semiconductor nanofibers to the elastomeric substrate; And 상기 엘라스토머 기판 상의 이축성 변형을 해제하는 단계로서, 그에 의하여 2차원으로 웨이브진 구조물을 갖는 나노막을 생성하는 단계;Releasing biaxial deformation on the elastomeric substrate, thereby creating a nanofilm having a two-dimensional waved structure; 를 포함하는 이축성 인장 가능한 반도체 막의 제조 방법.Wherein the biaxially stretchable semi- 기판의 수용 표면에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들이 사전-패터닝된(pre-patterned) 기판을 제공하는 단계; 및Providing one or more device component parts supported by the receiving surface of the substrate with a pre-patterned substrate; And 인쇄 가능한 반도체 요소들을 상기 기판의 상기 수용 표면 위에 또는 상기 기판 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조물 위에 접촉 인쇄함으로써 상기 기판 위에 복수의 인쇄 가능한 반도체 요소들을 조립하는 단계;Assembling a plurality of printable semiconductor elements on the substrate by printing printable semiconductor elements on the receiving surface of the substrate or on one or more structures provided on the substrate; 를 포함하고, 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들의 적어도 일부분은 상기 기판에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 상기 장치 구성 요소들과 공간적으로 정렬되거나, 전기적으로 접촉하거나, 또는 이들 둘 모두를 만족하도록 배치되는, 장치의 제조 방법.Wherein at least a portion of the printable semiconductor elements are arranged so as to be spatially aligned, electrically contacted, or both with one or more of the device components supported by the substrate, &Lt; / RTI &gt; 기판의 수용 표면에 의하여 지지되는 하나 또는 그 이상의 장치 구성 부품들로 사전-패터닝된 기판을 제공하는 단계;Providing a pre-patterned substrate with one or more of the device components supported by the receiving surface of the substrate; 상기 기판의 상기 수용 표면 위에 또는 그 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조물들 위에 인쇄 가능한 반도체 요소들을 접촉 인쇄하고, 그에 의하여 제 1 장치층을 생성함으로써 상기 기판 위에 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들의 제 1 세트를 조립하는 단계;Contacting and printing printable semiconductor elements over one or more structures provided on or on the receiving surface of the substrate, thereby creating a first device layer thereby assembling the first set of printable semiconductor elements onto the substrate ; 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들의 제 1 세트 위에 수용 표면을 갖는 중간층을 제공하는 단계; 및Providing an intermediate layer having a receiving surface over the first set of printable semiconductor elements; And 상기 중간층의 상기 수용 표면 위에 또는 그 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 구조물들 위에 상기 인쇄 가능한 반도체 요소들을 접촉 인쇄하고, 그에 의하여 제 2 장치층을 생성함으로써 상기 중간층 위에 인쇄 가능한 반도체 요소들의 제 2 세트를 조립하는 단계;A second set of semiconductor elements printable on the intermediate layer are assembled by contacting and printing the printable semiconductor elements on one or more structures provided on or above the receiving surface of the intermediate layer, thereby creating a second device layer ; 를 포함하는 다중층 장치 구조물의 제조 방법.&Lt; / RTI &gt; 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 각 구부러진 구성의 영역들은 굴곡진 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the areas of each curved configuration are curved. 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 적어도 하나의 장치 구성 부품이 금속, 반도체, 절연체, 압전체 (piezoelectric) 물질, 강유전체 (ferroelectric) 물질, 자기변형성 (magnetostrictive) 물질, 전자변형성 (electrostrictive) 물질, 초전도체, 강자성 (ferromagnetic) 물질, 및 열전성 (thermoelectric) 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 물질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the at least one device component is selected from the group consisting of a metal, a semiconductor, an insulator, a piezoelectric material, a ferroelectric material, a magnetostrictive material, an electrostrictive material, a superconductor, a ferromagnetic material, A thermoelectric material, and a thermoelectric material. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; A &lt; / RTI &gt; 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 적어도 하나의 장치 구성 부품이 전자 장치, 광학 장치, 광학-전자(opto-electronic) 장치, 기계 장치, 마이크로 전자 기계 시스템(microelectromechanical system), 나노 전자 기계 시스템(nanoelectromechanical system), 미세유동(microfluidic) 장치, 또는 열적 장치인 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.The at least one device component may be an electronic device, an optical device, an opto-electronic device, a mechanical device, a microelectromechanical system, a nanoelectromechanical system, a microfluidic device, Device, or a thermal device. 제 67 항에 있어서,68. The method of claim 67, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들은 조정 가능한 장치 구성 부품들로서 이들 각각은 상기 적어도 두 개의 구부러진 구성의 영역들에 의하여 제공되는 상기 중앙 영역의 변형의 레벨에 따라 선택적으로 변화하는 적어도 하나의 전자적 성질, 광학적 성질 또는 기계적 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the at least two tensionable interconnects are adjustable device components each of which has at least one electronic property that selectively varies according to the level of deformation of the central region provided by the regions of the at least two curved configurations, Optical properties or mechanical properties of the two-dimensional device array. 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들의 각각은 상기 제 1 단부, 상기 제 2 단부 또는 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 모두와 전기적 콘택을 하는 하나 이상의 콘택 패드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein each of the at least two tensionable interconnects further comprises one or more contact pads making electrical contact with the first end, the second end, or both the first end and the second end. Device array. 제 69 항에 있어서,70. The method of claim 69, 상기 적어도 하나의 장치 구성 부품은 상기 하나 이상의 콘택 패드들과 전기적 콘택을 하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the at least one device component makes electrical contact with the one or more contact pads. 제 70 항에 있어서,71. The method of claim 70, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들의 각각은 코일화된(coiled) 형태, 주름진 형태, 버클링된 형태 또는 웨이브진 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein each of the at least two tensionable interconnects has a coiled, corrugated, buckled or wavy configuration. 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 적어도 두 개의 구부러진 구성의 영역들의 각각은 접힘 영역(folded region), 볼록 영역, 오목 영역, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein each of the at least two curved configurations of regions comprises a folded region, a convex region, a concave region, or any combination thereof. 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 가요성 기판은 엘라스토머성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the flexible substrate comprises an elastomeric material. 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들의 각각의 중앙 영역은 상기 적어도 두 개의 구부러진 구성의 영역들 사이에 배치된 적어도 하나의 콘택 지점을 포함하고, 상기 적어도 하나의 콘택 지점의 각각은 상기 가요성 기판의 지지 표면과 물리적으로 소통하고, 구부러진 구성의 각각은 비-선형의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein a central region of each of said at least two tensionable interconnects comprises at least one contact point disposed between regions of said at least two curved configurations, And wherein each of the curved configurations has a non-linear configuration. &Lt; Desc / Clms Page number 13 &gt; 제 74 항에 있어서,75. The method of claim 74, 상기 적어도 하나의 콘택 지점은 상기 기판의 지지 표면에 결합되는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the at least one contact point is coupled to a support surface of the substrate. 제 74 항에 있어서,75. The method of claim 74, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들은 복수의 인장 가능한 상호접속부들이고, The at least two tensionable interconnects are a plurality of tensionable interconnects, 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 콘택 지점으로부터 연장되는 셋 이상의 구부러진 구성의 영역들 및 상기 지지 표면과 물리적으로 소통하는 적어도 하나의 콘택 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein at least one of the plurality of retractable interconnections comprises at least one contact point that physically communicates with the support surface and areas of at least three bent configurations extending from the at least one contact point. Dimensional device array. 제 57 항에 있어서,58. The method of claim 57, 상기 적어도 하나의 장치 구성 부품은 복수의 장치 구성 부품들이고,Wherein the at least one device component is a plurality of device components, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호 접속부들은 복수의 인장 가능한 상호 접속부들인 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the at least two tensionable interconnects are a plurality of tensionable interconnects. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 2차원 장치 어레이는 그리드(grid) 구성, 꽃모양(floral) 구성, 브리지 구성, 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the two-dimensional device array has a grid configuration, a floral configuration, a bridge configuration, or any combination thereof. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 복수의 장치 구성 부품들 중의 하나 이상은 이웃하는 장치 구성 부품들과 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein at least one of the plurality of device components is coupled by the plurality of tensionable interconnects with neighboring device components. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들 중의 적어도 하나는 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들 중의 다른 것과 상이한 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein at least one of the plurality of tensionable interconnects is oriented in a direction different from the other of the plurality of tensionable interconnects. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 2차원 장치 어레이의 적어도 일부분은 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들 중 서로에 대하여 평행한 방향으로 정렬된 둘 이상 또는 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들 중 둘 이상의 상이한 방향으로 배향된 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.At least a portion of the two-dimensional array of devices includes two or more of the plurality of tensionable interconnects aligned in two or more different directions of the at least two or more of the plurality of tensionable interconnects aligned in a direction parallel to each other Dimensional array. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 2차원 장치 어레이는 둘 이상의 장치 층(device layers)들을 포함하고, Wherein the two-dimensional device array comprises two or more device layers, 각 장치 층은 복수의 장치 구성 부품들 및 복수의 인장 가능한 상호접속부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Each device layer comprising a plurality of device components and a plurality of tensionable interconnections. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 가요성 기판의 지지 표면의 적어도 일부는 곡면이거나, 오목하거나, 볼록하거나 또는 반구형인 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein at least a portion of the support surface of the flexible substrate is curved, concave, convex or hemispherical. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 2차원 장치 어레이가 광감지기, 광 다이오드 어레이, 디스플레이, 발광 장치, 광전지(photovoltaic) 장치, 센서 어레이, 시트 스캐너, LED 디스플레이, 반도체 레이저 어레이, 광학 이미징 시스템, 대면적 전자 장치, 트랜지스터 어레이, 논리 게이트 어레이, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 이들의 임의의 조합 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Wherein the two-dimensional array of devices is selected from the group consisting of photodetectors, photodiode arrays, displays, light emitting devices, photovoltaic devices, sensor arrays, sheet scanners, LED displays, semiconductor laser arrays, optical imaging systems, A gate array, a microprocessor, an integrated circuit, or any combination thereof. 제 77 항에 있어서,78. The method of claim 77, 상기 2차원 장치 어레이가 꽃모양 (floral) 구성을 갖고,Wherein the two-dimensional device array has a floral configuration, 상기 적어도 두 개의 인장 가능한 상호접속부들은 복수의 인장 가능한 상호접속부들이고,The at least two tensionable interconnects are a plurality of tensionable interconnects, 상기 복수의 인장 가능한 상호접속부들 중 적어도 하나는:Wherein at least one of the plurality of tensionable interconnections comprises: 상기 지지 표면과 물리적으로 소통하는 적어도 하나의 콘택 지점; 및At least one contact point in physical communication with the support surface; And 상기 적어도 하나의 콘택 지점으로부터 연장되는 셋 이상의 구부러진 구성의 영역들;Regions of at least three bent configurations extending from the at least one contact point; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 장치 어레이.Dimensional array. &Lt; Desc / Clms Page number 13 &gt; 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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