KR101979354B1 - 프로그램 변형을 실행하도록 설계된 과도 장치 - Google Patents

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피오렌조 쥐. 오멘또
숙원 황
후 타오
대형 김
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더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈
트러스티즈 오브 터프츠 칼리지
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 내부 및/또는 외부 자극의 적용 시, 전기적 및/또는 물리적으로 변형하는 능동형 및 수동형 장치들을 포함하는 과도 장치를 제공한다. 물과도 전자 장치의 질들, 모델링 툴들, 제조 접근법들, 장치 설계들 및 시스템 수준 예시들이 제공된다.

Description

프로그램 변형을 실행하도록 설계된 과도 장치{TRANSIENT DEVICES DESIGNED TO UNDERGO PROGRAMMABLE TRANSFORMATIONS}
본 발명은 과도 장치들(transient devices)에 관한 것으로, 일반적으로, 프로그램적으로 변형하도록 설계된 수동형 및 능동형 장치들에 관한 것이다.
본 발명은 과도 장치들(transient devices)에 관한 것으로, 일반적으로, 프로그램적으로 변형하도록 설계된 수동형 및 능동형 장치들에 관한 것이다.
본 발명은 과도 장치들(transient devices)에 관한 것으로, 일반적으로, 프로그램적으로 변형하도록 설계된 수동형 및 능동형 장치들에 관한 것이다.
과도 장치들은 중요한 어플리케이션(application)들의 범위에 대한 잠재성(potential)이 있다. 예를 들어, 환경 분해성 환경 센서(eco-degradable enviro㎚ental sensor)들은 장치 회수(device collection)의 필요성을 피하고, 몸에서 제거되고, 분해되는 생체 흡수성 의료 장치들은 독성과 염층을 피한다. 전략적으로, 미선택된 시간후나, 유발된 자극의 적용 후에 분해되는 군용 장치는 적들에게 지식이나 자료들이 전송되는 것을 피한다. 이처럼 구상된 모든 어플리케이션들은 중요하지만, 과도 장치의 구현은 설계 계획들에 따라 달라진다. 과도 장치들을 위한 설계 계획들은 (i)분해성 장치 소자 물질들 및 분해성 기판들을 이용하여 장치 제조를 지지해야 하고, (ii)장치의 유용한 수명의 정확한 제어를 제공해야 하며, (iii) 대상 환경 내에서 주어진 장치를 위해 적절하게 호환가능하고, 변화하는 물질을 이용해야 한다.
최근, 많은 특허들과 논물들이 과도(transient) 성질을 가지는 장치들을 공개해왔다. 예를 들면, Kim 외., “Silicon electronics on silk as a path to bioresorbable implantable devices” , Appl. Phys. Lett. 95, 133701 (2009); 미국 특허 출원 공개 제 2011/0230747호; 및 국제 특허 출원 공개 제 WO 2008/085904호는 생체 분해성 반도체 물질과 생체 분해성 기판을 포함할 수 있는 생체 분해성 전자 장치들을 공개한다.
Bettinger 외. , “Organic thin film transistors fabricated on resorbable biomaterial substrates” , Adv. Mater., 22(5), 651-655 (2010); Bettinger 외. , “Biomaterial-based organic electronic devices” , Poly. Int. 59(5), 563-576 (2010); 및 Irimai-Vladu, “Enviro㎚entally sustainable organic field effect transistors” , Organic Electronics, 11, 1974-1990 (2010)는 생체 분해성 유기 전도체 물질 및 생체 분해성 기판을 포함할 수 있는 생체 분해성 전자 장치들을 공개한다. 국제특허 출원 공개 제2008/108838호는 진단 및 치료 어플리케이션들을 위한 섭취 가능한 장치들을 공개한다. Kozicki 외., “Programmable metallization cell memory based on Ag-Ge-S and Cu-Ge-S solid electrolytes” , NonVolatile Memory Technology Symposium, 83-89 (2005)는 전해질 내의 금속 이온이 고체 금속 인터커넥트들을 형성하거나 제거하기 위해, 감소하거나 산화될 수 있는 메모리 장치들을 공개한다.
관련된 어플리케이션들에 대한 상호 참조
본 출원은 2011년 12월 1일 및 2012년 4월 20일에 각각 출원된 미국 임시 특허 출원 제61/565,907호 및 제61/636,510호 전부를 참조함으로써 우선권을 주장한다.
연방정부가 주최한 연구 또는 개발과 관련한 성명서
본 발명의 적어도 일부는 미국 정부의 지원으로 만들어졌으며, DARPA 상 제 W911NF-11-1-0254호에 의해 수상되었다. 미국 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 가진다.
본 발명은 적어도 하나의 내부 및/또는 외부 자극의 어플리케이션 시, 물리적, 화학적 및/또는 전기적으로 변화하는 능동형 및 수동형 장치들을 포함하는 과도 장치들을 제공한다. 프로그램, 제어 및/또는 선택 가능한 분해 속도를 각각 가지는 분해가능항 장치 소자들, 분해성 기판들 및/또는 분해성 캡슐화 물질들의 통합은 장치 변화의 방법을 제공한다. 일부 실시예들에서, 예시적으로, 본 발명의 과도 장치들은 분해성 고성능 단결정 무기 물질들을 분해성 기판과 결합한다. 분해성 단결정 무리 물질들의 통합은 최신 전자 및 기계 성질들(예를 들면, 휨 강성, 영률, 곡률 반경 등) 및 장치 속성(예를 들면, 유연성, 신축성 등)을 제공한다.
본 발명은
수동형 과도 전자 장치(passive transient electronic device)에 있어서,
기판; 및
상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하고,
상기 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형 가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일(transience profile)을 가지며,
상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형은 기선택된 시간 또는 기선택된 속도로 상기 내부 또는 외부의 자극에 대한 응답으로 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형(programmable transformation)을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 상기 수동형 과도 전자 장치의 기능 변경을 제공하는 것을 특징으로 하는 수동형 과도 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
능동형 트리거 과도 전자 장치(actively triggered transient electronic device)에 있어서,
기판;
상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하고,
상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금송성 전도체 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지며,
사용자에 의해 개시된 외부 트리거 신호에 응답하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들과 작동 가능하도록 연결된 액츄에이터을 포함하고,
여기서, 상기 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 상기 액츄에이터는 내부 또는 외부 자극에 대한 응답으로 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형을 직접 또는 간접적으로 개시하여, 상기 외부 트리거 신호에 대한 능동형 트리거 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고,
상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 상기 능동형 트리거 과도 전자 장치의 기능 변경을 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
수동형 과도 전자 장치를 이용하는 방법에 있어서,
기판;
상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들, 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하는 수동형 과도 전자 장치를 제공하는 단계:
외부 또는 내부 자극에 대해 상기 수동형 과도 전자 장치를 노출함으로써, 상기 수동형 과도 전자 장치를 프로그램 작동 가능하게 변환하는 단계를 포함하고,
여기서, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형 가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일(transience profile)을 가지며,
여기서, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형은 기선택된 시간 또는 기선택된 속도로 상기 내부 또는 외부의 자극에 대한 응답으로 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형(programmable transformation)을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 상기 수동형 과도 전자 장치의 기능 변경을 제공하는 것을 특징으로 하는 수동형 과도 전자 장치를 이용하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
과도 전자 장치를 형성하는 방법에 있어서,
장치 기판을 제공하는 단계;
하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 상기 기판상에 제공하는 단계;
이로써, 상기 과도 전자 장치를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지고,
상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 상기 적어도 부분적인 변형은 상기 외부 또는 내부 자극에 대한 응답 및 기선택된 시간 또는 기선택된 속도로 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 수동형 과도 전자 장치의 기능 변화를 제공하는 것을 특징으로 하는 과도 전자 장치를 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명은 적어도 하나의 내부 및/또는 외부 자극의 어플리케이션 시, 물리적, 화학적 및/또는 전기적으로 변화하는 능동형 및 수동형 장치들을 포함하는 과도 장치들을 제공한다. 프로그램, 제어 및/또는 선택 가능한 분해 속도를 각각 가지는 분해가능항 장치 소자들, 분해성 기판들 및/또는 분해성 캡슐화 물질들의 통합은 장치 변화의 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 과도 장치의 예시적인 개략도를 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 과도 장치를 이용한 예시적인 단계들을 도시한 순서도를 제공한다.
도 3a내지 도 3d는 주요 물질들, 장치 구조들 및 반응 메커니즘들과 함께 과도 전자 플랫폼(platform)을 보여주고 있다.
a, 모든 얇은 실크 기판상에 인터커넥트(interconnect)들 및 층간 절연막들과 함께 모든 필수 물질들 및 트랜지스터들, 다이오드들, 인덕터들, 캐패시터들 및 저항들과 같은 몇몇 대표적인 장치 부품들을 포함하는 과도 전자 플랫폼의 이미지이다.
b, 오른쪽 하단에 삽입된 평면도에 대한 상기 장치의 분해된 형상을 보여주는 개략도로써, 실리콘 나노박막(silicon nanomembrane)들(Si NMs: 반도체) 및 마그네슘(Mg, 컨덕터)의 박막, 산화 마그네슘(MgO, 유전체), 이산화규소(SiO2 , 유전체) 및 실크(silk)(기판 및 패키징 재료(packaging material))과 같은 모든 물질들은, 물에서 가수분해 및/또는 간단한 용해에 의해 사라진다는 점에서 과도이다.
c, 물에서 완전 침지(complete immersion)에 의해 유도된 상기 형태의 시간적 순서에 따른 물리 현상을 보여주는 이미지이다.
d, 물과 함께 구성 물질들 각각에 대한 화학적 반응들이다. 실리콘(Si)과 이산화규소(SiO2)에 대한 반응은 Si(OH)4를 얻을 수 있고, 마그네슘(Mg)과 산화 마그네슘(MgO)은 Mg(OH)2를 얻을 수 있다. 실크는 베타시트 함유량(즉, 결정성) 증가에 대한 감소하는 속도로 직접 용해한다.
도 4a 내지 도 4f는 과도 전자 물질들, 장치들의 실험 연구들 및 상응하는 이론적 분석을 나타낸다.
a, 인산 완충 식염수(PBS: phosphate buffered saline)에서 가수분해에 의한 용해의 다양한 단계들에서, 단결정 실리콘 나노막(nanomembrane)(Si NM; 초기크기:
Figure 112014062089431-pct00001
)의 원자간력 현미경(Atomic force microscope)에서 지형적 이미지(topographical image)들이다.
b, 실리콘에서 과도성(transience)의 이론적 모델에서 사용된 가수분해 및 확산의 과정의 다이어그램이다. 비슷한 모델들은 다른 과도 물질들에 적용된다.
C, 37
Figure 112014062089431-pct00002
, PBS에서 35㎚(검정), 70㎚(파랑), 100㎚(빨강)의 다른 두께를 가진 Si NMs 의 시간에 따른 용해에 대한 실험적 결과들(기호들) 및 시뮬레이션들(선(line) 들)이다.
d, MgO(10㎚ 두께)의 상층의 Mg(150㎚ 두께) 트레이스인 구불구불한 트레이스(trace)의 용해에 대한 광학 현미경 이미지들이다.
e, 실험(기호들) 및 시뮬레이션(선들)은 다른 물질들 및 두께의 캡슐화 층들의 사용에 의해 Mg(300㎚ 두께)의 비슷한 트레이스의 용해 시간을 조정하는 능력을 보여주는 결과이다. 여기서, 길이가 표준화된 저항의 측정은 과도성 시간들이 MgO(400㎚, 빨강; 800㎚, 파랑) 및 실크(상태 i, 청녹; 상태 ii, 보라)의 캡슐층들에 대해 점차 증가하는 것을 보여주고 있다. 간단한 도식으로, 과도성 시간들은 몇 일 또는 더 긴 분(minute)으로부터 범위에서 조절될 수 있다. 과도성을 위해 고려된 시간대는 단기(분 내지 일(minutes to days)), 중기(일 내지 주(days to weeks)), 장기(주 내지 달 또는 년(weeks to months or years))이다. 실크 패키징 계획들은 이러한 시간들을 더욱 연장할 수 있다.
f, MgO 및 결정화된 실크와 함께 캡슐화된 n-채널 트랜지스터들을 가진 장치수준에서 과도성의 측정. 과도성은 빠른 분해 뒤에, 몇일 동안 시간에 독립적인 작동을 포함하는 이중적 속도를 보여준다. 캡슐화층들 및 Mg 전극들에서 과도성은 제 1 및 제 2 요소시간(timescale)들을 정의한다. 캡슐화 층 및 캡슐화 층의 두께에 대한 물질은 이러한 방식으로, 장치 작동으로부터 분리되는 방법으로 과도성 시간을 정의한다.
도 5a 내지 도 h는 간단한 집적 회로들과 센서 배열들을 포함하는 과도 전자 장치들, 회로들 및 센서들의 이미지들 및 전자적 성질들을 나타낸다. a, Mg 전극들과 MgO 절연층(좌측)을 가지고 제조된 LC(인턱터-캐패시터) 오실레이터의 이미지 및 뱀모양의 Mg 레지스터(우측)들을 가진 실리콘 다이오드들의 이미지. b, 3GHz(좌측)까지의 주파수에서 인덕터(파랑), 캐패시터(검정) 및 LC오실레이터(빨랑)의 S21 산란계수(scattering parameter)의 측정들. 세개의 다른 Mg 레지스터들(우측)과 연결된 실리콘 다이오드들의 전류-전압(I-V) 특성들. c, p-채널(좌측) 금속 산화물 반도체 전게 효과 트랜지스터(MOSFETs) 과 n-채널 MOSFET으로 구성된 논리 게이트(logic gate)(인버터; 우측)의 배열 이미지들. 각각의 MOSFETs은 Mg 소스, 드레인, 게이트 전극들, MgO 게이트 유전체 및 Si NM 반도체들로 구성된다. 다이어그램에서 보여주는 회로 구성에서, 인버터는 인터커넥트(interconnect)들용으로 Mg를 사용하고, 소스, 드레인, 게이트 전극들용으로 Au를 사용한다. d, 전형적인 n-채널 MOSFET(좌측, 채널 길이(L) 및 폭(W)은 각각 20 ㎛ 과 900 ㎛이다)의 I-V특성들. 문턱전압, 이동도 및 on/off 비율(ratio)은 각각 -0.2 V, 660 cm2/V?, 및 > 105이다. 인버터(우측, L과 W는 입력 트랜지스터 용으로 각각 20 ㎛와 700 ㎛이고, 로드 드랜지스터 용으로 각각 500 ㎛ 과 40 ㎛이다)용 전사 특성. 전압 게인은 ~8이다. e, Si NM 레지스터들(좌측)에 따라 스트레인 센서들의 모음 및 차단 다이오드(blocking diode)들과 함께 Si NM광검출기들를 다룰 수 있는 배열의이미지. 두 가지 경우에, Mg는 접하여 전극들을 서로 연결하고, MgOsms 유전체 층들로써의 역할을 한다. f, 반복적인 로딩(cyclic loading)(좌측)동안 시간의 기능으로써, 전형적인 스트레인 게이지(strain gauge) 저항의 부분 변경. 휨은 일축으로 최대 ~0.2 %까지 인장성(tensile)(빨강) 및 압축성(compressive)(파랑) 스트레인들을 포함한다. 광검출기 배열(우측)로 수집된 로고 이미지. g, 캡슐화되지 않은 Mg 인터커넥트의 선택적인 용해에 의해 NOR(좌측)에서 NAND(우측)로 작동하는 경우에, 제어된 과도성이 기능적인 변형에 영향을 주는 로직 게이트들의 이미지. h, (NOR, 좌측)전과 (NAND,우측) 후에 회로의 출력전압 특성들. Va와 Vb는 입력 접압을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6g는 생체 내에서 열치료에 대해 생체 습수성 장치의 평가 및 예이다. a, BALB-c쥐의 피하 등 지역(sub-dermal dorsal region)에서 과도 전자 장치를 위한 이식된 시연 플랫폼(좌측) 및 봉합된 시연 플랫폼(우측)의 이미지들. b, 3주 후 이식 부위(좌측). 실크 필름의 부분적으로 흡수된 지역을 보여주는 3주후 절제된 이식 부위에서 조직의 조직학적 섹션(Histological section)(우측). (A, 피하조직; B, 실크 필름; C, 근육층) c, 이식후 즉시, 이식후 여러 시간 간격들로, 실크 패키지에서 배치 전과 후, 이식된 과도 RF 메타물질 구조의 공진 응답. d, 메타물질을 위해 측정되고 산출된 Q팩터. 결과들은 실크 패키지를 통해 생체-유체의 확산에 의해 지배되는 과도성을 나타낸다. e, 제 1 무선 코일(70 MHz; 외부 코일)과 연결된 두 개의 레지스터들(빨간 개요) 및 독립적으로 제어 가능한(addressable) 제 2 무선 코일(140 MHz; 내부 코일)과 연결된 제 2 레지스터(파란 개요)로 이루어진 열적 치료를 위한 과도 무선 장치. 삽도는 내부 및 외부 코일들 둘다를 동시에 구동시키기 위해, 두 개의 주파수에서 동작하는 일차코일(primary coil)과 결합된 본 장치의 열적 이미지를 보여주고 있다. f, 과도 열 치료 장치를 위해 봉합된 이식 부위 옆에 일차 코일. 삽도는 장치의 이미지를 보여주고 있다. g, 피부를 통해 무선으로 장치에 전원이 켜지는 동안 수집된 열 이미지; 확대하여 보여주는 삽도로, 예상된 위치에서 고온 지점(주변환경(background)을 넘는 5 ℃)보여주고 있다.
도 7은 실크 기판 상에 과도 전자 장치를 위한 구부러진 시연 플랫폼의 이미지이다. 플랫폼의 상태는 도 3a를 나태낸다.
도 8a내지 도8e는 PBS 내에서 다양한 상태로 용해된 Si NMs의 표면 형상이고, 세 가지 다른 초기 두께에서 원자력간 현미경을 사용하여 측정되었다. a, 70 ㎚, b 및 c, 30 ㎚, d 및 e, 100 ㎚.
도 9a 내지 도 c는 PBS에서 과도 전자 물질들의 얇은 층들의 시간에 따른 두께 변화를 나타낸다. a, 실온에서 Si NM, b, 실온에서 PECVD SiO2 , c, 37 ℃에서 PECVD SiO2.
도 10a 내지 도 10e는 물에서 용해동안 다양한 물질들로 캡슐화되는 Mg의 구불구불한 트레이스의 전류-전압 특서들의 변화를 나타낸다: a는 시간의 함수로써, Mg트레이스(300㎚)의 길이-표준화된 저항 변화에 관하여, 실험적(심볼) 및 분석적(선) 결과를 나타내고, 삽도는 Mg 트레이스의 이미지를 보여주고 있다. b는 Ti/Mg (5/300㎚)이고, c는 Ti/Mg/MgO (5/300/400 ㎚)이고, d는 Ti/Mg/MgO (5/300/800 ㎚)이고, e는 Ti/Mg/MgO/silk (i) (5/300/400 ㎚/ 50 ㎛)이고, f는 Ti/Mg/MgO/silk (ii) (5/300/800 ㎚/ 50 ㎛)이다.

도 11a 내지 도 11b는 물에서 과도 전자 물질들의 시간에 따른 용해를 나타낸다. 접착 촉진레로써 Ti의 5㎚ 층을 가지는 a, MgO (150 ㎚) 및 b, Mg (300 ㎚).
도 12a 내지 도 12c는 과도성 속도를 가속화하기 위한 수단으로, 분해되도록 설계된 과도 전자 장치들의 이미지 및 전자적 특성을 나타낸다. a, 실리콘 트랜지스터들의
Figure 112014062089431-pct00003
배열 이미지(제 1 프레임). 각각의 트랜지스터는 능동형 채널 영역들을 위해 Si 나노리본들의 배열들을 사용한다(제 2 프레임). 제 3 프레임(3분) 및 제 4프레임(5분)들에서 도시된 바와 같이, 상기 나노리본은 용해의 초기 단계에서 개별적인 조각들로 분해된다. b, 용해 전(제 1 및 제 2 프레임)과 후(제 3 및 제 4프레임)에, Si 나노리본들과 함께 제작된 실리콘 다이오드들의
Figure 112014062089431-pct00004
배열 이미지들. c, 분해되는 트랜지스터들로부터 선형(파랑) 및 로그 스케일(빨강) 전송 곡선들(좌측), 분해되는 트랜지스터들의 전류-전압(I-V) 곡선들(중간) 및 분해되는 다이오드들의 I-V특성들(우측).
도 13a 내지 도 13b는 a, PLGA, 및 b, 콜라겐으로 캡슐화된, 물에서 Mg의 용해한 구불구불한 트레이스의 저항에 있어서, 길이-표준화된 변화이다.
도 14a 내지 도 14b에 있어서, a는 4V, 5V, 및 6V의 게이트 전압에서 채널 길이의 함수로써, 폭-정규화된 저항에 의해 평가된 n-형 MOSFET들에서 Mg 및 Au 소스/드레인 전극들의 비교이다. b는 150 ㎚ 및 300㎚의 두 개의 각각 다른 두께에 대해, 다수의 선폭들에대한 Mg 및 Au 트레이스들의 측정된 저항들이다. c는 Mg 및 Au 소스/드레인 전극들을 사용하는 MOSFET들로부터 전송 곡선(좌측), I-V특성들(우측)이다.
도 15a 내지 도 15i에 있어서, a는 여러 사이즈를 가지는 과도 캐패시터들의 이미지들이다. 두 개의 Mg 전극들의 겹치는 영역은
Figure 112014062089431-pct00005
(검정),
Figure 112014062089431-pct00006
(빨강),
Figure 112014062089431-pct00007
(파랑),
Figure 112014062089431-pct00008
(보라)이다. b는 MgO(좌측) 및 SiO2(우측) 유전체를 이용하여 측정된 캐패시턴스들이다. c는 Mg 소스, 드레인, 게이트 전극들, MgO 게이트 유전체들 및 Si NM 활성층들로 이루어진 n-채널 과도 MOSFET들의 이미지이다. d는 c에 도시된 대표적인 MOSFET들의 선형(검정) 및 로그 스케일(파랑) 전송 곡선이다. e는 도 5c의 좌측 프레임에 도시된 p-채널 과도 MOSFET의 선형(검정) 및 로그 스케일(파랑)의 전송 곡선들이다. 채널길이(L) 및 폭(W)는 각각 20 ㎛ 및 600 ㎛이다. 문턱전압, 이동도 및 온/오프 비율은 각각 -6 V,
Figure 112014062089431-pct00009
및
Figure 112014062089431-pct00010
이다. f는 Si NM 다이오드들 기반의 온도 센서들의 상호 연결된
Figure 112014062089431-pct00011
배열의 이미지이다. g는 다양한 온도들에서 온도 센서의 I-V 특성들(좌측)이다. 전압들은 여러 온도에서 10
Figure 112014062089431-pct00012
의 출력 전류를 산출하기 위해 온도 센서에 인가되었다. 얻어진 보정 곡선으로부터 전압-온도 기울기는 ~ -2.23 mV/℃이다(우측). H는 Mg 레지스터들, Mg 인터커넥트들 및 층간 유전체로써 MgO를 사용하는 온도 센서들의
Figure 112014062089431-pct00013
배열의 이미지이다. i는 h(좌측)에서 도시된 대표 온도 센서의 I-V특성들이다. 온도에 대해 Mg 온도 센서의 저항의 측정된 의존도이다(우측). 온도가 증가함에 따라, 저항은 ~0.14W/℃ 의 기울기로 증가한다.
도 16a 내지 도 16d에 있어서, a는 ~3 ㎛ 두께의 Si 플레이트들 및 Mg 인터커넥트들을 사용하는 태양전지들의 이미지이다(좌측). 전압의 함수로써, 대표적인 장치로부터 측정된 전류 밀도 및 전력(우측)이다. b는 적용된 인장(빨강) 및 압축성 스트레인(파랑)의 함수로써, 실로콘 레지스터의 저항의 함수 변화의 실험적(심볼) 및 분석적 결과들(선)이다. C는 도 5e의 우측 프레임에 도시된 대표 픽셀의 I-V특성들이다. 어두움(빨강) 및 밝음(파랑)은 각각 온(on)과 오프(off)의 광원(light source) 상태를 나타낸다. d는 객체가 스캔되고, 기록된 이미지들의 집합이 해상도를 향상시키도록 결합되는 모드에서 동작되는 과도 광검출기들의
Figure 112014062089431-pct00014
배열에서 획득된 다양한 이미지들이다. 각각의 삽도는 원래의 객체 패턴을 보여주고 있다. 객체를 포함하는 간단한 광학 셋업(set-up), 확산 광원(diffusive light source), 평-볼록 렌즈들(plano-convex lens) 및 별도의 데이터 획득 프로그램은 사용된다. 렌즈와 소스 (source)이미지 사이의 거리는 98밀리미터였다. 특정 경우에, 오버스캐닝 절차는 오작동 필섹의 효과들을 제거하는데 사용되었다.
도 17a 내지 도 17는 다양한 센서들의 개별적인 픽셀 레이아웃들을 나타낸다. a, Si 다이오드 기반의 온도 센서(좌측), Mg 레지스터(우측), b, Si 태양전지, c, Si 스트레인 센서(strain sensor), d, Si 광다이오드. 삽도는 각각 센서의 전기적 개략도를 도시한다.
도 18a 내지 도 18b에 있어서, a는 과도 카메라에 의해 캡쳐된 수정되지 않은 정규화된 이미지를 보여주는 이미지이다. 빨간색으로 강조된 영역들은 오작동한 픽셀들(malfunctioning pixels)과 대응한다. 효과는 오버스캐닝(overscanning)에 의해 제거될 수 있다. b는 상기 오버스캐닝 과장의 결과이다.
도 19a 내지 도 19h는 기능적으로 제어된 변형 전과 후, 과도 전자 회로들의 이미지들 및 전기적 특성을 나타낸다. a, 전략적인(strategic) Mg 인터커넥트의 용해에 의해 NAND게이트(좌측)에서 인버터 및 트랜지스터(우측)으로 변형의 이미지들. b, 입력 전압들을 나타내는 VA와 VB를 가지는 NAND게이트의 전기적 특성(좌측) 및 변형후 인버터의 전압 전송 특성(우측). c, 전략적인 Mg 인터커넥트의 용해에 의해 NAND게이트(좌측)에서 분리된(isolated) 트랜지스터들(우측)으로의 변형 이미지들. d, 변형 후, 결과 트랜지스터의 전송 곡선(좌측) 및 전류-전압 특성들(우측)의 선형 및 로그 스케일 그래프들. e, 전략적인 Mg 인터커넥트의 용해에 의해 NOR게이트(좌측)에서 개별적인 트랜지스터들(우측)으로의 변형 이미지들. f, NOR게이트의 출력 전압 특성들(좌측) 및 변형 후, 트랜지스터의 I-V특성. g, Mg 인터커넥트의 용해에 의해 Mg레지스터(좌측)에서 Si 다이오드(우측)으로의 기능적인 변화 이미지. h, Mg 레지스터(좌측) 및 Si 다이오드(우측)의 I-V특성.
도 20a 내지 도 20b는 생체 적합성의 추가적인 조직학적 분석을 나타낸다. 본 실시예는 2주동안 이식 후의 실크 장치에 해당한다. a와 b는 저배율 및 고배율에서 이미지들의 복합적 모음들을 보여주고 있다. (A, 피하조직; B, 실크 필름; C, 근육층)
도 21a 내지 도 21c는 a, 평행한 두 개의 실리콘 레지스터들과 통합된 무선 전력 코일의 이미지, b, 실리콘 레지스터들의 I-V 특성들. c, 2개의 레지스터들과 유도 결합을 통해통해 무선으로 전원이 켜지는 가열 코일(heating coil)의 적외선(IR) 이미지.
도 22는 다양한 입력 전력들을 이용하여 68 MHz의 주파수에서 개별적으로 구동된 히터의 적외선 이미지: 0 % (상단 좌측), 18 % (하단 좌측), 20 % (상단 우측), 및 25 % (하단 우측).
도 23a 내지 도 23c는 유도 코일과 통합된 Mg레지스터의 시연: 1-레지스터(좌측) 및 2-레지스터(우측). b, Mg레지스터에 대해 측정된 I-V특성들. c, Mg레지스터들의 다른 개수를 가지는 코일의 IR 이미지들: 1레지스터(좌측) 및 2레지스터(우측).
도 24a 내지 도 24h는 장치-수준의 연구들을 위해 사용되는 과도 장치들의 레이아웃들을 나타낸다. a, n-채널 MOSFET들, b, (a)에서 점선 흰색 박스에 상응하는 개별적인 n-채널 MOSFET, c, (d)에 점선 흰색 박스에 상응하는 개별적인 Si 다이오드들, d, Si 다이도드들, e, NAND게이트, f, (e)에서 점선 흰색 박스에 상응하는 개별적인 NAND 게이트, g, (h)에서 점선 흰색 박스에 상응하는 개별적인 Mg 레지스터, h, Mg 레지스터들.
도 25a 내지 도 25b는 과도성 장치 수준의 연구들을 위한 구조들을 나타낸다. a, PDMS 벽 및 원격 탐침용 패드들을 나타내는 개략도, b, 테스트하에서 장치들의 배열의 상면도.
도 26a 내지 도 26d는 장치수준에서 과도성의 연구들 및 과도성의 가변성을 나타낸다. a, 선형(좌측) 및 로그 스케일(우측)은 물에서 침지 후 시간의 함수로써, 도 4f에 도시된 장체에 상응하는 과도 n-채널 MOSFET으로부터 측정된 전달곡선(transfer curve)들. 데이터는 과도성으로 처음 ~4 day동안 무시할만한 성질의 변화 후, 급격한 붕괴가 일어나는 이중 반응속도를 보여준다. MgO및 실크 캡슐화층들의 두께들은 제 1 시간 규모를 결정하고; Mg 전극들의 두께는 제 2 시간 규모를 정의한다. b, 전류의 시간에 따른 변화들(좌측) 및 실리콘 다이오드들의 전류-전압 특성들(우측). 전체적인 과도 동작들은 MOSFET의 동작과 유사하다. 삽도(inset)은 장치 배열의 이미지를 보여준다. c, 유사한 조건 및 0V의 입력 전압을 이용하여 측정된 논리 게이트(NAND)의 출력 전압 특성들. 삽도는 장치들의 배열 이미지를 보여준다. d, 시간의 함수로써, Mg 트레이스들에서 함수적 저항 변화 및 길이-정규화된 저항의 측정. 삽도는 저항들의 배열을 보여준다.
도 27a 내지 도 27d는 과도 무선 열 치료 장치에 의해 제공된 세균 억제에 대한 생체내 테스트들을 나타낸다. a, 무선 전력 전달을 위한 아가 아래 및 일차코일과 함께 각각 세 개의 다른 과도 장치들의 이미지들 ―분리된 구불구불한 마그네슘 레지스터(좌측), 분리된 Mg RF 유도 코일(중간), 상호연결된 레지스터 및 코일(코일+레지스터, 우측). b, 레지스터(좌측), 코일(중간), 및 히터(우측)의 확대 보기. c, 80 MHz의 주파수에서 유도적으로 전원이 켜진 장치들과 아가 플레이트의 적외선 이미지들. 레지스터(좌측) 및 코일(중간)은 예상과 같이, 무시할만한 가열을 보여주고 있다. 통합된 장치(우측)은 레지스터의 위치에서 ~50℃의 최대온도(peak temperature)를 보여주고 있다. d, 배양 후, 세균의 이미지들. 결과들은 레지스터(좌측) 및 코일(중간)의 경우들에 대해서 세균 클리어런스(bacteria clearance)가 없음을 보여주고 있다. 통합된 장치는 레지스터 및 가장 고온 중심 영역에 상응하는 지역에서 세균 클리어런스를 나타낸다(우측).
도 28a 내지 도 28b는 용해 속도를 잡아내기 위해 사용되는 이론적 모델들에 대한 개략도이며, 도 28a는 단층이고, 도 28b는 이중층을 나타낸다.
도 29는 플라즈마 강화된 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 증착된 SiO2 필름들의 다른 두께에 있어서, 용해의 다양한 단계들에서 AFM 이미지들 및 선 프로파일(line profile)들을 나타낸다: a와b는 35㎚이고, c와 d는 70㎚이고, e와 f는 100㎚이다.
도 30은 37℃, PBS에서 35 ㎚(검정), 70 ㎚(파랑), 100 ㎚(빨강)의 다양한 두께들을 가지는 Si NM들의 시간 의존적인 용해에 대한 테스트 결과들(심볼(symbol)들) 및 이론적 예상들(선(line)들)을 나타낸다. 여기서, 제시된 계산들은 시간에 따른 반응 속도 상수들을 사용한다.
도 31은 물 용해동안 다양한 시간대에서 수집된 ZnO 나노로드의 주사 현미경 사진들이다.
도 32는 탄소 나노튜브들의 배열상의 분자 유리(molecular glass)(MG2OH) 박막에서 선택적인 열모세관 흐름들의 원자력 현미경 사진들이다. 금속 튜브(metallic tube)들에서 선택적인 줄 가열(Selective Joule heating)은 저온에서 마이크론당(per micron) 약간 정도의 구배(gradient)들과 함께 상부의(overlying) 유리에서 열모세관 흐름들을 유도한다.
도 33은 트리거된 과도성에 대한 열모세관 모델의 개략도이다.
도 34는 Au-NP실크 용액들에서 흡수 스펙트럼 및 다양한 AuNP 농도에 대한 벌크 샘플들의 이미지들(좌측에서 우측)을 나타낸다. 녹색(532 ㎚) 레이저 포인터(laser pointer)에 의해 조명이 비추어지는 경우, 유리 슬라이드상에 AuNP-실크 필름(2
Figure 112014062089431-pct00015
두께) 스핀-주조(spin-cast)의 열이미지 및 상응하는 측정된 열 프로파일(FLIR SC-600 열 화상 카메라로 얻은 데이터)을 나타낸다.
도 35는 추가 복용량을 로드(load)하기 위해 바늘로 성형된 마이크로포켓(micropocket)들을 보여주는 삽도(inset)과 실크에서 마이크로 바늘을 나타낸다.
도 36은 효소(HRP)들로 도핑하여 프린트된 실크의 실시예를 나타낸다. TMB에 대한 노출은 발색 반응을 거치는 펄옥시다제(peroxidase)를 야기하고, 프린트된 패턴을 들어낸다.
도 37은 텅스텐 색전 코일들의 생체내 분해를 나타낸다.
도 38은 이식된 색전코일들을 이용하여 토끼에서 혈청 텅스텐 수준들을 나타낸다.
도39는 다양한 2원 마그네슘 합금들의 분해 동안 수소 발생(evolution)(분해의 척도로써)을 나타낸다.
도 40은 다양한 pH에서 Mg와 Zn합금에 대하여 부식 속도의 비교를 나타낸다.
도 41은 철(Fe)의 생체내 분해 테스트들동안 분해 속도 및 철용액의 농도를 나타낸다.
도 42는 시간과 관련하여 전해질에서 철의 누적을 나타낸다.
도 43은 PVA 와 PLGA 의 화학 구조들, 장치 형성 및 분해 테스트을 나타낸다.
도 44는 웨이퍼 소스으로부터 파생된 실리콘 막들의 마이크로전사 프린팅(좌측) 및 상기 목적을 위해 대표적으로 쓰이는(representative custom) 자동화된 툴(우측)의 사진의 개략도이다. 우측 아래의 표는 성능 사양들을 제공한다.
도 45는 플라스틱 기판(좌측) 및 독립된(free-standing) 8”x11” 실크 시트(우측) 상에 스파스 배열(sparse array)에서
Figure 112014062089431-pct00016
에 의해 조립된 반도체 나노막들의 배열을 나타낸다.
도 46은 (a)기판상에 기울어진 스탬프의 당기는 방향에 의존하는 접착력, (b)리트리브 모드 및 (c)프린트 모드에서 롤러프린팅 모드로 빠른 동작을 위해
Figure 112014062089431-pct00017
에 대해 이행에 대한 개략도이다.
도 47은 파운드리-공급된 Si CMOS를 흡수성 전자 장치를 위해 블록들을 형성한 소자로 변환하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 48은
Figure 112014062089431-pct00018
을 위해 준비된 Si CMOS(비흡수성)의 실시예이다.
도 49는 맞춤형 고행상도 e-jet 프린팅 시스템의 주요 소자들(좌측), 고체 형태 대표(중간) 및 실제 이미지(우측)에 대한 개락도이다.
도 50은 도선(conductive line)들의 회로와 같은 배치들(좌측) 및 1마이크로이하의 해상도(우측)을 형상하기 위한 능력들을 보여주는 e-jet로 프린트된 대표 패턴들을 나타낸다.
도 51은 통합된 동심의 링 카운더전극(concentric ring counterelectrode)과 e-jet 프린팅 노즐의 개략도(좌측) 및 정전기 모델링(우측)을 나타낸다.
도 52는 등록을 위한 양각의 릴리프(embossed relief) 특징들, 미세 접촉과 인터커넥트들를 위한 e-jet을 이용하여 수정된 파운드리-기반 장치들의 전달을 위한
Figure 112014062089431-pct00019
, 및 굵은(coarse)특징들을 위한 잉크 분사를 포함하는 흡수성 전자 장치에 대한 완벽한 제조 흐름의 개략도이다. 감지(광학적) 및 검사(전자적 테스트 구조)를 위한 소자들은 과정들상에 피드백(feedback)을 위한 루트(route)들을 제공한다.
도 53은 LED를 원격으로 점등하는 과도 안테나의 시연를 나타낸다.
도 54는 과도 RF 전력 스캐빈저를 나타낸다.
도 55는 Si 정류기들(PIN diodes)에 대한 개략도 및 성능 데이터이다.
도 56은 전파 정류기의 실시예이다.
도 57은 완전한 과도 RF 스캐빈징 시스템의 실시예이다.
도 58은 (a)Mg 인덕터들 및 (b)Mg 인덕터들의 상응하는 성능 데이터이다.
도 59는 (a)Mg 캐패시터들 및 (b)-(e) Mg 캐패시터들의 성능 데이터다.
도 60은 수동형 과도 소자들을 가지는 콜피츠 오실레이터들의 (a)실시예 및 (b) 개략도이다.
도 61은 Si CMOS링 오실레이터를 포함하는 완전한 과도 라디오(fully transient radio)에 대한 설계이다.
도 62는 패턴화하는 e-jet 프린팅의 실시예이다.
도 63은 과도 전자장치를 나타낸다. 기판 및 수동 장치들은 수용성이고; 능동 장치들은 분해 설계(disintegrating design)를 사용한다. a) 능동형을 통합한 후 장치의 이미지(좌측) 및 수동형과 인터커넥트들을 형성한 후 장치의 이미지(우측)이다. b) 물에서 용해하는 시스템을 나타내는 이미지들의 순서도이다.
도 64는 라디오 시연 수단을 나타낸다. 스캔빈징 정류기(scavenging rectifier)(좌측) 및 송신하는 오실레이터(우측)으로 구성된 라디오 장치를 위한 회로도를 나타낸다. 하측 프레임들은 ‘플라스틱 RF’ 기술에서 상기 회로의 물리적 구현 사진들을 도시한다.
도 65는 능동형 및 수동형 ‘플라스틱 RF’ 소자들을 나타낸다. 좌측 상단부터 시계방향으로, GaAs MESFET 에서 작은 신호 게인(small signal gain), LC오실레이터를 위한 산란 매개변수들, 캐패시터들에서 주파수 응답들, 및 인덕터들에서 주파수 응답들을 나타낸다. 모든 장치들은 1마이크로이하의 두께를 가지고, 폴리이미드의 얇은 시트들상에 형성된다.
도 66은 얇은 실크기판상의 Si MOSFET들에 형성된 생체 흡수성 전자장치를 나타낸다. a) 실리콘-온-실크(silicon-on-silk) 전자장치의 물 용해. b) 생체내 피하에 이식된 유사한 장치의 평가.
도 67은 흡수성 실크 기판 상에 얇은 그물형 전극 배열을 이용하는 생체내 뇌파측정법(ECoG)을 나타낸다. 좌측은 실크의 용해 후, 뇌의 표면상에 맞게 씌워지는 장치의 사진이다. 우측은 고양이의 시각 피질(visual cortex)로부터 ECoG이다. 밀접한 전극/조직 접촉은 뛰어난 측정 충실도를 제공한다.
도 68은 실크 필름상에 패턴화된 마그네슘 전극들을 이용하여 형성된 수용성 ECoG장치를 나타낸다. 왼쪽에서 오른쪽으로 이미지들의 순서는 물에 의해 시스템의 분해를 설명한다.
도 69는 37℃에서 표준 반응 조간들하의 단백질 분해효소 XIV에 의해 실크 필름들이 효소분해하는 것을 나타낸다. 도면의 우측에 나타낸 온도는 결정질 함량을 제어하기 위해 필름들을 어닐링하는데 사용되는 온도를 나타낸다[4℃, 25℃, 37℃, 70℃, 95℃].

도 70은 라디오 시연 수단을 나타낸다. 스캔빙징 정류기(좌측) 및 송신하는 오실레이터(우측)로 이루어진 라디오 장치에 대한 회로도이다. 하측 프레임들은 ‘플라스틱 RF’ 기술에서 상기 회로의 물리적 구현의 사진들을 나타낸다.
도 71은 스캐빈징 정류기(Scavenging Rectifier)를 나타낸다. 상측 프레임은 단일 단계 정류기 회로도 및 AC입력의 반주기동안 노드들의 전압를 도시한다. 하측 프레임들은 두 단계의 정류기 및 AC에서 DC로 전압의 변화를 나타내는 각 단계 출력 노드들에서 전압 시뮬레이션 결과들을 나타낸다.
도 72는 송신기를 나타낸다. 상측 프레임은 능동형 장치에 대한 단순화된 모델을 이용하여 마이크로파 오실레이터들을 설계하기 위한 절차를 나타낸다. 하측 프레임들은 오실레이터의 단순화된 블랙 박스 회로도(black box schematics)(좌측)를 나타내고, 라디오 주파수 신호 송신기의 최종 회로도(우측)를 나타낸다.
도 73은 능동형 및 수동형 ‘플라스틱 RF’ 소자들을 나타낸다. 좌측 위에서부터시계 방향으로, GaAs MESFET에서 작은 신호 게인, LC오실레이터를 위한 산란계수(scattering parameter)들, 캐패시터들에서 주파수 응답들 및 인덕터들에서 주파수 응답들을 나타낸다. 모든 장치들은 1마이크론 이하의(submicron) 두께를 가지고, 폴리이미드의 얇은 시트들 상에 형성된다.
도 74는 라디오 시연 수단을 나타낸다. 스캔빈징 정류기(좌측) 및 송신 오실레이터(우측)으로 구성된 라디오(radio) 장치를 위한 회로도이다. 밑의 프레임(frame)들은 송신기의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 이 때, 송신 주파수는 1GHz이다.
도 75는 저항/길이이다. 유리 기판상에 다양한 필름 두께 및 폭에 따른 Mg 및 Au 데스트 구조 전극들로부터 측정된 저항/길이(R/L)의 비교이다.
도 76은 Mg 기반의 트랜지스터들이다. (a)는 여러 게이트 전압들에서 채널 길이의 기능으로 폭-정규화된 ON저항, (b) 트랜지스터의 곡선들 및 전류-전압 곡선들 전송, (c) 장치 배열 이미지 및 단면 개략도이다.
도 77은 물에서 Mg 용해에 대한 속도들이다. Mg는 3시간(1500
Figure 112014062089431-pct00020
), 및 10시간(3000
Figure 112014062089431-pct00021
) 후, 물에서 완전히 용해된다. 오직 Ti만 남는다.
도 78은 비정질 실크 필름의 빠른 용해를 나타낸다. 좌측은 0초이고, 우측은 10초이다.
도 79는 디지털 4비트 행 디코더(row decoder)에 대한 회로도이다.
도 80은 실온에서 승화에 의해 사라지는 ?泳竄測?왁스의 이미지이다. 상기 물질의 박막 및 시트들은 과도성의 완전히 건조한 형태를 제공하는 전자장치에 대한 플랫폼들로써 역할을 한다.
도 81은 과도 RF 비콘을 위한 사용 모드를 나타낸다.
도 82는 과도 RF 비콘의 개략도이다.
도 83은 ZnO 박막 트랜지스터 및 캐패시터 배열들 및 소자들의 개략도이다.
도 84는 ZnO 박막 트랜지스터 및 캐패시터 배열들 및 소자들의 개략도이다.
도 85는 ZnO필름 성질들을 보여주는 그래프들 및 현미경 사진들이다. 도 85a는 ZnO의 분말 X선 회절 그래프 및 결정 구조, 도 85b는 ZnO필름들에 대한 전압에 따른 변위 곡선, 도 85c는 ZnO필름의 전자 현미경 사진, 도 85d는 ZnO필름에 대한 시간에 따른 바이어스 곡선이다.
도 86은 ZnO 트랜지스터들의 전압에 따른 전류 그래프들이다. 온/오프 비율> ~103, Vth(문턱전압) ~ 2V, 이동도
Figure 112014062089431-pct00022
이다.
도 87은 도 87(c)에 개략적으로 도시된 바와 같이, 압박 및 스트레인하에서, ZnO 에너지 포집기에 대하여 (a)시간에 따른 전압 및 (b)시간에 따른 전류 그래프들이다. P = I x V = 6 nW, 전력 밀도= 0.15 ㎼/cm2, 스트레인 속도 = 1.5 cm/sec이다.
도 88은 물에서 용해되는 실크상에 ZnO 트랜지스터 배열들 및 에너지 포집기 배열들의 시간 경과에 따른 사진을 나타낸다.
도 89는 (a) 과도성 동안 ZnO 트랜지스터의 성능을 보여주는 그래프이다. 성능은 (b)시간에 따른 이동도 및 (c) 전압에 따른 전류의 성능을 나타내는 그래프이다 .
도 90는 실크 기판상에 Mg접촉들과 함께 ZnO 에너지 포집기로부터 전류의 모델를 나타낸다.
도 91은 실크 기판상에 Mg 접촉들과 ZnO에너지 포집기로부터 전압의 모델을 나타낸다.
도 92는 (a)전기화학적 측정 설치의 개략도 및 (b)Fe, Al 및 Cu에대한 전압에 따른 전류의 그래프이다.
도 93은 회로 시연을 위한 개략도이고, 여기서, 전기화학을 통한 제 1 전류 경로의 양극 용해는 LED를 점등하는 제 2 전류 경로로 가기위해 전류를 유발한다.
도 94는 (a)양극 용해(anodic dissolution) 전과 (b) 양극 용해(anodic dissolution) 후, 도 93에서 개략적으로 도시된 장치의 사진들이다.
도 95은 과도 RF 비콘의 개략도이다.
도 96은 (a) 앞면, (b)뒷면, 및 (c-d) 앞면과 뒷면의 정렬(alig㎚ent)을 보여주는 과도 양면 프린트된 회로 기판의 개략도이다.
도 97은 (a)양면 태양 전원의 RF 비콘(dual-sided solar powered RF beacon)의 개략도 및 (b)양면 태양 전원의 RF 비콘의 사진들이다.
도 98은 신호 분석기의 안테나와 통신하는 Mg 안테나에 부착된 태양 전원의(solar powered) RF 비콘의 사진이다.
도 99는 (a) 약 3 ㎛의 두께를 가지는 태양 전지 및 (b) 전압에 따른 전류와 전력을 보여주는 태양전지에 대한 그래프이다. 비교를 위해, 도 99(c)는 도 98의 비콘에서 사용되는 ~15 ㎛두께의 태양전지에 대한 전압에 따른 전류의 그래프를 나타낸다.
도 100은 160 MHz의 중심 주파수를 가지는 전방향성 Mg 코일 안테나를 도시한다.
도 101은 장치가 (a)고전력에서 DC 전력 공급 장치 및 (b) 저전력에서 과도 태양 전지에 의해 전원이 켜지는 경우, 비콘 신호 출력에 대한 그래프들이다.
도 102는 (a) DC 전력 공급 장치에 의해 전원이 켜지는 경우 5 미터의 거리 및 (b) 과도 태양전지에 의해 전원이 켜지는 경우 10㎝의 거리에서, 비콘으로부터 수신기에 의해 수신되는 신호를 보여주는 그래프이다.
도 103은 통상의 태양 전지들을 이용하는 실크 기판상에 RF 비콘 전송기의 사진이다.
도 104는 승화성 물질들을 생성하는데 과도 장치들의 사용을 위해 전기 방사 장치의 사진을 나타낸다.
도 105에서 (a)의 좌측은 건조 전기방사 PVA매트, 우측은 수화 전기방사 PVA매트의 사진들을 나타내고, (b)의 좌측은 면 거즈, 우측은 전기방사 소 피브리노겐 매트를 나타낸다.
도 106은 (a)300㎚의 두께로 증착된 다양한 금속들 및 (b)105㎚ 및 300㎚의 두께들을 가지는 Fe에 대해, 금속선들에서 나타나는 전기적 개방(electrical open)들에 대한 대략적인 시간을 나타내는 그래프이다.
도 107은 (a) 물에서 금속 덩어리(metal chunk)들의 분해/플레이킹을 포함하고, (b)분해/플레이킹 보다는 용해를 포함하는 용해 매커니즘의 개략도이다. 도 107(c)는 용해시, 더 얇아지고, 더욱 다성성이 된 금속을 도시한다.
도 108은 도 107(b)에 따라서, 시간에 지남에 따라 금속 용해를 보여주는 이론 및 실험 결과들의 그래프티다.
도 109는 (a)텅스텐 트레이스들의 초기 용해 후, (b)나중 시간에 텅스텐 트레이스들의 분해/플레이킹, 뿐만 아니라, 텅스텐 박리의 실시예(도 019(c)), 텅스텐 박리 및 균열(도 190(d)), 및 PBS 용액에서 텅스텐 플레이킹(도 190(e))를 보여주는 사진들이다.
도 110은 (a)초순수에서 용해 전 및 (b)용해 20시간 후의 초순수에서 용해 전 100 ㎚ W필름들의 사진들이다. 도 110(c)는 다른 폭들의 100㎚ W의 용해 동작을 나타낸다.
도 111은 (a)초순수에서 용해 전 및 (b)용해 2시간 후의 AZ31B 필름의 현미경 사진들이다. 도 111(c)는 초순수 및 PBS용액에서 300 ㎚ AZ31B Mg합금의 용해 동작을 보여준다.
도 112는 (a)용해하기 전 및 (b)초수순에서 용해 2시간 후의 Zn필름의 현미경 사진들이다. 도 112(c)는 초순수 및 PBS 용액에서 300㎚ Zn의 용해 동작을 나타낸다.
도 113은 (b)의 더욱 미세한 미자들보다 더 빠르게 부식하는 굵고/밀도가 낮은 입자들(a)을 가진 Fe 필름의 현미경 사진들이다. 도 112(c)는 초순수 및 PBS용액에서 150㎚ Fe의 용해 동작을 나타낸다.
도 114는 초순수(pH 6.8) 및 인산염 완충액 (pH 7.4)에서 금속 용해 데이터를 요약하는 그래프들이다.
도 115는 PBS에서 Si의 용해 성질들에 관한 그래프이다.
도 116은 실크 기판 상에 Mg 인덕터 코일 및 Mg레지스터를 가지는 과도 열 치료 장치의 (a) 사진 및 (b) 적외선 이미지이다.
도 117은 세균 배양들의 실험관내 평가들에 관한 사진이다. (H)이식없음, 건강한 조직에 주입없음, (D)이식된 장치, (B1 및 B2)세균 주입.
도 118은 완전히 형성된 과도 MOSFET들 및 직접회로들의 개략도이다.
도 119는 완전히 형성된 과도 MOSFET들 및 직접회로들의 용해의 시간경과를 보여주는 사진들이다.
도 120은 완전히 형성된 과도 MOSFET들 및 집적 회로들의 사진들 및 성능 그래프이다.
도 121은 RF 전자 장치: (a-b) 정류기들, (c-d) 캐패시터들, (e-f) 인덕터들, 및 (g-h) 인덕터들의 사진들 및 성능 그래프들이다.
도 122는 과도 RF 전자 장치들: 3단계 cMOS 링 오실레이터들의 사진들 및 성능 그래프들이다.
도 123은 Fe 전극 cMOS 오실레이터들의 사진이다.
도 124는 Fe 전극 cMOS 논리 회로들(NAND, NOR)에 관한 사진, 도식, 그래프이다.
도 125는 논리 회로 변환(논리회로 에서 cMOS인버터로)의 사진들이다.
도 126은 Mg합금(AZ31B, Al 3%, ZN 1%) TFT들의 성능을 보여주는 그래프들이다.
도 1127은 안테나들을 가지는 과도 RF 전자장치의 사진, 성능 그래프들 및 시간 경과에 따른 용해 연구들이다.
도 128은 도 115 내지 117로부터 소자들을 포함하는 과도 RF 장치의 개략도, 사진 및 시간 경과에 따른 용해 연구들이다.
도 129는 금속 결합들(b)-(c)을 위해 시간에 따른 전압 및 방전 전류를 나타내는 전기수력학적 과도 전력 공급 장치(a) 및 성능 그래프의 개략도이다.
도 130은 그라운드(ground)을 향해 떨어지고, 그라운드와 충돌시, 변환 액체(transforming liquid)를 방출하는 과도장치의 시간 경과 개략도이다.
도 131은 원격 송신기로부터 신호를 받기 위한 안테나를 가지는 과도 장치의 개략도이다.
본 발명은 적어도 하나의 내부 및/또는 외부 자극의 어플리케이션 시, 물리적, 화학적 및/또는 전기적으로 변화하는 능동형 및 수동형 장치들을 포함하느 과도 장치들을 제공한다. 프로그램, 제어 및/또는 선택 가능한 분해 속도를 각각 가지는 분해가능항 장치 소자들, 분해성 기판들 및/또는 분해성 캡슐화 물질들의 통합은 장치 변화의 방법을 제공한다. 일부 실시예들에서, 예시적으로, 본 발명의 과도 장치들은 분해성 고성능 단결정 무기 물질들을 분해성 기판과 결합한다. 분해성 단결정 무리 물질들의 통합은 최신 전자 및 기계 성질들(예를 들면, 휨 강성, 영률, 곡률 반경 등) 및 장치 속성(예를 들면, 유연성, 신축성 등)을 제공한다.
현대 실리콘의 놀라운 기능은 많은 실제적인 목적들을 위해 거의 무한정으로, 기능적 및 물리적으로 불변을 유지하는 능력이다. 여기서, 반대 동작을 제공하는 실리콘 기반 기술을 소개한다: 그것은 잘 제어되고, 프램그램된 방식으로, 시간이 지남에 따라 점진적으로 사라진다. 이런 의미에서 ‘과도(transient)’인 장치들은 종래의 전자 장치로 해결할 수 없는 어플리케이션 가능성을 만든다. 본 장치는 의학적으로 유용한 시간대동안 존재하도록 활성 임플란트와 같은 어플리케이션에 사용할 수 있는데도, 신체에 의해 흡수를 통해 완전히 용해되어 사라질 수 있다. 일련의 물질들, 제조 방식들, 장치 구성 소자들 및 상기 유형의 상보적 금속 산화 반도체(CMOS) 전자 장치를 위한 이론적 설계 툴(tool)들은 전력 공급 장치 및 무선 제어 계획을 위해 다룰 수 있는 배열들, 옵션들 내에서, 센서들 및 액츄에이터들의 여러가지 다른 종류들와 함께 보고된다. 과도 실리콘 장치는 프로그램 가능하고, 비항생제인 살세균제(bacteriocide)으로, 이식 가능한 모드에서 열 치료를 제공할 수 있고, 실험관내 및 생체내 시연은 본 기술의 시스템 수준의 예를 설명한다.
전자 장치의 거의 모든 새로운 종류의 개발에서 지배적인 목적은 시간에 따라 무시할만한 변화를 겪는 물리적 형태의 고성능 작동을 달성하는 것이다. 능동 수동 물질, 장치 및 회로 레이아웃들, 패키징 계획들은 각각 세심히 만들어 지고, 결과를 달성하기 위해 공동으로 구성된다. 본 명세서에 소개된 과도 전자 기술은 일부또는 전체에서, 정의된 시간에, 정해진 속도로 물리적으로 사라지거나 변화하는 시스템들의 내용면에서만 공학 설계에 유사한 관점을 포함한다. 사용되는 곳은 살아있는 군(living host)(인간/동물/곤충/식물; 외부 또는 내부에 서식)와 의 통합에서 건물, 도로, 시설과 같은 실내/실외 환경까지 다양한다. 이용 가능한 장치는 인간 신체(“생체 흡수성”)로 이식될 때, 오랫동안 불리한 효과들을 피하기 위해 완전히 흡수되는 의료용 모니터들 또는 수거 및 복구에 대한 필요성을 제거하기 위해 물(“환경 흡수성”)에 노출된 경우, 용해되는 환경적 모니터들을 포함한다. 다른 개념들은 기능면에서 제어된 변화에 영향을 주기 위해, 일정 시간과 전략적 영역을 통합하는 회로들을 포함한다.
본 설명은 일련의 물질, 모델링 툴들, 제조 방법들, 장치 설계들 및 일시적인 전자 장치의 시스템 수준의 예들을 제공한다. 본 기술은 실리콘에 기반하고 있기 때문에, 웨이퍼 기판들 상에 유용한 방법으로 형성된 비-과도 대응물(counterpart)들에 부합할 수 있는 동작 특성을 가진 장치 및 회로 설계의 많은 일반적인 형성 방법을 이용할 수 있다. 센서들, 엑츄에이터들, 전력 공급 장치 및 무선 제어에서 지지하는 기술들과 함께 얻어지는 이 결과는 유기 전자 장치들의 최근 보고된 형태로 이용가능한 것들 보다 질적으로 더 정교한 성능을 제공하고, 특정 구성 물질은 생체 흡수성 기판들4 상에 형성된 수용성1 - 3 이거나, 간단한 비 과도 트랜지스터들이다.
본 발명은 과도 장치들 및 과도 장치를 형성하고 이용하는 방법들을 제공한다. 예를 들면, 본 발명의 장치들은 화학 조성(예를 들면, pH, 이온 강도, 생체 지표의 존재 또는 농도, 단백질, 탄수화물 등), 전기 화학적 파라미터(예를 들면, 전류 또는 전압), 온도 및 또는 광학적 파라미터(예를 들면, 흡수, 산란 등)과 같은 환경과 연관된 파라미터를 감지하는 생체 외, 실험관 내(in vitro), 또는 생체 내에서 유용하다.
일 측면에서, 수동형 과도 전자 장치(passive transient electronic device)는 기판, 상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형 가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일(transience profile)을 가지며, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형은 기선택된 시간 또는 기선택된 속도로 상기 내부 또는 외부의 자극에 대한 응답으로 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형(programmable transformation)을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 상기 수동형 과도 전자 장치 기능의 제 1 상태에서 제 2 상태로 변경을 제공한다.
일측면에서, 능동형 트리거 과도 전자 장치(actively triggered transient electronic device)는 기판; 상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금송성 전도체 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지며; 사용자에 의해 개시된 외부 트리거 신호에 응답하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들과 작동 가능하도록 연결된 액츄에이터을 포함하고, 여기서, 상기 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 상기 액츄에이터는 내부 또는 외부 자극에 대한 응답으로 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형을 직접 또는 간접적으로 개시하여, 상기 외부 트리거 신호에 대한 능동형 트리거 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 상기 능동형 트리거 과도 전자 장치 기능의 제 1 상태에서 제 2 상태로 변경을 제공한다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들, 선택적으로 둘다와 작동 가능하도록 연결되어, 적어도 부분적인 변형을 개시하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 직접적으로, 예를 들면, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 선택적인 제거를 직접적으로 일으키는 방식으로, 작동한다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들, 선택적으로 둘 다와 작동가능하도록 연결되어, 적어도 부분적인 변형을 위해, 예를 들면, 외부 또는 내부 자극에 대해 무기 반도체 소자들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 노출의 결과로 인한 하나 이상 중간 구조들의 선택적인 제거에 의해, 액츄에이터와 하나 이상의 무기 반다체 소자들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 사이에 위치된 하나 이상의 중간 구조들을 작동시킨다.
일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 완전한 변형 또는 실질적으로 완전한 변형을 거치므로써, 수동형 및 능동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형(programmable transformation)을 제공한다. 완전한 변형은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 완전한 제거, 완전한 상변화 또는 완전한 화학적 변화에 의한 것일 수 있다. “완전한 변형”은 물질의 100%가 변형을 겪을 때 발생한다. “실질적으로 완전한 변형”은 물질의 95% 또는 95% 초과(예를 들면, 97%, 98%, 99%, 99.5% 또는 99.9%)가 제거, 화학 전환(chemical conversion), 상전이 등과 같은 변형을 겪을 때 발생한다. 또한, 일 실시예에서, 실질적으로 완전한 변형을 거치는 물질은 예를 들면, 95%이상의 전도성에서 감소 또는 저항에서 증가가 발생함으로써, 95% 이상의 전도성 또는 저항과 같은 물리적 성질에서 변화를 거친다.
일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 완전한 변형을 거친다. 불완전한 변형은 무기 반도체 소자들 질의 적어도 20%, 30%, 50% 또는 70%, 금속성 전도체 소자들 질의 적어도 20%, 30%, 50% 또는 70%의 부분적인 제거, 상변화 또는 화학적 변화에 의해 특성을 나타냄으로써, 수동형 또는 능동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공한다. 불완전한 변형은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 각각의 질량, 부피 또는 면적에 의해 적어도 20%, 30%, 50% 또는 70%이거나, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 각각의 질량, 부피 또는 면적에 의해 적어도 20%, 30%, 50% 또는 70%의 부분적인 제거, 상변화 또는 화학적 변화에 의해 특성을 나타냄으로써, 능동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공한다. 또한, 예시적으로, 일 실시예에서, 불완전한 변형을 거친 물질은 예를 들어, 20%( 또는 일부 어플리케이션을 위해 30% 또는 일부 어플리케이션을 위해 50% 또는 일부 어플리케이션을 위해 70%)) 이상의 전도성에서 증가 또는 저항에서 감소를 거침으로써, 20%(또는 일부 어플리케이션을 위해 30% 또는 일부 어플리케이션을 위해 50% 또는 일부 어플리케이션을 위해 70%)보다 크거나 같은 전도성 또는 저항과 같은 물리적 성질에서 변화를 거친다.
일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 정도체 소자들의 변형은 생체 흡수가 아닌 과정에 의해 발생한다. 예를 들면, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 상변화에 의해 발생할 수 있으며, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 소자들 의 적어도 일부는 적어도 부분적인 승화 또는 용융을 거쳐, 능동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공한다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 용매에서 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도제 소자들 적어도 부분적인 용해를 통해 발생한다. 용매는 수성 용매 또는 비수성 용매일 수 있다. 수성 용매는 298K에서 주로 물을 포함하는, 즉, 물 50% v/v 보다 큰 액체이고, 비수성 용매는 298 K에서 주로 물 이외의 액체를 포함하는, 즉 물 50% v/v 보다 작은 액체이다. 대표적인 수성 용매는 물, 수용액(water-based solutions), 체액 등을 포함한다. 대표적인 비수성 용매는 유기 용매(예를 들면, 알코올, 에스테르, 에테르, 알칸, 켑톤) 및 이온성 액체를 포함한다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 가수분해를 통해 발생한다.
다른 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 에칭 또는 부식을 통해 발생한다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부가 전자기 방사선을 흡수하고, 적어도 부분적인 화학 또는 물리 변화를 거치는 광화학 반응에 의해 발생한다. 일 실시예에서, 광화학 반응은 광분해 과정이다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 소자들의 변형은 전기 화학 반응에 의해 발생한다. 예를 들면, 전기 화학 반응은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 양극의 용해일 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 화학 또는 물리 변화에 의해 발생하고, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부는 50%보다 크거나 같고, 일부 실시예들을 위해 선택적으로 75%보다 크거나 같고, 일부 실시예들을 위해 선택적으로 95%보다 크거나 같은 전도성에서 증가를 거친다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형은 화학 또는 물리 변화에 의해 발생하고, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부는 적어도 부분적으로, 그리고 선택적으로, 완전히 절연체로 변환되어, 능동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공한다.
일 측면에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 제거 가능하고, 제거, 손실 또는 다른 물질 전사 과정(예를 들면, 플레이킹, 박리, 재배치, 리포지션닝 등)에 의해 특성을 나타내는 과정을 거친다. 일부 실시예들에서, 예시적으로, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들의 하나 이상의 영역들, 예를 들면, 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들의 두께가 시간의 함수로써, 실질적으로 균일하게(예를 들면, 10% 이내) 감소하는 과정과 같이, 내부 또는 외부 자극에 노출된 영역들에 관하여 실질적으로 균일한 제거에 의한 과정을 거친다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들이 시간의 함수로써, 결정 입계, 결한 싸이트(defect site), 스텝 에지(step edge), 위상 경계 등과 같은 나노 크기 또는 마이크로 크기 특징들에서 우선적으로(예를 들어, 더 빠르게) 제거되는 과정과 같이, 내부 또는 외부 자극에 노출된 영역들과 같은 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들에 관하여 실질적으로 불균일한 제거에 의한 과정을 거친다. 일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 다공성 물질을 생성시키기 위해 실질적으로 불균일한 제거에 의한 공정을 거쳐, 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들의 전자적 특성들(예를 들면, 전도성, 저항 등)에 영향을 끼친다. 일 실시예에서, 예시적으로, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 박리를 야기시키기 위해 실질적으로 불균일한 제거에 의한 과정을 거친다. 예를 들면, 재료에서 균열 형성, 결함 및/또는 기공은 물질의 일부 손실(예로, 조각들)을 가져오므로써, 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들의 전자적 성질(예를 들면, 전도성, 저항 등)에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 근본적인 기판 또는 장치 소자로부터 적어도 부분적인, 선택적으로 완전한 박리 및/또는 분리에 의해 성질을 나타낸는 과정을 거쳐, 무기 반도체 소자들 또는 금속서 전도체 소자들의 전자적 성질(예를 들면, 전도성, 저항 등)에 영향을 준다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 1 ms 내지 2 년, 또는 1 ms 내지 1 년, 또는 1 ms 내지 6 달, 또는 1 ms 내지 1 달, 또는 1 ms 내지 1 일, 또는 1 ms 내지 1 시간, or 1 초 내지 10 분의 범위로부터 선택된 시간 간격을 거쳐 발생하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 변형에 의한 기선택된 과도성 프로파일을 가지고, 이로써, 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공한다. 일 실시예에서, 기선택된 과도성 프로파일은 1 ms 내지 2 년, 또는 1 ms 내지 1 년, 또는 1 ms 내지 6 달, 또는 1 ms 내지 1 달, 또는 1 ms 내지 1 일, 또는 1 ms 내지 1 시간, 또는 1 초 내지 10 분의 범위로부터 선택된 시간 간격을 거쳐, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 0.01% 내지 100%, 또는 0.1% 내지 70%, 또는 0.5% 내지 50%, 또는 1% 내지 20%, 또는 1% 내지 10%의 변형에 의해 특성을 나타내고, 이로써, 수동형 과도 전자 당치의 프로그램 변형을 제공한다. 일 실시예에서, 기선택된 과도성 프로파일은 0.01 ㎚/일 내지 10 microns s-1, 또는 0.1 ㎚/일 내지 1 micron s-1, 또는 1 ㎚/일 내지 0.5 micron s-1의 범위에서 선택된 속도로, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 평균 두께에 감소에 의해 특성을 나타낸다. 일 실시예에서, 선택된 과도성 프로파일은 0.01 ㎚/일 내지 10 microns s-1, 또는 0.1 ㎚/일 내지 1 micron s-1, 또는 1 ㎚/일 내지 0.5 micron s- 1 의 범위에서 선택된 속도로, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 질량에서 감소에 의해 특성을 나타낸다. 일 실시예에서, 기선택된 과도성 프로파일은
Figure 112014062089431-pct00023
내지
Figure 112014062089431-pct00024
, 또는
Figure 112014062089431-pct00025
내지
Figure 112014062089431-pct00026
, 또는
Figure 112014062089431-pct00027
내지
Figure 112014062089431-pct00028
1의 범위에 걸쳐 선택된 속도로, 하나 이상으이 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 전기 전도성에서 감소에 의해 특성을 나타낸다.
일 실시예에서, 장치는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적으로 변형을 감시한다. 예를 들면, 장치는 수동형 과도 전자 당치의 프로그램 변형을 제공하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 형성의 속도를 감시할 수 있다. 본 발명의 장치에서 스스로 감시하는 것은 시간 함수로써, 장치 성능 또는 기능의 프로그램 변형 또는 특성을 위한 변형, 시간 프레임의 연장의 측정들을 제공하는 사용자에게 시그널링을 제공하거나, 전체적인 장치 기능을 제어하는, 시그널링을 위한 바이어스를 제공하는 것과 같은 강화된 기능을 제공할 수 있다.
사용자 개시 외부 트리거 신호는 전자 장치의 프로그램 변형을 직접적으로 또는 간접적으로 트리거할 수 있다. 예를 들면, 사용자 개시 외부 트리거 신호는 전자 신호, 광학 신호, 열 신호, 자기 신호, 음향신호, 기계적 신호, 화학적 신호, 또는 전기화학적 신호일 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자 개시 외부 트리거 신호는 장치에 제공되는 전기장의 사용자 개시 어플리케이션, 장치에 제공되는 전자기 방사선의 사용자 개시 어플리 케이션, 장치에 제공되는 사용자 개시 기계적 충격, 장치에 제공되는 열의 사용자 개시 흐름, 장치로부터 열의 사용자 개시 흐름 또는 장치에 제공된RF 전기장의 사용자 개시 어플리케이션이다. 본 발명은 사용자 개시 트리거 신호를 받도록 구성된 장치들, 예를 들면, 장치에 사용자 개시 트리거 신호를 제공하는 송신기와 통신하는 수신기 및/또는 마이크로 프로세서 소자을 가지는 장치을 포함한다.
상용자 개시 외부 트리거 신호는 사용자에 의해 직접적으로, 또는 컴퓨터가 판독가능한 기록매체에 저장되고, 마이크로 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어를 통해 간접적으로 장치에 제공될 수 있다. 예를 들면, 소프트웨어는 사용자 입력 데이터, 장치의 소자로부터 얻어지는 데이터 및/또는 장치와 통신하는 피드백 루프(feedback loop)에 응답할 수 있다. 예를 들면, 과도 장치는 송신기와 단방향 또는 양방향 통신에 있을 수 있으며, 송신기는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 액츄에이터와 운영상(operationally) 연결된 장치의 수신기에 제공한다. 도 131은 액츄에이터(1410)와 운영상 연결된 장치의 수신기(1408)에게 사용자 개시 외부 트리거 신호(1414)를 제공하는 송신기(1412)와 통신하는 과도 장치(1400)의 개략도를 제공한다. 또한, 과도 장치(1400)는 기판(1402), 하나 이상의 무기 반도체 소자들(1404) 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들(1406)을 포함한다.
일부 실시예들에서, 과도 장치는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 받기 위한 수신기를 포함하고, 상기 수신기는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 받자마자, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부 변형을 개시하기 위해 액츄에이터와 운영상 연결된다. 예를 들면, 수신기는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 받기 위해, 안테나, 전극, 압전소자, 광활성 물질 또는 열활성 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형을 개시하기 위해, 액츄에이터는 신호를 받기 위한 프로세서(processor)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 액츄에이터는 적어도 부분적인 변형을 야기시키기 위해 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 기판에 대해 직접적으로 동작한다. 또한, 일부 실시예들에서, 액츄에이터는 적어도 부분적인 변형을 야기시키기 위해 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도 소자들에 대해 간접적으로 동작한다.
일 실시예에서, 액츄에이터는 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함한다. 예를 들면, 마이크로프로세서는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 받을 수 있고, 마이크로 프레서서 내에 컴퓨터 판독가능한 기록매체 상에 저장되는 소프트웨어는 에너지원이 전자기 방사선, 음향 에너지, 열에너지 등과 같은 장치의 소자에 제공되어야 한다는 것을 결정하는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형을 개시하기 위해, 소프트웨어는 장치 소자에 대한 에너지를 제공하는데 필요한 기능들을 수행하기 위해 마이크로프로세서에 대한 명령어를 제공한다.
일부 실시예들에서, 액츄에이터는 외부 또는 내부 자극에 대해 하나 이상의 무기 반도체 소자들의 적어도 일부 또는 상기 하나 이상의 금속성 도전체 소자들의 적어도 일부을 노출하기 위해, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 제공되는 하나 이상의 중간 구조들을 적어도 부분적으로 제거하고, 이로써, 적어도 일부 변형을 초래한다. 예를 들어, 하나 이상의 중간 구조들은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 제공된 캡슐화 물질을 포함하고, 액츄에이터는 외부 또는 내부 자극에 대해 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 노출하기 위해, 캡슐화 물질의 적어도 일부의 제거를 초래한다. 예를 들면, 캡슐화 물질은 하나 이상의 무기 반도체 소자들의 표면(들) 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 표면(들)에 한정된 캡슐화 층, 장치의 상부표면상에서 캡슐화하는 오버레이어 또는 전체 장치를 둘러싸서 캡슐화하는 패키징일 수 있다.
일부 실시예들에서, 과도 장치는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 오버레이어를 포함하고, 오버레이어는 화학 작용제(chemical agent) 또는 생물학 작용제(biological agent)를 포함하는 하나 이상의 저장부들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 액츄에이터는 하나이상의 수신기들을 가지는 오버레이어를 포함한다. 일 실시예에서, 오버레이어는 중합체 층 또는 SiN층이다. 일 실시예에서, 하나 이상의 수신기들은 오버레이어에 내장된다. 예를 들면, 오버레이어의 하나 이상의 수신기들은 외부 또는 내부 신호에 응답하여 파열될 수 있고, 이로써, 화학 또는 학물학 작용제의 방출을 야기할 수 있다. 일부 실시예들에서, 오버레이어의 하나 이상의 수신기들은 100 ㎚ 내지 10,000
Figure 112014062089431-pct00029
, 또는 500 ㎚ 내지 5,000
Figure 112014062089431-pct00030
, 또는 1
Figure 112014062089431-pct00031
내지 1,000
Figure 112014062089431-pct00032
의 범위에 걸쳐 선택된 물리적 치수들을 독립적으로 가진다. 예를 들면, 세개의 치수들을 가지는 수신기들은 포토리소그래피(photolithography) 또는 소프트 리소그래피(soft lithography)(예를 들면, 마이크로전사 프린팅)를 통해 제조될 수 있다.
일부 실시예들에서, 오버레이어의 하나 이상의 저장부들은 기계적 충격, 압력의 변화, 전자기 방사선에 대한 노출, 열에 대한 노출 또는 음향 에너지에 대한 노출에 의하여 파열되고, 이로써, 화학 또는 생물 작용제가 방출하도록 한다. 예를 들면, 방출은 무리 반도체 소자들, 금속 전도체 소자들, 유전체 소자들, 캡슐화 층들, 기판 등과 같은 하나 이상의 장치 소자들과 물리적 접촉에 따르는 화학 작용제 또는 생물학 작용제의 분산의 결과일 수 있고, 이로써, 화학 작용제 또는 생물학 작용제와 접촉하여 장치 소자들의 선택적인 변형 및/또는 선택적인 저거를 발생시킨다. 일례적인 화학 또는 생물학 작용제들은 물, 비수 용매, 수용액, 생체고분자를 포함하는 용액, 산, 염산, 효소용액, PBS용액 또는 촉매를 포함하는 용액을 포함한다.
일부 실시예들에서, 오버레이어는 실크 물질을 포함하고, 화학 작용제 또는 생물학 작용제는 단백질 분해 효소 함유 용액과 같은 단백질 분해 효소를 포함하는 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 단밸직 분해 효소들은 EDTA와 같은 저분자 억제제들 또는 작용제가 분산될때까지 활성을 차단하는 항체들과 복합될(complexed) 수 있다.
일부 실시예들에서, 액츄에이터는 사용자 개시 외부 트리거 신호에 응답하여 전자기 방사선, 음향에너지, 전기장, 자기장, 열, RF신호, 전압, 화학적 변화 또는 생물학적 변화를 발생시키고, 이로써, 적어도 부분적인 변형을 개시한다. 예를 들면, 액츄에이터는 히터, 화학적 변화 또는 생물학적 변화를 발생시킬 수 있는 화학 작용제를 포함하는 저장부(reservoir), 전자기 방사선의 소스, 전기장의 소스, RF 에너지의 소스 또는 음향 에너지의 소스를 포함한다. 예시적인 히터들은 능동형 히터들, 저항성 히터(resistive heater)들 및 활성 히터들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 액츄에이터는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 캡슐화 물질을 포함하고, 캡슐화 물질은 내부 또는 외부 자극에 대해 겉으로 들어나지 않는(underlying) 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출하기 위해 장치가 외부 트리거 신호를 수신할 때, 적어도 부분적으로 제거되는 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함한다. 예를 들면, 캡슐화 물질은 들어나지 않은 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출하기 위해 사용자 개시 외부 트리거 신호에 대한 응답으로 액츄에이터에 의해 제공되는 화학 작용제에 의해 적어도 부분적으로 용해, 가수분해 또는 해중합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시적으로, 선택적으로 제거 가능한 캡슐화 물질은 선택적으로 변형가능한 물질을 포함하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 위치된 오버레이어로 제공되어, 캡슐화 물질 중 오버레이어의 적어도 부분적인 제거는 환경적 자극(예를 들면, 용매, 화학적 환경, 생물학적 환경, 주변 압력, 주변온도, 주변 전자기 방사선 등)과 같은 내부 또는 외부 자극에 대하여, 들어나지 않은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 노출하고, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는/및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형을 야기시킨다. 일부 실시예에서, 캡슐화 물질의 오버레이어의 제거는 캡슐화 물질의 오버레이어 상에서 작동하는 장치의 액츄에이터의 결과로써, 예를 들면, 캡슐화 물질의 적어도 부분적인 제거를 야기시킬 수 있는 화학적 또는 생물학적 작용제를 방출함으로써 발생한다. 일부 실시예들에서, 캡슐화 물질의 오버레이어의 제거는 캡슐화 물질의 오버레이어 상에 작동하는 장치의 액츄에이터의 결과로써, 예를 들면, 캡슐화 물질의 적어도 부분적인 제거를 야기시키는 에너지(예를 들면, 전자기 방사선, 음향 에너지, 열 에너지, 역학 에너지 등)를 제공함으로써, 발생한다.
다른 예에서, 캡슐화 물질은 들어나지 않는 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출하는 액츄에이터에 의해 발생되는 전자기 방사선에 대한 응답으로 광화학 반응을 거치는 감광성 물질일 수 있다. 예를 들면, 액츄에이터는 전자기 방사선의 소스일수 있고, 액츄에이터는 캡슐화 물질과 함께 광통신으로 제공된다.
또 다른 예에서, 캡슐화 물질은 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출하는 액츄에이터에 의해 생성된 열에 대한 응답으로 상변화 또는 화학 변화를 거치는 열적으로 민감한 물질이다. 예를 들면, 액츄에이터는 열을 제공하기 위해 캡슐화 물질과 열접촉으로 제공되는 전자기 방사선의 흡수에 응답하는 저항형 히터 또는 수동형 히터등의 히터일 수 있다. 본 발명은 캡슐화 물질을 포함하는 오버레이어내에 내장된 히터를 포함하는 장치를 포함하고, 히터는 예를 들면, 사용자 개시 트리거 신호에 대한 응답으로, 캡슐화 물질의 적어도 부분적인 제거를 야기시키는 열 에너지를 제공하기 위해 구성되고, 이로써, 선택적으로 변형가능한 물질을 포함하는 겉으로 들어나지 않는 무기 반도체 소자들 및/또는 금속성 전도체 소자들을 노출한다.
일부 실시예들에서, 액츄에이터는 대향 전극 및 전해질을 포함하고, 전해질은 전극 및 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들과 접촉하여 제공되고, 사용자 개시 외부 트리거 신호는 전극에 제공되는 전압 또는 RF 에너지이고, 이로써, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 도전체 소자들의 용해를 야기한다. 일 실시예에서, 예시적으로, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 전기 화학 전지(cell)의 전극들을 포함하고, 전해질과 접촉한다.
일부 실시예들에서, 장치가 상기 외부 트르거 신호를 수신할 때, 액츄에이터는 전자회로 개폐, 열 생성, 전기의 흐름에 저항, 전자기 방사선 생성, 음향 에너지 생성, 및 화학 작용제 또는 생물학 작용제 분산으로 이루어진 군으로부터 선택된 작동을 수행한다.
액츄에이터가 전기의 흐름에 저항할 경우, 장치의 적어도 일부의 온도는 적어도 10℃ 증가될 수 있고, 이로써, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들에 제공되는 캡슐화 물질의 열분해를 개시할 수 있어, 내부 또는 외부 자극에 대해 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부를 노출할 수 있다.
액츄에이터가 전자기 방사선을 생성할 경우, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 제광되는 캡슐화 물질의 광화학적 분해(photochemical degradation)를 개시하여, 내부 또는 외부 자극에 대해 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전데체 소자들의 적어도 일부를 노출한다.
액츄에이터가 화학 작용제를 분산하는 경우, 예를 들여, 화학 작용제는 물, 식염수, 산, 엽기 및 효소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 액츄에이터는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들에 제공되는 캡슐화 물질로 화학 작용제를 전달함으로써, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 제공되는 캡슐화 물질의 화학 또는 효소 분해를 개시하여, 내부 또는 외부 자극에 대하여 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부를 노출한다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 화학 작용제는 폭넓게 물질의 화학적 또는 물리적 변화를 시작할 수 있는, 예를 들면, 반도체 소자, 금속성 전도체 소자, 유전체 소자, 기판 및/또는 장치의 캡슐화 물질의 적어도 부분적인 변형을 야기시킬 수 있는 화학적 화합물 또는 화합물들의 혼합물(예를 들면, 용액)을 일반적으로 의미한다.
액츄에이터가 생물학 작용제를 분산하는 경우, 예를 들어, 생물학 작용제는 단백질, 개질된 단밸질, 펩티드, 개질된 팹티드, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 액츄에이터는 생물학 작용제를 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 제공되는 캡슐화 물질로 전달하고, 이로써, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 상에 제공되는 캡슐화 물질의 화학 또는 효소 분해를 시작하고, 내부 또는 외부 자극에 대하여 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부를 노출한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 생물학 작용제는 물질의 화학적 또는 물리적 변화를 시작할 수 있는, 예를 들면, 반도체 소자, 금속성 전도체 소자, 유전체 소자, 기판 및/또는 장치의 캡슐화 물질의 적어도 부분적인 변형을 야기시킬 수 있는 생체 분자(biomolecule) 또는 생체 분자들의 혼합물을 일반적으로 폭넓게 의미한다.
일 실시예에서, 프로그램 변형은 작동성의 제 1 상태에서 작동불가의 제 2 상태로 과도 전자 장치의 기능의 변화를 제공한다. 다른 실시예에서, 프로그램 변형은 제 1 기능에 상응하는 제 1 상태로부터 제 1 기능과 다른 제 2 기능과 상응하는 제 2 상태로 과도 전자 장치의 기능의 변화를 제공한다. 예를 들면, 기능은 전자 기능일 수 있다. 하나의 실시예에서, 프로그램 변형은 서로 전기적 접촉하는 두 개 이상의 무기 반도체 장치 소자들 또는 금속성 전도체 소자들에 의한 제 1 상태에서 서로 전기적 접촉에 있지 않는 두 개 이상의 무기 반도체 장치 소자들 또는 금속성 전도체 소자들에 의한 제 2 상태로 변화를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로그램 변형은 과도 장치의 소자들을 물리적 및/또는 전기적으로 분리하거나 고립함으로써, 제 1 상태에서 제 2 상태로 과도 장치의 기능을 변경한다.
또한, 본 발명에서 분해가능하거나 변형가능한 물질들의 결합은 제거, 분해 및/또는 과도 장치들 및 소자들의 제거를 용이하게 하는 방식으로 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 장치는 기판이 적어도 부분적인 분해 또는 변형이 일어나면, 장치가 대상 또는 환경에 의해 효율적으로 처리되고, 제거되는 조각들로 나누어지도록, 구성, 형상 및/또는 물리적 치수를 가진다. 일 실시예에서, 예시적으로, 장치는 대상 또는 환경에 의해 장치의 처리 및 제거를 용이하게 하기 위해, 기판이 적어도 부분적인 분해 또는 변형일어나면, 장치가 100마이크론보다 작고, 선택적으로 10마이크론보다 작고, 선택적으로 1마이크론보다 작은 측면 두께 치수를 가지는 조각들로 나누어지도록 구성된다.
프로그램 변형은 미리 설정된 프로그램 변형 또는 실시간의 트리거 프로그램 변형일 수 있다. 예를 들면, 미리 설정된 변형은 장치의 타이머에서 프로그램된 경과 또는 현제 시간에서 발생할 수 있다. 특정 시간에서, 변형 과정을 시작하는 사용자 개시 외부 트리거 신호는 생성될 수 있다. 예를 들면, 실시간 변형은 예를 들어, 외부 소스(external source)에 의해 인가된 에너지 또는 외부 소스에 의해 전송되고, 장치에 의해 수신된 신호에 의해 작동될 수 있다. 외부 소스로부터 신호를 받으면, 액츄에이터는 변형 과정을 개시한다.
일 실시예에서, 프로그램 변형은 적어도 하나의 무기 장치 소자, 적어도 하나의 금속성 전도체 소자 또는 둘 다의 완전한 용해, 분해, 제거 또는 변형을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 프로그램 변형은 흡수, 생체 흡수, (화학적 또는 효소적) 가수분해, 분해, 탈중합반응, 용해, 승화, 용융, 에칭, 광분해, 부식 및 양극의 용해로 이루어진 군으로부터 선택된 과정에 의해 발생산다. 일 실시예에서, 프로그램 변형은 과도 전자 장치의 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 전기적으로 고립함으로써, 제 1 상태에서 제 2 상태로 과도 전자 장치의 기능의 변경를 초래한다. 예를 덜어, 과도 전자 장치의 기능은 (i) NOR 게이트에서 NAND 게이트; (ii) 인버터에서 고립된(isolated) 트랜지스터; (iii) 레지스터에서 다이오드; (iv) NAND 게이트에서 인버터; (v) NOR 게이트에서 고립된 트랜지스터; 또는 (vi) NAND 게이터에서 고립된 트랜지스터로 변환될 수 있다.
과도 전자 장치는 수동형 전자 장치 또는 능동형 전자 장치일 수 있다. 예를 들여, 능동형 과도 전자 장치는 통신 시스템, 광학 장치, 센서, 광전자 장치, 생의학 장치, 온도 센서, 광검출기, 광전변환 소자, 스트레인 게이지, 이미지 시스템, 무선 송신기, 안테나, 나노전자기계 시스템 또는 마이크로 전자기계 시스템일 수 있다. 특정 실시예에서, 스트레인, 압력, 전위, 수화상태, 입사 전잔기 방사선 또는 화학 성분을 검출하기 위한 센서이다. 특정 실시예에서, 수동형 과도 전자 장치는 물과 접촉하는 경우, 완전히 분해할 수 있는 통신 시스템이다. 특정 실시예에서, 수동형 과도 전자 장치는 라디오(radio) 또는 안테나이다. 특정 실시예에서, 수동형 과도 전자 장치는 조직 장착된(mounted) 생의학 장치이다. 예시적으로, 과도 전자 장치는 트랜지스터들, 다이오드들, CMOS 소자들, MOSFET소자들, 광다이오드들, 발광 다이오드들, 상보 논리 회로들, 광센서들, 온도 센서들, 화학 센서들, 기계 센서들, 전자 센서들, 자기 센서들, 베터리들, 연료 전지들, 라디오들 및 열전 또는 압전 에너지 포집기(harvester)들을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
일 실시예에서, 수동형 또는 능동형 과도 전자 장치는 1000마이크론 또는 선택적으로 100마이크론 또는 선택적으로 10마이크론보다 작거가 같은 평균 두께를 가진다.
유용한 무기 반도체 소자들은 플랙서블 반도체(flexible semiconductor) 구조들, 신축성있는 반도체(stretchable semiconductor) 구조 및/또는 환경의 표면에 부합하도록 형태의 변화가 일어날 수 있는 반도체 구조들을 포함하지만, 이에 제한하지는 않는다. 일부 실시예들에서, 과도 전자 장치는 복수의 무기 반도체 소자들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 무기 반도체 소자들은 트랜지스터, 트랜지스터 채널, 다이오드, p-n접합, 광다이오드, 발광 다이오드, 레이저, 전극, 집적 전자 장치, 집적 회로, 안테나, 인덕터, 저항, 센서 기반 반도체, MESFETs, MOSFETs 또는 이틀의 조합들 및/또는 배열들과 같은 반도체 장치를 포함한다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 나노구조 물질 또는 마이크로 구조 물질을 독립적으로 포함한다. 일 실시예에서, 예를 들면, 무기 반도체 소자들은 마이크로- 또는 나노-리본(ribbon), 마이크로- 또는 나노-막, 마이크로- 또는 나노 선(wire), 또는 마이크로- 또는 나노-다공성 물질과 같은 마이크로 구조 물질 또는 나노 구조 물질을 포함한다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 용어 “마이크로 구조”는 1마이크론 내지 1000마이크론의 범위에서 선택된 적어도 하나의 물리적 치수를 가지는 구조를 의미하고, 용어 “나노 구조”는 10나노미터 내지 1000 나노미터의 범위에서 선택된 적어도 하나의 물리적 치수를 가지는 구조를 의미한다. 일 실시예에서, 본 발명은 1
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내지 1000
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의 범위로부터 선택된 단면 치수들의 복수의 기공(pore)들을 가지는 마이크로 다공성 물질(microporous material)을 포함하고, 정렬된 네트워크에서 선택적으로 제공된 나노 구조 무기 반도체 소자, 금속성 전도체 또는 유전체 소자를 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명은 1㎚ 내지 1000 ㎚의 범위로부터 선택된 단면 치수들의 복수의 기공을 가지는 나노 다공성 물질을 포함하고, 정렬된 네트워크에서 선택적으로 제공된 나노 구조 무기 반도체 소자, 금속성 소자 또는 유전체 소자를 포함한다.
장치와 소자의 물리적 치수들 및 형태는 특별히, 원하는 과도성 프로파일의 기선택에 관하여 중요한 파라미터들이다. 얇은 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들(예를 들면, 100마이크론 보다 작거나 같은, 선택적으로 10마이크론 보다 작거나 같은, 선택적으로 1마이크론 보다 작거나 같은, 선택적으로 500나노미터 보다 작거나 같은, 선택적으로 100나노미터보다 작거나 같은 두께)의 사용은 주어진 장치 어플리케이션을 위한 기선택된 과도성을 제공하고/하거나, 유연하거나 변형가능한 장치와 같은 유용한 기계적인 성질들을 제공하는데 도움이 된다. 일부 실시예들에서, 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들은 하나 이상의 박막 구조들을 독립적으로 포함하고, 예를 들어, 하나 이상의 박막 구조들은 분자 애픽택시, 원자층 증착, 물리적 또는 화학적 기상 증착, 또는 종래의 다른 방법들에 의해 증착되거나 성장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들 각각은 생체적합하고, 생체 흡수 가능하고, 생체 비활성이거나 환경적합한 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전자 장치의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 100마이크론 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 10마이크론 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 1마이크론 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 500나노미터 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 100나노미터 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 20나노미터 보다 작거나 같은 두께를 가진다. 일부 실시예들에서, 장치의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 10 ㎚ 내지 100 ㎛, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로 50 ㎚ 내지 10 ㎛, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로 100 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위로부터 선택된 두께를 독립적으로 가진다. 일 실시예에서, 예를들면, 본 발명의 장치는 10㎚ 내지 1000㎚, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 10㎚ 내지 100 ㎚ 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 10㎚ 내지 30㎚의 범위에 걸쳐 선택된 두께를 각각 독립적으로 가지는 하나 이상의 무기 반도체 소자들을 포함한다. 일부 실시예에서, 장치의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 10000 ㎛보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 1000 ㎛ 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 100 ㎛ 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 1 ㎛보다 작거나 같은 측면 물리적 치수들(예를 들면, 길이, 폭, 직경 등)을 독립적으로 가진다. 일부 실시예들에서, 장치의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 10 ㎚ 내지 10 cm, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 100 ㎚ 내지 10000 ㎛, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 500 ㎚ 내지 1000 ㎛, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 500 ㎚ 내지 100 ㎛ 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 500 ㎚ 내지 10 ㎛의 범위로부터 선택된 측면 물리적 치수들을 독립적으로 가진다.
과도 장치의 다른 소자들과 마찬가지로, 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 물리적 성질들(예를 들면, 영률, 순(net) 휨 강성, 인성, 전도성, 저항 등)은 장치의 성능과 과도성(transience)에 영향을 미친다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 장치의 일부 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 전도체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 10 GPa 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로 100 MPa 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로 10 MPa보다 작거나 같은 영률을 독립적으로 가진다. 일부 실시예들에서, 예시적으로, 장치의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 0.5 MPa 및 10 GPa, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 0.5 MPa 및 100 MPa 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 0.5 MPa 및 10 MPa의 범위에 걸쳐 선택된 영률을 가진다. 일부 실시예들에서, 장치의 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들은
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보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로
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보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로
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보다 작거나 같은 순 휨 강성을 가진다. 일부 실시예에서, 장치의 무기 반도체, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는
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, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로
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, 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로
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및
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사이에 걸쳐 선택된 순 휨 강성을 가진다.
무기 반도체 소자들을 위한 유용한 물질들은 순수한(pure) 및 도핑된 단결정 반도체 물질들을 포함하는 단결정 반도체 물질들과 같은 고품질의 반도체 물질들을 포함한다. 일 실시예에서, 모든 무기 반도체 소자들은 단결정 반도체 물질 및/또는 단결정 도핑된 반도체 물질, 예를 들면, 고온의 주조 처리(foundry processing)로부터 파생된 단결정 실리콘 및/또는 도핑된 단결정 실리콘을 포함한다. 과도 장치로 단결정 반도체 물질들의 통합은 매우 좋은 전기적 성질들을 나타내는 장치들을 제공하는데 특히 유용하다. 일 실시예에서, 반도체 소자들은 Si, Ge, Se, 다이아몬드, 플러렌, SiC, SiGe, SiO, SiO2, SiN, AlSb, AlAs, AlIn, AlN, AlP, AlS, BN, BP, BAs, As2S3, GaSb, GaAs, GaN, GaP, GaSe, InSb, InAs, InN, InP, CsSe, CdS, CdSe, CdTe, Cd3P2, Cd3As2, Cd3Sb2, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, Zn3P2, Zn3As2, Zn3Sb2, ZnSiP2, CuCl, PbS, PbSe, PbTe, FeO, FeS2, NiO, EuO, EuS, PtSi, TlBr, CrBr3, SnS, SnTe, PbI2, MoS2, GaSe, CuO, Cu2O, HgS, HgSe, HgTe, HgI2, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, SrS, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, SnO2, TiO, TiO2, Bi2S3, Bi2O3, Bi2Te3, BiI3, UO2, UO3, AgGaS2, PbMnTe, BaTiO3, SrTiO3, LiNbO3, La2CuO4, La0 .7Ca0 .3MnO3 , CdZnTe, CdMnTe, CuInSe2, CIGS(copper indium gallium selenide), HgCdTe, HgZnTe, HgZnSe, PbSnTe, Tl2SnTe5, Tl2GeTe5, AlGaAs, AlGaN, AlGaP, AlInAs, AlInSb, AlInP, AlInAsP, AlGaAsN, GaAsP, GaAsN, GaMnAs, GaAsSbN, GaInAs, GaInP, AlGaAsSb, AlGaAsP, AlGaInP, GaInAsP, InGaAs, InGaP, InGaN, InAsSb, InGaSb, I㎚nAs, InGaAsP, InGaAsN, InAlAsN, GaInNAsSb, GaInAsSbP, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 무기반도체 소자들은 Si, SiC, SiGe, SiO, SiO2, SiN, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 무기 반도체 소자들은 단결정 실리콘, 다공성 실리콘 및/또는 다결정 실리콘을 독립적으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 무기 반도체 소자들은 다결정 반도체 물질, 단결정 반도체 물질, 또는 도핑된 다결정 또는 단결정 반도체 물질을 독립적으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 무기 반도체 소자는 변형 가능한 물질이다. 변형 가능한 무기 반도체 소자를 위한 유용한 물질은 다공성 실리콘, 다결정 실리콘 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
일부 실시예들에서, 과도 장치는 전극, 유전체 층, 화학 또는 생물학 센서 소자, pH센서, 광학 센서, 광학원(optical source), 온도 센서, 및 정전 용량 센서(capacitive sensor)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가 장치 소자들을 포함할 수 있다. 추가적인 장치 소자는 생체비활성 물질, 분해성 물질 또는 변형가능한 물질을 포함할 수 있다. 유용한 생체비활성 물질은 티타늄, 금, 은, 백금 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유용한 분해성 또는 변형 가능한 물질은 이온, 마그네슘, 텅스텐 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 전자 장치는 하나 이상의 상호 연결된 섬(island) 및 브리지 구조들을 포함한다. 예를 들면, 섬 구조는 과도 장치의 하나 이상의 반도체 회로 소자들을 포함한다. 브리지 구조는 소자들 사이에서, 예를 들면, 서로 다른 섬 구조들 사에에서 전기적 통신을 제공하는 하나 이상의 유연성 및/또는 신축성 인터커넥션(interconnection)들을 포함할 수 있다. 상기 방식으로, 본 발명의 전자 소자들은 전기적 인터커넥션; 예를 들면, 신축성 전자 인터커넥트들을 제공하는 하나 이상의 섬 구조들 및 하나 이상의 유연성 및/또는 신축성 브리지 구조들을 포함하는 복수의 전기적으로 상호 연결된 무기 반도체 소자들을 가지는 신축성 전자 소자들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 복수의 무기 반도체 소자들의 일부는 하나 이상의 증폭 회로, 다중화 회로, 한류형 회로, 집적회로, 트랜지스터 또는 트랜지스터 배열을 포함한다. 유용한 다중화 회로들은 분해성 기판에 공간적으로 배열된 복수의 전극의 각각을 개별적으로 해결하도록(address) 구성된 것들을 포함한다. 추가적으로, 과도 장치는 전극, 유전체층, 화학 또는 생물학 센서 소자, pH센서, 광학 센서, 광학원, 온도 센서 및 정전 용량 센서로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가적인 장치 소자들을 더 포함할 수 있다. 추가적인 장치 소자들 중 적어도 하나는 생체비활성 물질 또는 생체 흡수성 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 과도 장치 또는 과도장치의 소자들은 프린팅 기판(printing-based) 또는 성형 기반(molding-based) 과정을 통해, 예를 들면, 전사 프린팅, 드라이 컨택(dry contact) 프린팅, 용액 기반 프린팅, 소프트 리소그래피 프린팅, 복제 성형, 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 등에 의해 기판상에 정렬된다(assembled). 그러므로, 상기 실시예들의 일부에서, 장치 또는 장치의 소자들은 프린트할 수 있는 반도체 물질들 및/또는 장치들을 포함한다. 반도체 장치들/물질들의 독립적인 처리 및 기판을 처리하는데 있어서, 프린트 기반 기술을 통한 장치 및 기판 소자들의 통합은 일부 실시예들에서 유용하다. 예를 들면, 프린트 기반의 조립 방법은 반도체 장치들/물질들이 일부 기판들과 호환할 수 없는 기술들을 통해 처리되도록 한다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 반도체 장치/물질들은 고온 처리, 물리 및 화학 증착 처리, 에칭 및/또는 수성 처리(예를 들면, 현상(developing) 등)를 통해 우선 처리되며, 이후(subsequently), 프린팅 기반 기술을 통해 기판 상에서 조립된다. 상기 방법의 이점은 기판의 화학 및/또는 물리적 성질들에 부정적 영향을 주는 방식으로, 예를 들면, 변형 가능한 기판의 생체 적합성, 독성 및/또는 분해 성질들(예를 들면, 분해 속도 등)에 부정적인 영향을 미치므로써, 기판상에서 반도체 장치/물질이 처리되는 것을 피한다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 상기 방법은 기판이 수성처리, 예를 들면, 에칭액, 스트리퍼 또는 현상액으로 변형 가능한 기판의 노출을 포함하는 처리로 노출없이 장치를 효율적으로 제조한다.
일부 실시예들에서, 장치의 복수의 무기 반도체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 기판에 결합된다. 장치 및 기판 사이 결합은 층들과 물질들 사이에서 공유 및 비공유 결합(예를 들면, 반데르 반스 힘, 수소결합, 런던 분산력 등)을 포함하여 직접절으로 달성될 수 있다. 또한, 결합은 장치와 기판 사이에서 제공되는 접착층의 결합에 의해 달성될 수 있다. 결합을 위한 유용한 접착층들은 중합체, 엘라스토머(예를 들면, PDMS), 예비중합체(prepolymer), 얇은 금속층, 실크층 등을 포함한다.
일부 실시예들에서, 예를 들면, 캡슐화 물질은 장치의 일부 또는 전체를 캡슐화하도록 작용하여, 장치의 국부적 환경 및/또는 전자적 단락으로 전류 누설을 방지한다. 일 실시예에서, 캡슐화 물질은 장치의 무기 반도체 소자들 및/또는 금속성 전도체 소자들의 적어도 50%, 선택적으로 적어도 90% 및 선택적으로 전부를 캡슐화한다. 일 실시예에서, 캡슐화 물질은 과도 장치를 완전히 캡슐화한다.
다양한 물질은 본 장치들의 분해성 기판에 유용하다. 일 실시예에서, 기판은 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 선택적으로 기판의 제거 가능한 물질은 흡수, 생체 흡수, (화학 또는 효소) 가수분해, 분해, 탈중합, 용해, 승화, 용융, 에칭 및 부식으로 이루어진 군으로부터 선택된 과정에 의해 제거를 거친다. 일 실시예에서, 기판은 생체 접합성, 생체 흡수성 또는 환경호환성(ecocompatible) 물질을 포함한다. 예를 들면, 기판을 위한 유용한 물질들은 생체고분자(예를 들면, 단백질, 펩티드, 탄수화물, 폴리 뉴클레오티드 등), 합성 고분자, 단백질, 다당류, 실크, 폴리(글리세롤-세바게이트)(PGS), 폴리다이옥사논(polydioxanone), 폴리(락트산-코-클리콜산)(PLGA), 폴리락트산(PLA), 폴리비닐알콜(PVA), 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 피브로인, 히알론산(hyaluronic acid), 프로테아제 입자, 플루오레세인, 로즈 뱅갈(rose Bangal), 로다민(rhodamine), 리플렉틴(reflectin), 박테리아로돕신(bacteriorhodopsin), 헤모글로빈, 포르피린(porphyrin) 및 이들의 조합들을 포함한다. 예를 들면, 생체 흡수성 기판들을 위한 유용한 실크 물질들은 누에 피브로인(silkworm fibroin), 변형된 누에 피브로인, 거미 실크, 곤충 실크, 재조합 실크 및 이들의 조합을 포함한다. 본 명세서에서, 변형된 누에 피부로인은 누에 피브로인의 화학적 변형을 통해 파생된 중합체 조성물을 의미한다.
일부 실시예들에서, 기판 및/또는 캡슐화 물질은 적어도 부분적으로 결정 상태에 있을 수 있는 실크를 포함한다. 예를 들면, 실크는 55% 보다 작은 결정화도의 정도 또는 1 내지 50%의 범위에 걸쳐 선택된 결정화도의 정도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 실크 복합재를 포함한다. 예를 들면, 실크 복합재는 실크 물질을 통해 분산된 복수의 나노 입자를 가지는 실크를 포함할 수 있고, 여기서, 나노입자들은 전도체(예를 들면, 금속), 반도체 물질, 나노튜브, 나노선, 나노쉘(nanoshell)(유전체 코어(core)를 가지는 금속성 쉘), 안료들, 염료들 및 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 나노 입자들은 Au, Ag, CsSe 및 CdTe으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일반적으로, 나노 입자들은 1000㎚보다 작거나 같은 물리적 치수들을 가지고, 나노입자들은 0.1 ㎚ 내지 100 ㎚, 0.5 ㎚ 내지 50 ㎚, 1 ㎚ 내지 25 ㎚의 범위로부터 선택된 농도로 실크 물질에 존재한다. 일부 실시예들에서, 나노 입자들은 전자기 방사선을 흡수하고, 이로써, 기판의 선택적인 제거를 유발할 수 있는 열을 생성한다. 열분해 과정을 유발하기 위한 전자기 에너지의 흡수는 나노입자 농도 및 적용된 전자기 에너지 둘 다에 의존한다. 일 실시예에서, 전자기 방사선의 흡수는 플라즈몬 공명이 강화된 흡수이다.
일부 실시예들에서, 과도 기판 또는 캡슐화 물질은 고온에 노출되어 변형될 수 있다. 예를 들면, 실크의 유리 전이 온도는 ~178℃이고, ~220℃에서 저하가 시작된다.
일부 실시예들에서, 기판 또는 캡슐화 물질은 기판 또는 캡슐화 물질을 투과하는 고농도의 특정 염(certain salt)들(예를 들면, 리튬 염들, 칼슘 염들)에 의해 촉친되거나, 빠르게 처리될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판은 298K에서 무기 반도체 소자 또는 금속성 전도체 소자의 가수분해 속도보다 크거나 같은 속도로 수성 환경에서 가수분해를 거치는 물질이다. 일부 실시예들에서, 기판은 298K 에서 무기 반도체 소자 또는 금속성 전도체 소자의 가수분해 속도 보다 작거나 같은 속도로 수성환경에서 가수분해를 거치는 물질이다. 다른 실시예들에서, 기판은 273K보다 크거나 같은 온도에서 투과를 거치는 물질이다.
변형 가능한 기판의 물리적 치수들 및 물리적 성질들은 장치 기능들 및 서로 다른 환경들과 호환성들의 범위를 지지하기 위한 중요한 파라미터이다. 일부 실시예들에서, 변형 가능한 기판은 10,000㎛ 보다 작거나 같은, 일부 실시예들에서 선택적으로 1000㎛ 보다 작거나 같은, 일부 실시예들에서 선택적으로 100 mm 보다 작거나 같은, 일부 실시예들에서 선택적으로 10㎛ 보다 작거나 같은, 일부 실시예들에서 선태적으로 1㎛보다 작거나 같은 두께를 가진다. 얇은 변형가능한 기판(예를 들면, 100마이크론 보다 작거나 같은, 선택적으로 10마이크론 보다 작거나 같은, 선택적으로 1마이크론 보다 작거나 같은 두께)의 사용은 복잡한 고도의 윤곽면들을 가지는 환경들을 포함하는 환경들의 넓은 범위와 정합 접촉을 형성할 수 있는 유연하거나 변형가능한 장치를 제공하는데 유용하다. 일부 실시예들에서, 변형가능한 기판은 5나노미터 및 200 ㎛의 범위, 일부 실시예들을 위해 선택적으로 10나노미터 및 100 ㎛의 범위, 일부 실시예들을 위해 100나노미터 및 10000 ㎛의 범위, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 1 ㎛ 및 1000 ㎛의 범위 및 일부 실시예들을 위해 선택적으로 1 ㎛ 및 10 ㎛의 범위에 걸쳐 선택된 두께를 가진다. 변형 가능한 기판이 단지 몇 나노미터 두께를 가지는 실시예들에서, 지지 기판(supporting substrate)이 필수적이거나, 지지력(supportability)이 층간 증착 기술에 의해 향상될 수 있다. 일부 실시예들에서, 변형 가능한 기판의 구성 및 물리적 성질들(예를 들면, 영률, 순 휨 강성, 강인성 등)은 배치 시 정합 접촉의 고도(high degree)를 달성하는 능력을 제공하면서, 장치 소자를 위한 충분한 구조적 지지를 제공하도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 변형 가능한 기판은 저 계수 층이다. 또한, 본 발명은 고 계수 층인 변형 가능한 기판을 가치는 장치들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 변형 가능한 기판은 10 GPa, 일부 어플리케이션들을 위해 바람직하게 100MPa 보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 10MPa보다 작거나 같은 영률을 가진다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 변형 가능한 기판은 0.5 MPa 및 10 GPa의 범위, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로 0.5 MPa 및 100 MPa의 범위 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 0.5 MPa 및 10 MPa의 범위에 걸쳐 선택된 영률을 가진다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 변형 가능한 기판은
Figure 112014062089431-pct00042
보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로
Figure 112014062089431-pct00043
보다 작거나 같은, 일부 어플리케이션을 위해 선택적으로
Figure 112014062089431-pct00044
보다 작거나 같은 순 휨 강성을 가진다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 변형 가능한 기판은
Figure 112014062089431-pct00045
및
Figure 112014062089431-pct00046
의 범위 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로
Figure 112014062089431-pct00047
및
Figure 112014062089431-pct00048
사이에서 선택된 순 휨 강성을 가진다.
본 발명은 비정질 물질들, 결정성 물질들, 부분적으로 비정질 물질들, 부분적으로 결정성 물질들 또는 이들의 조합을 포함하는 변형 가능한 기판들을 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명의 과도 장치는 적어도 부분적으로 결성성 물질을 포함하고, 여기서, 변형 가능한 기판의 결정화도 범위는 선택된 환경 및 장치 어플리케이션을 위해 유용하고/하거나 기선택된 변형 가능한 속도를 제공하도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 변형가능한 기판의 결정화도 정도가 커질수록, 환경과 접촉하도록 제공되는 경우의 변형 가능한 속도는 더욱 늦춰진다. 예를 들면, 본 발명은 55%보다 작거나 같은, 선택적으로 30%보다 작거나 같은, 선택적으로 20%보다 작거나 같은, 선택적으로 5%보다 작거나 같은 결정화도 정도를 가지는 변형가능한 기판을 가지는 과도 장치를 포함한다. 예를 들면, 본 발명은 변형 가능한 기판을 가지는 0 내지 55%의 범위, 일부 실시예들을 위해 선택적으로 1 내지 30%의 범위 및 일부 실시예들을 위해 선택적으로 5 내지 20%의 범위에 걸쳐 선택된 결정화도의 정도를 가지는 과도 장치를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 0% 결정화도는 전체적으로 비정질 물질을 의미하고, 결정화도의 주어진 범위는 전체 물질의 양에 관하여(relative to) 결정화도 상태에서 제공되는 물질의 양에 해당한다. 일부 실시예들에서, 실크 기판을 가지는 것들을 예로 들면, 결정화도의 정도는 실크 기판의 베타 시트 컨텐츠(beta sheet content)을 의미한다.
일부 실시예들에서, 장치는 환경과 접촉으로 제공될 때, 프로그램 변형, 제어 변환 및/또는 선택 변환의 속도를 가지는 변형 가낭흔 기판을 포함한다. 본 발명은 목표로 삼은 어플리케이션, 장치 기능, 수명 등을 기본으로 선택된 변형 속도들의 범위를 나타내는 변형가능한 기판들을 가치는 장치들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 변형 가능한 기판은 투여(administration) 시, 신속하고 완전환 변환을 제공하도록, 예를 들면, 특정환경에서 장치를 배치하는데 유용한 구조적 및/또는 형태적 변화들을 용이하게 하기 위해 높은 변환 속도를 나타낸다. 다른 실시예들에서, 예를 들면, 변형 가능한 기판은 투여 시, 느리고/느리거나, 완전한 분해를 제공하기 위해, 예를 들면, 장치의 전자 소자들의 캡슐화 제공 및/또는 장치를 배치하거나 제거하기 위해 유용한 구조적 성질들의 제공을 위해, 낮은 흡수 속도를 나타낸다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 흡수, 생체 흡수, 가수분해, 분해, 탈중합, 용해, 에칭 또는 부식을 가속화하도록 제작되는(engineered) 물질을 포함하는 무기 반도체 소자 및/또는 금속성 전도체 소자를 포함한다. 예를 들며, 제작된 물질은 천공 구조(perforated structure)일 수 있다. “천공 구조”는 리세스된 특징부들, 홀(hole)들, 채널들, 균열들 또는 구조의 적어도 하나의 주요 평면 내에서 모놀리식(monolithic)이고, 인접한 것을 방지하는 구조인 다른 물리적 결함을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 하나 이상의 천공 구조들을 독립적으로 포함한다. 예를 들면, 하나 이상의 천공 구조들은 0% - 80%, 20% - 50% 또는 30% - 40%의 범위로부터 선택된 공극율(또는 보이드 분율(void fraction))을 가진다. 일 실시예에서, 천공 구조들은 20%보다 큰 기공, 30%보다 큰 기공, 50%보다 큰 기공 또는 70%보다 큰 공극율을 가질 수 있다. 일반적으로, “공극율”은 전체 부피에 대해 물질에서 전체 기공의 부피의 비율을 설명한다. 종래에 알려진 바와 같이, 공극율 비율은 백분율로 표현될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 천공 구조들은 복수의 리세스된 특징부들 또는 채널들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 리세스된 특징부들 또는 채널들은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 두께를 통해 전체적으로 확장한다(extend). 일 실시예에서, 리세스된 특징부들 또는 채널들은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 두께를 통해 0.1% 내지 100%, 또는 1% 내지 95%, 또는 5% 내지 85%, 또는 10% 내지 75%, 또는 25% 내지 50%를 환장한다. 일 실시예에서, 리세스된 특징부들 또는 채널들은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 통해 10㎚ 내지 10㎚의 범위에 걸쳐 선택된 길이를 확장한다. 일 실시예에서, 리세스된 특징부들 또는 채널들은 0.1
Figure 112014062089431-pct00049
내지 10 cm2, 또는 0.5
Figure 112014062089431-pct00050
내지 5 cm2, 또는 1
Figure 112014062089431-pct00051
내지 1 cm2, 또는 10
Figure 112014062089431-pct00052
내지 0.1 cm2의 범위로부터 선택된 측면(lateral) 단면 치수들 및 0.01
Figure 112014062089431-pct00053
내지 10 mm, 또는 0.05
Figure 112014062089431-pct00054
내지 5 mm, 또는 0.1
Figure 112014062089431-pct00055
내지 1 mm, 또는 10
Figure 112014062089431-pct00056
내지 0.1 mm의 범위로부터 선택된 세로 치수들을 가진다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치는 특정 파장의 방사선에 노출될 경우, 분해에 적합한 물질로 제조된는 저장부를 포함한다. 저장부에서 수용액 또는 다른 화학물(들)은 방사성 민감성 물질의 분해 시 저장부로부터 방출될 수 있고, 분해 또는 변형을 가속화하기 위해 장치 소자들과 상호작용할 수 있다.
예를 들면, 내부 또는 외부 자극들은 생물학적 환경에서 변화, 온도에서 변화, 압력에서 변화, 전자기 방사선에서의 노출, 화학 작용제와 접촉, 전기장의 인가, 자기장의 인가, 용매에 대한 노출, 외부 환경의 pH에서 변화, 외부 환경의 염 농도에서 변화 또는 양극 전압의 인가일 수 있다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 선택적으로 변형 가능한 물질을 포함하는 무선 전력 소자를 포함한다.일 실시예에서, 무선 전력 소자는 코일, 베터리, 연료 전지, 에너지 포집기, 태양 전지 또는 인턱터이다. 에너지 포집기는 열전 소자(thermoelectric component) 및 압전 소자(piezoelectric component)로부터 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 센서, 전력 공급 장치, 광전자 장치, 나노 전자 기계(NEM: nanoelectromechanical) 장치 또는 마이크로 전자 기계(MEM: microelectromechanical) 장치이다. 과도 전자 장치는 센서이고, 센서는 광 강도 변화들, 광 파장 변화들, 온도 변화들, 화학적 변화들, 기계적 변화들, 전자적 변화들, 자기적 변화들 및 이들이 조합들을 검출할 수 있다. 과도 장치가 전원 공급 장치(power supply)이고, 전원 공급 장치는 코일, 배터리, 연료 전지 또는 에너지 포집기일 수 있다. 에너지 포집기는 열전 소자 또는 압전 소자로부터 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 소자는 광기 전력 효과(photovoltaic effect), 비공진 유도 결합(non-resonant inductive coupling), 근접장 상호 인덕턴스 결합(near-field mutual inductance coupling) 또는 이들의 조합을 통해 전자기 에너지를 변환한다. 무선 전력 소자가 광기 전력 효과를 통해 작동할 때, 무선 전력 소자는 태양 전지 또는 태양 배열일 수 있다. 무선 전력 소자가 비공유 유도 결합을 통해 작동할 때, 무선 전력 소자는 교류 자기장에 대한 응답으로 전류를 흐르게 하는 인덕터일 수 있다. 전원이 켜진 장치 소자는 인덕터와 전기적 통신하는 레지스터일 수 있다. 레지스터는 전류가 인덕터를 통해 흐를 경우, 열을 생성한다. 무선 전력 소자가 근접장 상호 인덕턴스 결합을 통해 동작할 경우, 무선 전력 소자는 청소 정류기(scavenging rectifier)를 포함한다. 청소 정류기는 주변 교류(AC) 신호들을 수집하는 청소 안테나를 통해 라디오 에너지를 흡수하고, 여기서, 주변 교류 신호들은 정류기에 의해 직류(DC)로 변환된다. 청소 정류기의 입력 주파수는 약 2.4GHz이다. 청소 정류기의 정류된 출력값은 1V 내지 3V의 범위로부터 선택된다.
일 실시예에서, 장치는 라디오로써 작동하고, 과도 전자 장치의 상태를 나타내는 신호 또는 과도 전자 장치의 환경에 대한 파라미터를 전송하기 위한 전송 안테나와 결합되는 발진기(oscillator)를 더 포함한다. 발진기의 출력 주파수는 약 1 GHz일 수 있다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 하나 이상의 무기 반도체 소자들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들의 각각은 나노막 구조를 독립적으로 포함하고, 예를 들어, 나노막 구조는 1000㎚보다 작은 두께를 가진다. 일 실시예에서, 무기 반도체 소자들의 각각은 Si, Ga, GaAs, ZnO 또는 이들의 임의의 조합을 독립적으로 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들은 ZnO을 포함한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들은 298 K에서 10-10 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-8 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-5 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-2 s-1 보다 크거나 같은 속도로 수성 환경에서 가수분해를 거치는 반도체 물질을 독립적으로 포함한다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하고, 과도 전자 장치의 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 Mg, W, Fe 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, 및 Zr으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가 물질들을 가지는 Mg합금을 독립적으로 포함하고, 여기서, 합금의 하나 이상의 추가적인 물질들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농도를 가진다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 하나 이상의 희토류 원소들을 가지는 Mg합금을 독립적으로 포함하고, 여기서, 하나 이상의 합금의 희토류 원소들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농도를 가진다. 다른 실시예에서, 과도 전자 장치는 ZnO 을 함유한 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 Mg, Fe, W, 또는 이들의 합금을 함유한 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 298 K에서 10-10 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-8 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-5 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서10-2 s-1보다 크거나 같은 속도로 수성 환경에서 가수분해를 거치는 반도체 물질을 독립적으로 포함한다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 유전체 소자들을 포함할 수 있고, 여기서, 하나 이상의 유전체 소자들은 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 유전체 소자들의 선택적으로 제거 가능한 물질은 흡수, 생체 흠수, 가수분해, 분해, 탈중합, 용해, 승화, 용융, 에칭 및 부식으로 이루어진 군으로부터 선택된 과정에 의해 제거를 거칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 유전체 소자들은 생체 적합성, 생체 흡수성 또는 환경 접합성 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 유전체 소자들의 각각은 하나 이상의 박막 구조들을 포함하고, 예를 들어, 하나 이상의 박막 구조들은 분자 에픽택시(molecular epitaxy), 원자층 증착, 물리적 또는 화학적 기상 증착, 또는 종래에 알려진 다른 방법들에 의해 증착하거나 성장시킬 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 유전체 소자들의 각각은 10㎚ 내지 50
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의 범위에 걸쳐 선택된 두께, 또는 100㎚보다 작거나 같은 두께, 또는 10㎚보다 작거나 같은 두께를 가진다.
일 실시예에서, 하나 이상의 유전체 소자들은 SiO2, MgO, 실크, 콜라겐, 젤라틴, PVA 및 PLGA으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 과도 전자 장치는 ZnO 및 Si으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 무기 반도체 소자들, Mg, Fe, W 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 및 SiO2 및 MgO으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유전체 소자들을 포함한다. 다른 실시예에서, 과도 전자 장치는 ZnO 를 포함하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, Mg, Fe, W 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 및 MgO를 포함하는 하나 이상의 유전체 소자들을 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 유전체 소자들은 298 K에서 10-10 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-8 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-5 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-2 s-1보다 크거나 같은 속도로 수성 환경에서 가수분해를 거치는 물질을 포함한다.
하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 유전체 소자들은 마이크로 전사 프린팅에 의해 기판상에 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 기판, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 제거 가능한 물질을 독립적으로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치는 기판과 금속 전도체 소자들의 적어도 일부 사이에 배치된 접착 촉진 층(adhesion promoting layer)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 접착 촉진 층은 산화 마그네슘, 티타늄 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
과도 전자 장치는 중성 역학층을 가지고, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 전체는 중성 역학층과 인접하게 위치된다 (예를 들면, 10마이크론, 및 선택적으로 1마이크론 내). 변형 가능한 기판의 두께는 선택될 수 있다. 변형 가능한 기판의 두께는 중성 역학층에 근접한 하나 이상의 무기 반도체 소자들의 적어도 일부를 위치시키기 위해 선택될 수 있다. 중성 역학층에 근접하여 위치된 무기 반도체 소자들을 가지는 실시예들은 예를 들면, 비-평면(예를 들면, 굴곡, 곡선, 볼록, 오목 등) 형태 및/또는 연장된(stretched) 형태에서 제공될 때, 장치의 구조적 완전성(structural integrity)을 강화함으로써, 장치가 배치 시, 형태에서 충분한 변화를 거치는 어플리케이션들을 위해 유용하다.
일부 실시예들에서, 과도 장치는 패키지 물질에서 부분적으로 또는 완전히 캡슐화될 수 있다. 일 실시예에서, 시트들의 가장자리들이 함께 적층되는 경우, 패키지 물질은 장치를 완전히 캡슐화하는 한 쌍의 가교된 실크 시트(cross-linked silk sheet)들을 포함한다. 예를 들면, 시트들은 주조(casting) 및 필링(peeling)에 의해 형성된 두 개의 독립형 실크 필름들일 수 있고, 적층에 의해 가장자리들을 따라 밀봉된다(sealed). 일반적으로, 시트들은 1마이크론 내지 200마이크론, 또는 2마이크론 내지 100마이크론, 또는 5마이크론 내지 50마이크론의 범위로부터 선택된 두께를 가질 것이다. 실제 관점에서, 200마이크론 보다 더 두꺼운 필름이 일부 기술들을 이용하여 다루어 지는 동안 균열에 민감하고 엄격할 수 있고, 1마이크론 보다 더 얇은 필름(독립형인(freestanding) 동안)은 일부 기술들을 형성하고 다루기는 어려울 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 패키지 물질은 1마이크론 내지 1센티미터, 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 5마이크론 내지 2밀리미터, 및 일부 어플리케이션들을 위해 선택적으로 10마이크론 내지 50마이크론의 범위에 걸쳐 선택된 두께를 가지는 미리 형성된 속이 빈 실크 관(hollow silk tube)일 수 있다. 일반적으로, 패키지 물질은 시트마다 약 20 ㎛의 두께를 가진다.
일 실시예에서, 캡슐화 물질은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하고, 여기서, 캡슐화물질은 겉으로 들어나지 않는 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출하도록 적어도 부분적으로 제거되는 선택적으로 제거가능한 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 캡슐화 물질을 외부 또는 내부 자극들에 대한 응답으로 제거된다.
일 실시예에서, 캡슐화 물질이 하나 이상의 무기 반도체 소자들에 제공되거나, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들에 제공되는 오버레이어이고; 여기서, 오버레이어는 10㎚ 내지 10mm, 또는 20 ㎚ 내지 1 mm, 또는 50 ㎚ 내지 0.1 mm의 범위에 걸쳐 선택된 두께를 가진다. 캡슐화물질은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들에 직접적으로 제공될 수 있거나, 캡슐화 물질 및 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 사이에서 하나 이상의 중간 구조들/층들로 간접적으로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 캡슐화 물질은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 기선택된 과도성 프로파일과 다른 기선택던 과도성 프로파일을 가진다. 예를 들면, 일 실시예에서, 과도성 프로파일은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 과도성 프로파일보다 더 큰 크기의 적어도 하나의 명령(order)일 수 있다.
일 실시예에서, 과도성 프로파일은 1ms 내지 2년, 또는 1ms 내지 1년, 또는 1ms 내지 6개월, 또는 1ms 내지 1개월, 또는 1ms 내지 1일, 또는 1ms 내지 1시간, 또는 1초 내지 10분의 범위로부터 선택된 시간 간격에 걸쳐 발생하는 캡슐화 물질의 제거에 의해 특성을 나타낼 수 있고, 이로써, 겉으로 들어나지 않은 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출할 수 있다. 예를 들면, 과도성 프로파일은 1 ms 내지 2년, 또한 1ms 내지 1년, 또는 1ms 내지 6개월, or 1ms 내지 1개월, 또는 1ms 내지 1일, 또는 1ms 내지 1시간, 또는 1초 내지 10분의 범위로부터 선택된 시간 간격에 걸쳐 캡슐화 물질의 0.01% 내지 100%, 또는 0.1% 내지 70%, 또는 0.5% 내지 50%, 또는 1% 내지 20% 또는 1% 내지 10%의 제거에 의해 특성을 나태낼 수 있고, 이로써, 겉으로 들어나지 않는 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들을 노출시킬 수 있다. 일 실시예에서, 과도성 프로파일은 0.01 ㎚/일 내지 10 microns s-1, 또는 0.1 ㎚/일 내지 1 micron s-1, 또는 1 ㎚/일 내지 0.5 micron s-1의 범위로부터 선택된 속도로 캡슐화 물질의 평균 두께의 감소에 의해 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 캡슐화 물질은 MgO, 실크, 콜라겐, 젤라틴, 폴리(락트산-코-클리콜산)(PLGA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리락트산(PLA), SiO2, 폴리안하이드라이드(폴리에스터), 폴리하이드록신알카노에이트(PHAs) 및 폴리포스페이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 캡슐화 물질은 실크를 포함하고, 실크는 적어도 부분적으로 결정 상태에 있을 수 있다. 예를 들면, 실크는 55%보다 작은 결정화도의 정도 또는 1 내지 55%의 범위에 걸쳐 선택된 결정화도의 정도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 캡슐화 물질은 시트들의 가장자리들이 함께 적층되는 경우, 과도 전자 장치를 완전히 캡슐화하는 한 쌍의 가교된 실크 시트들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 캡슐화 물질은 실크 복합체 물질을 포함한다. 실크 복합체 물질은 실크를 통해 분산된 복수의 나노입자들을 갖는 실크를 포함할 수 있고, 여기서, 난입자들의 각각은 전도체 또는 반도체 물질을 독립적으로 포함한다. 예를 들면, 나노 입자들의 각각은 Au, Ag, CsSe 및 CdTe으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 독립적으로 포함할 수 있다. 일반적으로, 나노 입자들은 1000㎚ 보다 작거나 같은 물리적 치수들을 가지고, 나노 입자들은 0.1 ㎚ 내지 100 ㎚의 범위로부터 선택된 농도로 실크에 존재한다. 일부 실시예들에서, 나노 입자들은 전자기 방사선을 흡수함으로써, 캡슐화 물질의 선택적인 제거를 야기시킬 수 있는 열을 생성시킨다. 예를 들면, 전자기 방사선의 흡수는 플라즈몬 공명이 강화된 흡수일 수 있다.
일 실시예들에서, 캡슐화 물질은 298 K에서 10-10 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서10-8 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-5 s-1보다 크거나 같은 속도, 또는 298 K에서 10-2 s-1보다 크거나 같은 속도로 수성 환경에서 가수분해를 거치는 물질이다. 다른 실시예들에서, 캡슐화 물질은 273K보다 크거나 같은 온도에서 승화를 거치는 물질이다. 예를 들면, 승화할 수 있는 캡슐화 물질은 CO2, I3, 나프탈렌, 염화 암모늄, 염화철, 염화 알루미늄, 멜라민, 니켈로센(nickelocene), 장뇌(camphor) 및 카페인으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있다.
일부 실시예들에서, 캡슐화 물질은 승화할 수 없는(nonsublimable) 물질에서 제공된 복수의 승화할 수 있는(sublimable) 섬유들을 포함하는 복합체 물질이고, 여기서, 승화할 수 있는 섬유들의 승화는 캡슐화 물질의 선택적인 제거를 일으킨다. 예를 들어, 복합체 물질은 용액 주조된(solution casted), 전기 방사된(electrospun) 또는 스핀 주조된(spin casted) 물질일 수 있다.
영(zero)에 도달하는 선택적으로 제거 가능한 물질들의 두께를 위한 시간은 하기의 식으로 제공된다:
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여기서,
Figure 112014062089431-pct00059
는 중요 시간,
Figure 112014062089431-pct00060
은 물질의 질량밀도, M(H2O)는 물의 몰질량, M(m)은 물질의 몰질량, h0는 물질의 초기 두께, D는 물의 확산계수, k는 용해 반응에 대해 반응 상수 및 w0는 물의 초기 농도이고, 여기서, k는 105 내지 10-10 s-1, 또는 103 내지 10-7 s-1, 또는 102 내지 10-4 s-1, 또는 10 내지 10-2 s-1의 범위로부터 선택된 값을 가진다.
일 실시예에서, 과도 장치의 물리적 성질들(예를 들면, 영률, 순 휨 강성, 강인성 등)은 자기 지지하는 (self-supporting) 장치를 위해 단담함을 제공하면서, 환경과 정합 접촉에 대해 높은 수준을 달성할 수도 있다. 일 실시예에서, 기판과, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 갖는 장치는
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보다 작거나 같은 과도 장치의 순 휨 강성, 또는
Figure 112014062089431-pct00062
내지
Figure 112014062089431-pct00063
, 선택적으로
Figure 112014062089431-pct00064
내지
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의 범위로부터 선택된 순 휨 강성을 제공한다. 일부 실시예들에서, 기판, 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 변형 가능한 물질을 각각 독립적으로 제공한다.
일 실시예에서, 과도 장치 및/또는 과도 장치의 소자들은 가시(visible) 및/또는 적외선(infrared) 전자기 방사선에 대하여 적어도 일부가 선택적으로 투명하다. 일 실시예에서, 예를 들면, 과도 장치, 기판, 무기반도체 소자들 및/또는 금속 전도체 소자들은 70%보다 작거나 같은 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 광에 대한 투과 백분율 및 을 일부 어플리케이션들을 위해 90%보다 작거나 같은 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 광에 대한 투과 백분율을 나타낸다. 광학적으로 적어도 일부가 투명한 장치는 관리 및/또는 사용하는 동안 장치를 가시화 및/또는 이미징화 하는데 유용하다. 추가적으로, 광학적으로 적어도 일부가 투명한 본 발명의 장치들은 장치의 내부 및/또는 외부에서 전자기 방사선을 결합하는데(coupling) 유용하다. 예를 들면, 본 발명은 환경 또는 광학 감지를 분명하게 하기 위한 LED 또는 레이저 배열 소자를 갖는 장치들을 포함하고, 여기서, 장치는 기판과 같은 장치의 다른 소자들을 통해 장치 소자로부터 광을 전달할 수 있다.
생체내 생물학적 환경과 같은 일부 생물학적 환경들에서, 기판의 분해는 효소 분해를 통해, 예를 들면, 단백질 분해효소 매개의 분해를 통해 발생한다. 추가로, 일부 실시예들에서, 분해는 조직 및/또는 생물학적 유체를 가진 인터페이스(interface)에서와 같이, 분해 효소가 존재하는 생물학적 환경에 노출되는 생체 흡수성 기판의 표면들로부터 발생한다. 또한, 분해성 기판의 특정 파라미터들은 분해 속도를 효과적으로 제어하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 화학적 조성, 물리적 상태 및/또는 분해성 기판(degradable substrate)은 분해 속도를 제어하기 위해서 선택된다. 일 실시예에서, 예를 들면, 분해성 기판은 선택된 생물학적 환경을 위해 유용한 분해 속도를 나타내는 생체 고분자를 포함한다.
일부 특정 실시예들에서, 본 발명의 과도 장치들은 기판 소자를 포함하지 않는다. 일 실시예에서, 예를 들면, 본 발명의 과도 장치들은 기판 소자를 포함하고, 기판 소자는 배치 및/또는 작동하는 동안 선택적으로 제거하며, 그 결과, 장치는 기판을 가지지 않는 과도 장치에 변화를 형성한다. 이러한 관점의 실시예는 생의학 어플리케이션들을 위한 과도 장치를 포함하고, 여기서, 생체 내에서 조직 또는 전지와의 접촉과 같이, 생물학적 환경과의 접촉은 생체흡수를 통해 기판의 손실을 발생시킨다.
일반적으로, 몇 가지 측면의 장치들은 국부 생물학적 환경에 대해 감지, 작동, 이미징 및/또는 치료체들의 전달을 포함하는 생체 내 생물학적 어플리케이션들을 위해 유용하다. 일 실시예에서, 예를 들면, 본 발명의 장치들은 생물학적 환경에서 대상 조직의 전기생리학(electrophysiology)을 측정하거나, 생물학적 환경에서 대상 조직(target tissue)을 전기물리적으로(electrophysically) 작동시키는데 유용하다. 이 때, 생물학적 환경은 생체내 생물학적 환경일 수 있고, 대상 조직은 심장 조직, 뇌노직, 근육 조직, 신경 조식, 상피 조직 및 혈관 조식으로푸터 선택될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
기판의 형상(geometry) 및/또는 형태(morphology)는 본 장치들의 기능적 수용 능력을 규명하기 위해 중요한 다른 특성들이다. 일 실시예에서, 기판은 대략적으로 균일한 두께(예를 들면, 층의 평균 두께의 10% 내의 두께)를 가지는 연속층(continuous layer)이다. 또한, 본 발명은 불연속 층 및/또는 불균일한 두께 분포를 갖는 층을 포함하는 기판을 구비한 장치들을 포함한다. 예를 들면, 본 발명은 부분적이거나 전체적인 캡슐화 및 또는 장치 소자들(예를 들면, 반도체들, 금속성 전도체 소자들, 유전체 등)의 전자적 분리(electronic isolation)를 위해 추가적인 기판들 및/또는 층들을 갖는 과도 장치들을 포함한다.
금속성 전도체 소자들의 물리적 치수들, 구성 및 형상은 본 발명의 전자 장치들의 중요한 파라미터들이다. 일 실시예에서, 금속성 전도체 소자들은 금속 필름들, 예를 들면, 얇은(예를 들어, 두께< 100마이크론) 금속 필름들이다. 얇은(예를 들면, 100마이크론보다 작거나 같은 두께, 선택적으로 10마이크론보다 작거나 같은 두께 및 선택적으로 1마이크론보다 작거나 같은 두께) 금속성 전도체 소자들의 사용은 유연하거나, 그렇지 않으면 변형 가능한 장치를 제공하는데 유용하다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 하나 이상의 박막(thin film) 구조들을 포함하고, 예로써, 박막 구조들은 분자 에피택시, 원자층 증착, 물리적 또는 화학적 기상 증착, 또는 종래의 다른 방법들에 의해 증착되고, 성장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속성 전도체 소자들은 생체 적합성, 생체 흡수성 또는 환경 적합성 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 금속성 전도체 소자들의 적어도 일부 및 선택적으로 모두는 티타늄, 금, 은, 백금 및 이들의 임의의 조합과 같은 생체 적합성 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 금속성 전도체 소자들의 일부 및 선택적으로 모두는 철, 마그네슘, 텅스텐 및 이들의 임의의 조합과 같은 변형 가능한 금속을 포함한다. 일 실시예에서, 금속성 전도체 소자들의 각각은 10마이크론 보다 작거나 같은 두께를 가지고, 선택적으로 금성성 전도체 수자들의 각각은 1마이크론 보다 작거나 같은 두께를 가지고, 선택적으로 금속성 전도체 소자들의 각각은 500나노미터보다 작거나 같은 두께를 가지고, 선택적으로 금속성 전도체 소자들의 각각은 100나노미터보다 작거나 같은 두께를 가지고, 산택적으로 금속성 전도체 소자들의 각각은 20나노미터보다 작거나 같은 두께를 가진다. 일 실시예에서, 금속성 전도체 소자들의 각각은 10나노미터 내지 100마이크론, 선택적으로 100나노미터 내지 1마이크론, 및 선택적으로 100나노미터 내지 500나노미터의 범위에 걸쳐 선택된 두께를 가진다. 일 실시예에서, 금속성 전도체 소자들의 각각은 1000마이크론보다 작거나 같은, 선택적으로 1000마이크론보다 작거나 같은, 선택적으로 100마이크론보다 작거나 같은, 및 선택적으로 10마이크론보다 작거나 같은 측면 치수들을 가진다. 일 실시예에서, 배열에서 금속성 전도체 소자들은 10마이크론보다 작거나 같은, 선택적으로 100마이크론보다 작거나 같은 거리에 의해 인접한 금속성 전도체 소자들로부터 된다. 일 실시예에서, 인접한 금속성 전도체 소자들은 10마이크론 내지 10밀리미터(millimeters), 선택적으로 10마이크론 내지 1000마이크론, 및 선택적으로 10 내지 100마이크론의 범위로부터 선택된 거리에 의해 서로 분리된다.
기판의 분해는 주어진 환경에서 과도 장치(예를 들면, 표면, 부분 및/또는 그들의 소자)를 배치하거나, 조작하고/하거나, 인터페이싱(interfacing)하는데 유용하다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 과도 장치는 기판의 분해 또는 변형을 포함하는 과정에 의해 환경과 정합 접촉하게 되고, 여기서, 예를 들면, 분해 과정은 과도 장치가 환경과 접촉(예를 들면 물리적, 전자적, 열적 등)하도록 하고, 여기서, 선택적으로 분해 과정은 장치가 환경과 인터페이싱하는 것을 돕는 과도 장치에 대해 정합 및/또는 형태상의 변화들을 야기한다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 환경과 물리적 접촉, 전자적 접촉 또는 광학적 통신으로 과도 장치를 제공하기 위해, 장치는 기판의 완전한 분해 또는 변형을 포함하는 과정을 통해 환경에 배치되거나, 위치되고, 조작되고/되거나 환경과 인터페이스된다. 그러므로, 이러한 측면의 일부 실시예들에서, 분해 가능하거나 변형 가능한 층은 과도 장치가 환경과 인터페이싱을 쉽게 하도록 배치 시에 희생층(sacrificial layer)으로 기능한다. 또한, 다른 실시예들에서, 예를 들면, 물리적 접촉, 전기적 접촉 또는 환경과 광학적 통신으로 과도 장치를 제공하기 위해, 장치는 기판의 부분적이지만 완전하지 않은 분해 또는 변형을 포함하는 과정을 통해 환경에 배치되거나, 위치되고, 조작되고/되거나 환경과 인터페이스된다. 그러므로, 이러한 측면의 일부 실시예들에서, 분해가능하거나 변형 가능한 층은 배치 시에 희생층으로 기능하지만, 사용동안 장치의 구조적 및/또는 기능적 소자로써 유지한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 환경과 정합 접촉을 형성하기 쉽게 하기 위해, 기판의 부분적 또는 완전한 분해 또는 변형은 과도 장치의 물리적 치수들, 구성, 형상 및/또는 형태를 선택적으로 조절 및/또는 조작하는 방법을 제공한다. 일부 실시예들에서, 바람직하지 않은 면역 반응 및/또는 염증을 억제하는 방법으로써, 호환 가능한 방식으로 환경과 정합 접촉을 형성하기 위해, 기판의 부분적인 또는 완전한, 분해 또는 변형은 과도 장치의 화학적 조성을 선택적으로 조절하는 방법들을 제공한다.
본 발명에서 개시된 바와 같이, 과도 전자 장치들을 형성하고 이용하는 방법은 본 발명의 과도 전자 장치들의 모든 실시예들을 생산하거나 활용하도록 실행될 수 있다.
일 측면에서, 수동형 과도 전자 장치를 이용하는 방법은
기판; 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들, 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하는 수동형 과도 전자 장치를 제공하는 단계를 포함하고,
여기서, 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형 가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 여기서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일(transience profile)을 가지며,
여기서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형은 기선택된 시간 또는 기선택된 속도로 내부 또는 외부의 자극에 대한 응답으로 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형(programmable transformation)을 제공하고, 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 수동형 과도 전자 장치의 기능 변경을 제공하고,
외부 또는 내부 자극에 대해 상기 수동형 과도 전자 장치를 노출함으로써, 수동형 과도 전자 장치를 프로그램 작동 가능하게 변환하는 단계를 포함한다.
일 측면에서, 능동형 트리거 과도 전자 장치(actively triggered transient electronic device)를 이용하는 방법은
기판; 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들; 사용자에 의해 개시된 외부 트리거 신호에 응답하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들과 작동 가능하도록 연결된 액츄에이터을 포함하는 능동형 트리거 과도 전자 장치를 제공하는 단계를 포함하고,
여기서, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지며,
여기서, 상기 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 상기 액츄에이터가 내부 또는 외부 자극에 대한 응답으로 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자소자들의 적어도 부분적인 변형을 직접 또는 간접적으로 개시하여, 상기 외부 트리거 신호에 대하여 능동형 트리거 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 능동형 트리거 과도 전자 장치의 기능 변화를 제공하고,
상기 전자 장치에 상기 사용자 개시 외부 트리거 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
일 측면에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은
장치 기판을 제공하는 단계;
하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 상기 기판상에 제공하는 단계;
여기서, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 외부 또는 내부 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지고,
상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 상기 적어도 부분적인 변형은 상기 외부 또는 내부 자극에 대한 응답 및 기선택된 시간 또는 기선택된 속도로 수동형 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 수동형 과도 전자 장치의 기능 변화를 제공하고, 이로써, 상기 트렌지션트 전자 장치를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 선택적으로 변형가능한 물질은 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn 및 Zr으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가 물질들과 Mg의 합금, Mg, W, F으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 합금의 하나 이상의 추가 물질들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농노를 가지고, 하나 이상의 희토류 원소들과 Mg의 합금을 가지며, 합금의 상기 하나 이상의 희토류 원소들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농도를 가진다.
일 실시예에서, 선택적으로 변형 가능한 물질은, Ga, GaAs 및 ZnO으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 제조 과정들에서, 상기 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 상기 장치 기판 상에 제공하는 단계는, 제조기판 상에 장치 소자들의 조립체를 제조하는 단계; 및 상기 제조 기판에서 상기 장치 기판로 상기 장치 소자들의 조립체 중 적어도 일부를 전사하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 장치 소자들의 조립체는 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 또는 하나 이상의 유전체 구조들을 포함한다. 일 실시예에서, 기판상에서 장치 소자들은 단결정Si, Ga 또는 GaAs를 포함한다. 다른 실시예에서, 제조 기판 상에 장치 소자들은 SiO2을 포함한다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 장치 소자들의 조립체를 가지는 장치 기판상에 선택적으로 변형 가능한 물질을 포함하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 제공하는 단계를 더 포함한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 장치 소자들의 조립체를 가지는 장치 기판상에 선택적으로 변형 가능한 물질을 포함하는 무기 본도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 제공하는 단계는 용액 처리 기술을 이용하여 수행한다. 다른 실시예에서, 장치 소자들의 조립체를 가지는 장치 기판상에 선택적으로 변형가능한 물질을 포함하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 제공하는 단계는 전기수력학 프린팅(electrohydrodynamic printing)을 이용하여 수행한다.
일부 실시예들에서, 제조 기판상에 장치 소자들의 조립체를 제조하는 단계는 반도체 파운드리(semiconductor foundry)에서 수행된다. 예를 들면, 제조 기판은 반도체 웨이퍼 기판, 유리판형 기판(glass plate-type substrate) 또는 SOI기판(silicon-on-insulator substrate)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제조 기판 상에 장치 소자들의 조립체를 제조하는 단계는 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 에피택셜 성장(epitaxial growth), 원자층 증착, 전기화학적 증착 및 분자선 에픽택시(molecular beam epitaxy)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고온 증착 기술들을 이용하여 수행된다. 제조 기판상에 장치 소자들의 조림체를 제조하는 단계는 US FED STD 209E, ISO 14644-1, 또는 BS 5295 클린룸(cleanroom standards.) 기준과 같이, 인정된 기준에 따라 클린 룸 상태하에서 수행될 수 있다. 유용한 장치 형식들과 배치들에 있어서, 파운드리 처리(foundry processing)를 이용하는 본 발명의 실시예들은 고품질 반도체 및 단결정 실리콘 및 SiO2와 같은 유전체 물질들에 접근하는데 유용하다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 본 발명의 방법들은 파운드리(예를 들면, 특정 장치 설계에서 고품질의 단결정 실리콘 및 SiO2 장치 소자들의 제조)에서 수행되는 일부 처리 단계들 및 용액 상 처리와 같은 비-파운드리 기술들을 이용하여 실행되는 다른 처리 처리 단계들을 포함하는 복합공정(hybrid processes)을 포함한다. 복합 접근 방식의 영향은 비-파운드리 기술들에 의해 허용된 선택적으로 변형 가능한 물질들의 범위의 통합을 위해 유연성을 가진 파운드리 기반 기술들를 통해 생산된 고품질 물질들로의 접근이다.
일부 실시예들에서, 제조 기판상에 장치 소자들의 조립제를 제조하는 단계는 하나 이상의 고온 도핑(doping) 기술들 및/또는 하나 이상의 고온 어닐링(annealing) 기술들을 이용하여 수행된다. 일부 실시예들에서, 제조 기판상에 장치 소자들의 조립체를 제조하는 단계는 완전히 처리된 프리미티브(primitive) 또는 제조 기판에 의해 지지되는 회로 소자를 생성하는 것을 포함한다.
일부 실시예들에서, 제조 기판상에 장치 소자들의 조립제를 제조하는 단계는 포토리소그래피 또는 에칭(etching) 기술을 이용하여 수행된다.
일부 실시예들에서, 제조 기판 상에 장치 소자들의 조립체를 제조하는 단계는 1마이크론 보다 작거나 같은 두께를 각각 독립적으로 가지는 제조 기판 상에 하나 이상의 단결정 실리콘 반도체 구조들; 1마이크론 보다 작거나 같은 두께를 각각 독립적으로 가지는 제조 기판상에 하나 이상의 SiO2구조들; 및 5마이크론 보다 작거나 같은 두께를 각각 독립적으로 가지는 제조 기판상에 하나 이상의 금속성 구조들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구조들을 생성하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 제조 기판상에 장치 소자들의 조립체를 제조하는 단계는 (1) 예를 들면 포토리소그래피 및 에칭 처리를 통해, 제조 기판 에 의해 지지된 하나 이상의 단결정 실리콘 반도체 구조들을 측면으로(laterally) 정의하는 단계; (2)예를 들면, 화학적 또는 물리적 증착을 통해, 제조 기판 상에 하나 이상의 금속성 구조들을 증착하는 단계; 및 (3) SiO2 구조들을 성장시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 상기 하나 이상의 금속성 전도체 구조들 또는 상기 하나 이상의 유전체 구조들 중 적어도 일부를 상기 선택적으로 변형가능한 물질로 교체하는 단계를 더 포함한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 금속성 전도체 구조들 또는 하나 이상의 유전체 구조들의 적어도 일부를 선택적으로 변형 가능한 물질로 교체하는 단계는 반도체 파운드리에서 실행되지 않는다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 금속성 전도체 구조들 또는 하나 이상의 유전체 구조들의 적어도 일부를 선택적으로 변형가능한 물질로 교체하는 단계는 용액 처리를 이용하여 수행된다. 다른 실시예들에서, 하나 잇아의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 금속성 전도체 구조들 또는 하나 이상의 유전체 구조들의 적어도 일부를 선택적으로 변형 가능한 물질로 교체하는 단계는 전기수력학 프린팅(electrohydrodynamic printing)을 이용하여 수행된다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부를 하나 이상의 선택적으로 변형 가능한 금속성 전도체 물질들로 교체하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 금속성 전도체 구조들은 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, 및 Zr으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가 물질들과 Mg의 합금, Mg, W, Fe으로 이루어진 군으로부터 선택된 선택적으로 변형가능한 금속으로 교체되고, 여기서, 합금의 하나 이상의 추가 물질들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농노를 가지고, 하나 이상의 희토류 원소들과 Mg의 합금을 가지며, 합금의 하나 이상의 희토류 원소들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농도를 가진다.
일 실시예에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 Au 또는 Al을 포함하는 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부를 선택적으로 변형 가능한 물질로 교체하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 제조 기판으로부터 장치 소자들의 조립체의 적어도 일부를 해체하는 단계를 더 포함한다. 예를 들면, 제조 기판으로부터 장치 소자들의 조립체의 적어도 일부를 해체하는 단계는 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 상기 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들을 적어도 부분적으로 언더커팅(undercutting)함으로써 수행될 수 있다. 언더커팅은 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들 아래를 에칭하는 것을 통해 달성 될 수 있다.
일 실시예에서, 제조 기판은 SOI기판(silicon-on-insulator substrate)이고, 상기 방법은 SOI 기판의 매몰 산화막(buried oxide layer)을 적어도 부분적으로 에칭하는 것을 포함하고, 이로써, 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들을 적어도 부분적으로 언더커팅한다.
일 실시예에서, 제조 기판으로부터 장치 소자들의 조립체의 적어도 일부를 해체하는 단계는 제조 기판으로부터 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부를 리프트 오프(lift off)하는 마이크로전사 프린팅에 의해 수행된다. 일부 실시예들에서, 마이크로전사 프리팅은 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들을 제조기판과 연결하는 하나 이상의 앵커(anchor)들을 파열하고(fracture), 이로써, 리프트 오프를 제공한다.
일 실시예에서, 마이크로전사 프린팅은 건식 전사 접촉 프린팅(dry transfer contact printing)이다. 마이크로전사 프린팅 기술은 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부를 정합 전사 장치의 접촉 표면과 접촉하고, 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부는 상기 접촉 표면에 부착되는 단계; 및 접촉 표면에 부착된 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부를 가지는 정합 정사 장치를 움직이고, 이로써, 리프트 오프를 제공하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 마이크로전사 프린팅 기술은 접촉 표면에 부착된 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들의 적어도 일부와 장치 기판의 수용면을 접촉하는 단계; 및 정합 전사 장치의 접촉 표면과, 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들을 분리하고, 이로써, 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및 하나 이상의 금속성 전도체 구조들을 상기 장치 기판의 수용면으로 전사하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 정합 전사 장치는 탄성중합체 스탬프이다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 사용자 개시 외부 트리거 신호에 대해 응답하고, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들과 작동가능하게 연결된 액츄에이터를 제공하는 단계를 더 포함하고, 여기서, 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 액츄에이터는 내부 또는 외부 자극에 대한 응답으로 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 상기 적어도 부분적인 변형을 직접 또는 간접적으로 개시함으로써, 외부 트리거 신호에 대한 응답으로 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공한다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 사용자 개시 외부 트리거 신호를 받기 위한 수신기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 수신기는 사용자 개시 외부 트리거 신호에 대한 응답으로 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 적어도 부분적인 변형을 개시하기 위해 액츄에이터와 운영상 연결된다. 예를 들면, 액츄에이터는 송신기와 단방향 또는 양방향 통신일 수 있고, 여기서, 송신기는 사용자 개시 외부 트리거 신호를 액츄에이터와 운영상 연결된 장치의 수신기로 제공한다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 캡슐화 물질을 제공하는 단계를 더 포함한다. 예를 들면, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 캡슐화 물질을 제공하는 단계는 용액 처리를 이용하여 수행되거나, 스핀 주조(spin casting) 또는 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 사용된다.
일부 실시예들에서, 캡슐화 물질은 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함한다. 대표적인 캡슐화 물질들은 MgO, 실크, 콜라겐, 젤라틴, PLGA, 폴리비닐알콜(PVA), PLA, SiO2, 폴리안하이드라이드(폴리에스터), 폴리하이드록신알카노에이트(PHAs) 및 폴리포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 캡슐화 물질은 실크를 포함한다.
일부 실시예들에서, 장치 기판은 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함한다. 예를 들면, 장치 기판은 생체 적합성, 생체 흡수성 또는 환경 적합성 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 장치 기판은 ??ㅂ체 또는 실크, 콜라겐, 젤라틴, PLGA, 폴리비닐알콜(PVA), PLA, SiO2, MgO, 폴리안하이드라이드(폴리에스터), 폴리하이드록신알카노에이트(PHAs) 및 폴리포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 장치 기판은 실크를 포함한다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 기선택된 과도성 프로파일을 제공하기 위해, 기선택된 과도성 프로파일을 결정하는 단계 및 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 구성 및 물리적 치수들을 선택하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 과도 전자 장치를 형성하는 방법은 기선택된 과도성 프로파일을 제공하기 위해, 하나 이상의 무기반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 두께 또는 형태(morphology)를 선택하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 무기 반도체 소자들 또는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들의 각각은 선택적으로 변형 가능한 물질을 독립적으로 포함한다.
여기서 사용되는 바와 같이,“분해성 기판상에 공간적으로 정렬된”는 기판의 표면 영역에 걸친 소자들(예를 들면, 장치 소자)의 분배를 의미하며, 각 소자는 다른 위치에 위치된다. 소자 간의 간격 균일하거나 다양할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소자들은 2D 배열로, 같은 소자간 간격을 가지고 규칙적인 배열 패턴으로 공간적으 배치된다. 일부 실시예들에서, 소자들은 공간적으로 일렬로(예를 들면, 1D 배열) 배치된다. 유용한 공간적 배치들은 소자들의 규칙적 및 불규칙적 분산들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 과도 장치들의 형상은 신축성, 유연성, 순응성(conformability) 및/또는 압축성을 제공하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 장치들은 구조적 형상들로 구성된 무기 반도체 물질들을 이용할 수 있고, 물질들 자체에 상당한 변형 없이, 기하학적으로 큰 기계적 변형들을 수용할 수 있다. 예를 들면, 견고한 장치 섬들을 연결하는 브리지들은 물결모양일 수 있고, 찌그러지고, 구불구불하거나 고불고불할 수 있다. 미국 특허 출원 제 11/851,182호(미국 공개 제 2008/0157235호); 미국 특허 출원 제 12/405,475호(미국 공개 제 2010/059863호); 및 미국 특허 출원 제 12/398,811호(미국 공개 제 2010/0002402호)에서 더 설명되며, 각각은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
일 실시예에서, 본 명세서에 공개된 장치들은 미국 특허 출원 제 11/851,182호 및/또는 미국 특허 출원 제 12/405,475호 및/또는 미국 특허 출원 제 12/398,811호에서 공개된 바와 같이, 하나 이상의 신축성 소자들을 포함하고, 상기 특허에서 공개된 하나 이상의 과정들에 의해 형성된다. 미국 특허 출원 제 11/851,182호; 미국 특허 출원 제 12/405,475호; 및 미국 특허 출원 제 12/398,811은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
임의의 특정 이론에 의해 제한되는 것 없이, 본 발명에서 공개된 장치들 및 방법들과 관련된 기본 원리들의 확신 또는 이해의 토론이 본 명세서에 있을 수 있다. 어떤 기계적 설명 또는 가설의 절대적 정확도 없이도, 본 발명의 실시예는 작동가능고 유용할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 단어들 및 문구들은 당업자에게 공지된 표준 텍스트들, 학술지 참조문헌들 및 컨텍스트(context)들을 참조하여 찾을 수 있는 본 기술 분야에서 인정된 의미를 가진다. 하기 정의들은 본 말명의 컨텍스트에서 특정 사용을 명확하게 하도록 제공된다.
“기능성층(Functional layer)”은 장치에 일부 기능을 부여하는 층을 의미한다. 예를 들면, 기능성층은 반도체 소자들, 금속 소자들, 유전체 소자들, 광학 소자들, 압전 소자들 등을 포함할 수 있다. 또한, 기능성층은 다수의 반도체층들, 금속층들 또는 유전체층들과 같이 지지층들에 의해 분리되는 다층을 포함할 수 있다. 상기 기능성층은 전극들 또는 아일랜드(island)들 사이 작동하는 인터커넥트들과 같은 복수의 패턴 요소들을 포함한다. 기능성층은 이종이거나, 분균일한 하나 이상의 특성을 가질 수 있다. “분균일 특성”은 공간적으로 다양할 수 있는 물리적 파라미터(parameter)를 의미하여, 다층 장치 내에서 중성 역학층(neutral mechanical plane)의 위치를 초래한다.
“구조층(Structural layer)”은 예를들어, 장치 소자들을 지지, 고정 및/또는 캡슐화(encapsulating)함으로써, 구조적 기능을 부여하는 층을 의미한다. 본 발명은 캡슐화 층들, 내장 층(embedding layer)들, 접착체 층들 및/또는 기판 층들과 같은 하나 이상의 구조층들을 포함하는 과도 장치들을 포함한다.
“반도체”는 매우 낮은 온도에서 절연체지만, 약 300캘빈온도에서는 상당한 전기 전도성을 갖는 어떤 물질을 의미한다. 본 명세서에서, 반도체라는 용어의 사용은 마이크로 전자제품 및 전자 장치 분야에서 사용되는 용어와 일치하기 위한 것이다. 유용한 반도체들은 실리콘, 게르마늄 및 다이아몬드와 같은 원소 반도체(elemental semiconductor)들, 및 SiC 및 SiGe과 같은 IV족 화합물 반도체들, AlSb, AlAs, AlN, AlP, BN, BP, BAs, GaSb, GaAs, GaN, GaP, InSb, InAs, InN, 및 InP와 같은 III-V족 반도체들, AlxGa1 - xAs와 같은 III-V족 3원 화합물 반도체 합금들, CsSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS 및 ZnTe와 같은 II-VI족 반도체들, CuCl과 같은 Ⅰ-Ⅶ족 반도체들, PbS, PbTe 및 SnS와 같은 Ⅳ-Ⅵ족 반도체들, PbI2, MoS2 및 GaSe와 같은 층 반도체들, CuO 및 Cu2O와 같은 산화물 반도체들과 같은 화합물 반도체들을 포함할 수 있다. 용어 ‘반도체’는 주어진 어플리케이션(application) 또는 장치에 유용한 유익한 전기적 특성을 제공하기 위해, p-형 도핑 물질들 및 n-형 도핑 물질들을 가지는 반도체들을 포함하는 하나 이상의 선택된 물질들로 도핑되는 진성 반도체들 및 불순물 반도체들을 포함한다. 용어 ‘반도체’는 반도체들 및/또는 불순물들의 혼합물을 포함하는 복합 물질들을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들를 위한 유용한 특정 반도체 물질들은 Si, Ge, Se, 다이아몬드, 플러렌(fullerene), SiC, SiGe, SiO, SiO2, SiN, AlSb, AlAs, AlIn, AlN, AlP, AlS, BN, BP, BAs, As2S3, GaSb, GaAs, GaN, GaP, GaSe, InSb, InAs, InN, InP, CsSe, CdS, CdSe, CdTe, Cd3P2, Cd3As2, Cd3Sb2, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, Zn3P2, Zn3As2, Zn3Sb2, ZnSiP2, CuCl, PbS, PbSe, PbTe, FeO, FeS2, NiO, EuO, EuS, PtSi, TlBr, CrBr3, SnS, SnTe, PbI2, MoS2, GaSe, CuO, Cu2O, HgS, HgSe, HgTe, HgI2, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, SrS, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, SnO2, TiO, TiO2, Bi2S3, Bi2O3, Bi2Te3, BiI3, UO2, UO3, AgGaS2, PbMnTe, BaTiO3, SrTiO3, LiNbO3, La2CuO4, La0.7Ca0.3MnO3, CdZnTe, CdMnTe, CuInSe2, 구리·인듐·갤륨·셀렌화물(CIGS: copper indium gallium selenide), HgCdTe, HgZnTe, HgZnSe, PbSnTe, Tl2SnTe5, Tl2GeTe5, AlGaAs, AlGaN, AlGaP, AlInAs, AlInSb, AlInP, AlInAsP, AlGaAsN, GaAsP, GaAsN, GaMnAs, GaAsSbN, GaInAs, GaInP, AlGaAsSb, AlGaAsP, AlGaInP, GaInAsP, InGaAs, InGaP, InGaN, InAsSb, InGaSb, I㎚nAs, InGaAsP, InGaAsN, InAlAsN, GaInNAsSb, GaInAsSbP, 및 상기 물질들의 어떤 혼합물을 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다. 다공성 실리콘 반도체 물질들은 본 명세서에 기재된 측면에 대해 유용하다. 반도체 물질들의 불순물들은 상기 반도체 물질(들) 그 자체이거나 반도체 물질로 제공되는 불순물들이라기 보다는 원자들, 원소들, 이온들 및/또는 분자들이다. 불순물은 반도체 물질들의 전기적 물성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 반도체 재료에 존재하는 바람직하지 않은 재료인 것으로, 산소, 탄소 및 중금속들을 포함하는 금속을 포함함을 하지만 그로 한정되지는 않는다. 중금속 불순물들은 주기율표 상의 구리와 납 사이에 있는 원소 군, 칼슘, 나트륨, 및 모든 이온, 그들의 화합물들 및/또는 복합체들를 포함하지만, 그로 한정되지는 않는다.
"반도체 소자"는 어떤 반도체의 물질, 구성 요소 또는 구조를 대체로 의미하고, 고품질의 단결정 및 다결정 반도체들, 고온 처리를 통해 제작된 반도체 물질들, 도핑된 반도체 물질들, 무기 반도체들 및 복합 반도체 물질들을 명시적으로 포함한다.
"소자"는 장치의 개별적인 부분을 나타내는데 대체로 사용된다. "인터커넥트"는 소자의 일례이고, 다른 소자 또는 소자들 사이의 전기적 접촉이 형성될 수 있는 전기적으로 전도되는 구조를 의미한다. 특히, 인터커넥트는 분리된 소자들 사이에서 전기적 연결을 형성할 수 있다. 원하는 장치 사양, 작동 및 어플리케이션에 따라, 인터커넥트는 적합한 물질로 이루어진다. 적합한 전도성 물질들은 반도체들 및 금속 도체들을 포함한다.
다른 소자들은 박막 트랜지스터들(TFTs: thin film transistors), 다이오드들, 전극들, 집적회로들, 회로 소자들, 조절 소자들, 광소자들(예를 들어, 태양 전지), 센서들, 발광소자들, 액츄에어터들, 압전 소자들, 수신기들, 송신기들, 마이크로프로세서들, 변환기(transducer)들, 아일랜드들, 브릿지들 및 그들의 조합을 포함함을 하지만, 이에 제한하지는 않는다. 예를 들어, 금속 증착, 와이어 본딩 및 고체 또는 도전성 페이스트의 적용과 같은 것에 의해, 소자들은 종래에 알려진 하나 이상의 콘택 패드(contact pad)들과 연결될 수 있다. 본 발명의 전자 장치들은 상호연결된 구성으로 선택적 제공되는 하나 이상의 소자들을 포함할 수 있다.
"중성 역학층(㎚P: Neutral mechanical plane)"은 측면(b)에 존재하는 가상면 및 장치의 길이(l), 방향을 나타낸다. 중성 역학층은 장치의 다른 평면들 보다 굽힘 응력(bending stress)에 덜 민감하다. 이 때, 중성 역학층은 장치의 세로(h), 축을 따라 더 멀리떨어진 위치들에 놓여 있고/있거나, 장치의 더 구부릴 수 있는 층들 내에 놓여 있다. 그러므로, 중성 역학층의 위치는 장치의 두께 및 장치의 층들을 형성하는 물질 둘 다에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 본 발명의 장치는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들, 또는 장치의 중성 역학층에 근접하거나 일치하여 제공되는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함한다.
"일치하는"은 두 개 이상의 물체들, 평면들 또는 표면들의 상대적 위치를 나타낸다. 예를 들어, 상기 표면은 층에 근접하거나 층 내에 위치하는 중성 역학층과 같은 표면일 수 있으며, 상기 층은 기능층, 기판층 또는 다른 층 일 수 있다. 일 실시예에서, 중성 역학층은 층 내에서 가장 변형에 민감한 층 또는 물질에 해당하는 위치에 형성된다.
"근접"은 두개 이상의 물체들, 평면들 또는 표면들의 상대적 위치를 나타내며, 변형에 민감한 물질의 물리적 성질에 부정적인 영향 없이 원하는 일치도(conformability)를 제공하면서, 기능층, 기판층 또는 다른 층과 같은 층의 위치 가까이에 형성된 중성 역학층을 예로 들을 수 있다. "변형에 민감한"은 상대적으로 낮은 변형에 대하여 부러지거나 손상되는 물질을 의미한다. 일반적으로 높은 변형 민감성을 가지고, 결과적으로 제 1층이 부러지기 쉬운 층은 상대적으로 부러지기 쉬운 반도체 또는 다른 변형에 민감한 장치 소자를 포함하는 기능층과 같은 기능층에 위치된다. 층에 근접한 중성 역학층은 층 내에 제한될 필요는 없지만, 장치가 조직 표면과 일치되는 경우, 변형에 민감한 장치 소자에 변형을 감소시키는 기능적 장점을 제공하기 위하여, 층에 근접하거나 충분히 근처에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 소자의 위치는 제 2 소자의 100 마이크론 내에 근접하거나, 선택적으로 일부 실시예들을 위해 10 마이크론 내에, 선택적으로 일부 실시예들을 위해 1 마이크론 내에서 근접한다.
일반적으로 "전자 장치"는 복수의 소자들을 결함시키는 장치를 나타내고, 대면적 전자 부품들, 프린트된 배선 기판들, 집적 회로들, 소자 배열들, 생물학적 및/또는 화학적 센서, 물리적 센서들(예를 들면, 온도, 변형 등), 나노 전자 기계 시스템들, 마이크로 전자 기계 시스템들, 광전 변환 소자들, 통신 시스템들, 의료 장치들, 광학 장치들 및 전기 광학 장치들을 결합시키는 장치를 나타낸다.
"감지"는 물리적 및/또는 화학적 성질의 존재, 부재, 양, 크기 또는 강도를 검출하는 것을 의미한다. 감지를 위한 유용한 전자 장치 소자들은 전극 소자들, 화학적 또는 생명학적 센서 소자들, pH 센서들, 온도 센서들, 변형 센서들, 기계적 센서들, 위치 센서들, 광학 센서들 및 정전용량 센서들을 을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
"작동"은 구조, 물질 또는 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 또는 캡슐화된 물질 또는 층과 같은 장치 소자에 자극을 주고, 제어하거나 영향을 주는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 물질 또는 구조의 제거, 손실 또는 변위와 같은 화학적 또는 물리적 변화가 일어나도록, 작동은 구조 또는 물질들이 선택적으로 변환되는 과정을 나타낸다. 작동을 위한 유용한 전자 장치 소자들은 전극 소자들, 전자기 방사선 방출 소자들, 발광 다이오드들, 레이저들, 자성 소자들, 음향 소자들, 압전 소자들, 화학 소자들, 생물학적 소자들 및 발열 소자들(heating elements)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
"액츄에이터"는 예를 들면, 과도 전자 장치의 선택적으로 변형 가능한 물질의 적어도 일부 변형을 개시함으로써, 사용자 개시 외부 트리거 신호에 대한 응답으로 과도 전자 장치의 적어도 일부 변형을 직접 또는 간접적으로 개시하는 장치 소자이다. 예를 들면, 액츄에이터는 장치로 공급된 에너지를 흡수하고, 적어도 일부의 변형에 영향을 끼치는 에너지를 사용하거나 변환함으로써, 과도 장치의 적어도 일부 변형을 개시할 수 있다. 예를 들면, 액츄에이터는 적어도 일부 변형을 초래하는 내부 또는 외부 자극으로 선택적으로 변형가능한 물질을 포함하는 장치의 소자를 노출시킴으로써, 과도 장치의 적어도 일부 변형을 개시할 수 있다. 예를 들면, 엑츄에이터는 캡슐화하는 물질, 무기 반도체 소자들 또는 금속성 전도체 소자들로 에너지를 공금하는 것 같은 변형에 영향을 미치는 중간 물질 또는 장치의 소자에 에너지(예를 들면, 열, 전자기 방사선, 음향, RF 에너지 등)를 공급함으로써, 과도의 적어도 일부 변형을 개시할 수 있다. 그러므로, 액츄에이터는 과도 전자 장치의 변형을 단독으로 또는 조합으로 용이하게 하는 단일 소자 또는 다수의 소자들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 액츄에이터는 예를 들어, 하나 이상의 수신기 장치 소자들을 통해 송신기와 쌍방향 통신을 하는 하나의 방법으로 직접 또는 간적적으로 제공된다.
"사용자 개시 트리거 신호"는 사용자가 과도의 프로그램 변형을 시작하거나 개시할 수 있게 함으로써, 특정 환경에서 과도 장치의 단순한 배치 이외의 어떤 동작를 포함한다. 예시적인 "사용자 개시 트리거 신호들"은 장치 또는 장치(예를 들면, 버튼, 스위치 내리기, 타이머 설정 등)와 통신하는 송신기에 실시간으로 사용자 입력 데이터를 제공하기, 장치(예를 들면, 전기장, 자기장, 음향 에너지, 압력, 변형, 열, 빛, 역학적 에너지)에 직접 또는 간접적으로 적어도 하나의 비-주위(non-ambient) 외부 에너지원을 제공하는 것 및/또는 장치로부터 받는 데이터, 예를 들면, 피드백 루프(feedback loop)로부터 데이터를 기초로 컴퓨터 판독 가능한 명령어들을 실행하기 위한 소프트웨어를 프로그래밍하기를 포함한다. 일 실시예에서, 사용자 개시 외부 트리거 신호는 전자 신호, 광학 신호, 열 신호, 자기 신호, 기계적 신호, 화학적 신호, 음향 신호 또는 전기 신호이다. 일 실시예에서, 본 발명은 사용자 개시 트리거 신호를 받도록 구성된 과도 전자 장치를 제공한다. 예를들어, 사용자 개시 트리거 신호는 송신기에 의해 제공되고, 장치의 수신기 소자에 의해 수신된다.
"비-주위 외부 에너지원"은 과도 장치가 위치된 환경에서 발견되는 동일한 형태의 유비쿼터스 어너지의 크기보다 적어도 10%이상, 또는 적어도 25%이상, 또는 적어도 50%이상 크기를 가지는 에너지를 포함한다.
용어"직접적인" 및 "간접적으로"는 하나의 소자의 동작들 또는 물리적 위치들을 다른 소자와 비교하여 설명한다. 예를 들면, "직접적으로"는 매개체로부터 개입없이 다른 소자와 접촉하거나 작동하는 것을 설명한다. 이에 반하여, "간접적으로"는 매개체(예를 들면 제 3 소자)를 통해 다른 소자와 접촉하거나 작동하는 것을 설명한다.
"섬(Island)"은 복수의 반도체 소자를 포함하는 전자 장치의 상대적으로 단단한 소자를 의미한다. "브릿지"는 두개 이상의 섬들 또는 하나 이상이 섬이 다른 소자와 상호 연결되는 구조를 의미한다. 특정 브릿지 구조들은 반도체 및 금속 연결재들을 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명의 과도 장치는 전자 연결재들을 포함하는 하나 이상의 다리 구조를 통해 전자적으로 연결된, 트랜지스터들, 전기 회로들 또는 집적 회로들과 같은 하나 이상의 반도체를 포함하는 섬 구조들을 포함한다.
"캡슐화"는 하나의 구조 방향(orientation)으로, 기판, 접착체층 또는 캡슐화층과 같은 하나 이상의 구조에 의해 적어도 부분적으로, 일부 경우에는 완전히 둘러쌓이는 것을 의미한다. "부분적으로 캡슐화된"은 하나의 구조 방향을 나타내어, 하나 이상의 다른 구조들에 의해 부분적으로 둘러 쌓인다. 예를 들어, 구조의 외부 표면들의 30% 또는 선택적으로 50% 또는 선택적으로 90%는 하나 이상의 구조들에 의해 둘러 쌓인다. "완전히 캡슐화된"은 하나 이상의 다른 구조들에 의해 완전히 둘러쌓이는 하나의 구조 방향을 나타낸다. 본 발명은 예를 들면, 생체 고분자, 실크, 실크 복합체 또는 탄성 중합체 캡슐재(encapsulant)와 같은 중합체 캡슐재 결합을 통해 부분적 또는 완전히 캡슐화된 무기 반도체 소자들, 금속성 전도체 소자들 및/또는 유전체 소자들을 가지는 과도 장치들을 포함한다.
"장벽층"은 두 개 이상의 다른 소자들을 공간적으로 분리하는 소자, 또는 구조, 물질, 유체 또는 외부 환경에서 장치까지 소자를 공간적으로 분리하는 소자를 의미한다. 일 실시예에서, 장벽층은 하나 이상의 소자들로 캡슐화된다. 일부 실시예들에서, 장벽층은 수용액, 생체 조직 또는 둘다로부터 하나이상의 소자들을 분리한다. 본 발명은 하나이상의 장벽층들, 예를 들어, 외부 환경과 장치의 인터페이스에 위치된 하나 이상의 장벽층들을 가지는 장치를 포함한다.
장벽층(들), 및 기판상에서 선택적으로 희생층(sacrificial layer)은 "그물 구조"를 제조하기 위해 식각될 수 있으며, 적어도 장벽층(들)의 일부 및 기판상에서 선택적으로 희생층은 제거될 수 있다. 예를 들어, 무기 반도체 소자 또는 추가 소자로부터 약 10나노미터 또는 그 이상 배치된 장벽 층(들)의 일부는 제거된다. 장벽층(들)의 적어도 일부의 제거 및 구조상에서 희생층의 선택적인 제거는 (i) 장벽층(들) 내의 하나 이상의 홀 및/또는 (ii) 인접 단부(proximal end)에서 장벽층(들)에 의해 물리적으로 결합되고, 말단부(distal end)에서 물리적으로 분리된 전기 소자들을 제조할 수 있다. 일 실시예에서, 그물 구조는 인접한 기판상에 배치될 수 있으며, 환경에서 배포되는 동안 장치를 위한 구조적 지지를 제공한다.
"인접한"은 끊어지지 않는 시퀀스동안 내내 접촉하거나 연결되는 물질들 또는 층들을 의미한다. 일 실시예에서, 삽입할 수 있는 생의학 장치의 인접한 층은 상당 부분 (예를 들면, 10% 또는 그 이상)제거되도록 식각된다.
"능동 회로" 및 "능동 전기회로망"은 특정 기능을 수행하기 위해 구성된 하나 이상의 소자들을 나타낸다. 유용한 능동 회로는 증폭기 회로들, 멀티플렉싱 회로들(multiplexing circuits), 전류 제한 회로들, 집적 회로들, 트랜지스터들 및 트랜지스터 어레이들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명은 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 및/또는 하나 이상의 유전체 소자들이 능동 회로 또는 복수의 능동 회로들을 포함하는 장치를 포함한다.
"기판"은 하나 이상의 소자들 또는 장치들을 지지할 수 있는 물질, 층 또는 수용면과 같은 표면을 가지는 다른 구조를 의미한다. 기판에 "결합된" 소자는 기판과 물리적 접촉을 하고, 결합된 기판 표면에 대하여 실질적으로 움직일 수 없는 소자를 의미한다. 반대로, 결합되지 않은 소자들 또는 소자의 일부는 기판에 대하여 실질적으로 움질일 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은 예를 들어, 하나 이상의 소자들 또는 장치들을 지지할 수 있는 물질, 층 또는 수용면과 같은 표면을 가지는 다른 구조를 의미하는 "기판"을 통해, 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 및/또는 하나 이상의 유전체 소자들이 기판에 직접 또는 간접적으로 결합되는 장치를 제공한다. 기판에 "결합된" 소자는 기판과 물리적으로 접촉하고, 소자가 결합된 기판 표면에 대해 실질적으로 움직일 수 없는 소자를 의미한다. 반대로, 결합되지 않은 소자들 또는 소자의 일부분은 기판에 대하여 실질적으로 움직일 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 금속성 전도체 소자들 및/또는 하나 이상의 유전체 소자들이 예를 들면, 접착제 층 또는 접착층을 통해 기판에 직접 또는 간접적으로 결합되는 장치를 제공한다.
"선택적으로 변형 가능한 물질"은 기선택 및/또는 기설정된 시간, 압력, 온도, 화학적 또는 생물학적 조건, 및/또는 전자기 방사선(electromagnetic radiation)과 같은 조건들로 물리적 변화 및/또는 화학적 변화가 일어나는 물질이다. 일부 장치 어플리케이션들에 대해 유용한 선택적으로 변형 가능한 물질들은, 용융, 승화 등을 포함하는 상 변화와 같은 물리적 변형이 기선택된 시간 또는 기선택된 속도 또는 조건들의 기설정된 설정 또는 조건들에서 변화에서 선택적으로 일어나게 한다. 일부 장치 어플리케이션들에 대해 유용한 선택적으로 변형 가능한 물질들은 분해, 분열, 용해, 가수 분해, 흡수, 생체 흡수, 광분해, 해중합, 에칭 부식과 같은 화학적 변화를 기선택된 시간 또는 기선택된 속도 또는 조건들에서 기선택된 조건들의 설정 또는 변화에 선택적으로 거친다. 예를 들면, 장치 환경(예를 들면, 주위 온도, 압력, 화학적 또는 생물학적 환경, 자연 전자기 방사선)의 조건들에 의해 제공된 기선택된 조건(들)은 자연적으로 발생할 수 있거나, 사용자 또는 장치 초기의 온도, 압력, 화학적 또는 생물학적 환경, 전자기 방사선, 자기 조건들, 기계적 변형 또는 전자 조건들과 같은, 과도 전자 장치에 또는 과도 전자 장치내에 제공된 조건(들)을 통해 발생할 수 있다. 과도 전자 장치의 선택적으로 변형 가능한 물질이 물질의 변형을 시작하는 조건(들)에 노출된 경우, 선택적으로 변형 가능한 물질은 "기선택된 시간" 또는 "기선택된 속도"로 실질적으로 완전히 또는 완전히 변형될 수 있다. 본 발명의 장치들은 완전한 변형, 실질적으로 완전한 변형 또는 불완전한 변형을 거치는 선택적으로 변형가능한 물질들을 포함한다. "실질적으로 완전히" 변형된 선택적으로 변형 가능한 물질은 95% 변형되거나, 98% 변형되거나, 99% 변형되거나, 99.9% 변형되거나, 99.99% 변형되지만, 완전히(즉, 100%) 변형되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 선택적으로 변형 가능한 물질은 기선택된 시간 또는 기선택된 속도를 선택적으로 물리적, 화학적, 전자적 또는 광전자적 성질을 야기하는 화화적 변화를 거친다. 일 실시예에서, 예를 들면, 선택적으로 변형 가능한 물질은 절연체로써 특징을 지니는 제 2 구성요소에 도체 또는 반도체 물질에 의해 특징을 지니는 제 1 구성요소의 변화를 초래하는 화학적 또는 물리적 변화를 거친다. 일부 실시예들에서, 선택적으로 변형 가능한 물질은 선택적으로 제거 가능한 물질이다.
"선택적으로 제거 가능한 물질"은 시간, 압력, 온도, 화학적 또는 생물학적 조건들, 및/또는 전자기 방사선의 조건들과 같은 기선택된 또는 기설정된 조건들 하에서 제거되는 물리적 및/또는 화학적인 물질이다. 일 실시예에서, 예를 들면, 선택적으로 제거 가능한 물질은 분해, 분열, 용해, 가수분해, 흡수, 생체 흡수, 광분해, 해중합으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정들을 통해 기선택된 시간 또는 기선택된 속도 또는 조건들의 기선택된 설정 또는 조건들에서 변화에서 선택적으로 제거된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 선택적으로 제거 가능한 물질은 용융 또는 승화와 같은 상 변화를 거치면서 제거되며, 기선택된 시간 또는 기선택된 속도 또는 조건들의 기선택된 세트 또는 조건들에서 변화에서 선택적으로 물질의 손실 또는 재배치를 야기한다. 기선택된 조건(들)은 예를 들면, 장치 환경의 조건들(예를 들면, 주위 온도, 압력, 화학적 또는 생물학적 환경, 자연 전자기 방사선 등)에 의해 제공되면서, 자연적으로 일어날 수 있고, 과도 전자 장치에서 또는 과도 전자 장치 내에서 제공되는 사용자 또는 장치 초기 온도, 압력, 화학적 또는 생물학적 환경, 전자기 방사선, 전자 조건들과 같은 인위적인 조건(들)을 통해 발생할 수 있다. 과도 전자 장치의 선택적으로 제거 가능한 물질은 물질의 제거를 개시하는 조건(들)에 노출되는 경우, 선택적으로 제거 가능한 물질은 "기선택된 시간" 또는 "기선택된 속도"로 실질적으로 완전히 또는 완전히 제거되거나, 불완전하게 제거될 수 있다. "실질적으로 완전히" 제거되는 선택적으로 제거 가능한 물질은 95%로 제거되거나, 98%로 제거되거나, 99%로 제거되거나, 99.9%로 제거되거나, 99.99%로 제거되지만, 완전히(즉, 100%) 제거되지는 않는다.
"기선택된 시간"은 초기 시간(t0)로부터 경과된 시간을 나타낸다. 예를 들면, 기선택된 조건(들)에 노출된 선택적으로 제거 가능한 물질의 두께는 영(zero) 또는 실질적으로 영(초기 두께의 10% 또는 그 이하, 초기 두께의 5% 또는 그 이하, 초기 두께의 1% 또는 그 이하)일 때, 또는 선택적으로 제거 가능한 물질의 성질(예를 들면, 전도성 또는 저항성)이 문턱값; 예를 들면, 전도성 감소가 50%, 선택적으로 일부 어플리케이션들을 위해 80%, 및 선택적으로 일부 어플리케이션들을 위해 95% 에 해당할 때, 또는 이와 달리, 전도성이 0에 해당할 때, 예를 들면, 기선택된 시간은 소자/장치 제작 또는 배치로부터 중요 시간(tc)까지 경과 시간을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 기선택된 시간은 하기의 식으로 제공될 수 있다:
Figure 112014062089431-pct00066
;
식 중,
Figure 112014062089431-pct00067
는 중요 시간,
Figure 112014062089431-pct00068
은 물질의 질량밀도, M(H2O)는 물의 몰질량, M(m)은 물질의 몰질량, h0는 물질의 초기 두께, D는 물의 확산계수, k는 용해 반응에 대해 반응 상수 및 w0는 물의 초기 농도이다.
"기선택된 속도"는 단위시간마다 장치 또는 소자로부터 제거되는 선택적으로 제거 가능한 물질의 양을 나타낸다. 기선택된 속도는 평균 속도(장치 또는 소자의 수명 동안) 또는 순간 속도로써 기록될 수 있다. 속도 형태는 명시되지 않은 경우, 평균 속도로 가정된다.
"프로그램 변형(programmable transformation)"은 제 1 상태에서 제 2 상태로 장치의 기능 변화를 제공하는 과도 전자 장치 내에서 기설정된 물리적, 화학적 및/또는 전기적 변화를 의미한다. 프로그램 변형은 소자/장치의 제작 또는 배치 또는 장치에 의해 수신되는 신호를 제공하는 송신기에 의해 제어된 실시간 트러거된 프로그램 변형의 시간을 미리 설정할 수 있다.
"과도성 프로파일(transience profile)"은 물리적 파라미터 또는 시간의 함수로써 물질의 성질들(예를 들면, 두께, 전도성, 저항, 질량, 공극률 등) 의 변화, 예를 들면, 시간이 지남에 따라 획득/상실된 두께를 설명한다. 과도성 프로파일은 속도에 의해 특성이 나타날 수 있고, 예를 들면, 선택적으로 변형 가능한 물질의 물리적 수치들(예를 들면, 두께) 또는 물리적 성질(예를 들면, 질량, 전도성, 공극률, 저항 등)의 변화 속도일 수 있다. 본 발명은 물리적 수치들(예를 들면, 두께) 또는 시간의 함수로 일정하거나 다양한 물리적 성질들(예를 들면, 질량, 전도성 등)의 변화 속도에 의해 특성이 나타나는 과도성 프로파일을 가지는 선택적으로 변형 가능한 물질들을 포함한다.
"분해성(Degradable)"은 화학적 및/또는 물리적으로 더 작은 조각들로 나누어지기 쉬운 물질을 나타낸다. 예를 들어, 분해성 물질들은 분해, 흡착, 용해, 흡수, 부식, 탈중합 및/또는 해체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 분해성 장치들을 제공한다.
"생체 흡수성(Bioresorbable)"은 생물학적 실시예에서 자연적으로 존재하는 시약들에 의해 저분자량 화학 성분 (chemical moiety) 들로 화학적으로 나누어지기 쉬운 물질을 의미한다. 생체 어플리케이션에서, 화학 성분들은 인간 또는 동물 조직으로 동화될 수 있다. "실질적으로 완전히" 흡수되는 생체 흡수성 물질은 높게 흡수(예를 들면, 95% 또는 98% 또는 99% 또는 99.9% 또는 99.99%로 흡수)되지만, 완전히 흡수(즉, 100%)되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 생체 흡수성 장치들을 제공한다.
"생체 적합성"은 물질이 생체 생물학적 환경 내에서 배치될 경우, 면역 거부반응 또는 해로운 효과를 유발하지 않는 물질을 의미한다. 예를 들면, 생체 적합성 물질이 인간 또는 동물로 이식되는 경우, 생물학적 마커는 기준값으로부터 10% 또는 20% 또는 25% 또는 40% 또는 50%보다 작은 면역 반응 변화들를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 생체 적합성 장치들을 제공한다.
"생체 불활성"은 물질이 생체 생물학적 환경내에서 배치되는 경우, 인간 또는 동물로부터 면역 반응을 유발하지 않는 물질을 의미한다. 예를 들면, 생체 불활성 물질이 인간 또는 동물로 이식되는 경우, 면역 반응을 나타내는 생물학적 마커는 실질적으로 일정하게(기준값의 플러스 마이너스 5%) 유지된다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 생체 불활성 장치들을 제공한다.
"환경호환적인(Ecocompatible)"은 환경에서 자연적으로 발생하는 하나 이상의 화합물들로 분해될 수 있도록 환경적으로 친화적인(benign) 물질을 의미한다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 환경 호환적인 장치들을 제공한다.
"나노구조 물질" 및 "마이크로구조 물질"은 하나 이상의 나노미터 크기 및 마이크로미터 크기의 물리적 크기들(예를 들면, 두께) 또는 하나 이상의 나노미터 크기 및 마이크로 크기의 채널들, 보이드(void)들, 기공(pore)들, 필러(pillar)들 등과 같은 리세스되는 것과 같은 특징부들 또는 릴리프(relief) 특징부들을 각각 가지는 물질을 의미한다. 나노구조 물질의 릴리프 특징부들 또는 리세스 특징부들은 1 내지 1000㎚의 범위로부터 선택된 적어도 하나의 물리적 크기를 포함한다. 마이크로구조 물질의 릴리프 특징부 또는 리세스되는 특징부들는 1 내지 1000 ㎛의 범위로부터 선택되는 적어도 하나의 물리적 크기를 포함한다. 예를 들면, 나노구조 및 마이크로구조 물질들은 박막들(예를 들면, 마이크로필름들및 나노필름들), 다공성 물질들, 리세스된 특징부들의 패턴들, 릴리프 특징부들의 패턴들, 연마되거나 거친 표면을 가지는 물질들, 및 기타 등등을 포함한다. 또한, 나노필름 구조는 나노구조 물질의 일예이며, 마이크로필름 구조는 마이크로구조 물질의 일예이다. 일 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 나노 구조 또는 마이크로 구조의 무기 반도체 소자들, 하나 이상의 나노구조 또는 마이크로 구조의 금속성 전도체 소자들, 하나 이상의 나노구조 또는 마이크로구조의 유전체 소자들, 하나 이상의 나노구조 또는 마이크로구조의 캡슐화 층들, 및/또는 하나 이상의 나노구조 또는 마이크로 구조의 기판층들을 포함하는 장치를 제공한다.
"나노막(nanomembrane)"은 1-1000㎚의 범위로부터 선택된 두께이거나 그렇지 않으면, 일부 어플리케이션들을 위해 1-100㎚의 범위로부터 선택된 두께로, 예를 들면, 리본, 실린더 또는 소판(platelet)의 형태로 제공된다. 일부 실시예들에서, 나노리본은 1000㎚보다 작은 두께를 가지며, 선택적으로 100㎚ 보다 작은 두께를 가진다. 일부 실시예들에서, 나노리본은 0.1내지 0.0001 범위로부터 선택된 측면 치수(예를 들면, 길이 또는 폭)로 두께의 비를 가진다.
"유전체"는 비전도 또는 절연 물질을 의미한다. 일 실시예들에서, 무기 유전체는 실질적으로 탄소가 없는 유전체 물질을 포함한다. 무기 유전체 물질들의 구체적인 예들은 질화규소(silicon nitride), 이산화규소(silicon dioxide), 실크(silk), 실크 복합체(silk composite), 탄성중합체(elastomer)들 및 중합체(polymer)들을 포함하지만, 이에 제한하지는 않는다.
"중합체"는 공유 화학결합(chemical bond)들에 의해 연결된 구조 단위(structural unit)들을 반복하도록 구성되는 고분자 또는 고분자량에 의해 종종 특성을 나타내는 하나 이상의 단위체들의 중합 생성물(polymerization product)을 의미한다. 중합체라는 용어는 동종 중합체(homopolymer)들 또는 단일 반복 단량체 서브유닛(subunit)을 기본으로 구성된 중합체들을 포함한다. 또한, 중합체라는 용어는 공중합체(copolymer), 또는 랜덤(random), 블록(block), 교대, 분할된, 그래프트된, 테이퍼된 및 그밖의 공중합체들과 같은 두개 이상의 중합체 서브유닛들을 기본으로 구성된 중합체들를 포함한다. 유용한 폴러머들은 유기 중합체들 또는 무기 중합체들을 포함한다. 연결된 단량체 체인들을 가지는 가교 중합체(Crosslinked polymer)들은 일부 어플리케이션들에 대해 특히 유용하다. 방법들, 장치들 및 소자들에서 사용할 수 있는 중합체들은 플라스틱, 탄성중합체, 가열가소성 탄성체, 엘라스토플라스틱(elastoplastics), 열가소성 플라스틱, 및 아크릴레이트를 포함하지만, 이에 제한하지는 않는다. 예시적인 중합체들은 아세탈 중합체, 생물분해성 중합체, 셀룰로오스 중합체, 플루로중합체, 나일론, 폴리아크릴로니트릴 중합체, 폴리아미드-이미드 중합체, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리벤지미다졸, 폴리부틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 공중합체 및 개질된 폴리에틸렌, 폴리케톤, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌 옥사이드 및 폴리페닐렌 설파이드, 폴리프탈아미드, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 스티렌계 수지, 술폰계 수지, 비닐 계 수지, 고무(자연 고무, 스티렌 부타디엔, 폴리부타디엔, 네오플렌, 에틸렌-프로필렌, 부틸, 나이트릴, 실리콘을 포함), 아크릴, 나일론, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리올레핀 또는 이들의 모든 결합을 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다.
"탄성 중합체 스탬프(Elastomeric stamp)" 및 “탄성중합체 전사 장치(elastomeric transfer device)"는 상호교환적으로 사용되고, 물질을 받을뿐 아니라 전달할 수 있는 표면을 가지는 탄성 중합체 물질을 의미한다. 본 발명의 일부 방법들에서 유용한 예시적인 정합(conformal) 전사 장치는 중합체 스탬프들, 몰드들, 마스크들과 같은 중합체 전사 장치들을 포함한다. 전사 장치는 도너 물질(donor material)에서 리시버 물질(receiver material)까지 물질 전사에 영향을 미치고/미치거나, 물질 전사를 용이하게 한다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법은 예를 들면, 제조(fabrication) 기판에서 장치 기판으로 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체 구조들을 전사하기 위해, 마이크로전사 프린팅 공정에서 중합체 전사 장치(예를 들면, 중합체 스탬프)와 같은 정합 전사 장치를 사용한다.
"탄성 중합체"는 늘어나거나 변형될 수 있고, 실질적으로 영구한 변형없이 그것의 본래 형상으로 되돌아갈 수 있는 중합체 물질를 나타낸다. 일반적으로 탄성 중합체들은 탄성 변형을 실질적으로 견딘다. 유용한 탄성 중합체들은 중합체, 공중합체, 복합체 물질 또는 중합체 및 공중합체의 혼합물을 포함한다. 탄성 중합체 층은 적어도 하나의 탄성 중합체를 포함하는 층을 의미한다. 또한, 탄성 중합체 층은 불순물들 및 다른 비탄성 중합체 물질들을 포함할 수 있다. 유용한 탄성 중합체들은 열가소성 탄소 중합체, 스틸렌 물질, 올레펜 물질, 폴리 올레핀, 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체, 폴리아미드, 합성고무, PDMS, 폴리부타디엔, 폴리이소부틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌), 폴리우레탄, 폴리클로로프렌 및 실리콘을 포함할 수 있지만, 이로 한정되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 탄성 중합체 스탬프는 탄성 중합체를 포함한다. 예시적인 탄성 중합체들은 중합체들을 포함하는 실리콘을 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다. 폴리(다이메틸 실록산)(즉, PDMS 및 h-PDMS), 폴리(메틸 실록산), 부분적으로 알킬화 폴리(메틸 실록산), 폴리(알킬 메틸 실록산) 및 폴리(페닐 메틸 실록산), 실리콘 개질된 탄성 중합체, 열가소성 탄성 중합체, 스티렌계 물질들, 올레핀계 물질들, 폴리올레핀, 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체, 폴리 아마이드, 합성 고무, 폴리이소부틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌), 폴리우레탄, 폴리클로로프렌 및 실리콘을 포함하는 폴리실록산(polysiloxane)과 같은 중합체들을 포함하는 실리콘으로 제한하지만, 이에 한정되지는 않는다. 일 실시예에서, 중합체는 탄성 중합체이다.
"정합가능한(Conformable)"은 장치, 물질 또는 기판이 원하는 어떤 윤곽 프로필(contour profile), 릴리프 특징부들의 패턴을 가지는 표면과 정합 접촉하기 위해 허용되는 윤곽 프로필을 취할수 있도록 충분히 낮은 휨 강성(bending stiffness)을 가지는 장치, 물질 또는 기판을 의미한다. 특정 실시예들에서, 원하는 윤곽 프로필은 생물학적 환경에서 조직의 윤곽 프로필이다.
"정합 접촉(Conformal contact)"은 장치 및 수용면 사이 형성된 접촉을 의미한다. 하나의 측면에서, 정합 접촉은 장치의 하나 이상의 표면들(예를 들어, 접촉 표면) 중 육안으로 보이는 적응(macroscopic adaptation)을 포함한다. 다른 측면에서, 정합 접촉은 공극들없이 실질적으로 밀착(intimate contact)을 야기하는 표면에 대해 장치의 하나 이상의 표면들(예를 들면, 접촉 표면들)에서 육안으로 보이는 적응(adaptation)을 포함한다. 일 실시예에서, 정합 접촉은 수용면(들)에 대한 장치의 접촉 표면(들)의 적응을 포함하여, 밀착이 달성된다. 장치의 접촉 표면의 표면 영역의 20%보다 작은 경우는 물리적으로 수용면과 접촉하지 않거나, 선택적으로, 장치의 접촉 표면의 10%보다 작은 경우는 물리적으로 수용면과 접촉하지 않거나, 선택적으로, 장치의 접촉 표면의 5% 보다 작은 경우는 물리적으로 수용면과 접촉하지 않는다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법은 정합 전사 장치 및 하나 이상의 단결정 무기 반도체 구조들, 하나 이상의 유전체 구조들 및/또는 하나 이상의 금속성 전도체들, 예를 들면, 건식 전사 접촉 프린팅과 같은 마이크로전사 프린팅 공정들 사이에서 정합 접촉을 형성하는 것을 포함한다.
"영률"은 주어진 물질에서 응력과 변형의 비를 나타내는 재료, 장치 또는 층의 기계적인 성질이다. 영률은 하기의 식으로 제공될 수 있다:
Figure 112014062089431-pct00069
, (I)
식 중, E는 영률, L0는 평형상태의 길이, ΔL은 적용된 응력 하에서의 길이 변화, F는 적용된 힘 그리고 A는 적용된 힘에 걸친 영역이다. 영률은 또한 하기의 방정식을 통해 라메(Lame) 상수의 용어로 표현될 수 있다:
Figure 112014062089431-pct00070
, (II)
식 중,
Figure 112014062089431-pct00071
및
Figure 112014062089431-pct00072
는 라메 상수이다. 고영률(또는 "고 계수") 및 저영률(또는 "저 계수")은 주어진 재료, 층 또는 장치에서 영률의 크기의 관련된 기술어(記述語)이다. 본 발명에서, 고 영률은 저 영률 보다 바람직하게는 일부 어플리케이션들을 위해 대략 10배, 더 바람직하게는 다른 어플리케이션들을 위해 대략 100배, 더욱 바람직하게는 다른 어플리케이션들을 위해 대략 1000배 더 크다. 일 실시예에서, 저 계수 층은 100MPa보다 작은 영률, 선택적으로 10MPa보다 작은 영률 및 선택적으로 0.1MPa 내지 50MPa 범위에서 선택된 영률을 포함한다. 일 실시예에서, 고 계수 층은 100MPa보다 큰 영률, 선택적으로 10GPa보다 큰 영률 및 선택적으로 1GPa 내지 100GPa의 범위로부터 선택된 영률을 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명의 장치는 낮은 영률을 가지는 기판, 캡슐화층, 무기 반도체 구조들, 유전체 구조 및 또는 금속성 도전체 구조들과 같은 하나이상의 소자들을 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명의 장치는 전체적으로 낮은 영률을 가진다.
"이질적인 영률"은 공간적으로 다양한(예를 들면, 표면 위치에 대해 변화하는) 영률을 가지는 물질을 의미한다. 이질적인 영률을 가지는 물질은 전체 물질에 대해 "벌크" 또는 "평균" 영률의 조건에서 선택적으로 설명될 수 있다.
"저 계수"는 10 MPa이하, 5 MPa이하 또는 1 MPa이하인 영률을 가지는 물질을 의미한다.
"휨 강성"적용된 휨 순간에 대해 물질, 장치 또는 층의 저항을 설명하는 물질, 장치 또는 층의 기계적 성질이다. 일반적으로 휨 강선은 물질, 장치 또는 층의 계수 및 면적 관성 모멘트의 산물로써 정의된다. 이질적인 휨 강성을 가지는 물질은 물질의 전체 층에 대해 "벌크" 또는 "평균" 휨 강성의 조건에서 선택적으로 설명될 수 있다.
과도 장치들 및 상기 장치들을 형성하고 사용하는 방법은 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 명확성을 위해서, 도면내에서 여러 항목은 표시되지 않을 수도 있으며, 도면들은 축척으로 그려지지 않을 수 있다.
도 1은 세로 치수 또는 높이(h), 측면치수 또는 폭(b) 및 세로 치수 또는 길이(L)을 포함하는 물리적 크기(physical dimension)들을 가지는 과도 장치(100)의 사시도를 보여주고 있다. 과도 장치(100)은 균형적 또는 불균형적인 형태일 수 있지만, 일반적으로 정사각형 또는 직사각형의 평형 사변형의 형태일 수 있다. 과도 장치(100)는 하나 이상의 장치 소자들(104, 106)이 배치되는 분해성 기판(degradable substrate)(102)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 장치 소자(106)는 서로 물리적 및/또는 전기적 통신에서, 두 개 이상의 다른 장치 소자들(104)과 결합하는 인터커넥트(interconnect)이다. 선택적으로, 하나 이상의 장치 소자들(104, 106)은 부분적으로 또는 완전히 캡슐화 물질(미도시)에 의해 캡슐화될 수 있다. 과도 장치(100)은 원격으로(예를 들면, 무선으로)또는 전력원(power source)(미도시)과 물리적 연결을 통해 전원을 켜거나 작동될 수 있다.
도 2는 과도 장치(100)을 이용하기 위한 예시적인 단계를 도시한 흐름도(200)을 제공한다. 단계들(202 및 204)에서, 사용자는 환경과 접촉되는 과도 장치를 제공한다. 선택적인 단계(206)에서, 과도 장치(100)은 환경을 작동시키거나 환경과 관련된 파라미터를 감지한다. 마지막으로, 단계(208)에서, 과도 장치는 적어도 하나의 내부 및/또는 외부 자극에 의해 프로그램작동 가능하게 변형된다.
일부 실시예들에서, 삽입할 수 있는 생의학 장치들은 생체 흡수성(bioresorbable) 기판과 같은 실크를 유리하게 활용한다. 실크는 박막형태에서 생체 적합하고, FDA-승인되고, 광학적으로 투명하고, 기계적으로 견고하며(높은 기계적 탄성률 및 강인성), 유연한(flexible)하다. 또한, 민감한 전자 기능들을 유지하는 수성처리와 호환될 수 있으며, 화학적 및 생물할적으로 기능화할 수 있다. 다양한 아미노산 곁사슬들의 존재는 기능화 실크들을 위해 화학반응을 결합하는데 용이하다. 또한, 실크는 몇분에서 몇시간, 몇 년의 범위에 걸쳐 단백질 가수분해(비염증성 아미노산 생산)의 프로그램 속도을 가지는 수용성이다.
실크와 비슷하거나 유사한 성질이 존재하는 다른 천연 고분자들은 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 아가로스, 키틴, 폴리하이드록신알칸산, 플렌(pullan), 녹말(아밀로오스, 아밀로펙틴), 셀루로스, 하알루론산 또는 이들의 모든 결합을 포함하지만, 이에 제한하지 않는다.
실크는 다양한 천연 자원, 예를 들면, 누에 또는 거미로부터 얻어질 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라 사용되는 실크 용액은 예를 들면, 용해된 누에 실크(예를 들면, 누에나방), 용해된 거미 실크(예를 들면, Nephila clavipes)를 포함하는 용액이거나, 세균, 효모, 포유동물 세포, 형질전환 동물 또는 형질전환 식물로부터와 같은 재조합 실크를 포함하는 용액으로부터 얻어질 수 있다.
일 실시예에서, 생체흡수성 기판의 실크는 실크 피브로인 단백질일 수 있으며, 실크 피브로인 단백질은 역팽행 베타 시트들의 층들로 구성되고, 반복되는 아미노산 시퀀스(Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala) n 로 주로 구성되는 기본 구조를 가진다. 피브로인(fibroin)은 실크 II, 및 III로 불리는 세개의 구조들로 배열되는 것으로 알려져 있다. 실크 I은 누에나방 실크 샘(silk gland)으로부터 방출로, 천연 피브로인이고, 비정질 형태의 피브로인이다. 실크 II는 견방사(spun silk)에서 피브로인 분자달의 단결정 배열을 의미한다. 실크 III은 경계면(즉, 공기-물 경계면, 물-오일 경계면 등)에서 피브로인의 용액으로 주로 형성된다. 공개된 과도 장치들에서, 실크 I, II 및/또는 III는 사용될 수 있다.
발행된 순서에 따라면, 실크 기판들은 누에나방고치로부터 유래된 물질로부터 준비될 수 있다. Sofia, S., McCarthy, M.B., Gronowicz, G. & Kaplan, D.L. 뼈 혀성을 위한 기능화된 실크 기반 생체 물질(Functionalized silk-based biomaterials for bone formation). J. Biomed. Mater . Res . 54, 139-148 (2001); Perry, H., Gopinath, A., Kaplan, D.L., Negro, L.D. & Omenetto, F.G. 광학적으로 투명하고, 기계적으로 견고하고, 생체 적합한 실크 피프로인 필름들의 나노 및 미세화(Nano- and micropatterning of optically transparent, mechanically robust, biocompatible silk fibroin films). Adv . Mater . 20, 3070-3072 (2008); 및 WO 2008/108838을 참조. 간략하게, 0.02M 탄산나트륨 수용액에서 60분 동안 누에고치를 끓이는 것은 세리신과 누에고치에서 피브로인 필라멘트(fibroin filament)들과 결합하지만, 바람직하지 않은 면역반응을 포함할 수 있는 수용성 당단백(water-soluble glycoprotein)을 제거했다. 60℃에서 리튬 브로마이드 수용액은 실크 피브로인 섬유를 용해했고, 연속적인 투석은 리튬 브로마이드를 제거했다. 최소 오염으로 8-10% 실크 피브로인의 용액을 추출하기 위해 정밀여과한 다음, 원심분리는 미립자를 제거했다.
다른 방법을 이용하면, WO 2008/108838에서 전체를 참조하여 인용되어, 설명된 바와 같이, 실크 용액은 유기 용매를 이용하여 준비될 수 있다. 실크 물질의 제조에 있어서 유기 용매의 사용은 생체 적합성 및 실크 물질의 물리적 성질을 바꿀 수 있다. 예를 들면, 메탄올과 같은 유기 용매로의 실크 필름의 침지는 결정화를 유도하여, 수화되거나 팽윤된 구조의 탈수를 야기할 수 있으며, 물에서 용해도를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 유기 용매의 사용은 실크 물질을 덜 분해되도록 만들 수 있다.
상술한 바와 같이, 실크 용액에서, 수성 용매에 비해 유기 용매의 존재는 비정질 구조들에 비해서 더욱 결정 구조들을 가진 실크 기판들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 현상은 실크의 생체흡수(bioresorption) 또는 분해 속도를 조절하는데 사용될 수 있다. 따라서, 원하는 흡수 또는 분해 속도에 따라, 실크 용액은 수용액: 유기 용액의 어떤 적합한 비율, 예를 들면, 100% 수용액, 약 80% 수용액, 약 60% 수용액, 약 50% 수용액, 약 40% 수용액, 약 20% 수용액 또는 10% 수용액을 이용하여 준비될수 있다.
추가적인 기술들은 실크 기판의 분해 속도를 조절하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 분해가 일어나는 속도는 기판 물질, 기판 두께, 가교, 사슬간 수소결합 또는 반 데르 발스 힘의 범위 및/또는 분자 배열(예를 들면, 단축 또는 이중축 늘임, 섬유 방사 및/또는 직조)을 변경함으로써 맞춰질 수 있다.
생체 고분자, 합성 고분자, 단백질, 다당류, 폴리(글리세롤-세바케이트)(PGS), 폴리디옥사논(polydioxanone), 폴리(락트산-코-클리콜산)(PLGA), 폴리락트산(PLA), 콜라겐, 키토산 또는 이를의 임의의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 추가적인 생체 흡수성 중합체들은 분해성 기판으로써 단독으로 사용될 수 있거나, 복합체 실크 기판들을 생성하는 실크 용액에 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 약 50 내지 약 99.99 의 실크 단백질 용액의 부비(vol%) 및 약 0.01 내지 약 50 vol%의 추가적인 중합체를 포함한다.
일부 측면들에서, 본 발명에 기술된 과도 장치는 약물 전달(drug delivery)을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 치료제는 기판의 열화에 따라 환자에게 투여되기 위해, 액체, 겔, 분산된 고체 또는 임의의 다른 적절한 물리적 형태와 같은 기판 물질내에서 캡슐화될 수 있다. 이처럼, 치료적으로 강화된 기판 물질들을 형성하기 위해, 분해성 중합체 용액는 기판을 형성하기 전에, 하나 이상의 치료제들과 혼합되고, 약학적으로 수용가능한 케리어(carrier)가 선택적으로 혼합될 수 있다. 분해성 물질을 용해하지 않는 어떤 약학적 케이어는 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 트랜지션트 장치는 대상에게 제공되는 치료제를 투여, 전달 및/또는 활성화하는데 사용된다. 상기 측면의 일 실시예에서, 분해성 기판은 생물학적 환경으로 투여 및 /또는 대상 조직과 접촉 시, 치료제를 방출하는 다기능 소자이다. 예를 들면, 본 발명은 약(예를 들면, 저분자 치료제), 나노입자 및/또는 단백질, 펩티드, 올리고뉴클레오티드(예를 들면, DNA 또는 RNA)와 같은 생체 분자 등의 치료제를 갖는 분해성 기판들을 포함한다. 본 발명의 측면은 치료 적용의 범위를 위해 유용할 수 있다. 본 발명 본 발명의 치료제 및 / 또는 선택한 조직 유형에 대한 치료제의 대상으로 관리 제어 방출 등의 치료 응용 프로그램의 범위에 유용 할 수 있습니다. 이들 실시 예에서 치료제의 방출은 대상 조직과 접촉 분해성 기판의 흡수에 의해 매개되는 과정에 의해 발생할 수있다. 전자 장치의 구성 요소는 분해성 기판으로 이식할 수 있는 장치의 구성 요소의 지역 난방에 의해, 예를 들어, 열 수단을 통해 분해성 기판으로부터 치료제의 출시를 매개 항에 있어서, 본 발명은 이식할 수 있는 장치 및 시스템을 포함한다. 전자 장치의 구성 요소는 단백질이나 펩티드의 석방을 생성하고 전기 프로세스로 지역 전기 분야의 제어에 의해 구동 과정을 통해 분해성 기판으로부터 치료제의 출시를 매개 항에 있어서, 본 발명은 이식할 수 있는 장치 및 시스템을 포함한다. 전자 기기 구성 요소가 전자기 방사선의 흡수에 의해 구동되는 프로세스를 통해 기판으로부터 분해성 치료제의 방출 및/또는 활성화를 매개하는 상기 발명은 이식 장치 및 시스템을 포함한다. 일 실시 예에서, 이식 장치가 광학적으로 분해성 기판으로부터 방출 도중 및 /또는 치료제를 활성화할 수 있는 등, 레이저 또는 LED 어레이와 같은 전자 장치의 구성 요소를 포함한다. 본 발명의 이러한 측면은 광선 요법 등의 치료 응용 프로그램에 유용합니다.
명세서에 기술된 장치와 함께 사용될 수 있는 치료제는 저분자; 단백질; 펩티드; 뉴클레오티드; 핵산; 탄수화물; 소당류; 세포; 유전자; 항혈전제; 항대사질환; 항응고제; 유사분열 억제제; 섬유소 용해제; 항염증성 스테로이드; 단일 클론 항체; 비타민; 진정제; 스테로이드; 수면제; 항생제 및 항바이러스제와 같은 항감염제, 화학요법제(예를 들면, 항암제); 프로스타글란딘; 방사성 의약품; 항거부 반응제; 진통제; 소염제; 스테로이드와 같은 호르몬; 표피 성장 인자, 섬유 아세포 성장 인사, 혈소판 유래 성장 인자, 인슐린 유사 성장 인자, 변형 성장 인자 및 혈관 내피 성장 인자와 같은 성장 인자(억제제 또는 촉진제); 엔도스타틴과 같은 항혈관성 단백질; 다당류; 당단밸질; 지질 단백질 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들면, 치료 장소(therapeutic site)에 이식된 생의학 장치로부터 전자기 방사선을 수신할 경우, 생체내 생물적 환경을 통해 순환하는 치료제는 활성화 될 수 있다. 특히, 전자기 스펙트럼의 자외선과 가시영역 내에서 에너지는 유용할 수 있다.
본 발명은 비제한적인 실시예에 의해 이해될 수 있다.
실시예 1
도 3a, 3b 및 7은 기술에 대해 시연 플랫폼(demonstration platform)의 이미지들 및 도식을 제공한다. 인덕터들, 캐패시터들, 저항들, 다이오드들, 트랜지스터들, 인터커넥트들 및 크로스오버(crossover)들에서 기판 및 캡슐화층들에 이르는 여기서, 나타낸 모든 소자들은 도 3에서 시간적 순서에 따라 도시된 이미지들처럼, 가수분해에 의한 용해 반응을 통해 완전히 사라진다. 과도 전자 장치의 예는 컨덕터들을 위한 마그네슘(Mg), 유전체를 위한 산화 마그네슘(MgO) 및 이산화 규소(SiO2), 반도체들을 위한 단결정 실리콘(Si NMs)및 기판 및 패키징 물질(packaging material)을 위한 실크 (수용성 뿐만아니라 효소적으로 분해성4 .5)를 사용한다. 제조는 미세 라인 스텐실 마스크(fine-line stencil mask)들(Mg, MgO, SiO2) 및 용액 주조(solution casting)(실크)을 통해 전사 프린팅(Si NMs)(상기 전사 프린팅 공정을 기초로 자동 제조 툴(tool)들은 마이크로크기의 대규모 어레이들, 다중 접합 태양 전지들을 통합하는 고효율 광발전 모듈들의 견본 생산 라인(pilot line production)에서 현제 사용된다) 6, 물리적 증착의 조합을 포함한다. Mg를 위한 접착 촉진제로써, MgO는 특정 경우 및 트타늄의 얇은 층들에서 사용되었다. 장치 제조는 다소 낮은 수율을 가지지만, 티타늄 없이 가능하였다.
각 물질의 용해의 원인이 되는 화학 반응들은 도 3d에서 나타내고 있다. 순서대로 기술된 것처럼, Si NMs 및 SiO2의 층들은 고성능 트랜지스터들, 다이오드들, 광 검출기들, 태양 전지들, 온도 센서들, 스트레인 게이지(strain gauge)들 및 다른 반도체 장치들에서 그들의 중요한 역할로 인하여, 특히 중요하다. 두 경우 모두, 나노다공성 실리콘 매트릭스7 -9의 연구들로부터 결정된 바와 같이, 가수 분해는 오르토규산(ortho-silicic acid)(Si(OH)4)을 형성하고, 오르토규산의 물 용해도는 실온에서 ~0.10 g/L이다. 상기 ㎚ 형상은 고성능 장치들 및 평면구조들이 과도 단계 동안 소비되야 하는 물질의 양을 최소화하고, 실크4와 같은 기판들 상에 이형의 통합에 바람직한 매커니즘 및 처리 옵션들을 제공할 수 있기 때문에 중요하다. 두번째 특징은 바이오 호환성(bio-compatibility)이 중요한 어플리케이션들을 위해 용해도의 한계들 및 잠재적으로 분리한 생물학적 반응들을 피하면서, 과도성의 높은 속도로 엑세스할 수 있다. 본 명세서에 기술된 통상적인 트랜지스터는 30
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만큼 작은 물에 Si(OH)4로 용해될 수 있는 Si ~1
Figure 112014062089431-pct00074
보다 작다. 장치들의 크기의 직접적인 감소는 더욱 Si의 필요량이 줄일 수 있었다. 예를 들면, 아주 얇은 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼에 형성된 최신 MOSFET의 활성영역에서 Si의 질량은 ~10 fg이며, ~300 fL10만큼 작은 용해도에 해당한다.
도 4a는 생체 흡수(다양한 두께를 가진 Si NMs에 대한 도 8 참조)에 의한 과도성을 시뮬레이션하기 위해, 생리학적 관련 온도(37℃)에서, 70㎚의 두께를 가진 Si NM(3 x 3
Figure 112014062089431-pct00075
)의 인산염 완충용액(PBS; PH7.4)내에서, 용해의 다양한 단계들에서 수집된 원자간력 현미경 사진을 나타낸다. 반응 속도는 반응 확산 모델(도 4b)을 이용하여 분석적으로 캡쳐할 수 있으며, 속도 제한 단계는 물과 수산화 이온의 Si로의 확산 및 두께 방향(y)에 걸쳐 일어나는 반응에 의해 정의된다.
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여기서, D 및 k는 물에 대한 확산 계수이고, 각각 실리콘과 PBS 사이 반응 상수이다. 그리고, w는 물의 농도이다. 용해 후, 평형은 공식화된다: Si+4H2O <-> Si(OH)4+2H2, 여기서, 중립 오르토 규산은 확산에 의해 실리콘 표면에 남는다. 이 모델에서, 물리적으로 사라지기 전에, 시간(t)에 대하여 Si NM (h)의 두께는 t와 거의 선형적으로 감소한다.
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, (1)
여기서, h 0는 초기 두께,
Figure 112014062089431-pct00078
, M(H2O) 및 M(Si) 각각은 물과 실리콘의 몰질량이고,
Figure 112014062089431-pct00079
는 초기 물 농도이고,
Figure 112014062089431-pct00080
= 2.329 g/cm3는 질량 밀도이다. 상기 식은
Figure 112014062089431-pct00081
및
Figure 112014062089431-pct00082
에 대하여 신체 온도(37℃)(도 4c)에서와
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및
Figure 112014062089431-pct00084
인 경우, 실온(25℃, 도. 9a)에서
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=35, 70 및 100 ㎚에 대한 아레니우스 크기14와 일치하는 실험관찰들을 캡쳐한다. 영에 도달하기 위한 두께에 대한 주요 시간은
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에 의해 대략적으로 주어진다. 결과들은 신세온도에서
Figure 112014062089431-pct00087
=35, 70 및 100 ㎚ 각각에 대해 t=14, 16 및 19 로, 실험과 일치한다. 반응 속도 상수에 따른 시간을 포함하는 모델들은 추가 특징들을 캡쳐할 수 있다.
도 3에서, 비슷한 계산들은 과도 전자 장치를 위한 다른 물질들에서 관련 행동(related behavior)들을 정량적으로 캡쳐한다. 도 4d는 MgO(10㎚; 접착 촉진제)의 박막상에 Mg(150㎚)의 기록 예를 나타낸다. 저항의 측정된 변화들은 두께(도 4e, 도 10a 및 b, 상세한 설명을 위해 실시예2 참조)의 계산된 변화들을 기초로 예상되는 것과 상관관계가 있으며, 저항은 R 0 x (h/h 0)-1에 의해 주어지고, R 0는 초기 저항이다. (다른 예들은 도 11에 나타냄.) 본 결과는 과도 전자 장치를 위해 필수적인 전기적 특성을 확산 반응 모델들과 연결함으로써, 과전 전자 장치에 대한 포괄적인 설계 방식으로 형성된 회로 시뮬레이터들과 함께 분석을 사용하는 캐패시터를 제안한다. 상기 모델들의 실험 검증은 이러한 물질들로 구성된 통합 장치(integrated device)들의 동작의 평가하는데 예측하도록 한다.
상기 모델들의 예측 사용(predictive use)은 ㎚들 및 박막 장치 설계들의 중요성을 강조한다. 특히, 다이싱 집적회로(diced integrated circuit)(~12 mm x ~12 mm x ~700 ㎛)와 유사한 치수를 가진 실리콘의 한 조각에 대한 t c 는 ~600년 이상으로 추정되고, 용해도 한계9를 피하기 위해 물 약 ~8 L정도가 필요할 수 있다. 비교로, 35㎚의 두께와 유사한 측면 치수를 가지는 Si NM에 대한 t c 는~10일 보다 작고, ~0.4 mL만큼 작은 물에서 발생할 수 있다. ㎚을 기초로 전자 소자들을 위한 소요 시간(timescale)는 캡슐화하는 층들 및 패키징 물질들을 추가함으로써, 제어되는 양으로, 연장될 수 있다; 그것들은 분해에 의하여 용해를 촉진시키는 방식으로 물질들을 물리적으로 구조화하거나 임계치를 감소시킴으로써 감소될 수 있다(도 12). 도 4e 및 10은 MgO의 다양한 두께들 및 MgO와 실크의 오버코트(overcoat)들의 조합들로 캡슐화된 Mg의 굴곡형 저항기(serpentine resistor)에서 측정된 과도성의 결과들을 보여주고 있다. 또한, 해당하는 모델링 결과들은 실험들 및 일반적인 예상이 잘 일치함을 나타내고 있다(예 2에서 상세한 설명 참조). 실크는 결정화도(crystallinity)5 .15의 조절을 통해, 크기의 몇배에 걸쳐, 물에서 용해도가 프로그램될 수 있기 때문에 이러한 목적을 위해 적절하다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 다른 생분해성 고분자들이 사용될 수 있다. 장치 수준에서 과도성의 연구들도 중요하다. 예를 들면, 도 4f는 MgO의 캡슐화 층들과 결정화된 실크를 가진, Si NMs, SiO2 유전체들 및 Mg전극으로 형성된 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs, metal oxide semiconductor field effect transistors)을 보여주고 있다. 다음 상세한 설명인 실시예 2에서 기술된 장치는 기능적 과도성(transience)으로 두 단계의 반응 속도를 보여준다. 특히, `90시간까지 동안 물속에서의 침지는 이동도, on/off 전류비(I on /I off ) 및 문덕 전압(V th )과 같은 주요 장치 특성들에서 무시할만한 변화를 일으킨다. 기능적 저하는 안정적인 작동의 주기 후, 상대적으로 짧은 시간 각격으로 발생한다. 캡슐화 층들은 제 1 시간 크기를 정의하고; Mg 전극들은 제 2 시간 크기를 정의한다. 이러한 동작들은 별도의 실험을 기초로 한 예상 및 구성 물질들의 이론적 연구와 일치한다. 본 결과는 장치에서 능동적인 역할을 제공하지 않는 캡슐화 층들이 시스템이나 장치 수준의 기능에서 분리되는 방식으로 과도성 시간을 정의하도록 악용될 수 있다는 것을 증명하므로 중요하다. 다른 장치 형태들은 다른 두께를 가지는 Si NM요구할지라도, 도 4의 결과는 Mg 및 캡슐화 층들이 본 발명에서 모색된 실제 경우에, 과도성동안 시간 크기를 기능으로 결정하는 지배적인 역할들을 한다는 것을 나타낸다. (본 발명에서 나타낸 경우에 과도성 동작 모드로 인하여, 장기간 저장은 건조한 환경을 포함하여야 한다.)
물질들, 제조 기술들 및 모델링 툴들은 과도 전자 시스템의 거의 모든 유형에 대하여 CMOS설계로 소자 장치들을 생산할 수 있다. 도 5는 도 4에서처럼, n- 및 p-채널 작동이 가능하고, Mg 전극들(두께~250㎚)이 소스, 드레인 및 게이트 역할을 하는 MOSFETs에 대한 추가 세부 사항들을 포함하는 몇가지 예들을 나타낸다; MgO 및/또는 SiO2는 게이트 유전체(100 내지 150㎚ 사이의 두께)를 제공한다; 및 Si NMs(300㎚의 두께)는 반도체로써의 역화을 한다. L = 20 ㎛ 및 W = 900 ㎛을 가진 일반적인 n-채널 장치를 위해 얻어진 전기적 특성들은 각각 560 cm2/Vs 및 660 cm2/Vs의 포화 및 선형 영역 이동도, > 105인 on/off 비율, 160 mV/dec (Vd = 0.1 V)의 임계 아래 기울기(subthreshold slopes) 및 0.34 mA/mm (Vg = 5 V)의 폭-정규화된 전류 출력(width-normalized current outputs)를 포함한다. 마찬가지로 비스한 p-채널장치들의 이러한 성질들은 SOI 웨이퍼 상에서 형성된 비슷한 임계치와 함께 대응하는 성능에 뒤지지 않는다. 장치들의 특성들은 최첨단 직접 회로에서 볼 수 있는 것들과 근접한 장치 치수들을 가지고 유용한 방식으로 확장될 것으로 생각된다. (조사된 채널 길이의 범위를 위해, 접촉 저항들은 성능을 제한하지 않는다. 도 14참조)
MOSFET들 이외에도, 반도체 장치들 및 수동형 소자들의 많은 다른 종류들이 가능하다. 도 5, 도 15 및 도 16은 몇몇 예들의 이미지 및 전기적 특성을 나타낸다. 레지스터(resistor)들 및 다이오드들은 온도 센서들로써 역할을 할 수 있고; 또한, 도 5 및 도 16에 도시된 바와 같이, 다이오드들은 광광출기들 및 태양전지들로 사용될 수 있다. Si NM 다이오드 및 Mg 저항 온도 센서들은 종래의 비-과도 장치1 6들의 동작과 일치하는 -2.23
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(주어진 출력 전류에 대한 전압 변화) 및 0.23%/℃ (저항(resistance)에서 백분율 변화)의 민감성을 보인다. 전류 설계들 및 표준 측정 시스템들과 함께, 0.004 ~ 0.007℃의 온도 변화는 해결될 수 있다. 초박형 실리콘 태양 전지(Ultrathin silicon solar cell)들(~3 ㎛ 두께)은 심지어, 광 트래핑 구조, 뒷면 반사판 또는 반사 방지 코팅없이, 66%의 충전률과 3%의 전체 전력 변환 효율을 제공한다. Mg 접점(contact)들을 가진, 도핑된 Si NM들은 최신 장치들17에 비해, 약 ~40의 게이지 팩터(gauge factor)들(도 5f, 좌측 및 도 16b)와 함께 스트레인 게이지들(도 5e, 좌측) 로써 역할을 할 수 있다. 여기서 나타낸 기술들 및 제도 방식들은 센서들의 기능적인 상호연결된 배열들이 가능하도록 충분히 잘 개발되었다. 예를 들면, 과도 디지털 이미징 장치가 형성되어, 수동형 메트릭스 어드레싱(matrix addressing)(도 5e, 우측)을 위한 차단 다이오드들을 가진 Si NM 광다이오드들의 모음들을 포함하고, 스캔모드(scanned mode)(도 5f, 우측 및 도 16d)에서 동작될 경우, 사진들을 캡쳐할 수 있다. (도 17에서 더 상세하게 나타나 있는 장치 치수 참조) 수율은 90%이상이다(예를 들면, 64픽셀(pixel) 중 58은 완전히 기능하였다. 도 18 참조). 많은 다른 가능성들은 실현될 수 있다.
집적 시스템에서 다양한 소자들의 과도성 시간들은 같거나 다를 수 있다. 후자인 경우, 다양화된 두께들 및/또는 스택(stack) 조성들의 사용에 의해 달성하거나, 심지어, 비-과도 물질들과의 조합을 통해서도 달성될 수 있다. 마지막 가능성은 도 5c ? 도 5d의 우측 프레임들에서 논리 게이트 (인버터)에서 보여주고 있고, 비-과도 금속(Au)는 과도 Mg 인터커넥트들에 의해 결합된 두 개의 트랜지스터를 위해 소스, 드레인 및 게이트 전극들로써의 역할을 한다. 이 경우에, Mg에서 과도성은 인버터에서 두 개의 고립된 트랜지서터들로 시스템을 변환한다. 순수하게 과도 시스템들에서 다양한 용해 속도는 시간에 걸쳐 기능을 변환하기 위해 유사하게 이용될 수 있다. 시스템에서 Mg 의 소실이 레지스터들 또는 인터커넥트들을 이동시켜, 과도 직접 회로에서 선택된 소자들의 기능적 추가 또는 삭제 각각에 영향을 줄 수 있다. 도 5g 및 도5h 는 인터커넥트의 소실로 인하여 NOR에서 NAND 동작으로 변형되는 Si NM MOSPET 논리 게이트에서 후자인 삭제의 가능성을 도시한다. 도 19에 나타난 과도 셔트들의 예들은 레지스터에서 다이오드로, 및 NOR게이트에서 독립 트랜지스터들로 기능을 변경하는 효과를 가진다.
장치 소자들, 센서들 및 액츄에이터들의 넓은 다양성은 집적 시스템이 기능면에서 유용한 수준들을 가지도록 한다. 전력 공급 장치을 위한 하나의 선택은 도 16a에 도시된 바와 같이, 실리콘 태양 전지들을 이용하는 것이다. 다른 하나는 도 3a, 도 5a 및 도 15에서와 같이, 별도의 전원으로 외부 일차 코일(primary coil)과 결합하는 근거리 상호 인턱턴스를 위한 무선 안태나들로써, 인덕터들과 캐패시터들을 사용한다. 과도 전자 시스템들의 강력한 어플리케이션은 본 발명에서 도입된 구성 물질들의 생체 접합성에 의해 가능해진, 이식가능한 장치4들 내에 있다(도 3). 특히, Mg는 혈관 내의 스텐트(intravascular stent)18의 특정 유형들에서 구조적 물질로 이미사용된다. 실크는 봉합 및 조직공학5에 사용되도록 허용된다. 혈장의 3L에서 용해되는 1㎍ 과도 Si NM 장치는 0.33 ㎍/L의 농도를 생산하고, 생리학적인 농도19 이하로 떨어진다. Si NM들을 가진 n 과 p 채널 MOSFET들을 달성하도록 요구되는 붕소 및 인 도핑은 인에 대해 ~1 ng/L농도를 나타내로, 붕소에 대해 ~11 pg/L 농도를 나타내며, Si(0.03 mL 에서 인에 대해 90 ㎍/L, 붕소에 대해 1 ?/L)에 대해 용해도 한계를 피하기 위해 필수적인 최소 부피에서 조차, 둘 다 생리학적 수준(혈액에서 인에 대해 400 mg/L, 붕소에 대해 24 mg/L) 이하에 있다. 인(~3 ng)과 붕소(~33 pg)의 전체 양은 보통 식단20 -23에서 권장 일일 섭취량(인에 대해 ~1500 mg이고, 붕소에 대해 1 ~ 13 mg)보다 작은 크기이다.
생체 습수 및 생체 접합성을 결정하기 위해서, 일련의 생체내 실험들이 실시된다. 다양한 대표 과도 장치들(예를 들면 도 3 및 다른 것들)은 제조되고, 실크 패키지들로 봉합되고, 에틸렌 옥사이드로 살균된 후, IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)의 협약에 따라, BALB/c mice의 피하(sub-dermal) 지역에 이식된다. 도 6a는 도 3에서 나타낸 시연 플랫폼(demonstration platform)의 경우를 보여주고 있다. 3주 후(도 6b, 좌측) 실험은 완전한 혈관 재형성과 함께 피하층들에서 느린 재통합의 증거로 희미한 잔류만을 남겼다. 도 6b(우측)에서 나타낸 조직 부분은 피하층(A), 실크막(B) 및 근육층(C)을 보여주며, 임의의 염증 반응이 없음을 보여주고 있다. 도 6b의 데이터는 여러 동물들(N=3)에 대해 확립된 협약들에 따른 생체 흡수성 물질들 또는 장치들의 대표적인 표준 동물의 평가들로, 3주 지점에 결과가 나왔다. 추가적인 기록적 분석은 도 20에 나타낸다. 더욱이, 문헌은 과도 전자 시스템들에서 구성 물질들의 생체 적합성에 대한 강력한 증거를 제공한다. 실크는 흡수성 봉합 수술과 연조직 지지체(soft tissue scaffold)에서 임상 용도로 허용된다. 다공성 실리콘과 실리카 나노입자들은 생체흡수성 약 전달 어플리케이션들8 , 24을 위해서, 가능한 후부군들로 잘 설정된다. MgO은 이들을 위한 코팅으로 사용되어 구조들과 관련있어 왔을 뿐만 아니라, 25 자기 공명 영상을 위한 철을 함유한 나노입자의 조영제를 위해 사용되어 왔다. Mg과 Mg합금들은 생체 분해성 스텐트들으로 증명되었다. 과돠 전자 장치를 위해 사용되거나, 계획되는 물질의 양은 받아드릴 수 있는 생체 적합성 및 특정 경우들에서, 임상 용도로 형성된 역할들을 가지도록 실험적으로 증명된 것들 보다 작은 크기이다.
실크 기판들 상에서 통합되고, 실크 패키지들내에 보관되는 도핑된 Si NM들의 저항성 마이크로 히터들과 결합되는 Mg의 유도 코일들은 감염 완화 및 질명 관리의 잠재적인 사용을 위한 과도 열 치료 시스템들을 제공하고, 여기서, 국소 가열은 세균억제에 용이할 수 있고, 국소 통증 완화27 -29를 제공할 수 있다. 영구적인 심장 박동기, 이식형 제세 동기, 기계적 순환 지원 장치나 인공 엉덩이와 무릎과 같은, 의료 이식 장치들 중 외부 표면으로 전달할 수 있는 과도 전자 살세균 아플리케(bacteriocidal
Figure 112014062089431-pct00089
)는 과도 열 치료 시스템의 예이다. 목적은 환자에게 불필요한 장치를 제거하기 위해, 가장 큰 위험 기간 이후 환자가 이동하면서 사라지는 실용적이고 효과적이고 피항생제인 프로그램 살세균제(programmable bacteriocide)를 가진 수술 부위 감염30 , 31을 제어하는 것이다. 도 6c, 도 6d는 그러한 장치를 위해 블락(block)을 형성하는 일반화된 소자로써, 네트워크 분석기(analyzer)를 이용하는 무선 모드에서 과도성은 이식 후 지속적으로 관찰될 수 있는 메타물질(metamaterial) RF 안테나의 경우를 보여주고 있다. 테이타는 이론적 모델과 일치하는 시간 의존성(time dependence)을 가지는 측정된 Q 팩터(factor)와 함께, 실크 패키지의 가장자리를 통해 생체 유체(biofluid)의 느린 확산과 관련된 과도(transient) 동작을 나타낸다. 실시예 2에서 상세한 설명을 참조할 수 있다. 도 6e는 서로 다른 공진 주파수(~70 MHz and ~140 MHz) 두 개의 코일들 및 세 개의 별도의 히터들을 포함하는 유리 상에 형성된 장치의 이미지를 보여주고 있다. 삽도(inset)에서 열 이미지들로 도시된 바와 같이, 별도의 일차 코일에 적용된 해당 주파수들 및 전력 수준(level)들을 가지는 코일들 중 하나 또는 두 개를 무선으로 동작시키는 것은 시스템의 전체 제어를 가능하게 한다. (다른 예들에 대해서 도 21, 도 22 및 도 23 참조.) 추가 코일들 및 히터들을 통합하는 것은 더 복잡한 온도 분포들에 대해 전체 제어를 가능하게 한다. 유사한 접근법들은 공간적 및 시간적으로 프로그램화된 전지 자극을 이용할 수 있다. 생체내 기능을 증명하게 위해, 단일코일, 단일히터, 상기 장치의 완전한 과도 버전(version)은 실험용 쥐(Sprague-Dawley rat)의 피부 하에 이식되었다(도 6f). 피부를 통한 유도 결합(Inductive coupling)은 히터의 위치와 일치하여 ΔT ~5 ℃의 국소 온도 증가를 발생시킨다(도 6g). 완전한 장치는 15일의 소요시간(timescale)을 가진 과도(transient)이다. 15일 소요시간는 가장 중요한 기간동안, 예를 들면 동작 후 처음 몇일동안, 상처난 부분에 무균을 유지하고 소독하기 위해 강력한 기능을 제공하도록 선택된다. 이 시간 이후, 장치는 더 이상 필요없다. 15일은 요구되는 효율적인 기간으로 보수적인(conservative) 예상을 나타내고, 15일 후, 장치는 추가 외인성 주입 물질과 관련된 임의의 긴 시간동안의 부담을 제거하기 위해 사라진다. 실크 패키지는 과도 시간(transience time)을 결정하고, 과도 시간은 실크 내에서 결정화도 정도를 제어 하여 조절할 수 있다.
여기에 보고된 개념들은 물질들의 종합적인 기준을 형성하면서, 과도 전자 시스템들, 센서들, 액츄에이터들 및 전력원을 위한 방법, 제조 방식 및 장치 설계들을 모델링(modeling)한다. Si 나노막들의 사용이 능동형 및 수동형 기능 둘 다를 가지는 정교한 반도체 소자들을 가능하게 하기 때문에, SiO2를 포함하거나 포함하지 않는 Si 나노막들(㎚s)은 중요한 소자이다. 유전체들 및 전도체들을 위해, 추가적인 가능성들은 콜라겐에서 폴리(락트-코-글리콜산)까지 및 철에서 아연까지 다양하다. 과도성(transience)의 다른 모드(mode)들dms 흡수, 부식, 해중합(de-polymerization) 및 다른 방식들을 포함한다. 이러한 과정들을 위한 속도들은 실시간으로 조절되고, 트리거될 수 있고/있거나, 주변 환경의 특성들에 민감하여, 화학적 또는 생물학적 발생, 또는 온도, 압력 또한 광(light)의 변화에 의해 결정된다.
방법요약
장치들의 제조
도핑된 단결정 실리콘 나노막들(㎚s)는 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼들(~300 ㎚, p-형, SOITEC, 프랑스의 탑 실리콘(top silicon))로부터 준비했다. 불산(HF, 49% 전자 등급, ScienceLab, 미국)을 함유한 매몰 산화물(buried oxide)의 언더컷 에칭(Undercut etching)은 절연 실리콘 나노막들을 형성했고, 절연 실리콘 나노막들은 실크 필름 기판들 상으로 전사 프린트되었다. 케이트와 층간 유전체들(MgO 또는 SiO2), 뿐만 아니라, 전극 및 인터커넥트(Mg)도 높은 해상도(high resolution) 스텐실 마스크(stencil mask)들을 통해 전자 빔 증착에 의해 증착시켰다. MgO층들은 트랜지스터들에 필요한 Mg/Si 접촉을 제외하고, 접착 촉진제로써 역할을 했고, Mg는 5 ㎚ Ti 층과 함께, 직접적으로 증착하거나, 접착력과 수율을 향상시켰다. 제조 과정들상에서 추가적인 상세한 설명은 실시예 2에 설명한다.
기판들, 캡슐화층들 및 패키지들의 준비
B. mori 누에고치들은 잘라졌고, 접착제인 세라신 단밸질을 추출하기 위해 0.02 M Na2CO3 용액에서 끓여졌다. 남은 실크 피브로인(silk fibroin)은 증류수(Milli-Q water)에서 세정되었고, 60℃ 에서 4시간동안 LiBr 용액 내에서 용해되었고, LiBr을 제거하기 위해 수 일동안 투석 카트리지(dialysis cassettes)를 이용하여 증류수로 투석되었다. 남아있는 불용성을 제거하기 위해 원심분리와 여과 후, 실크 용액은 이온 없는 증류수로 5 내지 7 wt % 로 희석시켰고, ~20㎛ 두께의 필름들을 형성시키기 위해 실리콘 기판들 또는 유리 슬라이드들 상에 주조했고(cast), 실크 필름들을 형성하기 위해 공기 중에서 건조시켰다.
실크 피브로인 포장 방식
최대 β-시트 결정화도와 실크층들의 완벽한 접착을 달성하기 위해, ~5 cm x 5 cm 의 면적으로 잘라진 두 개의 ~100㎛ 실크 피프로인 필름들은 60초 동안 120℃에서 적층(lamination)을 통해 가교되었다. 필름들은 적층되었고, 하나의 가장자리는 접착층으로써, 6% 실크 피브로인 용액의 10
Figure 112014062089431-pct00090
을 가지고 재적층함으로써 밀봉되었다. 기능성 장치를 위한 실크 기판은 가교되지 않은 상태로 남아있었고, 두개의 가교된 필름들 사이에 놓였다. 마지막으로, 다른 세 개의 가장자리(side)는 같은 방법으로 밀봉되어, 두 개의 필름들 사이에 샘플을 완전히 캡슐화하였다. 여분의 필름은 이식을 위해 캡슐화된 샘플의 크기를 최소화하도록 가장자리로부터 정리하였다.
장치 수준의 과도성에서 과도성과 가변성( tunability )
n-채널 MOSFET들, 다이오드들, 논리 게이트들(NAND) 및 Mg레지스터들을 포함하는 다양한 과도 장치들은 상술된 절차들과 물질들을 이용하여 제조되었다. MgO(400㎚ 두께) 및 결정화된 실크(70 ㎛ 두께)는 캡슐화층들로써 역할을 하였고, 물에 대한 장벽으로써 장치상에 균일하게 증착되었다. 상세한 설명은 실시예2에서 설명한다.
동물 모델 평가들
암컷의 BALB/c 쥐(생후 6 내지 8 주) 및 암컷의 알비노 흰쥐(albino Sprague-Dawley rat)들은 ketamine/xylazine 혼합의 복강내 주사로 마취되었다. 동물이 마취 "3단계"에 도달했다는 것을 확인하기 위해, 마취의 깊이는 눈커플과 도피반사(withdrawal reflex)로 관찰되었다. 베타딘 수술 스크럽(betadine surgical scrub)에 다음에, 면도하고, 70% 에탄올을 가지고 절개 영역을 세척하였다. 3단계가 확인되었을 때, 작은 세로 절개는 피부에 형성되었고, 무균의 주입물질들(멸균한 산화 에틸렌)이 삽입되었다. 절개는 5-0 Dexon 봉합선으로 봉합하였다. 동물은 외래까지 관찰되었고, 수술이 완료되자마자, 진통제(피하의 부프레노르핀)의 복용량을 부여되었다.
열치료를 위해 무선 전력원을 가지는 과도 전자 시스템들
장치는 별도의 실크 패키지를 가지는 실크 기판상에 형성된 실리콘 레지스터들, 유도 코일들 및 배선들을 포함한다. 도핑된 실르콘 나노막들의 전사 프린팅은 증착에 의해 이루어졌으며, 제 1 금속층(Ti/Mg, 5/250 ㎚), 중간 유전체(MgO, 400 ㎚) 및 제 2 금속층(Ti/Mg, 10/800 ㎚)의 패턴을 형성하였다. 이 후, 상술된 바와 같이, 장치는 실크로 패키지되었다. 무선 전력 전달을 위한 커플링 주파수(coupling frequency)는 ~70 MHz였다.
참고문헌
[1] Bettinger, C. J. & Bao, Z. Organic thin-film transistors fabricated on resorbable, biomaterial substrates. Adv. Mater. 22, 651―655 (2010).
[2] Irimia-Vladu, M. et al. Biocompatible and biodegradable materials for organic field-effect transistors. Adv. Funct. Mater. 20, 4069―4076 (2010).
[3] Legnani, C. et al. Bacterial cellulose membrane as flexible substrate for organic light emitting devices. Thin Solid Films 517, 1016-1020 (2008).
[4] Kim, D.-H. et al. Dissolvable films of silk fibroin for ultrathin, conformal bio-integrated electronics. Nature Mater. 9, 511-517 (2010).
[5] Wang, Y. et al. In vivo degradation of three-dimensional silk fibroin scaffolds. Biomaterials 29, 3415-3428 (2008).
[6] Hamer, J. W., Cok, R.S., Parrett, G.J., Winters, D. & Primerano, B. AMOLED Displays Using Transfer-Printed Integrated Circuits. SID Symposium Digest of Technical Papers 40, 947-950 (2009).
[7] Low, S. P. & Voelcker, N. H. The biocompatibility of porous silicon in tissues of the eye. Biomaterials 30, 2873―2880 (2009).
[8] Park, J. -H. et al. Biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles for in vivo applications. Nature Mater. 8, 331 - 336 (2009).
[9] Iler, R. K. Effect of adsorbed alumina on the solubility of amorphous silica in water. J. of Colloid Interf. Sci. 43, 399-408 (1973).
[10] Haran, B. S. et al. 22 ㎚ technology compatible fully functional 0.1 μm2 6T-SRAM cell. Electron devices meeting, 2008. IEDM 2008. IEEE International 1-4 (2008).
[11] Danckwerts, P. V. Absorption by simultaneous diffusion and chemical reaction. Tran. Faraday Soc. 46, 300-304 (1950).
[12] Hawtin, P & Murdoch, R. The role of in-pore mass transport resistance in the reaction of porous solids with gases. Chemical Engineering Science 19, 819-834 (1964).
[13] Ozisik, M. N. & Nordwall, H. J. Carbon loss from graphite cylinders exposed to steam for short Times. Nuclear Science and Engineering 44, 310-319 (1971).
[14] Levine, R. D. Molecular Reaction Dynamics. Cambridge University Press, Cambridge (2005).
[15] Hu, X. et al. Regulation of silk material structure by temperature-controlled water vapor annealing. Biomacromolecules 12, 1686―1696 (2011).
[16] Santra, S., Guha, P. K., Ali, S. Z., Haneef, I. & Udrea, F. Silicon on insulator diode temperature Sensor-a detailed analysis for ultra-high temperature operation. IEEE Sens. J. 10, 997-1003 (2010).
[17] Won, S. M. et al. Piezoresistive strain sensors and multiplexed arrays using assemblies of single-crystalline silicon nanoribbons on plastic substrates. IEEE T. Electron Dev. 58, 4074-4078 (2011).
[18] Witte, F. The history of biodegradable magnesium implants. Acta Biomater. 6, 1680-1692 (2010).
[19] Becker, W. et al. Opinion of the scientific panel on dietetic products, nutrition and allergies on a request from the commission related to the tolerable upper intake level of silicon. The EFSA Journal 60, 1-11 (2004).
[20] Naghii, M. R., Mofid, M., Asgari, A. R., Hedayati, M. & Daneshpour, M. -S. Comparative effects of daily and weekly boron supplementation on plasma steroid hormones and proinflammatory cytokines. J. Trace. Elem. Med. Bio. 25, 54-58 (2011).
[21] Capala, J. et al. Boron neutron capture therapy for glioblastoma multiforme: clinical studies in Sweden. J. Neuro-Oncol. 62, 135-144 (2003).
[22] Block, G. A., Hulbert-Shearon, T.E., Levin, N. W. & Port, F. K. Association of serum phosphorus and calcium 3 phosphate product with mortality risk in chronic hemodialysis patients: a national study. Am J Kidney Dis. 31, 607-617 (1998).
[23] Young, V. R. et al. Dietary Reference Intakes for Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D, and Fluoride. National Academy Press, Washington, D.C. (1997).
[24] Trewyn, B.G. et al. Biocompatible mesoporous silica nanoparticles with different morphologies for animal cell membrane penetration. Chemical Engineering Journal 137, 23-29 (2008).
[25] Shen, S. et al. Submicron particles of SBA-15 modified with MgO as carriers for controlled drug delivery. Chem. Pharm. Bull. 55 (7), 985-991 (2007).
[26] Martinez-Boubeta, C. et al. Self-assembled multifunctional Fe/MgO nanospheres for magnetic resonance imaging and hyperthermia. Nanomedicine: NBM 6, 362-370 (2010).
[27] Tao, H. et al. Gold nanoparticle-doped biocompatible silk films as a path to implantable thermo-electrically wireless powering devices. Appl. Phys. Lett. 97, 123702 (2010).
[28] Bramson, J. et al. Enabling topical immunization via microporation: a novel method for pain-free and needle-free delivery of adenovirus-based vaccines. Gene Ther. 10, 251-260 (2003).
[29] Park, J. -W. et al. Wireless thermal micro-ablation of skin for transdermal drug delivery. The 13th International Conference on Solid-state Sensors, Actuators and Microsystems 2, 1238-1241 (2005).
[30] National Nosocomial Infections Surveillance (NNIS) report, data summary from October 1986-April 1996, issued May 1996. A report from the National Nosocomial Infections Surveillance (NNIS) System. Am. J. Infect. Control 24, 380-388 (1996).
[31] Anderson, D.J. et al. Clinical and financial outcomes due to methicillin resistant Staphylococcus aureus surgical site infection: a multi-center matched outcomes study. PLoS One 4, 1-8 (2009).
실시예 2
제조공정
단결정 실리콘 나노막(~300 ㎚ 두께, p-형)은 반도체 장치들의 활성 영역을 형성하기 위해 SOI(silicon-on-insulator)(SOITEC, France)웨이퍼들로 제조되었다. 인(~950℃)과 붕소(~1,000℃) 도펀트들의 고온 확산은 트랜지스터에 대한 소스와 드레인 전극들 및 다이오드들, 광검출기, 태양전지의 n형과 p형 영역들을 위한 높은 도핑 영역들로 정의했다. 도핑된 Si NM들의 측면 치수들은 육불화황(SF6) 가스을 이용한 반응성 이온 에칭(RIE, reactive ion etching)으로 정의되었다. SOI로부터 실리콘을 분리해내기 위해, 매립 산화물(buried oxide)은 불산(HF, 49%전자등급, ScienceLab, USA)을 이용한 에칭에 의해 제거 되었다. 상기 공정에 의해 형성된 개별적인 Si NM들은 실리콘 웨이퍼(임시적인 '케리어(carrier)'기판) 상에 실크의 스핀 주조 필름(spin cast film)으로 전사 프린트되었다. 그리고, 금속과 유전체 층들 사이에 장치들 및 상호연결들을 완성하기 위해, 다양한 금속과 유전체 층들은 패턴화된 폴리이미드 새도우 마스크(patterned polyimide shadow mask)들을 통해 전자 빔(e빔) 증착을 이용하여 증착되었다.
과도성을 통해 기능적인 변형
과도성에 의한 기능적인 변형은 시스템의 다른 부분들과 관련된 것 보다 짧은 소요시간(timescale)에 대한 특정 금속 인터커넥트들의 용해와 관련있었다. 이러한 동작은 선택된 인터커넥트들과 관련된 것을 제외하고, MgO층을 가진 회로의 모든 영역을 캡슐화함으로써 달성되었다. 제조 과정은 Mg(250㎚)의 소스, 드레인 및 게이트 전극, MgO(150㎚) 또는 SiO2의 게이트 유전체 층들과 함께 트랜지스터들에서 도핑된 Si NM들과 관련있었다. 요구되지 않을지라도, 접착을 촉진시키기 위해 Ti의 얇은 층들의 사용은 수율을 향상시켰다. Ti의 전형적인 두께는 5 ㎚였다. 트랜지스터를 사용하는 논리 게이트들 사이에 인터커넥트 선들은 MgO(10㎚)의 접착 촉진층들의 상부에 Mg(150㎚)을 증착하여 형성되었다. 트랜지스터 전극들과 효과적인 전기적 연결을 위해, 금속 트레이스(trace)들은 접착층의 가장자리를 넘어 연장된다. 상술한 바와 같이, 마지막 캡슐화 층(MgO, 400㎚)는 적합한 패턴으로 증착되었다. 모든 패터닝과 증착 단계들은 폴리이미드 쉐도우 마스크들과 전자 빔 증착법으로 형성되었다.
트랜지스터 분해
단일 Si NM대신에, 분해의 과정을 통해 과도성을 가속화하는 방식으로써, 좁은 Si 나노리본들(NRs)의 배열은 사용될 수 있다. 이 경우에, 제조는 이전의 섹션들에서 설명된 절차를 이용하여 정의된 Si 나노리본들의 도핑 배열(doped array)들을 시작했다. 그러나, 여기서, 매립 산화물(buried oxide)은 중간 영역들에서 완전히 제거하더라도, Si NR들 아래에서부터 부분적으로만 제거되었다. 다음, 포토 레지스트(photoresist)(AZ 5214)의 층을 패턴화하는 것은 완전하게 매립 산화물의 제거하기 위해 제 2 에칭단계 동안 리소그래피로 정의된 영역에 SI NR들을 결합하는(tethered) 구조들(예를 들면, 앵커 바(anchor bar)들; 10 ㎛ x 50 ㎛, 1.5㎛ 두께)을 형성하였다. 다음, Si NR들의 배열들은 실크 층을 이용하여 코팅된 별도의 실리콘 기판 상에 전사 프린트되었다. 폴리이미드 쉐도우 마스크(shadow mask)를 통해 선택된 영역들 상에 MgO(150㎚)의 증착은 게이트 유전체들 및 접착 향상 층들을 정의하였다. 마지막으로, 소스, 드레인 및 게이트 전극들(Ti/Mg, 5/200㎚)는 장치들을 완성하기 위해 유사한 절차로 규정되었다.
실리콘의 용해 실험
Si NM들의 일련의 용해 테스트는 과정 중 상세한 속도을 연구하기 위해 수행되었다. 이러한 목절을 위한 테스트 구조들은
Figure 112014062089431-pct00091
사각형상의 ㎚들의 배열이었고, 포토리소그래피와 RIEdp 의해 SOI웨이퍼들 상에 형성되었다. 두께는 35㎚, 70㎚ 및 100㎚로 측저오디었다. 샘플들은 실온 또는 인체에 가까운 온도(37 ℃) 중 하나에서, 1.0 M 인삼염 완충 식염수(PBS, pH 7.4, Sigma-Aldrich, USA) 50mL에 위치되었다. 샘플들은 원자력 현미경(AFM, Asylum Research MFP-3D, USA)에 의해 Si NM들의 높이를 측정하기 위해 이틀마다 PBS용액에서 제거되었다. PBS용액은 매일 교체되었다.
고해상도 스텐실 마스크들
일반적으로 포토리소그래피에서 사용되는 용매와 과정에 대한 실크의 민감성은 금속들과 유전체들을 패턴닝하기 위한 고해상도 쉐도우 마스킹(shadow masking) 기술들을 가능하게 하였다. 요구된 스텐실 마스크들은 원하는 형상들로 에칭되는 개구(opening)와 함께, 균일한 폴리이미드(PI) 필름(12.5 ㎛, Kapton, Dupont, USA)들로부터 형성되었다. 제조 과정은 10:1 폴리(디메틸실록산)(단량체 : 촉매, 질량에 의해) (PDMS, Sylgard 184, Dow Corning, USA)를 가지고 코팅된 유리 슬라이드(glass slide) 상에 필름의 부착으로 시작하였다. 금속층(Cr/Au, 10/150 ㎚)은 전자빔 증착에 의해 증착되었고, 포토리소그래피를 이용하여 패턴화되었고, 습식 에칭으로 에칭되었다. 금속은 산소(O2)가스에 의해 PI필름들을 통해 건식 에칭하는 동안 하드 마스크(hard mask)로써 역할을 하였다. 에칭한 후, 금속 마스크는 습식 에칭에 의해 제거되었고, 패턴된 PI 필름들은 고해상 스텐실 마스크들을 형성하기 위해 조심스럽게 박리되었다.
캡슐화
몇몇의 다른 캡슐화층들은 용해 속도를 제어하도록 사용되었다. 상기 과정을 연구하도록 사용되는 테스트 구조들은 유리 슬라이드들 상에 Mg(300㎚)의 트레이스(trace)들을 포함하였다. 트레이스들의 부분들은 다양한 캡슐화 물질들로 코팅되었다: MgO (400㎚ 또는 800㎚), 실크, PLGA(폴리(락트산-코-클리콜산) 85:15, 분자량 50,000-70,000, Sigma-Aldrich, USA) 또는 콜라겐 필름(Devro, USA). 실크 캡슐화를 위해, 코팅과 처리(treatment)의 일부 주기들은 반복되었다: 실크 용액 안에 샘플들을 담그고, 65 ℃에서 건조하였고, 베타 시트 함량을 증가시키기 위해 메탄올로 처리한 후, 건조시켰다. 다중 코팅 및 이어지는 메탄올 처리들은 실크 필름들의 전체 두께를 증가시키기 위해 사용되었다. PLGA는 코팅될 영역 주변을 둘러싸는 PDMS를 배치함으로써 코팅되었고, 내부 부피는 PLGA 용액으로 채워졌다. 용액은 캡슐화 층으로써 PLGA만을 남기고, 증발되었다. 콜라겐 필름들은 PLGA의 농축된 용액를 이용하여 유리 가장자리들에 부착되었고, 고체를 콜라겐과 유리 사이에 단단하지만 유연한 접착층을 남기고, 건조되었다. 결과는 도 13에 도시되었다.
장치 수준에서 과도성 및 과도성의 가변성의 연구
과도 물질들의 용해 속도에 추가로, 장치 수준에서 동작은 연구되었고, 과도성을 제어하기 위한 계획들은 증명되었다. 특히, 몇몇 다른 과도 장치들은 우선 n-채널 MOSFET들, 실리콘 다이오들, 논리 게이트들(NAND) 및 Mg 레지스터들을 포함하여 형성되었다. Mg 레지스터들을 제외한 제조는 앞절에서 설명된 바와 같이, Si NM들(300㎚ 두께)를 위한 고온 도핑 과정들로 시작하였다. 이러한 형태의 전사 프린트된 Si NM들은 반도체 층들로써 역할을 했다. PECVD에 의해 증착된 SiO2(100 ㎚ 두께)의 층들은 개별적인 MOSFET들을 위한 게이트 유전체들이 되었고, NAND게이트들에서 사용되었다. 유사하지만, 400㎚ 두께를 가지는 층들은 층간 유전체들을 제공하였다. Mg(300 또는 400 ㎚ 두께)로 이루어진 전극들은 전자 빔 증착에 의해 증착된다. 장치 레이아웃(layout)들은 도 24에서 나타내고 있다.
MgO(400㎚ 두께)의 캡슐화 층들과 결정화된 실크(약 70 ㎛ 두께)는 물에 대해 과도 장벽들을 제공하였다. 모든 장치 경우들에 있어서, 시스템 구성들은 도25에서와 같이, 장치들과 연결되고, PDMS로 형성된 이동식 벽(well)에 포함된 물 내에 잠긴 원격으로 위치된 전극 패드들을 통해 전자적 성질들의 계속적인 프로빙을 허용하였다. 도 26에 요약된 결과들은 두 개의 소요시간(timescale)으로 반응속도를 보여주고 있다: 첫번째이고 가장 긴 시간 크기는 캡슐화 층들에서 과도성에 상응하고, 우선, Mg가 사라진다. 이러한 행동들은 장치 수준에서 과도성을 설명한다. 또한, 결과들은 장치 작동에서 능동적으로 동작하지 못하는 물질들(예를 들면, 캡슐화층들)과 함께 과도성 시간들을 정의하도록 증명한다. 이러한 방식에서, 과도성 시간은 전기적 기능에 독립된 방식으로 설계될 수 있다.
이식 가능한 RF 메타물질 안테나에서 과도성에 대한 생체내 연구들
생체내에서 과도성을 연구하기 위해서, 메타 물질 안테나는 불용성으로 처리된 실크의 포켓과 같은 컨테이너(container) (각 측면상에 ~ 2 cm x 2 cm 크기와 ~ 100㎛ 두께) 에서 캡슐화되고, 접착제로써 약간의 실크 방울을 이용하여 핫 엠보싱(hot embossing)을 통해 가장자리를 따라 봉합된 미처리/물-분해 실크 필름(~ 50㎛ 두께)상에 ~ 1.35 cm x 1.35 cm (400 ㎚ Mg로 형성되고, 보호층으로써 600 ㎚ MgOfmf 가지고 코팅된)의 전체적 치수들과 ~ 1.8 GHz에서 설계된 공진 주파수를 가지고 형성되었다. 암컷의 albino Sprague-Dawley 쥐의 피부하에 이식하자마자, 구조는 장치와 주변 조직들 사이에 직접적인 연결을 방지한다. 이 경우에 과도성은 주로 실크 포켓의 가장자리를 통해 생체-유체의 확산에 의해 정의된다. 안테나는 캡슐화 과정 전 후와 이식 전에, 네트워크 분석기(HP 8753D)를 이용하여 공진 응답을 측정함으로써 실험되었다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 생체내 반응들은 0일(이식 후 즉시), 4일 8일 및 15일(안테나 공진이 겨우 감지되었을 경우)에 기록되었다. 그 이후에, 장치는 리트리브되어(retrieved), 희미하고 연결이 끈어진 Mg트레이스(trace)들의 표시들을 이용하여 조직 메트릭스(tissue matrix)로의 흡수를 보여주었다.
세균 억제에 대한 실험관 내 테스트들은 과도, 무선 열 치료 장치에 의해 제공되었다.
장치들은 Escherichia coli박테리아(ATCC 25922, American Type Culture Collection, Manassas VA)로 로드된(loaded) ~3 mm 두꺼운 아가 플레이트(agar plate) 아래에 높여졌다. 세균은 제공된 치침에 따라 재구성 및 확정되었고, 액체 배양(liquid culture)은 0.8의 광학 밀도(OD600)로 18-24시간동안 성장되었다(실행가능한 횟수인 ~ 107 CFU/mL에 해당함). 3개의 다른 장치 구조들은 개별적으로 검사되었다. 처음 두 개는 제어하였고, 분리되어 Mg레지스터들 및 Mg RF 유도 코일들로 구성되었다. 세번째는 완전히 기능성 장치(예를 들면, Mg RF 유도 코일과 연결된 Mg 레지스터)였다. 세개 모두의 경우에, 무선 전력은 ~33 dBm (예를 들며, 2 watts)의 입력에서, 개별적으로 위치된 일차 코일(1회전, 치수=5 cm, 12 AWG)를 이용하여 외부 RF 공급 장치에 의해 80 MHz로 인가되었다. 세균이 로드된 아가 플레이트의 온도 프로파일은 열 카메라(FLIR SC645, FLIR 등)를 이용하여 실시간으로 감시되었다. 이미지들은 제어 샘플들의 경우에 무시할만한 열을 보여주었고, 기능성 장치에 대한 플레이트의 중심(히터 위치에 상응함)에서 ~50 ℃열을 보여주었다. 가열한지 ~30분 후, 아가 플레이트들은 론(lawn)이 성장되도록 밤에 37℃ 인큐베이터(incubator)에 놓여 졌다. 육안 검사는 장치에 의해 유도되는 가열된 영역에서 세균의 국소(local) 부재를 보였고, 제어들을 위한 눈에 보일만한 변화는 없었다. 결과들은 도 27에 도시된다.
용해의 모델들
단일 층 (실리콘 또는 마그네슘) 용해
고유의 SiO2 (몇 나노미터 두께)얇은 층을 가질 수 있다. Si의 용해에 대한 효과는 다음 섹션(sectiion)에서 주어진 이중층 (SiO2/Si) 용해의 모델을 통해 알 수 있다. SiO2의 반응 상수 및 확산은 도 9에 도시된 실온에서
Figure 112014062089431-pct00092
,
Figure 112014062089431-pct00093
(도 9b) 및 체온에서
Figure 112014062089431-pct00094
및
Figure 112014062089431-pct00095
(도 9c)1-3과 같은 PE-CVD SiO2에 대한 실험들로부터 얻어진다. 관련된 AFM연구는 도 29에 도시된다. 이중층 용해의 모델에 의해 주어진 결과들(예를 들면, Si의 완전한 용해에 대한 중요 시간)은 얇은 SiO2 층없는 경우와 동일하다. 이는, 얇은 SiO2 층의 효과를 무시하여 생각한다.
반응 확산 방정식(1)에 대한 경계 조건들(도 28a)는 물/Si 인터페이스(interface)에서 일정한 물 농도
Figure 112014062089431-pct00096
이고, Si 바닥면에서 제로 물 흐름(zero water flux)
Figure 112014062089431-pct00097
이다. 최초 조건은 제로 물 농도이다. 용액은 변수의 분리 방법
Figure 112014062089431-pct00098
에 의해 얻어진다. (S1)
반응 상수k를 이용한 상기 식의 결과는 Si(단위 부피마다)에서 물의 질량을 제공하고, 4개의 물 분자들이 하나의 Si 원자와 반응하여,
Figure 112014062089431-pct00099
되도록 용해된 Si(단위 부피마다)의 질량을 차례로 제공한다. 두께 방향(y)와 시간(t) 둘 다의 통합은 하기식(S2)과 같은 용해동안 순수 Si를 제공한다
Figure 112014062089431-pct00100
. (S2)
본 연구에서 k 와 D에 대해서, 상기 식의 좌측 상에서의 합은 무시할 수 있고, 식(1)에 따른다.
식(1)은 두 개의 물 분자들이 하나의 Mg 원자와 반응하기 때문에 Mg에 대해 수정되고,
Figure 112014062089431-pct00101
, (S3)
여기서,
Figure 112014062089431-pct00102
는 Mg의 질량밀도이다. Mg의 최초의 두께 h 0=300 ㎚ 및 최초 저항(단위 길이 마다)
Figure 112014062089431-pct00103
에 대하여, 도 4e에서 저항(단위길이 마다)
Figure 112014062089431-pct00104
은 반응 상수
Figure 112014062089431-pct00105
및 확산
Figure 112014062089431-pct00106
에 대해 실험들과 잘 일치한다. 여기서, 물-Mg 반응이 더 빠르기 ?문에(Mg를 용해 하기 위한 시간(hours) 대(versus) Si를 용해하기 위한 주(weeks)), Mg에 대하여 k 및 D는 Si에 대한 것들 보다 더 크다. 식(2)는 t c = 38.4 분 Mg의 완전한 용해를 위해 중요 시간을 주고, 주요시간은 실험들에서 개방회로에 대해 40분과 일치한다.
이중층 ( MgO / Mg ) 용해
첨자 1과 2로 각각 표된 Mg와 MgO층들을 위한 국소 좌표 시스템들은 도 28b에서 보여주고 있다. Mg를 위해, 바닥 면에서 제로 물 흐름 조건(zero water flux condition)을 가진 반응성 확산 방정식 및 초기 조건은 하기의 (S4)과 같다.
Figure 112014062089431-pct00107
(S4)
MgO에 대해, 물/MgO인터페이스 및 초기 조건에서 일정한 물 농도를 가지는 지배 방정식(governing equation)은 하기의 식(S5)와 같다.
Figure 112014062089431-pct00108
(S5)
MgO/Mg인터페이스에 걸쳐 물분자의 농도 및 흐름의 연속성은
Figure 112014062089431-pct00109
및
Figure 112014062089431-pct00110
을 요구한다.
식(S4) 및 (S5)의 해답은 하기의 식(S6)과 같은 변수들의 분리 방법에 의해 얻어지고
Figure 112014062089431-pct00111
(S6),
여기서, 상수 E 와F 는 하기의 식(S7)에 의해 얻어지고
Figure 112014062089431-pct00112
(S7),
여기서, 고유치
Figure 112014062089431-pct00113
는 하기으 식(S8)으로부터 계산될 수 있고
Figure 112014062089431-pct00114
(S8),
Figure 112014062089431-pct00115
은 하기의 식(S9)에 의해 주어진다.
Figure 112014062089431-pct00116
(S9)
저항R은 분석적으로 하기의 식(S10)에 의해 주어진다
Figure 112014062089431-pct00117
(S10).
상기 저항(단위 길이 마다)은 400/800 ㎚의 MgO캡슐화의 두께에 대한 실험들과 잘 일치하고, 각각 1.04/1.15 W/mm 의 초기 저항(단위 길이 마다)을 가진다. MgO의 반응 상수 및 확산은
Figure 112014062089431-pct00118
,
Figure 112014062089431-pct00119
이이고, Mg에 대한 값들은 도4e에서
Figure 112014062089431-pct00120
과
Figure 112014062089431-pct00121
으로 결정된다.
식(S10)에서 저항이 무한대로 접근할 때, 개방회로에 대한 주요 시간
Figure 112014062089431-pct00122
은 도달되고, 하기의 식(S11)이 주어진다.
Figure 112014062089431-pct00123
(S11)
본 연구의 반응 상수 및 확산계수에 대해, 상기 식의 좌측상의 합은 무시될 수 있고, 하기의 식(S12)를 이끌 수 있다.
Figure 112014062089431-pct00124
(S12)
이것은 400 및 800 ㎚각각의 MgO캡슐화의 두께에 대하여 3.5 및 13시간의 주요 시간을 제공하고, 도 4e에서의 실험과 합리적으로 일치한다.
실크 오버코트(overcoat)들은 MgO/Mg층들로 확산하기 위해 물에 대한 장벽을 제공하고, 효과적인 확산은 실크에서 달성될 수 있는 최대 결정화도
Figure 112014062089431-pct00125
의 백분율
Figure 112014062089431-pct00126
에 의해 제어된다. 실크의 결정화도는
Figure 112014062089431-pct00127
로 얻어진다. 식(S5)에서, 물/MgO 인터페이스
Figure 112014062089431-pct00128
에서 일정한 농도의 경계 조건은
Figure 112014062089431-pct00129
에 의해 대체된다. 두 개의 실크 오버코트들이 얻은 저항은 도 4e에 도시된 바와 같이, 각각 45.0%와 89.8%의
Figure 112014062089431-pct00130
에 대한 실험들과 일치한다.
시간 의존성 반응 속도 상수들을 가진 용해 모델들
많은 경우들에, 순 반응들에 대한 반응 상수들은 시간이 경과함에 따라 감소한다. 반응 상수가
Figure 112014062089431-pct00131
의 일분적 형태를 취할 경우, 반응 확산은 하기의 식(S13)으로 얻어지고
Figure 112014062089431-pct00132
, (S13)
여기서,
Figure 112014062089431-pct00133
이다. 실험들에서처럼, 작은
Figure 112014062089431-pct00134
에 대해서, 상기 식의 답은
Figure 112014062089431-pct00135
(S14)로 간략회될 수 있다.
식(S2)와 유사하게, Si NM의 두께는 하기식(S15)로 얻어질 수 있다.
Figure 112014062089431-pct00136
(S15)
Figure 112014062089431-pct00137
와 같은 지수함수형 붕괴되는 반응 상수에 대하여, Si NM의 정규화된 두께
Figure 112014062089431-pct00138
(S16)를 도출한다.
Figure 112014062089431-pct00139
및
Figure 112014062089431-pct00140
일에 대하여, 도 30은 식(S16)으로부터 예상 및 실험적 측정 사이 일치를 보여준다. 시간에 독립적으로 선택된
Figure 112014062089431-pct00141
인 반응 상수
Figure 112014062089431-pct00142
와 비교하여, 파라미터
Figure 112014062089431-pct00143
는
Figure 112014062089431-pct00144
가 최초 반응 상수
Figure 112014062089431-pct00145
와 20일에서 반응 상수
Figure 112014062089431-pct00146
사이에 있기 때문에 합리적이다.
이식 가능한 RF 메타물질 안테나의 생체내 과도성에 대한 모델들
Q팩터(factor)는
Figure 112014062089431-pct00147
에 의한 인덕터들의 리액턴스(inductive reactance)
Figure 112014062089431-pct00148
과 레지스턴스
Figure 112014062089431-pct00149
와 관련되어 있다.
Figure 112014062089431-pct00150
에서 작은 변화가 무시할만하다면, 최초값에 의해 정규화된 Q팩터는
Figure 112014062089431-pct00151
의 결정화도를 가지고, 인덕터들의 두께과 이중 층 용해의 모델로부터 쉽게 얻어질 수 있다.
참고문헌
[1] Tomozawa, M. & Davis, K.M. Time dependent diffusion coefficient of water into silica glass at low temperatures. Mater. Sci. Eng. A 272, 114-119 (1999).
[2] Rimstidt, J. D. & Barnes, H. L. The kinetics of silica-water reactions. Geochim. Cosmochim. Ac. 44, 1683-1699 (1980).
[3] Morita, M., Ohmi, T., Hasegawa, E., Kawakami, M. & Ohwada, M. Growth of native oxide on a silicon surface. J. Appl. Phys. 68, 1272-1281 (1990).
실시예 3
발명자들에 의해 최근 작업은 새로운 실리콘 기반의 전자 장치 기술를 확립하고, 상기 전자 장치 기술은 제어된 방법으로 시간이 지남에 따라 점차 사라질 수 있다[1]. 이러한 의미에서 의학적으로 유용한 시간동안 존재하지만, 신체 흡수를 통해 완전히 용해되고 사라지는 '과도' 장치들 또는 복구를 피하기 위해 사리지는 전개식 비콘들은 능동 주입과 같은 종래의 전자장치로 해결할 수 없는 어플리케이션의 가능성들을 형성한다. 본 발명자들은 센서들과 액츄에이터들의 다른 클래스들과 함께, 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS), 전력 공급 장치와 무선 제어 계획을 위한 옵션(option)에 대해, 일련의 물질들, 소자들, 이론적인 설계 툴(tool)들 및 제조 방법들을 증명했다. 동물 모델들에서 항생제 내성 세균과 항생제 내성 세균의 시연에 의해 야기된 수술부위 감염에서 문제들을 해결하기 위해 주입할 수 있는 모드로 열 치료를 제공할 수 있는 과도 실리콘 장치는 상기 기술의 시스템 수준 예를 설명한다[1]. 완전 과도 RF 스캐밴징(scavenging) 장치들와, 부분적으로 과도 라디오 전송기들은 많은 군 어플리케이션들에 관련하여 기본적 건물 구역들을 인식하는 능력을 증명한다[2].
상기에서 설명된 과도 전자 기술의 기초는 두 가지의 중요한 기능이 부족하다: (1) 압전 및 광전자 소자들에 대한 경로들, 및 (2) 프로그램화 되거나 '트리거된' 과도성에 대한 저전력 체계들. 본 장치들은 이러한 두가지 문제를 해결한다. 우선적으로, ZnO는 수용성 반도체로 사용되며, 가수분해는 과도성에 영향을 미친다. 기계적 에너지 포집기들, 광 방출 다이오드들 및 투명 전도체들의 어플리케이션들을 위해, ZnO 의 크고 직접적인 밴드갭 및 강력한 압전 응답은 Si에 대해 유용한 소자가 되도록 한다. 이전의 연구들은 ZnO가 수용성이고[3,4] 생체 적합하다는 것을 증명하고[5], 다양한 반도체 장치들에 이용될 수 있다는 것을 증명한다. 도 31은 물에서 용해되는 동안 다양한 시간에서 포집된 ZnO 나노로드의 주사 전자 현미경 이미지를 보여주고 있다[3에 적응된]. 본 실시예는 완전히 과도인 소자들을 생산하기 위해 다른 수용성 물질들(예를 들면, Mg, MgO, Si, SiO2, 실크)와 함께 ZnO의 통합에 초점이 맞추어 있다.
두 개의 소자들은 추구된다. 첫번째는 박막 트랜지스터(TFT)이다. 이전 작업은 세 가지 방식 중 하나로 증착된 ZnO을 이용하여 투명 TFT들을 증명해왔다: 분자빔 에피택시, 스퍼터링 및 졸-겔 용액(sol-gel/solution) 방법들. ZnO의 전자 및 반도체 성질들(이동성, 저항성, 케리어 농도 등)은 마이크로구조, 특히 입자 크기에 의존한다[6]. 입자 크기는 어닐링 공정(annealing process) [8,9], 동안 입자 성장을 통해, 또는 스퍼터링 압력(sputtering pressure) [10,11]을 조절함으로써, 상승된 온도에서 증착에 의해 설계될 수 있다[7]. 또한, 어닐링 공정은 도펀트(dopant) 활성에 도움이 될 수 있다[12]. 또한, 전자적 성질은 TFT 들이 Ar만으로 스퍼터링함으로써 제조될 수 있지만, 스퍼티링동안 O2를 추가함으로써, 조절될 수 있다[13].
유연한 ZnO TFT들은 저온 어닐링 다음에, 또는 전혀 어닐링 하지 않고, 실내 온도에서 스퍼터링함으로써, 플라스틱 기판들 상에 형성될 수 있다[14,15]. 하부 게이트 TFT 설계들이 더 일반적이지만, 이러한 유형의 상부 게이트 및 하부 게이트 TFT들 모두는 가능하다[13]. 레이 아웃을 이용하는 것은 게이트 전극 및 게이트 유전체로써 PECVD에 의해 증착된 SiO2의 층으로써, 높게 도핑되고, 전사 프린트된 실리콘 나노막을 제공한다. 어닐링 없는 ZnO의 저온 스퍼터링은 채널을 형성하고, Mg소스와 드레인 전극들은 과도 실리콘 장치들을 위해 개발된 방법들을 이용하여 증착된다. ZnO를 패턴닝하기 위한 일반적인 에칭 방법들은 실크에는 부적합하지만, 두 개의 계획들은 제약을 피한다: (1) 정밀 쉐도우 마스크들을 이용한 실크상에 직접적인 모든 첨가 과정, 및 (2) 마지막 단계로써, 실크에 대한 전사 프린팅에 적합한 박리 형식으로 실리콘 기판들 상에 완전한 제조.
전자적 성질들은 물에 잠겨 과도성 전과 과도성 동안에 측정된다. ZnO TFT들의 성질은 다양하게 문헌에 보고되었다. 온/오프 비율은 일반적으로 103과 105 사이에 있다. 장치 이동도는 마이크로구조, 채널 형태 및 처리 조건들에 매우 의존적이다. 보고된 값들은 0.02 cm2/(V s) 과 4 cm2/(V s)사이에 있다. 과도의 ZnO 장치들의 개발은 많은 새로운 도전들이 필요하게 때문에, 본 장치들의 성능에 대한 대상들은 비-과도 버전(version)들에 대해 보고된 경계값들 사이에 놓인다: 온/오프 비율에 대해 103 과 이동도에 대해 0.1 cm2/(V s)이다.
여기서 설명된 장치의 두번째 클래스는 PZT의 환경 친화적대안으로, ZnO에 대한 이전의 작업을 이용하는 역학적 에너지 포집 소자이다. ZnO 기반의 스트레인 센서들(Strain sensor) 및 에어지 포집 장치들는 유연한 기판들과 함께 향상된 통합을 달성하기 위해 종종 나노구조들(예를 들면, 나노선들)을 이용한다[16]. 박막과 유사한 메커니즘을 실행하기 위한 본 기술들은 확립된 박막 장치 구조들과 처리 방법들과 함께 복잡성 감소 및 호환성 향상을 가진 고성능을 위해 더 확장 가능한 노선들을 제공한다.
ZnO필름은 PI [17]상에서 압력 센서들과 PET [18] 상에 캔틸레밸식(cantilevered) 마이크로발생기들로 이용되어 왔다. 마이크로발생기는 두 개의 금속 접촉들 사이에 ZnO층을 포함하고, 본 경우에서 Mg를 이용하여 형성된다. 성능을 위한 대상들은 문헌에서 보고된 비-과도 형식에서 ZnO 박막 장치들에 대한 범위드로가 일치하는 ~1 V 의 개방 회로 전압들 및 0.25
Figure 112014062089431-pct00152
의 전체 출력 전력들을 포함한다. TFT들과 같이, 장치 특성들은 측정되고, 과도 동작은 관찰되었다.
이러한 것들과 다른 시스템들에서 트리거된 과도성에 대하여, 발명자들은 두 가지 다른 방식들을 관찰한다 (1) 나노크기에서 실행될 경우, 박막에서 흐름들을 유도하기 위한 저전력 수단들을 제공하는 전기적 또는 광학적으로 유도된 열모세관(thermocapillary) 효과들, 및 (2) 실크의 효소적으로 유도된 분해. 제 1 방법에서, 표면 장력에서 온도 의존성 및 습윤 특성들은 온도 구배들(온도 변화가 아니라)에 의해 정의되는 속도 및 방향들을 따라, 질량 전달을 이끈다. 이러한 현상은 표면상에 액체 방울들을 움직이게 하기 위해 프로그램된 방식으로 이전에 사용되었고, 밀리미터 당 약간 정도만큼 작은 열적 구배들은 충분하다[19].
발명자들에 의한 최근 작업은 이 같은 물리학이 마이크론 당 약간 정도의 온도 구배로, 분자유리의 박막에서 흐름을 의미있게 할 수 있다. 도 32는 탄소 나노튜브들 상에 분자성 유리(Mg2OH)의 박막에서 선택적인 열모세관 흐름에 대한 원자력 현비경 이미지들을 보여주고 있다. 금속관에서 선택적인 줄(Joule) 가열은 마이크론 당 약간 정도의 구배들을 가진 저온으로, 위에 있는 유리에서 열모세관 흐름들을 포함한다. 국소적인 줄 가열을 제공하는 폭이 좋은 전극들로 실행되는 전략적 레이아웃(layout)들에서, 그러한 흐름들은 트레이스들을 수행하는 전기적 개구(opening)을 유도하도록 설계될 수 있다. 결과는 집적회로에서 기능을 변경하거나 제거할 수 있다. 또한, 이러한 흐름들은 전반적인 시스템에서 과돠성에 영향을 미치는 주변 환경으로 들어나지 않은 물질들을 노출할 수 있다.
상기 과정 중 기본적인 메커니즘은 트리거된 과도성의 사용을 위한 분명한 공학(engineering) 설계 방법을 형성하는데 중요하다. 도 33은 본질적 물리학을 캡쳐(capture)할 수 있는 초기 모델의 개략도를 나타낸다. 여기서, 필름의 국소적 가열은 표면 장력
Figure 112014062089431-pct00153
을 감소시킨고, 대부분 물질들을 위한 표면장력은 국소적 온도
Figure 112014062089431-pct00154
에 대하여 선형이다. 비균일한 온도는 표면 장력의 기울기에 비례하는 열모세관 전단 응력(shear stress)
Figure 112014062089431-pct00155
을 생성하고, 열모세관 전단 응력은 더 낮은 표면 온도의 영역을 향해 액체 또는 점성의 고체를 잡아 당긴다. 나비에-스토크스 방정식(Navier-Stokes equation)으로부터 파생된 재배 방정식은
Figure 112014062089431-pct00156
이고,
여기서,
Figure 112014062089431-pct00157
는 액체 또는 점성 필름의 위치 및 온도 의존성 두께이고,
Figure 112014062089431-pct00158
는 시간이고,
Figure 112014062089431-pct00159
는 전단 점성율(shear viscosity)이다. 적절한 초기 및 경계 조건들과 함께 상기 방정식은 시간 의존성 필름 두께를 결정하도록 수치적으로 해결될 수 있고, 트리거된 과도성에 대해 중요하다. 또한, 분석 해결책은 긴 시간 동작을 위해 형성될 것이며, 공학적 설계에 유용한 크기식(scaling law)들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 필름의 화력
Figure 112014062089431-pct00160
, 열전도
Figure 112014062089431-pct00161
및 초기 두께
Figure 112014062089431-pct00162
, 표면 장력(
Figure 112014062089431-pct00163
)에서 주변 온도 T 0, 및 계수
Figure 112014062089431-pct00164
와
Figure 112014062089431-pct00165
는 과정을 제어하기 위해 하나의 조합
Figure 112014062089431-pct00166
으로 나타낼 수 있다.
줄(Joule) 가열에 추가로, 금 나노입자들로 도핑된 실크에서 광학적으로 유도된 가열은 벌크 필름들[21] 내지 3D 광결정(photonic crystal)들[22]에 대한 정합 코팅들로부터 범위를 가지는 형태들에서 관찰된다. 이러한 물질들에서, 벌크 물질(실크 결정성 메트릭스 중 가열로 유도된 변형을 통해) 및 도핑된 실크 기판들과 장치들 사이 인터페이스들에 영향을 줄 수 있는 방식으로, 플라즈몬-공명들은 빛의 흡수를 강화한다. 인터페이스는 빛과 함께 트리거링 장치 분해에 대한 경로를 제공한다. 열의 국소화는 다른 영역들의 선택적인 도핑 또는 다른 층(들)에 의해 얻어질 수 있고/있거나, 입사광의 초점을 맞춘다.
도펀트(dopant)들의 선택: 반도체들(CdSe 및 CdTe과 같은) 및 물질들(Au 및 Ag과 같은) 둘 다는 도펀트들을 위한 후보군이다. 강력한 플라즈몬 공진들을 가지는 금속들은 바람직하다. 금은 광-열 어플리케이션들을 위해 넓리 사용되고, 생체 적합성으로 인하여 이식 어플리케이션들을 위해 바른 선택이다. 그러나, 은 나노입자들은 더 강한 플라즈몬 공진들로 인하여, 금 나노 입자보다 더 많은 열을 생성하므로, 비-이식성 어플리케이션들(예를 들면, 피부 장착 장치들)에 대한 바람직한 선택일 수 있다.
형태 및 파장: 단단한 구형의 나노입자들(NPs)은 예측 방법들에서 크기를 이용하여 이동하는 파장을 가진 대표 크기들에 대하여, 각각 ~ 400 ㎚ 과 530 ㎚에 있는 Ag-NP들 및 Au-NP들을 위한 플라즈몬 공진들을 보인다. 예를 들면, 이식가능한 어플리케이션들을 위해, 빨간색(650―900 ㎚)으로 플라즈몬 공진을 이동하는 것은 가능하고, 조직의 낮은 흡수 및 관련있는 향상된 침투가 가능하다.
비-이식성 어플리케이션들을 위해, Ag- 이거나 Au-NP들은 파란색 또는 녹색 빛을 이용하여 원격으로 열을 생성하도록 사용될 수 있다. 생성된 열 Q, 및 국소적 온도 증가량 ?는 하기의 식에 의해 산출될 수 있다:
Figure 112014062089431-pct00167
(1)
여기서,
Figure 112014062089431-pct00168
는 입사 방사선의 크기이고,
Figure 112014062089431-pct00169
과
Figure 112014062089431-pct00170
는 각각 NP의유전체와 주변 매질의 상수이다.
Figure 112014062089431-pct00171
(2)
여기서, r은 NP의 중심으로부터 거리이고,
Figure 112014062089431-pct00172
는 주변 매질의 열 전도성이고,
Figure 112014062089431-pct00173
는 NP 의 부피이다.
식(1)및 (2)를 조합하여, 최대 온도 증가량은 하기 식(3)에 의해 나타낼 수 있다(
Figure 112014062089431-pct00174
, NP의 표면 에서 발생):
Figure 112014062089431-pct00175
(3)
여기서,
Figure 112014062089431-pct00176
는 빛의 강도이고, NP반경이 입사 파장보다 더 작은 경우, 온도 증가는 NP반경의 제 2 전력에 비례하고, 예를 들면,
Figure 112014062089431-pct00177
이이다. 예를 들어, ~ 532 ㎚ 에서 15 mW 의 출력전력 및 ~ 1 mm(초점 맞추기 없이)의 초점 크기(spot size)를 가지는 휴대용 레이저 포인터(portable laser pointer)는
Figure 112014062089431-pct00178
의 광속에 해당한다.
표1. 생성된 전력과 온도에 대한 추정치는 수성 매질에서 몇몇 통상의 Au NP들을 이용하여 증가한다.
Figure 112014062089431-pct00179
★: Au-NP들이 도핑된 실크 실험들을 이용하고 생성된 Au-NP들.
실크를 통한 과도성에 대한 대부분의 간단한 방법은 실크 필름을 물리적으로 변경하는 것이고, 전자/금속 소자들은 실크 필름상에 형성된다. 실크의 레이저 가공/절단에 대한 이전 작업을 기초로, 요구되는 온도는 ~200℃이다. 발명자들은 10 mW의 출력값과 함께 초점을 맞춘 레이저 포인터(laser pointer)를 이용하여 실크 + AuNP 필름을 성공적으로 가공했다. 열모세관 효과들과 함께, Mg, MgO, Si, SiO2와 같은 단지 일부 정도의 온도 증가를 가지는 용해 가능한 물질을 변경하는 것은 가능하다. 이러한 값들은 NP도핑된 실크 장치(mL 당
Figure 112014062089431-pct00180
입자들, 원심분리기에 의해 ~15㎚의 직경을 가지고 mL당
Figure 112014062089431-pct00181
입자들로부터 집중된) 및 ~50mW의 레이저 포인터(빔 직경: ~ 1 mm)를 가정하여 달성될 수 있고,
Figure 112014062089431-pct00182
의 광속에 해당한다. 빔 발산을 무시하는 경우, 국소적 온도는 ~ 200℃로 추정되고, 국소적 온도 증가는 자치를 분해하는데 충분해야 한다. NP 농도를 변경하는 것 외에, 실크 필름들은 영향을 증가시키고, 과도성을 가속화시키기 위해 마이크로렌즈(microlen) 배열들로 각인될 수 있다. 또한, 레이저를 이용하여 멀리서 조명을 비추어, 고립된 위치로부터 분해를 유발하는 것은 가능할 수 있다. 도 34는 Au-NP 실크 용액에서 좌측에서 우측으로 흡수 스팩트럼(absorption spectra) 및 다른 AuNP 농도에 대한 벌크(bulk) 샘플들의 이미지, 녹색(532 ㎚) 레이저 포인터에 의해 도시된 경우의 유리 슬라이드 상에 AuNP-실크 필름(2m 두께) 스핀-케스트의 열 이미지, 및 측정된 해당 열 프로파일(FLIR SC-600 열 화상 카메라로 얻은 데이타)를 도시한다.
열 메커니즘들외에도, 과도성을 유발하기 위한 생물학적 변형이 관찰된다. 구체적으로, 완전한 실크 물질의 빠른 손실을 유발하는 실크의 변형들은 (1) 타액-단백질 분해효소가 활성화된 소화 및 (2)주변 조명과 온도 활성화된 소화, 및 pH, 염, 전계, 압력의 변화들과 같은 다른 잠재적인 메커니즘들에 노출 시, 언급된다. 모든 경우들에서, 체계는 기능적 실크 물질들을 위한 빌딩블록(building block)들로써, 실크 마이크로/나노 입자들, 섬유들, 스펀지(sponge), 겔 또는 다른 소자들을 포함한다. 이러한 조각들은 또한 링커(linker)(트리거) 도메인(domain)을 가지는 실크 결합 펩티드(silk-binding peptide)들 또는 실크-엘라스틴 공중합체 결합 펩티드(silk-elastin copolymers binding peptide)들로 기능화된 표면이다. 상기 ‘링커들’로 코팅된 실크 조각들은 물질들(약한 링크들 또는 감염 링크(link)들)에서 위치들을 제공하고, 물질 물질의 무결성(integrity)의 빠른 손실를 야기한다. 예를 들면, 이는 두가지 방식으로: (a) 소자들(예를 들면, 취약한 링커를 브리징하고, 연결하기 위한 두 개의 실크 연결 도메인들)을 스스로 조립하고, 코팅하고, 브리징하는 3작용성의(trifunctional) 링커들과 함께 실크 조각들을 브리징(bridging)함으로써; 또는 (b) 환경의 트리거들로부터 과도(transition)를 구동하도록 실크-엘라스틴 블록 중합체들를 사용함으로써, 발생한다. 이러한 전략들의 특정 관점들은 빌딩 블록들 및 이중기능성 링커(bifunctional linker) 설계들로부터의 물질들 제조로, 작동하는 것으로 나타났다. 상기 작업은 환경 입력에 따라 물질 용해의 속도를 제어하는 반응 속도에 대해 최적화되도록 한다.
소자 설계들은 최근 마이크로 니들(microneedle) 연구들에서 사용된 것들과 같은 성형(molding) 방법들을 이용하여 형성된 복합체 구조들을 포함할 수 있다. (도 35는 실크에서 추가 약의 투여량을 로드(load)하기 위해 바늘들로 성형된 마이크로 바늘들 및 마이크로 소낭(microvesicile)들을 보여주는 삽도(inset)을 보여주고 있다. 또한, 입자들은 분쇄하거나, 상분리, 초음파(에너지), 지질 템플릿(template)들 및 다른 모드들을 통해 생성된다. 마이크로섬유들은 천연 실크 섬유들의 선택적인 화학적 소화에 의해 형성된다. 모든 이러한 빌딩블록 또는 조각들은 본 과도 장치들을 위해 요구되는 물질 기판들로 고려될 수 있다.
기능화에 대한 방법으로, 실크 블록 공중합체 시스템들 및 트리블록 (triblock)설계들(예를 들면, 실크-링커-실크)에 대한 확장들이 이용된다. 두가지 기능의 링커들은 함께 시스템을 유지하기 위해 입자간 결합을 촉진시킨다. 중심에서 링커(트리거) 도메인은 침에 노출시, 물질의 무결성에 빠른 손실을 촉진시키기 위해, 타액 단백질 분해 효소에 선택적인 펩티드를 포함할 수 있다. 이중 블록(Diblock) 시스템들은 많은 포멧(format)들에서 기능하고, 실크 물질들 상에 자기 조립 코팅들로 사용될 수 있고, 매트릭스 메탈로프로테이나제 (matrix metalloproteinase, MMP) 민감성 링커들은 실크로 설계된다. 다른 방법으로, 실크-엘라스틴 중합체들은 가능한 트리거들의 확장된 세트를 제공하기 위해 링커들로 사용될 수 있다. 우선, 온도-중심의 트리거들-예를 들면, 온도(예를 들면, 역(inverse) 온도 전환)의 변화시, 확장된 형태에서 수축된 형태로 물질의 상변화는 발생될 수 있다. 예는 온도의 변화를 기반으로 전환을 제어할 수 있다. 이러한 형태의 펩티드의 설계는 온도의 범위에 반응하여 확정될 수 있어, 물질이 엘라스틴 블록에서 아미노산 시퀀스 치환에 의해 결정되는 임계 온도(critical temperature)(이는 끓는점 근처에 대해 어는점 근처에서 전이가 일어나도록 프로그램화될 수 있음)에 도달 시, 물질은 구조의 변화를 거친다. 더욱이, 그러한 설계들은 물질 구조, pH, dua, 압력, 전계 및 다른 것들의 변화를 유발하는 환경적 입력의 배열을 확장시킬 수 있다(표 2). 또한, 이러한 전이들은 물질(예를 들면, 크기의 감소)의 압축으로 야기될 수 있고, 이러한 변화들은 격리된 소화 효소들(예를 들면, 단백질 분해 효소 XIV 또는 키모 트립신의 트리거된 방출)의 빠른 방출로 결합된다.
[표 2]
Figure 112014062089431-pct00183

가장 큰 문제(challenge)는 벌크 실크 물질로 조립되면, 링커 영역의 접근성이다. 이러한 특징은 용해의 반응속도 또는 압축/방출을 제어하도록 결정되어야 한다. 상기 링커 영역에서 가능한 벌크 펩티드의 추가뿐 아니라, 제어를 처리하는 범위 내에서, 이 문제는 해결될 수 있다. 이러한 툴들을 이용하여, 수정된 실크 용액은 준비되고, 실크 필름들이 생성되어 타액의 단백질 분해효소에 노출되자마자 분해될 수 있거나, 안정화(일시적으로, 물에서 용해되지 않은 상태)될 수 있다. 도 36은 효소(HRP)를 이용하여 도핑되어 프린트된 실크의 예를 보여준다. TMB에 대한 노출은 비색형 반응(colorimetric reaction)을 거쳐 페록시다아제(peroxidase)를 야기하고, 프린트된 패턴을 드러낸다.
또한, 통상의 잉크 분사 프린터(Fuji Dimatix)와 실크 잉크에 대한 능력은 증명되어왔다. 통상의 잉크 분사 프린터들 및/또는 마이크로 노즐(micronozzle)의 고해상되 잉크 분사 프린팅 시스템들은 마이크로 및 나노 규모상에 AuNP-실크 패턴들을 제조하는데 사용될 수 있다. 프린트된 패턴들은 도시되고, 열적으로 감시될 수 있고, 과도 금속들 및 산화물에 인터페이싱(interfacing)하는데 적합하다. 목표는 적절한 파장 및 적절한 전력의 광원(light source)에 대한 노출시, 분해를 위한 국소적 트리거 포인트들로 작동하는 마이크론- 및 서브-마이크론 (sub-micron) 규모의 열패턴(heating pattern)들을 정의하는데 있다. 이러한 결과들은 나노쉘들, 양자점, 나노튜브, 효수, 기능화/수정화 실크들(functionalized/modified silks)와 같은 Au-NP 이상의 도펀트들을 기반으로 기능성 과도 기판들의 다른 형태들을 위한 기술적 토대 역할을 한다.
참조문헌
1. S.-W. Hwang et al, “A Physically Transient Form of Silicon Electronics, With Integrated Sensors, Actuators and Power Supply,” submitted.
2. J.A. Rogers, F. Omenetto, Y. Huang et al, unpublished.
3. J. Zhou et al, Adv. Mater. 18, 2432―2435 (2006).
4. J. Han et al, J. Hazard. Mater. 178, 115-122 (2010).
5. Z. Li et al, J. Phys. Chem. C 112, 20114-20117 (2008).
6. Hwang, B-.I. et al, Appl. Phys. Lett. 93, 222104 (2008)
7. Hao, X-.T. et al, Mater. Sci. Eng. B. 90 50-54 (2002).
8. Hiramatsu, T. et al, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 3319-3323 (2007).
9. Park, C.J. et al, J. Kor. Phys. Soc. 55, 1925-1930 (2009).
10. Lee, J-.H. J. Electroceram. 23, 512-518 (2009).
11. Medina-Montes, M.I. et al, J. Electr. Mater. 40, 1461-1469 (2011).
12. Cheng, Y-.C. Appl. Surf. Sci. 258, 604-607 (2011).
13. Zhang, X. et al, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 21, 671-675 (2010).
14. Banerjee, A.N. et al, Thin Solid Films 496 112-116 (2006).
15. Jeon, H. et al, J. Kor. Phys. Soc. 51, 1999-2003 (2007).
16. Zhou, J. et al, Nano Lett. 8, 3035-3040 (2008).
17. Kuoni, A. et al, J. Micromech. Microeng. 13, S103-S107 (2003).
18. Pan, C.T. et al, Sens. Act. A: Phys. 159, 96-104 (2010).
19. A.A. Darhuber et al, Appl. Phys. Lett. 82, 657-659 (2003).
20. Hu Tao et al. “Silk thermoelectric chips”, Applied Physics Letters, 97 (12), 123702, 2010
21. Hu Tao et al., “Implantable Multifunctional Biocompatible Optics,” in review
22. S. Kim et al., “Silk opals”, in review
실시예 4
과도 전자 장치의 물질들. 물질들은 바람직한 범위, 예를 들면, 수 분 내지 수 개월 사이에 걸쳐 이어진 분해 시간동안, 분해성 전자장치 기술의 명확한 필수 구성요소들이다. 장치들과 회로들로 각각의 물질들 및 물질들의 집단적 통합(collective integration)은 분해 시간 전체로 정의한다. 예를 들면, ~0.5 mm 두께를 가진 Mg필름은 실온에서 몇십분동안 완전한 가수분해를 거치지만, 높은 결정성 실크로 코팅된 Mg 트레이스들은 더 긴 시간을 요구한다. 이러한 실시예는 바람직한 동작들을 제공하도록 물질들과 층 구조들를 나타낸다.
과도 전도체들. Mg가 흡수성 혈관내 스텐트(resorbable intravascular stent)들에 대한 구조적 물질로 사용되기 때문에, Mg는 시작점(starting point)으로 사용된다. 소량(일반적으로, 질량에 의해,
Figure 112014062089431-pct00184
10%)의 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, Zr, 및 희토류 원소들[2]에 대한 Mg의 합금은 대부분 3원계(ternary system)를 생산한다. 전자적 성질 및 이러한 합금들의 흡수 속도는 관찰된다. 예를 들면, 하나의 연구된 실시예에서, 마그네슘-알리미늄-아연 합금은 순수한 Mg(알루미늄 3%, 아연 1%를 포함)의 거의 두 배의 벌크 저항률(resistivity)들을 가지고, 벌크 및 얇은 필름 분해 속도는 상당히 느려진다(4배만큼 많은 pH의 생리학적 및 환경적으로 관련된 범위들에 의해). 일반적으로, 더 높은 알루미늄 농도는 벌크 분해 속도를 늦춘다(예를 들면, AZ61 또는 AZ91). 느린 흡수는 생물학적 시스템들(예를 들면, 생체-흡수성 전기 생리학 모니터들(bio-resorbable electrophysiological monitors)) 또는 수성 감지 환경들(예를 들면, 환경-흡수성 센서들)을 가진 흡수성 시스템에서 전극들 사이에 지속적인 접촉을 요구하는 장치 클래스들을 위해 특히 중요할 수 있다. 상기 목적들을 위해, W는 흡수성 색전 코일(embolization coil)들의 이전 사용으로 인하여 관심이 있다. 도 37에 공개된 연구들에서 보여주는 바와같이, W는 Mg 또는 Mg합금들의 흡수 속도들 보다 더욱 낮은 흡수 속도들(가수분해의 결과로 텅스텐 산을 형성하기 위해)를 제시한다. 도 37은 텅스텐 색전 코일(tungsten embolization coil)들의 실험관 내 분해를 보여주고 있다[7]. 도 38은 이식된 색전 코일들을 가진 토끼의 혈청 텅스텐 수준들을 보여주고 있다[6]. W 색전 코일들의 생체내 연구들은 흡수동안이지만, 어떤 부정적인 생물학적 반응도 없이 혈청 텅스텐의 증가된 수준들을 나타낸다. W의 벌크 저항성은 Mg와 매우 유사하다(
Figure 112014062089431-pct00185
). 층을 씌우는 실시예를 위한 Mg와 W의 조합들은 추가적인 공학 설계 선택(option)들을 형성한다.
제 3 금속은 Fe이며, Fe는 Mg과 같이, 스텐트(stents)용 생체 분해성 물질로 관심을 받았다. pH에 따라, 철은 우선 산화되고, Fe2 + 또는 Fe3 + 중 하나로 용해됨으로써, 물에서 흡수된다(resorb). 실험관내 테스트는 Mg에 대한 분해 속도 보다 더 느린 Fe의 분해 속도를 나타낸다. 다른 측면에서, 생체내 분해 속도는 실험관내 연구에 의해 예상되는 속도보다 더 느리다[8]. 상기 상이성은 신체에서 인산 이온들과의 반응에서 형성될 수 있는 인화철과 같은 불용성 화합물에 의한 이온 표면의 보호막에서 기인된다. Mg, Mg 합금, W 및 Fe의 조합(Combination)들은 분해성 전자 장치들에서 전도체에 대한 필수 역량들을 제공할 수 있다.
과도 유전체들. 모델링에 대한 비교와 함께, 상기 시스템들에서 분해 속도 및 반응 속도에 대한 연구에서 보여진 바와 같이, MOSFET의 게이트 유전체들 및 집적회로들의 층간 유전체들을 위해, SiO2 및 MgO는 모든 요구조건들을 만족시키기 위한 강력한 잠재력을 가진다. 단일 층들, 또는 W와 같은 금속들 및 실크와 같은 생체-유기 중합체(bio-organic polymer)들로 다층 구성들에서 상기 물질들은 전체적인 흡수 속도를 제어하는 캡슐재들(encapsulants)로 사용될 수 있다. 다양한 적층(stack) 설계들을 위한 물 투과율은 측정된다.
마그네슘 합금들. 마그네슘 합금들은 순수한 마그네슘 스텐트(stent)들과 두 개의 인지된 결함에 대한 해결책들을 연구해오고 있다: 좋지 못한 기계적 강도 및 빠른 부식으로 인한 강도의 빠른 손실[1]. 마그네슘 합금은 모두 몇가지 공통의 특성들을 가지지만, 여러가지 종류가 있다. 합금 원소들은 작은 양(일반적으로, 질량에 의해,
Figure 112014062089431-pct00186
10%)으로 추가되고, 대부분의 합금들은 세가지로 이루어지고, 아무도 전기적 특성들에 대해 평가되지는 않는다. 테스트된 원소들은 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, Zr 및 희토류 원소들을 포함한다 [2]. 마그네슘-알루미늄-아연 합금들은 연구된 일반적인 합금들의 일부이다.
AZ31B(3% 알루미늄, 1% 아연)의 벌크 저항성은 순수한 마그네슘의 거의 두 배지만, 벌크 및 얇은 필름 분해 속도는 상당히 느려진다. 더 높은 알리미늄 농도는 벌크 분해 속도를 늦춘다 (예를 들면, AZ61 또는 AZ91). 도 39는 다양한 이원계 마그네슘 합금의 분해동안 수소발생을 보여주고 있다[3]. 도 40은 다른 pH에서 Mg와 Zn 합금들의 부식 속도의 비교를 보여주고 있다[4].
텅스텐. 텅스텐은 티타늄과 다른 가벼운 금속들을 선호하여 생의학 이식 어플리케이션들을 위해 보통 고려되지 않았다. 그러나, 텅스텐은 색전 코일을 위한 하나의 가능한 물질 선택으로 여전히 사용된다. 색전 코일로써, 텅스텐은 분해성으로 입증되었고, 분해 속도는 비슷한 물질의 부피에 대해 마이네슘보다 더 느리다. 텅스텐은 결국 텅스텐산으로 변환된다.
텅스텐은 인간에게 작은 양(< 200 ng/mL)으로 자연적으로 존재한다[5]. 혈청의 텅스텐 수준은 텅스텐 색전 코일들 분해로, 동물과 인간의 생체내에서 관찰된다; 극적으로 증가된 혈청 텅스텐 수준을 통해, 생물학적 반응 및 염증 반응은 이식된 영역에서 검출되지 않는다[6]. 그러나, 텅스텐산은 뇌에 직접적으로 작용되는 경우에만, 간질 물질(epileptogenic material)로써 확인되었다.
텅스텐의 전자적 성질들은 마그네슘과 바람직하게 비교한다. 텅스텐의 벌크 저항성은 마그네슘과 매우 유사하여(
Figure 112014062089431-pct00187
대
Figure 112014062089431-pct00188
), 마그네슘을 소량의 텅스텐으로 교체하거나 씌우는 것은 창치 성능에 크게 영향을 치지지 않아야 한다. 도 37은 텅스텐 색전 코일의 실험관내 분해를 보여주고 있다. 도 38은 이식된 색전 코일들을 이용하여 토끼내에 혈청 텅스텐 수준들을 보여주고 있다.
철. 또한, 마그네슘처럼, 철은 생체 분해성 스텐트 물질로 관심을 받아왔다. 철의 구조적 성질들은 마그네슘의 구조적 성질들을 초과하고, 스탠트의 비-분해성기준인 SS316에 더 가깝다. 철은 우선 산화하고, 물에서 반응하여 Fe2 + 또는 Fe3+ 중 하나로 용해됨으로써, 분해되고, 형성된 이온은 pH 환경에 의존한다. 철은 신체내에서 매우 일반적이고, 많은 생물학적 과정에 중요하다. 생체내 테스트는 마그네슘보다 더 느린 분해 속도들을 보여준다. 그러나, 생체내 분해 속도는 생체내 연구에 의해 예상된 속도들을 훨씬 초과한다[8]. 이것은 산화철 이외의 몇몇 화합물에 의한 철 표면의 보호로 인한 것이다. 철 인화물(phosphide)은 하나의 가능한 후부군이고; 인산 이온(phosphate ion)들은 신체내에 쉽게 존재하고, 철 인화물은 물에서 불용성이며, 급격히 감소된 분해 속도를 설명할 수 있다. 철(Fe)의 실험관내 분해 테스트동안, 도 41은 분해 속도[8] 및 용액의 철 농도를 보여주고 있다. 도 42는 시간과 관련하여 전해질에서 철의 누적(accumulation)을 보여주고 있다.
콜라겐/젤라틴. 콜라겐의 삼중 나선 구조는 강도 및 내약품성(chemical resistance)을 제공한다. 단백질처럼, 콜라겐은 실크 피브로인과 특성들을 공유한다. 콜라겐은 효소를 이용하여 젤라틴 및 더 짧은 가닥들로 분해된다. 콜라게나제(Collagenase)는 세개의 가닥을 분리하고, 세개의 가닥들을 조각으로 나눈다. 젤라티나제(breaks them into pieces) 및 다른 단백질-분해 효소들은 점점 작은 조각들을 이루도록 할 수 있다[10].
콜라겐은 일반적으로 강산 또는 강염기 용액에서 소량만으로도 단지 용해된다. 상기 내약품성은 표준 처리에 대해 더욱 허용가능하게 해야하나, 포토리소그래피가 관련된 경우, 두 가지 중요한 결함이 발생한다. 첫째로, 제조된 콜라겐 필름들의 표면의 거칠기가 매우 높고, 스핀 코팅 포토레지스터(spin-coating photoresist)를 어렵게 만든다. 더욱이, 콜라겐 필름들은 결합 물 분자들이 떨어져 동작함으로써, 고온에서 변형이 이루어질 것이다. 또한, 콜라겐은 포토레지스터 현상액(developer)(TMAH 기반, 매우 염기)에서 팽창을 시도할 것이다. 절연성 산화막에 의해 현상액으로부터 콜라겐을 분리하는 것은 필름들의 표면 거칠기로 인하여 불가능하다. 결과적으로, 젤라틴은 전체적인 수명이 크게 감소하더라도, 기판 물질에 대해 더욱 기능성 있는 후보군이다.
젤라틴은 쉽게 용해되고, 스핀코팅되고, 다른 중합체들과 혼합될수 있다. 콜라겐처럼, 젤라틴은 아세톤에서 불용성이고, 유리 젤라틴(glassy gelatin)(모든 결합수(bound water)가 증발하여 건조되는)은 200℃까지 안정하다. 그러나, 콜라겐처럼, 젤라틴은 TMAH와 같은 염기성 용액에서 팽창하는데 취약하다. 젤라틴은 산화막(oxide layer)에 의해 부분적으로 보호될 수 있지만, 저온 증착은 낮은 품질의 산화막 및 궁극적으로 효과적인 보호층을 제한할 수 있다.
폴리비닐알코올( PVA ). 분해 특성은 환경 친화적인 제품 패키징을 위해 활용되고, 높은 유전체 상수(
Figure 112014062089431-pct00189
)는 게이트 유기 전자 장치를 위해 유전체물질로 종종 사용된다[11]. 그러나, PVA 의 성질은 수분 함량에 매우 의존적이고, 습기 및 다른 환경 변화들에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 물에대하여 높은 투과성을 가진다. 이러한 불안정성은 효과적인 패키징 물질로 사용을 제한하고, 다른 중합체(PLGA와 같은)는 유기 전자 장치를 위한 기판 물질들로 PVA를 통해 선택된다.
폴리 (락트산-코- 클리콜산 )( PLGA ). PLGA는 생체분해가 중요하거나 필요한, 일반적으로 사용되는 중합체이다. 그것의 다양성은 나노입자 약 전달에서 생체분해성 스텐트 및 스텐트 코팅까지, 많은 다른 용도들에 사용된다. PLGA의 성질은 분자량 및 글리콜산에 대한 젖산의 비율을 변화시킴으로써 다양할 수 있다. PLGA는 물에서 전전히 용해되고, 아세톤과 같은 용매에서 상당히 빨리 용해된다. 아세톤 용해도는 리프트오프 기반의 포토리소그래피(liftoff-based photolithography)에 대해 비효율적 기판이 되도록 한다. 추가로, PLGA 상에서 증발된 마그네슘 필름은 몇 분이내에 PLGA에 의해 확산되거나, 용해되고; 상기 현상은 티타늄 접착층이 사용되는 경우, 관찰된다.
PLGA 기판을 이용한 이전의 작업[11]은 증착 동안 활성 냉각 및 비-반응성 물질들(은 또는 금)을 이용한다. 도 43은 화학 구조들, 장치 형상, 및 PVA과 PLGA의 분해 테스트들을 제공한다. PLGA와 마그네슘 사이 착물을 통해, PLGA 상에 직접적으로 증착되는 경우, 다른 생체 분해성 금속들이 유사한 분해를 일으키는 지는 알려지지 않고, 산화 아연 [13]이 상기 현상이 유사하게 반응하는 금속으로 예상된다는 것을 말한다.
참고문헌
1. Guangling Song. Corrosion Science. 49 (2007) 1696-1701
2. Frank Witte, Norbert Hort, Carla Vogt, Smadar Cohen, Karl Ulrich Kainer, Regine Willumeit, and Frank Feyerabend. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 12 (2008) 63-72
3. X.N. Gu, Y.F. Zheng, Y. Cheng, S.P. Zhong, T.F. Xi. Biomaterials. 30 (2009) 484-498
4. D. Vojtech, J. Kubasek, J. Serak, P. Novak. Acta Biomaterialia. 7 (2011) 3515-3522
5. T.J. Butler, R.W. Jackson, J.Y. Robson, R.J.T. Owen, H.T. Delves, C.E. Sieniawska, and J.D.G. Rose. The British Journal of Radiology. 73 (2000) 601-603
6. Matthias Peuster, Christoph Fink, Peter Wohlsein, Michael Brugmann, Alexander Gunther, Volker Kaese, Matthias Niemeyer, Heinz Haferkamp, and Christian v. Schnakenburg. Biomaterials 24 (2003) 393-399
7. Matthias Peuster, Christoph Fink, Christian von Schnakenburg. Biomaterials 24 (2003) 4057-4061
8. Shengfa Zhu, Nan Huang, Li Xu, Yu Zhang, Hengquan Liu, Hong Sun, and Yongxiang Leng. Materials Science and Engineering C. 29 (2009) 1589-1592
9. Matthias Peuster, Peter Wohlsein, Michael Brugmann, M. Ehlerding, K. Seidler, Christoph Fink, H. Brauer, A. Fischer, and G. Hausdorf. Heart. 86 (2001) 563-569
10. Magda Gioia, Susanna Monaco, Giovanni Francesco Fasciglione, Anna Coletti, Andrea Modesti, Stefano Marini, and Massimo Coletta. J. Mol. Biol. 368 (2007) 1101-1113
11. Christopher J. Bettinger and Zhenan Bao. Adv. Mater. 22 (2010) 651
12. Juha Piispanen and Lauri H.J. Lajunen. Acta Chemica Scandinavica. 49 (1995) 235-240
13. Yutaka Yamagata, Masafumi Misaki, Tomofumi Kurokawa, Keiko Taira, Shigeyuki Takada. International Journal of Pharmaceutics. 251 (2003) 133-141
실시예5
제조. 낮은 제조 비용은 근본적으로 제한된 작동 (및 물리적) 수명으로 인하여, 실제적인 분해성 전자 장치 기술을 위해 필수적인 요구사항이다. 많은 분해성 물질들은 정해진 용매, 포토레지스트, 개발자들, 노광 기술 및 에칭 방법과 호환되지 않기 ?문에 반도체 산업에서 사용되는 과정들은 적용될 수 없다. 여기서 개발된 제조 전략은 두 개의 주요 단계들을 포함한다 (1) Si NM으로 제조하는 것을 허용하는 전사 프린팅 및 분해성 기판을 가진 기존 파운드리 소스들을 통해 획득된 궁극적으로, 부분적으로 형성된 장치의 하위 소자들 및 (2) 기능적 시스템들을 위해 상기 장치들 및 캡슐재/패키지들 사이에 분해성 인터커넥트들을 형성하기 위한 전기수력학적 분사(electrohydrodynamic jet) (e-jet) 프린팅을 통해 얻어졌다.
마이크로전사 프린팅 . 마이크로 전사 프린팅(
Figure 112014062089431-pct00190
) [1] 기술들은 롤투롤(roll-to-roll) 제조 모드들에서 빠른 속도로 대상을 구현하는데 사용된다.
Figure 112014062089431-pct00191
과정은 '인킹(inking)'단계에서, 소스 기판으로부터 제조된 고체 물질의 마아크로/나노구조들을 들어올리기 위해 부드러운 탄성 중합체 스템프들을 사용하고, ?존걱?단계에서, 대상 기판상에 물질들이 놓인다. 스탬프 표면(예를 들면, 인킹과 프린팅 단계 각각에서 강하고 약함)에서 접착의 강도를 제어하기 위한 최적화된 전략으로, 전체적인 절차는 높은 수율(>99.9%) 및 위치 정화도(<1마이크론)가 가능하도록 자동화 될 수 있다. 도 44는 공정의 개략도 및 대표 툴의 사진을 제공한다.
고무의 슬래브(slab)를 포함하는 드문 기판들 상에 형성되는 고성능 전자 및 광전자 시스템들을 허용하는
Figure 112014062089431-pct00192
을 기반으로 물질들 및 통합 계획은 증명되었다. 핵심 계획은 실리콘, 갈륨-비소(gallium arsenide) 또는 인듐 인화물(indium phosphide)의 소스 웨이퍼들상에 잘 정렬된 배열 형식들로 만들어진 무기 반도체 나노리본들/막들/선들을 포함하는 '잉크'에 의존적이다. 상기 계획의 종류는 흡수성 전자 장치를 형성하기 위해 Si NM들이 이용될 수 있다. 상기 공정의 주요 특징은 실리콘 웨이퍼들 상에 밀집된 레이아웃에서 형성된 Si NM들이 시스템 요구사항들에 부합하는 면적 범위들에서 대상 기판들로 리트리브되고(retrieved), 전달될 수 있다는 것이다. 상기 기능들은 효과적인 물질들의 활용과 저렴한 비용을 위해 필수적이다. 이 점을 강조하기 위해, 도 45(좌측)은 플라스틱의 유연한 시트(sheet) 상에 상기 방법으로 프린트된 반도체 소자들의 희소배열(sparse array)의 예를 보여주고 있다.
구체적으로 분해성 전자 장치에 대해 고속이고, 지속적인 롤러 프린팅(roller printing)에서
Figure 112014062089431-pct00193
의 사용을 위한 기본적이고, 공학적인 지식은 개발된다. 특히, 결합 강도가 특벽히 설계된 스탬프와 소스 기판 사이의 인터페이스에 적용된 힘의 방향에 따라 결정되는 물리적으로 부드러운 반 데르 발스 접착은 관찰된다. 도 46a의 도면은 상기 스탬프에서 단일 릴리프(relief) 특징, 및 스탬프의 기본인 비대칭 접촉각(
Figure 112014062089431-pct00194
및
Figure 112014062089431-pct00195
)을 보여주고 있다.
Figure 112014062089431-pct00196
는
Figure 112014062089431-pct00197
보다크기 때문에, 스템프가 힘 F 2 를 가지고 수직방향으로 당겨질 경우, 스탬프-기판 인터페이스에서 균열(crack)은 우선적으로 오른쪽 코너로부터 시작할 것이다. 왼쪽 각도로 잡아 당기면서, 오른쪽 코너로부터 균열 발생이 가속화될 것이고, 이로써, 이탈힘(pull-off force) (F 3 < F 2 )이 감소되는 결과를 가질 것이다. 균열의 생성은 스탬프가 오른쪽 각도로 잡아당겨지는 경우에 억제되고, 이탈힘은 증가될 것이다(F 1 > F 2 ). 상기 방법으로, 서로 다른 세 방향들로 당겨지는 것은 세 개의 다른 이탈힘들을 발생시킨다(F 1 > F 2 > F 3 ).
상기 방법은 두 가지 이유들 때문에 매력적이다. 우선, 각진(angled) 형상는 강화된 이탈힘들을 가능하게 한다. 물리학은 큰 힘이
Figure 112014062089431-pct00198
의 인킹 단계에서 물질들/장치들을 리트리브(retrieve)하도록 요구되는 경우, 중요하다. 두번째로, 방향 의존적 접착은 지속적인 롤러 프린팅 모드에서 고속 작동이 가능하도록 원통형 지지체들(cylindrical supports) 주위에 감싸지는 얇은 스탬프들에서 이용될 수 있다. 도 46b 및 도 46c는 그림을 제공한다. 여기서, 롤러 스탬프와 소스 기판 각각이 적절한 회전 및 병진 운동을 하는동안, 설계는 회수(retrieval)를 위해 높은 접착(F 1 )을 허용한다(Fig. 46b). 반대 방향에 대해서, 접착 물리학(adhesion physics)은 대응하는 낮은 접착(F 3 )을 이용하여 프린팅을 용이하게 한다(도 46c). 설명한 바와 같이, 롤러 스탬프는 한쪽에서 장치들/구조들을 리트리브하고, 다른 한쪽에서 대상 기판으로 장치들/구조들을 전달하는 구조는 지속적으로 실행될 수 있다. 주기적으로, 롤링 방향과 직교하는 방향에서 소스 기판을 인덱싱(indexing)하고, 시작점으로 되돌아 오도록 바꾸는 것은 소스 상의 모든 물질이 소비될 때까지, 다른 영역에서 발생하는 인킹과정을 허용할 것이다. 필요에 따라, 신선한(Fresh) 소스 기판들은 삽입될 수 있다.
접착력의 방향 의존성 및 전체적인 강도 둘 다의 근본적인 측면을 이해하는 것은 본 목적을 위해 설계된 사용하도록 하는데 매우 중요하다. 주요 물리학은 층간 분리(interfacial delamination)의 역학적 모델에 의해 분석될 수 있다. 포스트(post)의 높이
Figure 112014062089431-pct00199
는 포스트/기판 인터페이스를 통해 포스트의 바닥에 부과되는 수직 이탈힘
Figure 112014062089431-pct00200
및 전단 변위(shear displacement)
Figure 112014062089431-pct00201
의 대상이다. 비대칭 이탈힘
Figure 112014062089431-pct00202
은 포스트 상에서 휨 모멘트(bending moment)
Figure 112014062089431-pct00203
를 야기한다. 전단 변위(shear displacement)
Figure 112014062089431-pct00204
는 포스트에서 전단 스트레인(shear strain)
Figure 112014062089431-pct00205
을 제공하고, 전단으로 인하여, 차례로 휨 모멘트
Figure 112014062089431-pct00206
를 야기하고, 포스트의 전단 계수(shear modulus)는
Figure 112014062089431-pct00207
이고,
Figure 112014062089431-pct00208
는 영률(Young? modulus)이고, 포스트는 비압축성으로 처리된다. 포스트 상에 순수 휨 모멘트는
Figure 112014062089431-pct00209
이다. 포스트/기판 접촉 인터페이스의 다른 코너들에서 두 개의 극미한 모서리 균열들 중 하나는 확대되고, 박리로 이어질 수 있다. 대응하는 응력 확대 계수(stress intensity factor)들은
Figure 112014062089431-pct00210
및 휨 모멘트
Figure 112014062089431-pct00211
의 측면에서 분석적으로 얻을 수 있다.[ 24] 균열 길이가 사라지는 것의 제한에 대해,
Figure 112014062089431-pct00212
에 의해 정규화된 균열 선단(crack tip) 에너지 방출 속도는
Figure 112014062089431-pct00213
및
Figure 112014062089431-pct00214
또는 동등하게,
Figure 112014062089431-pct00215
와 전단 스트레인
Figure 112014062089431-pct00216
의 측면에서 분석적으로 제공된다.
Figure 112014062089431-pct00217
, (1)
여기서, 인터페이스 균열 선단에 대한 포스트(PDMS)와 기판 사이의 과도한 탄성 메치(large elastic match)를 차지하고 있는 경우에, 아래첨자 1과 2는 포스트/기판 인터페이스의 왼쪽과 오른쪽 코너들에서 각각 균열 선단들을 나타내고 있다. [25] 음의(negative) 전단(
Figure 112014062089431-pct00218
, 도 46c) 또는 양의 방향
Figure 112014062089431-pct00219
에서 상대적으로 작은 전단에 대해, 왼쪽 균열 선단은 오른쪽 보다 더 큰 에너지 방출 속도를 가진다. 반대는
Figure 112014062089431-pct00220
경우, 유지한다. 균열 확대(Crack propagation)는 식(1)에서 왼쪽 또는 오른쪽 균열 선단 에너지 방출 속도가 계면 파괴 인성
Figure 112014062089431-pct00221
에 도달하면 시작한다. 상기 조건은 주요 이탈힘(식 2)을 분석적으로 제공한다.
Figure 112014062089431-pct00222
(2)
이 때, 이탈힘은 정규화된 전단 스트레인
Figure 112014062089431-pct00223
, 접촉각
Figure 112014062089431-pct00224
및 계면 파괴 인성
Figure 112014062089431-pct00225
에 의존한다. 상기 식은 실험 측정들과 연결되는 명확한 점을 제공한다. 모델들의 상기 종류들은 롤러 스템프들의 공학적 구현뿐만 아니라, 더 증가된
Figure 112014062089431-pct00226
과 감소된
Figure 112014062089431-pct00227
에 대한 물질의 최적화 및 릴리프(relief) 형상들을 제공한다. 예를 들면, 경사진 포스트 구조들에 대한 릴리프의 재진입 기능을 추가하는 것은 모서리로부터 떨어지고, 접촉 영역의 내부로 응력 중심점을 이동시킴으로써, 급격히 증가된 접착력을 제공할 수 있다. 점탄성(viscoelasticity)의 영향과 함께 이러한 효과들은 과학적이고 공학적인 연구를 결합하여 분석된다.
실리콘 파운드리 장치들에서 흡수성 전자 장치들로.
웨이퍼들로부터 파생되고,
Figure 112014062089431-pct00228
에 의해 조립된 Si NM들을 사용하는 체계들이 흡수성 전자 장치에 대해 실현 가능한 경로들을 제공하지만, 두 가지 이유로 비이상적이다: (1) 상기 체계들은 흡수성 기판 상에서 정의되는 장치 처리 및 중요한 기능들을 요구하고, (2) 실리콘 집적회로들의 제조를 위해 구축된 인프라 구조를 이용할 수 없다. 첫번째 영향으로, 기능에서 정교함의 수준 및 성능이 흡수성 기판과의 호환성에 대한 요구들에 의해 부과되는 처리 옵션들에서 커다란 제약들로 인하여, 달성될 수 있다. 두번째로, 흡수성 장치들을 위해 특별히 구성된 별도의 파운드리 네트워크 확립에 대한 필요로 인하여, 비용과 환경적 영향이 상당히 증가한다. 본 발명의 방법은 특별히 설계되고, 파운드리 처리된 웨이퍼들을 흡수성 시스템을 위한 소자 빌딩 블록(building block)들의 소스들로 변환하는 경로를 개발함으로써두 가지 제한요소들을 해결한다.
Figure 112014062089431-pct00229
는 Si NM들이 아니고, 완전히 처리된 프리비티브(primitive)들 또는 파운드리 처리된 웨이퍼들로부터 파생된 작은 회로 소자들을 이루는 수단으로써 사용된다.
주요 과제는 본 발명의 목적들을 위해 파운드리 호환성 레이아웃들 및 이용 가능한 물질들의 세트(set)들을 적용하는 것이다. 예비 연구 결과가 생체 적합성 및 친환경 흡수성 전자 물질들로써, Si 및 SiO2를 규명하지만, 통상적인 집적 회로들의 다른 소자들은 상기 특성들이 없다. 하나의 해결책은 감소된 복잡성과
Figure 112014062089431-pct00230
에 대해 적합한 구성들을 가진 레이아웃(layout)들에서, 초박형 본체(ultrathin body) SOI(silicon-on-insulator) 기판들상에 파운드리들 집적 회로들과 프리미티브(primitive)들에서의 소스(source)이다. 파운드리 외부에서 수행될 수 있는 약간의 추가적인 단계들은 금속화층(metallization layer)들을 Mg와 같은 흡수성 전도체들로 교체한다. 도 47는 개략적인 흐름도를 도시한다. 여기서, 제거한 다음 흡수성 전도체들로 교체하기 위해, 레이아웃은 스택(stack)전체에 걸쳐 금속화에 대한 액세스(access)를 가능하게 하고; 파운드리 기능들을 활용하게 위해, 실리콘, 도핑된 영역들, 게이트 유전체들 및 층간 유전체들(ILDs)의 측면의 정의는 불변이다. 이러한 물질 교환에 대한 체계(Scheme)들은
Figure 112014062089431-pct00231
에 대한 소자들을 작동시키기 위해 SOI 기판 상에 매립 산화물(buried oxide)을 제거하기 위한 경로(route)를 따라, 개발되어야만한다. 우선은 습윤 및 건조하는 에칭 기술들의 조합을 이용하여 달성된다. 대안으로, 다결정 실리콘 중 고농도로 도핑된 층들은 완전히 금속화를 대체할 수 있고, 이로써, 제거의 필요성을 없앨 수 있다. 두 번째 문제를 해결하기 위해 필요한 것은 BOX의 제거 후, 드러나지 않은 웨이퍼에 대한 소자들을 고정하는 전략적 구조들(예를 들면, 앵커들)의 파괴 역학(fracture mechanics)의 주위깊은 연구이다. 기울어진 스탬프 설계에 의해 활성화되는, 향상된 접착력은 요구사항들을 완화한다. 도 48은 SOI 상에 형성되고, BOX를 에칭함으로써 방출된 비-흡수성 Si CMOS 블록(block)에서, 앵커 설계의 한 종류의 SEM 이미지를 제공한다.
전기수력학적 (e- jet ) 프린팅. 흡수성 소자들을 상호 연결하기 위한 체계는 기능성 시스템들을 위해 요구된다. 해상도는 소스 웨이퍼들의 영역에서 효율적으로 활용하기 위해, 각각의 소자들 상에 작은 적촉 패드들을 허용할만큼 충분히 높아야 한다. 넓은 범위의 물질 잉크들 및 기판들과 함께 첨가제 본질(additive nature)과 호환성(compatibility)으로 인하여, 고해상도 노즐들의 팁(tip)에서 유체 흐름들을 형성하는 전계(electric field)들을 사용하는 방법들이 추구된다. 앞의 작업은 이러한 물리학이 딥 서브 마이크론(deep sub-micron) 범위(~100㎚)에서 이어지는 액적 생성(droplet generation)과 프린팅에서 해상도를 제공한다는 것을 증명하고, 상기 해상도는 통상의 잉크 분사(jet) 기술들로 가능한 최상의 해상도 보다 100배 이상을 초과한다[3]. 도 49는 잉크 챔버, 제어된 압력 공급장치, 금속-코팅용 유리 노즐 팁, 기판 및 위치 결정 스테이지(positioning stage)들을 포함하는 주요 소자들의 개략도로, 맞춤형 e-jet 프린터를 도시한다. 배압(back pressure), 스탠드 오프(standoff )높이 및 전도성 노즐팁과 기판 사이에 인가된 전압은 프린팅 상태(condition)들을 정의한다. 관련 전계는 노즐의 팁에 표면 근처의 가속화되는 잉크에서 이동성 이온(mobile ion)들을 야기한다. 이온들 사이의 상호적인 쿨롱 반박력은 기판에 대한 정전기적 인력과 함께, [3]에서 서술된 바와 같이, 테일러 콘(Taylor cone) 형상으로 메니스커스(meniscus)를 변형하는 액체 표면 상에 접선 응력(tangential stress)을 도입한다. 정전기 응력(electrostatic stress)은 액체와 노즐팁의 내부 표면 사이에 표면 장력을 압도할 경우, 액적들은 콘의 팁으로부터 배출된다. 참고문헌[7-9]은 신규한 감지 기술들, 기계 설계 및 프린팅 기능을 포함하는 e-jet 과정의 개발을 상세히 설명한다.
상기 특징들은 e-jet이 흡수성 전자 장치를 제조하기 위해
Figure 112014062089431-pct00232
에 대해 잠재적으로 강력하게 보완하도록 한다. 그러나, e-jet 의 과학과 공학 측면에 있어서, 두 개의 주요 단점들은 어플리케이션을 위한 사용을 가능하게 하여 극복한다: (1) 해상도의 감도(sensitivity) 및 기판의 국소적 전자 특성들에 대한 액적 배치(droplet placement), 및 (2) 연속적인 롤러 프린팅 모드를 실행할 수 있는 다중, 평행 노즐들을 위한 설계의 부재. 첫번째 문제는
Figure 112014062089431-pct00233
에 의해 절연 기판들에 전달되는 흡수성 소자들 사이에 인터커넥트 선들의 안정적인 형성하는데 문제가 발생한다. 특히, 대상 표면(예를 들면, 금속, 유전체, 반도체)의 국소 전자적 성질들에서 공간 변화는 전계 프로파일들을 변화하게 하고, 따라서, 수용하기 어려울 수 있는 방식들로, 액적 크기 및 궤적을 변화하게 한다. 도 50은 전도성 선(line)들(좌측) 및 서브-마이크로 해상도(우측)의 회로와 같은 배치들을 형성하기 위한 능력치를 보여주는 e-jet에 의해 프린트된 대표적인 패턴들을 나타내고 있다. 하나의 해결책은 노즐 조립체 자체로 링 형태의 상대전극(counterelectrod)을 통합하는 e-jet 노즐들을 위한 전자기적 흐름(flow) 모델과 결합한다. 그 결과는 모든 구동하는 전계들이 기판으로부터 분리되는 방법으로 정의되는 시스템이다. 유도 전류 감지는 프린팅 공정 상에 피드백 제어를 확립하는 수단을 제공한다. 도 51은 통합된 콘센트릭 링 상대전극을 가진 e-jet 프린팅 노즐의 계략도(좌측) 및 전정기 모델링(우측)를 나타낸다.
두번째 단점은 선형 배열들에서 인접한 노즐들 사이 결합하는 정전 결합(electrostatic coupling)을 이해하도록 상기 작업으로부터 시뮬레이션 기능들을 확장함으로써 해결된다. 별도의 조정 마이크로-플랫폼(micro-platform)상에 각각의 노즐 유닛을 개별적으로 움직임으로써 기판의 약간 정도의 어긋남를 수용하는 능력은 설계에 통합된다. 유추(analogy)는 프린트 카트리지(print cartridge) 교정을 조절하기 위해 통상의 잉크-분사 프린터(ink-jet printer)에 의해 사용되는 테스트 패턴 시퀀스(test pattern sequence)일 수 있다. 10 내지 20개의 다른 노즐들은 밖으로 들어나지 않은 기판의 운동 방향에 관하여 정확한 번역(translation)을 할 수 있는 선형 배열에서, 전체적인 프린트 헤드(print head)에 통합된다. 충분한 정보(intelligence)는 자율적 독립체(autonomous entity)로써 역할을 하도록 각 유닛에 국소적으로 포함되고, 외부 도움 없이 웹 핸들링 시스템(web handling system)과
Figure 112014062089431-pct00234
모듈(module)과 통신함으로써 스스로 교정한다.
제조 공정상에 중요한 관점은 주요 장치 치수 및 많은 경우에 대부분 요구하는 인터커넥트들이 파운드리-공급된 소자들의 수준에서 형성될 것이다. 종래의 잉크 분사 프린팅이 달성하는 것들 이하의 형상 크기들조차 작은 접촉 패드들을 사용함으로써, 파운드리 소자들을 저렴하게 사용되는데 필수적이지만, 이러한 상황은 e-jet 시스템에서 요구되는 처리 및 해상도에 대한 요구들을 감소시킨다. 그러나, 통상의 제조방법에서, 해상도, 처리율 및 등록 정확도의 최적의 균형을 형성하기 위해, e-jet 은 잉크 분사 및 스크린 프린팅과 같은 다른 방법으로 전략적으로 사용될 수 있다. 레지스트레이션 마크(registration mark)들을 정의하기 위해 임프린팅(imprinting)(종래의 열 엠보싱(, thermal embossing))의 초기 단계로,
Figure 112014062089431-pct00235
, e-jet 및 잉크 분사를 포함하는 통합된 처리 라인은 도 52에 나타낸다. 이러한 시퀀스(sequence)에서, e-jet 및 잉크분사에 의해 형성된 패턴들 만이 레지스트레이션을 요구한다. 여기서, 광 패턴 인식 시스템들은
Figure 112014062089431-pct00236
에 의해 형성된 구조들 및 엠보싱 단계에 의해 정의된 릴리프(relief)의 조합을 사용한다.
실시예 6
과도 안테나는 LED를 무선으로 작동시키기 위해 유리 상에서Mg 안테나(2㎛ 두께)를 이용하여 증명되었다. Mg 안테나는 회로 기판상에 통상의 인덕터들, 캐패시터들 및 다이오드들(정류기들)과 함께 통합된다. 도 53에 도시된 바와 같이, 회로는 LED를 작동시키기 위해 약 3미터(또는 약 10피트)의 거리로 작동했다.
과도 RF 전력 스캐빈져 시스템은 도 54에 도시된 개략도 및 레이아웃에 따라 제조되었다. RF 전력 수신기 시스템은 SOI 웨이퍼들 상에 제조된 인덕터, 캐패시터들 및 정류기들을 포함했다. 전하를 축적하는 정류기들 및 캐패시터들로써 캐스케이드 다이오드(cascaded diode)들을 포함했다. 안테나(Antennae)는 실크 기판들 상에서 제조되고, SOI 기판 상에 통합되었다. 인덕터는 임피던스 부합을 위해 사용되었다. 통상의 LED들은 회로 성능을 검증하는데 사용되었다. 표 1은 소자 사양들, 물질들 및 치수들을 나타낸다. 도 57은 과도 RF 스캐빈징(scavenging) 시스템의 예를 나타낸다.
표2. 과도 RF 전력 스캐빈져(RF power scavenger) 소자의 사양들, 물질들 및 치수들
Figure 112014062089431-pct00237
제조된 Si 정류기(PIN 다이오드들)는 통상적인 GaAs 쇼트키 다이오드들과 비교될 수 있다는 것을 밝혔다. PIN 다이오드들은 ~300 MHz까지 작동했다. 더 낮은 작동 주파수는 (금속에서 접합까지 거리로 인하여) p-N 직렬 저항에 의해 야기된다. 도 55에 도시된 바와 같이, 상기 효과를 감소시키는 금속 접촉 패드들의 설계를 바꾸고, 더 높은 작동 주파수들을 달성하하는 것은 가능하다. 도 56은 전파 정류기(full wave rectifier)를 도시한다.
과도 라디오는 약 3 GHz 내지 약 12 GHz 및 약 4 내지 6.5의 범위에서 공진 주파수 및 Q-팩터들을 가지는 Mg 인덕터들(Mg/SiO2/Mg; 250 ㎚/800 ㎚/3 ㎛)을 이용하여 생성된다. 표2는 4개의 다른 Mg 인덕터들에 대한 사양들을 제공하고, 도 58은 Mg 인덕터들(a) 및 상응하는 성능 데이터(b)을 보여주고 있다.
표2. Mg 인덕터 사양.
Figure 112014062089431-pct00238
또한, 과도 라디오(transient radio)는 도 59a에 도시된 Mg 캐패시터들(Mg/MgO/Mg; 250㎚/200㎚/500㎚)를 이용한다. 도 59(b)-(e)는 Mg 캐패시터들의 성능 데이터를 보여주고 있다. 샘플들 (S2 및 S4)는 누설 전류를 보여주고, 인덕턴스를 표시했다. S2 및 S4는 저주파수에서 작동하지만, 누설 전류로 인하여 고주파수에서 큰 레지스터들의 역할을 한다. 최종 회로는 더 두꺼운 유전체 층이 고주파수에서 누설을 감소시키도록 Mg위치에 SiO2를 사용했다. 표 3은 소자 사양들, 물질들 및 치수들을 보여주고 있다.
표3. 과도 Mg 캐패시터 소자의 사양, 물질 및 치수들
Figure 112014062089431-pct00239
도 60은 예들(a), 회로도(b) 내지 (c) 및 수동형 과도 소자들(인터커넥트들 및 레지스터들)과 함께 콜피츠 오실레이터(Colpitts oscillator)들의 성능 데이터(performance data)(d)를 보여주고 있다. 수동형 소자들은 6개의 다른 주파수들을 가지는 LC공명기들을 이용하여 통상의 HEMT들로 통합되었다. 주파수 설계는 인덕터의 최대 Q 팩터(maximum quality factor)에 부합되어야한다. 도 60d에서, 발진 주파수(oscillation frequency)는 28 MHz이고, Vpp는 0.65 V이고, Vdd는 2 V이다.
도 61은 CMOS 링 오실레이터를 포함하는 완전히 과도 라디오를 위한 설계를 나타내고 있다.
도 62는 e-jet 프린팅에 의해 패턴화된 Mg의 예를 보여주고 있다.
실시예7
과도 전자 장치는 흡수, 분해, 흡착, 부식, 가수분해, 탈중합 또는 붕괴를 포함하는 많은 가능한 매커니즘들으르 통해, 일부 프로그램화된 속도로 물리적으로 사라질 수 있는 새로운 클래스의 장치로써 폭넓게 정의될 수 있다. 상기 과도성의 모드(mode) 및 속도는 미리 설정되고, 실시간으로 조절할 수 있고, 트리거 되고/있거나, 화학적 또는 생물학적 사건(event)들, 온도, 압력 또는 빛과 같은 배치 환경의 특성들에 민감할 수 있다. 배치 시나리오들(Deployment scenarios)은 살아있는 군(인간/동물/곤충/식물/씨앗; 외부 또는 내부에 서식)와 통합에서 건물, 도로, 시설등과 같은 실내/실외 환경까지 다양하다. 예들은 신체에 의해 완전히 흡수되는(resorbed)("생체흡수성") 이식된 의학 장치들 및 물에 놓이는 경우, 용해되는 통신 시스템들("환경 흡수성")을 포함한다. 과도 전자 장치는 은밀한 ISR, 전장 부상에 대한 단순화된 진단과 치료, 향상된 건강 모니터링, 특정 임무자의 성능보강 및 특수작전부대를 위한 다수의 어플리케이션들을 포함하는 많은 혁명적이고 의미있는 군사능력을 보장한다.
과도 전자 장치를 달성하기 위해서, 주요 기술적 혁신들은 시작 물질들에서 완성품의 소자들까지의 전체 전자 장치 제조 공정에 걸쳐 요구된다. 특히, 혁신들은 하기의 주요 분야들에서 발생되어야 한다.
1. 물질들은 운영상 관련 소요시간(timescale)들에 대한 과도성 및 고성능 전자 장치들의 구조와 성능을 위해 요구되는 물리적 특성들(예를 들면, 전기 전도성, 유전체 성질들, 계수)의 유용한 조합을 보이고;
2. 소자들 및 장치들을 위한 제조 및 조립과정들은 새로운 과도 물질들 및 설계들에 상응한다. 이것은 복잡한 전자 구조들에서 과도성을 통합하고, 가능하게 하고, 프로그램화하고, 제어하거나 강화하는 신규한 방법들을 포함하고;
3. 설계 툴들 및 성능 모델들은 과도 대(vs.) 종래 재료들로부터 구성된 전자장치의 잠재적 저하되고 손상된 성능을 보상하기 위해 설계 전략들, 신규한 소자 설계들 및 설계 트레이드 오프(trade off)들을 포함하고;
4. 과도 소자들을 이용하여 글로벌(global) 회로 기판 성능을 위해 레이아웃 툴(layout tool)들을 제공한다.
물에 노출 시, 사라지는 RF 스캐빈징(예를 들면, 와이트리시티(witricity))에 의해 작동되는 단일 라디오는 개발되고 있다. 완전한 과도 장치는 완전한 흡수성 수동형 소자들(레지스터들, 캐패시터들, 인덕터들 및 안테나) 및 두 개의 물에서 분해되는 능동형 수자들(라디오를 위한 MESFET 및 스캐빈지이을 위한 다이오드)을 포함한다. 능동형 소자들은 흡수성 인터커넥트들을 이용하여 신규한 세그먼트식 설계(segmented design)를 특징으로 하고, 전체 라디오는 흡수성 기판상에 구성된다. 더욱이, 확장된 기능을 보여주기 위해, 라디오에서 기본적인 RF 픽업 코일(pickup coil)은 물 분해성 센서/라디오를 만들기 위해 환경적으로 민감한 코일로 교체된다. 장치는 온도의 변화, 수화상태 및 화학농도들을 발견하는데 사용되고, 결과들을 알리는데 사용된다. 상기 장치는 자신의 과도성을 감시하고 보고할 수 있다. 수용성 전자 장치의 예는 도 63에 도시된다. 현재 작업시, 라디오 설계는 생체내 전기적 과정들을 감시하기 위해 생체흡수성 전자장치에 제작한다.
라디오들은 이상적인 선택이다: (1) 통신은 군사 작전에 중심이고; (2) 입출력 정보를 제공하는 임의의 장치에 실제로 결합될 수 있는 기술을 가능하게 하고; (3) 적절한 설계로, 통합 센서와 리포터(reporter)로써 본질적으로 작용할 수 있기 때문이다. 전력은 모든 과도 전자 장치들의 중요 관점이다. RF 스캐빈징은 온-보드 전원(on-board power)에 대한 필요성을 방지하여, 과도 베터리 또는 전력원의 개발을 방지한다. 마지막으로, 흡수성 라리오를 위해 개발된 원리들, 개발 전략/경로, 처리 흐름, 툴(tool)들 및 기본적 전자 소자들은 쉽게 일반화될 수 있고, 임의의 복접성이 과도 전자 장치 개발에 기본적이고, 실제적인 통찰력을 제공한다.
프로그램의 목적은 과도 전자장치의 물질들 및 제조 기술들을 개발하기 위한 것이다. 수용성 라디오는 시범 수단(demonstration vehicle)을 제공한다. 기술적 방법은 최근 개발된 ‘실크상 실리콘(silicon on silk)’ 및 ‘플라스틱 RF(plastic RF)’ 전자 장치 기술들로 형성한다. 유전체들과 기판들을 위한 실크 기반 물질들을 이용한 레지스터들, 캐패시터들, 인덕터들 및 안테나들과 같은 수용성 수동형 소자들, 및 인터커넥트 및 금속화를 위한 마그네슘은 개발되고 있다. 트랜지스터들 및 디이오들과 같은 반도체 장치에 대해서, 물 침윤 시, 작은 불용성 조각들으로 분해되느느 장치들을 얻기 위해, 실리콘과 갈륨비소(gallium arsenide)는 마그네슘 인터커넥트들 및 실크 기판들과 함께 세그먼트식 레이아웃들에서 사용된다. 성능 특성들은 통상의(conventional) 절차들을 이용하여 결정된다. 도 64는 가디오 장치의 회로도 및 유연한 플라스틱 RF 기술에서 상기 회로도의 물리적 구현을 보여주고 있다. 시스템은 두 개의 기능부들: 주위로부터 RF 전력을 스캔빈지하는 모듈(좌측) 및 스캔빈저(scavenger)로부터 전력을 이용하여 연속적인 RF신호를 전송하는 소자(우측)로 이루어진다. 스캔빈저 모듈은 공진 안테나에 연결한다. 고속의 GaAs 쇼트키 다이오드는 전압에서 음의 스윙(negative swing)들을 제거함으로써 양의(positive) 평균화된 신호를 산출한다. 그라운드와 직접적으로 연결된 캐패스터들은 필터링 및 전력 저장(power storage)을 위한 소자들로써 작동한다.
상기 모듈의 출력은 시스템의 RF 송신기 소자에서 오실레이터와 연결한다. 전송 주파수는 간단한 LC오실레이터로써 역할을 하는 인덕터와 두 개의 캐패시터들의 공진 주파수에 의존한다. 저항 손실들로 인하여 상기 오실레이터에서의 신호의 감쇄는 GaAs MESFET 증폭기에 의해 보상된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 초박형(ultrathin)의 '플라스틱 RF' 기술이다. 도 65는 폴리이이드(polyimide)의 모든 얇은 시트상에 대표적인 MESFET 및 수동형의 모음(collection)을 포함하고, 몇몇 GHz에 맞는 적합한 RF 응답하는 상기 시스템을 위한 각각의 특정 소자들의 특성들을 나타낸다.
표4, 수용성 라디오를 위한 빌딩 블록 소자들.
Figure 112014062089431-pct00240

배경지식: 발명자들의 최근 연구는 두뇌 및 신체의 다른 부분들에서 전기적 과정들을 감시하기 위한 생체 흡수성 장치들로써, 과도 전자 시스템들 개념의 첫번째 증명을 제공한다. 이 결과들은 기술의 상기 형태의 가장 간단한 실시예를 나타내고, 지지 기판은 과도 시스템의 유일한 구성요소이다. 도 66a는 제 1 실시예는: 누에 고치들로부터 파생된 실크 피브로인의 얇은 시트 상에 형성된 초박형의 배열(array), 실리콘 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(Si MOSFET들)를 보여주고 있다. 실크는 처리 상태(condition)들에 따라 초(seconds) 및 개월(months) 사이에서 조절될 수 있는 용해 속도를 가지는 수용성 및 생체 흡수성이다. 상기 ‘실크 상의 실리콘’ 기술의 사전(Preliminary) 생체내 테스트는 기판이 Si MOSFET들만을 남기는 시간에 걸쳐 흡수(resorb)되는 것을 보여준다; 염증, 부종 또는 다른 분리한 반응은 관찰되지 않았다(도 66b).
설계의 상기 유형들은 고충실도(high fidelity) 뇌파측정법(ECoG, electrocorticography)을 위해서, 두뇌의 매우 복잡한 표면을 이용하여 밀접한 통합(intimate integration)을 할 수 있는 신경 전극 배열에서 이용되었다. 장치는 실크의 얇은 시트에 의해 지지되는 상호 연결된 오픈 그물형 레이아웃(open mesh layout)에서 초박형 전극들의 배열로 이루어진다. 실크는 두뇌의 표면을 다루고 감시하기 위해 기계적인 견고함을 제공한다. 초박형 그물형 설계는 매우 낮은 휨 강성을 제공하고, 곡선형 표면에 따르는 능력을 제공한다. 식염수로 세척하는 것은 실크를 용해하고, 모세관 현상에 의해 구동되는 자발적인 포장 과정을 시작한다. 도 67은 상기 장치의 유형을 이용하여 고양이과 동물에서 수행된 생체내 신경 감시 실험들을 요약한다. 각각의 전극점(electrode point)에서 측정된 대표적인 ECoG 신호들에 대한 배경색들은 유발 반응(evoked response) 및 전체 배열로부터 모든 응답들의 평균 사이에서 제로 지연 상호 상관(zero lag cross correlation)의 크기를 설명한다. 그 결과들은 전극들의 90% 이상의 잡음비에 대한 높은 신호를 이용하여 생리학적으로 관련 데이터를 나타낸다. 상세한 비교 연구들은 낮은 임피던스, 실크의 용해 시 형성하는 밀접한 전극 조직 접촉으로 인하여 상기 장치가 모든 대안의 감시 기술들을 능가한다는 것을 나타낸다.
실크 기판들 상에 다른 수용성, 생체흡수성 물질들의 추가는 모색된다. 일 실시예로써, 실크 상에 금속화로써, 마그네슘의 패턴화된 박막들로 이루어진 구조들은 제공된다. 도 68은 도 67의 ECoG 장치의 형상으로 마그네슘 특성들을 이용하여 이러한 유형의 장치의 이미지들을 보여주고 있다. 상기 실시예에서, 전체 시스템은 물에서 용해하고, 시간에 걸쳐 체내에서 흡수한다. 이러한 두 가지 물질들-실크 및 마그네슘-은 여기서 나타낸 과도 전자 장치 기술을 위한 시작점(starting point)을 제공한다.
물질: 상기 연구에서, 전자 소자들은 세 개의 기본 흡성성 물질들을 이용하여 제조된다: Mg (전기적 전도체), 실크 피브로인 (유전체 및 기판), 및 폴리 (비닐 알코올) (다른 유전체 또는 기판). 물질들의 선택은 설계, 구조 및 전자 장치들의 성능에서 다양성의 높은 수준를 제공하고, 환경의 넓은 범위와 적합성을 제공한다. 중요한 것은, Mg, [3] 실크, [1,2,4] 및 PVA가 모두 생체 접합성, 생체 흡수성, 낮은 복용량에서 비-면역성이고, 독성이 없어, 살아있는 군(living host)들과 통합되는 이상적인 과도 장치들이다. Mg는 높은 전기 전도성(2.3x105 S/cm, 은의 전기 전도성의 약1/2)을 가지고, 기계적으로 견고하고, 기상증착법을 이용하여 쉽게 처리할 수 있으며, 전자 장치 제조를 위한 모든 주요 특성들을 가진다. 이것은 최상의 유기 전도체들(PEDOT:PSS; Clevios™과 같은)과 대조적이고, 최상의 유기 전도체들은 훨씬 더 낮고(103 S/cm까지) 크게 온도 의존적인 전기 전도성들을 나타내고; 물질들의 상기 종류 중 흡수성 및 독성 프로파일은 확정적으로 형성되어 있지 않다. 확립된 장치 설계들에서, 필수적인 성능을 제공하는 물질들의 유일한 알려진 종류가 있기 때문에, 비-흡수성 Si 및 GaAs는 능동형 전자 소자들을 위해 사용된다.
도 69에서, 물질 처리 동안 도입된 결정화도(b 시트 내용) 정도의 다양성을 통해, 순간에서 수년까지, 용해 속도가 쉽게 그리고 제어가능하게 조절될 수 있기 때문에, 실크는 과도 전자 장치를 위한 매우 매력적인 재료이다.[3] 그러므로, 실크는 본질적인 과도 물질 및 반응 속도를 제어하기 위해 오버코트 또는 캡슐화한 다른 흡수성 물질들(예를 들면, Mg) 둘다로써 역할을 한다. 이것은 프로그램 과도성을 위해 “내부 시계”, 타이머 또는 “스위치”(예를 들면, 캡슐 및 약물 제형(drug formulations)를 방출하는 시간 유추)로써 기능하는 층상 구조들을 형성할 가능성을 제공한다. 중요한 것은, 실크 스스로의 용해는 효소 소화와 같은 화학적 및 생물학적 과정들에 의해 매개되어, 장치, “자폭(self destruct)”(예를 들면, 트리거된 과도성) 매커니즘들 및 능동적으로 제어되는 시스템들를 통합(integrated) 감지(sensing)/보고(reporting)하는 것을 가능하게 한다.
또한, 실크 피브로인은 마이크로전자 구조들과 접속하는 경우, 바람직한 기술적 성질들을 가진다. 이전의 게시되지 않은 결과들에서[13], 실크는 SiO2 또는 PMMA와 같은 기존의 무기 산화층들을 위한 교체물로 사용된다. 캐패시터들 및 다른 장치들은 게이트 유전체, n- 및 p- 형 유기 반도체들(N,N'-디트리데실페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실릭 디이미드(P13), 및 a,w-다이헥실-쿼터싸이오펜(DH4T) 각각), 및 골드(gold) 게이트 및 소스 전극들로 400㎚두께 실크 층들을 적층함으로써 유리/ITO구조상에 제조된다. P13 및 DH4T 둘다는 잘 알려져 있고, 광범위한 연구 재료이며, 실크의 전자적 성능을 위해 이상적인 기준을 제공한다. 장치 구성에서 측정된 실크 유전체 상수는 e S = 6이고, 상기 작업에 적합하게 한다.
또한, 다른 물질들은 탐구된다. 순물질들, 혼합 물질들 및 패턴닝 전략들은 제어된 조정 가능한 과도성을 넓은 시간 범위에 걸쳐 달성하기 위해 연구되었다. 물질 구조들은 전자 소자들에서 발견되는 요인들(크기, 두께, 형상, 종횡비(aspect ratio))들을 형성하도록 제조되고, 물에서 전자 소자들의 흡수 속도는 일반적인 배치 환경들의 대표적인 상태들(예를 들면, 온도, 염분, 빛의 강도)을 통해 정량화될 것이다. 추가적으로, 시간 순서로 흡수, 다수의 과도성 매커니즘들의 이용, 억제/촉진, 트리거링, 가속/감속 및 파괴적인 화학 반응들과 같은 더 정교한 시간 제어를 위한 전략들은 장치 동작의 맥락에서 연구된다.
제조: 종래의 반도체 장치 처리에서 사용되는 물을 기반으로 한 절차들 중 물질들의 고유한 호환성으로 인하여, 과도 전자 장치의 제조는 매우 어렵다. 추가로, 반도체 물질들(예를 들면, Si, GaAs 및 다른 것들) 중 가장 관심있는 종류들은 상기 작업에서 고려되는 실크, 합성 중합체들 및 다른 과도 전자 물질들을 분해하지 않는 조건에서, 증착, 도핑 또는 에칭될 수 없다. 그러나, 발병자들은 특이한 패턴과 통합 접근방법들을 모아 개발하여, 종래의 과정들 중 제한들을 극복할 수 있는 과도 전자장치에 적응될 수 있었다. 세 가지의 필수적 방법들은:
1) 마이크로 전사 프린팅- 최근에, 발명자들은 플라스틱 시트[8] 및 고무 석판[9]에서 실크 필름들[1,2]까지의 범위에 걸쳐, 관심 기판들 상에 나노크기의 무기 반도체 물질들의 결정적 조립체에 대한 방법들[5, 7]과 같은 프린팅을 개발하였다. 상기 과정들에서, 반도체 웨이퍼들의 리소그래픽 처리에 의해 형성된 나노 리본들/ 막들은 부드러운 스탬프 표면들상에 인킹되었고(inked), 장치 요구사항에 맞게 구성들 및 레이아웃들에 접촉 프린팅 되었다. 상기 작업에서, 상기 기술은 실크 기판상에 GaAs MESFET들 및 Si RF 다이오드들을 프린팅하기 위해 적용되었다.
2) 정밀 쉐도우 마스킹- 완전한 ?프?과정에서, 증발 물질(evaporated material)들(예를 들면 금속, 유전체)을 패턴화하기 위한 소프트 리소그래피의 선진(Advanced) 형태들은 개발되었다.[10] 여기서, 관심 기판과 접촉으로 놓여진 초박형, 정합 스텐실 마스크(conformal stencil mask)들은 분할된 능동성(segmented active)을 위한 모든 수동형 소자들, 인터커넥트들 및 배선들에 대한 Mg의 패턴 특징들에 사용된다.
3) 전기수력학적 분사 프린팅 ( Electrohydrodynamic jet printing )- 전기수력학적 효과를 이용하는 잉크분사 프린팅의 아주 높은 해상도 형태들은 발명되었다. 여기서, 나노크기, 수행 노즐들은 전기 바이어스(bias)의 인가시, 목적 기판에 유체 분사들을 전달한다. 잉크들의 넓은 범위 종류들은 종래의 분사 방법들[11,12]로 달성하는 것보다 100배(two orders of magnitude) 이상 좋은, ~100 ㎚에 접근하는 해상도와 함께, 상기 방법으로 프린트될 수 있다. 상기 작업에서, 본 기술은 고주파수 캐패시터들과 인덕터들에서 패턴 유전체 층들에 대해, 실크 용액으로 사용되도록 확장된다. 같은 방법은 용해의 상대적 속도를 제어하는 방법으로, 통합 시스템 중 선택적으로 다른 영역들을 코팅하는데 사용된다.
특성: 모든 수동형 및 능동형 소자들은 파라미터 및 벡터 네트워크 분석기(vector network analyzer)들 및 표준 프로브 스테이션(station) 장비를 이용하여 완전히 특성이 파악된다. 대상 메트릭스에 대하여 성능을 평가하기 위해 주요 파라미터들은 결정된다. 라이오들과 스캐빈저 시스템들의 기능은 종래 방법들을 이용하여 평가된다.
RF 회로 설명
도 70은 유연한 플라스틱 RF 기술에서 라디오 장치 및 라디오 장치의 물리적 구현에 대한 회로도를 도시한다. 상기 시스템은 기능성 부분들로 구성된다: 주변으로부터 RF전력 스캐빈지하는 모듈(좌측) 및 스캐빈저로부터 전력을 이용하여 지속적인 RF신호를 전송하는 소자(우측).
스캐빈지 정류기
라디오 신호는 장치의 특정 종류들을 동작시키기 위한 전력원을 대표하고, 장치들의 전력 수요는 적당하다. 스캐빈지 모듈은 안테나를 이용하여 어떤 주파수들의 밴드에 걸쳐, 교류의 전류 신호들(AC)를 모아서 주변 라디오 에너지를 획득하고, 고주파수, 반파 정류기(half-wave rectifier)를 통과함으로써, 직류의 전류 신호(DC)로 변환한다. 안테나와 정류기 사이의 전송선은 신호반사를 제거하기 위해 입력 임피던스와 일치한다.
도 71은 각 노드를 통해 통과하여, 신호 변화를 보여주는 정류기의 회로도를 나타낸다. 본 실시예에서 시뮬레이션은 안테나, 1000pF 캐패시터들 및 D1N4449 쇼트키 다이오드들로부터 신호를 나타내는
Figure 112014062089431-pct00241
교류 전압원을 사용한다. AC 입력 중 음의 반주기(negative half cycle)동안, 순방향 바이어스 D1은 C1에 +5V를 충전한다. 입력은 양의 반주기로 들어감에 따라, 역방향 및 순방향 바이어스 D1 및 D2 각각은 C2의 상위 노드(upper node)가 +10V로 스윙(swing)하도록 하고, C2를 충전하여 유지한다. 캐패시터들의 충전 소진 시간(dissipation time)이 입력 주기 시간보다 길면, 신호 정류기로부터 출력은 DC 10V 로 유지된다. 시뮬레이션은 다이오드들에 의한 전압 하강으로 인하여, 9.3V 를 나타낸다. 도면의 두번째 단계로써, 일부 회로의 경우, 하나 이상의 이상적인 정류기를 추가함으로써, 출력 DC 전압이 두 배가 되도록 하고, C2는 15V로 충전되고, C노드에서 출력 전압은 20v이다. 정류기 출력에서 큰 캐패시터는 전력 저장을 위한 소자로써 역할을 한다.
송신기
전송 주파수는 간단한 LC 오실레이터로써 역할을 하는 인덕터 및 두개의 캐패시터들의 공진 주파수에 의존한다. 저항 손실로 인한 상기 오실레이터에서 신호의 감쇄는 작은 신호 음의 저항 장치(small signal negative resistance device)로써 역할을 하는 GaAs MESFET 증폭기에 의해 보상된다. 도 72는 MESFET의 간단한 등가 회로로 오실레이터를 시작하는 설계에 관한 절차를 나타낸다. 피드백 요소들 X1 및 X2과 함께 장치의 입력 임피던스, VIN/IIN는 하기식(1)과 같다.
Figure 112014062089431-pct00242
(1)
여기서,
Figure 112014062089431-pct00243
은 MESFET의 트랜스-컨덕턴스(trans-conductance)이다. 오실레이터는 입력 임피던스의 음의 실수 부분(negative real part)의 결과를 가지는 X1 및 X2에 대한 두 개의 캐패시터들을 사용한다. 음의 실수 부분이 LC오실레이팅 시스템(LC oscillating system)의 임의의 저항 손실들 보다 큰 50%이면, 신호는 오실레이팅(oscillating)을 시작한다. 공진 인덕터(resonating inductor)의 추가는 피드백 로드된(feedback loaded) 트랜지스터의 게이트에서 보이는 순 리액턴스(net reactance)가 단지 하나의 주파수에서 제로(zero)로 되게하여, 발진 주파수(oscillation frequency)가 하기의 식(2)에 의해 발생한다.
Figure 112014062089431-pct00244
(2)
인덕터 다음의 레지스터는 오실레이터와 전송 안테나 사이의 임피던스와 일치하도록 설계된다.
도 70에 도시된 봐와 같이, 발명자들은 초박형의 ‘플라스틱 RF’기술에서 상기 시스템을 증명하였다. 도 73은 모든 폴리이미드의 얇은 시트상에 몇몇 GHz에 대해 알맞은 응답을 나타내는 대표적인 MESFET 및 수동형의 모음을 포함하는 상기 시스템에 대하여 특정 개별 소자들의 특성들을 나타낸다. 도 74는 스캐빈징 정류기(좌측) 및 전송 오실레이터(우측)으로 이루어진 라디오 장치에 대하여 회로도를 나타낸다. 하단의 프레임들은 전송기의 시뮬레이션 결과를 보여주며, 전송 주파수는 1GHz이다.
라디오 회로 사양
정류기 소자들
Figure 112014062089431-pct00245
정류기 사양
Figure 112014062089431-pct00246
송신기의 소자들
Figure 112014062089431-pct00247
송신기 사양
Figure 112014062089431-pct00248

Mg 인터커넥트들에 대한 기초 자료
금속화 및 인터커넥트를 위해 마그네슘을 이용하는 가능성은 연구 문헌 및 예비 실험들의 결합을 통해 모색되었다. 표 5는 저항에 대한 문헌 값들 및 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)에 대한 자연 산화막 두께를 요약하고, 상기 물질들이 비슷한 성질들을 가진다는 것을 보여준다[14,15]. 추가로, 유전체 물질, 산화 마그네슘(MgO)은 수동형 소자들을 위해 사용될 수 있다[16-20]. MgO는 높은-k 값의 유전체(MgO, k~9.7)이고, e-빔 증착에 의해 증착될 수 있고, e-빔 증착은 상기 작업에서 사용되는 고 해상도 쉐도우 마스킹 기술들과 호환될 수 있다.
표5. Al 및 Cu 와 비교되는 자연 산화막의 저항 및 두께
Figure 112014062089431-pct00249
간단한 실험들은 Mg의 가능성을 더욱 지지하도록 수행하였다. 표 6은 유리 기판상에 다른 폭들(50/100/150㎛) 및 두께(1500/3000
Figure 112014062089431-pct00250
을 가진 Mg 선들을 측정한 저항/길이를 보여준다. 도 75는 표 6에서 그래프(plot)의 값들을 보여주고 있다.
표6. Au 전극들과 비교된 저항/길이
Figure 112014062089431-pct00251

Si 트랜지스터드를 위한 Mg 전극들
Mg 전극들을 가지는 N-형 실리콘 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(n-Si MOSFETs)는 Au전극들과 함께 다른 동일한 장치들과 비교하여 제조되었다. 도 76a는 Mg 및 Au가 유사한 트랜지스터 접촉 저항들을 가진다는 것을 보여주는 다른 게이트 전압들에서 채널 길이의 기능으로, ON-상태(Ron)의 폭-표준화된 저항을 나타낸다. 도 76b는 선형 및 반-로그(semi-log) 스케일들로 일반적인 전사 곡선(transfer curves)들(좌측) 및 전체 전류-전압 곡선(우측)을 나타낸다. 문턱전압은 -1V에 가깝고, ON/OFF비율은 ~103이다. 대표 장치들의 상기 DC 측정은 Mg가 고성능 Si MOSFET들로 사용될 수 있다는 것을 예상한다. 도 76c는 유리 기판 상에 트랜지스터들의 배열 이미지를 보여주고 있다.
물에서 Mg 용해에 대한 속도
물에서 Mg 용해에 대한 속도를 연구하기 위해, 유리 상에 Mg 테스트 구조들은 패턴화되었다(patterned). 도 77은 Mg의 트레이스들이 두께에 따라 3시간(Ti/Mg, 50/1500
Figure 112014062089431-pct00252
및 10시간(Ti/Mg, 50/3000
Figure 112014062089431-pct00253
) 후 물에서 완전히 용해되는 것을 보여주고 있다. (Mg의 완전한 용해 후, 남아있는 희미한 패턴들은 접착 촉진층으로써 Ti의 초박형 층들에 해당한다.) 용해 과정은
Figure 112014062089431-pct00254
에 따르고, 수산화 마그네슘과 수소 가스를 형성하기 위해 물과 Mg의 반응을 포함한다.
다른 후보의 인터커넥트 물질들
상기 제공된 데이터는 Mg가 본 발명의 목적을 위해 적합하다는 것을 나타내지만, 오직 사용될 수 있는 물질은 아닐 수 있다. 표 7은 수용성/용해성을 기초로 다른 후보의 인터커텍트 물질들을 보여주고 있다. [21-30].
표 7. 수용성 전도체
Figure 112014062089431-pct00255
조정할 수 있는 실크 용해
실크 용해에 대한 속도는 결정화도(예를 들면, 베타-시트 형태)에 의해 결정되고,
1. 용매(예를 들면, 물, 메탄올, 헥사플루오로아이소프로판)
2. 온도, 열 히스터리(예를 들면, 어닐링)
3. 스트레인, 응력
을 포함하는 결정화도의 조정을 허용하는 파라미터들을 처리한다.
파라미터들 1 또는 2는 ~1초 내지 1년의 범위에 걸쳐 용해에 대한 시간을 달성하기 위해, 용해 속도를 조절하는데 사용된다. 예를 들면, 이전 작업은 빠른 용해로 비정질 실크 필름들을 위해 10초 이하에서 발생하고, 고 결정성 실크 필름들을 위해 약 1년만큼 느리게 발생한다[31]. 도 78은 비정질 실크 필름의 빠른 용해를 보여준다: 0초(좌측), 10초(우측).
참고문헌
1. D. H. Kim, Y. S. Kim, J. Amsden, B. Panilaitis, D.L. Kaplan, F.G. Omenetto, M.R. Zakin and J.A. Rogers, “Silicon Electronics on Silk as a Path to Bioresorbable, Implantable Devices,” Applied Physics Letters 95, 133701 (2009).
2. D. H. Kim, J. Viventi, J.J. Amsden, J. Xiao, L. Vigeland, Y. S. Kim, J.A. Blanco, B. Panilaitis, E.S. Frechette, D. Contreras, D.L. Kaplan, F.G. Omenetto, Y. Huang, K. C. Hwang, M.R. Zakin, B. Litt and J.A. Rogers, “Dissolvable Films of Silk Fibroin for Ultrathin Conformal Bio Integrated Electronics,” Nature Materials 9, 511 517 (2010).
3. X. Gu, Y. Zheng, Y. Cheng, S. Zhong, and T. Xi, “In vitro corrosion and biocompatibility of binary magnesium alloys,” Biomaterials 30, 484 498 (2009).
4. Hu X, Kaplan D, Cebe P. Dynamic protein water relationships during beta sheet formation. Macromolecules 2008; 41:3939 3948; Hu X, Lu Q, Kaplan DL, Cebe P. Microphase separation controlled beta Sheet crystallization kinetics in fibrous proteins. Macromolecules 2009; 42:2079-2087
5. M.A. Meitl, Z. T. Zhu, V. Kumar, K.J. Lee, X. Feng, Y.Y. Huang, I. Adesida, R.G. Nuzzo and J.A. Rogers, “Transfer Printing by Kinetic Control of Adhesion to an Elastomeric Stamp,” Nature Materials 5(1), 33 38 (2006).
6. J. H. Ahn, H. S. Kim, K.J. Lee, S. Jeon, S.J. Kang, Y. Sun, R.G. Nuzzo and J.A. Rogers, “Heterogeneous Three Dimensional Electronics Using Printed Semiconductor Nanomaterials,” Science 314, 1754 1757 (2006).
7. S. Kim, J. Wu, A. Carlson, S.H. Jin, A. Kovalsky, P. Glass, Z. Liu, N. Ahmed, S.L. Elgan, W. Chen, P.M. Ferreira, M. Sitti, Y. Huang and J.A. Rogers, “Microstructured Elastomeric Surfaces with Reversible Adhesion and Examples of Their Use in Deterministic Assembly by Transfer Printing,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 107(40), 17095―17100 (2010).
8. J. Viventi, D. H. Kim, J.D. Moss, Y. S. Kim, J.A. Blanco, N. Annetta, A. Hicks, J. Xiao, Y. Huang, D.J. Callans, J.A. Rogers and B. Litt, “A Conformal, Bio Interfaced Class of Silicon Electronics for Mapping Cardiac Electrophysiology,” Science Translational Medicine 2:24ra22. DOI:10.1126/scitranslmed.3000738 (2010).
9. J.A. Rogers, T. Someya, Y. Huang, “Materials and Mechanics for Stretchable Electronics,” Science 327, 1603 1607 (2010).
10. M.D. Dickey, K.J. Russell, D.J. Lipomi, V. Narayanamurti, and G.M. Whitesides, “Transistors formed from a single lithography step using information encoded in topography,” Small 6, 2050 2057 (2010), and references therein.
11. J. U. Park, M. Hardy, S.J. Kang, K. Barton, K. Adair, D.K. Mukhopadhyay, C.Y. Lee, M.S. Strano, A.G. Alleyne, J.G. Georgiadis, P.M. Ferreira and J.A. Rogers, “High Resolution Electrohydrodynamic Jet Printing,” Nature Materials 6, 782 789 (2007).
12. J. U. Park, J.H. Lee, U. Paik, Y. Lu and J.A. Rogers, “Nanoscale Patterns of Oligonucleotides Formed by Electrohydrodynamic Jet Printing with Applications in Biosensing and Nanomaterials Assembly,” Nano Letters 8(12), 4210 4216 (2008).
13. R. Capelli, J. J. Amsden, G. Generali, S. Toffanin, V.Benfenati, M. Muccini, D.L. Kaplan, F.G. Omenetto and R. Zamboni, “Integration of silk protein in organic and light emitting transistors,” in review
14. Tsung-Kuei Kang, Wei-Yang Chou, “Avoiding Cu Hillocks during the Plasma Process,” Journal of the Electrochemical Society 151(6), G391-G395 (2004)
15. Timothy Campbell, Rajiv K. Kalia, Aiichiro Nakano, Priya Vashishta, Shuji Ogata, and Stephen Rodgers, “Dynamics of Oxidation of Aluminum Nanoclusters using Variable Charge Molecular-Dynamics Simulations on Parallel Computers,” Phy. Rev. Let. 82(24), 4866-4869 (1999).
16. Jung-Min Cho, Kyoung-Ho Lee, Chae Il Cheon, Nam In Cho, Jeong Seog Kim, “Characterization of the biaxial textures of MgO thin films grown by E-beam evaporation,” Journal of the European Ceramic Society 30, 481―484 (2010).
17. Z. Diao, J. F. Feng, H. Kurt, G. Feng, and J. M. D. Coey, “Reduced low frequency noise in electron beam evaporated MgO magnetic tunnel junctions,” Applied Physics Letters 96, 202506 (2010).
18. Tae Wook Heo, Sung Hwan Moon, Sun Young Park, Jae Hyuk Kim, Hyeong Joon Kim, “Effects of O2 Ambient on the Properties of MgO Thin Films Deposited by E-Beam Evaporation,” Journal of The Electrochemical Society 154(11), J352-J356 (2007).
19. Jeonghee Leea, Taewon Jeong, SeGi Yu, Sunghwan Jin, Jungna Heo, Whikun Yi, D. Jeonb and J. M. Kim, “Thickness effect on secondary electron emission of MgO layers,” Applied Surface Science 174, 62-69 (2001).
20. L. Yan, C. M. Lopez, R. P. Shrestha, E. A. Irene, A. A. Suvorova, and M. Saunders, “Magnesium oxide as a candidate high- gate dielectric,” Applied Physics Letters 88, 142901 (2006).
21. Ciro Chiappini, Xuewu Liu, Jean Raymond Fakhoury, Mauro Ferrari, “Biodegradable Porous Silicon Barcode Nanowires with Defined Geometry,” Advanced Functional Materials 20(14), 2231-2239 (2010).
22. Hailin Cong, Lingfei Hong, Ryan S Harake and Tingrui Pan, “CNT-based photopatternable nanocomposites with high electrical conductivity and optical transparency,” Journal of Micromechanics and Microengineering 20(2), 025002 (2010).
23. H G Lim, G Y Cho, Jaehwan Kim and K S Kang, “Au micro-pattern fabrication on cellulose paper: comparison of mu-contact printing and liftoff techniques,” Journal of Micromechanics and Microengineering 17(8), 1415-1419 (2007).
24. Nurdan D. Sankir, Mehmet Sankir and Richard O. Claus, “Electrical and morphological characterization of polyaniline/sulfonated poly(arylene ether sulfone) composite films,” Journal of Materials Science-Materials in Electronics 19(4), 389-392 (2008).
25. Kwadwo E. Tettey, Michael Q. Yee and Daeyeon Lee, “Layer-by-Layer Assembly of Charged Particles in Nonpolar Media,” Langmuir 26(12), 9974-9980 (2010).
26. Whitten PG, Gestos AA, Spinks GM, Gilmore KJ, Wallace GG, “Free standing carbon nanotube composite bio-electrodes."Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials 82B(1), 37-43 (2007).
27. Jianyong Ouyang, Chi-Wei Chu, Fang-Chung Chen, Qianfei Xu, and Yang Yang, “Polymer Optoelectronic Devices with High-Conductivity Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Anodes,” Journal of Macromolecular science 41(12), 1497―1511(2004).
28. Bin Zhao, Hui Hu, and Robert C. Haddon, “Synthesis and Properties of a Water-Soluble Single-Walled Carbon Nanotube-Poly(m-aminobenzene sulfonic acid) Graft Copolymer,” Adv. Funct. Mater. 14(1), 71-76 (2004).
29. Yuning Li, Yiliang Wu, and Beng S. Ong, “Facile Synthesis of Silver Nanoparticles Useful for Fabrication of High-Conductivity Elements for Printed Electronics,” J. AM. CHEM. SOC. 127, 3266-3267 (2005).
30. Qingzhi Wu, Huaqiang Cao, Qiuying Luan, Jiyong Zhang, Zhao Wang, Jamie H. Warner and Andrew A. R. Watt, “Biomolecule-Assisted Synthesis of Water-Soluble Silver Nanoparticles and Their Biomedical Applications,” Inorganic Chemistry 47, 5882-5888 (2008).
31. Y. Wang, D.D. Rudym, A. Walsh, L. Abrahamsen, H.-J. Kim, H.S. Kim, C. Kirker-Head, D.L. Kaplan, “In vivo degradation of three-dimensional silk fibroin scaffolds,” Biomaterials 29, 3415―3428 (2008).
실시예 8
역사적으로, 전자장치에서 모든 새로운 종류의 개발은 시간을 무시할만한 변화를 거치는 형태들에서 동작을 달성하기 위한 노력들을 포함한다. 본 명세서에서 설명된 기술은: 양성 방법(benign way)으로, 규정된 시간에, 정의된 속도로 주변 환경에서 물리적으로 사라지는 전자 시스템들을 형성하기 위한 반대의 목표를 가진다. 사용 가능한 장치들은 불리한 장기적 영향들을 방지하기 위해, 신체(“생체-흡수성”)에 이식되는 경우, 완전히 흡수되는 의학 모니터들 및 회수와 복구에 대한 필요성을 제거하기 위해 물(“환경-흡수성”)에 노출되는 경우, 용해되는 환경 모니터들을 포함한다. 다른 개념들은 처분을 용이하게 하기 위해, ‘부패성(compostable)’회로들을 포함한다.
상기 실시예에서 설명되는 작업은 물질들, 흡수성 전자 장치라고 불리는 이러한 종류의 기술에 대한 제조 전략들 및 모델링 툴(tool)들에 대한 과학 및 공학 기본 지식을 제공한다. 실행 대상, 작동 안전성 및 통합 확장은 확립된 실리콘 집적회로의 실행 대상, 작동 안전성 및 통합 확장과 비교할 수 있다. 본 기술은 생산할 것이다:
물질의 완전한 집합- 반도체들, 전도체들, 층간 유전체들, 기판들 및 캡슐화층들- 및 흡수성 전자장치에 대한 장치 설계들. 중점은 (1)용해 또는 가수분해에 의한 흡수성, (2) 생물학적으로 호환성 및 환경적으로 친화성 및 (3) 종래의 실리콘 집적회로들의 성능에 필적하는 성능이 가능한 재료들에 있을 것이다.
실제 어플리케이션들에 대한 처리량, 해상도 및 비용의 요구사항을 충족시키는 상기 물질들에 부합되는 제조 전략들. 장치의 흡수성 특성 및 그와 관련된 비용의 고려들은 확립된 반도체 산업에서 사용되는 방법과는 많이 다른 제조 방법들을 요구한다.
물질, 장치 및 시스템 수준들에서 흡수를 위한 분석 및 컴퓨터(computational) 모델들. 흡수성 전자장치에서, 상기 모델들은 종래의 기술들의 회로 설계를 위해 현제 사용되는 것과 개념적으로 유사한 역할들을 가지는 컴퓨터 이용 설계(CAD) 툴(tool)들을 제공할 것이다.
상기 세 개의 구성요소들은 실제 기술에 대한 기초 지식을 설정하기 위해 본 발명의 공학적 노력과 기초 과학 연구들을 결합한다. 성공적인 결과물들은 수술 부위 감염들의 영향들을 완화하는 센서/액츄에이터 아플리케(appliques)들로부터 폐기물을 제거하는 환경-흡수하는 라디오 지원된 물 모니터들까지 이르는 영역에서, 고유한 장치 어플리케이션들을 가능하게 할 것이다. 이들과 다른 시스템과 관련된 통상적 기회들은 더 넓은 영향들의 중요한 집합을 정의한다. 지속 가능한 제조 방법들은 관련된 자원 소비의 감소 및 유해 폐기물 스트림(waste stream)의 제거로 주목할만한 세계적인 의미를 가지는 추가 기능들을 구성한다.
신축성 전자 장치: 종래의 반도체 기술들은 부서지기 쉬운 웨이퍼 기판들의 평평한 표면들 상에 형성된 소자들 및 통합 시스템들을 포함한다. 최근 작업은 재료들, 기계 들 및 제조에서 결합된 전략들이 선형 탄성 반응(linear elastic response) 및 감싸는 곡석의 표면들을 이용하여 늘어나고, 접히고, 휘어지고 비틀어질 수 있는 장치들을 포함하는 새로운 가능성들을 가능하게 한다는 것을 증명한다[1]. 　핵심 아이디어(ideas)는 고무 기판들 상에 조립되고, 제어된 비선형 좌굴 공정(controlled non-linear buckling processes)에 의해 형성된 얇고 좁은 변형 가능한 구조들에 의해 상호 연결되는 마아크로/나노장치들을 이용한다[2]. 상기 조사들은 장치 소자들이 초박형 사각 형상들 내에 제 1 반구형 전자 ‘안구(eyeball)’ 카메라를 생산했고, 인터커넥트들은 구불구불한 비-동일 평면의 레이아웃들을 취했다[3].　상기 배열은 100%에 달하는 스트레인 수준에서 변형을 수용할 수 있다. 여기서, 구조에서 기계 공학 설계는 전통적 시스템들에서 회로/광학 설계만큼 눈에 띄는 역할을 한다. 수율들은 어떤 다른 기술을 이용하여 달성 불가능한 기능 및 부드러운 ‘조직과 같은’ 구조의 모드(mode)들를 이용하여 상피의 전자 및 수술 소자들의 제조가 가능하도록 효율적으로 높다.
높은 성능과 강력한 동작 특성들을 제공하는 제조가능한 반도체 기술로 다양성, 환경적 및 생물학적 흡수 및 생체 물질들을 통합하는 것은 분명히 높은 위험을 가지는 제안이다. 그러나, 상기 위험과 함께, 전자 장치에 대한 새로운 어플리케이션 가능성들의 창조, 효율적인 제조를 위한 새로운 모드(mode)들 및 현재 전자 기술들과 관련있는 폐기물 스트림 종류의 제거를 통해 변형하는 영향에 대한 가능성을 제공한다. 더욱이, 노출되지 않은 많은 아이디어들은 전자적 기능을 제공하는 시스템들하에서 적용된다. 예를 들면, 기능성 물질들, 지지체 및 화학적 전달 시스템에서 생체-흡수성은 생명과학, 중재의학(interventional medicine) 및 재생기술(regenerative technology)의 여러분야들에 관련성이 있다. 구조적 소자들과 기계 시스템들 및 구조적 소자들과 기계 시스템의 효과적인 제조를 위한 방법들에서 환경-흡수성은 지속가능한 개발에서 많은 어려움을 해결할 가능성을 가진다.
생체/환경-흡수성 전자 시스템들은 오늘날 존재하는 임의의 반도체 기술과는 많이 다르다. 몇몇 경우들에 있어서, 흡수성 어플리케이션은 임의의 다른 방법에서 달성될 수 없는 가능성에 의존한다. 다른 방법들에서, 흡수성 장치들은 오직 폐기물 스트림들을 제거하고, 환경에서 재통합하는 제품 수명 주기(product lifecycle)들과 함께 기존의 기능을 재현한다. 이전의 가능성의 예로써, 영구적인 심장 박동기, 이식형제세동기(implantable defibrillator), 기계적 순환 지원 장치 또는 인공 엉덩이와 무릎과 같은 의학 이식 장치들의 외부 표면에 전달되는 생체-흡수성 전자 세균 아플리케를 고려한다. 상기 장치는 라디오 주파수 커필링 및 감각 피드백(sensory feedback)을 이용하여 공간-시간적 제어 방법으로 열의 펄스 전달을 통해 수술 부위 감염들(SSI)을 제거하도록 구성될 수 있다. 1주 또는 2주에 걸쳐서, 장치는 불필요한 장치의 부담을 환자에게 줄이기 위해, 환자가 가장 큰 위험의 기간을 지나는 동안, 생체-흡수에 의해 사라질 수 있다. 기능의 상기 종류는 중요한 임상 문제를 해결할 것이다: SSI는 모든 건강 관련 감염의 17%에 책임이 있는 의료 관련 감염의 두번째 가장 일반적인 형태이다[1,2]. 관련 비용은 환자의 사망률, 사망률과 달러(dollars) 둘 다의 관점에서 거대하다. 수술 후, 퇴원 환자의 비용을 조사한 최근 연구는 8주 평균비용이 SSI없는 환자에 대해 $1773 대 SSI를 가진 환자들에 대해 $5155라는 것을 발견했다[3].　　환자가 SSI와 관련된 내성 유기체(resistant organism)를 가진다면, 비용은 더욱 상승할 것이다. Anderson등은 내성 황색 포도상(resistant staphylococcus), 예를 들면, MRSA(methicillin-resistant staphilococcus aureus)와 관련된 SSI의 경우에, 일반적 비용은 항생제 민감성 포도상 구균을 가진 환자에 대해 $60,000 대 $20,000 로 평균화된다는 것을 발견하였다[4].
마지막 가능성은 수명을 다한 가전제품 처분에 의해 구동되는 위험성이 증가한다는 문제점이다. 최근에, 미국은 매년 수십톤의 전자 폐기물을 생성시키고, 단지 10%의 범위에서 재사용/재활용률을 가지고, 나머지는 시의 폐기물 스트림으로 들어간다. 이러한 부담은 모든 선진국에서 일어나지만, 대부분 우려는 개발도상국의 성장 속도이다- 2010년 보고서는 개발 도상국들에서 사용하지 않는 개인용 컴퓨터들의 세계적인 발생이 앞으로 10년간 개발하는 지역들을 초과할 것이라고 예측한다. 2030년까지, 개발하는 지역들에서 버려지는 컴퓨터들은 총 400-700만 유닛들로 예상되고, 200-300만 유닛들로 50 B$/년의 초과하는 재활용 비용과 함께 선진국들의 2배이다. 여기서 설명된 종류 중 환경-흡수성 전자 장치 기술은 이러한 경향으로 부정적인 경제 및 환경 영향의 일부, 적어도 부분적으로 완화할 가능성이 있다.
배경 작업― 흡수성 전자 장치에 대한 특정 아이디어들은 실리콘 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(Si-MOSFETs) 및 기능성 신경 전극 배열들(Kim, D.-H.외. “Dissolvable films of silk fibroin for ultrathin, conformal bio-integrated electronics”. Nature Mater. 9, 511-517 (2010))에 대한 기판들과 같은 실크의 수용성, 생체-호환성 필름들의 사용에 대한 작업에서 유래했다. 상기 시스템들은 흡수의 불완전한 형태를 구현하고, 장치 동작의 능동적 역할을 가지지 않는 지지 기판(supporting substrate)은 단지 사라지는 소자이다. 도 66은 제 1 실시예의 이미지들을 나타낸다: 누에고치로부터 파생된 실크 피브로인의 얇은 시트상에 형성된 Si MOSFET들의 배열. 실크는 처리 조건들에 따라 초단위 및 분단위 사이에서 조절될 수 있는 용해 속도들을 가지며, 수용성이고, 생체 흡수성이다. 상기 ‘실리콘-온-실크(silicon―on―silk)’ 기술의 사전 생체내 테스트는 기판이 시간이 지남에 따라 흡수되고, 염증, 부종 또는 다른 부정적인 반응없이, Si MOSFET들만 남는 것을 보여준다.
제 2 실시예는 초박형이고, 두뇌의 습기있고, 곡선인 표면에 자연스럽게 맞는 펼쳐진 그물형 레이아웃(open mesh layout)들로 뇌파측정법(ECoG : electrocorticography)를 위한 프로브(probe)들을 제공한다. 장치의 매우 낮은 휨 강성들로 인하여, 장치들 스스로 조작하는 하는 것은 어렵거나 불가능하고, 실크의 시트들은 일시적인 기계적 지지체들로 사용된다. 뇌에 장착한 후 식염수로 세척하는 것은 실크를 용해하고, 모세관 현상에 의해 구동되는 나머지 전자 장치에 대해 자연적으로 감싸는 과정(wrapping process)을 시작한다. 고양이과 동물 모델들로 수행되는 생체내 신경 모니터링 시험들은 상기 설계의 유용성을 증명한다. 상세한 비교 연구들은 실크 용해시에 형성하는 낮은 임피던스, 밀접한 전극-조직 접촉으로 인하여, 모든 다른 모니터링(monitoring) 기술들을 능가하는 것을 나타낸다.
다른 그룹들로부터 추가적인 최근 작업은 특정 구성층들이 수용성인 유기 및 생체-유기 전자장치(bio-organic electronics)의 형태들을 설명한다. (1. Bettinger, C. J. & Bao, Z. Organic thin-film transistors fabricated on resorbable, biomaterial substrates. Adv. Mater. 22, 651―655 (2010). 2. Irimia-Vladu, M. et al. Biocompatible and biodegradable materials for organic field-effect transistors. Adv. Funct. Mater. 20, 4069―4076 (2010). 3. Legnani, C. et al. Bacterial cellulose membrane as flexible substrate for organic light emitting devices. Thin Solid Films 517, 1016-1020 (2008).) 상기 물질들이 일부가 여기서 설명되는 것들과 잠재적으로 상보적일지라도, 상기 물질들에 의해 가능했던 장치들의 보통의 성능(modest performance)과 불확실한 신뢰성(uncertain reliability)은 하기 설명되는 바와 같이, 관심 대상의 많은 어플리케이션들을 방지할 것이다.
매우 높은 성능을 가지는 전자장치의 완전한 과도 형태들을 얻는 실크 플래폼(silk platform)들과 패키지(package)들로 사용될 수 있는 일련의 기능성 물질들은 설명된다. 전극들 및 인터케넥트들에 대해, Mg 박막은 Mg(OH)2을 형성하는 물과 자발적인 반응으로 인하여, 우수한 선택이고, 환경적 및 생물학적으로 친화적이다. (Mg는 특정 종류의 흡수성 혈관내 스텐트들에서 구조적 물질로써 사용된다. Witte, F. “The history of biodegradable magnesium implants.” Acta Biomater. 6, 1680-1692 (2010).) 추가로, Mg는 높은 전기 전도성(2.3x105 S/cm, Au 의 전기 전도성의 약 ½)을 제공하고, 기계적으로 견고하고, 증상 증착을 이용하여 쉽게 처리가능하다. Mg의 가수분해가 중간물질로 MgO를 포함하기 때문에, 산화물은 층간 유전체에 대해 당연한 선택이 된다.
반도체에 대하여, 실리콘 자체는 오로토규산(ortho silicic acid)을 형성하기 위해 가수분해를 겪기 때문에 관심 후보군이다: Si(OH)4.　(J. D. Rimstidt, H. L. Barnes, Geochim . Cosmochim . Ac. 44, 1683 (1980).) 문제는 관련 반응 속도가 매우 작다는 것이다: 확산에 대한 문헌상 파라미터들 및 속도 상수를 이용하여(H. Seidel, L. Csepregi, A. Heuberger, H. Baumgartel, J. Electrochem . Soc . 137, 3612 (1990).), 하나는 다이싱 집적 회로의 치수들(~12 mm x ~12 mm x ~700 ㎛) 과 비교할 수 있는 치수들을 가지는 실리콘 조각을 용해하는데 ~600년 이상 걸리며, 용해도 한계를 극복하기 위해 약 ~8L 물을 요구할 것이다. 그러나, 핵심 통찰은 전하 수송의 경계면 특성때문에, MOSFET들과 같은 장치들이 매우 얇은 형태의 실리콘으로 잘 동작할 수 있다는 것이다. 35㎚ 두께가 아니라 상기 고려된 집적 회로의 치수들과 유사한 측면 치수들을 가지는 실리콘 나노막(Si NM)은 ~10일 후에, 물 ~0.4 mL만큼 작은 양에서 용해할 것이다. 실험 결과는 상기 결론을 지지한다. 그러므로, 상기 형태에서 실리콘은 흡수성 반도체로써 사용될 수 있다. 마찬가지로 중요한 것은, 얇은 SiO2는 유사한 화학반응을 통해 흡수할 수 있고, 이로써, Si NM MOSFET들의 사용을 위해 우수한 게이트 유전체를 제공한다. 더욱이, Si 및 SiO2 둘다는 생체 및 환경 흡수성이고; 양물 전달 수단들로써 다공성 실리콘 본체들의 사용은 이전의 증거를 제공한다. (1. Park, J. -H. et al. “Biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles for in vivo applications”. Nature Mater. 8, 331 - 336 (2009). 2. Trewyn, B.G. et al. “Biocompatible mesoporous silica nanoparticles with different morphologies for animal cell membrane penetration”. Chemical Engineering Journal 137, 23-29 (2008).)
캡슐재(encapsulant) 및 기판과 같은 실크를 가진 모든 물질들을 효율적으로 사용하는 것은 다양한 장치 층들의 두께들 및 조성들의 선택에 의해 조절될 수 있는 속도로 완전한 흡수성인 집적회로들을 형성한다. 도 3c는 Si NM MOSFET들, Mg/MgO/Mg 캐패시터들, Mg 인덕터들, 및 Si NM 다이오드들, 실크 박막 상의 모두를 포함하는 수동형 및 능동형 소자들다양한 범위를 포함하는 시연 플랫폼을 도시한다. 소스, 드레인 및 게이트에 대한 Mg 전극들(~ 250 ㎚ 두께)을 가지는 MOSFET들; 게이트 유전체(100 및 150 ㎚ 사이의 두께)에 대해 MgO 및/또는 SiO2; 및 반도체로써 Si NM들(300㎚ 두께)에서, 우수한 성질들은 각각 560 cm2/Vs 및 660 cm2/Vs인 포화도 및 선형 영역 이동도(linear regime mobility), >105인 온/오프 비율, 160 mV/dec(Vd = 0.1 V에서)의 역치 아래 기울기(subthreshold slope), 0.34 mA/mm(Vg = 5 V에서)의 폭-정규화된 전류 출력들를 포함하여, 가능하다. 상기 특성들은 실리콘 웨이퍼들 상에 형성된 비슷한 주요 치수들과 대응되는 치수들을 비교하는 것은 바람직하다. 복수의 이러한 장치들을 결합하는 것은 집적 회로에 대한 경로를 제공한다.
일련의 상호연관된 과학 문제들은 흡수성 전자 장치들 및 새로운 종류의 기술들이 지지할 수 있는 다중 어플리케이션들을 보강한다. 상기 실시예는 물질들과 물질 인터페이스들, 장치와 회로 공학, 제조 기술들과 예측 모델 구축을 설명한다. 상기 지식을 갖추는 것은 상기 소자들의 확장 생산(scalable production)에 대한 경로를 확정하기위한 주요 단계로써, 기능성 시연 수단들을 허용한다. 결과는 분자 레벨 용해 또는 화학 반응으로, 완전히 사라지는 생체- 및 환경- 흡수성 장치들에 대한 중요성과 함께, 흡수성 전자 장치에 대한 과학 및 공학 기초이다. 다음의 하위 단략(sub-sections)들은가능하게 하는 세 개의 구성요소들을 설명한다: 물질, 제조 및 모델링.
흡수성 전자 장치에 대한 물질들
물질에 대한 조사는 흡수성 전자 장치 기술의 개발에 필수적이다. 반도체들, 전도체들, 게이트 유전체들, 층간 유전체들, 캡슐화 층들 및 기판들은 상술된 결과들에 대한 기준으로써의 역할을 한다. 하나의 중요한 발견은 도핑된 Si NMs 및 도핑되지 않은 Si NMs가 가수분해에 의해 생물학적 및 환경적으로 친화적인 방법으로 화학적 변환한다. 여기서 설명된 발명의 실시예들은 이러한 사실이 생체/환경-흡수성 전자 장치 기술에 대한 다른 물질들의 종류들을 개발하는데 이용되도록 한다. 상기 작업은 흡수 시간들에 따라 저에될 수 있도록 하기 위해 전도체들, 유전체들에 대한 첨단 물질들의 근본적인 측면들을 해결하고, 여기서, 실제 어플리케이션들은 수분 및 수개월 사에의 범위를 가지는 시간대들을 요구할 수 있다. 조사의 제 1 단계는 각각의 물질들 및 물질들의 인터페이스들을 이해하고 제어하는데 초점이 맞추어져 있다. 제 2단계에서, 결과 구조들의 전체적 흡수 시간들을 정의하는 패턴화된 다층 구성들에서 공통의 통합은 연구된다. 상기 시간에 걸쳐서, 작업은 원하는 동작으로 장치들 및 회로들을 개발하는 제조의 노력으로 근접하게 된다.
흡수성 전도체- Mg는 시작점으로 사용된다. 흡수성 혈관내 스텐츠(intravascular stent)들에 대한 구조적 물질로써, Mg의 과거 노력들은 소량(질량에 의해 일반적으로 ~10%)의 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, Zr, 및 희토류 원소들[2]이 대부분 3원계를 생산하기 위한 Mg합금을 연구하는데 동기를 부여한다. 전자적 성질 및 이러한 합금들의 흡수 속도는 전자, 화학 및 형상 연구들의 결합을 통해 관찰된다. 예를 들면, 하나의 연구된 실시예에서, 마그네슘-알리미늄-아연 합금은 순수한 Mg(알루미늄 3%, 아연 1%를 포함)의 거의 두 배의 벌크 저항률(resistivity)들을 가지고, 벌크 및 얇은 필름 분해 속도는 상당히 느려진다(4배만큼 많은 pH의 생리학적 및 환경적으로 관련된 범위들에 의해). 일반적으로, 더 높은 알루미늄 농도는 벌크 분해 속도를 늦춘다(예를 들면, AZ61 또는 AZ91). 느린 흡수는 생물학적 시스템들(예를 들면, 생체-흡수성 전기 생리학 모니터들(bio-resorbable electrophysiological monitors)) 또는 수성 감지 환경들(예를 들면, 환경-흡수성 센서들)을 가진 흡수성 시스템에서 전극들 사이에 지속적인 접촉을 요구하는 장치 클래스들을 위해 특히 중요할 수 있다. 상기 목적들을 위해, W는 흡수성 색전 코일(embolization coil)들의 이전 사용으로 인하여 관심이 있다. 공개된 연구들에서 보여주는 바와같이, W는 Mg 또는 Mg합금들의 흡수 속도들 보다 더욱 낮은 흡수 속도들(가수분해의 결과로 텅스텐 산을 형성하기 위해)를 제시한다. W 색전 코일들의 생체내 연구들은 흡수동안 어떤 부정적인 생물학적 응답도 없이, 혈청 텅스텐의 증가된 수준들을 나타낸다[6]. W의 벌크 저항성은 Mg와 매우 유사하다(
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대
Figure 112014062089431-pct00257
). 층을 씌우는 실시예를 위한 Mg와 W의 조합들은 추가적인 공학 설계 선택들을 가능하게 한다.
제 3 금속은 Fe이며, Fe는 Mg과 같이, 스텐트(stents)용 생체 분해성 물질로 관심을 받았다. pH에 따라, 철은 우선 산화되고, Fe2 + 또는 Fe3 + 중 하나로 용해됨으로써, 물에서 흡수된다(resorb). 실험관내 테스트는 Mg에 대한 분해 속도 보다 더 느린 Fe의 분해 속도를 나타낸다. 다른 측면에서, 생체내 분해 속도는 실험관내 연구에 의해 예상되는 속도보다 더 느리다[8]. 상기 상이성은 신체에서 인산 이온들과의 반응에서 형성될 수 있는 인화철과 같은 불용성 화합물에 의한 이온 표면의 보호막에서 기인된다. Mg, Mg 합금, W 및 Fe의 일부 조합(Combination)은 흡수성 전자장체에서 전도체에 대한 모든 필수역량들을 제공한다.
흡수성 유전체들- MOSFET의 게이트 유전체들 및 집적회로들의 층간 유전체들을 위해, SiO2 및 MgO는 모든 요구조건들을 만족시키기 위한 강력한 잠재력을 가진다. 모델링에 대한 비교와 함께, 상기 시스템들에서 분해 속도 및 반응 속도에 대한 상세한 연구들은 중요한 정보를 제공한다. 하술된 기술들을 이용하여 첨가제 처리를 활성화하려면, 층간 유전체들뿐만 아니라, 잠재적인 게이트 절연체들의 역할을 하는 유기적으로 개질된 실리카 물질들에 대한 졸-겔 루트(sol-gel route)들 및 상기 물질들의 능력은 연구된다. W와 같은 금속 및 실크와 같은 생체 고분자들을 가진 단일 층들 또는 다층 구조에서 상기 물질들은 전체적인 흡수 속도들을 제어하도록 캡슐재로 사용된다. 상기 선택들은 형상들 및 인터페이스들의 고해상도 전자 현미경 연구와 함께 연구되었고, 다양한 적층 설계들에 대한 물투과 속도들을 측정하는데 중점을 두고 연구하였다.
흡수성, 기능성 기판들과 코팅들
재료들 선택에 대한 이론적 해석- 상술된 금속들, 유전체들 및 반도체들과 호환가능한 유기 및 생체-유기 물질들은 기판들 및 캡슐재들을 위한 우수한 후보군을 나타냈다. 실크는 생물, 물리 및 전자 성질의 바람직한 조합과 첨단의 제조 방법과 호환성으로 인하여, 흡수성 전자 장치들에 매우 적합한 생체물질(biomaterial)이다. 실크는 단순 물 기반처리를 이용하는 얇고, 부드러운 유연성 시트들로써, 비용이 저렴하게 제조되고, 정제될 수 있는(purified) 널리 사용되는 원자재 섬유이다. 실크의 본래의 표면 화학 반응 및 부드러운 형태는 인터페이스들을 최적화시키기 위해 더 간단한 수정 가능성들(예를 들면, 카보디미드(carbodimmide), 스트렙타아비딘-비오틴 결합(streptavidin-biotin coupling), 디아조늄염(diazonium), 뿐만 아니라, 주조 온도 및 습도의 조절)을 이용하여 금속들(예를 들면, 금, 철 등)의 강력한 접착제를 허용한다. 실크들은 물리적으로 가교된 네트워크들로 단백질과 단백질의 자가 조립체(self-assembly)의 소수성(hydrophobic nature)으로 인하여, 거칠고, 강한 물질들을 형성한다. 가교들의 밀도를 제어함으로써, 필름들은 제어된 속도(수 분 내지 수 년)로 용해하도록 공식화될 수 있고, 감지(sensing)하기 위해 생체분자들과 다른 관심 대상들을 통합하고, 안정화시키기위해 설계될 수 있다. 콜라겐, PLGA 및 PLA 각각과 같은 대체 물질은 이러한 특징들의 일부 부분 집합(subset)만을 제공한다. 예를 들면, 콜라겐은변성(denaturation)하는 경향이 있고, 수화시 팽창하고, 금속들과 강력한 인터페이스들을 달성하는데 실패한다. PLGA는 유사한 단점들을 가지고, 유기 용매에서 처리되어야만하고, 이로써, 특정 처리 선택들뿐만 아니라, 생물학적 활성 화합물들과 결합하는 능력을 제거한다. 키토산/키틴, 폴리하이드록신알칸산(polyhydroxyalkanoates), 폴리카프로락톤(PCL) 및 케라틴을 포함하는 다른 덜 일반적으로 연구되는 선택(option)들은 처리하는데 어려우며, 물질 성질들, 분해/흡수를 제어하는 제한된 능력을 제공한다.
실크 필름 제형(formulations) 및 흡수 연구들 - 실크 필름 형성동안 발생하는 액체-고체 변형, 관련된 실크 단백질 자가 조립체, 결정화, 처리 화학 반응 및 방법들은 흡수성 장치 제조에 대해 근본적으로 중요하다. 실크 물질들은 물질 페이트(material fate)의 예측 가능한 수명과 제어를 제공하여 효소적으로 분해된다. 그러므로, 실크는 본질적으로 흡수성 기판 재료로써, 또는 다른 흡수성 물질들(예를 들면, Mg)의 반응속도를 제어하는 오버코트 또는 캡슐재로써, 역할을 할 수 있다. 이것은 프로그램 흡수성(programmable resorbability)을 위한 “내부시계(internal clock)”, 타이머, 또는”스위치”(예를 들면, 서방형 캡슐들(time―release capsules) 및 약물 처방들과 유사하게)로써 기능하는 계층 구조들(layered structures)을 만드는가능성을 제공한다.
상기 작업은 흡수성 전자 장치들에대한 실크 기판을 개발하기 위한 기초 지식을 형성한다. 특히, 흡수 속도(물 또는 효소들 둘 중 하나의 존재하에서)를 제어하기 위한 후처리(post-process) 실크 필름들 및 실크 코팅들에대한 다양한 양상은 관찰된다. 상기 물질들에 대한 용해 속도(년(years)에 대해 즉각적인)는 물질 처리동안 도입되는 결정화도(β-시트 내용(β-sheet content))의 정도를 통해 제어된다. 상기 기초 연구들은 물질 기판 제조에 대한 일련의 처리 파라미터들을 산출한다. 실험 방법은 필름들 및 코팅들에서 사용되는 실크 용액에 대한 준비 및 특성을 포함하고, 필름/코팅의 마지막 결정 상태를 조절하기 위해 후처리되고, 이로써, 흡수성 비율을 결정한다.
실크 필름들 및 코팅들의 조립 및 흡수성 사이의 관계는 대체로 연구되지 않았다. 상기 관계를 설명하기 위해, 현재 방법은 피브로인 추출 처리(끓는 시간, pH 및 처리 온도의 다양성)에서 파라미터를 조절함으로써 실크 용액 제제(silk solution formulations)를 다양하게 포함하고, 농도의 정도를 다양하게 하여 물 기반 실크 용액의 다음 생성을 포함한다. 생성된 실크 시트들의 체계적인 분석은 후처리 온도, 추가적 용매들(예를 들면, 메탄올, HFIP), 환경적 습도 범위(β-시트 함량에 차례대로 상관되는 건조한 필름의 수분 함량을 결정함) 및 형성(또한, β-시트 형성을 포함)동안 실크 필름 상에 부과된 압력과 스트레인의 역할을 명료하게 한다. 필름들의 구조적인 평가들은 진단(예를 들면, AFM, FTIR, X-ray 및 cryo-TEM)하는데 핵심을 수행한다. 본 연구들은 전자 인터페이스들을 위해 적합한 기판들을 생성하기 위해 요구되는 적절한 파라미터의 조합을 알져주고, 기판 물질들에 있어서 미리 정해지는 흡수 속도 및 제어 가능한 흡수 속도들을 얻기 위해 필요한 적절한 파리미터의 조합을 알려준다.
또한, 본 생체 흡수성 기판들은 전자적 관점 및 전자적 인터페이스 관점으로부터 평가된다. 다양한 필름들의 측정들은 유전체 상수, 고장 임계값(breakdown threshold) 및 저항과 같은 초기 파라미터들을 결정기 위해 수행된다. 인터페이스 성질들은 전자 장치 조립체를 위해 특히 중요하다. 다르게 형성된 필름들 및 Mg의 인터페이스 성질들, 및 MgO은 열적 특성들(열전도성, 인터페이스 캅티자 저항(interface Kaptiza resistance)) 또는 벌크 특성들(몇몇을 명명하기 위한(to name) 이온성 불순물들의 수준들 및 이온성 불순물들의 이동도, 물흡수 및 기체/액체 투과성)과 함께 연구된다.
기능화된 흡수성 재료들- 실크 용액에 도펀트들의 추가를 통한 기판의 변형들은 상기 연구들 더 복잡하게 할 것이다. 추가 자유도(degree of freedom)는 기판들의 물리적 파라미터들을 조절하도록 (예를 들면, 전도성을 향상시키거나, 생체- 치료법들을 동반함) 선택안들을 제공한다. 주변 환경과 물질 파라미터들(예를 들면, 탄력, 분해, 인터페이스들, 물 함량)과 관련된 실크 시스템에 내장된 생화학적 도펀트들의 효과 및 Mg와 MgO로 흡수속도와 인터페이스에 대한 효과가 평가된다. 실크들은 관련 염료들(리플랙틴(reflectin), 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin), 헤모글로빈, 포르피린) 로 도핑되거나, 화학적으로 변형된다(GFP, 아조벤젠). 도핑된 흡수성 기판들은 같은 공정 및 상술된 진단들을 이용하여 준비되고, 평가된다. 결과들은 동일한 공정 조건들하에서 도핑되지 않은 필름들을 가지고 획득된 발견들과 직접 비교된다.
흡수성 전자 장치들을 위한 제조 방법들
저렴한 비용으로 제조하는 것은 근본적으로 제한된 작동 (및 물리적) 수명으로 인하여, 실제적인 흡수성 전자 장치 기술을 위해 필수적인 요구사항이다. 많은 흡수성 물질들은 화환되지 않는 비용 구조들때문에, 그리고, 정해진 용매, 포토레지스트, 개발자들, 노광 기술 및 에칭 방법과 호환되지 않기 때문에 반도체 산업에서 사용되는 과정들은 적용될 수 없다. 상기 작업은 두 개의 주요 단계들을 포함하는 제조 전략을 개발한다 (1) Si NM으로 제조하는 것을 허용하는 전사 프린팅 및 흡수성 기판들과 함께, 기존의 파운드리 소스를 통해 획득된 궁극적으로, 부분적으로 형성된 장치의 하위 소자들 및 (2) 기능적 시스템들을 위해 흡수성 인터커넥트들, 중간층 유전체들 및 캡슐재/패키지들을 형성하는 전기수력학적 분사(electrohydrodynamic jet) (e-jet) 프린팅. 제 1 단계는 상기 두 개의 기능들을 각각 개발하는데 초점을 맞추고 있다. 제 2 단계는 하술되는 시연 테스트 수단에서 작은 규모로 증명된 연속적인 제조 과정들을 통해, 서로 및 더 종래의 방법들을 이용하여 통합하는 것을 포함한다.
마이크로전사 프린팅 ―제 1단계를 위해, 마이크로 전사 프린팅(
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) [1] 기술들은 롤투롤(roll-to-roll) 제조 모드들에서 빠른 속도로 대상을 구현하는 목표를 가지고 사용된다.
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과정은 ‘인킹(inking)’단계에서, 소스 기판으로부터 제조된 고체 물질의 마아크로/나노구조들을 들어올리기 위해 부드러운 탄성 중합체 스템프들을 사용하고, 프린팅’단계에서, 대상(target) 기판상에 물질들이 놓인다. 스탬프 표면(예를 들면, 인킹과 프린팅 단계 각각에서 강하고 약함)에서 접착의 강도를 제어하기 위한 최적화된 전략으로, 전체적인 절차는 높은 수율(>99.9%) 및 위치 정화도(<1마이크론)가 가능하도록 자동화 될 수 있다. 도 45는 상기 목적을 위해, 흡수성 수용 기판으로써, 큰 실크 시트 및 대표적인 프린팅 결과들의 이미지들을 제공한다. 상술되고, 도 3c에서 보여주고 있는 작업은 흡수성 전자 장치들을 제조하기 위해서, 상기 유형의 전략이 Si NM들을 이용하는 방법을 나타낸다. 이 과정의 주요 특징은 실리콘 웨이퍼들 상에 밀집한 레이아웃들에 형성된 Si NM들이 시스템 요구사항들에 부합하는 면적 적용범위로 대상 기판들에 대해 리트리브되고(retrieved), 전달 될 수 있다는 것이다. 이 기능은 효율적인 물질 활용에 필수적이고, 낮은 가격에 필수적이다.
상기 작업은 고속이고, 지속적인 롤러 프린팅(roller printing) 모드에서
Figure 112014062089431-pct00260
의 사용을 위한 기본적이고, 공학적인 새로운 지식은 개발한다. 특히, 결합 강도가 특별히 설계된 기울어진 릴리프(relief)용 스탬프와 소스 기판 사이의 인터페이스에 적용된 힘의 방향에 따라 결정되는 물리적으로 부드러운 반 데르 발스 접착은 관찰된다. 상기 방법은 두가지 이유로 적합하다. 우선, 기울어진 형상은 강화된 이탈힘(pull-off force)들을 가능하게 한다. 상기 물리학(physics)은 큰 힘이
Figure 112014062089431-pct00261
의 인킹 단계에서 물질들/장치들을 리트리브하는데(retrieve) 필요하며, 다음 섹션(section)에서 설명되는 CMOS 구조들의 경우가 될 것이다. 두번째로, 지속적인 롤러 프린팅 모드에서 빠른 속도로 동작하기 위해서, 방향 의존성 접착은 원통형 지지체들 주변을 감싸는 얇은 스탬프들에서 활용될 수 있다. 롤러 스탬프가 한쪽 측면에서 장치들/구조들을 리트리브하고, 다른 측면에서 대상 기판으로 전달하는 체계는 지속적으로 가능하다. 롤링 방향(rolling direction)과 직교하는 방향으로 소스 기판을 주기적으로 인덱싱(indexing)하고, 시작점으로 되돌아오도록 바꾸는 것은 소스상에 모든 물질들이 소비될 때까지 다른 영역에서 발생하는 인킹 과정을 허용할 것이다. 필요에 따라, 신선한 소스 기판들은 삽입될 수 있다.
접착력의 방향 의존성 및 전체적인 강도 둘 다의 근본적인 측면을 이해하는 것은 본 목적을 위해 설계된 사용하도록 하는데 매우 중요하다. 주요 물리학은 층간 분리(interfacial delamination)의 역학적 모델에 의해 분석될 수 있고, 비대칭적인 이탈힘은 균열을 형성하는 계면 전단(interfacial shear)을 형성하는 휨 순간을 결과로 얻는다. 조건들을 평가함으로써, 주요한 이탈힘을 분석적으로 도출하는 것은 다른 제제의 실크의 기판들을 가지는 실험적 측정과 연결하기 위해, 가능하다. 상기 모델들의 종류들은 롤러 스탬프의 공학적 실행뿐만 아니라, 최적회된 재료 및 실크의 릴리프 형상과 선택을 안내하도록 돕는다. 스탬프를 위해, 기울어진 포스트 구조들(post structures)에 대한 릴리프의 재진입 특징들을 추가하는 것은 모서리들로부터 떨어져, 접촉 영역의 내부로 응력 집중(stress concentration)점을 이동시킴으로써, 극적으로 강화된 접착력을 형성할 수 있다. 점탄성(viscoelasticity), 물리적 가교의 영향 및, 스탬프과 수신 실크 기판들 둘다에서 관련된 파라미터들에 따른 상기 효과들은 연구되어, 과학 및 공학 연구들과 결합된다.
실리콘 파운드리 장치들에서 흡수성 전자 장치로- 웨이퍼들로부터 파생되고,
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에 의해 조립된 Si NM들을 사용하는 체계들이 흡수성 전자 장치에 대해 실현 가능한 경로들을 제공하지만, 상기 제시된 결과를 기준으로, 두 가지 이유 때문에 비이상적이다: (1) 상기 체계들은 흡수성 기판 상에서 정의되는 장치 처리 및 중요한 기능들을 요구하고, (2) 실리콘 집적회로들의 제조를 위해 구축된 인프라 구조를 이용할 수 없다. 첫번째 영향으로, 기능에서 정교함의 수준 및 성능이 실크 기판과의 호환성에 대한 요구들에 의해 부과되는 처리 옵션들에서 커다란 제약들로 인하여, 달성될 수 있다. 두번째로, 흡수성 장치들을 위해 특별히 구성된 별도의 파운드리 네트워크 확립에 대한 필요로 인하여, 비용과 환경적 영향이 상당히 증가한다. 상기 작업은 특별히 설계되고, 파운드리 처리된 웨이퍼들을 흡수성 시스템을 위한 소자 빌딩 블록(building block)들의 소스들로 변환하는 경로를 제공함으로써, 두 가지 제한요소들을 해결한다.
Figure 112014062089431-pct00263
는 Si NM들이 아니고, 완전히 처리된 프리비티브(primitive)들 또는 파운드리 처리된 웨이퍼들로부터 파생된 작은 회로 소자들을 이루는 수단으로써 사용된다.
주요 과제는 본 발명의 목적들을 위해 파운드리 호환성 레이아웃들 및 이용 가능한 물질들의 세트(set)들을 적용하는 것이다. 예비 연구 결과가 생체 적합성 및 친환경 흡수성의 Si 및 SiO2를 규명하지만, 통상적인 집적 회로들의 다른 물질들은 상기 특성들을 갖지 않는다. 하나의 해결책은 감소된 복잡성과
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에 대해 적합한 구성들을 가진 레이아웃(layout)들에서, 초박형 본체(ultrathin body) SOI(silicon-on-insulator) 기판들상에 파운드리들 집적 회로들과 프리미티브(primitive)들에서의 소스(source)가 될 것이다. 파운드리 외부에서 수행될 수 있는 약간의 추가적인 단계들은 금속화층(metallization layer)들을 Mg와 같은 흡수성 전도체들로 교체한다. 여기서, 레이아웃은 스택(stack), 스택의 제거와 이후의 흡수성 전도체들로의 교체 를 통해, 금속화에 대한 액세스(access)를 가능하게 하고; 파운드리 기능들을 활용하게 위해, 실리콘, 도핑된 영역들, 게이트 유전체들 및 층간 유전체들의 측면의 정의는 불변이다. 이러한 물질 교환에 대한 체계(Scheme)들은
Figure 112014062089431-pct00265
에 대한 소자들을 준비하기 위한 SOI 기판 상에 매립 산화물(buried oxide)(BOX)을 제거하기 위한 경로(route)를 따라, 개발된다. 우선은 습윤 및 건조하는 에칭 기술들의 조합을 이용하여 달성된다. 두 번째 문제를 해결하기 위해 필요한 것은 BOX의 제거 후, 드러나지 않은 웨이퍼에 대한 소자들을 고정하는 전략적 구조들(예를 들면, 앵커들)의 파괴 역학(fracture mechanics)의 주위깊은 연구를 요구한다. 기울어진 스탬프 설계에 의해 활성화되는, 향상된 접착력과 적절하게 처리된 실크 기판들은 요구 사항들을 완화한다. 도 48은 SOI 상에 형성되고, BOX를 에칭함으로써 방출되는 비-흡수성 Si CMOS 블록(block)상에, 앵커 설계의 한 종류의 SEM 이미지를 제공한다.
전기수력학적 (e- jet ) 프린팅 ― 이전 섹션(section)에서 설명된 흡수성 소자들을 선택적으로 캡슐화하고 상호 연결하기 위한 체계들은 기능성 시스템들을 위해 요구된다. 해상도는 소스 웨이퍼들(흡수성 CMOS 또는 Si NM들에 대하여)의 영역에서 효율적으로 활용하기 위해, 각각의 소자들 상에 작은 적촉 패드들을 허용할만큼 충분히 높아야 한다. 넓은 범위의 물질 잉크들 및 기판들과 함께 첨가제 본질(additive nature) 및 호환성(compatibility)으로 인하여, 고해상도 노즐들의 팁(tip)에서 유체 흐름들을 형성하는 전기수력학적 효과들을 사용하는 프린팅 방법들은 추구된다. 가장 중요한 것은, 앞의 작업은 이러한 물리학이 딥 서브 마이크론(deep sub-micron) 범위(~100㎚)에서 이어지는 액적 생성(droplet generation) 및 프린팅의 해상도를 제공한다는 것을 증명하고, 상기 해상도는 통상의 잉크 분사(jet) 기술들로 가능한 최상의 해상도 보다 100배 이상을 초과한다[3]. 상기 특징들은 e-jet이라고 하는 상기 방법이 흡수성 전자 장치를 제조하기 위해
Figure 112014062089431-pct00266
에 대해 잠재적으로 강력한 보완을 하도록 한다. 그러나, 과학과 공학 측면에 있어서, 두 개의 주요 단점들은 극복된다 (1) 해상도 및 액적 배치(droplet placement)는 기판의 국소적인 저자 특성들에 의존할 수 있고, (2) 처리율(throughput)은 연속적인 롤러 프린팅 모드에서 다수의 평행한 노즐들의 사용을 수용할 수 있는 시스템들의 부재로 인하여 제한된다. 첫번째 문제는
Figure 112014062089431-pct00267
에 의해 실크와 같은 절연 기판(insulating substrate)에 전달되는 흡수성 소자들 사이에 인터커넥트 선들을 안정적으로 형성하는데 문제가 발생한다. 특히, 대상 표면(target surface)(예를 들면, 금속, 유전체, 반도체) 의 국소적 전자 성질들에서 공간의 변화는 전계 프로파일들의 변화를 유도하고, 이에 따라, 수용하기 어려울 수 있는 방식들로, 액적 크기들 및 궤적을 변화하게 한다. 하나의 해결책은 노즐 조립체 자체로 링 형태의 상대 전극을 통합하는 e-jet 노즐을 위한 전자기적 흐름 모델들과 결합했다. 그 결과는 모든 구동하는 전계들이 기판으로부터 분리되는 방법으로 정의되는 시스템이다. 유도 전류 감지는 프린팅 공정 상에 피드백 제어를 확립하는 수단을 제공한다.
두번째 단점은 선형 배열들에서 인접한 노즐들 사이에 결합하는 정전 결합을 이해하기 위해, 상기 작업으로부터 발생하는 시뮬레이션 기능들을 확장함으로써 해결된다. 시뮬레이션은 별도의 조정 마이크로-플랫폼상에 노즐 유닛을 각각 개별적으로 움직임으로써 기판의 약간 정도의 어긋남을 수용할 능력을 통합한다. 유추(analogy)는 프린트 카트리지 교정을 조절하기 위해 통상의 잉크-분사 프린터에 의해 사용되는 테스트 패턴 시퀀스(test pattern sequence)일 수 있다. 10 내지 20개의 다른 노즐들은 밖으로 들어나지 않은 기판의 운동 방향에 관하여 정확한 번역을 할 수 있는 선형 배열에서, 전체적인 프린트 헤드에 통합된다. 현재 50 kHz 로 확장된 액적 생성 속도로, 상기 멀티노즐(multinozzle) 배치는 요구된 처리율(throughput)을 제공한다. 도전(challenge)는 자율적 독립체로써 역할을 하도록 각 유닛에 국소적으로 포함된 충분한 정보일 수 있고, 외부 도움 없이 웹 핸들링 시스템 및
Figure 112014062089431-pct00268
모듈과 통신함으로써 스스로 교정한다. 상술된 전류 감지(current sensing)를 기반으로 한 패드백 전략들(Feedback strategies) 및
Figure 112014062089431-pct00269
툴에서 감시 시스템은개발된다. 제조 공정 흐름 상에 중요한 관점은 주요한 장치의 치수 및 많은 경우에 대부분 요구하는 특징들이 파운드리-공급된 소자들(foundry-sourced components)의 수준에서 형성될 것이다. 종래의 잉크 분사 프린팅이 달성하는 것들 이하의 형상 크기들조차 작은 접촉 패드들을 사용함으로써, 파운드리 소자들을 저렴하게 사용되는데 필수적이지만, 이러한 상황은 e-jet 시스템에서 요구되는 처리 및 해상도에 대한 요구들을 감소시킨다.
그러나, 최종적인 통상의 제조 방법에서, 해상도, 처리율 및 등록 정확도의 최적의 균형을 형성하기 위해, e-jet 은 잉크 분사 및 스크린 프린팅과 같은 다른 방법으로 전략적으로 사용될 수 있다. 레지스트레이션 마크(registration mark)들을 정의하기 위해 임프린팅(imprinting)(종래의 열 엠보싱(, thermal embossing))의 초기 단계로,
Figure 112014062089431-pct00270
, e-jet 및 잉크 분사를 포함하는 통합된 처리 라인은 구상된다. 상기 설명한 바와 같이, 다른 양상으로 실크의 확립된 호환성은 상기 방식으로 사용하는데 중요한 고려사항을 나타낸다. 이러한 시퀀스(sequence)에서, e-jet 및 잉크분사에 의해 형성된 패턴들 만이 레지스트레이션을 요구한다. 여기서, 광 패턴 인식 시스템들은
Figure 112014062089431-pct00271
에 의해 형성된 구조들 및 엠보싱 단계에 의해 정의된 릴리프(relief)의 조합을 사용한다. 작업의 초기 단계는
Figure 112014062089431-pct00272
및 e-jet 모듈들에 초점이 맞추어져 있다. 이와 병행하여, 첨가(예를 들면, 실크, 솔겔적인 물질(solgel material)) 및 제거(예를 들면, Mg, W)하는 상기 물질들을 이용한 패턴화 모드들에서 e-jet의 사용은 확립된다. 통합은 하술되는 회로 테스트를 구축하는데 초점을 맞춘다.
흡수성 전자 장치에 대한 컴퓨터 설계 도구들
분석 및 컴퓨터(computational) 모델들은 흡수성 전자 장치에 대한 과학적 지식 및 공학 기능들의 기초를 확립하는데 요구된다. 운영상 측면들의 부분만 종래의 전자장치 캡쳐을 위해 사용되는 회로 설계 툴(toll)들; 일련의 보완적인 흡수 설계 툴(tool)들은 필수적이다. 물질들, 장치 설계들 및 제조된 구조들을 기초로한 실험 결과와 직접 연관있는 물질, 장치 및 시스템 수준들에서 흡수를 위한 분석 및 컴퓨터 모델들은 상술된다. 첫번째 단계는 상술된 다양한 물질들의 단일 층 연구들을 기초로한 모델들의 실험적 검증 및 구축에 초점을 맞춘다. 다음, 상기 물질들의 다층 스택(stack)들 및 다층 스택 간의 상호작용은 연구된다. 마지막 모델들은 상술된 기술들로 제조된 테스트 수단들로 기능성 장치 및 시스템 수준들에서 흡수를 캡쳐한다(capture).
흡수성 물질들의 모델링 - 흡수 속도에 대한 분석적 연구들은 반응확산 모델들을 사용한다. 식(1)은 Si로 물 및 수산화 이온들의 확산에 대한 모델 및 일부 결과들을 나타낸다. 속도 제한 단계는 흡수성 전자장치를 위한 물질(예를 들면, Si, SiO, MgO, Fe, Mg 및 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, Zr가 약간 추가된 Mg 합금)들로 물, 수산화 이온들과 다른 액체들의 확산 및 두께 방향 y에 걸친 반응에 의해, 하기 식에 따라 정의된다.
Figure 112014062089431-pct00273
,　　　　　 (1)
여기서, D 및 k는 물(또는 다름 액체)에 대한 확산계수이고, 각각 흡수성 전자장치를 위한 물질들과 인산염 완충액 사이의 반응 상수이다. 그리고,
Figure 112014062089431-pct00274
는 물의 농도이다. Si의 용해시, 따르는 식은 구축될 것이다:
Figure 112014062089431-pct00275
, 여기서, 중성 오르트 규산(neutral ortho-silicic acid)은 확산에 의해 실리콘 표면에 남을 것이다. 상기 모델에서, 초기 두께(h 0)에 의해 정규화된(normalized) Si 나노막의 두께(h)는 정규화된 시간
Figure 112014062089431-pct00276
, 반응 상수
Figure 112014062089431-pct00277
, 물의 몰질량 M(H2O), 실리콘의 몰질량 M(Si), 초기 물농도
Figure 112014062089431-pct00278
, 및 Si의 질량 밀도
Figure 112014062089431-pct00279
에 의존할 것이다. 물에서 Si 나노막의 용해를 위해 크기식(scaling law)을 제공할 것이다. 즉,
Figure 112014062089431-pct00280
,　 (2)
여기서, f는 무차원 함수(non-dimensional function)이고, 하기식의 형태를 취한다
Figure 112014062089431-pct00281
.　　　　 (3)　
도 4(c)는 체온(37℃)에서 Si NM들의 초기 두께 h 0=35, 70 및 100 ㎚에 대한 예비 모델링 결과들(커브들)을 나타내고, 예비 모델링 결과들은 실험결과들(점으로 표시)과 잘 일치한다. 분석 모델은 물질들의 완전한 용해를 위한 정확한 예측 시간을 이끈다. 상기 방법은 흡수성 전자장치에 대한 다른 물질들로 확장될 수 있다.
또한, 시간 의존성 반응 속도 상수들에 대한 용해 모델들은 개발된다. 많은 경우델에, 순반응들(net reactions)에 대한 반응 상수는 시간경과에 따라 감소할 수 있고, 일분적인 형태k(t)를 취한다. 반응 확산식의 해답은 하기 식(4)에 의해 산출된다
Figure 112014062089431-pct00282
,(4)
여기서,
Figure 112014062089431-pct00283
이다. Si 나노막의 두께는 하기식(5)에 의해 산출될 수 있다
Figure 112014062089431-pct00284
.　　　　　　　 (5)
하나의 간단한 실시예는 전기 저항 R이 초기 값 R 0와 관련되고, R=R 0(h/h 0)-1에 의한 초기 두께 h/h 0 에 대한 전류 비율과 관련된다. 도 4(e)는 저항 변화에 대한 모델링 결과들(커브들)이 실험들(점으로 표시)과 잘 일치하는 것을 나타낸다. 유사한 분석 프레임워크(framework)들은 흡수성 전자장치를 위해 다른 물질들(예를 들면, Fe 및 Mg 합금들)에서 관련된 행동을 캡쳐할 수 있다. 용해가 다중 소자들의 반응 확산을 포함하기 때문에, 컴퓨터 모델들은 합금들의 용해를 위해 개발된다. 반응 확산식(1)은 각 소자에 대해
Figure 112014062089431-pct00285
이 되고, 여기서,
Figure 112014062089431-pct00286
는 라플라스 연산자(Laplace operator)이다. 상기 식은 숫자로 풀 수 있고, 합금들에서 인터페이스들에서 연속성 조건들을 통해 다른 소자들을 위한 것들과 결합된다. 또한, 층들을 씌우는(capping) W의 효과는 수치해석을 통해 연구될 수 있다.
흡수성 유전체들 및 반도체들에 대해서, 모델링 작업은 두께가 제로에 도달하는 중요 시간 t c와 같은 흡수 속도에 초점이 맞추어져 있다. Si NM들에 대해, 이것은 분석적으로 하기식(4)을 통해 산출된다
Figure 112014062089431-pct00287
.　　　　　　　　　　 (4)
결과는 체온 T=37℃에서, h 0 = 35, 70 및 100 ㎚에 대하여, 각각 t c =14, 16 및 19일이다.
흡수성 소자들 및 장치들의 모델링- Mg의 인터커넥트들과 같은 흡수성 소자들에 대해서, 모델링은 전자적 성질들과 흡수 속도들에 초점을 맞추고, MgO/Mg 이중 층들의 용해에 의해 설명된다. Mg에 대해서, 반응 확산식은 바닥면에서 제로 물 흐름 조건(zero water flux condition)으로 도입된다. MgO/Mg인터페이스를 통해, 물 분자의 농도 및 흐름은 지속적이다. Mg 와 MgO에 대해 결합 반응 확산식들(coupled reactive diffusive equations)은 분석적으로 해결되고, 이중층 장치의 저항 R도 마찬가지다. 저항(유닛 길이당)의 결과들은 400/800 ㎚의 MgO캡술화 두께에 대한 실험과 잘 일치하고, 각각 1.04/1.15 W/mm의 초기 저항(유닛 길이당)을 가진다. 또한, 컴퓨터 모델들은 특히, 장치들에 대한 물질들의 다중층 스택을 포함하는 소자들 및 장치들의 복합 형상에 대해서, 결합된 반응 확산식들을 해결하도록 개발된다.
개방 회로(open circuit)에 대한 주요 시간 t c 는 저항이 무한대에 이르게 되면 도달된다. MgO/Mg 이중층에 대해서, 상기 주요 시간은 분석적으로 산출되고, 400 및 800 ㎚의 MgO 캡슐화 두께에 대해서 각각, 3.5 및 13 시간을 제공하고, 실험결과들과 합리적으로 잘 일치한다. 소자들 및 장치들로써, 복잡한 형상을 가지는 다중층 물질들에 대해서, 컴퓨터 모델들은 개발되고, 폭넓게 다양한 소자들 및 장치들은 평가된다. 또한, 컴퓨터 모델들은 장치들의 용해에 대해 크기식(scaling law)들을 제공한다. 상기 모델들의 예측 사용(predictive use)은 나노막과 박막 장치 설계들의 중요성을 강조한다.
응력 상태(예를 들면, 잔류 또는 내부 응력)의 효과는 장치들의 용해에 영향을 줄 수 있다. 물질들 및 장치들의 지속적인 용해로 인하여, 상기 응력 상태는 변화할 수 있고, 용해 속도에 차례로 영향을 줄 수 있다. 이것은 결합된 응력-확산 식을 통해 산출될 수 있고, 사용자 서브루틴(user subroutine)을 통해유한 요소 프로그램 ABAQUS을 통해 실행된다.
또한, MgO의 캡슐화 층들과 결정화된 실크를 가진, Si NMs, SiO2 유전체들 및 Mg전극으로 형성된 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs, metal oxide semiconductor field effect transistors)은 연구된다. 장치들 상의 실험들은 기능적 과도성으로 두 단계의 반응 속도를 보여준다. 특히, 90시간까지 동안 물에서의 침지는 이동도, on/off 전류비(I on /I off ) 및 문덕 전압(V th )과 같은 주요 장치 특성들에서 무시할만한 변화를 일으킨다. 기능적 저하는 안정적인 작동의 주기후, 상대적으로 짧은 시간 간격으로 발생한다. 캡슐화 층들은 제 1 시간 크기(first timescale)를 정의하고; Mg 전극들은 제 2 시간 크기를 정의한다. 이러한 동작들은분석 및 컴퓨터 모델들에 의해 자세하게 연구되고, 장치에서 능동적 역할들을 제공하지 않는 캡슐화 층들이 시스템 또는 장치 수준 기능에서 분리되는 방법으로 과도성 시간을 정의하도록 활용될 수 있다는 것을 증명하는 것은 중요하다. 다른 장치 형태들은 다른 두께를 가지는 Si NM요구할지라도, Mg 및 캡슐화 층들은 본 발명에서 모색된 실제 경우에, 과도성 동안 시간 크기를 기능으로 결정하는 지배적인 역할들을 한다.
흡수성 전자 장치 스스템들의 모델링 -흡수성 물질들 및 장치들에 대한 분석 및 컴퓨터 모델들은 통상의 전자장치에서 회로 설계를 위해 현제 사용되는 것들과 유사한 흡수성 전자장치의 설계, 제조 및 작동을 위한 CAD 툴들을 제공하는 시스템 수준에서 통합된다. 컴퓨터(또는 분석) 모듈은 장치의 각각의 장치의 종류에 대해 개발된다. 각각의 모듈은 응력과 확산 사이의 상호작용을 포함한다. 모든 모듈들은 시스템 수준에서 주요 동작 및 성질들을 예상하도록 함꼐 통합되고 결합되고, (1) 장치 및 시스템 수준에서 주요 성질들의 시간 의존성(예를 들면, 저항) 및 (2) 각각의 장치 및 전체 시스템의 용해에 대한 주요 시간을 포함한다. 주요 시간은 실크와 같은 장치들을 위한 캡슐화 층을 이용함으로써, 능동적으로 제어될 수 있고, 물에서 용해도가 결정화도의 제어를 통해, 크기의 몇 배에 걸쳐, 프로그램화될 수 있기 ?문에 상기 목적을 위해 적절하다.
관심있는 시연 수단들에 대한 연구
상기 작업의 초점들은 흡수성 전자 장치의 다양한 종류들을 위한 과학 지식 및 공학 컨셉들의 발전상에 있다. 두 개의 특정한 통합 시연 수단(integrated demonstration vehicle)들은 추구된다: 하나는 디지털로, 하나는 아날로그 전자 장치로 추구된다. 티지털 전자 장치는 인버터의 출력이 NOR게이트에 대한 입력들 중 하나로써 역할을 하는 4개의 인버터들 및 NOR배열에서, 88개의 트랜지스터들을 통합하는 4개의 비트 행 디코더(four bit row decoder)이다. (회로 다이어그램에 대해서는 도 79을 참조) 아날로그 전자 장치는 VLF에서 VHF 대역들까지 라디오 주파수 동작에 상응하는 100 kHz에서 100 MHz까지 동작 주파수들을 이용하는 일련의 7 스테이지 CMOS 링 오실레이터들이다. 상기 두 개의 회로 데몬스트레이터(circuit demonstrator)들은 상술된 물질들, 제조 방법 및 흡수성 구성 모델들을 이용하여 형성된다. 회로 수준의 전자적 성질들 및 흡수 동작들 둘다는 정량적으로 연구되고, 이론적 예상(theoretical expectation)와 비교된다.
실시예 9
실시예 9는 새로운 실리콘 기반의 전자 장치 기술을 확립하고, 제어된 방법으로 시간이 지남에 따라 점차 사라질 수 있다[1]. 이러한 의미에서 의학적으로 유용한 시간동안 존재하지만, 신체 흡수를 통해 완전히 용해되고 사라지는 ?骸? 장치들 또는 복구를 피하기 위해 사리지는 전개식 비콘들은 능동 주입과 같은 종래의 전자장치로 해결할 수 없는 어플리케이션의 가능성들을 형성한다. 최근 작업은 센서들과 액츄에이터들의 다수의 다른 클래스(class)들과 함께, 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS), 전력 공급 장치와 무선 제어 계획을 위한 두 개의 옵션(option)에 대해, 일련의 포괄적인 물질들, 소자들, 이론적인 설계 툴(tool)들 및 제조 방법들을 증명했다. 동물 모델들에서 항생제 내성 세균과 항생제 내성 세균의 검증에 의해 야기된 수술부위 감염에서 문제들을 해결하기 위해 주입할 수 있는 모드로 열 치료를 제공할 수 있는 과도 실리콘 장치는 상기 기술의 시스템 수준 예를 설명한다[1]. 완전 과도 RF 스캐밴징(scavenging) 장치들와, 부분적으로 과도 라디오 전송기들은 많은 군 어플리케이션들에 관련하여 기본적 건물 구역들을 인식하는 능력을 증명한다[2].
상기 작업은 (a) 모든 소자들이 과도(및/또는분해)되는 시스템들을 설계하기 위한 물질들 및 제조 도구 상자, (b) 높은 수준의 통합을 실행할 수 있는 능력(예를 들면, 몇가지 개별 소자 회로들을 넘는 높은 수준), (c) 트리거하는 과도성을 위한 가능한 매커니즘들, 특히 큰 영역 시스템들/회로들 및 비-수성 조건들을 위한 가능한 매커니즘들을 확장하는 목표들을 가지고 과도 전자 장치에 대한 이전 결과들을 기반으로 한다. 동작들은 (1) Si에 과도 반도체 소자로써 ZnO의 개발, 및 기능성 기판들로써 실크 복합체들, (2) 고도로 통합된 Si 과도 전자 장치들에 파운드리-기반 루트(route)의 확립, (3) 과도성을 제어하고 트러거하기 위한 몇가지 새로운 매커니즘들에 대한 탐색 노력들 및 (4) 높은 고도에서 항공기로부터 떨어지는 동안 펄스 전송(pulsed transmission)할 수 있는 RF 비콘으로 이루어진 작동 시연 장치(working demonstration device)을 포함한다.
과도 반도체로써 ZnO
상기에서 설명된 과도 전자 기술의 기초는 두 가지의 중요한 기능: (1) 압전 및 광전자 소자들에 대한 경로들, 및 (2) 프로그램화 되거나 ‘트리거된’ 과도성에 대한 저전력 체계들이 부족하다. 상기 작업은 이러한 두 가지 문제들을 해결한다. 가수분해가 과도성에 영향을 주는 수용성 반도체로써 ZnO의 사용은 활용된다. 기계적 에너지 포집기들, 광 방출 다이오드들 및 투명 전도체들의 어플리케이션들을 위해, ZnO의 크고 직접적인 밴드갭 및 강력한 압전 응답(piezoelectric response)은 Si에 대해 유용한 소자가 되도록 한다. 이전의 연구들은 ZnO가 수용성이고[3,4] 생체 적합하다는 것을 증명하고[5], 다양한 반도체 장치들에 이용될 수 있다는 것을 증명한다. 본 발명에서 노력(Effort)들은 완전히 과도인 소자들을 생산하기 위해 다른 수용성 물질들(예를 들면, Mg, MgO, Si, SiO2, 실크)을 가지는 ZnO의 통합에 초점이 맞춰져 있다.
두 개의 소자들은 추구된다. 첫번째는 박막 트랜지스터(TFT)이다. 이전 작업은 세 가지 방식 중 하나로 증착된 ZnO을 이용하여 투명 TFT들을 증명해왔다: 분자빔 에피택시, 스퍼터링 및 졸-겔 용액(sol-gel/solution) 방법들. ZnO의 전자 및 반도체 성질들(이동성, 저항성, 케리어 농도 등)은 마이크로구조, 특히 입자 크기에 의존한다[6]. 입자 크기는 어닐링 공정(annealing process) [8,9], 동안 입자 성장을 통해, 또는 스퍼터링 압력(sputtering pressure) [10,11]을 조절함으로써, 상승된 온도에서 증착에 의해 설계될 수 있다[7]. 또한, 어닐링 공정은 도펀트(dopant) 활성에 도움이 될 수 있다[12]. 또한, 전자적 성질은 TFT 들이 Ar만으로 스퍼터링함으로써 제조될 수 있지만, 스퍼티링동안 O2를 추가함으로써, 조절될 수 있다[13].
유연한 ZnO TFT들은 저온 어닐링 다음에, 또는 전혀 어닐링 하지 않고, 실내 온도에서 스퍼터링함으로써, 플라스틱 기판들 상에 형성될 수 있다[14,15]. 하부 게이트 TFT 설계들이 더 일반적이지만, 이러한 유형의 상부 게이트 및 하부 게이트 TFT들 모두는 가능하다[13]. 상기 레이아웃은 게이트 전극 및 게이트 유전체로써 PECVD에 의해 증착된 SiO2의 층으로써, 높게 도핑되고, 전사 프린트된 실리콘 나노막으로 활용된다. 어닐링 없는 ZnO의 저온 스퍼터링(sputtering)은 채널을 형성하고, Mg소스와 드레인 전극들은 과도 실리콘 장치들을 위해 개발된 방법들을 이용하여 증착된다. ZnO를 패턴닝하기 위한 일반적인 에칭 방법들은 실크에는 부적합하고; 상기 제약을 피하는 두 개의 전략들은 추구된다: (1) (1) 정밀 쉐도우 마스크들을 이용한 실크상에 직접적인 모든 첨가 과정, 및 (2) 마지막 단계로써, 실크에 대한 전사 프린팅에 적합한 박리 형식으로 실리콘 기판들 상에 완전한 제조.
전자적 성질들은 물에 잠겨 과도성 전과 과도성 동안에 측정된다. ZnO TFT들의 성질은 다양하게 문헌에 보고되었다. 온/오프 비율은 일반적으로 103과 105 사이에 있다. 장치 이동도는 마이크로구조, 채널 형태 및 처리 조건들에 매우 의존적이다. 보고된 값들은 0.02 cm2/(V s) 과 4 cm2/(V s)사이에 있다. 과도의 ZnO 장치들의 개발은 많은 새로운 도전들이 필요하게 때문에, 성능을 위해 대상들은 비-과도 버전들에 대해 보고된 경계값들 사이에 높인다: 온/오프 비율에 대해 104이고, 이동도에 대해 0.5 cm2/(V s)이다.
트리거된 과도성을 위한 실크 복합체들
실크에서 과도성은 실크의 결정 구조내에 존재하는 물리적인 가교들을 기반으로 한다. 용해의 제어 및 모드들의 측면에서 다양성을 더 추가하기 위해, 과도성의 다른 양상들을 가능하게 하는 실크 복합체들은 모색된다. 과도 전자 빌딩 블록들(electronic building blocks)과 접속되는 물질 툴키트(materials toolkit)는 개발된다. 실크를 보완하기 위한 상기 키트의 주요 소자들은 하기와 같다:
·콜라겐/젤라틴, 히알루론산 ― 이전 연구들(일반적으로 약 20 wt%에서, 상당 부분)을 기초로 안정적이고 강력하나 블랜드(blend)들을 형성하는 실크와 섞인 중합체들(의학적으로 관련된).
·안정적인 단백질 분해효소 입자들 ― 실크 및 콜라겐/젤라틴을 분해하는 단백질 분해 효소는 확립된 프로토콜(protocol)들을 이용하여 실크 마이크로포켓(micropocke)들 및 나노 포켓(nanopocket)들에서 분리될 수 있고, 또한, 효소들은 방출될 때까지, 활성을 차단하는 소분자 억제제(small molecule inhibitor)들 또는 항체들(antibodies)과 복합된다. 활성 효소의 방출은 가열 또는 압력에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 국소적으로 가열시, 효소들은 억제제에 대한 효소의 분리로 인하여 활성화될 수 있다. 유사하게, 히알루론산(hyaluronic acid)에 대해서, 히알루로니다아제(hyaluronidase)는 단백질 분해효소와 반대로 방출될 것이다.
·단백질 분해효소 억제제 ―EDTA 또는 항체들과 같은 억제제들은 매트릭스들(matrices)에서 더 안정한 영역들을 제공하기 위해 실크 물질들과 국소적으로 결합될 수 있고, 반면에, 매트릭스들의 빠른 분해를 위해 다른 영역들은 (방출 시) 효소들에 노출되어 남아있다. 이것은 물질의 선택된 영역들에서 분해를 제어하기 위해 조정할 수 있는 특징이다.
·엘라스텐 공중합체 ―온도, pH, 압력 및 다른 외부 요인들에 반응하여, 엘라스틴의 코스설베이션(coascervation)을 발생하는데 사용될 수 있고, 분해 효소들과 같은 성분들의 방출할 수 있다.
가열 또는 pH의 변화에 반응하는 단백질 분해 효소 - 특정 온도들에서 활성화되는 호열성의 효소(thermophilic enzyme)들, pH 내성 효소들, 항체-결합 효소들.
하술된 바와 같이, 일련의 테스트 물질들은 과도성의 기능 및 다양한 모드들을 위해 생성 및 평가된다.
과도 회로들에 대한 CMOS 파운드리 방법
과도 전자 장치들의 이전에 증명된 종류들은 웨이퍼들로부터 에칭된 얇은 실리콘 시트들을 이용했고, 전사 프린팅에 의해 관심 기판(예를 들면, 실크)상에 조립되었다. 여기서, 장치들(예를 들면, 트랜지스터들을 위한 소스, 드레인 전극들, 게이트 전극들 및 게이트 유전체들)의 주요 소자들 및 주요 소자들 사이 상호연결들은 과도 기판상에서 수행되어야 한다. 상기 방법은 컨셉(concep)들을 증명하는데 아주 적합하고, 과도성의 속도를 연구하는데 적합하지만, 높은 수준의 통합 또는 정교한 기능을 이용하여 시스템들을 형성하는데 사용할 수 없다.
상기 작업은 실제 어플리케이션들에 대한 과도 전자 장치에 대한 실제 경로로써, 파운드리-호환성 제조 과정들을 개발하여, 상기 제한들을 극복한다. 성공적인 개발은 실리콘 직접 회로들을 위한 확립된 제조의 인프라 구조(infrastructure) 상에 구축된 체계에서, 기능의 통합과 복잡성의 임의의 수준들이 가능하다. 두 가지 주요 과제들은 (1)과도 물질들만 사용하고, (2) 과도 기판들 상에서 전사 프린팅 및 상호 연결을 위해 An alternative 필요한 초박형 ?美? 형태들을 가능하게 하는 구성들에서 파운드리 CMOS를 형성하는 것이다. 우선, 접촉들, 바이어스 및 인터커넥트들을 위한 종래의 금속화의 자리에서 도핑된 폴리-Si(poly-Si)를 사용하는 수정된 회로/장치 레이아웃들은 개발된다. 바이어스뿐만 아니라, 접촉 및 인터커넥트들을 위해서, 텅스텐을 이용하는 것은 대안일 될 수 있고, 텅스텐은 물에서 텅스텐산(tungstic acid)을 일시적으로 형성한다. 두번째 문제의 경우에, SOI(silicon on insulator)기술은 전사 프린팅과 호환하는 작은 규모의 칩렛(chiplet)들에서, 들어나지 않은 핸들 웨이퍼(handle wafer)로부터 초박형 능동형 장치들 및 회로들의 방출을 허용하기 위해 이용된다. 성공을 위한 주요 열쇠들은 방출동안 능동형 장치들을 보호하는 에칭 화학과 장벽층들의 발전 및 들어나지 않은 웨이퍼에 대해 마이크로 장치들을 유지하는‘분리형(breakaway)’ 테더 구조(tether structure)들(즉, 앵커들)이다.
트리거드된 과도성
상기 작업 과정에서, 관련 기판들 및 장치들에서 과도성을 유도하는 대체 수단들은 프로그램화된, 또는 ‘트리거된’ 과도성에 대한 저전력 체계들을 확인하기 위해 이용되고, 적합한 환경적 조건들이 존재하지 않는 경우(예를 들면 가수분해를 유도하기 위한 물의 부족), 과도성을 유도한다.
열모세관현상(thermocapillarity)에 의해 전자적으로 유도된 과도성
이러한 것들 및 다른 시스템들에서 트리거된 과도성에 대하여, 열모세관현상은 나노크기에서 실행되는 경우, 박막에서 흐름들을 유도하는 저전력 수단을 이용하도록 제공한다. 여기서, 표면 장력 및 습윤 특성들에서 온도 의존성은 (온도의 변화가 아니라) 온도 구배들에 의해 정의된 방향을 따라, 정의된 속도로 대량 수송을 이끈다. 상기 현상은 밀리미터당 조금만큼 작은 열 구배가 충분한 프로그램 방법으로 표면에서 액체 액적들을 움직이도록 이전에 사용되었다[24]. 최근 작업은 마아크론 당 몇도의 온도 구배들에서, 동일한 물리학이 분자 유리들의 박막들에서 의미있는 흐름들이 가능하게 할 수 있다는 것을 보여주고 있다(도 32). 국소적 줄 가열을 제공하는 좁은(narrow) 전극들로 구현되는 전력적인 레이아웃들에서, 흐름들은 전도하는 트레이스들에서 전자적 개방(electrical opening)들을 유도하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 그 결과는 집적 회로에서 기능을 변경하거나, 제거할 수 있다. 또한, 상기 흐름들은 전체적인 시스템에서 과도성에 영향을 미치는 주변환경에 들어나지 않은 물질들을 노출시킬 수 있다.
본 과정에서 기본적인 매커니즘은 트리거된 과도성의 사용을 위해 명백한 공학적 설계법을 확립하는 것이 중요하다. 도 33은 필수적인 물리학을 나타낸 모델의 개략도를 나타낸다. 여기서, 필름의 국소적 가열은 표면 장력g을 감소시키고, 대부분의물질은 국소적 온도 T에 대하여 선형적이다. 비-균일한 온도는 표면 장력의 기울기에 비례하여 열모세관 전단 응력 t를 생성하고, 더 낮은 표면 온도의 영역으로 액체 또는 점성 고체를 당긴다. 나비어 스톡 방정식(the Navier-Stokes equation)에서 파생된 지배 방정식(governing equation)은 하기식과 같다.
Figure 112014062089431-pct00288
,
여기서,
Figure 112014062089431-pct00289
는 액체 및 점성 필름 두께의 위치 및 온도 의존성이고, t는 시간이고,
Figure 112014062089431-pct00290
는 전단 점도(shear viscosity)이다. 적절한 초기 및 경계 조건들을 가지는 상기 식은 시간에 따른 필름의 두께를 결정하도록 수치적으로 산출될 수 있고, 시간에 따른 필름의 두께는 트리거된 과도성에서 중요하다. 또한, 분석적인 계산은 오랜 시간의 동작동안 확립될 수 있고, 공학적 설계에 유용한 크기식(scaling law)을 제공할 수 있다. 예를 들면, 열 전력(heat power) Q 0, 열 전도도 k f 및 필름의 초기 두께 H f, 주변 온도 T 0, 및 표면 장력(g=g 0+g 1 T)에서 계수 g 0 및 g 1는 과정을 제어하기 위해 하나의 조합인
Figure 112014062089431-pct00291
이 된다는 것을 나타낼 수 있다.
광학적으로 유도된 과도성
광학적으로 유도된 과도성은 기판들 및 장치들의 프로그램 용해(programmable dissolution)를 위해 트리거 매커니즘에 대해 연구된다. 작업은 요구된 트리거링(triggering) 매커니즘들을 통합하기 위해 도핑된 실크들 및 실크 잉크들을 이용하는 것을 기초로 한다.
실크들은 광학 흡수제(optical absorber)들이다. 예를 들면, 나노입자로 도핑된 실크들은 트리거 매커니즘들로 사용된다. 최근, 금 나노입자(Au-NP)-도핑된 실크 용액들의 사용은 정합 코팅들[25] 에서 3차원 광자 결정[27] 에 대한 벌크 필름들[26]로일부 포맷들로 재구성되었고, 탐구되었다(도 34).
특히, 광학 트리거(optical trigger)는 플라즈모닉 공명(plasmonic-resonance)이 강화된 빛의 흡수을 통해 발생하는 것으로 구상된다. (실크 결정질 매트릭스의 열-유도된 수정을 통해) 벌크 물질에 영향을 주는 과도성 매커니즘들 및 도핑된 실크 기판들 및 패턴된 온-보드 장치들(patterned on-board devices)사이 인터페이스들은 빛으로 장치 분해를 유발할 수 있는 최종 목표에 활용된다.
금은 도핑된 실크 단백질 기판들 상에 분해성 소자들을 (완전히 또는 부분적으로) 제조함으로써, 과도 장치(생체내 및 실험관내 둘다를 포함하여, 즉, 피부에 장착되고 이식된 것들)를 개발하기 위한 것이고, 광학적 조명에 의해 유발된 광-열 효과들을 이용하여 분해 및/또는 파괴를 제어하기 위한 것이다. 열 국소화(Heat localization)는 물질들의 여러 영역들 또는 여러 층(들)에서 선택적인 도핑에 의해 얻을 수 있고/있거나, 입사광의 초점을 맞춤을오써 얻을 수 있다. 또한, 스탠드오프 위치(standoff position)(예를 들면, 레이저 표적)로부터 분해를 유발하는 것은 가능하고, 유발된 과도성의 상기 모드를 위한 파라미터들은 이용된다.
도펀트들을 위한 선택들: 반도체(CdSe 및 CdTe 등) 및 금속(Au 및 Ag) 나노 입자들 둘다는 도펀트들의 후보군이다 .금속은 1)많은 이동성 전자들 및 2)더 낮은 광학 양자 수율로 일반적으로 더 좋다. 금은 현제 주로 광-열 어플리케이션들에 대해 사용된 물질이고, 생체 적합성을 가정하면, 이식 어플리케이션을 위한 더 좋은 선택일 것이다. 그러나, 플라즈몬 공명 하인 경우, 은 나노입자들은 금보다 더 많은 열을 생성(10 배 높음)생성하고, 비-이식의 경우들(예를 들면, 피부에 장착된 과도 장치)에 대한 좋은 선택일 것이다.
Ag-NP들 및 Au-NP들에 대한 플라즈몬 공명은 ~ 400 ㎚ 및 530 ㎚에서 각각 발생한다. 상기 파장들에서 조직의 높은 흡수로 인하여, 다양한 나노구조들은 조직의 낮은 흡수 및 관련된 빛의 깊은 침투를 활용하도록 빨간색(650 - 900 ㎚)으로 플라즈몬 공명이 이동되도록 개발되었다.
비-이식성 어플리케이션들에 대해, Ag- 또는 Au-NPs 둘중 하나는 사용될 수 있고, 열은 파란색 또는 녹색 빛으로 원격 생성되었다. 생성된 열 Q 및 국소적 온도 증가 ?는 하기 식들에 의해 분석적으로 산출될 수 있다:
Figure 112014062089431-pct00292
[1]
여기서, 는 입사 방사선의 크기이고, 와 각각은 NP 및 주변 매질의 유전체 상수들이다.
Figure 112014062089431-pct00293
[2]
여기서, r은 NP의 중심으로부터의 거리이고,
Figure 112014062089431-pct00294
는 주변 매질의 열전도도이고,
Figure 112014062089431-pct00295
는 NP부피이다. 식 [1] 및 [2]를 결합하면, 최대 온도는 하기식[3]에 의해 주어진다(NP표면,
Figure 112014062089431-pct00296
에서 발생):
Figure 112014062089431-pct00297
[3]
여기서,
Figure 112014062089431-pct00298
는 빛의 강도이고, NP반경이 입사 파장보다 더 작은경우, 온도 증가는 NP 반경의 제 2 전원에 비례하고, 즉,
Figure 112014062089431-pct00299
이다. 예를 들면, 15 mW의 출력 전력을 가지는 휴대용 레이저 포인터(portable laser pointer)의 점크기(spot size)는 ~ 1 mm(초점맞추기 없이)이고, 의 광속에 대응한다.
흡수 농도 및 파장/ 흡수 조합들(광원의 파장과 도펀트의 공명 흡수 피크(resonant absorption peak)이 최적으로 일치하는)은 상기 매커니즘을 이용하여 다양화된다. (표 8에서, Au-NP 경우에 생성된 전력 및 다른 온도의 개요 참조). 휴대용(예를 들면, 레이저 포인터) 광원들을 이용하여 섭씨100도를 초과하는 온도 증가들이 예상된다.
표8
Figure 112014062089431-pct00300
추가적인 개념들은 파열될 과도 기판에 포함되는 효소로 채워진 포켓들을 열적으로 유도하기 위해 빛을 안내함으로써 회로들을 파괴하는 열모세관 현상과 결합되는 열활성화의 사용을 포함한다.
승화에 의한 과도성
과거의 작업는 가수분해에 의한 과도성을 보여주었다. 특정한 사용 시나리오(Certain use scenarios)들은 완전히 건조한 환경에서 과도성을 요구한다. 여기서, 장치들은 시간이 지남에 반드시 '먼지처럼' 사라져야 한다. 일 실시예는 실크기판 및 밀봉제를 실온에서 승화하는 고체 물질들로 교체한다. 특정 왁스들은 이러한 특성을 제공한다. 도 80을 참조하면, 완전히 건조한 과도성 모드를 위해 상기 물질들의 유틸리티(utility)는 이용되고, 승화는 초박형 장치들 및 인터커넥트들만 남긴다. 레이아웃 및 층의 두께는 기판의 과도성에 따라 자발적 파괴 및 분해로 이어지도록 설계되고, 이로써, 먼지 형식(dust format)을 랜더링(rendering)한다.
기계적 영향에 의한 과도성
충격-트리거된 과도성(Impact-triggered transience)은 기계적으로 도입된 과도성 작동 선택들의 특정 종류들(예를 들면, 휨, 씹기(chewing) 등)과 관련있을 수 있다.
실크는 통합되고 안정한 물질들을 생성하는 높은 함유량의 콜라겐(젤라틴) 또는 히알루론산(hyaluronic acid)과 혼합될 수 있어, 우수한 기계적 성능 특성을 제공한다. 안정되어있는 단백질 분해 효소 주머니(protease pocket)들(마이크로 또는 나노, 심지어 핵심 쉘 전기 방사 시스템들)은 제조 공정 일부로써 물질들에 혼합될 수 있고, 기계적인 결함시 파열되며, 효소 종류, 농도, 활성 상태와 기판 표면 면적에 의존적인 반응 속도로 기판의 기능적 분해를 위해 효소들을 방출할 것이다. 효소의 처음 대상은 젤라틴 및 히알루론산(히알루로니다제(hyaluronidase))과 같이 더 불안정한 성분들이 되고, 이로써, 추가적인 단백질 분해효소(예를 들면, 키모트립신 또는 단백질분해효소 XIV)에 의해 접근하기 위해 실크 구조를 이용할 수 있게 한다. 유사하게, 엘라스틴 공중합체들은 기능성 물질로 실크도메인을 연결하는데 이용되며, 물리적 충격에 민감할 수 있으며, 재료의 수축과 효소 방출의 결과로 (엘라스틴으로 사용되는 약물 전달 모드들로써) 분해과정을 활성화 한다.또한, 상기모든 선택 사항들은 큰 물질에 대해 좀 더 빠른 분해를 제공하기 위해, 전체 구조의 더 느린 분해 다음에, 실크 타일(silk tile)들이나 조각들에 코딩함으로써 도달할 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 포켓(pocket)들 또는 저장소는 기판에 리소그래피 피턴화될 수 있고, 형성 액체 또는 물질은 포켓 또는 저장소에 밀폐될 수 있다. 도 130은 이러한 양상을 이용하여 기계적 충격에 의한 과도성의 형태를 도시한다. 도 130(a)는 지면 방향으로 떨어지는(G), 초기 시간에서 점선 화살표를 따라(A), 나중 시간(B), 및 지면과 충돌 시(C) 일반적으로 과도성 장치(1300)을 나타낸다. 동일한 시간대들은 도 130(b)에 더 상세하게 도시되고, 여기서, 과도 장치(1300)은 포켓 또는 저장소의 형태에서, 기판(1302), 하나 이상의 무기 반도체 소자들(1304), 하나 이상의 금속성 전도체 소자들(1304) 및 액츄에이터(1306)을 포함한다. 그라운드와 충돌 시(G), 포켓 또는 저장소(1306)은 균열들(1310)을 형성하고, 또는 그렇지 않으면, 예를 들면 액체의 웅덩이(puddle)들(1312)와 같은 파괴 또는 파손되고, 내용물이 탈출하는 것을 허용한다. 예를 들면, 액체는 물, PBS용액, 효소 용액, 산, 염기, 비수성 용매 또는 이들의 조합일 수 있다.
RF비콘 시연용 장치
과도 시연용 장치(demonstrator device)는 RF 전송 기능을 탑재한 비콘(beacon)을 포함하고 있고, ~ 60,000피트 고도의 항공기에서 낙하하도록 설계 되었고, 도 81에 도시된다. 비콘(beacon)은 항공기가 1피트 떨어질때마다 변조된 RF 펄스 신호를 보낸다.
장치에서 필요한 사항들은 과도 기술들을 선택하여 구동하도록 한다. 1000 및 2000 사이에서 떨어지는 시간은 세부사항에 의존한다. 전송 전력은 프리스 자유-경로(Friis free-path)방정식에 따라 예측할수 있다[19]. 만약 항공기 안에 있는 수신기의 감광도가 -150 dBm 라면, 수신기의 안테나는 20 dBi 게인과 방향성을 갖는다. 비콘(beacon)에 있는 전송 안테나는 전방향이며 0 dBi 방향성 게인을 갖는다. 전송 범위는 60,000 피트이고, 반송주파수(carrier frequency)는 433MHz, 그때 비콘(beacon)의 전송 전력은
Figure 112014062089431-pct00301
만큼 작아질수 있다. 현실에서, 요구되는 전력은 회절 및 대기 흡수의 실제 제약을 극복해야만 한다. 조류의 이동을 감시하는데 사용되는 RF 송신기를 기반으로 작은 수치로(conservative) 예상하면, 10 mW의 출력 전력에 대해 최대 10km 전송 범위를 갖는다. 60,000 피트의 거리에서는 ~30 mW 전송기 출력 전력이 필요할수도 있다. 가정하면, 비콘(beacon)에 의해 생성된 펄스 폭은 20ms, 낙하하는 동안 소모되는 전체 에너지 는 ~30mj이다. 이 전력은 전지 베테리(cell battery) 또는 태양전지를 통해 제공될수 있다. 전지 베테리는 1.3 × 1.3 cm2 면적의 15 MAH의 일반적인 용량을 가진다. 20%의 효율을 가진 실리콘 기반의 태양 전지는 직사광선으로부터 100 ㎠ 를 생성할 수 있다[22]. 두 가지 선택들 모두는 추구된다.
비콘(beacon) 설계(2 × 2 ㎝)는 2단계 구조를 활용한다(도 82). 제 1 단계는 고주파 라디오 주파수를 생성한다(30 MHz 내지 433 MHz)를 생성하고, 제 2 단계는 생성된 신호를 변조와 증폭한다. 결과 신호는 임피던스 매칭 회로를 통과 한 후, 휩(whip) 또는 루프(loop) 안테나[23]에 의해 전송된다, 도 82의 도면은 태양전지의 전력 선택을 보여준다. 시연용 장치들은 과도 기판상 및 과도 인터커넥트, 즉, 과도 안테나와 함께 ‘과도 프린트된 회로 기판’에 통상의 소자들의 조립을 포함한다.
요약하면, 상기 작업의 결과들은: ZnO, 과도 물질들에 대한 증착 방법들을 이전에 증명된 다른 방법과 호환가능한 방식으로 지정하고 한정하고; 다이오드들 및 트랜지스터들을 포함하는 ZnO 과도 전자 소자들을 구성하여 입증하고, 이론적 모델에 대한 과도 동작들을 비교하고; 분자 종류들의 박막들에서 제어된 열모세관현상(thermocapillarity)에 대한 구조들을 구성하여 입증하고; 장치 구조에서 과도성에 대한 열모세관현상 트리거들을 실행하고; 이론과 동작을 비교하고; ZnO 및 Si 소자들 둘 다를 포함하는 완전한 과도 구조들에서 과도성을 위해 열모세관현상 트리거들을 실행하고; CMOS 파운드리 제조을 위해 회로/장치 레이아웃들을 개발하고; Si 공정들을 이용하여 설계들의 시제품을 만들고(prototype); w/전사 프린팅을 호환할 수 있는 소규모 칩렛들을 입증하고; 통합 장치들과 실크 + Au-NP 기판들을 가지고 광학적으로 트리거된 과도성을 실행하고; 기판 분해에 대한 광학적 트리거들을 입증하고; 장치들 중 광학적으로 트리거된 분해를 입증하고; 독립형 필름 형식(free-standing film format)들에서 실크/단백질 분해효소 화합물들의 제조를 입증하고; 마이크로포켓들을 포함하는 과도 전자 장치를 위한 실크 기판들의 제조와 특성들을 입증하고; 제조된 복합체 기판들상에 전자 장치들의 통합을 입증하고; 실크-복합체 과도 이동도 및 시간들, 특히 충격 과도성의 테스트 및 검증을 수행하고; 충격 중심의 과도성(impact driven transience)을 위해 기판상의 장치들을 통합하고; 충격 트리거된 과도성을 입증하고; RF 비콘 장치들을 설계하여 시제품을 만들고; 흡수성 기판들 상에 RF 비콘들을 제조하고; Si 태양 전지 및 배터리 인터페이스들을 입증하고; 승화하는 왁스를 얻고, 물질 평가를 수행하고; 승화하는 왁스상에 과도 전자 소자들을 제조하고; 및 승화에 의해 과도성을 증명한다.
실시예 10
수용성 ZNO TFT들과 에너지 포집기들
이번 실시예는 수용성 ZnO 박막 트랜지스터(TFTs) 캐패시터들 및 에너지 포집기들을 증명하고 있다. 도 83 및84 는 ZnO 바막 트랜지스터 및 캐패스터 배열들 및 소자들의 개략도를 나타내고 있다. 트랜지스터는 Mg 소스, 드레인 및 게이트 전극들, SiO2 게이트 유전체와 ZnO 반도체들을 포함하고 있고, 캐패시터는 바닥의 Mg 전극을 가지는 기판을 포함하고, ZnO 반도체는 바닥의 Mg 전극위에 배치되어 있으며, ZnO 층 상에 Mg 전극이 배치되어 있다. 도 85는 ZnO 필름 특성의 그래프와 현미경 사진을 보여준다. 예를 들어, 분말 x선 회절 그래프(powder X-ray diffraction plot)와 ZnO의 결정 구조 표현(도 85a), 전원이 on, off 인 경우, ZnO 필름을 위한 전압에 따른 변위 곡선(도 85b), ZnO 필름의 전자 현미경 사진(도 85c) 및 ZnO 필름을 위한 시간에 따른 바이어스 곡선(도 85d)를 보여준다. 예상되는 ZnO 필름의 입자 크기는 약 25㎚이다. 추가적으로, ZnO 트랜지스터들의 전기적 특성은 도 86의 전류 대비 전압의 그래프에서 제공한다. 그리고 그래프는 on/off 비율 > ~103, Vth (문턱 전압) ~ 2V, 이동도
Figure 112014062089431-pct00302
를 나타내고 있다. 응력/스트레인 하의 ZnO 에너지 포집기들에 대해서(도 87(c)), 시간에 따른 전압(도 87(a))과 전류(Figure 87(b)) 의 그래프는 P = I x V = 6 nW, 전력밀도= 0.15
Figure 112014062089431-pct00303
, 및 스트레인 속도 = 1.5 cm/sec을 나타낸다. 도 88은 실크 기판들 상의 ZnO 트랜지스터의 배열들과 에너지 포집기 배열들이 한시간에 걸쳐 물에 용해되는 시간의 경과에 따른 사진을 나타낸다. 도 89는 순간적인 ZnO 트랜지스터(도 59(a))의 성능을 그래프로 보여준다. 성능은 시간에 따른 이동도(도 89(b))와 전류에 따른 전압(도 89(c))에 의해 측정된다. 도 90은 실크 기판위에서의 Mg 접촉들을 가지는 ZnO 에너지 수확기로부터의 전류모델을 나타낸다.
Figure 112014062089431-pct00304
여기서,
Figure 112014062089431-pct00305
- 유효 압정 상수(effective piezoelectric constant)
Figure 112014062089431-pct00306
- 로딩 및 전류의 주기(period of the loading and current)
Figure 112014062089431-pct00307
- 각 군의 리본(ribbon)들의 영역
Figure 112014062089431-pct00308
- 리본들의 평면내 크기(inplane size)
Figure 112014062089431-pct00309
- 리본들의 수
Figure 112014062089431-pct00310
= - 0.45 C/m2 (물질 라이브러리(material library)로부터의 값과 같은 순서로)에 대하여, 최대 전류의 이론적인 값과 실험적인 데이타는 Imax = 0.55 nA. 으로 동일하다. 도 91은 실크 기판상에서의 ZnO 에너지 수확기와 Mg 접촉의 전압모델을 나타낸다.
Figure 112014062089431-pct00311
여기서,
Figure 112014062089431-pct00312
- 로딩 밀 전압의 주기
Figure 112014062089431-pct00313
- 유전체 상수
Figure 112014062089431-pct00314
- 볼트미터(voltmeter)의 저항
Figure 112014062089431-pct00315
(물질 라이브러리로부터) 및
Figure 112014062089431-pct00316
에 대하여, 최대전압의 이론값과 실험 데이타는 V max = 1.14 V 으로 동일한 값을 나타낸다.
전기적으로 트리거된 과도성
RF 유도된 전기화학
도 92는 설치된 전기 화학적 측정의 개략도(도 92(a)) 및 약 0.2 cm2 의 전극 면적을 가지는 Fe, Al 및 Cu에 대한 전류 대 전압의 그래프(도 92(b))를 나타낸다. Fe, Al 및 Cu 전기화학적 연구는 양극 전압을 인가시, 상당히 빠를 수 있는 용해 속도를을 도시했다. 표 9는 Fe, Al 및 Cu에 대한 추정된 용해 시간을 나타낸다. 그러나, Al 및 Cu 는 불균일한 용해를 나타낸다는 것을 주목해야한다.
표 9
Figure 112014062089431-pct00317
도 93은 회로 시연의 개략도를 도시하고, 여기서, 전기화학을 통한 제 1 전류 경로의 양극 용해는 LED를 켜는 제 2 전류 경로를 흐르는 전류를 유발한다. 도 94는 양극 용해 전(도 94(a)) 및 후(도 94(b)), 도 93에서 개략적으로 나타낸 장치의 사진들을 도시한다. 용해 반응은 선택적으로 제거 가능한 금속이 50 ㎛로 넓고, 50 ㎚로 두꺼운 경우, 4초후에 발생한다.
태양 전원의 RF 비콘 및 과도 PCBS
도 95는 태양 전지, 저주파수 신호 생성기, 스위치, 고주파수 신호 생성기 및 임피던스 매칭 유닛(impedance matching unit)의 개략도이다. 비콘에 의해 전송되는 신호는 RF 증폭기와 신호 분석기를 포함하는 수신국에서 수신된다. 전체 비콘 전송기는 과도 인터커넥트들(Mg) 및 기판(실크 피브로인 필름)을 기초로 하고, 전력은 실리콘 기반의 태양 전지들에 의해 제공된다. 고주파수 신호(160 MHz)는 저주파수 신호(1 Hz)에 의해 변조된다. 수신국은 매우 작은 신호들을 검출할 수 있는 높은 게인 안테나와 최신식의 RF 증폭기를 포함한다. 비콘 전송기는 소형화된 코일 안테나(휩 안테나(whip antenna)를 포함한다.
도 96은 앞면(도 96a), 뒷면(도 96b) 및 앞면 및 뒷면의 배열(도 96c, 도 96d)을 나타내는 과도 양면 프린트된 회로 기판의 개략도를 도시한다. 처음 단계에서, Mg는 실크 기판상에 쉐도우 마스크를 통해 증착된다. 그리고 나서, 구멍들은 패드들을 관통하여 뚫리고, 앞 및 뒤 소자들은 은 페이스트(silver paste)와 연결된다. 도 97은 양면 태양 전원 RF 비콘의 개략도(도 97(a)) 및 양면 태양 전원 RF 비콘의 사진(도 97(b))이다. 도 98은 안테나를 통해 수신국의 신호 분석기의 안테나와 통신하는 Mg안테나에 부착된 태양 전원의 RF 비콘의 사진을 도시한다.
도 99는 약 3 ㎛의 두께를 가지는 태양 전지(도 99(a)) 를 도시하고, 태양 전지에 대한 전류 및 전력 대(versus) 전압을 보여주는 그래프(도 99(b))를 도시한다. 비교를 위해, 도 99(c)는 도 98의 비콘에서 사용되는 ~15 ㎛두께의 태양전지에 대한 전류 대 전압의 그래프를 도시한다. 그 결과들은 과도 RF 비콘 송신기들과 통합을 위해 더 얇은 Si 태양 전지들(~3㎛)의 가능성을 증명한다.
도 100은 태양 전원의 RF비콘(beacon)들의 사용을 위해 160 MHz의 중심주파수를 가지는 전방향 Mg코일 안테나를 나타낸다. 도 101은 장치가 고전력에서 DC 전력 공급 장치(DC power supply) (도 101a) 및 저전력에서 과도 태양전지(도 101b)에 의해 구동되는 경우, 비콘 신호 출력의 그래프를 제공한다. 도 102는 DC전력 공급 장치에 의해 구동되는 경우(도 102a), 5미터 거리에서, 및 과도 태양 전지에 의해 구동되는 경우 (도 102b), 10cm의 거리에서 비콘으로부터 수신기에 의해 수신되는 신호의 그래프를 제공한다. 도 103은 통상의 태야야 전지들을 이용하여 실크 기판 상에 과도 RF 비콘 송신기의 사진이다.
비수성 과도 물질(NON-AQUEOUS TRANSIENT MATERIAL)들
도 80은 10일의 과정동안 승화성 왁스의 시간 경과에 따른 사진을 나타낸다. 승화성 왁스를 포함하는 과도 장치들은 약 80℃에서 왁스의 고체 형태를 녹임으로써 제조될 수 있고, 실온에서 냉각시키거나, 핵산과 같은 유기 용매로부터 왁스를 스핀 주조하고, 몇 시간 동안 스핀된 왁스(spun wax)를 건조시킨다. 용융법을 이용하여, 모양과 두께의 임의의 종류가 제어되는 것은 가능할 것이다. 그러나, 왁스는 미세 조각들로 부서지기 쉬고, 쉽게 깨진다. 더욱이, 금속의 물리적 증착은 매우 높은 증기압으로 인하여 불가능하다. 스핀 주조 방법의 이용은 필름이 빠르게, 예를 들면 24시간 이내에 사라지는 결과를 가져온다. 얇은 형상은 기판이 너무 깨지기 쉬워서 다루기 어렵고, 별도의 지지가 바람직하다. 추가로, 필름들은 마이크로/나노 공극률이 존재한다. 도 104는 과도 장치의 사용에 대한 승화성 물질들을 생성하기 위한 전기 방사 장치들의 사진을 나타낸다.
승화성 물질들(Sublimable materials)은 드라이 아이스(dry ice)(CO2), 나프탈렌(C10H8), 암모늄 클로라이드(NH4Cl), 염화철(FeCl3), 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 멜라닌(C3H6N6), 니켈로센, 장뇌(C10H16O), 카페인(C8H10N4O2), 및 다른 유기 결정들, 및 사리지는 왁스(disappearing wax)포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 물질들은 개별적으로 사용될 수 있고, 서로 조합하여 사용될 수 있고/있거나, 구조적으로 지지하는 매트들에서 섬유들로써 작은 분자, 흡수성 물질들을 통합하는 복합체로 사용될 수 있다.
도 105는 대표적인 전기방사 물질(electrospun material)들의 사진들을 제공한다. 도 105(a)의 좌측은 건조한 전기 방사 PVA매트(mat)를 보여주고 있으며, 우측은 수화된 전기 방사 PVA매트를 보여주고 있다. 도 105(b)의 좌측은 면 거즈를 보여주고 있으며, 으축은 전기 방사 소 피브리노겐(bovine fibrinogen) 매트를 보여주고 있다.
과도 금속들의 용해 속도
과도 금속(transient metal)들의 용해 속도가 연구되었다. 과도 금속들은 인체, 중성의 물, 해수등과 같은 생물학적 환경(pH6-8)에서 분해될 수 있고, 생체흡수성이고, 환경적으로 친화적이고, 전자 장치들과 호환가능하다.
표 106은 300㎚의 두께로 증착된 다양한 금속들(Mg, Zn, AZ31B(Al: 3%, Zn: 1%을 포함하는 Mg 합금), Fe 및 W)(도 106(a)) 및 150㎚와 300㎚의 두께를 가지는 Fe(도 106(b)) 에 대한 메탈라인(metal line)들을 나타내는 전기적 개방들(electrical opens)에 대한 대략적인 시간의 그래프를 나타낸다. 표 10은 그 결과를 요약한다:
표 10
Figure 112014062089431-pct00318
도 107은 용해 메커니즘의 개략도를 제공한다. 도 107(a)는 금속의 구멍들과 결함들을 통한 물 확산 및 표면으로부터 깨져 나오는 금속 덩어리(metal chunk)들의 플레이킹 또는 분해를 포함한다. 추가로, 도 107(c)는 용해시 더 얇아지고, 더욱 다공성이 되는 금속을 보여주고 있다. 전형적인 용해 매커니즘에서, 금속들은 반응에 따라 물과 반응한다:
Figure 112014062089431-pct00319
도 107(b)는 분해없이 용해를 포함하는 메커니즘을 도시한다. 상기 반응 확산 모델은 두 개의 상수 파라미터들, k(반응) 및 D(확산)에 의해 정의되고, 금속으로의 표면 반응 및 물 확산을 포함한다. 모델은 분해/플레이킹을 통합하지 않는다.
일반적인 용해 현상은 필수적으로 균일하지 않은 용해에 의해 이루어진다. Ti 또는 Cr의 5㎚ 접착층과 함께 유리상에 패턴화된 금속들의 연구에 있어서, 시간에 따른 저항의 변화는 두께와 공극률 변화들 둘다로부터 온다 .필름의 질이 증착 조건들에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 조건들은 각각의 금속에 대해 일정하게 유지하였다.
도 108은 도 107(b)에 부합되게, 시간이 지남에 따라 금속 용해를 보여주는 이론 및 실험결과를 그래프로 나타낸다. 모델은 더 빠른 용해 금속들(Mg, Zn 및 Mg 합금, 그러나 더 느린 용해 금속들(W, Fe(300㎚))에 대해서는 벗어남)에 적합하다. 분해/플레이킹(Disintegration/flaking)은 전체의 용해 시간을 통해 유사한 반응속도를 제공하는 빠른 용해 금속들에 대하여 용해를 시작한 직후, 발생하고, 상수 k와 D 를 이용하는 것은 이론적 예측들에 대해 상당한 편차를 적용하지 않는다.
박리가 더 두꺼운 필름에서 더 높은 확률로 발생하지만, 특히, 더 긴 시간 침지되는 경우에, 플레이킹은 스퍼터링 공정(sputtering process)동안 개발된(developed) 압축 잔류 응력(compressive residual stress)으로 인하여, 오직 얇은(100㎚) 텅스텐 필름들에 대해 관찰되었다. 텅스텐의 용해 반응 속도는 초기 및 후기 단계들 사이에서 다를 수 있다. 예를 들면, 텅스텐은 후기 단계에서 분해/박리가 중요해지면서, 초기단계에서 불균일하게 용해될 수 있다. 후기 단계에서 실험 데이터에 맞게 상수 파라미터들 k와 D를 이용하는 것은 초기 단계에서 용해 속도를 과대 추정할 수 있다(over-estimate). 도 109는 처음 6시간 동안 균일한 표면 형태에 대해 텅스텐 트레이스(trace)들의 초기 용해를 보여주는 사진들을 제공하고, 다음에, 예를 들면 18시간 후(도 109(b))에, 상당해지는 텅스텐 트레이스들의 박리/플래이킹을 제시하는 비균일한 표면을 나타내고, 뿐만 아니라, 텅스텐 박리(도 109(c)), 텅스텐 박리 및 균열(도 109(d)) 및 PBS용액에서 텅스텐 플레이킹(도 109(e))의 예를 나타낸다. 스퍼터링 Ar압력(sputtering Ar pressure)을 증가시키고, 다른 기판들(유리 내지 Si)으로 변경하고, 더 나은 격자 일치(lattice match)(BBC 상 둘다)와 함께 안정적인 알파 W상을 촉진시키는 Cr접착층을 이용함으로써, 잔류 응력(residual stress)을 감소시키는 것은 가능하였다.
도 110은 초순수에서 용해 전(도 100(a)) 및 용해 20시간 후(도 110(b))의 W필름들의 사진들을 보여주고 있다. 텅스텐은 적절한 동작으로 초순수에서 용해되었고, 박막의 플레이킹(flaking)를 이용하여 PBS용액에서 더 빠르게 용해되었다. 밀도가 높은 W 박막은 용해 후 다공성 네트워크가 되었다. XPS는 용해동안 표면상에 WO3형성을 보이지 않았다. 도 1110(c)는 다른 폭을 가지는 100㎚ W필름의 용해 동작을 나타낸다.
AZ31B의 용해는 비균일한 것으로 관찰되었다. AZ31B는 PBS용액에서 용해가 더욱 빠르게 되어짐에 따라, 결국 완전히 용해 된다. XPS의 결과들은 용액에 노출된 표면상에 MgO/Mg(OH)2을 보여주었다. 도 111은 용해 전 (도 111(a)) 및 초순수(도 111(b))에서 용해 2시간 후 AZ31B필름을 나타낸다. 도 111(c)는 초순수 및 PBS용액에서 300 ㎚ AZ31B Mg 합금의 용해 동작을 나타낸다.
Zn의 용해는 불균일한 것으로 관찰되었다. 인산염의 형성은 용해를 느리게 하므로, Zn은 초순수에서 더 빠른 용해를 이용하여 결국 완전히 용해되었다. XPS는 낮은 증기압 때문에, Zn 상에서 수행될 수 있었다. 도 112는 용해 전(도 112(a)) 및 초순수에서 용해 2시간 후(도 112(b))의 Zn 필름을 보여주고 있다. 도 112(c)는 초순수 및 PBS용액에서 300㎚ Zn의 용해 동작을 나타낸다.
Fe의 용해는 불균일한 것으로 관찰되었다. Fe는 일부분에서 부식하기 시작했고, 녹 생산물들은 몇일까지 완전히 용해되지 않았다. Fe 용해는 몇일 후, 저항 변화가 없는 더 작은/더 밀도가 높은 알갱이들을 가지는 박막에 대한 증착 조건들에 매우 민감하다. Fe는 PBS용액에서 더 빠르게 용해된다. XPS는 녹, Fe2O3/Fe(OH)3과 관련된 표면 생산물들을 보여주었다. 도 113은 도 112(b)의 더 미세한 알갱이들보다 더 빠르게 부식되는 굵은/밀도가 높은 알갱이들(도 112(a))을 가지는 Fe 필름을 나타낸다. 도 112(c)는 초순수(DI water)와 PBS용액에서 150㎚ Fe의 용해 동작을 나타낸다.
도 114는 초순수(DI water)(pH 6.8) 및 인산염 완충액(phosphate buffer solution) (pH 7.4)에서 금속 용해 데이터를 요약한다. 비교를 위해, PBS에서 Si의 용해 성질들은 도 115에 도시되고, 표 11에 요약된다.
표11
Figure 112014062089431-pct00320

열 치료에서 과도 장치들
과도 장치들은 세균 감염에 대응하기 위해 열 치료를 관리할 수 있는 수술 부위에 이식될 수 있다. 도 116은 실크 기판상에 Mg 인덕터 코일 및 Mg 레지스터(~300 W)을 가지는 과도 열 치료 장치의 사진(도 116a) 및 적외선 이미지(도 116b)를 보여주고 있다. 49 MHz에서, 장치는 약 25% 전력으로 동작한다. 상기 장치는 일주일 후 감염의 아무런 흔적(sign)없이 쥐 모델들에 이식되었다.
도 117은 세균 배양(bacterial culture)들의 생체내 평가들에 관한 사진을 나타낸다. 조직들은 무게가 측정되고(각각의 샘플마다 70-80 mg), DPBS(2.5-3 mL)에서 균질화되고, 105, 106 및 107 배로 희석된다. 각각의 희석액의 50
Figure 112014062089431-pct00321
은 플레이트 2 TSB 아가 플레이트들로 사용된다. 37℃에서 24시간 배양 후, 플레이트 상 군집들(colonies)은 표 12에 세어 나열하되었고, (H)는 건강한 조직의 이식 및 주입을 포함하지 않고, (D)는 이식된 장치를 포함하고, (B1 and B2)은 세균이 주입되었다:
표 12
Figure 112014062089431-pct00322
H 또는 D상에서 세균은 관찰되지 않았다.
초기 작업의 요약
도 118은 실크 기판상에 완전히 구성된 과도 MOSFET들 및 집적 회로들의 개략도르르 제공한다. 도 119는 도 118의 완전히 구성된 과도 MOSFET들 및 직접회로들의 용해의 시간 경과를 보여주는 사진을 제공한다. 도 120은 완전히 구성된 과도 MOSFET들 및 집적 회로들의 사진들 및 성능 그래프(performance plot)들을 제공한다. 특히, ㎚os 인버터 배열들 및 논리 게이트들은 포토리소그래피를 이용하여 제조되고, 전기적으로 특성화된다. 도 121는 과도 RF 저너자장치의 사진 및 성능 그래프들을 제공한다: (a-b) 정류기들, (c-d) 캐패시터들, (e-f) 인덕터들 및 (g-h) 레지스터들. 도 122는 3-단계 cMOS 링 오실레이터들의 형태에서 과도 RF 전자 장치들의 사진 및 성능 그래프를 제공한다. 도 123은 Fe 전극 cMOS 오실레이터들의 사진들을 제공한다. 도 124는 Fe 전극 cMOS 논리 회로들(NAND, NOR)과 관련있는 사진, 회로도 그래프들을 제공한다. 도 125는 논리 회로 변환(논리 회로에서 CMOS 인버터로)의 사진들를 제공한다. 도 126은 Mg 합금(AZ31B, Al 3%, ZN 1%) TFT들의 성능을 보여주는 그래프들을 제공한다. 도 127은 안테나들을 가지는 과도 RF 전자장치들에 대한 사진들, 성능 그래프들 및 시간경과 용해 연구들을 제공한다. 도 128은 도 121 내지 도 127로부터 소자들을 포함하는 과도 RF 장치의 개략도들, 사진들 및 시간 경과 용해 연구들을 제공한다.
실시예 11
상기 실시예는 전기 화학적 과도 전력 공급 장치를 공개한다. 전기 화학적 과도 전력 공급 장치의 일 실시예에서, Mg-Fe 또는 Mg-Pt(Au)금속 커플(metal couple)들은 인 인-시츄(in-situ) 마이크로 히터를 형성하기 위해 Mg 분해시 과도 베터리를 형성한다. 도 129는 과도 전력 공급 장치(도 129(a))의 계략도 및 금속 커플들(도 129(b)-(c))에 대한 시간에 따른 전압과 방전 전류(discharge current)를 나타내는 성능 그래프(performance plot)을 보여주고 있다.
참조문헌 및 변화들에 의해 설립( INCORPORATION )에 관한 성명서
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본 명세서에서 사용된 용어 및 표현은 제한하기 위한 것이 아닌 설명하기 위한 것으로서 사용되고, 또한 나타낸 도 및 그로 인해 설명된 부분의 어느 등가물을 제외하기 위한 용어 및 표현을 사용하는 것을 의도하지 않으나 본 발명이 청구하는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시예, 예시적인 실시예 및 선택적 특징에 의해 특정되어 개시됨에도 불구하고, 개념상의 수정 및 변형이 본 발명이 속한 기술분야의 통상적 지식을 가진 자에 의해 의존할 수 있고, 그러한 수정 및 변형은 첨부된 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에서 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 제공되는 특정한 실시예들은 본 발명의 유용한 실시예의 예이고 본 발명이 현재 설명에서 시작된 많은 종류의 장치, 장치 구성요소, 방법 단계를이용하여 수행될 수 있음은 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 숙련된 당업자들에게 명백한 것이다. 본 발명이 속한 기술분야의 당해 기술 중 하나에 명백한 것으로서, 본 방법에서 유용한 방법 및 장치는 많은 선택적인 구성 및 공정 요소 및 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 치환기 군이 개시되는 경우, 임의의 이성질체, 거울상이성질체 및 부분입체이성질체를 포함하는 상기 군 및 모든 부분군의 모든 개별적 구성물은 분리되어 개시된다. 마쿠시(Markush) 군 또는 다른 군이 본 명세서에서 사용되는 경우, 상기 군 및 상기 군의 모든 가능한 조합 및 부분조합의 모든 개별적 구성물은 개별적으로 개시되어 포함되기 위한 것이다. 본 명세서에서 화합물이 설명되는 경우, 상기 화합물의 특정한 이성질체, 거울상이성질체 또는 부분입체이성질체는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 화학식 또는 화학식 이름에서, 상기 설명은 개별적으로 또는 어느 조합에서 설명된 상기 화합물의 각 이성질체 및 거울상 이성질체를 포함하기 위한 것이다. 추가적으로, 다른 방식으로 한정되지 않는 한, 본 명세서에서 개시된 모든 이성질체 변형물은 개시되어 포함되기 위한 것이다. 예를 들어, 개시된 분자 중 하나 이상의 수소가 중수소 또는 삼중수소과 대체될 수 있는 것으로 이해된다. 분자의 이성질체 변종은 분자의 검출 및 분자 또는 그 용도와 관련된 화학적 및 생물학적 조사에 일반적으로 유용하다. 이성질체 변종의제조방법은 본 기술분야에 알려져있는 것을 사용한다. 화합물의 특정한 이름은 본 발명의 기술분야에서 같은 화합물을 다르게 명명할 수 있는 것으로 알려진 바와 같이 예시적으로 사용되기 위한 것이다.
따르는 참조문헌들은 전자 장치들을 형성하는 제조 방법들, 구조들 및 시스템들과 일반적으로 관련이 있고, 본 발명에 모순이 되지 않을 정도를 참조하여 여기서 포함된다.
첨부된 청구항 및 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태인 "a, "an" 및 "the"는 문맥이 명확하게 다른 것을 지시하지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 그러므로 예를 들어, "세포"의 참조는 상기 세포 및 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 세포 및 등가물을 포함한다. 또한 "a"(또는 "an"), "하나 이상의" 및 "적어도 하나"는 본 명세서에서 상호교환적으로 사용될 수 있다. 또한, "포함하는(comprise), "구비하는(including)" 및 "가지는(having)"의 용어는 상호교환적으로 사용될 수 있다. "제 XX 항 내지 제 YY 항 중 어느 항에 있어서"(여기에서 XX 및 YY 는 청구항 번호를 의미한다)의 표현은 대체 형식으로 복수의 종속된 청구항을 제공하기 위한 것이고, 본 발명의 일실시예에 있어서 "제 XX 항 내지 제 YY 항 중 어느 한 항에 있어서"의 표현과 상호교환될 수 있다.
Figure 112014062089431-pct00323

다른 방식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미를 가진다. 본 명세서에서 설명된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 물질이 본 발명에서 제시된 연습 또는 실험에서 사용될 수 있더라도, 바람직한 방법 및 물질은 이제 설명되어 있다. 본 명세서에서는 본 발명이 이전의 발명에 대해 공개된 내용들에 대하여 선행하는 권리가 없다는 입장으로 해석되지 않는다.
예를 들어, 정수의 범위, 온도 범위, 시간범위, 조성 범위 또는 농도 범위 등의 범위가 구체화되어 주어지는 경우, 주어진 범위 내에 포함되는 모든 중간 범위 및 부분 범위 뿐만아니라 모든 개별 값은 개시된 내용에 포함하기 위한 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 구체화된 범위는 범위의 종점 값으로 제공된 값을 포함한다. 예를 들어, 1 내지 100의 범위는 구체적으로 1 및 100의 종점값을 포함한다. 이는 여기에서 설명된 내용에 내포된 부분 범위 또는 범위에서 어떤 부분범위 또는 개별 값이 여기에서 청구하는 내용으로부터 제외될 수 있다고 이해될 수 있다.
여기에서 사용된 "포함하는"은 "내포하는, "함유하는" 또는 "특징화된"과 동의어이고 상호교환되어 사용될 수 있으며, 또한 포함 또는 열린 결말을 의미하여 추가적인, 재인용되지 않은 요소 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 여기에서 사용된 바와 같이 "이루어진"은 청구항에서 한정되지 않은 다른 요소, 단계 및 구성요소를 배제한다. 여기에서 사용된 바와 같이 "필수적으로 이루어진"은 청구항의 기본적이고 참신한 특성에 물질적으로 영향을 주지 않는 물질 또는 단계를 제외하지 않는다. 여기에서 "포함하는", "필수적으로 이루어진" 및 "이루어진"의 용어는 다른 두 용어중 다른 하나로 대체될 수 있다. 본 명세서에서 묘사적으로 적절히 설명된 본 발명은 구체적으로 개시되지 않은 어느 요소 또는 요소들, 제한 또는 제한들이 부재(absence)하더라도 실행될 수 있다.
본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 기술들 중 하나는 구체적인 예시 의외의 출발물질, 생물학적 물질, 시약, 합성 방법, 정제 방법, 분석 방법, 정량분석법 및 생물학적 방법들이 다른 과도한 실험에 의존하지 않고, 본 발명의 실시에 이용될 수 있다. 이러한 물질들 및 방법들 중, 모든 종래의 기능적 등가물들은 본 발명에 포함되는 것이다. 배열된 용어 및 표현은 제한이 아닌 설명의 용어로서 사용되었고, 나타내고 설명된 도 또는 이들의 일부분의 등가물을 제외하는 용어 및 표현의 사용에 다른 의도가 없으며, 발명이 청구하는 범위 내에서 다양한 수정이 가능한 것으로 인식된다. 그러므로, 본 발명이 바람직한 실시예에 한정하여 개시되었음에도 이해될 수 있고 또한 여기에서 개시된 개념의 선택적인 특징, 수정 및 변형이 본 발명이 속한 통상의 지식을 가진 자 및 첨부된 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내의 수정 및 변형에 따른다.

Claims (116)

  1. 삭제
  2. 능동형 트리거 과도 전자 장치(actively triggered transient electronic device)에 있어서,
    기판;
    상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 소자들;
    상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 일부에 제공되는 실크 오버코트(overcoat); 및
    사용자 개시 외부 트리거 신호에 응답하고, 상기 하나 이상의 무기 소자들과 작동 가능하도록 연결된 액츄에이터;를 포함하고,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지며,
    여기서, 상기 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 상기 액츄에이터는 상기 외부 또는 내부 자극에 대해 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 일부가 드러나도록 상기 실크 오버코트를 부분적으로 제거하며, 상기 외부 트리거 신호에 대한 능동형 트리거 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고,
    상기 프로그램 변형은 제 1 상태에서 제 2 상태로 상기 능동형 트리거 과도 전자 장치의 기능 변경을 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들의 변형은 생체 흡수(bioresorption)가 아닌 과정들에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들의 상기 변형은,
    (i) 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 일부가 적어도 부분적인 승화 또는 용융을 거치는 상 변화에 의하거나,
    (ii) 용매에서 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 부분적인 용해를 통하거나,
    (iii) 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 부분적인 가수분해를 통하거나,
    (iv) 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 부분적인 에칭 또는 부식을 통하거나,
    (v) 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 일부가 전자기 방사선을 흡수하고, 적어도 부분적인 화학 또는 물리 변화를 거치는 광화학 반응에 의하거나,
    (vi) 전기 화학 반응에 의하거나, 또는
    (vii) 상기 하나 이상의 무기 소자들이 절연체로 변환되는 화학 또는 물리 변화에 의해 발생하고, 상기 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 기선택된 과도성 프로파일은 1 ms 내지 2년의 범위에서 선택된 시간 간격을 거쳐 상기 하나 이상의 무기 소자들의 0.01% 내지 100%의 변형에 의하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  9. 삭제
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 기선택된 과도성 프로파일은
    Figure 112019502225684-pct00489
    내지
    Figure 112019502225684-pct00490
    의 범위에 걸쳐 선택된 속도로 상기 하나 이상의 무기 소자들의 전기 전도성의 감소에 의하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 2항에 있어서,
    상기 외부 또는 내부 자극은 생물학적 환경에서 변화, 온도에서 변화, 압력에서 변화, 전자기 방사선에 대한 노출, 화학 작용제(chemical agent)와의 접촉, 전기장의 인가, 자기장의 인가, 용매에 대한 노출, 외부 환경의 PH변화, 외부 환경의 소금 농도의 변화 또는 양극 전압의 인가를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  18. 제 2항에 있어서,
    상기 무기 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 캡슐화 물질을 더 포함하고,
    상기 캡슐화 물질은 겉으로 들어나지 않는(underlying) 무기 소자들을 노출하기 위해 적어도 부분적으로 제거되는 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  19. 삭제
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 캡슐화하는 물질은 MgO, 실크, 콜라겐, 젤라틴, PLGA, 폴리비닐알콜(PVA, polyvinylalcohol), PLA, SiO2 , 폴리안하이드라이드(폴리에스터), 폴리하이드록신알카노에이트(PHAs) 및 폴리포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 캡슐화하는 물질은 실크 복합체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은 100nm보다 작거나 같은 두께를 각각 독립적으로 가지는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  28. 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은 하나 이상의 천공된(perforated) 구조들을 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은 다결정 반도체 물질, 단결정 반도체 물질 또는 도핑된 다결정 또는 단결정 반도체 물질을 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은
    무기 반도체 소자들, 금속 전도체 소자들 및 상기 무기 반도체 소자들과 상기 금속 전도체 소자들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  39. 삭제
  40. 제 38항에 있어서,
    상기 하나 이상의 금속성 전도체 소자들은 Mg, W, Fe, 또는 Mg와 Al, Ag, Ca, Li, Mn, Si, Sn, Y, Zn, 및 Zr로부터 선택된 하나 이상의 추가적인 물질들의 합금을 독립적으로 포함하며,
    상기 합금의 상기 하나 이상의 추가적인 물질들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농도를 가지거나, 하나 이상의 희토류 원소들을 가지는 Mg의 합금을 가지며, 상기 합금의 상기 희토류 원소들은 질량에 의해 10%보다 작거나 같은 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 제 38항에 있어서,
    ZnO을 포함하는 하나 이상의 무기 반도체 소자들 및 Mg, Fe, W 또는 그들의 합금을 포함하는 하나 이상의 금속성 전도체 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 실크를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 제 2항에 있어서,
    상기 선택적으로 제거 가능한 물질들의 두께가 영(zero) 에 도달하기 위한 시간은
    Figure 112019502225684-pct00491

    에 의해 산출되고, 여기서, tc는 중요 시간, rm은 물질의 질량밀도, M(H2O)는 물의 몰질량, M(m)은 물질의 몰질량, h0는 물질의 초기 두께, D는 물의 확산계수, k는 용해 반응에 대해 반응 상수 및 w0는 물의 초기 농도이고, k는 105 내지 10-10 s-1의 범위로부터 선택된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  59. 삭제
  60. 제 2항에 있어서,
    상기 사용자 개시 외부 트리거 신호는 전자 신호, 광학 신호, 열 신호, 자기 신호, 기계적 신호, 화학적 신호, 음향 신호, 전기화학적 신호인 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 삭제
  64. 삭제
  65. 삭제
  66. 제 2항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 사용자 개시 외부 트리거 신호에 대한 응답으로 전자기 방사선, 음향 에너지, 전기장, 자기장, 열, RF신호, 전압, 화학적 변화 또는 생물학적 변화을 발생시키고, 이로써, 적어도 부분적인 변형을 개시하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  67. 제 2항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 히터, 화학적 변화 또는 생물학적 변화를 발생시킬 수 있는 화학 작용제를 포함하는 저장부(reservoir), 전자기 방사선의 소스, 전기장의 소스, RF 에너지의 소스 또는 음향 에너지의 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  68. 제 2항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 하나 이상의 무기 소자들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 캡슐화 물질을 포함하고, 상기 캡슐화 물질은 상기 내부 또는 외부 자극에 대해 겉으로 들어나지 않는(underlying) 무기 소자들을 노출하기 위해 상기 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 적어도 부분적으로 제거되는 선택적으로 제거 가능한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치.
  69. 삭제
  70. 삭제
  71. 삭제
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  73. 삭제
  74. 삭제
  75. 삭제
  76. 삭제
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  80. 삭제
  81. 삭제
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  83. 능동형 트리거 과도 전자 장치를 이용하는 방법에 있어서,
    기판;
    상기 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 무기 소자들;
    상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 일부에 제공되는 실크 오버코트(overcoat); 및
    사용자에 의해 개시된 외부 트리거 신호에 응답하고, 상기 하나 이상의 무기 소자들과 작동 가능하도록 연결된 액츄에이터;를 포함하고,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은 선택적으로 변형가능한 물질을 독립적으로 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 소자들은 외부 또는 내부의 자극에 대한 응답으로 기선택된 과도성 프로파일을 가지며,
    여기서, 상기 장치가 상기 외부 트리거 신호를 수신할 때, 상기 액츄에이터는 상기 외부 또는 내부 자극에 대해 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 일부가 드러나도록 상기 실크 오버코트를 부분적으로 제거하며, 상기 외부 트리거 신호에 대한 능동형 트리거 과도 전자 장치의 프로그램 변형을 제공하고, 상기 프로그램 변형은 제1 기능에 대응되는 제 1 상태에서 상기 제1 기능과는 다른 제2 기능에 대응되는 제 2 상태로 상기 능동형 트리거 과도 전자 장치의 기능 변경을 제공하는 능동형 트리거 과도 전자 장치를 제공하는 단계: 및
    상기 전자 장치에 상기 사용자 개시 외부 트리거 신호를 제공하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 액츄에이터는 상기 하나 이상의 무기 소자들의 적어도 부분적인 변형을 직접 또는 간접적으로 개시하여, 상기 프로그램 변형을 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치를 이용하는 방법.
  84. 삭제
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  114. 제 83항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들은
    무기 반도체 소자들, 금속 전도체 소자들 및 상기 무기 반도체 소자들과 상기 금속 전도체 소자들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치를 이용하는 방법.
  115. 제 83항에 있어서,
    상기 능동형 트리거 과도 전자 장치의 상기 프로그램 변형은 생체 흡수(bioresorption)가 아닌 과정들에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 능동형 트리거 과도 전자 장치를 이용하는 방법.
  116. 제 38항에 있어서,
    상기 하나 이상의 무기 소자들의 각각은 Si, Ga, GaAs, ZnO 또는 상기 물질들의 어떤 혼합물을 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 전자 장치.
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Families Citing this family (191)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7521292B2 (en) 2004-06-04 2009-04-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable form of single crystal silicon for high performance electronics on rubber substrates
KR101429098B1 (ko) 2004-06-04 2014-09-22 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 인쇄가능한 반도체소자들의 제조 및 조립방법과 장치
US8217381B2 (en) 2004-06-04 2012-07-10 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Controlled buckling structures in semiconductor interconnects and nanomembranes for stretchable electronics
MY149190A (en) 2006-09-20 2013-07-31 Univ Illinois Release strategies for making transferable semiconductor structures, devices and device components
KR101610885B1 (ko) 2007-01-17 2016-04-08 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 프린팅­기반 어셈블리에 의해 제조되는 광학 시스템
TWI723953B (zh) 2008-03-05 2021-04-11 美國伊利諾大學理事會 可延展且可折疊的電子裝置
US8865489B2 (en) 2009-05-12 2014-10-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Printed assemblies of ultrathin, microscale inorganic light emitting diodes for deformable and semitransparent displays
US10441185B2 (en) 2009-12-16 2019-10-15 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Flexible and stretchable electronic systems for epidermal electronics
EP2974673B1 (en) 2010-03-17 2017-03-22 The Board of Trustees of the University of Illionis Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates
WO2012097163A1 (en) 2011-01-14 2012-07-19 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Optical component array having adjustable curvature
US9765934B2 (en) 2011-05-16 2017-09-19 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Thermally managed LED arrays assembled by printing
WO2012167096A2 (en) 2011-06-03 2012-12-06 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Conformable actively multiplexed high-density surface electrode array for brain interfacing
WO2013089867A2 (en) 2011-12-01 2013-06-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Transient devices designed to undergo programmable transformations
US9638661B2 (en) * 2012-02-23 2017-05-02 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Method and apparatus for controlling a flow of particles by way of a through-hole
EP2830492B1 (en) 2012-03-30 2021-05-19 The Board of Trustees of the University of Illinois Appendage mountable electronic devices conformable to surfaces and method of making the same
ES2437718B1 (es) * 2012-07-04 2014-08-27 Sensing Tex, S.L. Sensor de presión extensible de gran área para superficies textiles
US9445729B2 (en) 2012-07-20 2016-09-20 Resmed Sensor Technologies Limited Range gated radio frequency physiology sensor
KR20140027798A (ko) * 2012-08-27 2014-03-07 에스케이하이닉스 주식회사 스크린 프린팅을 이용한 배선 형성방법
KR20140055147A (ko) * 2012-10-30 2014-05-09 삼성전자주식회사 신축성 안테나 및 그 제조 방법
DE102012110358B4 (de) * 2012-10-30 2016-04-07 Leibniz-Institut für Neurobiologie Magdeburg Mikroelektrodenarray
US9547026B1 (en) * 2012-12-28 2017-01-17 Fabien Chraim Plug-through energy monitor
US9451394B2 (en) 2012-12-31 2016-09-20 Elwha Llc Cost-effective mobile connectivity protocols
US9832628B2 (en) 2012-12-31 2017-11-28 Elwha, Llc Cost-effective mobile connectivity protocols
US9635605B2 (en) 2013-03-15 2017-04-25 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications
US9876762B2 (en) * 2012-12-31 2018-01-23 Elwha Llc Cost-effective mobile connectivity protocols
US8965288B2 (en) 2012-12-31 2015-02-24 Elwha Llc Cost-effective mobile connectivity protocols
US9713013B2 (en) 2013-03-15 2017-07-18 Elwha Llc Protocols for providing wireless communications connectivity maps
US9781664B2 (en) 2012-12-31 2017-10-03 Elwha Llc Cost-effective mobile connectivity protocols
US9980114B2 (en) 2013-03-15 2018-05-22 Elwha Llc Systems and methods for communication management
US10840536B2 (en) 2013-02-06 2020-11-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable electronic systems with containment chambers
US10497633B2 (en) 2013-02-06 2019-12-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable electronic systems with fluid containment
US9613911B2 (en) 2013-02-06 2017-04-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Self-similar and fractal design for stretchable electronics
US10617300B2 (en) 2013-02-13 2020-04-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Injectable and implantable cellular-scale electronic devices
WO2014138465A1 (en) 2013-03-08 2014-09-12 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Processing techniques for silicon-based transient devices
US9807582B2 (en) 2013-03-15 2017-10-31 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications
US9596584B2 (en) 2013-03-15 2017-03-14 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications by conditionally authorizing a charge to an account of a third party
US9866706B2 (en) 2013-03-15 2018-01-09 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications
US9843917B2 (en) 2013-03-15 2017-12-12 Elwha, Llc Protocols for facilitating charge-authorized connectivity in wireless communications
US9781554B2 (en) 2013-03-15 2017-10-03 Elwha Llc Protocols for facilitating third party authorization for a rooted communication device in wireless communications
US9693214B2 (en) 2013-03-15 2017-06-27 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications
US9706382B2 (en) 2013-03-15 2017-07-11 Elwha Llc Protocols for allocating communication services cost in wireless communications
US9813887B2 (en) 2013-03-15 2017-11-07 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications responsive to charge authorization statuses
US9706060B2 (en) 2013-03-15 2017-07-11 Elwha Llc Protocols for facilitating broader access in wireless communications
WO2014165686A2 (en) 2013-04-04 2014-10-09 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Purification of carbon nanotubes via selective heating
WO2014169170A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Inorganic and organic transient electronic devices
US10292263B2 (en) 2013-04-12 2019-05-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Biodegradable materials for multilayer transient printed circuit boards
WO2014175163A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 昭和電工株式会社 導電パターンの製造方法及び導電パターン形成基板
US9024394B2 (en) 2013-05-22 2015-05-05 Transient Electronics, Inc. Controlled transformation of non-transient electronics
EP3046763A4 (en) 2013-09-17 2017-07-26 Liquiglide Inc. Articles and methods for forming liquid films on surfaces of articles
EP3052017B1 (en) 2013-10-02 2019-12-11 The Board of Trustees of the University of Illionis Organ mounted electronics
KR102229373B1 (ko) * 2013-10-08 2021-03-17 한양대학교 산학협력단 유연소자의 제조방법, 그에 의하여 제조된 유연소자 및 접합소자
US9356603B2 (en) 2013-10-11 2016-05-31 Palo Alto Research Center Incorporated Thermally tempered glass substrate using CTE mismatched layers and paste mixtures for transient electronic systems
US9154138B2 (en) * 2013-10-11 2015-10-06 Palo Alto Research Center Incorporated Stressed substrates for transient electronic systems
US9208864B2 (en) * 2013-10-14 2015-12-08 Toshiba America Electronic Components, Inc. Semiconductor memory with integrated biologic element
DE102013223883A1 (de) * 2013-11-22 2015-05-28 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium
US9294098B2 (en) 2013-11-26 2016-03-22 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for on demand, vanishing, high performance electronic systems
US9478679B2 (en) * 2013-12-11 2016-10-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Dielectric coating of the edge of a solar cell
US20150202651A1 (en) * 2013-12-17 2015-07-23 Utah State University Recombinant Spider Silk Protein Film and Method of Synthesizing
US10137306B2 (en) * 2014-01-13 2018-11-27 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Materials, devices and systems for piezoelectric energy harvesting and storage
US9733576B2 (en) * 2014-03-17 2017-08-15 Kla-Tencor Corporation Model for accurate photoresist profile prediction
US10220119B2 (en) 2014-03-26 2019-03-05 Beth Israel Deaconess Medical Center, Inc. Activation of antimicrobial agents
TW201607143A (zh) * 2014-04-29 2016-02-16 美國密西根州立大學 與太陽能電池陣列整合之可撓性天線
DE102014210798A1 (de) * 2014-06-05 2015-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Formwerkzeug, Verfahren zur seiner Herstellung und Verwendung sowie Kunststofffolie und Kunststoffbauteil
MY182253A (en) 2014-07-20 2021-01-18 X Celeprint Ltd Apparatus and methods for micro-transfer-printing
WO2016025430A1 (en) 2014-08-11 2016-02-18 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Epidermal photonic systems and methods
US11064946B2 (en) 2014-08-11 2021-07-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Devices and related methods for epidermal characterization of biofluids
JP2017532079A (ja) 2014-08-11 2017-11-02 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシ 温度及び熱輸送特性の分析のための表皮デバイス
TWI511868B (zh) * 2014-10-27 2015-12-11 Nat Univ Tsing Hua A Method for Instantaneous Measurement of Local Permeability Coefficient of Injection Molding
US9942979B2 (en) * 2014-11-03 2018-04-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Flexible printed circuit board
US10538028B2 (en) 2014-11-17 2020-01-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Deterministic assembly of complex, three-dimensional architectures by compressive buckling
EP3226790B1 (en) 2014-12-04 2023-09-13 Mazor Robotics Ltd. Shaper for vertebral fixation rods
US9780044B2 (en) 2015-04-23 2017-10-03 Palo Alto Research Center Incorporated Transient electronic device with ion-exchanged glass treated interposer
WO2016183574A1 (en) * 2015-05-14 2016-11-17 Uwe Bauer Systems and methods for controlling the degradation of degradable materials
WO2016190753A1 (en) * 2015-05-25 2016-12-01 Dotterel Technologies Limited A shroud for an aircraft
JP2018524677A (ja) 2015-06-01 2018-08-30 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ 無線電力及び近距離無線通信機能を備えた小型電子システム
US11029198B2 (en) 2015-06-01 2021-06-08 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Alternative approach for UV sensing
US10568962B2 (en) * 2015-06-02 2020-02-25 The Secant Group, Llc Hyperthermia targeting compositions, devices, and methods for cancer therapy
US20160370210A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Amphenol Thermometrics, Inc. Modular flexible sensor array
US11160489B2 (en) 2015-07-02 2021-11-02 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Wireless optofluidic systems for programmable in vivo pharmacology and optogenetics
US9577047B2 (en) 2015-07-10 2017-02-21 Palo Alto Research Center Incorporated Integration of semiconductor epilayers on non-native substrates
KR20180061344A (ko) * 2015-10-07 2018-06-07 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 그래핀-기반의 다중-모드형 센서
US9607952B1 (en) 2015-10-30 2017-03-28 International Business Machines Corporation High-z oxide nanoparticles embedded in semiconductor package
US10925543B2 (en) 2015-11-11 2021-02-23 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Bioresorbable silicon electronics for transient implants
DE112015006898T5 (de) 2015-11-13 2018-05-24 Halliburton Energy Services, Inc. Optisch-analytische Vorrichtungen mit kapazitätsbasierten Nanomaterialdetektoren
WO2017111752A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Ozyegin Universitesi Lighting interlayers for optical paths of light emitting or absorbing systems
US10190894B2 (en) * 2015-12-26 2019-01-29 Intel Corporation Technologies for controlling degradation of sensing circuits
US11154201B2 (en) 2016-04-01 2021-10-26 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Implantable medical devices for optogenetics
US10012250B2 (en) 2016-04-06 2018-07-03 Palo Alto Research Center Incorporated Stress-engineered frangible structures
WO2017181027A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-19 The Regents Of The University Of California Closed-loop actuating and sensing epidermal systems
CN105762305A (zh) * 2016-04-28 2016-07-13 Tcl集团股份有限公司 一种复合阳极、qled器件及其制备方法
WO2017218878A1 (en) 2016-06-17 2017-12-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Soft, wearable microfluidic systems capable of capture, storage, and sensing of biofluids
EP4241709A3 (en) 2016-06-23 2024-01-03 Mazor Robotics Ltd. Minimally invasive intervertebral rod insertion
US10026579B2 (en) 2016-07-26 2018-07-17 Palo Alto Research Center Incorporated Self-limiting electrical triggering for initiating fracture of frangible glass
US10224297B2 (en) 2016-07-26 2019-03-05 Palo Alto Research Center Incorporated Sensor and heater for stimulus-initiated fracture of a substrate
US9795718B1 (en) 2016-08-05 2017-10-24 International Business Machines Corporation Biocompatible devices with dissolvable substrates and methods of forming the same
EP3284672B1 (de) * 2016-08-17 2019-06-26 Airbus Defence and Space GmbH Taumelscheibensystem und rotorsystem für einen helikopter
US11333655B2 (en) 2016-09-07 2022-05-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Nanopore-based system for trapping, controlled displacement, and sequencing of (bio)macromolecules
US10284000B2 (en) * 2016-09-28 2019-05-07 Motorola Mobility Llc Electromagnetic coupling interface and method for managing an electromagnetic coupling capability
US10978396B2 (en) 2016-09-30 2021-04-13 Vanderbilt University Transient electronics using thermoresponsive materials
US10903173B2 (en) * 2016-10-20 2021-01-26 Palo Alto Research Center Incorporated Pre-conditioned substrate
US10140877B2 (en) * 2016-10-28 2018-11-27 Lockheed Martin Corporation Collision avoidance systems
US20180128774A1 (en) * 2016-11-07 2018-05-10 Epistar Corporation Sensing device
WO2018089450A1 (en) * 2016-11-08 2018-05-17 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods of facial treatment and strain sensing
KR101906005B1 (ko) * 2016-11-29 2018-10-10 국민대학교산학협력단 종이기판 상에 제작된 소멸가능 트랜지스터 전자장치 및 그 제조방법
US10662274B2 (en) 2016-12-02 2020-05-26 Georgia Tech Research Corporation Self-immolative polymers, articles thereof, and methods of making and using same
US10993910B2 (en) 2016-12-07 2021-05-04 Seoul National University R&Db Foundation Biopatch, bioheater, biosensor and bioelectronic patch device
TWI612981B (zh) * 2016-12-28 2018-02-01 Univ Chung Yuan Christian 滅菌電漿系統
WO2018130878A1 (es) * 2017-01-12 2018-07-19 Auto Drive Solutions S.L. Sistema de posicionamiento y guiado de móviles
CN108294741B (zh) * 2017-01-12 2023-01-20 国家纳米科学中心 一种微型柔性生物电极阵列及其制备方法
JP6677183B2 (ja) 2017-01-25 2020-04-08 オムロン株式会社 制御装置
US20180248342A1 (en) * 2017-02-28 2018-08-30 Hubbell Incorporated Panels and enclosures with component positioning templates
WO2018170132A1 (en) * 2017-03-14 2018-09-20 University Of Connecticut Biodegradable pressure sensor
CN107146947B (zh) * 2017-05-05 2019-09-27 电子科技大学 一种瞬态微带天线
US10026651B1 (en) 2017-06-21 2018-07-17 Palo Alto Research Center Incorporated Singulation of ion-exchanged substrates
US10816411B1 (en) * 2017-06-29 2020-10-27 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Temperature sensing within integrated microheater
CN110997486A (zh) 2017-07-24 2020-04-10 多特瑞尔技术有限公司 护罩
CN107422309B (zh) * 2017-08-03 2021-03-02 浙江大学 具有瞬态特性的柔性相控阵雷达
US11331019B2 (en) 2017-08-07 2022-05-17 The Research Foundation For The State University Of New York Nanoparticle sensor having a nanofibrous membrane scaffold
CN107587134A (zh) * 2017-08-29 2018-01-16 浙江大学 一种基于醋酸的可编程降解瞬态电子装置及其激发方法
KR102427697B1 (ko) 2017-11-07 2022-08-01 삼성디스플레이 주식회사 신축성 표시 장치
KR102201217B1 (ko) 2017-11-24 2021-01-12 한국전자통신연구원 자가소멸 장치와 방법 및 이를 적용한 반도체 칩
US10626048B2 (en) 2017-12-18 2020-04-21 Palo Alto Research Center Incorporated Dissolvable sealant for masking glass in high temperature ion exchange baths
US11661346B2 (en) 2018-02-01 2023-05-30 The University Of Toledo Functionally graded all-graphene based free-standing materials, methods of making and uses thereof
CN108507678A (zh) * 2018-03-01 2018-09-07 东南大学 一种等离激元多谐振机制增强的可调超光谱探测芯片
WO2019173402A1 (en) 2018-03-05 2019-09-12 University Of Connecticut Core-shell microneedle platform for transdermal and pulsatile drug/vaccine delivery and method of manufacturing the same
US10717669B2 (en) 2018-05-16 2020-07-21 Palo Alto Research Center Incorporated Apparatus and method for creating crack initiation sites in a self-fracturing frangible member
CN108962830B (zh) * 2018-06-14 2020-09-04 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种用于瞬态电路的可水解平面布线外壳
CN108962864B (zh) * 2018-06-14 2020-02-14 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种用于瞬态电路的可水解封装外引线及制作方法
CA3103978A1 (en) * 2018-06-26 2020-01-02 American University Of Beirut Antenna design for biomarker monitoring and methods of use
CN108933180B (zh) * 2018-07-06 2021-09-03 京东方科技集团股份有限公司 薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板及显示装置
US11464964B2 (en) * 2018-08-03 2022-10-11 Brown University Neural interrogation platform
US20200075384A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 Micron Technology, Inc. Carrier Bond and Debond Using Self-Depolymerizing Polymer
EP3851208A4 (en) * 2018-09-14 2022-06-08 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha DEFINED WATER DISPENSER
KR20210090189A (ko) * 2018-11-16 2021-07-19 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Euv 리소그래피를 위한 펠리클
DE102018129329A1 (de) * 2018-11-21 2020-05-28 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Verfahren zur Farbenlackabtragenden Laserbearbeitung eines lackierten Werkstücks
US11107645B2 (en) 2018-11-29 2021-08-31 Palo Alto Research Center Incorporated Functionality change based on stress-engineered components
US10947150B2 (en) 2018-12-03 2021-03-16 Palo Alto Research Center Incorporated Decoy security based on stress-engineered substrates
RU189611U1 (ru) * 2018-12-14 2019-05-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Программно-временное устройство на базе управляющего контроллера
US10903415B2 (en) 2019-02-04 2021-01-26 United Technologies Corporation Large structure monitoring with a substrate-free flexible sensor system
US10748793B1 (en) 2019-02-13 2020-08-18 X Display Company Technology Limited Printing component arrays with different orientations
US11826495B2 (en) 2019-03-01 2023-11-28 University Of Connecticut Biodegradable piezoelectric ultrasonic transducer system
US11678989B2 (en) 2019-03-01 2023-06-20 University Of Connecticut Biodegradable piezoelectric nanofiber scaffold for bone or tissue regeneration
US10867914B2 (en) 2019-03-12 2020-12-15 United Technologies Corporation Printed extendable sensor system
JP6886538B2 (ja) * 2019-03-26 2021-06-16 日東電工株式会社 貼付型生体センサ
US11678828B2 (en) 2019-03-26 2023-06-20 Nitto Denko Corporation Stick-on biosensor
TWI728345B (zh) * 2019-04-19 2021-05-21 美宸科技股份有限公司 柔性感測器
US10969205B2 (en) 2019-05-03 2021-04-06 Palo Alto Research Center Incorporated Electrically-activated pressure vessels for fracturing frangible structures
DE102019112335B4 (de) * 2019-05-10 2022-12-22 Gema Switzerland Gmbh Ionisationsvorrichtung mit einer Hochspannungswiderstandsanordnung
US11274950B2 (en) 2019-06-17 2022-03-15 United Technologies Corporation Fabrication of high density sensor array
TWI745704B (zh) * 2019-06-21 2021-11-11 國立陽明交通大學 氧化鎳晶片、其製備方法及用途
CN110516357B (zh) * 2019-08-27 2020-12-08 西安电子科技大学 面向微波组件电性能的金带柔性互联热敏参数确定方法
US11030977B2 (en) * 2019-10-14 2021-06-08 Synaptics Incorporated Device and method for driving a display panel
RU2724970C1 (ru) * 2019-11-27 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Меандровая линия задержки с лицевой связью из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2732805C1 (ru) * 2019-11-27 2020-09-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Модифицированная микрополосковая линия, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2724972C1 (ru) * 2019-11-27 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Меандровая микрополосковая линия задержки из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2724983C1 (ru) * 2019-12-09 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Усовершенствованная меандровая линия задержки с лицевой связью, защищающая от сверхкоротких импульсов
US11609128B2 (en) * 2019-12-10 2023-03-21 Wiliot, LTD. Single layer LC oscillator
CN113272948B (zh) * 2019-12-13 2023-10-31 西安电子科技大学 半导体器件封装结构及其制备方法
US11732682B2 (en) * 2019-12-17 2023-08-22 The Regents Of The University Of Michigan In-situ sensor for fuel spray impingement in direct injection engines
CN111198545B (zh) * 2019-12-24 2021-05-04 重庆特斯联智慧科技股份有限公司 一种智能建筑室内空气环境维护系统和方法
CN111019814B (zh) * 2019-12-26 2022-12-09 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种基于纳米孔的核酸测序装置、核酸测序方法
CA3164720A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-29 Brain Temp, Inc. Apparatus and method of non-invasively determining deep tissue temperature using microwave radiometry
US20230103510A1 (en) * 2020-03-02 2023-04-06 Vanderbilt University Bioresorbable rf coils for post-surgical monitoring by mri
WO2021183626A1 (en) 2020-03-10 2021-09-16 University Of Connecticut Therapeutic bandage
CN111303469B (zh) * 2020-03-24 2022-07-08 杭州电子科技大学 一种可拉伸瞬态导线及制备方法
US20210342659A1 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 X-Celeprint Limited Hybrid documents with electronic indicia
CN111603298B (zh) * 2020-05-19 2022-03-25 成都怀慈福佑电子科技有限公司 一种瞬态医疗芯片的制备工艺方法
CN111574885B (zh) * 2020-05-19 2023-07-14 成都怀慈福佑电子科技有限公司 一种面向印刷电子技术的生物可降解电子材料
KR20210149956A (ko) * 2020-06-02 2021-12-10 삼성디스플레이 주식회사 양자점 조성물, 발광 소자 및 이의 제조 방법
CN111682247B (zh) * 2020-06-04 2021-03-19 深圳氢时代新能源科技有限公司 掺杂磺化聚芳醚砜复合材料及其制备方法和应用
CN113949145B (zh) * 2020-07-17 2024-02-06 深圳先进技术研究院 可降解整流器件及其制作方法
CN111938632A (zh) * 2020-08-10 2020-11-17 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种脑内信号采集器件及其制备方法、脑机接口
CN112284580B (zh) * 2020-09-17 2022-08-02 南京高华科技股份有限公司 一种基于机械超材料结构的压力传感器
CN112254760A (zh) * 2020-09-23 2021-01-22 武汉理工大学 一种基于多层微带天线的应变裂纹解耦测量传感器
CN114323405B (zh) * 2020-09-30 2023-05-19 四川大学 磷化镉（Cd3P2）应用于大腔体压机高压装置腔内压力标定
CN112597602B (zh) * 2020-11-02 2023-08-11 广西大学 一种压力容器腐蚀寿命评估方法
US11924730B2 (en) * 2020-11-23 2024-03-05 Micron Technology, Inc. Operating emergency prevention sensor systems
US11904986B2 (en) 2020-12-21 2024-02-20 Xerox Corporation Mechanical triggers and triggering methods for self-destructing frangible structures and sealed vessels
TWI787805B (zh) * 2021-05-04 2022-12-21 矽品精密工業股份有限公司 電子模組及其製法與電子封裝件
CN113299832B (zh) * 2021-05-20 2023-04-07 北京大学 基于碳纳米管的瞬态场效应晶体管的cmos电路及制备方法
WO2022251793A1 (en) * 2021-05-28 2022-12-01 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Biodegradable implants with anticorrosive coatings containing silk fibroin
CN113555287B (zh) * 2021-07-22 2022-05-24 吉林建筑大学 一种水分触发降解的p型瞬态薄膜晶体管制备方法
US11817393B2 (en) * 2021-09-01 2023-11-14 Micron Technology, Inc. Semiconductor die assemblies with decomposable materials and associated methods and systems
CN115966534A (zh) * 2021-10-08 2023-04-14 安徽寒武纪信息科技有限公司 多核芯片、集成电路装置、板卡及其制程方法
KR20230082104A (ko) 2021-12-01 2023-06-08 성균관대학교산학협력단 생체 삽입형 시한성 열전달 소자
DE102022200787A1 (de) * 2022-01-25 2023-07-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Elektronischer Sensor zur Erfassung eines Umweltparameters
KR20240043222A (ko) * 2022-09-26 2024-04-03 신라대학교 산학협력단 체 내 이식용 압전 복합재 및 이의 제조 방법
WO2024071510A1 (ko) * 2022-09-30 2024-04-04 신라대학교 산학협력단 의료용 튜브 및 이의 제조방법
CN116445887A (zh) * 2023-06-20 2023-07-18 中国科学院理化技术研究所 一种利用螺旋外延生长制备金属性二维过渡金属硫族化合物的方法
CN116911406B (zh) * 2023-07-05 2024-02-02 上海数禾信息科技有限公司 风控模型部署方法、装置、计算机设备和存储介质
CN116539961B (zh) * 2023-07-07 2023-08-25 北京智芯传感科技有限公司 一种基于热瞬态测试的mems换能元性能检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110230747A1 (en) 2010-03-17 2011-09-22 Rogers John A Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates

Family Cites Families (410)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058418A (en) 1974-04-01 1977-11-15 Solarex Corporation Fabrication of thin film solar cells utilizing epitaxial deposition onto a liquid surface to obtain lateral growth
US3949410A (en) 1975-01-23 1976-04-06 International Business Machines Corporation Jet nozzle structure for electrohydrodynamic droplet formation and ink jet printing system therewith
US4487162A (en) 1980-11-25 1984-12-11 Cann Gordon L Magnetoplasmadynamic apparatus for the separation and deposition of materials
US4471003A (en) 1980-11-25 1984-09-11 Cann Gordon L Magnetoplasmadynamic apparatus and process for the separation and deposition of materials
US4392451A (en) 1980-12-31 1983-07-12 The Boeing Company Apparatus for forming thin-film heterojunction solar cells employing materials selected from the class of I-III-VI2 chalcopyrite compounds
US4761335A (en) 1985-03-07 1988-08-02 National Starch And Chemical Corporation Alpha-particle protection of semiconductor devices
US4784720A (en) 1985-05-03 1988-11-15 Texas Instruments Incorporated Trench etch process for a single-wafer RIE dry etch reactor
US4855017A (en) 1985-05-03 1989-08-08 Texas Instruments Incorporated Trench etch process for a single-wafer RIE dry etch reactor
US4663828A (en) 1985-10-11 1987-05-12 Energy Conversion Devices, Inc. Process and apparatus for continuous production of lightweight arrays of photovoltaic cells
US4766670A (en) 1987-02-02 1988-08-30 International Business Machines Corporation Full panel electronic packaging structure and method of making same
JPH01135853A (ja) 1987-11-24 1989-05-29 Asahi Chem Ind Co Ltd 有機光学材料
CA1292572C (en) 1988-10-25 1991-11-26 Fernando C. Lebron Cardiac mapping system simulator
US5178957A (en) 1989-05-02 1993-01-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Noble metal-polymer composites and flexible thin-film conductors prepared therefrom
US5118400A (en) 1990-01-29 1992-06-02 Spire Corporation Method of making biocompatible electrodes
US5108819A (en) 1990-02-14 1992-04-28 Eli Lilly And Company Thin film electrical component
DE59109246D1 (de) 1990-05-03 2003-04-03 Hoffmann La Roche Mikrooptischer Sensor
US5475514A (en) 1990-12-31 1995-12-12 Kopin Corporation Transferred single crystal arrayed devices including a light shield for projection displays
US5204144A (en) 1991-05-10 1993-04-20 Celestech, Inc. Method for plasma deposition on apertured substrates
US5246003A (en) 1991-08-28 1993-09-21 Nellcor Incorporated Disposable pulse oximeter sensor
JPH06118441A (ja) 1991-11-05 1994-04-28 Tadanobu Kato 表示セル
US5313094A (en) 1992-01-28 1994-05-17 International Business Machines Corportion Thermal dissipation of integrated circuits using diamond paths
US5376820A (en) * 1992-02-05 1994-12-27 Ncr Corporation Semiconductor fuse structure
US5687737A (en) 1992-10-09 1997-11-18 Washington University Computerized three-dimensional cardiac mapping with interactive visual displays
JPH06163365A (ja) 1992-11-25 1994-06-10 Nec Corp 半導体装置の製造方法
DE4241045C1 (de) 1992-12-05 1994-05-26 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium
US5793107A (en) 1993-10-29 1998-08-11 Vlsi Technology, Inc. Polysilicon pillar heat sinks for semiconductor on insulator circuits
US5427096A (en) 1993-11-19 1995-06-27 Cmc Assemblers, Inc. Water-degradable electrode
US5904545A (en) 1993-12-17 1999-05-18 The Regents Of The University Of California Apparatus for fabricating self-assembling microstructures
US5824186A (en) 1993-12-17 1998-10-20 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for fabricating self-assembling microstructures
US5545291A (en) 1993-12-17 1996-08-13 The Regents Of The University Of California Method for fabricating self-assembling microstructures
US6864570B2 (en) 1993-12-17 2005-03-08 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for fabricating self-assembling microstructures
US5514242A (en) 1993-12-30 1996-05-07 Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Method of forming a heat-sinked electronic component
US5512218A (en) 1994-03-24 1996-04-30 Cambridge Scientific, Inc. Method of making biopolymer-based nonlinear optical materials
DE69534888T2 (de) 1994-04-06 2006-11-02 Denso Corp., Kariya Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelement mit Graben
US5434751A (en) 1994-04-11 1995-07-18 Martin Marietta Corporation Reworkable high density interconnect structure incorporating a release layer
US5753529A (en) 1994-05-05 1998-05-19 Siliconix Incorporated Surface mount and flip chip technology for total integrated circuit isolation
US5525815A (en) 1994-10-03 1996-06-11 General Electric Company Diamond film structure with high thermal conductivity
US5767578A (en) 1994-10-12 1998-06-16 Siliconix Incorporated Surface mount and flip chip technology with diamond film passivation for total integated circuit isolation
US5625471A (en) 1994-11-02 1997-04-29 Litel Instruments Dual plate holographic imaging technique and masks
US5686697A (en) 1995-01-06 1997-11-11 Metatech Corporation Electrical circuit suspension system
US5917534A (en) 1995-06-29 1999-06-29 Eastman Kodak Company Light-emitting diode arrays with integrated photodetectors formed as a monolithic device and methods and apparatus for using same
US6639578B1 (en) 1995-07-20 2003-10-28 E Ink Corporation Flexible displays
US6459418B1 (en) 1995-07-20 2002-10-01 E Ink Corporation Displays combining active and non-active inks
GB9611437D0 (en) 1995-08-03 1996-08-07 Secr Defence Biomaterial
DE69524247T2 (de) 1995-08-04 2002-08-08 Ibm Stempel für lithographie-verfahren
EP0971660B1 (en) 1995-09-20 2004-09-01 Cochlear Limited Bioresorbable polymer use in cochlear and other implants
CA2230595C (en) 1995-09-20 2002-08-20 Cochlear Limited Bioresorbable polymer use in cochlear and other implants
US5772905A (en) 1995-11-15 1998-06-30 Regents Of The University Of Minnesota Nanoimprint lithography
GB9601289D0 (en) 1996-01-23 1996-03-27 Nimbus Manufacturing Uk Limite Manufacture of optical data storage disc
US5790151A (en) 1996-03-27 1998-08-04 Imaging Technology International Corp. Ink jet printhead and method of making
US6784023B2 (en) 1996-05-20 2004-08-31 Micron Technology, Inc. Method of fabrication of stacked semiconductor devices
WO1998018164A1 (fr) 1996-10-17 1998-04-30 Seiko Epson Corporation Dispositif a semi-conducteur, procede de fabrication, plaquette de circuit et substrat souple
DE19643550A1 (de) 1996-10-24 1998-05-14 Leybold Systems Gmbh Lichttransparentes, Wärmestrahlung reflektierendes Schichtensystem
US5691245A (en) 1996-10-28 1997-11-25 He Holdings, Inc. Methods of forming two-sided HDMI interconnect structures
US6980196B1 (en) 1997-03-18 2005-12-27 Massachusetts Institute Of Technology Printable electronic display
US5998291A (en) 1997-04-07 1999-12-07 Raytheon Company Attachment method for assembly of high density multiple interconnect structures
AUPO662497A0 (en) 1997-05-05 1997-05-29 Cardiac Crc Nominees Pty Limited An epicardial electrode array
US5907189A (en) 1997-05-29 1999-05-25 Lsi Logic Corporation Conformal diamond coating for thermal improvement of electronic packages
DE69842144D1 (de) 1997-06-05 2011-04-07 Adiana Inc Vorrichtung zur weiblichen Sterilisation
JPH1126344A (ja) 1997-06-30 1999-01-29 Hitachi Ltd パターン形成方法及び装置並びに半導体装置の製造方法
DE19829309B4 (de) 1997-07-04 2008-02-07 Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki Verfahren zur Herstellung eines thermischen Oxidfilms auf Siliciumcarbid
US6134045A (en) 1997-07-17 2000-10-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Chitosan optical materials
US6024702A (en) 1997-09-03 2000-02-15 Pmt Corporation Implantable electrode manufactured with flexible printed circuit
US5928001A (en) 1997-09-08 1999-07-27 Motorola, Inc. Surface mountable flexible interconnect
FR2769640B1 (fr) 1997-10-15 1999-12-17 Sgs Thomson Microelectronics Amelioration de la resistance mecanique d'une tranche de silicium monocristallin
JP3959803B2 (ja) 1997-10-24 2007-08-15 日本板硝子株式会社 ゾルゲル法による最外層に複数の凸部を有する多層被覆基板の製造方法
DE19748173A1 (de) 1997-10-31 1999-05-06 Ahlers Horst Dr Ing Habil Elektronikbauelemente einschließlich Sensoren
US6171730B1 (en) 1997-11-07 2001-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Exposure method and exposure apparatus
JP3406207B2 (ja) 1997-11-12 2003-05-12 シャープ株式会社 表示用トランジスタアレイパネルの形成方法
JPH11183854A (ja) 1997-12-19 1999-07-09 Mitsui Chem Inc サングラス
JP3219043B2 (ja) 1998-01-07 2001-10-15 日本電気株式会社 半導体装置のパッケージ方法および半導体装置
US5955781A (en) 1998-01-13 1999-09-21 International Business Machines Corporation Embedded thermal conductors for semiconductor chips
GB9805214D0 (en) 1998-03-11 1998-05-06 Univ Glasgow Cell adhesion
US6316283B1 (en) 1998-03-25 2001-11-13 Asulab Sa Batch manufacturing method for photovoltaic cells
US6057212A (en) 1998-05-04 2000-05-02 International Business Machines Corporation Method for making bonded metal back-plane substrates
US6091979A (en) 1998-07-07 2000-07-18 Children's Medical Center Corporation Subdural electrode arrays for monitoring cortical electrical activity
US6284418B1 (en) 1998-11-16 2001-09-04 Cambridge Scientific, Inc. Biopolymer-based optical element
US6097984A (en) 1998-11-25 2000-08-01 Medtronic, Inc. System and method of stimulation for treating gastro-esophageal reflux disease
JP2000180969A (ja) 1998-12-14 2000-06-30 Dainippon Printing Co Ltd 透過型スクリーン用部材
US6236883B1 (en) 1999-02-03 2001-05-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for localizing reentrant circuits from electrogram features
US6281038B1 (en) 1999-02-05 2001-08-28 Alien Technology Corporation Methods for forming assemblies
US6850312B2 (en) 1999-03-16 2005-02-01 Alien Technology Corporation Apparatuses and methods for flexible displays
EP1157421A1 (en) 1999-02-05 2001-11-28 Alien Technology Corporation Apparatuses and methods for forming assemblies
US6274508B1 (en) 1999-02-05 2001-08-14 Alien Technology Corporation Apparatuses and methods used in forming assemblies
US6683663B1 (en) 1999-02-05 2004-01-27 Alien Technology Corporation Web fabrication of devices
US6555408B1 (en) 1999-02-05 2003-04-29 Alien Technology Corporation Methods for transferring elements from a template to a substrate
US6380729B1 (en) 1999-02-16 2002-04-30 Alien Technology Corporation Testing integrated circuit dice
US6291896B1 (en) 1999-02-16 2001-09-18 Alien Technology Corporation Functionally symmetric integrated circuit die
US6606079B1 (en) 1999-02-16 2003-08-12 Alien Technology Corporation Pixel integrated circuit
US6752505B2 (en) 1999-02-23 2004-06-22 Solid State Opto Limited Light redirecting films and film systems
US6334960B1 (en) 1999-03-11 2002-01-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Step and flash imprint lithography
US6316278B1 (en) 1999-03-16 2001-11-13 Alien Technology Corporation Methods for fabricating a multiple modular assembly
US6468638B2 (en) 1999-03-16 2002-10-22 Alien Technology Corporation Web process interconnect in electronic assemblies
KR100434537B1 (ko) 1999-03-31 2004-06-05 삼성전자주식회사 다공질 실리콘 혹은 다공질 산화 실리콘을 이용한 두꺼운 희생층을 가진 다층 구조 웨이퍼 및 그 제조방법
US6433401B1 (en) 1999-04-06 2002-08-13 Analog Devices Imi, Inc. Microfabricated structures with trench-isolation using bonded-substrates and cavities
EE04249B1 (et) 1999-04-21 2004-02-16 Asper O� Meetod biopolümeermaatriksi lugemiseks ja fluorestsentsdetektor
US6276775B1 (en) 1999-04-29 2001-08-21 Hewlett-Packard Company Variable drop mass inkjet drop generator
US6225149B1 (en) 1999-05-03 2001-05-01 Feng Yuan Gan Methods to fabricate thin film transistors and circuits
GB9911954D0 (en) * 1999-05-21 1999-07-21 Gyrus Medical Ltd Electrosurgery system and instrument
JP3447619B2 (ja) 1999-06-25 2003-09-16 株式会社東芝 アクティブマトリクス基板の製造方法、中間転写基板
US6413790B1 (en) 1999-07-21 2002-07-02 E Ink Corporation Preferred methods for producing electrical circuit elements used to control an electronic display
US6517995B1 (en) 1999-09-14 2003-02-11 Massachusetts Institute Of Technology Fabrication of finely featured devices by liquid embossing
AU1348901A (en) 1999-10-28 2001-05-08 P1 Diamond, Inc. Improved diamond thermal management components
US6420266B1 (en) 1999-11-02 2002-07-16 Alien Technology Corporation Methods for creating elements of predetermined shape and apparatuses using these elements
US6623579B1 (en) 1999-11-02 2003-09-23 Alien Technology Corporation Methods and apparatus for fluidic self assembly
US6527964B1 (en) 1999-11-02 2003-03-04 Alien Technology Corporation Methods and apparatuses for improved flow in performing fluidic self assembly
US6479395B1 (en) 1999-11-02 2002-11-12 Alien Technology Corporation Methods for forming openings in a substrate and apparatuses with these openings and methods for creating assemblies with openings
CA2392006C (en) 1999-11-17 2011-03-15 Microchips, Inc. Microfabricated devices for the delivery of molecules into a carrier fluid
US6451191B1 (en) 1999-11-18 2002-09-17 3M Innovative Properties Company Film based addressable programmable electronic matrix articles and methods of manufacturing and using the same
JP4326646B2 (ja) 1999-11-22 2009-09-09 株式会社トリケミカル研究所 光学素子及びその製造方法
AU2001240043A1 (en) 2000-03-06 2001-09-17 University Of Connecticut Apparatus and method for fabrication of photonic crystals
US20080243217A1 (en) 2000-05-30 2008-10-02 Michael Peter Wildon Cardiac stimulation apparatus
US6787052B1 (en) 2000-06-19 2004-09-07 Vladimir Vaganov Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers
KR20020041413A (ko) 2000-06-22 2002-06-01 롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스 광영상을 형성하는 방법, 이 방법에 사용하는 마스크, 이방법을 사용하는 소자를 제조하는 방법 및 이 방법을수행하는 장치
US6403397B1 (en) 2000-06-28 2002-06-11 Agere Systems Guardian Corp. Process for fabricating organic semiconductor device involving selective patterning
JP4120184B2 (ja) 2000-06-30 2008-07-16 セイコーエプソン株式会社 実装用微小構造体および光伝送装置
US6723576B2 (en) 2000-06-30 2004-04-20 Seiko Epson Corporation Disposing method for semiconductor elements
EP1297387A2 (en) 2000-06-30 2003-04-02 President And Fellows of Harvard College Electric microcontact printing method and apparatus
WO2002008810A2 (en) 2000-07-21 2002-01-31 Micro Managed Photons A/S Surface plasmon polariton band gap structures
US6780696B1 (en) 2000-09-12 2004-08-24 Alien Technology Corporation Method and apparatus for self-assembly of functional blocks on a substrate facilitated by electrode pairs
JP2002092984A (ja) 2000-09-18 2002-03-29 Hitachi Maxell Ltd スタンパ及びその製造方法、並びにプラスチック基板
US6980184B1 (en) 2000-09-27 2005-12-27 Alien Technology Corporation Display devices and integrated circuits
US6814898B1 (en) 2000-10-17 2004-11-09 Seagate Technology Llc Imprint lithography utilizing room temperature embossing
GB2385975B (en) 2000-11-21 2004-10-13 Avery Dennison Corp Display device and methods of manufacture and control
JP2004521485A (ja) 2000-11-27 2004-07-15 コピン コーポレーション 格子整合されたベース層を有するバイポーラトランジスタ
US6743982B2 (en) 2000-11-29 2004-06-01 Xerox Corporation Stretchable interconnects using stress gradient films
GB0029312D0 (en) 2000-12-01 2001-01-17 Philips Corp Intellectual Pty Flexible electronic device
US6608360B2 (en) 2000-12-15 2003-08-19 University Of Houston One-chip micro-integrated optoelectronic sensor
US20070031607A1 (en) 2000-12-19 2007-02-08 Alexander Dubson Method and apparatus for coating medical implants
US6666821B2 (en) 2001-01-08 2003-12-23 Medtronic, Inc. Sensor system
WO2002055058A2 (en) 2001-01-09 2002-07-18 Microchips, Inc. Flexible microchip devices for ophthalmic and other applications
US6655286B2 (en) 2001-01-19 2003-12-02 Lucent Technologies Inc. Method for preventing distortions in a flexibly transferred feature pattern
US20020110766A1 (en) 2001-02-09 2002-08-15 Industrial Technology Research Institute Process method of using excimer laser for forming micro spherical and non-spherical polymeric structure array
JP3665579B2 (ja) 2001-02-26 2005-06-29 ソニーケミカル株式会社 電気装置製造方法
KR20020093113A (ko) 2001-03-06 2002-12-12 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 디스플레이 디바이스
US7189435B2 (en) 2001-03-14 2007-03-13 University Of Massachusetts Nanofabrication
US6417025B1 (en) 2001-04-02 2002-07-09 Alien Technology Corporation Integrated circuit packages assembled utilizing fluidic self-assembly
US6667548B2 (en) 2001-04-06 2003-12-23 Intel Corporation Diamond heat spreading and cooling technique for integrated circuits
US7232460B2 (en) 2001-04-25 2007-06-19 Xillus, Inc. Nanodevices, microdevices and sensors on in-vivo structures and method for the same
US6864435B2 (en) 2001-04-25 2005-03-08 Alien Technology Corporation Electrical contacts for flexible displays
US20020173033A1 (en) 2001-05-17 2002-11-21 Kyle Hammerick Device and method or three-dimensional spatial localization and functional interconnection of different types of cells
US6606247B2 (en) 2001-05-31 2003-08-12 Alien Technology Corporation Multi-feature-size electronic structures
US6988667B2 (en) 2001-05-31 2006-01-24 Alien Technology Corporation Methods and apparatuses to identify devices
CA2448112A1 (en) 2001-06-05 2002-12-12 Exelixis Inc. Lces as modifiers of the p53 pathway and methods of use
WO2002103760A2 (en) 2001-06-14 2002-12-27 Amberware Systems Corporation Method of selective removal of sige alloys
US20030006527A1 (en) 2001-06-22 2003-01-09 Rabolt John F. Method of fabricating micron-and submicron-scale elastomeric templates for surface patterning
US6566273B2 (en) 2001-06-27 2003-05-20 Infineon Technologies Ag Etch selectivity inversion for etching along crystallographic directions in silicon
US6984934B2 (en) 2001-07-10 2006-01-10 The Trustees Of Princeton University Micro-lens arrays for display intensity enhancement
US6657289B1 (en) 2001-07-13 2003-12-02 Alien Technology Corporation Apparatus relating to block configurations and fluidic self-assembly processes
US6590346B1 (en) 2001-07-16 2003-07-08 Alien Technology Corporation Double-metal background driven displays
US6856830B2 (en) 2001-07-19 2005-02-15 Bin He Method and apparatus of three dimension electrocardiographic imaging
AU2002322581A1 (en) 2001-07-20 2003-03-03 Microlink Devices, Inc. Graded base gaassb for high speed gaas hbt
US6661037B2 (en) 2001-07-20 2003-12-09 Microlink Devices, Inc. Low emitter resistance contacts to GaAs high speed HBT
WO2003009396A2 (en) 2001-07-20 2003-01-30 Microlink Devices, Inc. Algaas or ingap low turn-on voltage gaas-based heterojunction bipolar transistor
US6706402B2 (en) 2001-07-25 2004-03-16 Nantero, Inc. Nanotube films and articles
US6949199B1 (en) 2001-08-16 2005-09-27 Seagate Technology Llc Heat-transfer-stamp process for thermal imprint lithography
US6731353B1 (en) 2001-08-17 2004-05-04 Alien Technology Corporation Method and apparatus for transferring blocks
US6863219B1 (en) 2001-08-17 2005-03-08 Alien Technology Corporation Apparatuses and methods for forming electronic assemblies
JP2003077940A (ja) 2001-09-06 2003-03-14 Sony Corp 素子の転写方法及びこれを用いた素子の配列方法、画像表示装置の製造方法
AUPR795401A0 (en) 2001-09-28 2001-10-18 University Of Queensland, The Components based on melanin and melanin-like bio-molecules and processes for their production
US7193504B2 (en) 2001-10-09 2007-03-20 Alien Technology Corporation Methods and apparatuses for identification
US6936181B2 (en) 2001-10-11 2005-08-30 Kovio, Inc. Methods for patterning using liquid embossing
KR100944886B1 (ko) 2001-10-30 2010-03-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치의 제조 방법
WO2003049201A1 (en) 2001-12-04 2003-06-12 Origin Energy Solar Pty Ltd Method of making thin silicon sheets for solar cells
US6844673B1 (en) 2001-12-06 2005-01-18 Alien Technology Corporation Split-fabrication for light emitting display structures
US6887450B2 (en) 2002-01-02 2005-05-03 Zyvex Corporation Directional assembly of carbon nanotube strings
US6653030B2 (en) 2002-01-23 2003-11-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical-mechanical feature fabrication during manufacture of semiconductors and other micro-devices and nano-devices that include micron and sub-micron features
EP1468443A1 (en) 2002-01-23 2004-10-20 Alien Technology Corporation Apparatus incorporating small-feature-size and large-feature-size components and method for making same
US6608370B1 (en) 2002-01-28 2003-08-19 Motorola, Inc. Semiconductor wafer having a thin die and tethers and methods of making the same
US20030149456A1 (en) 2002-02-01 2003-08-07 Rottenberg William B. Multi-electrode cardiac lead adapter with multiplexer
US6693384B1 (en) 2002-02-01 2004-02-17 Alien Technology Corporation Interconnect structure for electronic devices
JP3975272B2 (ja) 2002-02-21 2007-09-12 独立行政法人産業技術総合研究所 超微細流体ジェット装置
EP1340622B1 (en) 2002-03-01 2006-12-13 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Thermally transferable image protective sheet, method for protective layer formation, and record produced by said method
JP4532908B2 (ja) 2002-03-07 2010-08-25 アクレオ アーベー 電気化学デバイス
JP3889700B2 (ja) 2002-03-13 2007-03-07 三井金属鉱業株式会社 Ｃｏｆフィルムキャリアテープの製造方法
US6950220B2 (en) 2002-03-18 2005-09-27 E Ink Corporation Electro-optic displays, and methods for driving same
US6872645B2 (en) 2002-04-02 2005-03-29 Nanosys, Inc. Methods of positioning and/or orienting nanostructures
US20040026684A1 (en) 2002-04-02 2004-02-12 Nanosys, Inc. Nanowire heterostructures for encoding information
JP4736324B2 (ja) 2002-04-22 2011-07-27 コニカミノルタホールディングス株式会社 半導体素子及びその製造方法
US7201925B2 (en) 2002-04-23 2007-04-10 Nueryst Pharmaceuticals Corp. Treatment of ungual and subungual diseases
AU2003232018A1 (en) 2002-04-24 2003-11-10 E Ink Corporation Electronic displays
US6946205B2 (en) 2002-04-25 2005-09-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Wiring transfer sheet and method for producing the same, and wiring board and method for producing the same
DE10219120A1 (de) 2002-04-29 2003-11-20 Infineon Technologies Ag Oberflächenfunktionalisierte anorganische Halbleiterpartikel als elektrische Halbleiter für mikroelektronische Anwendungen
JP4052631B2 (ja) 2002-05-17 2008-02-27 株式会社東芝 アクティブマトリクス型表示装置
JP4282951B2 (ja) 2002-05-31 2009-06-24 パイオニア株式会社 半導体記憶素子及びその寿命動作開始装置、並びに該半導体記憶素子を備えた情報記録媒体
WO2004001103A2 (en) 2002-06-24 2003-12-31 Tufts University Silk biomaterials and methods of use thereof
JP4638735B2 (ja) 2002-06-24 2011-02-23 タフツ ユニバーシティー 絹糸生体材料およびその使用方法
US20040136866A1 (en) 2002-06-27 2004-07-15 Nanosys, Inc. Planar nanowire based sensor elements, devices, systems and methods for using and making same
US7371963B2 (en) 2002-07-31 2008-05-13 Kyocera Corporation Photovoltaic power generation system
US7102524B2 (en) 2002-08-02 2006-09-05 Symbol Technologies, Inc. Die frame apparatus and method of transferring dies therewith
AU2003253192A1 (en) 2002-08-27 2004-04-30 Nanosys Gmbh Method for applying a hydrophobic coating to the surface of a porous substrate, maintaining its porosity
AU2003298998A1 (en) 2002-09-05 2004-04-08 Nanosys, Inc. Oriented nanostructures and methods of preparing
US7068898B2 (en) 2002-09-05 2006-06-27 Nanosys, Inc. Nanocomposites
JP2005538573A (ja) 2002-09-05 2005-12-15 ナノシス・インク． ナノ構造及びナノ複合材をベースとする組成物
US6949206B2 (en) 2002-09-05 2005-09-27 Nanosys, Inc. Organic species that facilitate charge transfer to or from nanostructures
EP2194026A1 (en) 2002-09-30 2010-06-09 Nanosys, Inc. Large-area nanoenabled macroelectronic substrates and uses therefor
JP4669784B2 (ja) 2002-09-30 2011-04-13 ナノシス・インコーポレイテッド ナノワイヤトランジスタを用いる集積ディスプレイ
JP2006501690A (ja) 2002-09-30 2006-01-12 ナノシス・インコーポレイテッド ナノ−イネーブルな、ナノワイヤおよびナノワイヤ混成物が組み込まれた大面積マクロエレクトロニクス基板のアプリケーション
US7051945B2 (en) 2002-09-30 2006-05-30 Nanosys, Inc Applications of nano-enabled large area macroelectronic substrates incorporating nanowires and nanowire composites
AU2003282548A1 (en) 2002-10-10 2004-05-04 Nanosys, Inc. Nano-chem-fet based biosensors
US20040081384A1 (en) 2002-10-25 2004-04-29 Datesman Aaron M. Multiple-mode planar-waveguide sensor, fabrication materials and techniques
US7067903B2 (en) 2002-11-07 2006-06-27 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Heat spreader and semiconductor device and package using the same
WO2004046337A2 (en) 2002-11-19 2004-06-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Multilayered microcultures
US20040200734A1 (en) 2002-12-19 2004-10-14 Co Man Sung Nanotube-based sensors for biomolecules
WO2004062697A2 (en) 2003-01-07 2004-07-29 Tufts University Silk fibroin materials and use thereof
JP4406697B2 (ja) 2003-01-17 2010-02-03 財団法人生産技術研究奨励会 フレキシブル神経プローブおよびその製造方法
US7190051B2 (en) 2003-01-17 2007-03-13 Second Sight Medical Products, Inc. Chip level hermetic and biocompatible electronics package using SOI wafers
CA2518352A1 (en) 2003-03-11 2005-03-10 Nanosys, Inc. Process for producing nanocrystals and nanocrystals produced thereby
US20080219122A1 (en) * 2003-03-18 2008-09-11 Roger Detzler Dead on demand technology
CA2560102A1 (en) 2003-03-18 2004-09-30 Ensconce Data Technology Dead on demand disk technology
US7253735B2 (en) 2003-03-24 2007-08-07 Alien Technology Corporation RFID tags and processes for producing RFID tags
US20050227389A1 (en) 2004-04-13 2005-10-13 Rabin Bhattacharya Deformable organic devices
US7491892B2 (en) 2003-03-28 2009-02-17 Princeton University Stretchable and elastic interconnects
US7465678B2 (en) 2003-03-28 2008-12-16 The Trustees Of Princeton University Deformable organic devices
EP1467224A1 (en) 2003-04-07 2004-10-13 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Optical proximity detector
JP4316278B2 (ja) 2003-04-08 2009-08-19 富士通株式会社 ポリ乳酸含有樹脂組成物および光学部品
JP4698596B2 (ja) 2003-04-10 2011-06-08 タフツ ユニバーシティー 濃縮された水性シルクフィブロイン溶液およびそれらの使用
US7056409B2 (en) 2003-04-17 2006-06-06 Nanosys, Inc. Structures, systems and methods for joining articles and materials and uses therefor
US7074294B2 (en) 2003-04-17 2006-07-11 Nanosys, Inc. Structures, systems and methods for joining articles and materials and uses therefor
US20050038498A1 (en) 2003-04-17 2005-02-17 Nanosys, Inc. Medical device applications of nanostructured surfaces
JP4088195B2 (ja) * 2003-04-28 2008-05-21 株式会社東芝 有効期限付き半導体記憶装置
US20040211458A1 (en) 2003-04-28 2004-10-28 General Electric Company Tandem photovoltaic cell stacks
WO2005005679A2 (en) 2003-04-28 2005-01-20 Nanosys, Inc. Super-hydrophobic surfaces, methods of their construction and uses therefor
US7803574B2 (en) 2003-05-05 2010-09-28 Nanosys, Inc. Medical device applications of nanostructured surfaces
TWI427709B (zh) 2003-05-05 2014-02-21 Nanosys Inc 用於增加表面面積之應用的奈米纖維表面
AU2003902270A0 (en) 2003-05-09 2003-05-29 Origin Energy Solar Pty Ltd Separating and assembling semiconductor strips
US7244326B2 (en) 2003-05-16 2007-07-17 Alien Technology Corporation Transfer assembly for manufacturing electronic devices
US7265298B2 (en) 2003-05-30 2007-09-04 The Regents Of The University Of California Serpentine and corduroy circuits to enhance the stretchability of a stretchable electronic device
WO2005000483A1 (en) 2003-06-06 2005-01-06 Tufts University Method for forming inorganic coatings
US7494896B2 (en) 2003-06-12 2009-02-24 International Business Machines Corporation Method of forming magnetic random access memory (MRAM) devices on thermally-sensitive substrates using laser transfer
US7033961B1 (en) 2003-07-15 2006-04-25 Rf Micro Devices, Inc. Epitaxy/substrate release layer
US7439158B2 (en) 2003-07-21 2008-10-21 Micron Technology, Inc. Strained semiconductor by full wafer bonding
US7091120B2 (en) 2003-08-04 2006-08-15 Nanosys, Inc. System and process for producing nanowire composites and electronic substrates therefrom
WO2005015480A2 (en) 2003-08-09 2005-02-17 Alien Technology Corporation Methods and apparatuses to identify devices
US7223609B2 (en) 2003-08-14 2007-05-29 Agilent Technologies, Inc. Arrays for multiplexed surface plasmon resonance detection of biological molecules
JP2005072528A (ja) 2003-08-28 2005-03-17 Shin Etsu Chem Co Ltd 薄層電界効果トランジスター及びその製造方法
US7029951B2 (en) 2003-09-12 2006-04-18 International Business Machines Corporation Cooling system for a semiconductor device and method of fabricating same
KR20060098432A (ko) 2003-09-24 2006-09-18 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 반도체 장치, 식별 라벨, 정보 전달 매체 및 반도체 장치제조 방법
JPWO2005031724A1 (ja) 2003-09-26 2006-12-07 三洋電機株式会社 追記型光ディスク
GB0323286D0 (en) 2003-10-04 2003-11-05 Koninkl Philips Electronics Nv Device and method of making a device having a flexible layer structure
GB0323285D0 (en) 2003-10-04 2003-11-05 Koninkl Philips Electronics Nv Device and method of making a device having a patterned layer on a flexible substrate
JP2005117482A (ja) 2003-10-09 2005-04-28 Sony Ericsson Mobilecommunications Japan Inc アンテナ及び移動体通信端末装置
US20050082526A1 (en) 2003-10-15 2005-04-21 International Business Machines Corporation Techniques for layer transfer processing
DE10349963A1 (de) 2003-10-24 2005-06-02 Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Folie
WO2005046470A1 (en) 2003-11-06 2005-05-26 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Shape-memory polymer coated electrodes
US20050181977A1 (en) 2003-11-10 2005-08-18 Angiotech International Ag Medical implants and anti-scarring agents
US20070058254A1 (en) 2003-11-11 2007-03-15 Tae Il Kim Advertising sheet using micro-prism retroreflective sheet and method for manufacturing the same
KR100845565B1 (ko) 2003-12-01 2008-07-10 더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이 나노스케일 3차원 구조물의 제조방법 및 장치
US20050124712A1 (en) 2003-12-05 2005-06-09 3M Innovative Properties Company Process for producing photonic crystals
US20090198293A1 (en) 2003-12-19 2009-08-06 Lawrence Cauller Microtransponder Array for Implant
CA2549341C (en) 2003-12-19 2014-06-10 The University Of North Carolina At Chapel Hill Methods for fabricating isolated micro- and nano- structures using soft or imprint lithography
US7632087B2 (en) 2003-12-19 2009-12-15 Wd Media, Inc. Composite stamper for imprint lithography
DE10361940A1 (de) 2003-12-24 2005-07-28 Restate Patent Ag Degradationssteuerung biodegradierbarer Implantate durch Beschichtung
TWI299358B (en) 2004-03-12 2008-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Thermal interface material and method for making same
MXPA06011114A (es) 2004-03-29 2007-01-25 Articulated Technologies Llc Hoja luminosa fabricada de rodillo a rodillo y dispositivos encapsulados de circuito semiconductor.
US7052924B2 (en) 2004-03-29 2006-05-30 Articulated Technologies, Llc Light active sheet and methods for making the same
CN100383213C (zh) 2004-04-02 2008-04-23 清华大学 一种热界面材料及其制造方法
US20080055581A1 (en) 2004-04-27 2008-03-06 Rogers John A Devices and methods for pattern generation by ink lithography
CN102004393B (zh) 2004-04-27 2013-05-01 伊利诺伊大学评议会 用于软光刻法的复合构图设备
JP4814873B2 (ja) 2004-04-28 2011-11-16 アイユーシーエフ‐エイチワイユー 可撓性電気光学装置及びその製造方法
JP2005322858A (ja) 2004-05-11 2005-11-17 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
US20050261561A1 (en) 2004-05-24 2005-11-24 Christopher W. Jones Blood testing and therapeutic compound delivery system
US7521292B2 (en) 2004-06-04 2009-04-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable form of single crystal silicon for high performance electronics on rubber substrates
KR101429098B1 (ko) 2004-06-04 2014-09-22 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 인쇄가능한 반도체소자들의 제조 및 조립방법과 장치
US7943491B2 (en) 2004-06-04 2011-05-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Pattern transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp
US8217381B2 (en) 2004-06-04 2012-07-10 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Controlled buckling structures in semiconductor interconnects and nanomembranes for stretchable electronics
US7799699B2 (en) 2004-06-04 2010-09-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Printable semiconductor structures and related methods of making and assembling
CA3075158A1 (en) 2004-06-11 2005-12-29 Trustees Of Tufts College Silk-based drug delivery system
US7629691B2 (en) 2004-06-16 2009-12-08 Honeywell International Inc. Conductor geometry for electronic circuits fabricated on flexible substrates
US7425523B2 (en) 2004-07-05 2008-09-16 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Thermal transfer recording material and thermal transfer recording method
US7687886B2 (en) 2004-08-19 2010-03-30 Microlink Devices, Inc. High on-state breakdown heterojunction bipolar transistor
WO2006028996A2 (en) 2004-09-03 2006-03-16 Trustees Of Tufts College Emulsan-alginate microspheres and methods of use thereof
WO2006042287A2 (en) 2004-10-12 2006-04-20 Trustees Of Tufts College Method for producing biomaterial scaffolds
US7662545B2 (en) 2004-10-14 2010-02-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Decal transfer lithography
JP2006119424A (ja) 2004-10-22 2006-05-11 Canon Inc 光学素子及びその製造方法
US7621044B2 (en) 2004-10-22 2009-11-24 Formfactor, Inc. Method of manufacturing a resilient contact
WO2006050325A2 (en) 2004-10-29 2006-05-11 Worcester Polytechnic Institute System and method for multi-channel electrophysiologic signal data acquisition
GB2419940B (en) 2004-11-04 2007-03-07 Mesophotonics Ltd Metal nano-void photonic crystal for enhanced raman spectroscopy
US7695602B2 (en) 2004-11-12 2010-04-13 Xerox Corporation Systems and methods for transporting particles
JP2006186294A (ja) 2004-12-03 2006-07-13 Toppan Printing Co Ltd 薄膜トランジスタ及びその製造方法
JP4723231B2 (ja) 2004-12-06 2011-07-13 エイディシーテクノロジー株式会社 識別用タグ
US20060127817A1 (en) 2004-12-10 2006-06-15 Eastman Kodak Company In-line fabrication of curved surface transistors
US20060129056A1 (en) 2004-12-10 2006-06-15 Washington University Electrocorticography telemitter
US7229901B2 (en) 2004-12-16 2007-06-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Fabrication of strained heterojunction structures
US20060132025A1 (en) 2004-12-22 2006-06-22 Eastman Kodak Company Flexible display designed for minimal mechanical strain
US7960509B2 (en) 2005-01-14 2011-06-14 Trustees Of Tufts College Fibrous protein fusions and use thereof in the formation of advanced organic/inorganic composite materials
US7374968B2 (en) 2005-01-28 2008-05-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of utilizing a contact printing stamp
US7794742B2 (en) 2005-02-08 2010-09-14 University Of Washington Devices for promoting epithelial cell differentiation and keratinization
JP4914828B2 (ja) 2005-03-28 2012-04-11 パイオニア株式会社 ゲート絶縁膜、有機トランジスタ、有機ｅｌ表示装置の製造方法、ディスプレイ
US9290579B2 (en) 2005-04-20 2016-03-22 Trustees Of Tufts College Covalently immobilized protein gradients in three-dimensional porous scaffolds
JP5364368B2 (ja) 2005-04-21 2013-12-11 エイオーネックス・テクノロジーズ・インコーポレイテッド 基板の製造方法
AU2007347437B2 (en) 2005-04-28 2011-08-25 Second Sight Medical Products, Inc. Flexible circuit electrode array
US8024022B2 (en) 2005-05-25 2011-09-20 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Hermetically sealed three-dimensional electrode array
US7501069B2 (en) 2005-06-01 2009-03-10 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Flexible structures for sensors and electronics
WO2006130721A2 (en) 2005-06-02 2006-12-07 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Printable semiconductor structures and related methods of making and assembling
US7763353B2 (en) 2005-06-10 2010-07-27 Ut-Battelle, Llc Fabrication of high thermal conductivity arrays of carbon nanotubes and their composites
WO2007000037A1 (en) 2005-06-29 2007-01-04 Mitchell, Richard, J. Bendable high flux led array
US7479404B2 (en) 2005-07-08 2009-01-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Photonic crystal biosensor structure and fabrication method
CA2645934C (en) 2005-08-02 2014-04-29 Trustees Of Tufts College Methods for stepwise deposition of silk fibroin coatings
US20070043416A1 (en) 2005-08-19 2007-02-22 Cardiac Pacemakers, Inc. Implantable electrode array
KR100758699B1 (ko) 2005-08-29 2007-09-14 재단법인서울대학교산학협력재단 고종횡비 나노구조물 형성방법 및 이를 이용한 미세패턴형성방법
US8005526B2 (en) 2005-08-31 2011-08-23 The Regents Of The University Of Michigan Biologically integrated electrode devices
JP5714210B2 (ja) 2005-09-01 2015-05-07 プロテウス デジタル ヘルス， インコーポレイテッド 移植可能なワイヤ無し通信システム
CA2623285A1 (en) 2005-09-21 2007-03-29 Ohio State University Electrical stimulation of cell and tissue growth with two-and-three-dimensionally patterned electrodes
AU2006311850B2 (en) 2005-11-02 2011-06-16 Second Sight Medical Products, Inc. Implantable microelectronic device and method of manufacture
US7719872B2 (en) 2005-12-28 2010-05-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Write-once nonvolatile memory with redundancy capability
DE102006008501B3 (de) 2006-02-23 2007-10-25 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Sonde und Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Gehirn und einer Datenverarbeitungsvorrichtung
CN101506413A (zh) 2006-03-03 2009-08-12 伊利诺伊大学评议会 制造空间排列的纳米管和纳米管阵列的方法
US20080038236A1 (en) 2006-03-06 2008-02-14 Artecel Sciences, Inc. Biocompatible scaffolds and adipose-derived stem cells
US20070233208A1 (en) 2006-03-28 2007-10-04 Eastman Kodak Company Light therapy bandage with imbedded emitters
US20070227586A1 (en) 2006-03-31 2007-10-04 Kla-Tencor Technologies Corporation Detection and ablation of localized shunting defects in photovoltaics
EP2024972A1 (en) 2006-05-09 2009-02-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and apparatus for accessing a disc
WO2008030666A2 (en) 2006-07-25 2008-03-13 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Multispectral plasmonic crystal sensors
DE102006037433B4 (de) 2006-08-09 2010-08-19 Ovd Kinegram Ag Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers sowie Mehrschichtkörper
TWI378747B (en) 2006-08-18 2012-12-01 Ind Tech Res Inst Flexible electronic assembly
AU2007289057C1 (en) 2006-09-01 2014-01-16 Pacific Biosciences Of California, Inc. Substrates, systems and methods for analyzing materials
JP5578509B2 (ja) 2006-09-06 2014-08-27 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ エラストマ基板に伸縮性コンポーネントを接着する方法
MY149190A (en) 2006-09-20 2013-07-31 Univ Illinois Release strategies for making transferable semiconductor structures, devices and device components
CN101516438A (zh) 2006-09-25 2009-08-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 插入活组织的分支治疗元件和方法
EP1903000B1 (fr) 2006-09-25 2019-09-18 Sorin CRM SAS Composant biocompatible implantable incorporant un élément actif intégré tel qu'un capteur de mesure d'un paramètre physiologique, microsystème électromécanique ou circuit électronique
US20100028451A1 (en) 2006-09-26 2010-02-04 Trustees Of Tufts College Silk microspheres for encapsulation and controlled release
EP2109634A2 (en) 2006-11-03 2009-10-21 Trustees of the Tufts College Electroactive biopolymer optical and electro-optical devices and method of manufacturing the same
WO2008118211A2 (en) 2006-11-03 2008-10-02 Trustees Of Tufts College Biopolymer photonic crystals and method of manufacturing the same
US20100068740A1 (en) 2006-11-03 2010-03-18 Trustees Of Tufts College Microfluidic device with a cylindrical microchannel and a method for fabricating same
CA2704769C (en) 2006-11-03 2016-01-12 Trustees Of Tufts College Nanopatterned biopolymer optical device and method of manufacturing the same
CA2704768A1 (en) 2006-11-03 2008-10-23 Trustees Of Tufts College Biopolymer sensor and method of manufacturing the same
US7868354B2 (en) 2006-11-08 2011-01-11 Duke University GaN-based nitric oxide sensors and methods of making and using the same
US8975073B2 (en) 2006-11-21 2015-03-10 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Microfluidic device comprising silk films coupled to form a microchannel
JP4901452B2 (ja) 2006-12-19 2012-03-21 株式会社東芝 不揮発性半導体メモリ
WO2008085904A1 (en) 2007-01-05 2008-07-17 Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Biodegradable electronic devices
KR101610885B1 (ko) 2007-01-17 2016-04-08 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 프린팅­기반 어셈블리에 의해 제조되는 광학 시스템
JP2008202022A (ja) 2007-01-23 2008-09-04 Fujifilm Corp 光ナノインプリントリソグラフィ用硬化性組成物およびそれを用いたパターン形成方法
US8057390B2 (en) 2007-01-26 2011-11-15 The Regents Of The University Of Michigan High-resolution mapping of bio-electric fields
US9102916B2 (en) 2007-02-27 2015-08-11 Trustees Of Tufts College Tissue-engineered silk organs
WO2008136958A1 (en) 2007-04-30 2008-11-13 Opthera, Inc. Uva1-led phototherapy device and method
PT2211876E (pt) 2007-05-29 2015-01-14 Tufts College Método de gelificação de fibroína de seda utilizando sonicação
EP2158079B1 (en) 2007-06-08 2018-05-02 Philips Lighting Holding B.V. Light output device
JP4469877B2 (ja) * 2007-07-12 2010-06-02 株式会社東芝 電子装置
WO2009011709A1 (en) 2007-07-19 2009-01-22 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois High resolution electrohydrodynamic jet printing for manufacturing systems
US9808557B2 (en) 2007-08-10 2017-11-07 Trustees Of Tufts College Tubular silk compositions and methods of use thereof
CA2742844C (en) 2007-11-05 2017-02-28 Trustees Of Tufts College Fabrication of silk fibroin photonic structures by nanocontact imprinting
US20090149930A1 (en) 2007-12-07 2009-06-11 Thermage, Inc. Apparatus and methods for cooling a treatment apparatus configured to non-invasively deliver electromagnetic energy to a patient's tissue
JP5415445B2 (ja) 2007-12-10 2014-02-12 ニューロナノ アクチェボラグ 医療用電極、電極束及び電極束アレー
US8290557B2 (en) 2007-12-12 2012-10-16 Medtronic, Inc. Implantable optical sensor and method for use
GB0800797D0 (en) 2008-01-16 2008-02-27 Cambridge Entpr Ltd Neural interface
US9504575B2 (en) 2008-02-07 2016-11-29 Trustees Of Tufts College 3-dimensional silk hydroxyapatite compositions
TWI723953B (zh) 2008-03-05 2021-04-11 美國伊利諾大學理事會 可延展且可折疊的電子裝置
WO2009114115A1 (en) 2008-03-10 2009-09-17 S.E.A. Medical Systems, Inc. Intravenous fluid monitoring
EP2265171B1 (en) 2008-03-12 2016-03-09 The Trustees of the University of Pennsylvania Flexible and scalable sensor arrays for recording and modulating physiologic activity
US8206774B2 (en) 2008-03-13 2012-06-26 Trustees Of Tufts College Diazonium salt modification of silk polymer
CN102027615A (zh) 2008-03-26 2011-04-20 皇家飞利浦电子股份有限公司 发光二极管器件
US8470701B2 (en) 2008-04-03 2013-06-25 Advanced Diamond Technologies, Inc. Printable, flexible and stretchable diamond for thermal management
WO2009126689A2 (en) 2008-04-08 2009-10-15 Trustees Of Tufts College System and method for making biomaterial structures
CA2721961A1 (en) 2008-05-15 2009-11-19 Trustees Of Tufts College Silk polymer-based adenosine release: therapeutic potential for epilepsy
WO2010005707A1 (en) 2008-06-16 2010-01-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Medium scale carbon nanotube thin film integrated circuits on flexible plastic substrates
US20110135697A1 (en) 2008-06-18 2011-06-09 Trustees Of Tufts College Edible holographic silk products
WO2010036807A1 (en) 2008-09-24 2010-04-01 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Arrays of ultrathin silicon solar microcells
EP2703017B1 (en) 2008-09-26 2017-03-01 Trustees Of Tufts College Active silk muco-adhesives, silk electrogelation process, and devices
CN105268020A (zh) 2008-10-09 2016-01-27 塔夫茨大学信托人 含有甘油的改性丝膜
US9750592B2 (en) 2008-10-10 2017-09-05 Carsten Nils Gutt Arrangement for implanting and method for implanting
EP2345069B1 (en) 2008-10-27 2016-02-17 Nxp B.V. Method of manufacturing a biocompatible electrode
US9427499B2 (en) 2008-11-17 2016-08-30 Trustees Of Tufts College Surface modification of silk fibroin matrices with poly(ethylene glycol) useful as anti-adhesion barriers and anti-thrombotic materials
WO2010065957A2 (en) 2008-12-05 2010-06-10 Trustees Of Tufts College Vascularized living skin constructs and methods of use thereof
JP5694947B2 (ja) 2008-12-11 2015-04-01 エムシー１０ インコーポレイテッドＭｃ１０，Ｉｎｃ． 医療用途のための伸張性電子部品を使用する装置
KR100992411B1 (ko) 2009-02-06 2010-11-05 (주)실리콘화일 피사체의 근접여부 판단이 가능한 이미지센서
CA2789009C (en) 2009-02-12 2017-03-21 Trustees Of Tufts College Nanoimprinting of silk fibroin structures for biomedical and biophotonic applications
EP2403551A4 (en) 2009-03-04 2014-02-26 Tufts College FIBROIN SILK SYSTEMS FOR ANTIBIOTIC DELIVERY
US8476668B2 (en) 2009-04-06 2013-07-02 Cree, Inc. High voltage low current surface emitting LED
US8865489B2 (en) 2009-05-12 2014-10-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Printed assemblies of ultrathin, microscale inorganic light emitting diodes for deformable and semitransparent displays
WO2011005381A2 (en) 2009-06-01 2011-01-13 Trustees Of Tufts College Vortex-induced silk fibroin gelation for encapsulation and delivery
EP2451953A4 (en) 2009-07-10 2013-07-03 Tufts College GEN-MANIPULATED SILK PROTEIN-BASED NUCLEIC ACID DELIVERY SYSTEMS
IN2012DN00445A (ko) 2009-07-14 2015-05-15 Tufts College
CA2803833A1 (en) 2009-07-20 2011-04-21 Tufts University/Trustees Of Tufts College All-protein implantable, resorbable reflectors
US8293486B2 (en) 2009-07-21 2012-10-23 Trustees Of Tufts College Functionalization of silk material by avidin-biotin interaction
WO2011026101A2 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Trustees Of Tufts College Silk transistor devices
JP2013506058A (ja) 2009-09-28 2013-02-21 タフツ ユニバーシティー／トラスティーズ オブ タフツ カレッジ 延伸したシルクｅｇｅｌ繊維およびその製造方法
WO2011041395A2 (en) 2009-09-29 2011-04-07 Trustees Of Tufts College Silk nanospheres and microspheres and methods of making same
US10918298B2 (en) 2009-12-16 2021-02-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois High-speed, high-resolution electrophysiology in-vivo using conformal electronics
US9936574B2 (en) 2009-12-16 2018-04-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Waterproof stretchable optoelectronics
US10441185B2 (en) 2009-12-16 2019-10-15 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Flexible and stretchable electronic systems for epidermal electronics
US9057994B2 (en) 2010-01-08 2015-06-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois High resolution printing of charge
EP3695792B1 (en) 2010-03-12 2023-06-14 The Board of Trustees of the University of Illinois Waterproof stretchable optoelectronics
US8129716B2 (en) 2010-03-18 2012-03-06 National Tsing Hua University OTFT and MIM capacitor using silk protein as dielectric material and methods for manufacturing the same
CA2832795C (en) * 2010-04-12 2018-01-09 Tufts University Silk electronic components and the method for fabricating the same
EP2384725B1 (de) * 2010-05-06 2018-07-04 Biotronik AG Biokorrodierbares Implantat, bei dem eine Korrosion nach erfolgter Implantation durch einen externen Stimulus ausgelöst oder beschleunigt werden kann
TWI418072B (zh) * 2010-05-28 2013-12-01 Nat Univ Tsing Hua 以紙做為基板並以蠶絲做為介電材料之有機薄膜電晶體及其製作方法
US8035284B2 (en) 2010-09-22 2011-10-11 Bridgelux, Inc. Distributed LED-based light source
US8562095B2 (en) 2010-11-01 2013-10-22 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois High resolution sensing and control of electrohydrodynamic jet printing
WO2012097163A1 (en) 2011-01-14 2012-07-19 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Optical component array having adjustable curvature
US9765934B2 (en) 2011-05-16 2017-09-19 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Thermally managed LED arrays assembled by printing
WO2012167096A2 (en) 2011-06-03 2012-12-06 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Conformable actively multiplexed high-density surface electrode array for brain interfacing
US9555644B2 (en) 2011-07-14 2017-01-31 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Non-contact transfer printing
WO2013089867A2 (en) 2011-12-01 2013-06-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Transient devices designed to undergo programmable transformations
EP2830492B1 (en) 2012-03-30 2021-05-19 The Board of Trustees of the University of Illinois Appendage mountable electronic devices conformable to surfaces and method of making the same
US10840536B2 (en) 2013-02-06 2020-11-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable electronic systems with containment chambers
US10497633B2 (en) 2013-02-06 2019-12-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable electronic systems with fluid containment
US9613911B2 (en) 2013-02-06 2017-04-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Self-similar and fractal design for stretchable electronics
US10617300B2 (en) 2013-02-13 2020-04-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Injectable and implantable cellular-scale electronic devices
WO2014138465A1 (en) 2013-03-08 2014-09-12 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Processing techniques for silicon-based transient devices
WO2014165686A2 (en) 2013-04-04 2014-10-09 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Purification of carbon nanotubes via selective heating
WO2014169170A1 (en) 2013-04-12 2014-10-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Inorganic and organic transient electronic devices
EP3052017B1 (en) 2013-10-02 2019-12-11 The Board of Trustees of the University of Illionis Organ mounted electronics
CN106463553A (zh) 2014-01-16 2017-02-22 伊利诺斯州大学信托董事会 基于印刷的多结、多端光伏装置
US10538028B2 (en) 2014-11-17 2020-01-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Deterministic assembly of complex, three-dimensional architectures by compressive buckling
US20170020402A1 (en) 2015-05-04 2017-01-26 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Implantable and bioresorbable sensors
US11029198B2 (en) 2015-06-01 2021-06-08 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Alternative approach for UV sensing
JP2018524677A (ja) 2015-06-01 2018-08-30 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ 無線電力及び近距離無線通信機能を備えた小型電子システム
WO2017004531A1 (en) 2015-07-02 2017-01-05 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Fully implantable soft medical devices for interfacing with biological tissue
US11160489B2 (en) 2015-07-02 2021-11-02 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Wireless optofluidic systems for programmable in vivo pharmacology and optogenetics
US10925543B2 (en) 2015-11-11 2021-02-23 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Bioresorbable silicon electronics for transient implants

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110230747A1 (en) 2010-03-17 2011-09-22 Rogers John A Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates

Also Published As

Publication number Publication date
JP6231489B2 (ja) 2017-11-15
CN104472023B (zh) 2018-03-27
JP2015512136A (ja) 2015-04-23
HK1204205A1 (en) 2015-11-06
WO2013089867A3 (en) 2013-08-15
WO2013089867A2 (en) 2013-06-20
JP6504680B2 (ja) 2019-04-24
US10396173B2 (en) 2019-08-27
TW201904067A (zh) 2019-01-16
EP2786644A2 (en) 2014-10-08
TWI668865B (zh) 2019-08-11
TW201347173A (zh) 2013-11-16
CN104472023A (zh) 2015-03-25
EP2786644B1 (en) 2019-04-10
JP2018032870A (ja) 2018-03-01
EP2786644A4 (en) 2015-09-02
CN108389893A (zh) 2018-08-10
TWI699890B (zh) 2020-07-21
KR20140099934A (ko) 2014-08-13
US9691873B2 (en) 2017-06-27
US20130140649A1 (en) 2013-06-06
US20180175158A1 (en) 2018-06-21

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