TWI668865B - 經設計以承受可程式化變換之暫態裝置 - Google Patents

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費倫索Ｇ 歐曼尼托
黃碩元
陶虎
金大亨
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Abstract

本發明提供包含在施加至少一個內部及/或外部刺激後旋即電變換及/或物理變換之主動及被動裝置的暫態裝置。本發明提供暫態電子器件之材料、模型化工具、製造方法、裝置設計及系統層級實例。

Description

經設計以承受可程式化變換之暫態裝置
本發明係在暫態裝置領域中，且一般而言係關於經設計以可程式化地變換之被動及主動裝置。
本申請案主張2011年12月1日提出申請之第61/565,907號及2012年4月20日提出申請之第61/636,510號美國臨時專利申請案以及2012年9月21日提出申請之第13/624,096號美國正式專利申請案及2012年9月21日提出申請之第PCT/US12/56538號國際專利申請案之優先權權益，該等專利申請案中之每一者之全文以引用方式併入本文中。
關於由聯邦政府贊助之研究或開發之聲明
本發明至少部分地在由第W911NF-11-1-0254號DARPA獎授予之美國政府支援下作出。美國政府在本發明中具有特定權利。
暫態裝置具有用於眾多應用之潛力。舉例而言，生態可降解環境感測器避免對裝置收集之需要，且降解並自體內清除之生物可再吸收醫學裝置避免毒性及炎症。在戰略上，在一預選時間之後降解或在施加一經觸發刺激後旋即降解之軍事裝置避免將知識或材料傳送給敵人。所有此等所預想應用係重要的，但暫態裝置之實施方案相依於設計策略。暫態裝置之設計策略必須：(i)支援使用可降解裝置組件材料及可降解基板之裝置製作，(ii)提供對裝置之使用壽命之準確控制，及(iii)利用可與一目標環境內之一給 定應用相容且針對該給定應用充分執行之材料。
最近，若干個專利及公開案已揭示具有暫態性質之裝置。舉例而言，Kim等人之「Silicon electronics on silk as a path to bioresorbable implantable devices」(Appl.Phys.Lett.95,133701(2009))、美國專利申請公開案2011/0230747及國際專利申請公開案WO 2008/085904揭示可包含一生物可降解半傳導材料及一生物可降解基板之生物可降解電子裝置。Bettinger等人之「Organic thin film transistors fabricated on resorbable biomaterial substrates」(Adv.Mater.,22(5),651-655(2010))、Bettinger等人之「Biomaterial-based organic electronic devices」(Poly.Int.59(5),563-576(2010))及Irimai-Vladu之「Environmentally sustainable organic field effect transistors」(Organic Electronics,11,1974-1990(2010))揭示可包含一生物可降解有機傳導材料及一生物可降解基板之生物可降解電子裝置。國際專利申請公開案WO 2008/108838揭示用於將流體及/或生物材料遞送至組織之生物可降解裝置。美國專利申請公開案2008/0306359揭示用於診斷及治療應用之食用裝置。Kozicki等人之「Programmable metallization cell memory based on Ag-Ge-S and Cu-Ge-S solid electrolytes」(NonVolatile Memory Technology Symposium,83-89(2005))揭示其中一電解質內之金屬離子可經減小或氧化以形成或移除固體金屬互連件之記憶體裝置。
本發明提供包含在施加至少一個內部及/或外部刺激後 旋即物理、化學及/或電變換之主動及被動裝置之暫態裝置。各自具有一可程式化、可控制及/或可選擇降解速率之可降解裝置組件、可降解基板及/或可降解囊封材料之併入提供變換該裝置之一構件。在某些實施例中，舉例而言，本發明之暫態裝置組合可降解高效能單晶無機材料與可降解基板。可降解單晶無機材料之併入提供目前最佳技術電子及醫學性質(例如，彎曲勁度、楊氏模數、曲率之半徑等)及裝置屬性(例如，撓性、可拉伸性等)。
現代矽之一顯著特徵係其保持功能及物理不變、針對諸多實際目的幾乎無限之能力。此處，引入提供相反行為之一基於矽之技術：其以一良好受控制經程式化方式隨時間逐漸消失。在此意義上「暫態」之裝置形成無法藉助習用電子器件解決之應用可能性。本發明裝置可用於諸如在醫學適用時間框架內存在但然後完全溶解且經由人體再吸收消失之主動植入器之應用中。與不同類別之呈可定址陣列之感測器及致動器、電源供應器之選項及一無線控制策略一起報告了此類型之互補金屬氧化物半導體(CMOS)電子器件之一組材料、製造方案、裝置組件及理論設計工具。能夠以一可植入模式遞送熱治療作為一可程式化、非抗生殺菌劑之一暫態矽裝置及其在活體外及活體內之示範圖解說明此技術之一系統層級實例。
幾乎任何新類別之電子器件之開發中之一首要目標係達成呈隨時間承受可忽略改變之物理形式之高效能操作。主動及被動材料、裝置及電路佈局以及封裝策略經各自個別 仔細地構想且然後經共同地組態以達成此結果。此處所引入之暫態電子器件技術涉及對工程設計之類似關注，但在以規定之時間且以良好定義之速率之全部或部分地實體消失或變換之系統之上下文中。使用情境介於自與活宿主整合(人類/動物/昆蟲/植物/；駐留於其上或駐留於其中)至室內/室外環境(諸如建築物、道路或材料)之範圍內。經啟用裝置包含在植入至人體中時再完全吸收(「生物可再吸收」)以避免不利長期效應之醫學監視器或在曝露於水時溶解(「生態可再吸收」)以消除收集及恢復之需要之環境監視器。其他概念涉及將策略區域與定時暫態合併以影響受控制功能變換之電路。
本說明呈現暫態電子器件之一組材料、模型化工具、製造方法、裝置設計及系統層級實例。由於此技術係基於矽的，因此其可利用具有可匹配以常見方式形成於晶圓基板上之非暫態對應部分之彼等操作特性之操作特性的裝置及電路設計之諸多現代所建立態樣。此結果與感測器、致動器、電源供應器及無線控制中之支撐技術一起提供達成比藉助其中特定構成材料係形成於生物可再吸收基板4上之水溶性1-3或簡單非暫態電晶體之最近所報告形式之有機電子器件可用之彼等能力在品質上更精細之能力。
本文中提供暫態裝置以及製作及使用暫態裝置之方法。舉例而言，本發明之裝置適用於與一環境相關聯之一參數(諸如一化學組合物(例如，pH、離子強度、一生物標記之存在或濃度、蛋白質、碳水化合物等)、一電化學參數(例 如，電流或電壓)、溫度及/或一光學參數(例如，吸收、散射等))之離體、活體外或活體內感測。
在一態樣中，一種被動暫態電子裝置包括：一基板；一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或者一或多個無機半導體組件及一或多個金屬導體組件，其由該基板支撐，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分變換回應於該外部或內部刺激且在一預選時間或以一預選速率提供該被動暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該被動暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變。
在一態樣中，一種主動觸發之暫態電子裝置包括：一基板；一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或者一或多個無機半導體組件及一或多個金屬導體組件，其由該基板支撐；其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；及一致動器，其回應於一使用者起始之外部觸發信號且可操作地連接至該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件，其中在該裝置接收到該外部觸發信號後該 致動器旋即回應於該內部或外部刺激而直接或間接起始該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分變換，藉此回應於該外部觸發信號而提供該主動觸發之暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該主動觸發之暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變。在某些實施例中，該制動器可操作地連接至該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件(視情況兩者)，以使得其直接作用於該一或多個無機半導體組件及/或該一或多個金屬導體組件上以(舉例而言)用直接致使該一或多個無機半導體組件及/或該一或多個金屬導體組件之選擇性移除之一方式起始該至少部分變換。在某些實施例中，該致動器可操作地連接至該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件(視情況兩者)，以使得其作用於定位於該致動器與該一或多個無機半導體組件及/或該一或多個金屬導體組件之間的一或多個中間結構上，以便(舉例而言)藉由導致該等無機半導體組件及/或該一或多個金屬導體組件曝露於該內部或外部刺激的該一或多個中間結構之選擇性移除起始該至少部分變換。
在一實施例中，一或多個無機半導體組件或者一或多個金屬導體組件承受一完全變換或一實質上完全變換，藉此提供該被動或主動暫態電子裝置之該可程式化變換。該完全變換可由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一完全移除、一完全相變或一完全化學改變 表徵。一「完全變換」在一材料之100%承受一變換時發生。一「實質上完全變換」在一材料之95%或大於95%(例如，97%、98%、99%、99.5%或99.9%)承受一變換(諸如移除、化學轉化、相位轉變或諸如此類)時發生。在一實施例中，舉例而言，承受一實質上完全變換之一材料亦(舉例而言)藉由承受大於或等於95%之一傳導率降低或一電阻增加而承受大於或等於95%之一物理性質(諸如傳導率或電阻)之一改變。
在一實施例中，一或多個無機半導體組件或者一或多個金屬導體組件承受一不完全變換。該不完全變換可由該等無機半導體組件之數量之至少20%、30%、50%或70%或者該等金屬導體組件之數量之至少20%、30%、50%或70%之一部分移除、相變或化學改變表徵，藉此提供該被動或主動暫態電子裝置之該可程式化變換。該不完全變換可由該一或多個無機半導體組件中之每一者至少20%、30%、50%或70%重量比、體積比或面積比或者該一或多個金屬導體組件中之每一者至少20%、30%、50%或70%重量比、體積比或面積比之一部分移除、相變或化學改變表徵，藉此提供該被動暫態電子裝置之該可程式化變換。在一實施例中，舉例而言，承受一不完全變換之一材料亦(例而言)藉由承受大於或等於20%(或對於某些應用30%或對於某些應用50%或者對於某些應用70%)之一傳導率降低或一電阻增加而承受大於或等於20%(或對於某些應用30%或對於某些應用50%或者對於某些應用70%之一物理性質(諸如傳導 率或電阻)之一改變。
在一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換藉由除生物再吸收之外的一製程發生。舉例而言，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該變換可藉由其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分承受至少部分昇華或熔化之一相變發生，藉此提供該被動暫態電子裝置之該可程式化變換。
在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換經由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件在一溶劑中之至少部分溶解發生。該溶劑可係一水溶劑或一非水溶劑。一「水溶劑」係主要包括水(亦即，大於50% v/v水)之在298 K下之一液體，而一「非水溶劑」係主要包括除水之外的液體(亦即，小於50% v/v水)之在298 K下之一液體。例示性水溶劑包含水、基於水之溶液、體液及諸如此類。例示性非水溶劑包含有機溶劑(例如，醇類、脂類、醚類、烷類、酮類)及離子液體。
在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換經由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分水解發生。
在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換經由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分蝕刻或腐蝕發 生。
在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換藉由其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分吸收電磁輻射且承受一至少部分化學或物理改變之一光化學反應發生。在一實施例中，該光化學反應係一光解製程。
在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換藉由一電化學反應發生。舉例而言，該電化學反應可係該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分陽極溶解。
在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換藉由其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分承受大於或等於50%、視情況對於某些實施例大於或等於75%及視情況對於某些實施例大於或等於95%之一傳導率降低之一化學或物理改變發生。在另一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之變換藉由其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分至少部分地及視情況完全轉化成一絕緣體之一化學或物理改變發生，藉此提供該被動暫態電子裝置之該可程式化變換。
在一態樣中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件可選擇性地移除且承受由移除、損失或其他材料轉印製程(例如，剝落、脫層、再定位、重新定位 等)表徵之一製程。在某些實施例中，舉例而言，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件承受由相對於該等無機半導體組件或金屬導體組件之一或多個區域(舉例而言，曝露於一內部或外部刺激之區域)實質上均勻之移除表徵之一製程，諸如其中該等無機半導體組件或金屬導體組件之厚度隨時間實質上均勻降低(例如，在10%內)之一製程。在某些實施例中，舉例而言，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件承受由相對於該等無機半導體組件或金屬導體組件之一或多個區域(諸如曝露於一內部或外部刺激之區域)實質上不均勻之移除表徵之一製程，諸如其中該等無機半導體組件或金屬導體組件隨時間以奈米大小或微米大小之特徵(諸如顆粒邊界、缺陷位點、階邊、相位邊界等)較佳地(例如，更迅速)移除之一製程。在一實施例中，舉例而言，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件承受由實質上不均勻之移除表徵之一製程以便產生一多孔材料，藉此影響該等無機半導體組件或金屬導體組件之電子性質(例如，導電率、電阻等)。在一實施例中，舉例而言，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件承受由實質上不均勻之移除表徵之一製程以便致使剝落，舉例而言，其中材料中之裂縫、缺陷及/或孔之形成導致該材料之部分(例如，碎片)之損失，藉此影響該等無機半導體組件或金屬導體組件之電子性質(例如，導電率、電阻等)。在一實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該 一或多個金屬導體組件承受由自一下伏基板或裝置組件至少部分及視情況完全脫層及/或拆除表徵之一製程，藉此影響該等無機半導體組件或金屬導體組件之電子性質(例如，導電率、電阻等)。
在一實施例中，一暫態電子裝置具有由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件在選自1毫秒至2年或1毫秒至1年或1毫秒至6個月或1毫秒至1個月或1毫秒至1天或1毫秒至1小時或者1秒至10分鐘之範圍之一時間間隔內發生之該變換表徵之一預選暫態量變曲線，藉此提供該被動暫態電子裝置之該可程式化變換。在一實施例中，該預選暫態量變曲線由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件在選自1毫秒至2年或1毫秒至1年或1毫秒至6個月或1毫秒至1個月或1毫秒至1天或1毫秒至1小時或者1秒至10分鐘之範圍之一時間間隔內之0.01%至100%或0.1%至70%或0.5%至50%或1%至20%或者1%至10%之一變換表徵，藉此提供該被動暫態電子裝置之該可程式化變換。在一實施例中，該預選暫態量變曲線由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件以在0.01 nm/天至10微米s-1或0.1 nm/天至1微米s-1或者1 nm/天至0.5微米s-1之範圍內選擇之一速率之一平均厚度降低表徵。在一實施例中，該預選暫態量變曲線由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件以在0.01 nm/天至10微米s-1或0.1 nm/天至1微米s-1或者1 nm/天至0.5微米s-1之範圍內選擇之一速率之一質量降低表徵。在一實施例中，該預 選暫態量變曲線由該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件以在1010 S．m-1 s-1至1 S．m-1 s-1或108 S．m-1 s-1至10 S．m-1 s-1或者105 S．m-1 s-1至100 S．m-1 s-1之範圍內選擇之一速率之一導電率降低表徵。
在一實施例中，該裝置監視該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該至少部分變換。舉例而言，該裝置可監視提供該被動暫態電子裝置之該可程式化變換的該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該至少部分變換之速率。本發明之裝置中之自監視可提供增強之功能性，諸如提供偏壓以便發訊號以控制總體裝置功能性或提供發訊號至一使用者，從而提供該變換之程度之量測、可程式化變換之時間框架或裝置效能或隨時間而變之功能性之一表徵。
一使用者起始之外部觸發信號可直接或間接觸發該電子裝置之該可程式化變換。舉例而言，該使用者起始之外部觸發信號可係一電子信號、一光學信號、一熱信號、一磁信號、聲音信號、一機械信號、一化學信號或一電化學信號。在某些實施例中，該使用者起始之外部觸發信號係提供至該裝置之一電場之一使用者起始之施加、提供至該裝置之電磁輻射之一使用者起始之施加、提供至該裝置之一使用者起始之機械衝擊、提供至該裝置之熱之一使用者起始之流動、來自該裝置之熱之一使用者起始之流動或提供至該裝置之一RF電場之一使用者起始之施加。本發明包含經組態以接收一使用者起始之觸發信號之裝置，舉例而 言，具有與提供一使用者起始之觸發信號至裝置之一傳輸器通信之一接收器及/或微處理器組件之裝置。
該使用者起始之外部觸發信號可由一使用者直接提供至該裝置或經由儲存於一電腦可讀媒體上之軟體間接提供至該裝置且由一微處理器執行。舉例而言，該軟體可回應於使用者輸入資料(自該裝置之一組件獲得之資料)及/或與該裝置連續通信之一回饋環路。舉例而言，該暫態裝置可與一傳輸器單向或雙向通信，其中該傳輸器將該使用者起始之外部觸發信號提供至操作地連接至該致動器的該裝置之一接收器。圖131展示與一傳輸器1412通信之一暫態裝置1400之一示意圖，傳輸器1412將一使用者起始之外部觸發信號1414提供至操作地連接至一致動器1410的該裝置之一接收器1408。暫態裝置1400亦包含一基板1402、一或多個無機半導體組件1404及一或多個金屬導體組件1406。
在某些實施例中，一暫態裝置包含用於接收該使用者起始之外部觸發信號之一接收器，該接收器操作地連接至該致動器，以便在接收到該使用者起始之外部觸發信號後旋即起始該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該至少部分變換。舉例而言，該接收器可包含用於接收該使用者起始之外部觸發信號之一天線、一電極、一壓電元件、一光作用材料或一熱活性材料。
在某些實施例中，該致動器包括用於自該接收器接收一信號之一處理器，以便起始該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該至少部分變換。
在某些實施例中，該致動器直接作用於該一或多個無機半導體組件、該一或多個金屬導體組件或者該基板上，以便致使該至少部分變換。另一選擇係，在某些實施例中，該致動器直接作用於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上，以便致使該至少部分變換。
在一實施例中，一致動器包括一微處理器。舉例而言，一微處理器可接收一使用者起始之外部觸發信號，且儲存於該微處理器內之一電腦可讀媒體上之軟體可分析該使用者起始之外部觸發信號以判定一能源(諸如電磁輻射、聲能、熱能等)應被提供至該裝置之一組件。在某一實施例中，該軟體然後將指令提供至該微處理器以執行將該能量提供至一裝置組件必需之功能以便起始該一或多個無機半導體組件及/或該一或多個金屬導體組件之一至少部分變換。
在某些實施例中，該致動器至少部分移除提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之一或多個中間結構，以便將該一或多個無機半導體組件之至少一部分或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分曝露於外部或內部刺激，藉此產生該至少部分變換。舉例而言，該一或多個中間結構可包括提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之一囊封材料，其中該致動器致使該囊封材料之至少一部分之移除，以便將該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件曝露於該外部或內部刺激。舉例而言，一囊封材料可限 於該一或多個無機半導體組件之表面或者該一或多個金屬導體組件之表面之一囊封層、該裝置之頂部表面上之一囊封覆迭層或環繞該整個裝置之一囊封封裝。
在某些實施例中，一暫態裝置包含至少部分地囊封該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一覆迭層，其中該覆迭層可包括含有一化學試劑或一生物試劑之一或多個貯存器。在一實施例中，一致動器包括具有該一或多個貯存器之該覆迭層。在一實施例中，該覆迭層係一聚合物層或SiN層。在一實施例中，該一或多個貯存器嵌入於該覆迭層中。舉例而言，該覆迭層之該一或多個貯存器可回應於該外部或內部刺激而斷裂，藉此導致該化學或生物試劑之釋放。在某些實施例中，該覆迭層之該一或多個貯存器獨立地具有在100 nm至10,000 μm或500 nm至5,000 μm或者1 μm至1,000 μm之範圍內選擇之實體尺寸。舉例而言，具有此等尺寸之貯存器可經由光微影或軟微影(例如，微轉印印刷)製作而成。
在某些實施例中，該覆迭層之一或多個貯存器回應於一機械衝擊、壓力改變、曝露於電磁輻射、曝露於熱或曝露於聲能而斷裂，藉此導致該化學或生物試劑之該釋放。舉例而言，釋放可導致該化學試劑或生物試劑之分散，從而導致與一或多個裝置組件(諸如無機半導體組件、金屬導體組件、介電組件、囊封層、基板等)實體接觸，藉此致使與該化學試劑或生物試劑接觸之該等裝置組件之選擇性變換及/或選擇性移除。例示性化學或生物試劑包含水、 一非水溶劑、一水溶液、一含生物聚合物溶液、一酸、一鹼、一酶溶液、一PBS溶液或一含觸媒溶液。
在某些實施例中，該覆迭層包括一絲材料，且該化學試劑或生物試劑包括一含蛋白酶材料，諸如一含蛋白酶溶液。在某些實施例中，蛋白酶可與小分子抑制劑(諸如EDTA或抗體)複合以切斷活性直至該試劑被分散。
在某些實施例中，該致動器回應於該使用者起始之外部觸發信號而產生電磁輻射、聲能、一電場、一磁場、熱、一RF信號、一電壓、一化學改變或一生物改變，藉此起始該至少部分變換。舉例而言，該致動器可包括一加熱器、一加熱器、含有能夠致使一化學改變或一生物改變之一化學試劑之一貯存器、一電磁輻射源、一電場之一源、一RF能源或一聲能源。例示性加熱器包含被動加熱器、電阻加熱器及主動加熱器。
在某些實施例中，一致動器包括至少部分地囊封該等無機半導體組件或者該等金屬導體組件中之一或多者之一囊封材料，其中該囊封材料包括在該裝置接收到該外部觸發信號後旋即被至少部分移除以將下伏無機半導體組件或金屬導體組件曝露於內部或外部刺激之一可選擇性移除材料，藉此起始該至少部分變換。舉例而言，該囊封材料可藉由由該致動器回應於該使用者起始之外部觸發信號而提供之一化學試劑至少部分地溶解、水解或解聚合以曝露該等下伏無機半導體組件或金屬導體組件。舉例而言，在某些實施例中，一可選擇性移除囊封材料係提供為定位於包 括一可選擇性變換材料之一或多個無機半導體組件及/或一或多個金屬導體組件上之一覆迭層，以使得該囊封材料覆迭層之至少部分移除將該等下伏一或多個無機半導體組件及/或一或多個金屬導體組件曝露於一內部或外部刺激(諸如一環境刺激(例如，溶劑、化學環境、生物環境、周圍壓力、周圍溫度、周圍電磁輻射等))，從而致使該一或多個無機半導體組件及/或一或多個金屬導體組件之一至少部分變換。在某些實施例中，該囊封材料覆迭層之移除由於曝露於一環境刺激(例如，溶劑、化學環境、生物環境、周圍壓力、周圍溫度、周圍電磁輻射等)而發生。在某些實施例中，該囊封材料覆迭層之移除由於作用於該囊封材料覆迭層上之一裝置之一致動器(舉例而言)藉由釋放能夠致使該囊封材料之至少部分移除之一化學或生物試劑而發生。在某些實施例中，該囊封材料覆迭層之移除由於作用於該囊封材料覆迭層上之一裝置之一致動器(舉例而言)藉由提供致使該囊封材料之至少部分移除之能量(例如，電磁輻射、聲能、熱能、機械能等)而發生。
在另一實例中，該囊封材料可係回應於由該致動器產生之電磁輻射而承受一光化學反應以曝露該等下伏無機半導體組件或金屬導體組件之一光敏材料。舉例而言，該致動器可係一電磁輻射源，其中該致動器經提供而與該囊封材料光學連通。
在又一實例中，該囊封材料係回應於由該致動器產生之熱而承受一相變或化學改變以曝露該等下伏無機半導體組 件或金屬導體組件之一熱敏材料。舉例而言，該致動器可係經提供而與該囊封材料熱接觸以用於提供熱之一加熱器，諸如一電阻加熱器或回應於吸收電磁輻射之一被動加熱器。本發明包含包括嵌入於包括一囊封材料之一覆迭層中之一加熱器之裝置，其中該加熱器經組態以(舉例而言)回應於一使用者起始之觸發信號而提供熱能，該使用者起始之觸發信號致使該囊封材料之至少部分移除，藉此曝露包括一可選擇性變換材料之下伏無機半導體組件及/或金屬導體組件。
在某些實施例中，該致動器包括一反電極及電解質，其中該電解質經提供而與該電極及該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件接觸，其中該使用者起始之外部觸發信號係提供至該反電極之一電壓或RF能量，藉此導致該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之溶解。在一實施例中，舉例而言，且該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件包括一電化學單元之電極且與一電解質接觸。
在某些實施例中，在該裝置接收到該使用者起始之外部觸發信號後，該致動器旋即執行選自由以下各項組成之群組之一操作：斷開或閉合一電子電路、產生熱、阻止電之流動、產生電磁輻射、產生聲能及分散一化學試劑或生物試劑。
當該致動器阻止電之流動時，該裝置之至少一部分之溫度可被升高至少10℃，藉此起始提供於該一或多個無機半 導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之一囊封材料之熱降解，藉此將該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分曝露於該內部或外部刺激。
當該致動器產生電磁輻射時，其起始提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之一囊封材料之光化學降解，藉此將該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分曝露於該內部或外部刺激。
當該致動器分散一化學試劑時，該化學試劑可(舉例而言)選自由以下各項組成之群組：水、鹽水、一酸、一鹼及一酶；其中該致動器將該化學試劑遞送至提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之一囊封材料，藉此起始提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之該囊封材料之化學或酶促降解，藉此將該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分曝露於該內部或外部刺激。如本文中所使用，化學試劑一般而言廣泛地指(舉例而言)能夠起始一材料之一化學或物理改變、能夠致使該裝置之一半導體組件、金屬導體組件、介電組件、基板及/或囊封材料之一至少部分變換之一化學化合物或化合物之混合物(例如，溶液)。
當該致動器分散一生物試劑時，該生物試劑可(舉例而言)選自由以下各項組成之群組：一蛋白質、一經改質蛋白質、一肽、一經改質肽、一寡核苷酸及一苷酸；其中該 致動器將該生物試劑遞送至提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之一囊封材料，藉此起始提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上之該囊封材料之化學或酶促降解，藉此將該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少一部分曝露於該內部或外部刺激。如本文中所使用，生物試劑一般而言廣泛地指(舉例而言)能夠起始一材料之一化學或物理改變、能夠致使該裝置之一半導體組件、金屬導體組件、介電組件、基板及/或囊封材料之一至少部分變換之一生物分子或生物分子混合物。
在一實施例中，該可程式化變換提供該暫態電子裝置自一第一可操作性條件至一第二可操作性條件之一功能改變。在一替代實施例中，該可程式化變換提供該暫態電子裝置自對應於一第一功能性之一第一條件至對應於不同於該第一功能性之一第二功能性之一第二條件的一功能改變。舉例而言，該功能性可係一電子功能性。在任一實施例中，該可程式化變換可提供自由彼此電接觸之兩個或兩個以上無機半導體裝置組件或金屬導體組件表徵之一第一條件至由未彼此電接觸之兩個或兩個以上無機半導體裝置組件或金屬導體組件表徵之一第二條件之一改變。在某些實施例中，一可程式化變換實體及/或電分離或隔離該暫態裝置之組件，藉此導致該暫態裝置自該第一條件至該第二條件之該功能改變。
本發明中之可降解或可變換材料之併入亦可以促進該暫 態裝置及其組件之移除、降解及/或清除之一方式實施。在一實施例中，本發明之一裝置具有一組合物、幾何形狀及/或實體尺寸以使得在該基板之至少部分降解或變換後，該裝置旋即破碎成藉由一主體或環境高效處理及清除之片段。在一實施例中，舉例而言，該裝置經組態以使得在該基板之至少部分降解或變換後，該裝置旋即破碎成具有小於100微米、視情況小於10微米及視情況小於1微米之橫向及厚度尺寸之片段，以便促進藉由一主體或環境處理及清除該裝置。
一可程式化變換可係一預設可程式化變換或一即時觸發可程式化變換。舉例而言，一預設變換可在程式化至一裝置之一計時器中之一消逝之時間或當前時間發生。在所指定時間，可產生開始該變換製程之一使用者起始之外部觸發信號。舉例而言，一即時變換可藉由由一外部源施加之能量或由一外部源傳輸且由該裝置接收之一信號觸發。在自該外部源接收到該信號後，一致動器旋即可起始一變換製程。
在一實施例中，一可程式化變換可包括至少一個無機裝置組件、至少一個金屬導體組件或兩者之完全溶解、降解、移除或變換。舉例而言，一或多個無機半導體組件或者一或多個金屬導體組件之一可程式化變換藉由選自由以下各項組成之群組之一製程發生：再吸收、生物再吸收、(化學或酶促)水解、崩解、解聚合、溶解、昇華、熔化、蝕刻、光解、腐蝕及陽極溶解。在一實施例中，一可程式 化變換電隔離一暫態電子裝置之一或多個無機半導體裝置組件或金屬導體組件，藉此導致該暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變。舉例而言，該暫態電子裝置之該功能可係以下變換：(i)自一NOR閘至一NAND閘；(ii)自一反相器至一經隔離電晶體；(iii)自一電阻器至一個二極體；(iv)自一NAND閘至一反相器；(v)自一NOR閘至一經隔離電晶體；或(vi)自一NAND閘至一經隔離電晶體。
一暫態電子裝置可係一被動電子裝置或一主動電子裝置。舉例而言，該被動暫態電子裝置可係一通信系統、一光子裝置、一感測器、一光電子裝置、一生物醫學裝置、一溫度感測器、一光電偵測器、一光伏打裝置、一應變計、一成像系統、一無線傳輸器、一天線、一奈米機電系統或一微機電系統。在一特定實施例中，該被動暫態電子裝置係用於偵測溫度、應變、壓力、電位、水合狀態、入射電磁輻射或化學組合物之一感測器。在一特定實施例中，該被動暫態電子裝置係在與水接觸時可完全溶解之一通信系統。在一特定實施例中，該被動暫態電子裝置係一無線電或天線。在一特定實施例中，該被動暫態電子裝置係一組織安裝式生物醫學裝置。例示性暫態電子裝置包含但不限於：電晶體、二極體、CMOS裝置、MOSFET裝置、光電二極體、發光二極體、互補邏輯電路、光感測器、溫度感測器、化學感測器、機械感測器、電感測器、磁性感測器、電池、燃料電池、無線電及熱電或壓電能收 穫器。
在一實施例中，該被動或主動暫態電子裝置具有小於或等於1000微米或視情況100微米或者視情況10微米之一平均厚度。
適用無機半導體組件包含但不限於：撓性半導體結構、可拉伸半導體結構及/或能夠承受一形狀改變以便符合一環境之表面之半導體結構。在某些實施例中，一暫態電子裝置可包括複數個無機半導體組件。在一實施例中，該等無機半導體組件包括一半導體裝置，諸如一電晶體、一電晶體通道、一個二極體、一p-n接面、一光電二極體、一發光二極體、一鐳射、一電極、一整合式電子裝置、一積體電路、一天線、一電感器、一電阻器、一基於半導體之感測器、MESFET、MOSFET或此等之組合及/或陣列。
在某些實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件獨立地包括一奈米結構材料或一微結構材料。在一實施例中，舉例而言，該等無機半導體組件包括一微結構材料或一奈米結構材料，諸如一微米或奈米帶、一微米或奈米隔膜、一微米或奈米線或者一微米或奈米多孔材料。如本文中所使用，術語「微結構」係指具有在1微米至1000微米之範圍內選擇之至少一個實體尺寸之一結構，且術語「奈米結構」係指具有在10奈米至1000奈米之範圍內選擇之至少一個實體尺寸之一結構。在一實施例中，本發明包括一奈米結構無機半導體組件、金屬組件或介電組件，該介電組件包括具有複數個孔之一多微孔材 料，該複數個孔具有選自視情況以一有序網路提供之1 μm至1000 μm之範圍之剖面尺寸。在一實施例中，本發明包括一奈米結構無機半導體組件、金屬組件或介電組件，該介電組件包括具有複數個孔之一多奈米孔材料，該複數個孔具有選自視情況以一有序網路提供之1 nm至1000 nm之範圍之剖面尺寸。
該裝置及其組件之該等實體尺寸及形狀係特別關於一所期望暫態量變曲線之預選之重要參數。薄無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件(例如，厚度小於或等於100微米、視情況厚度小於或等於10微米、視情況厚度小於或等於1微米、視情況厚度小於或等於500奈米及視情況厚度小於或等於100奈米)之使用有益於提供一給定裝置應用之一預選暫態及/或提供適用醫學性質，諸如一撓性或以其他方式可變形裝置。在某些實施例中，無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件獨立地包括一或多個薄膜結構，該一或多個薄膜結構可(舉例而言)藉由分子磊晶、原子層沈積、物理或化學汽相沈積或者此項技術中已知之其他方法沈積或生長。在某些實施例中，一或多個無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件獨立地包括一生物相容、生物可再吸收、生物惰性或生態相容材料。在某些實施例中，該電子裝置之至少某些及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件具有小於或等於100微米之一厚度，及對於某些應用具有小於或等於10微米之一厚度，及對於某些應用具有小於或等於1 微米之一厚度，及對於某些應用具有小於或等於500奈米之一厚度，及對於某些應用具有小於或等於100奈米之一厚度，以及對於某些應用具有小於或等於20奈米之一厚度。在某些實施例中，該裝置之至少某些及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件獨立地具有選自10 nm至100 μm之一範圍、視情況對於某些應用選自50 nm至10 μm之一範圍及視情況對於某些應用選自100 nm至1000 nm之一範圍之一厚度。在一實施例中，舉例而言，本發明之一裝置包括各自獨立地具有在10 nm至1000 nm、視情況對於某些應用10 nm至100 nm及視情況對於某些應用10 nm至30 nm之範圍內選擇之一厚度之一或多個無機半導體組件。在某些實施例中，該裝置之至少某些及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件獨立地具有小於或等於10000 μm之橫向實體尺寸(例如，長度、寬度、直徑等)及對於某些應用具有小於或等於1000 μm之橫向實體尺寸及對於某些應用具有小於或等於100 μm之橫向實體尺寸以及對於某些應用具有小於或等於1 μm之橫向實體尺寸。在某些實施例中，該裝置之至少某些及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件獨立地具有選自10 nm至10 cm之範圍、視情況對於某些應用選自100 nm至10000 μm之一範圍、視情況對於某些應用選自500 nm至1000 μm之一範圍、視情況對於某些應用選自500 nm至100 μm之一範圍及視情況對於某些應用選自500 nm至10 μm之一範圍之橫向實體尺寸。
如同該暫態裝置之其他組件，該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件之物理性質(例如，楊氏模數、淨彎曲勁度、韌度、傳導率、電阻等)影響該裝置之效能及暫態。在某些實施例中，舉例而言，該裝置之至少一部分及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件獨立地具有小於或等於10 GPa、視情況對於某些應用小於或等於100 MPa、視情況對於某些應用小於或等於10 MPa之一楊氏模數。在某些實施例中，舉例而言，該裝置之至少一部分及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件具有在0.5 MPa與10 GPa之間的範圍內選擇及視情況對於某些應用在0.5 MPa與100 MPa之間的範圍內選擇以及視情況對於某些應用在0.5 MPa與10 MPa之間的範圍內選擇之一楊氏模數。在某些實施例中，該裝置之至少一部分及視情況所有該等無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組件具有小於或等於1×108 GPa μm4、視情況對於某些應用小於或等於5×105 GPa μm4及視情況對於某些應用小於或等於1×105 GPa μm4之一淨彎曲勁度。在某些實施例中，該裝置之至少一部分及視情況所有該無機半導體、金屬導體組件及/或介電組件具有在0.1×104 GPa μm4與1×108 GPa μm4及視情況對於某些應用在0.1×10 GPa μm4與5×105 GPa μm4之間的範圍內選擇之一淨彎曲勁度。
該等無機半導體組件之適用材料包含高品質半導體材料，諸如包含純及經摻雜單晶半導體材料之單晶半導體材 料。在一實施例中，所有該等無機半導體組件包括一單晶半導體材料及/或一單晶經摻雜半導體材料，舉例而言，自高溫代工廠處理獲得之單晶矽及/或經摻雜單晶矽。單晶半導體材料至一暫態裝置中之整合特別有益於提供展現極佳電子性質之裝置。在一實施例中，該等半導體組件包括選自由以下各項組成之群組之一材料：Si、Ge、Se、金剛石、富勒烯、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、硒化銅銦鎵(CIGS)、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、InMnAs、InGaAsP、InGaAsN、InAlAsN、GaInNAsSb、GaInAsSbP及此等之任何組合。在某些實施例中，該等無機半導體組件包含選自由以下各項組成之群組之一材料：Si、SiC、SiGe、SiO、SiO2、SiN及此等之任何組合。在某些實施例中，該等無機半導體組件獨立地包括單晶矽、多孔矽及/或多晶矽。在某些實施例中，該等無機半導體組件獨立地包括一多晶半導體材料、單晶半導體材料或經摻雜多晶或單晶半導體材料。在某些實施例中，該等無機半導體組件係一可變換材料。一可變換無機半導體組件之適用材料包含但不限於：多孔矽、多晶矽及此等之任何組合。
在某些實施例中，該暫態裝置可包含選自由以下各項組成之群組之一或多個額外裝置組件：一電極、一介電層、一化學或生物感測器元件、一pH感測器、一光學感測器、一光源、一溫度感測器及一電容性感測器。該額外裝置組件可包括一生物惰性材料、一可降解材料或一可變換材料。適用生物惰性材料包含但不限於：鈦、金、銀、鉑及此等之任何組合。適用可降解或可變換材料包含但不限於：鐵、鎂、鎢及此等之任何組合。
在某些實施例中，電子裝置包括一或多個經互連島及橋接器結構。舉例而言，一島結構可包括該暫態裝置之一或多個半導體電路組件。一橋接器結構可包括提供元件之間(舉例而言，不同島結構之間)的電連通之一或多個撓性及/或可拉伸電互連件。以此方式，本發明之電子裝置可包括 具有包括提供電互連之一或多個島結構及一或多個撓性及/或可拉伸橋接器結構之複數個電互連之無機半導體組件的可拉伸電子裝置；例如，可拉伸電子互連件。
在某些實施例中，該複數個無機半導體組件之至少一部分包括一放大器電路、一多工電路、一電流限制電路、一積體電路、一電晶體或一電晶體陣列中之一或多者。適用多工電路包含經組態以個別地定址空間配置於該可降解基板上之複數個電極中之每一者之彼等多工電路。另外，該暫態裝置可進一步包括選自由以下各項組成之群組之一或多個額外裝置組件：一電極、一介電層、一化學或生物感測器元件、一pH感測器、一光學感測器、一光源、一溫度感測器及一電容性感測器。該等額外裝置組件中之至少一者可包括一生物惰性材料或一生物可再吸收材料。
在某些實施例中，該暫態裝置或其組件經由一基於印刷或基於模製之製程(舉例而言，藉由轉印印刷、幹式接觸轉印印刷、基於溶液之印刷、軟微影印刷、複製模型化、壓印微影等)而組裝於該基板上。因此，在此等實施例中之某些實施例中，該裝置或其組件包括可印刷半導體材料及/或裝置。該等裝置及基板組件經由一基於印刷之技術之整合在某些實施例中係有益的，此乃因其允許半導體裝置/材料之獨立處理及該基板之處理。舉例而言，該基於印刷之組裝方法允許經由將不與某些基板相容之技術處理半導體裝置/材料。在某些實施例中，舉例而言，該等半導體裝置/材料首先經由高溫處理、物理及化學沈積處 理、蝕刻及/或水處理(例如，顯影等)處理，且隨後經由一基於印刷之技術組裝於該基板上。此方法之一優點係其避免以可不利地影響該基板之化學及/或物理性質(舉例而言，藉由不利地影響該可變換基板之生物相容性、毒性及/或降解性質(例如，降解速率等))之一方式處理該基板上之該等半導體裝置/材料。在某些實施例中，舉例而言，此方法允許在不藉助將該基板曝露於水處理(舉例而言，涉及將該可變換基板曝露一蝕刻劑、一剝除劑或一顯影劑之處理)之情況下高效製作該裝置。
在某些實施例中，該裝置之至少一部分及視情況所有該複數個無機半導體組件結合至該基板。該裝置與該基板之間的結合可直接涉及層與材料之間的共價及非共價結合(例如，凡得瓦力、氫結合、倫敦分散力等)而達成。另一選擇係，結合可藉由提供於該裝置與該基板之間的一黏合劑層之併入而達成。用於結合之適用黏合劑層包括一聚合物、一彈性體(例如，PDMS)、一預聚物、一薄金屬層、絲層等。
在某些實施例中，舉例而言，一囊封材料用以囊封部分或所有該裝置，藉此防止電流洩漏至本地環境及/或該裝置之電短路。在一實施例中，該囊封材料囊封該裝置之該等無機半導體組件及/或金屬導體組件之至少50%、視情況該裝置之該等無機半導體組件及/或金屬導體組件之至少90%及視情況該裝置之所有該等無機半導體組件及/或金屬導體組件。在一實施例中，該囊封材料完全囊封該暫態裝 置。
多種材料適用於本發明裝置之該可降解基板。在一實施例中，該基板包括一可選擇性移除材料。在一實施例中，該基板之該可選擇性移除材料承受藉由選自由以下各項組成之群組之一製程之移除：再吸收、生物再吸收、(化學或酶促)水解、崩解、解聚合、溶解、昇華、熔化、蝕刻及腐蝕。在一實施例中，該基板包括一生物相容、生物可再吸收或生態相容材料。該基板之適用材料包含：(舉例而言)一生物聚合物(例如，蛋白質、肽、碳水化合物、多核苷酸等)、一合成聚合物、一蛋白質、一多糖、絲、聚(丙三醇-癸二酸酯)(PGS)、聚二氧六環酮、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、明膠、膠原、聚葡萄胺糖、絲蛋白、透明質酸、蛋白酶粒子、螢光黃、孟加拉玫紅、玫瑰紅、反射劑、細菌視紫質、血紅素、卟啉及此等之組合。用於生物可再吸收基板之適用絲材料包含：(舉例而言)家蠶絲蛋白、經改質家蠶絲蛋白、蜘蛛絲、蟲絲、重組絲及此等之任何組合。如本文中所使用，經改質家蠶絲蛋白係指經由家蠶絲蛋白之化學改質獲得之一聚合物組合物。
在某些實施例中，該基板及/或囊封材料包括可呈一至少部分結晶狀態之絲。舉例而言，該絲可具有小於55%或在0%至55%之範圍內選擇之一結晶度。在一項實施例中，該基板包括一絲複合材料。舉例而言，該絲複合材料可包括絲，該絲具有貫穿該絲材料分散之複數個奈米粒子，其 中該等奈米粒子包括一導體(例如，金屬)、半導體材料、奈米管、奈米線、奈米殼體(具有一介電核心之金屬殼體)、顏料、染料及其組合。在某些實施例中，該等奈米粒子包括選自由以下各項組成之群組之一材料：Au、Ag、CsSe及CdTe。通常，該等奈米粒子具有等於或小於1000 nm之實體尺寸，且該等奈米粒子以選自0.1 nm至100 nM之範圍或選自0.5 nm至50 nM之範圍或者選自1 nm至25 nM之範圍之一濃度存在於該絲材料中。在某些實施例中，該等奈米粒子吸收電磁輻射，藉此產生能夠觸發該基板之選擇性移除之熱。用於觸發一熱降解製程之電磁能量之吸收相依於奈米粒子濃度及該所施加電磁能量之功率兩者。在一實施例中，電磁輻射之吸收係電漿共振增強之吸收。
在某些實施例中，一暫態基板或囊封材料可藉由曝露於高溫而變換。舉例而言，絲之玻璃轉變溫度係約178℃且降解在約220℃下開始。
在某些實施例中，一基板或囊封材料之變換可藉由透化該基板或囊封材料之一高濃度之特定鹽(例如，鋰鹽、鈣鹽)促進或加快。
在某些實施例中，該基板係承受在298 K下以等於或大於該等無機半導體組件或金屬導體組件之水解速率之一速率於一水環境中之水解之一材料。在某些實施例中，該基板係承受在298 K下以等於或小於該等無機半導體組件或金屬導體組件之水解速率之一速率於一水環境中之水解之 一材料。在其他實施例中，該基板係承受在等於或大於273 K之一溫度下之昇華之一材料。
該可變換基板之實體尺寸及物理性質係用於支援裝置功能性及與不同環境之相容性之一範圍之重要參數。在某些實施例中，該可變換基板具有小於或等於10,000 μm及視情況在某些實施例中小於或等於1000 μm及視情況在某些實施例中小於或等於100 μm及視情況在某些實施例中小於或等於10 μm以及視情況在某些實施例中小於或等於1 μm之一厚度。一薄可變換基板(例如，厚度小於或等於100微米、視情況小於或等於10微米及視情況小於或等於1微米)之使用適用於提供能夠建立與多種多樣之環境(包含具有複雜、高度成型之表面之環境)之保形接觸的一撓性或以其他方式可變形裝置。在某些實施例中，該可變換基板具有在5奈米與200 μm之間的範圍內選擇、視情況對於某些實施例在10奈米與100 μm之間的範圍內選擇、視情況對於某些實施例在100奈米與10000 μm之間的範圍內選擇、視情況對於某些應用在1 μm與1000 μm之間的範圍內選擇及視情況對於某些實施例在1 μm與10 μm之間的範圍內選擇之一厚度。在其中該可變換基板係僅幾奈米厚之實施例中，一支撐基板可係必要的或支撐性可藉由一逐層沈積技術改良。在某些實施例中，該可變換基板之組合物及物理性質(例如，楊氏模數、淨彎曲勁度、韌度等)經選擇以提供裝置組件之充分結構支撐，同時亦提供在部署後旋即達成一高度保形接觸之一能力。在某些實施例中，該可變換 基板係一低模數層。另一選擇係，本發明包含具有係一高模數層之一可變換基板之裝置。在某些實施例中，舉例而言，該可變換基板具有小於或等於10 GPa之一楊氏模數，較佳地對於某些應用小於或等於100 MPa、視情況對於某些應用小於或等於10 MPa之一楊氏模數。在某些實施例中，舉例而言，該可變換基板具有在0.5 MPa與10 GPa之間的範圍內選擇及視情況對於某些應用在0.5 MPa與100 MPa之間的範圍內選擇以及視情況對於某些應用在0.5 MPa與10 MPa之間的範圍內選擇之一楊氏模數。在某些實施例中，舉例而言，該撓性基板具有小於或等於1×109 GPa μm4、視情況對於某些應用小於或等於1×107 GPa μm4及視情況對於某些應用小於或等於1×106 GPa μm4之一淨彎曲勁度。在某些實施例中，舉例而言，該可變換基板具有在0.1×104 GPa μm4與1×109 GPa μm4之間及視情況對於某些應用在0.1×104 GPa μm4與5×105 GPa μm4之間的範圍內選擇之一淨彎曲勁度。
本發明包含包括非晶材料、結晶材料、部分非晶材料、部分結晶材料或其組合之可變換基板。在一實施例中，本發明之該暫態裝置包含一至少部分結晶材料，其中該可變換基板之結晶度之程度經選擇以提供一選定環境及裝置應用之一適用及/或預選可變換速率。在某些實施例中，該可變換基板之該結晶度越大，在與環境接觸地提供時之可變換速率越慢。舉例而言，本發明包含具有一可變換基板之暫態裝置，該可變換基板具有小於或等於55%之一結晶 度及視情況小於或等於30%之一結晶度及視情況小於或等於20%之一結晶度以及視情況小於或等於5%之一結晶度。舉例而言，本發明包含具有一可變換基板之暫態裝置，該可變換基板具有在0%至55%之範圍內選擇之一結晶度及視情況對於某些實施例在1%至30%之範圍內選擇之一結晶度以及視情況對於某些實施例在5%至20%之範圍內選擇之一結晶度。如本文中所使用，0%結晶度係指一完全非晶材料且給定結晶度對應於相對於總材料量的以一結晶狀態提供之一材料量。在某些實施例中，舉例而言，具有一絲基板之彼等裝置，結晶度係指該絲基板之β薄板內容物。
在某些實施例中，該裝置包含在與一環境接觸地提供時具有一可程式化、可控制及/或可選擇變換速率之一可變換基板。本發明包含具有展現基於一既定應用、裝置功能性、壽命等選擇之一變換速率範圍之可變換基板之裝置。在某些實施例中，舉例而言，該可變換基板展現一高變換速率，以便提供在投與後旋即迅速及完全變換，(舉例而言)以促進適用於在一特定環境中部署該裝置之構形及/或形態改變。在其他實施例中，舉例而言，該可變換基板展現一低再吸收速率以便提供在投與後旋即慢及/或不完全降解，(舉例而言)以提供該裝置之電子組件之囊封及/或以提供適用於部署或移動該裝置之結構性質。
在一實施例中，一暫態電子裝置具有包括經設計以加速再吸收、生物再吸收、水解、崩解、解聚合、溶解、蝕刻或腐蝕之一材料之一無機半導體組件及/或金屬導體組 件。舉例而言，該經設計材料可係一經穿孔結構。一「經穿孔結構」可包括凹入特徵、洞、通道、裂縫或防止一結構在該結構之至少一個主平面內成單片及連續之其他物理缺陷。在一實施例中，一或多個無機半導體組件或者一或多個金屬導體組件獨立地包括一或多個經穿孔結構。舉例而言，該一或多個經穿孔結構可具有選自10%至80%、20%至50%或30%至40%之範圍之一孔隙率(或空隙分率)。在一實施例中，該等經穿孔結構可具有大於20%、大於30%、大於50%或大於70%之一孔隙率。「孔隙率」一般闡述一材料中之所有孔之體積對整個體積之一比率。如此項技術中所展示，該孔隙率可表達為一百分比。
在一實施例中，一或多個經穿孔結構可具有複數個凹入特徵或通道。在一實施例中，該等凹入特徵或通道完全延伸穿過該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一厚度。在一實施例中，該等凹入特徵或通道延伸0.1%至100%或1%至95%或5%至85%或10%至75%或者25%至50%穿過該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一厚度。在一實施例中，該等凹入特徵或通道延伸在10 nm至10 mm之範圍內選擇之一長度穿過該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一厚度。在一實施例中，該等凹入特徵或通道具有選自0.1 μm2至10 cm2或0.5 μm2至5 cm2或1 μm2至1 cm2或者10 μm2至0.1 cm2之範圍之橫向剖面尺寸及選自0.01μm至10 mm或0.05 μm至5 mm或0.1 μm至1 mm或者10 μm至0.1 mm 之範圍之垂直尺寸。
在某些實施例中，一暫態電子裝置包括由在曝露於一特定波長之輻射時易於降解之一材料製作之一貯存器。該貯存器中之一水溶液或其他化學藥品可在該易受輻射影響之材料之降解後旋即自該貯存器逃逸且與裝置組件交互以加速其降解或變換。
舉例而言，該內部或外部刺激可係：一生物環境改變、一溫度改變、一壓力改變、曝露於電磁輻射、與一化學試劑接觸、施加一電場、施加一磁場、曝露於一溶劑、一外部環境之pH改變、一外部環境之鹽濃度改變或施加一陽極電壓。
在一實施例中，該暫態電子裝置包含包括一可選擇性變換材料之一無線電力組件。在一實施例中，該無線電力組件係一線圈、一電池、一燃料電池、一能量收穫器、一太陽能電池或一電感器。該能量收穫器可選自一熱電組件及一壓電組件。
在一實施例中，該暫態電子裝置係一感測器、一電源供應器、一光電子裝置、一奈米機電(NEM)裝置或一微機電(MEM)裝置。當該暫態電子裝置係一感測器時，該感測器可偵測光強度改變、光波長改變、溫度改變、化學改變、機械改變、電改變、磁性改變及其組合。當該暫態裝置係一電源供應器時，該電源供應器可係一線圈、一電池、一燃料電池或一能量收穫器。該能量收穫器可選自一熱電組件或一壓電組件。
在一實施例中，該無線電力組件經由光伏打效應、非共振電感性耦合、近場相互電感耦合或其之一組合轉化電磁能量。當該無線電力組件經由光伏打效應操作時，該無線電力組件可係一太陽能電池或太陽能陣列。當該無線電力組件經由非共振電感性耦合操作時，該無線電力組件可係回應於一替代磁場而傳導一電流之一電感器。被供電之裝置組件可係與該電感器電連通之一電阻器。該電阻器在穿過該電感器傳導電流時產生熱。當該無線電力組件經由近場相互電感耦合操作時，該無線電力組件包含一清掃整流器。該清掃整流器透過收集周圍交流(AC)信號之一清掃天線吸收無線電能量，其中該等周圍AC信號藉由一整流器轉化成直流(DC)。該清掃整流器之一輸入頻率係約2.4 GHz。該清掃整流器之一經整流輸出係選自1 V至3 V之範圍。
在一實施例中，該裝置操作為一無線電且進一步包括耦合至用於傳輸指示該暫態電子裝置之一狀態或該暫態電子裝置之一環境之一參數之一信號的一傳輸天線之一振盪器。該振盪器之一輸出頻率可係約1 GHz。
在一實施例中，一暫態電子裝置包括一或多個無機半導體組件。在某些實施例中，該一或多個無機半導體組件中之每一者獨立地包括可(舉例而言)具有小於1000 nm之一厚度之一奈米隔膜結構。在一實施例中，該等無機半導體組件中之每一者獨立地包括Si、Ga、GaAs、ZnO或此等之任何組合。在一實施例中，該一或多個無機半導體組件包括ZnO。
在一實施例中，一或多個無機半導體組件獨立地包括承受在298 K下以等於或大於10-10 s-1或在298 K下以等於或大於10-8 s-1或在298 K下以等於或大於10-5 s-1或者在298 K下以等於或大於10-2 s-1之一速率於一水環境中之水解之一半導體材料。
在一實施例中，該暫態電子裝置包括一或多個金屬導體組件，且一暫態電子裝置之該一或多個金屬導體組件可包括Mg、W、Fe或其一合金。在一特定實施例中，該一或多個金屬導體組件獨立地包括Mg與選自由以下各項組成之群組之一或多種額外材料之一合金：Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn及Zr，其中該合金之該一或多種額外材料具有等於或小於10%重量比之一濃度。在另一實施例中，該一或多個金屬導體組件獨立地包括Mg與一或多種稀土元素之一合金，其中該合金之該一或多種稀土元素具有等於或小於10%重量比之一濃度。在另一實施例中，該暫態電子裝置包含包括ZnO之一或多個無機半導體組件及包括Mg、Fe、W或其一合金之一或多個金屬導體組件。
在一實施例中，一或多個金屬導體組件獨立地包括承受在298 K下以等於或大於10-10 s-1或在298 K下以等於或大於10-8 s-1或在298 K下以等於或大於10-5 s-1或者在298 K下以等於或大於10-2 s-1之一速率於一水環境中之水解之一半導體材料。
在一實施例中，一暫態電子裝置可包括由該基板支撐之一或多個介電組件，其中該一或多個介電組件包括一可選 擇性移除材料。在一實施例中，該一或多個介電組件之該可選擇性移除材料可承受藉由選自由以下各項組成之群組之一製程之移除：再吸收、生物再吸收、水解、崩解、解聚合、溶解、昇華、熔化、蝕刻及腐蝕。在某些實施例中，一或多個介電組件包括生物相容、生物可再吸收或生態相容材料。在某些實施例中，該等介電組件中之每一者包括一或多個薄膜結構，該一或多個薄膜結構可(舉例而言)藉由分子磊晶、原子層沈積、物理或化學汽相沈積或者此項技術中已知之其他方法沈積或生長。通常，該一或多個介電組件中之每一者具有在10 nm至50 μm之範圍內選擇之一厚度或者小於或等於100 nm之一厚度或小於或等於10 nm之一厚度。
在一實施例中，該一或多個介電組件可包括選自由以下各項組成之群組之一或多種材料：SiO2、MgO、絲、膠原、明膠、PVA及PLGA。在一特定實施例中，該暫態電子裝置包含選自由ZnO及Si組成之群組之一或多個無機半導體組件，選自由Mg、Fe、W及其合金組成之群組之一或多個金屬導體組件以及選自由SiO2及MgO組成之群組之一或多個介電組件。在另一實施例中，該暫態電子裝置包含包括ZnO之一或多個無機半導體組件，選自由Mg、Fe、W及其合金組成之群組之一或多個金屬導體組件以及包括MgO之一或多個介電組件。在一實施例中，一或多個介電組件包括承受在298 K下以等於或大於10-10 s-1或在298 K下以等於或大於10-8 s-1或在298 K下以等於或大於10-5 s-1 或者在298 K下以等於或大於10-2 s-1之一速率於一水環境中之水解之一材料。
該一或多個無機半導體組件、該一或多個金屬導體組件或者該一或多個介電組件可藉由微轉印印刷組裝於該基板上。
在一實施例中，該基板、該一或多個無機半導體組件及該一或多個金屬導體組件獨立地包括一可選擇性移除材料。
在一實施例中，該暫態電子裝置可進一步包括安置於該基板與該等金屬導體組件之至少一部分之間的一黏合促進層。舉例而言，該黏合促進層可包括選自由以下各項組成之群組之一材料：氧化鎂、鈦及其組合。
該暫態電子裝置具有一中性機械平面，且在某些實施例中，至少一部分及視情況所有該一或多個無機半導體組件經定位而接近(例如，在10微米內及視情況在1微米內)於該中性機械平面。該可變換基板之一厚度可經選擇以便將該一或多個無機半導體組件之至少一部分定位於接近於該中性機械平面處。具有經定位而接近於該中性機械平面之無機半導體組件之實施例(舉例而言)藉由在以一非平坦(例如，彎曲、曲線、凸形、凹形等)構形及/或以一經拉伸構形提供時增強該裝置之結構完整性而適用於其中該裝置在部署後旋即承受一顯著構形改變之應用中。
在某些實施例中，一暫態裝置可部分或完全囊封於一封裝材料中。在一實施例中，該封裝材料包括一對經交聯絲 薄板，該對經交聯絲薄板在該等薄板之邊緣被層壓在一起時完全囊封該裝置。舉例而言，該等薄板可係藉由澆鑄及剝皮形成之兩個獨立式絲膜，該兩個獨立式絲膜然後藉由層壓沿邊緣密封。一般而言，該等薄板將具有選自1微米至200微米或自2微米至100微米或者自5微米至50微米之範圍之一厚度。自一實際觀點，比1微米薄之一膜(儘管係獨立式的)可難以使用某些技術製作及處置，而比200微米厚之一膜可係剛性的且易於在使用某些技術處置期間形成裂縫。另一選擇係，在某些實施例中，該封裝材料可係具有在1微米至1釐米，視情況對於某些應用5微米至2毫米以及視情況對於某些應用10微米至50微米之範圍內選擇之一厚度之一預形成之空心絲管。通常，該封裝材料具有每薄板約20 μm之一厚度。
在一實施例中，一囊封材料至少部分地囊封一或多個無機半導體組件或一或多個金屬導體組件，其中該囊封材料包括經至少部分移除以曝露下伏無機半導體組件或金屬導體組件之一可選擇性移除材料。在一實施例中，該囊封材料回應於該外部或內部刺激而被移除。
在一實施例中，該囊封材料係提供於該一或多個無機半導體組件上或提供於該一或多個金屬導體組件上之一覆迭層；其中該覆迭層具有在10 nm至10 mm或20 nm至1 mm或者50 nm至0.1 mm之範圍內選擇之一厚度。該囊封材料可直接提供於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件上，或藉助該囊封材料與該一或多個無機半導 體組件或者該一或多個金屬導體組件之間的一或多個中間結構/層間接提供於該等組件上。
在一實施例中，該囊封材料具有不同於該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該預選暫態量變曲線的一預選暫態量變曲線。舉例而言，在一實施例中，該暫態量變曲線可比該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之彼暫態量變曲線大至少一個數量級。
在一實施例中，該暫態量變曲線可由該囊封材料在選自1毫秒至2年或1毫秒至1年或1毫秒至6個月或1毫秒至1個月或1毫秒至1天或1毫秒至1小時或者1秒至10分鐘之範圍之一時間間隔內發生之移除表徵，藉此曝露該等下伏無機半導體組件或金屬導體組件。舉例而言，該暫態量變曲線可由該囊封材料在選自1毫秒至2年或1毫秒至1年或1毫秒至6個月或1毫秒至1個月或1毫秒至1天或1毫秒至1小時或者1秒至10分鐘之範圍之一時間間隔內之0.01%至100%或0.1%至70%或0.5%至50%或1%至20%或者1%至10%之移除表徵，藉此曝露該等下伏無機半導體組件或金屬導體組件。在一實施例中，該暫態量變曲線可由該囊封材料以在0.01 nm/天至10微米s-1或0.1 nm/天至1微米s-1或1 nm/天至0.5微米s-1之範圍內選擇之一速率之一平均厚度降低表徵。
在一實施例中，該囊封材料包括選自由以下各項組成之群組之一材料：MgO、絲、膠原、明膠、PLGA、聚乙烯醇(PVA)、PLA、SiO2、聚酸酐(聚酯)、聚羥基烷酸酯 (PHA)及聚磷酸鹽。在一實施例中，該囊封材料包括絲，其中該絲可呈一至少部分結晶狀態。舉例而言，該絲可具有小於55%或在1%至55%之範圍內選擇之一結晶度。在一實施例中，一囊封材料包括一對經交聯絲薄板，該對經交聯絲薄板在該等薄板之邊緣被層壓在一起時完全囊封該暫態電子裝置。
在某些實施例中，該囊封材料包括一絲複合材料。該絲複合材料可包括絲，該絲具有貫穿該絲分散之複數個奈米粒子，其中該等奈米粒子中之每一者獨立地包括一導體或半導體材料。舉例而言，該等奈米粒子中之每一者可獨立地包括選自由以下各項組成之群組之一材料：Au、Ag、CsSe及CdTe。通常，該等奈米粒子具有等於或小於1000 nm之實體尺寸，且該等奈米粒子以選自0.1 nm至100 nm之範圍之一濃度存在於該絲中。在某些實施例中，該等奈米粒子吸收電磁輻射，藉此產生能夠致使該囊封材料之選擇性移除之熱。舉例而言，該電磁輻射吸收可係電漿共振增強之吸收。
在某些實施例中，該囊封材料係承受在298 K下以等於或大於10-10 s-1或在298 K下以等於或大於10-8 s-1或在298 K下以等於或大於10-5 s-1或者在298 K下以等於或大於10-2 s-1之一速率於一水環境中之水解之一材料。在其他實施例中，該囊封材料係承受在等於或大於273 K之一溫度下之昇華之一材料。舉例而言，該可昇華囊封材料可係選自由以下各項組成之群組之一材料：CO2、I3、萘、氯化銨、 氯化鐵、氯化鋁、三聚氰胺、二茂鎳、莰酮及咖啡因。
在某些實施例中，該囊封材料係包括提供於一不可昇華材料中之複數個可昇華纖維之一複合材料，其中可昇華纖維之昇華導致該囊封材料之選擇性移除。舉例而言，該複合材料可係經溶液澆鑄、經電紡或經旋轉澆鑄材料。
使可選擇性移除材料之厚度達到零之時間由以下方程式給出： 其中tc係臨界時間，ρm係該材料之質量密度，M(H2O)係水之莫耳質量，M(m)係該材料之莫耳質量，h0係該材料之初始厚度，D係水之擴散率，k係溶解反應之反應常數，且w0係水之初始濃度，其中k具有選自105至10-10 s-1之範圍或自103至10-7 s-1之範圍或自102至10-4 s-1之範圍或者自10至10-2 s-1之範圍之一值。
在一實施例中，該暫態裝置之物理性質(例如，楊氏模數、淨彎曲勁度、韌度等)提供該裝置自支撐，同時亦能夠達成與一環境之一高度保形接觸之剛性。在一實施例中，該基板、具有一或多個無機半導體組件之該裝置及該一或多個金屬導體組件提供小於1×109 GPa μm4的該暫態裝置之一淨彎曲勁度或選自0.1×104 GPa μm4至1×108 GPa μm4、視情況1×105 GPa μm4至1×108 GPa μm4之一範圍之一淨彎曲勁度。在某些實施例中，該基板、該等無機半導體 組件及該一或多個金屬導體組件各自獨立地包括一可變換材料。
在一實施例中，該暫態裝置及/或其組件相對於可見及/或紅外線電磁輻射係至少部分光學透明的。在一實施例中，舉例而言，該暫態裝置、基板、無機半導體組件及/或金屬導體組件展現等於或大於70%及對於某些應用等於或大於90%之電磁光譜之可見區域中之光之一百分比傳輸。至少部分光學透明裝置適用於在投與及/或使用期間視覺化該裝置及/或將該裝置成像。另外，至少部分光學透明之本發明之裝置適用於將電磁輻射耦合至該裝置中及/或自該裝置解耦。舉例而言，本發明包含具有用於照明一環境或光學感測之一LED或鐳射陣列組件之裝置，其中該裝置能夠透過該裝置之其他組件(諸如該基板)傳輸來自該裝置組件之光。
在某些生物環境(諸如一活體內生物環境)中，該基板之降解經由酶促降解(舉例而言，經由蛋白酶介導之降解)發生。另外，在某些實施例中，降解自曝露於具有存在於(諸如)與一組織及/或生物流體介接處之降解酶之生物環境之生物可再吸收基板之表面發生。因此，該可降解基板之特定參數可經選擇以高效地控制降解速率。在一實施例中，該可降解基板之化學複合物、物理狀態及/或厚度經選擇以便控制降解速率。在一實施例中，舉例而言，該可降解基板包括展現一選定生物環境之一適用降解速率之一生物聚合物。
在某些特定實施例中，本發明之暫態裝置不包含一基板組件。在一實施例中，舉例而言，本發明之該暫態裝置最初包含一基板組件，該基板組件在部署及/或操作期間被選擇性地移除以使得該裝置做出至不具有一基板之一暫態裝置之一轉變。此態樣之一實施例包含用於生物醫學應用之一暫態裝置，其中與一生物環境接觸(諸如與一活體內組織或細胞接觸)經由生物再吸收導致該基板之損失。
某些態樣之裝置一般適用於活體內生物應用，包含感測、致動、成像及/或至一局部生物環境之治療劑之遞送。在一實施例中，舉例而言，本發明之裝置適用於做出一生物環境中之一目標組織之電生理量測或電物理致動一生物環境中之一目標組織，其中該生物環境可係一活體內生物環境，且其中該目標組織可選自但不限於，心臟組織、大腦組織、肌肉組織、神經組織、上皮組織及血管組織。
該基板之幾何形狀及/或形態係對建立本發明裝置之功能能力重要之其他特性。在一實施例中，該基板係一連續層，該連續層具有大約均勻厚度(例如，在該層之平均厚度之10%內之厚度)。另一選擇係，本發明包含具有包括一不連續層及/或具有一不均勻厚度量變曲線之一層之一基板之裝置。本發明包含具有(舉例而言)用於裝置組件(例如，半導體、金屬導體組件、介電質等)之部分或完全囊封及/或電子隔離之額外基板及/或層之暫態裝置。
金屬導體組件之實體尺寸、組合物及幾何形狀係本發明 之電子裝置之重要參數。在一實施例中，金屬導體組件係金屬膜，舉例而言，薄(例如，厚度<100微米)金屬膜。薄金屬導體組件(例如，厚度小於或等於100微米、視情況小於或等於10微米及視情況小於或等於1微米)之使用適用於提供一撓性或以其他方式可變形裝置。在某些實施例中，一或多個金屬導體組件包括一或多個薄膜結構，該一或多個薄膜結構可(舉例而言)藉由分子磊晶、原子層沈積、物理或化學汽相沈積或此項技術中已知之其他方法沈積或生長。在某些實施例中，金屬導體組件包括一生物相容、生物可再吸收或生態相容材料。在一實施例中，至少一部分及視情況所有該等金屬導體組件包括一生物相容金屬，諸如鈦、金、銀、鉑及此等之任何組合。在一實施例中，至少一部分及視情況所有該等金屬導體組件包括一可變換金屬，諸如鐵、鎂、鎢及此等之任何組合。在一實施例中，該等金屬導體組件中之每一者具有小於或等於10微米之一厚度，且視情況該等金屬導體組件中之每一者具有小於或等於1微米之一厚度，且視情況該等金屬導體組件中之每一者具有小於或等於500奈米之一厚度，且視情況該等金屬導體組件中之每一者具有小於或等於100 nm之一厚度，且視情況該等金屬導體組件中之每一者具有小於或等於20 nm之一厚度。在一實施例中，該等金屬導體組件中之每一者具有在10奈米至100微米之範圍內選擇之一厚度及視情況在100奈米至1微米之範圍內選擇之一厚度以及視情況在100奈米至500奈米之範圍內選擇之一厚度。在一實施例 中，該等金屬導體組件中之每一者具有小於或等於10000微米之橫向尺寸及視情況小於或等於1000微米之橫向尺寸及視情況小於或等於100微米之橫向尺寸以及視情況小於或等於10微米之橫向尺寸。在一實施例中，呈一陣列之金屬導體組件與毗鄰金屬導體組件分離大於或等於10微米之一距離及視情況大於100微米之一距離。在一實施例中，毗鄰金屬導體組件彼此分離選自10微米至10毫米之範圍及視情況10微米至1000微米之範圍以及視情況10至100微米之範圍之一距離。
該基板之降解適用於在一給定環境中部署或以其他方式定位、操縱及/或介接該暫態裝置(例如，一表面、一部分及/或其組件)。在某些實施例中，舉例而言，藉由涉及該基板之降解或變換之一製程使該暫態裝置與一環境保形接觸，舉例而言，其中一降解製程使該暫態裝置與該環境接觸(例如，實體、電、熱等)，及視情況其中該降解製程致使幫助使該裝置與該環境介接的該暫態裝置保形及/或形態改變。在某些實施例中，經由涉及該基板之完全降解或變換之一製程將該裝置部署於一環境中或以其他方式定位、操縱及/或與該環境介接，(舉例而言)以便提供與一環境實體接觸、電接觸或光學連通之該暫態裝置。因此，在此態樣之某些實施例中，可降解或可變換層在部署期間用作一犧牲層以便促進使該暫態裝置與該環境介接。另一選擇係，在其他實施例中，經由涉及該基板之部分但非完全降解或變換之一製程將該裝置部署於一環境中或以其他方 式定位、操作及/或與該環境介接，(舉例而言)以便提供與一環境實體接觸、電接觸或光學連通之該暫態裝置。因此，在此態樣之某些實施例中，可降解或可變換層在部署期間用作一部分犧牲層但在使用期間仍保持為該裝置之一結構及/或功能組件。在某些實施例中，舉例而言，該基板之部分或完全降解或變換提供選擇性地調整及/或操縱該暫態裝置之實體尺寸、構形、形態及/或形狀，以便促進建立與一環境之保形接觸之一方式。在某些實施例中，該基板之部分或完全降解或變換提供選擇性地調整該暫態裝置之化學複合物，以便建立以一相容方式(諸如以抑制不合意免疫回應及/或炎症之一方式)與一環境之保形接觸之一方式。
本文中所揭示之製作及使用暫態電子裝置之方法可經實施以產生或利用本文中所揭示之該暫態電子裝置之所有實施例。
在一態樣中，一種使用一被動暫態電子裝置之方法包括：提供包括以下各項之該被動暫態電子裝置：一基板；一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或者一或多個無機半導體組件及一或多個金屬導體組件，其由該基板支撐；其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件 之至少部分變換回應於該外部或內部刺激且在一預選時間或以一預選速率提供該被動暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該被動暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變；及將該被動暫態裝置曝露於該外部或內部刺激，藉此可程式化地變換該被動暫態電子裝置。
在一態樣中，一種使用一主動觸發之暫態電子裝置之方法，其包括：提供包括以下各項之該主動觸發之暫態電子裝置：一基板；一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或者一或多個無機半導體組件及一或多個金屬導體組件，其由該基板支撐；其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；及一致動器，其回應於一使用者起始之外部觸發信號且可操作地連接至該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件，其中在該裝置接收到該外部觸發信號後，該致動器旋即回應於該內部或外部刺激而直接或間接起始該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分變換，藉此回應於該外部觸發信號而提供該主動觸發之暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該主動觸發之暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變；及將該主動觸發之暫態電子裝置曝露於該外部或內部刺激，藉此可程式化地變 換該主動觸發之暫態電子裝置。
在一態樣中，一種製作一暫態電子裝置之方法包括以下步驟：提供一裝置基板；在該裝置基板上提供一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或者一或多個無機半導體組件及一或多個金屬導體組件；其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；藉此產生該暫態電子裝置；其中該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之至少部分變換回應於該外部或內部刺激且在一預選時間或以一預選速率提供該被動暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該被動暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變。
在一實施例中，該可選擇性變換材料選自由以下各項組成之群組：Mg；W；Fe；Mg與選自由Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn及Zr組成之群組之一或多種額外材料之一合金，其中該合金之該一或多種額外材料具有等於或小於10%重量比之一濃度；及Mg與一或多種稀土元素之一合金，其中該合金之該一或多種稀土元素具有等於或小於10%重量比之一濃度。
在一實施例中，該可選擇性變換材料選自由以下各項組成之群組：Si、Ga、GaAs及ZnO。
在某些製作製程中，在該裝置基板上提供該一或多個無 機半導體組件、該一或多個金屬導體組件或者該一或多個無機半導體組件及該一或多個金屬導體組件之該步驟包括：在一製作基板上製作一裝置組件總成，其中該裝置組件總成包括一或多個單晶無機半導體結構、一或多個介電結構或者一或多個金屬導體結構；及將該裝置組件總成之至少一部分自該製作基板轉印至該裝置基板。在一實施例中，該製作基板上之該等裝置組件包括單晶Si、Ga或GaAs。在另一實施例中，該製作基板上之該等裝置組件包括SiO2。
在一實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括提供包括該裝置組件總成之該裝置基板上之具有該可選擇性變換材料之該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一步驟。舉例而言，在一實施例中，使用一溶液處理技術執行提供包括該裝置組件總成之該裝置基板上之具有該可選擇性變換材料之該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該步驟。在另一實施例中，使用電流體動力印刷執行提供包括該裝置組件總成之該裝置基板上之具有該可選擇性變換材料之該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該步驟。
在某些實施例中，在一半導體代工廠處執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟。舉例而言，該製作基板可係一半導體晶圓基板、一玻璃板型基板或一絕緣體上矽基板。在某些實施例中，使用選自由以下各項組成之群 組之一或多種高溫沈積技術執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟：化學汽相沈積、物理汽相沈積、磊晶生長、原子層沈積、電化學沈積及分子束磊晶。可在根據公認標準(諸如US FED STD 209E、ISO 14644-1或BS 5295潔淨室標準)之潔淨室條件下執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟。使用代工廠處理之本發明之實施例有益於接達呈適用裝置格式及佈局之高品質半導體及介電材料(諸如單晶矽及SiO2)。在某些實施例中，舉例而言，本發明之方法包含涉及在一代工廠中(例如，以一特定裝置設計之高品質單晶矽及SiO2裝置元件之製作)執行之某些處理步驟及使用非代工廠技術(諸如溶液相位處理)執行之其他處理步驟之一混合製程。此混合方法平衡對經由基於代工廠之技術產生之高品質材料之接達與由非代工廠技術允許之一可選擇性變換材料範圍之併入之靈活性。
在某些實施例中，使用一或多個高溫摻雜技術及/或一或多個高溫退火技術執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟。在某些實施例中，在該製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟包括產生由該製作基板支撐之一經完全處理之原始件或電路組件。
在某些實施例中，使用一光微影或蝕刻技術執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟。
在某些實施例中，在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟包括產生選自由以下各項組成之群組之一或多個 結構：該製作基板上之一或多個單晶矽半導體結構，其各自獨立地具有小於或等於1微米之一厚度；該製作基板上之一或多個SiO2結構，其各自獨立地具有小於或等於1微米之一厚度；及該製作基板上之一或多個金屬結構，其各自獨立地具有小於或等於5微米之一厚度。在一實施例中，在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟包括(1)(舉例而言)經由光微影及蝕刻處理橫向地定義由該製作基板支撐之一或多個單晶矽半導體結構；(2)(舉例而言)經由化學或物理沈積在該製作基板上沈積一或多個金屬結構；及(3)生長一或多個SiO2結構。
在一實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括用該可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個金屬導體結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之一步驟。舉例而言，在一實施例中，不在一半導體代工廠處執行用該可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個金屬導體結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之該步驟。
在某些實施例中，使用溶液處理執行用該可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個金屬導體結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之該步驟。在其他實施例中，使用電流體動力印刷執行用該可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個金屬導體結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之該步驟。
在一實施例中，製作一暫態電子裝置之該方法包括用該一或多個可選擇性變換金屬導體材料替換該一或多個金屬導體結構之至少一部分之步驟。
在某些實施例中，用選自由以下各項組成之群組之一可選擇性變換金屬替換該一或多個金屬導體結構：Mg；W；Fe；Mg與選自由Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn及Zr組成之群組之一或多種額外材料之一合金，其中該合金之該一或多種額外材料具有等於或小於10%重量比之一濃度；及Mg與一或多種稀土元素之一合金，其中該合金之該一或多種稀土元素具有等於或小於10%重量比之一濃度。
在一實施例中，製作一暫態電子裝置之該方法包括用該可選擇性變換材料替換包括Au或Al的該一或多個金屬導體結構之至少一部分該步驟。
在某些實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括自該製作基板釋放該裝置組件總成之至少一部分之一步驟。舉例而言，可藉由至少部分地底切該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構執行自該製作基板釋放該裝置組件總成之至少一部分之該步驟。可經由在該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構下方蝕刻達成底切。
在一實施例中，該製作基板係一絕緣體上矽基板，且該方法包括至少部分地蝕刻絕緣體上矽基板之一埋藏氧化物 層，藉此至少部分地底切該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構。
在一實施例中，藉由其中自該製作基板剝離該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構之至少一部分之微轉印印刷執行自該製作基板釋放該裝置組件總成之至少一部分之該步驟。在某些實施例中，該微轉印印刷使將該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構連接至該製作基板之一或多個錨定件斷裂，藉此提供該剝離。
在一實施例中，該微轉印印刷係乾式轉印接觸印刷。該微轉印印刷技術可包括：使該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構之至少一部分與一保形轉印裝置之一接觸表面接觸，其中將該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構之至少一部分黏合至該接觸表面；及移動具有黏合至該接觸表面的該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構之該部分之該保形轉印裝置，藉此提供該剝離。
在某些實施例中，該微轉印印刷技術進一步包括：使該裝置基板之一接納表面與黏合至該接觸表面的該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構之該至少一部分接觸；及分離保形轉印裝置之該接觸表面與該一或多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構，藉此將該一或 多個單晶無機半導體結構、該一或多個介電結構及該一或多個金屬導體結構轉印至該裝置基板之該接納表面。在某些實施例中，該保形轉印裝置係一彈性印模。
在某些實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括提供回應於一使用者起始之外部觸發信號且可操作地連接至該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一致動器之步驟，其中在該裝置接收到該外部觸發信號後，該致動器旋即回應於該內部或外部刺激而直接或間接起始該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該至少部分變換，藉此回應於該外部觸發信號而提供該暫態電子裝置之該可程式化變換。
在某些實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括提供用於接收該使用者起始之外部觸發信號之一接收器之步驟，該接收器操作地連接至該致動器以便回應於該使用者起始之外部觸發信號而起始該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之該至少部分變換。舉例而言，該致動器可與一傳輸器單向或雙向通信，其中該傳輸器將該使用者起始之外部觸發信號提供至操作地連接至該致動器的該裝置之一接收器。
在某些實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括提供至少部分地囊封該等無機半導體組件中之該一或多者或者該等金屬導體組件中之該一或多者之一囊封材料。舉例而言，使用溶液處理執行或使用旋轉澆鑄或旋塗執行提供至少部分地囊封該等無機半導體組件中之該一或 多者或者該等金屬導體組件中之該一或多者之該囊封材料之該步驟。
在某些實施例中，該囊封材料包括一可選擇性移除材料。例示性囊封材料包含選自由以下各項組成之群組之一材料：MgO、絲、膠原、明膠、PLGA、聚乙烯醇(PVA)、PLA、SiO2、聚酸酐(聚酯)、聚羥基烷酸酯(PHA)及聚磷酸鹽。在一實施例中，該囊封材料包括絲。
在某些實施例中，該裝置基板包括一可選擇性移除材料。舉例而言，該裝置基板可包括一生物相容、生物可再吸收或生態相容材料。在一實施例中，該裝置基板包括一聚合物或選自由以下各項組成之群組之一材料：絲、膠原、明膠、PLGA、聚乙烯醇(PVA)、PLA、MgO、SiO2、聚酸酐(聚酯)、聚羥基烷酸酯(PHA)及聚磷酸鹽。在一實施例中，該裝置基板包括絲。
在某些實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括判定該預選暫態量變曲線及選擇該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之組合物及實體尺寸以提供該預選暫態量變曲線之步驟。
在某些實施例中，一種製作一暫態電子裝置之方法進一步包括選擇該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件之一厚度或形態以提供該預選暫態量變曲線之一步驟。
在某些實施例中，該一或多個無機半導體組件或者該一或多個金屬導體組件中之每一者獨立地包括一可選擇性變 換材料。
如本文中所使用之「在空間上配置於可降解基板上方」係指元件(例如，裝置組件)在一基板之表面區上方之一分佈，以使得每一元件位於一不同位置處。元件間間距可均勻或可變。在某些實施例中，該等元件在空間上配置成具有相等元件間間距之一規則陣列圖案，舉例而言，配置成一2D陣列。在某些實施例中，該等元件在空間上配置成一線(例如，一1D陣列)。適用空間配置包含元件之規則及不規則分佈。
在某些實施例中，暫態裝置之幾何形狀可用以提供可拉伸性、撓性、貼合性及/或可壓縮性。在一實施例中，該裝置可利用組態成在不賦予材料自身中之顯著應變之情況下可幾何容納大機械變形之結構形狀之無機半導體材料。舉例而言，連接剛性裝置島之橋接器可係波狀、彎曲、蛇形或曲徑的，如在第11/851,182號美國專利申請案(第2008/0157235號美國公開案)、第12/405,475號美國專利申請案(第2010/059863號美國公開案)及第12/398,811號美國專利申請案(第2010/0002402號美國公開案)中進一步闡述，該等申請案中之每一者以引用之方式併入本文中。
在一實施例中，本文中揭示之裝置包括諸如第11/851,182號美國專利申請案及/或第12/405,475號美國專利申請案及/或第12/398,811號美國專利申請案中所揭示之一或多個可拉伸組件且藉由其中所揭示之製程中之一或多者製作。第11/851,182號美國專利申請案；第12/405,475號美國專利申 請案；及第12/398,811號美國專利申請案以引用之方式併入本文中。
不希望受任何特定理論束縛，本文中可存在對與本文中所揭示之裝置及方法相關之基本原理之信念或理解之論述。應認識到，不管任何機械論解釋或假設之最終正確性如何，本發明之一實施例仍可係可操作及適用的。
一般而言，本文中所使用之術語及片語具有其業內認可之意義，該意義可藉由參考熟習此項技術者已知之標準教科書、期刊參考文獻及上下文而得知。提供以下定義以闡明其在本發明之上下文中之特定使用。
「功能層」係指將某一功能性賦予裝置之一層。舉例而言，該功能層可含有半導體組件、金屬組件、介電組件、光學組件、壓電組件等。另一選擇係，該功能層可包括多個層，諸如由支撐層分離之多個半導體層、金屬層或介電層。該功能層可包括複數個經圖案化元件，諸如在電極或島之間延續之互連件。該功能層可係異質的或可具有一或多個不均質性質。「不均質性質」係指可在空間上變化之一物理參數，藉此達成一多層裝置內之中性機械平面(NMS)之定位。
「結構層」係指賦予結構功能性(舉例而言，藉由支撐、固定及/或囊封裝置組件)之一層。本發明包含具有一或多個結構層(諸如囊封層、嵌入層、黏合劑層及/或基板層)之暫態裝置。
「半導體」係指在一極低溫度下為一絕緣體但在約300克耳文之一溫度下具有一可觀傳導率之任何材料。在本說明中，術語半導體之使用意欲與此術語在微電子及電子裝置領域中之使用一致。適用半導體包含包括諸如矽、鍺及金剛石等元素半導體及諸如以下等化合物半導體之彼等半導體：IV族化合物半導體，諸如SiC及SiGe；III-V族半導體，諸如AlSb、AlAs、AlN、AlP、BN、BP、BAs、GaSb、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN及InP；III-V族三元半導體合金，諸如AlxGa1-xAs；II-VI族半導體，例如CsSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS及ZnTe；I-VII族半導體，諸如CuCl；IV-VI族半導體，諸如PbS、PbTe及SnS；層式半導體，諸如PbI2、MoS2及GaSe；氧化物半導體，諸如CuO及Cu2O。術語半導體包含摻雜有一或多種選定材料之本質半導體及外質半導體(包含具有p型摻雜材料及n型摻雜材料之半導體)以提供適用於一給定應用或裝置之有益電子性質。術語半導體包含包括半導體及/或摻雜劑之一混合物之複合材料。適用於某些實施例之特定半導體材料包含但不限於：Si、Ge、Se、金剛石、富勒烯、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、硒化銅銦鎵(CIGS)、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、InMnAs、InGaAsP、InGaAsN、InAlAsN、GaInNAsSb、GaInAsSbP及此等之任何組合。多孔矽半導體材料適用於本文中所闡述之態樣。半導體材料之雜質係除半導體材料本身以外之原子、元素、離子及/或分子，或者提供至半導體材料之任何摻雜劑。雜質係半導體材料中所存在之可能會不利地影響半導體材料之電子性質之不合意材料，且包含但不限於：氧、碳及金屬(包含重金屬)。重金屬雜質包含但不限於：元素週期表上在銅與鉛之間的元素族、鈣、鈉及其所有離子、化合物及/或錯合物。
一「半導體組件」廣泛地係指任何半導體材料、組合物或結構，且明確地包含高品質單晶及多晶半導體、經由高溫處理製作之半導體材料、經摻雜半導體材料、無機半導 體及複合半導體材料。
一「組件」廣泛地用以指一裝置之一個別部分。一「互連件」係一組件之一項實例且係指能夠建立與另一組件或組件之間的一電連接之一傳導結構。特定而言，一互連件可在分離之組件之間建立電接觸。相依於合意裝置規範、操作及應用，一互連件由一合適材料製成。適合傳導材料包含半導體及金屬導體。
其他組件包含但不限於：薄膜電晶體(TFT)、電晶體、二極體、電極、積體電路、電路元件、控制元件、光伏打元件(例如，太陽能電池)、感測器、發光元件、致動器、壓電元件、接收器、傳輸器、微處理器、傳感器、島、橋接器及其組合。如此項技術中已知，組件可(諸如)藉由金屬蒸鍍、線接合及施加固體或傳導膏(舉例而言)連接至一或多個接觸墊。本發明之電子裝置可包括視情況以一經互連組態提供之一或多個組件。
「中性機械平面」(NMP)係指存在於一裝置之橫向b及縱向l方向上之一虛平面。NMP比裝置之位於沿裝置之垂直h軸之更極端位置處及/或位於裝置之更易彎曲層內之其他平面較不易於受彎曲應力影響。因此，NMP之位置由裝置之厚度及形成裝置之層之材料兩者判定。在一實施例中，本發明之一裝置包含經提供而與該裝置之中性機械平面一致或接近於該中性機械平面之一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或者一或多個無機半導體組件及一或多個金屬導體組件。
「一致」係指兩個或兩個以上物件、平面或表面之相對位置，舉例而言，諸如定位於一層(諸如一功能層、基板層或其他層)內或毗鄰於該層之一中性機械平面之一表面。在一實施例中，一中性機械平面經定位以對應於最應變敏感層或該層內之材料。
「接近」係指兩個或兩個以上物件、平面或表面之相對位置，舉例而言，緊跟著一層(諸如一功能層、基板層或其他層)之位置同時仍提供合意貼合性而不會對應變敏感材料物理性質造成一不利影響之一中性機械平面。「應變敏感」係指斷裂或回應於一相對低應變位準而以其他方式受損之一材料。一般而言，具有一高應變敏感度且因此容易第一層斷裂之一層位於功能層中，諸如含有一相對易碎半導體或其他應變敏感裝置元件之一功能層。接近於一層之一中性機械平面不必約束於在彼層內，而是可接近或充分靠近地定位以在使裝置符合一組織表面時提供減小應變敏感裝置元件上之應變之一功能益處。在某些實施例中，接近於係指在一第二元件之100微米內(或視情況對於某些實施例在10微米內；或者視情況對於某些實施例在1微米內)之一第一元件之一位置。
「電子裝置」一般指併入有複數個組件之一裝置，且包含大面積電子器件、印刷線路板、積體電路、組件陣列、生物及/或化學感測器、物理感測器(例如，溫度、應變等)、奈米機電系統、微機電系統、光伏打裝置、通信系統、醫學裝置、光學裝置及電光裝置。
「感測」係指偵測一物理及/或化學性質之存在、不存在、量、量值或強度。用於感測之適用電子裝置組件包含但不限於：電極元件、化學或生物感測器元件、pH感測器、溫度感測器、應變感測器、機械感測器、位置感測器、光學感測器及電容性感測器。
「致動」係指刺激、控制或以其他方式影響一結構、材料或裝置組件，諸如一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件或一囊封材料或層。在一實施例中，致動係指其中選擇性地變換一結構或材料(舉例而言)以便承受一化學或物理改變(諸如一材料或結構之移除、損失或位移)之一製程。用於致動之適用電子裝置包含但不限於：電極元件、電磁輻射傳輸元件、發光二極體、鐳射、磁性元件、聲音元件、壓電元件、化學元件、生物元件及加熱元件。
一「致動器」係指回應於一使用者起始之外部觸發信號而(舉例而言)藉由起始一暫態電子裝置之一可選擇性變換材料之一至少部分變換直接或間接起始一暫態電子裝置之至少部分變換之一裝置組件。舉例而言，一致動器可藉由吸收供應至一暫態裝置之能量且利用或轉化彼能量以影響該裝置之至少部分變換來起始該至少部分變換。舉例而言，一致動器可藉由將包括可選擇性變換材料之一裝置組件曝露於一內部或外部刺激從而產生一至少部分變換來起始一暫態裝置之至少部分變換。舉例而言，一致動器可藉由將能量(例如，熱、電磁輻射、聲、RF能等)供應至影響 一暫態裝置之至少部分變換之一中間材料或裝置組件(諸如將能量供應至一囊封材料、無機半導體組件或金屬導體組件)來起始該變換。因此，該致動器可包括單獨或組合地促進該暫態電子裝置之變換之一單個組件或多個組件。在某些實施例中，本發明之一致動器係以一種(舉例而言)經由一或多個接收器裝置組件與一傳輸器通信之方式直接或間接地提供。
一「使用者起始之觸發信號」包含一人可藉由其開始或起始一暫態裝置之一可程式化變換之任何動作，僅僅將一暫態裝置放置於一特定環境中除外。例示性「使用者起始之觸發信號」包含將即時使用者輸入資料提供至裝置或與裝置通信之一傳輸器(例如，按下一按鈕、翻轉一開關、設定一計時器等)，將至少一種非周圍外部能源直接或間接地提供至裝置(例如，一電場、一磁場、聲能、壓力、應變、熱、光、機械能等)，及/或將軟體程式化以執行可基於自裝置接收之資料(舉例而言，來自一回饋環路之資料)之電腦可讀指令。在一實施例中，使用者起始之外部觸發信號係一電子信號、一光學信號、一熱信號、一磁信號、一機械信號、一化學信號、聲音信號或一電化學信號。在一實施例中，本發明提供一種經組態以接收一使用者起始之觸發信號(舉例而言，由一傳輸器提供且由裝置之一接收器組件接收之一使用者起始之觸發信號)之暫態電子裝置。
一「非周圍外部能源」包含具有比在一暫態裝置位於其 中之環境中找到之普遍存在之相同形式之能量之量值大至少10%或至少25%或者至少50%的一量值之能量。
術語「直接及間接」闡述一個組件相對於另一組件之動作或實體位置。舉例而言，「直接」作用於另一組件上或接觸另一組件之一組件在無來自一中間物之介入之情況下如此做。相比而言，「間接」作用於另一組件上或接觸另一組件之一組件透過一中間物(例如，一第三組件)如此做。
「島」係指包括複數個半導體組件之一電子裝置之一相對剛性組件。「橋接器」係指將兩個或兩個以上島互連或將一個島互連至另一組件之結構。特定橋接器結構包含半導體及金屬互連件。在一實施例中，本發明之一暫態裝置包括經由包括電互連件之一或多個橋接器結構電連接之一或多個含半導體島結構，諸如電晶體、電路或積體電路。
「囊封」係指一個結構之使得其由一或多個其他結構(諸如一基板、黏合劑層或囊封層)至少部分地環繞及在某些情形中完全地環繞之定向。「經部分囊封」係指一個結構之使得其由一或多個其他結構部分地環繞(舉例而言，其中該結構之外部表面之30%或視情況50%或者視情況90%由一或多個結構環繞)之定向。「經完全囊封」係指一個結構之使得其由一或多個其他結構完全地環繞之定向。本發明包含具有(舉例而言)經由併入一聚合物囊封劑(諸如生物聚合物、絲、一絲複合物或一彈性囊封劑)之經部分或完全囊封無機半導體組件、金屬導體組件及/或介電組 件之暫態裝置。
「障壁層」係指空間地分離兩個或兩個以上其他組件或空間地分離一組件與裝置外部之一結構、材料、流體或環境之一組件。在一項實施例中，一障壁層囊封一或多個組件。在某些實施例中，一障壁層將一或多個組件與一水溶液、一生物組織或兩者分離。本發明包含具有一或多個障壁層(舉例而言，定位於裝置與一外部環境之界面處之一或多個障壁層)之裝置。
一(若干)障壁層及視情況一基板上之一犧牲層可經蝕刻以產生其中移除該(等)障壁層及視情況一基板上之該犧牲層之至少一部分之一「網格結構」。舉例而言，移除距一無機半導體組件或額外組件大約10奈米或多於10奈米安置的該(等)障壁層之一部分。移除該(等)障壁層及視情況該基板上之該犧牲層之至少一部分可產生(i)該(等)障壁層內之一或多個洞，及/或(ii)在一近端處由一(若干)障壁層實體連結且在一遠端處實體分離之電組件。在一項實施例中，一網格結構可安置於在部署至一環境中期間提供裝置之結構支撐之一連續基板上。
「連續」係指貫穿於一連續不斷序列中接觸或連接之材料或層。在一項實施例中，一可植入生物醫學裝置之一連續層未經蝕刻以移除原始提供之材料或層之一實質部分(例如，10%或多於10%)。
「主動電路」係指經組態以用於執行一特定功能之一或多個組件。適用主動電路包含但不限於：放大器電路、多 工電路、電流限制電路、積體電路、電晶體及電晶體陣列。本發明包含其中一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件及/或一或多個介電組件包括一主動電路或複數個主動電路之裝置。
「基板」係指具有能夠支撐一或多個組件或裝置之一表面(諸如一接納表面)之一材料、層或其他結構。「接合」至基板之一組件係指與該基板實體接觸且不能相對於其所接合至的基板表面實質上移動之一組件。相比而言，未經接合組件或一組件之未經接合部分能夠相對於基板實質移動。在一實施例中，本發明提供其中一或多個無機半導體組件、一或多個金屬導體組件及/或一或多個介電組件(舉例而言)經由一黏合劑層或經由一黏合層直接或間接接合至基板之裝置。
一「可選擇性變換材料」係在預選及/或預定條件(諸如時間、壓力、溫度、化學或生物組合物及/或電磁輻射條件)下承受一物理改變及/或一化學改變之一材料。適用於某些裝置應用之可選擇性變換材料視情況在一預選時間或以一預選速率或者回應於一預選組的條件或條件改變而承受一物理變換(諸如包含熔化、昇華等之一相變)。適用於某些裝置應用之可選擇性變換材料視情況在一預選時間或以一預選速率或者回應於一預選組的條件或條件改變而承受一化學變換(諸如分解、崩解、溶解、水解、再吸收、生物可再吸收、光解、解聚合、蝕刻或腐蝕)。該(等)預選條件可自然發生(舉例而言，由一裝置環境之條件(例如， 周圍溫度、壓力、化學或生物環境、自然電磁輻射等)提供)，或可經由提供至一暫態電子裝置或在該暫態電子裝置內提供之(若干)人造條件(諸如一使用者或裝置起始之溫度、壓力、化學或生物環境、電磁輻射、磁性條件、機械應變或電子條件)發生。當將一暫態電子裝置之可選擇性變換材料曝露於起始該材料之變換之該(等)條件時，該可選擇性變換材料可在一「預選時間」或以一「預選速率」實質上完全或完全變換。本發明之裝置包含承受一完全變換、實質上完全變換或一不完全變換之可選擇性變換材料。「實質上完全」變換之一可選擇性變換材料被95%變換或98%變換或99%變換或99.9%變換或者99.99%變換，但不被完全(亦即，100%)變換。在某些實施例中，一可選擇性變換材料承受視情況在一預選時間或以一預選速率之導致一物理、化學、電子或光電子性質之一改變之一化學改變。在一實施例中，舉例而言，一可選擇性變換材料承受導致由一傳導或半傳導材料表徵之一第一組合物至由一絕緣體表徵之一第二組合物之一改變之一化學或物理改變。在某些實施例中，一可選擇性變換材料係一可選擇性移除材料。
一「可選擇性移除材料」係在預選或預定條件(諸如時間、壓力、溫度、化學或生物組合物及/或電磁輻射條件)下物理及/或化學地移除之一材料。在一實施例中，舉例而言，一可選擇性移除材料係視情況在一預選時間或以一預選速率或者回應於一預選組的條件或條件改變而經由選 自由以下各項組成之群組之一製程移除：分解、崩解、溶解、水解、再吸收、生物可再吸收、光解及解聚合。在一實施例中，舉例而言，一可選擇性移除材料係視情況在一預選時間或以一預選速率或者回應於一預選組的條件或條件改變而藉由承受導致材料之損失或再定位之一相變(諸如熔化或昇華)移除。該(等)預選條件可自然發生(舉例而言，由一裝置環境之條件(例如，周圍溫度、壓力、化學或生物環境、自然電磁輻射等)提供)，或可經由提供至一暫態電子裝置或在該暫態電子裝置內提供之(若干)人造條件(諸如一使用者或裝置起始之溫度、壓力、化學或生物環境、電磁輻射、電子條件)發生。當將一暫態電子裝置之可選擇性移除材料曝露於起始該材料之移除之該(等)條件時，該可選擇性移除材料可在一「預選時間」或以一「預選速率」實質上完全、完全移除或不完全移除。「實質上完全」移除之一可選擇性移除材料被95%移除或98%移除或99%移除或99.9%移除或者99.99%移除，但不被完全(亦即，100%)移除。
一「預選時間」係指自一初始時間t0之一所消逝時間。舉例而言，一預選時間可係指自一組件/裝置製作或部署至一臨界時間tc(舉例而言，當曝露於一(若干)預選條件之一可選擇性移除材料之厚度達到零或實質上零(初始厚度之10%或小於10%、初始厚度之5%或小於5%、初始厚度之1%或小於1%)時或當一可選擇性移除材料之一性質(例如，傳導或電阻率)達到一臨限值時；例如，等於50%之一 傳導率降低、視情況對於某些應用80%及視情況對於某些應用95%，或另一選擇係當傳導率等於0時)之一所消逝時間。在一實施例中，可根據以下計算該預選時間： 其中tc係臨界時間，ρm係材料之質量密度，M(H2O)係水之莫耳質量，M(m)係材料之莫耳質量，h0係材料之初始厚度，D係水之擴散率，k係溶解反應之反應常數，且w0係水之初始濃度。
一「預選速率」係指每單位時間自一裝置或組件移除可選擇性移除材料之一量。預選速率可報告為一平均速率(在裝置或組件之壽命內)或一瞬時速率。當未指定一速率類型時，假定一平均速率。
一「可程式化變換」係指一暫態電子裝置內之自一第一條件至一第二條件提供裝置之功能之一改變之一預選或預定物理、化學及/或電改變。一可程式化變換可在組件/裝置製作或部署之時間預設或係由提供由裝置接收之一信號之一傳輸器控制之一即時觸發之可程式化變換。
一「暫態量變曲線」闡述一材料之物理參數或性質(例如，厚度、傳導率、電阻、質量、孔隙率等)隨時間之一改變(例如，隨時間獲得/損失之厚度)。一暫態量變曲線可由一速率(舉例而言，一可選擇性變換材料之實體尺寸(例 如，厚度)或物理性質(例如，質量、傳導率、孔隙率、電阻等)之改變速率)表徵。本發明包含具有由恆定或隨時間變化的實體尺寸(例如，厚度)或物理性質(例如，質量、傳導率等)之一改變速率表徵之一暫態量變曲線之可選擇性變換材料。
「可降解」係指易於化學及/或物理地破碎成若干較小段之材料。可降解材料可(舉例而言)被分解、再吸收、溶解、吸收、腐蝕、解聚合及/或崩解。在某些實施例中，本發明提供可降解裝置。
「生物可再吸收」係指易於由自然存在於一生物環境中之試劑化學地破碎成若干較低分子重量化學部分之一材料。在一活體內應用中，該等化學部分可同化至人類或動物組織中。「實質上完全」再吸收之一生物可再吸收材料係高度再吸收的(例如，95%被吸收或98%被吸收或99%被吸收或99.9%被吸收或者99.99%被吸收)，但不被完全(亦即，100%)吸收。在某些實施例中，本發明提供生物可再吸收裝置。
「生物相容」係指當被安置於一活體生物環境內時不會引起一免疫學排異或有害效應之一材料。舉例而言，當將一生物相容材料植入至一人類或動物中時，表示一免疫回應之一生物標記自一基線值改變小於10%或小於20%或小於25%或小於40%或者小於50%。在某些實施例中，本發明提供生物相容裝置。
「生物惰性」係指當被安置於一活體生物環境內時不會 引起來自一人類或動物之一免疫回應之一材料。舉例而言，當將一生物惰性材料植入至一人類或動物中時，表示一免疫回應之一生物標記保持實質上恆定(一基線值加或減5%)。在某些實施例中，本發明提供生物惰性裝置。
「生態相容」係指由於其可降解或分解成在環境中自然發生之一或多個化合物而係環境良性之一材料。在某些實施例中，本發明提供生態相容裝置。
「奈米結構材料」及「微結構材料」係指具有一或多個分別係奈米大小及微米大小之實體尺寸(例如，厚度)或特徵(諸如凹入或浮凸特徵)(諸如一或多個奈米大小及微米大小之通道、空隙、孔、柱等)之材料。一奈米結構材料之浮凸特徵或凹入特徵具有選自1 nm至1000 nm之範圍之至少一個實體尺寸，而一微結構材料之浮凸特徵或凹入特徵具有選自1 μm至1000 μm之範圍之至少一個實體尺寸。奈米結構及微結構材料包含(舉例而言)薄膜(例如，微膜及奈米膜)、多孔材料、凹入特徵之圖案、浮凸特徵圖案、具有磨損或粗糙表面之材料及諸如此類。一奈米膜結構亦係一奈米結構材料之一實例且一微膜結構係一微結構材料之一實例。在一實施例中，本發明提供包括一或多個奈米結構或微結構無機半導體組件、一或多個奈米結構或微結構金屬導體組件、一或多個奈米結構或微結構介電組件、一或多個奈米結構或微結構囊封層及/或一或多個奈米結構或微結構基板層之裝置。
一「奈米隔膜」係(舉例而言)以一帶、圓柱體或薄片之 形式提供之具有選自1 nm至1000 nm之範圍之一厚度或另一選擇係對於某些應用選自1 nm至100 nm之範圍之一厚度之一結構。在某些實施例中，一奈米帶係一半導體、一電子裝置之介電或金屬導體結構。在某些實施例中，一奈米帶具有小於1000 nm及視情況小於100 nm之一厚度。在某些實施例中，一奈米帶具有選自0.1至0.0001之範圍之厚度與一橫向尺寸(例如，長度或寬度)比率。
「介電質」係指一非傳導或絕緣材料。在一實施例中，一無機介電質包含實質上無碳之一介電材料。無機介電材料之特定實例包含但不限於：氮化矽、二氧化矽、絲、絲複合物、彈性體及聚合物。
「聚合物」係指由藉由共價化學鍵連接之重複結構單元構成之一大分子或一或多個單體之聚合產物，其通常由高分子重量表徵。術語聚合物包含均聚物或基本上由一單個重複單體子單元組成之聚合物。術語聚合物亦包含共聚物或基本上由兩個或兩個以上單體子單元(例如，隨機、塊狀、交替、嵌段、接枝、錐形及其他共聚物)組成之聚合物。適用聚合物包含可呈非晶、半晶、結晶或部分地結晶狀態之有機聚合物或無機聚合物。具有鏈接式單體鏈之經交聯聚合物特別適用於某些應用。適用於方法、裝置及組件中之聚合物包含但不限於：塑膠、彈性體、熱塑性彈性體、彈性塑膠、熱塑性塑膠及丙烯酸酯。例示性聚合物包含但不限於：縮醛聚合物、生物可降解聚合物、纖維素聚合物、含氟聚合物、耐綸、聚丙烯腈聚合物、聚醯胺-醯 亞胺聚合物、聚醯亞胺、聚芳酯、聚苯並咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醯亞胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物及經改質聚乙烯、聚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚甲基戊烯、聚苯醚及聚苯硫醚、聚鄰苯二甲醯胺、聚丙烯、聚亞安酯、苯乙烯樹脂、基於碸之樹脂、基於乙烯基之樹脂、橡膠(包含天然橡膠、苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯、氯丁橡膠、乙烯-丙烯、丁基、腈、聚矽氧)、丙烯酸、耐綸、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烴或此等之任何組合。
「彈性印模」與「彈性轉印裝置」可交換地使用且係指具有可接納以及轉印一材料之一表面之一彈性材料。適用於本發明之某些方法中之例示性保形轉印裝置包含彈性轉印裝置，諸如彈性印模、模具及遮罩。該轉印裝置影響及/或促進自一施體材料至一受體材料之材料轉印。在一實施例中，本發明之一方法在一微轉印印刷製程中使用一保形轉印裝置(諸如一彈性轉印裝置(例如，彈性印模))，(舉例而言)以將一或多個單晶無機半導體結構、一或多個介電結構及/或一或多個金屬導體結構自一製作基板轉印至一裝置基板。
「彈性體」係指可拉伸或變形並返回至其原始形狀而不具有實質永久變形之一聚合材料。彈性體通常能承受實質上彈性變形。適用彈性體包含包括聚合物、共聚物、複合材料或聚合物與共聚物之混合物之彼等彈性體。彈性體層係指包括至少一種彈性體之一層。彈性體層亦可包含摻雜 劑及其他非彈性材料。適用彈性體包含但不限於：熱塑性彈性體、苯乙烯材料、烯烴材料、聚烯烴、聚亞安酯熱塑性彈性體、聚醯胺、合成橡膠、PDMS、聚丁二烯、聚異丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚亞安酯、聚氯丁烯及聚矽氧。在某些實施例中，一彈性印模包括一彈性體。例示性彈性體包含但不限於：含聚合物之矽(諸如聚矽氧烷，包含聚(二甲基矽氧烷)(亦即PDMS及h-PDMS)、聚(甲基矽氧烷)、部分烷基化聚(甲基矽氧烷)、聚(烷基甲基矽氧烷)及聚(苯基甲基矽氧烷))、矽改質之彈性體、熱塑性彈性體、苯乙烯材料、烯烴材料、聚烯烴、聚亞安酯熱塑性彈性體、聚醯胺、合成橡膠、聚異丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚亞安酯、聚氯丁烯及聚矽氧。在一實施例中，一聚合物係一彈性體。
「貼合式」係指具有充分低之一彎曲勁度以允許一裝置、材料或基板採用任何所期望外形輪廓(舉例而言，允許與具有一浮凸特徵圖案之一表面之保形接觸之一外形輪廓)之該裝置、材料或基板。在特定實施例中，一所期望外形輪廓係一生物環境中之一組織之彼外形輪廓。
「保形接觸」係指在一裝置與一接納表面之間所建立之接觸。在一項態樣中，保形接觸涉及一裝置之一或多個表面(例如，接觸表面)對一表面之總體形狀之一宏觀適應。在另一態樣中，保形接觸涉及一裝置之一或多個表面(例如，接觸表面)對一表面之一微觀適應，從而產生實質上無空隙之一親密接觸。在一實施例中，保形接觸涉及裝置 之一(若干)接觸表面對一(若干)接納表面之適應，以使得達成親密接觸，舉例而言，其中該裝置之一接觸表面之小於20%的表面區不實體接觸該接納表面，或視情況該裝置之一接觸表面之小於10%不實體接觸該接納表面，或視情況該裝置之一接觸表面之小於5%不實體接觸該接納表面。在一實施例中，本發明之一方法包括(舉例而言)在一微轉印印刷製程(諸如幹式轉印接觸印刷)中在建立一保形轉印裝置與一或多個單晶無機半導體結構、一或多個介電結構及/或一或多個金屬導體結構之間的保形接觸。
「楊氏模數」係一材料、裝置或層之一機械性質，其係指一給定基板之應力與應變比率。楊氏模數可由以下表達式提供： 其中E係楊氏模數，L 0係平衡長度，△L係在所施加應力下之長度改變，F係所施加之力且A係其上方施加有該力之面積。楊氏模數亦可經由以下方程式依據拉梅(Lame)常數表達： 其中λ及μ係拉梅常數。高楊氏模數(或「高模數」)及低楊氏模數(或「低模數」)係對一給定材料、層或裝置之楊氏模數之量值之相對描述語。在某些實施例中，一高楊氏模 數大於一低楊氏模數，對於某些應用較佳地係約大10倍，對於其他應用更佳地係約大100倍且對於又一些應用甚至更佳地係約大1000倍。在一實施例中，一低模數層具有小於100 MPa、視情況小於10 MPa之一楊氏模數及視情況選自0.1 MPa至50 MPa之範圍之一楊氏模數。在一實施例中，一高模數層具有大於100 MPa、視情況大於10 GPa之一楊氏模數及視情況選自1 GPa至100 GPa之範圍之一楊氏模數。在一實施例中，本發明之一裝置包含具有一低楊氏模數之一或多個組件，諸如基板、囊封層、無機半導體結構、介電結構及/或金屬導體結構。在一實施例中，本發明之一裝置具有一總體低楊氏模數。
「不均質楊氏模數」係指具有在空間上變化(例如，隨表面位置而改變)之一楊氏模數之一材料。可視情況依據整個材料之一「體」或「平均」楊氏模數來闡述具有一不均質楊氏模數之一材料。
「低模數」係指具有小於或等於10 MPa、小於或等於5 MPa或者小於或等於1 MP之一楊氏模數之材料。
「彎曲勁度」係一材料、裝置或層之一機械性質，其闡述該材料、裝置或層對一所施加彎曲力矩之抵抗。一般而言，彎曲勁度係定義為模數與該材料、裝置或層之慣性之面積矩之積。可視情況依據整個材料層之一「體」或「平均」彎曲勁度來闡述具有一不均質彎曲勁度之一材料。
現在將參考圖闡述暫態裝置以及製作及使用該等裝置之方法。為了清晰，可不標示一圖內之多個物項且該等圖可 不按比例繪製。
圖1展示具有包含一垂直尺寸或高度h、一橫向尺寸或寬度b及一縱向尺寸或長度L之實體尺寸之一暫態裝置100之一俯視透視圖。暫態裝置100可具有任何規則或不規則形狀，但將通常呈一正方形或矩形平行四邊形之形式。暫態裝置100包括其上安置有一或多個裝置組件104、106之一可降解基板102。在某些實施例中，裝置組件106係以彼此實體及/或電連通連結兩個或兩個以上其他裝置組件104之一互連件。視情況，一或多個裝置組件104、106可由一囊封材料(未展示)部分地或完全地囊封。暫態裝置100可遠端地(例如，無線地)或經由至一電源(未展示)之實體連接來供電或致動。
圖2提供圖解說明用於使用暫態裝置100之例示性步驟之一流程圖200。在步驟202及204中，一使用者提供與一環境接觸之一暫態裝置。在選用步驟206中，暫態裝置100將環境致動或感測與環境相關聯之一參數。最後，在步驟208中，藉由至少一個內部及/或外部刺激可程式化地變換該暫態裝置。
在某些實施例中，可植入生物醫學裝置有利地利用絲作為一生物可再吸收基板。絲係呈薄膜形式生物相容的、FDA批准的、視情況透明的、機械穩健的(高機械模數及韌度)且撓性的。其亦可與保留敏感電子功能之水處理相容且適於化學及生物官能化。多種胺基酸側鏈之存在促進官能化絲之偶聯化學法。絲亦可在自數分鐘至數小時至數 年之一範圍內以蛋白質水解生物可降解之可程式化速率水溶(從而產生非炎性胺基酸)。
展現類似於或類比於絲之性質之某些其他天然聚合物包含但不限於：聚葡萄胺糖、膠原、明膠、瓊脂糖、幾丁質、聚羥基烷酸酯、普蘭(pullan)、澱粉(直鏈澱粉、支鏈澱粉)、纖維素、透明質酸或此等之任何組合。
絲可自各種自然資源(舉例而言，自家蠶(silkworm/Bombyx mori)或自蜘蛛(spider/Nephila clavipes))獲得。根據本發明之實施例使用之絲溶液可(舉例而言)自含有一經溶解家蠶絲(例如，來自家蠶)、一經溶解蜘蛛絲(例如，來自蜘蛛)之一溶液或自含有一重組絲(諸如來自細菌、酵母菌、哺乳動物細胞、轉基因動物或轉基因植物)之一溶液獲得。
在一實施例中，生物可再吸收基板之絲可係由反平行β薄板層組成且具有主要由復發胺基酸序列(Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala) n 組成之一初級結構之絲蛋白質。絲蛋白係已知為將自身配置成稱為絲I、II及III之三個結構。絲I係如自家蠶絲腺排出的絲蛋白之天然非晶形式。絲II係指具有較大強度的絹絲中之絲蛋白分子之結晶配置。絲III主要形成於絲蛋白溶液中於一界面(亦即，空氣-水界面、水-油界面等)處。在所揭示暫態裝置中，可使用絲I、II及/或III。
根據公開之程序，絲基板可由衍生於家蠶(bombyx mori)繭殼之材料製備。參見，Sofia,S.、McCarthy,M.B.、Gronowicz,G及Kaplan,D.L.,「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.及Omenetto,F.G.,「Nano-and micropatterning of optically transparent,mechanically robust,biocompatible silk fibroin films」,Adv.Mater.20,3070-3072(2008)；及WO 2008/108838。簡要地，在一種0.02 M碳酸鈉水溶液中將繭殼煮沸達60分鐘移除絲膠(繭殼中之繫結絲蛋白細絲之一水溶性糖蛋白質)但此可誘發不合意免疫學回應。一種溴化鋰水溶液在60℃下溶解絲蛋白纖維且隨後透析移除溴化鋰。離心分離後續接著微過濾消除粒子以在具有最小污染物之情況下產生8%至10%絲蛋白之溶液。
使用一替代方法，可使用有機溶劑製備絲溶液，如以全文引用方式併入本文中之WO 2008/108838中所闡述。有機溶劑在製備絲材料中之使用可更改絲材料之生物相容性及物理性質。舉例而言，絲膜在有機溶劑(諸如甲醇)中之浸入可致使水合或膨潤結構之脫水，從而導致結晶及因此水之溶解性之損失。此外，有機溶劑之使用可使絲材料變得較不可降解。
如上文所提及，與水溶劑相比，絲溶液中之有機溶劑之存在可產生與非晶結構相比具有較結晶結構之絲基板。此現象可用以控制(舉例而言)絲之生物再吸收或降解之速率。因此，相依於所期望再吸收或降解速率，可使用水之任何適合比率製備絲溶液：有機溶液(舉例而言)，100%水、約80%水、約60%水、約50%水、約40%水、約20%水或約10%水。
可使用額外技術來控制絲基板之降解速率。舉例而言，可藉由更改以下各項來修整發生降解之速率：基板材料、基板厚度、交聯、鏈間氫鍵結或凡得瓦力之程度及/或分子對準(例如，經由單軸或雙軸拉伸、紡織成纖維及/或編織)。
額外生物可再吸收聚合物(包含但不限於：一生物聚合物、一合成聚合物、一蛋白質、一多糖、聚(丙三醇-癸二酸酯)(PGS)、聚二氧六環酮、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、聚乳酸(PLA)、膠原、聚葡萄胺糖或此等之任何組合)可單獨用作可降解基板或可添加至絲溶液以產生複合絲基板。在一項實施例中，一基板包括按體積(體積百分比)自約50至約99.99部分之絲蛋白質溶液及自約0.01至約50體積百分比之額外聚合物。
在某些態樣中，本文中所闡述之暫態裝置可用於藥品遞送。在一項實施例中，一或多種治療劑可作為一液體、一凝膠、一分散之固體或任何其他適當物理形式囊封於基板材料內以在基板降解後旋即投與一病人。為形成此等在治療上增強之基板材料，可在形成該基板之前將可降解聚合物溶液與一或多種治療劑及視情況一藥物可接受載體混合。可使用不溶解可降解材料之任何藥物載體。
在某些實施例中，本發明之暫態裝置用以投與、遞送及/或活化提供至一主體之一治療劑。在此態樣之一實施例中，可降解基板係在投與至一生物環境及/或與一目標組織接觸後旋即釋放一治療劑之一多功能組件。本發明包含 (舉例而言)具有嵌入式治療劑(諸如藥品(例如，小分子療法))、奈米粒子及/或生物分子(諸如蛋白質、肽、寡核苷酸(例如，DNA或RNA)等)之可降解基板。本發明之此態樣可適用於包含治療劑之受控制釋放及/或治療劑至一選定組織類型之定向投與之眾多治療應用。在此等實施例中，治療劑之釋放可藉由由與一目標組織接觸之可降解基板之再吸收介導之製程發生。本發明包含可植入裝置及系統，其中電子裝置組件經由熱方式(舉例而言，藉由局部加熱可植入裝置之組件(諸如可降解基板))來介導治療劑自可降解基板之釋放。本發明包含可植入裝置及系統，其中電子裝置組件經由藉由產生及控制局部電場驅動之製程(諸如用於蛋白質或肽之釋放之電泳製程)來介導治療劑自可降解基板之釋放。本發明包含可植入裝置及系統，其中電子裝置組件經由藉由吸收電磁輻射驅動之製程來介導一治療劑自可降解基板之釋放及/或活化。在一實施例中，可植入裝置包含能夠在一治療劑自可降解基板釋放期間及/或在該釋放後旋即視情況活化該治療劑之一電子裝置組件(諸如一鐳射或LED陣列)。本發明之此態樣適用於包含光電療法之治療應用。
可與本文中所闡述之裝置一起使用之治療劑包含但不限於：小分子；蛋白質；肽；核苷酸；核酸；碳水化合物；單糖；細胞；基因；抗血栓劑；抗代謝藥；抗凝血劑；抗有絲分裂劑；血纖蛋白分解藥；抗炎類固醇；單株抗體；維生素；鎮定劑；類固醇；安眠藥；抗感染藥，諸如抗生 素及抗病毒劑；化療治療劑(亦即，抗癌劑)；前列腺素、放射性藥物、抗排斥劑；止痛劑；抗炎劑；激素，諸如類固醇；生長因子(抑制劑及促進劑)，諸如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、血小板衍生生長因子、似胰島素生長因子、變換生長因子及血管內皮生長因子；抗血管新生蛋白質，諸如內皮抑素；多糖；糖蛋白質；脂蛋白質；及此等之任何組合。
舉例而言，循環通過一活體內生物環境之一治療劑可在其接收到來自植入於一治療位點處之一生物醫學裝置之電磁輻射時活化。特定而言，電磁光譜之紫外及可見區域內之能量可係有用的。
可藉由以下非限制性實例來進一步理解本發明。
實例1
圖3a、圖3b及圖7提供該技術之一示範平臺之影像及示意圖。此處所展示之所有組件(介於自電感器、電容器、電阻器、二極體、電晶體、互連件及交越件至基板及囊封層之範圍內)透過藉由水解之反應性溶解完全消失，如圖3c中之影像之時序中所圖解說明。暫態電子器件之此實例將鎂(Mg)用於導體，將氧化鎂(MgO)及二氧化矽(SiO2)用於介電質，將單晶矽(Si)NM用於半導體，且將絲(不僅係水溶性的而且可以酶促方式降解4,5)用於基板及封裝材料。製作涉及轉印印刷(Si NM)(基於此轉印印刷製程之自動化製造工具目前用於併入大規模微尺度多接面太陽能電池陣列之高效光伏打模組之試產線生產中)6、透過細線模 板遮罩(Mg、MgO、SiO2)之物理汽相沈積與溶液澆鑄(絲)之一組合。在特定情形中使用MgO作為Mg之黏合促進劑，且在其他情形中使用鈦超薄層。裝置製作在不具有鈦之情況下係可能的，但具有稍微較低良率。
化學反應負責圖3d中顯現之每一材料之溶解。Si NM及SiO2層由於其在高效能電晶體、二極體、光電偵測器、太陽能電池、溫度感測器、應變計及其他半導體裝置中之重要作用而係特別重要的，如隨後所闡述。對於兩者，水解形成其水溶性在室溫下係約0.10 g/L之正矽酸(Si(OH)4)，如自多奈米孔矽基質7-9之研究所判定。NM幾何體由於其使得高效能裝置及平坦架構能夠最小化在暫態步驟期間必須消耗之材料量且提供有助於至諸如絲4之基板上之異質整合之力學及處理選項而係重要的。對於其中生物相容性係重要之應用，第二特性允許達成高速率之暫態同時避免溶解性限制及潛在不利生物回應。此處所闡述之一典型電晶體涉及可作為Si(OH)4溶解於少至30 μL之水(或生物流體)9中之小於約1 μg之Si。裝置之尺寸之直接減小可甚至進一步降低Si之所需量。舉例而言，建立於一超薄絕緣體上矽(SOI)晶圓上之一現代MOSFET之作用區域中之Si之質量係約10 fg，此對應於少至約300 fL10中之溶解性。
圖4a呈現在一生理上相對溫度(37℃)下在於磷酸鹽緩衝溶液(PBS；7.4之pH)中之溶解之不同級處收集之具有70 nm之厚度之一Si NM(3×3 μm)之原子力顯微圖以模擬藉由生物再吸收之暫態(對於具有不同厚度之Si NM，參見圖 8)。可使用反應性擴散(圖4b)之模型分析地擷取動力學，其中速率限制步驟根據以下方程式由水及氫氧化物離子至Si中之擴散及貫穿厚度方向y之反應定義： ，其中D及k分別係水之擴散率及矽與 PBS之間的反應常數，且w係水之濃度。在溶解後，旋即調配以下平衡：Si+4H2O<->Si(OH)4+2H2，其中中性正矽酸藉由擴散離開矽表面。在此模型中，在時間t內，在完全實體消失之前，Si NM之厚度(h)根據以下方程式隨t以一大約線性方式降低： 其中h 0係初始厚度，α=[M(Si)/M(H2O)]w 0/(4ρ Si )，M(H2O)及M(Si)分別係水及矽之莫耳質量，w 0係初始水濃度，且ρSi=2.329 g/cm3係Si之質量密度。此表達式擷取對於k=5.0×10-6 s-1且D=4.5×10-16 cm2/s在體溫(37℃)(圖4c)下及當k=2.8×10-6 s-1且D=3.4×10-16 cm2/s時在室溫(25℃，圖9a)下h0=35 nm、70 nm及100 nm之實驗觀察結果，此與阿瑞尼斯擴充(Arrhenius scaling)14一致。使厚度達到零之臨界時間大約由給出。結果係對於在體溫下h 0=35 nm、70 nm及100 nm，分別地t=14、16及19天，此與實驗一致。包含時間相依反應速率常數之模型可擷取額外特徵。
類似計算在數量上擷取暫態電子器件之其他材料(包含圖3中之彼等材料)中之相關行為。圖4d呈現一個MgO薄膜(10 nm；黏合促進劑)上之Mg(150 nm)之一蜿蜒跡線之一實例，其中電阻之經量測改變與基於厚度之經計算改變(圖4e、圖10a及圖10b且細節參見實例2)預期之彼等改變良好相關，其中該電阻由R 0 x(h/h 0)-1給出，且R 0係初始電阻。(其他實例顯現於圖11中。)此結果將一關鍵電性質連接至反應性擴散之模型，藉此暗示電容與所建立電路模擬器一起使用此等分析作為暫態電子器件之一綜合設計方法。此等模型之實驗確認允許其在評估由此等材料構成之整合式裝置之行為中之預測使用。
此等模型之預測使用突出強調NM及薄膜裝置設計之重要性。特定而言，具有與一經切粒積體電路之彼等尺寸(約12 mm×約12 mm×約700 μm)相當之尺寸之一片矽之t c 經估計為大於約600年且將需要幾乎約8 L之水來避免溶解性限制9。藉由比較，具有類似橫向尺寸及35 nm之一厚度之一Si NM之t c 小於約10天，且可發生於少至約0.4 mL之水中。可藉由添加暫態囊封層及封裝材料來以受控制量延長基於NM之電子組件之時標；可藉由降低臨界尺寸或藉由以加速藉由崩解(圖12)之溶解之一方式實體結構化材料來減小該等時標。圖4e及圖10展示藉助不同厚度之MgO囊封且具有MgO與絲保護膜之組合之一個Mg蛇形電阻器中之經量測暫態之結果。亦展示對應模型化結果(細節參見實例2)，所有該等結果與實驗及一般預期良好吻合。出於此 目的，絲由於可透過控制結晶度5,15將其在水中之溶解性程式化超過數個數量級而係有吸引力的。亦可使用其他生物可降解聚合物，如圖13中所展示。裝置層級處之暫態之研究亦係重要的。圖4f展示由Si NM、SiO2介電質及具有MgO及經結晶絲囊封層之Mg電極形成之金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)之實例。接下來且在實例2中詳細闡述之裝置在其功能暫態中展示二級動力學。特定而言，浸入於水中高達約90小時致使關鍵裝置特性(諸如遷移率、接通/關斷電流比率(I on /I off )及臨限電壓(V th ))之可忽略改變。功能降級發生於此穩定操作時期之後的一相對窄時間間隔內。囊封層定義第一時標；Mg電極定義第二時標。此等行為與基於構成材料之單獨實驗及理論研究之預期一致。該等結果係重要的，此乃因其證明可利用不在裝置中提供主動作用之囊封層來以與系統或裝置層級功能解耦之一方式定義暫態時間。雖然不同裝置類型需要具有不同厚度之Si NM，但對於此處所開發之實際情形，圖4之結果指示Mg及囊封層在以功能判定暫態之時標中發揮主要作用。(由於此處所呈現之情形中之暫態操作模式，因此長期儲存應涉及一亁燥環境。)
在CMOS設計中，此等材料、製作技術及模型化工具可產生多數任何類型之暫態電子系統之組成裝置。圖5呈現包含關於MOSFET(如圖4中之彼等MOSFET)之額外細節之數個實例，其中n通道及p通道操作兩者係可能的，其中Mg電極(厚度約250 nm)充當源極、汲極及閘極；MgO及/ 或SiO2提供閘極介電質(厚度在100 nm與150 nm之間)；且Si NM(厚度300 nm)充當半導體。具有L=20 μm且W=900 μm之一典型n通道裝置之所得電性質包含分別係560 cm2/Vs及660 cm2/Vs之飽和度及線性分區遷移率、>105之接通/關斷比率、160 mV/dec(在Vd=0.1 V下)之臨限值以下斜率及0.34 mA/mm(在Vg=5 V下)之寬度正規化電流輸出。此等性質以及類似p通道裝置之彼等性質有利地比擬形成於SOI晶圓上之具有類似臨界尺寸之對應部分之效能。據信，裝置之性質以常見方式隨接近在目前最佳技術積體電路中發現之彼等裝置尺寸之裝置尺寸擴充。(對於所研究之通道長度之範圍，觸點電阻不限制效能。參見圖14。)
除MOSFET之外，諸多其他類別之半導體裝置及被動組件係可能的。某些實例之影像及電特性顯現於圖5、圖15及圖16中。電阻器及二極體可充當溫度感測器；後者亦可用於光電偵測器及太陽能電池中，如圖5及圖16中所展示。Si NM二極體及Mg電阻溫度感測器展示-2.23 mV/℃(一給定電流輸出之電壓改變)及0.23%/℃(電阻之百分比改變)之敏感度，其兩者與習用非暫態裝置16之行為一致。藉助當前設計及標準量測系統，可解決0.004℃至0.007℃之溫度改變。甚至在不具有光陷獲結構、背側反射體或抗反射塗層之情況下，超薄矽太陽能電池(約3 μm厚)亦提供66%之填充因子及約3%之總體功率轉化效率。具有Mg觸點之經摻雜Si NM可充當具有與目前最佳技術裝置17之彼 等量規因子相當之幾乎約40(圖5f，左邊及圖16b)之量規因子之應變計(圖5e，左邊)。此處所呈現之技術及製作方案經充分良好開發以達成功能、經互連感測器陣列。作為一實例，建立一暫態數位成像裝置，其包含能夠在以一經掃描模式操作時擷取圖像(圖5f，右邊及圖16d)的具有用於被動矩陣定址之阻流二極體之Si NM光電二極體集合(圖5e，左邊)。(參見圖17中之關於裝置尺寸之更多細節。)此處之良率係>90%(亦即，64個像素中之58個像素係全功能的。參見圖18)。可達成諸多其他可能性。
一整合式系統中之各種元件之暫態時間可相同或不同。後者可藉由使用變化之厚度及/或堆疊組成或甚至經由與非暫態材料組合來達成。圖5c及圖5d之右手邊圖框中之一邏輯閘(反相器)中展示最後可能性，其中一非暫態金屬(Au)充當由暫態Mg互連件連結之兩個電晶體之源極、汲極及閘極電極。在此情形中，Mg中之暫態將系統自一反相器轉化為兩個經隔離電晶體。可類似地利用純暫態系統中之可變溶解比率來隨時間變換功能。Mg分流電阻器或以其他方式囊封於MgO中的系統中之互連件之消失可分別影響一暫態積體電路中之選定組件之功能添加或減少。圖5g及圖5h圖解說明由於一互連件之消失而自NOR變換為NAND操作之一Si NM MOSFET邏輯閘中之後一種可能性。暫態分流器之實例顯現於圖19中，其中效應係自一電阻器至一個二極體、自一NAND閘至一反相器及自一NOR閘至獨立電晶體改變功能。
此各種各樣之裝置組件、感測器及致動器使得整合式系統能夠具有適用功能性位準。電源供應器之一項選項係利用矽太陽能電池，諸如圖16a中所展示之彼等太陽能電池。另一選項使用如圖3a、圖5a及圖15中之彼等電感器及電容器之電感器及電容器作為無線天線用於至一單獨供電之外部初級線圈之近場相互電感耦合。暫態電子系統之一引人注目之應用係在藉由此處(圖3)所介紹之構成材料之生物相容性成為可能之可植入裝置4中。特定而言，Mg已用作特定類型之血管內支架18中之結構材料。絲經批准用於縫合及組織工程5中。溶解於3 L之血漿中之一種1 μg暫態Si NM裝置產生降至低於生理濃度19之0.33 μg/L之一濃度。達成具有Si NM之n通道及p通道MOSFET所需之硼及磷摻雜對於磷表示約1 ng/L之濃度且對於硼表示約11 pg/L之濃度，其兩者遠低於甚至以避免Si之溶解性限制(在0.03 mL中對於磷90 μg/L且對於硼1 μg/L)必須之最小量之生理位準(在血液中對於磷400 mg/L，對於硼24 mg/L)。磷(約3 ng)及硼(約33 pg)之總量比所建議之每天自一正常飲食20-23攝取量(對於磷約1500 mg且對於硼1 mg至13 mg)小若干數量級。
為了示範生物可再吸收及生物相容性，已執行一系列活體內實驗。製作各種代表性暫態裝置(例如，圖3及其他)，將其密封於絲封裝中、用環氧乙烷消毒且然後根據機構動物照護及使用委員會(IACUC)協議植入於BALB/c老鼠之真皮下區域中。圖6a展示圖3中所呈現之示範平臺之情形。3 周之後的檢查(圖6b，左邊)揭露僅模糊殘餘物，其中存在連同明顯血管再生一起之緩慢重新整合至真皮下層中之證據。圖6b(右邊)中所呈現之組織學切片展示真皮下層(A)、絲膜(B)及肌肉層(C)以及不存在任何炎性反應。圖6b之資料代表生物可再吸收材料或裝置之標準動物評價，其遵循關於多個動物(N=3)之所建立協議，每一資料在一個3周時間點之後。額外歷史分析顯現於圖20中。此外，參考文獻提供暫態電子系統中之構成材料之生物相容性之有力證據。絲經批准用於可再吸收手術縫合及軟組織台架中之臨床使用。多孔矽及二氧化矽奈米粒子經建立為生物可再吸收藥品遞送應用8,24之良好可行候選者。MgO已用作此等及相關結構25以及磁共振成像26之基於鐵之奈米粒子對比劑之塗層。Mg及Mg合金已示範於生物可降解支架中。暫態電子構造所利用或預想之材料量比經實驗證明具有可接受生物相容性及(在特定情形中)臨床使用中之所建立作用之彼等材料量低若干數量級。
與整合於絲基板上且裝納於絲封裝中之經摻雜Si NM之電阻微加熱器組合之Mg電感性線圈提供供在感染緩解及疾病管理中之潛在使用之暫態熱治療系統，其中局部加熱可促進細菌抑制且提供局部疼痛減輕27-29。可遞送至醫學植入裝置(諸如永久心率起搏器、可植入電震發生器、機械循環支撐裝置或人造臀及人造膝)之外部表面之一暫態電子殺菌附加器係一暫態熱治療系統之一實例。目標係藉助在病人超出最危險期時消失以使病人擺脫不必要裝置負 擔之一可行高效非抗生可程式化殺菌劑控制手術位點感染30,31。圖6c、圖6d展示作為此一裝置之一般化組件建立區塊之一超材料RF天線之情形，針對該情形可在植入之後使用一網路分析器以一無線模式連續不斷地監視暫態。資料用具有與理論模型一致之時間相依之一經量測Q因子指示與生物流體通過絲封裝之邊緣之緩慢擴散相關聯之暫態行為。細節參見實例2。圖6e展示包含具有不同共振頻率(約70 MHz及約140 MHz)之兩個線圈及三個單獨加熱器之形成於玻璃上之一裝置之一影像。以適當頻率及施加至一單獨初級線圈之功率位準無線地操作此等線圈中之一者或兩者達成對系統之完全控制，如插圖中之熱影像中所圖解說明。(其他實例參見圖21、圖22及圖23)。併入額外線圈及加熱器可允許對更複雜溫度分佈之完全控制。類似方法可用於經空間及時間程式化電刺激。為了示範活體內功能性，將此裝置之一單線圈、單加熱器完全暫態版本植入於一斯普拉-道來氏(Sprague-Dawley)大鼠之皮膚下(圖6f)。透過皮膚之電感性耦合產生△T至5℃之一局部溫度增加(圖6g)，此與加熱器之位置一致。完整裝置係暫態的，其具有15天之一時標。15天時標經選擇以在多數臨界時期(亦即，一操作之後的前數天)期間提供穩健功能性以消毒且維持傷口位點處無菌。此後不再需要裝置。15天表示對功效之所需持續時間之一保守估計，此後裝置消失以消除與額外外源性植入材料相關聯之任何長期負擔。絲封裝判定可經由控制絲中之結晶度調整之暫態時間。
此處所報告之概念建立暫態電子系統、感測器、致動器及電源供應器之材料、模型化方法、製造方案及裝置設計之一綜合基線。具有或不具有SiO2之Si奈米隔膜(NM)由於其使用使得精密之半導體組件立即能夠具有主動及被動功能性兩者而係重要元件。對於介電質及導體，額外可能性分別介於自膠原至聚(乳酸-共-乙醇酸)及自鐵至鋅之範圍內。暫態之替代模式包含吸收、腐蝕、解聚合及其他。此等製程之速率可按周圍環境之性質可設想地即時調整、觸發及/或對該等性質敏感，該等性質由化學或生物事件或者溫度、壓力或光之改變判定。
方法總結 裝置之製作
經摻雜單晶矽奈米隔膜(NM)由絕緣體上矽(SOI)晶圓(頂部矽厚度約300 nm，p型，SOITEC，法國)製備。具有氫氟酸(HF，49%電子級，ScienceLab，美國)之埋藏氧化物之底切蝕刻形成然後轉印印刷至絲膜基板上之經隔離矽NM。透過高解析度模板遮罩藉由電子束蒸發沈積閘極及層間介電質(MgO或SiO2)以及電極及互連件(Mg)。對於後者，MgO層充當一黏合促進劑(電晶體所需之Mg/Si觸點除外)，其中直接或(為了改良之良率及黏合強度)藉助一個5 nm Ti層沈積Mg。關於製作製程之額外細節顯現於實例2中。
基板、囊封層及封裝之製備
將碧多尼(B.mori)家蠶繭殼切割且在一種0.02 M Na2CO3 溶液中煮沸以萃取膠狀絲膠蛋白質。將剩餘絲蛋白在超純水(Milli-Q水)中沖洗且在60℃下於一LiBr溶液中溶解達4小時且然後使用透析卡匣用蒸餾水透析達數天以移除LiBr。在離心分離及過濾以移除不可熔殘留物之後，藉助無離子蒸餾水將絲溶液稀釋至5重量百分比至7重量百分比且將其澆鑄至矽基板或玻璃載片上以形成約20 μm厚膜且在空氣中使其保持亁燥以形成絲膜。
絲蛋白封裝方案
經由在120℃下層壓達60秒來將切割成約5 cm×5 cm之若干區之兩個約100 μm絲蛋白膜交聯以達成最大β薄板結晶度及絲層之完全黏合。將該等膜堆疊且然後藉由用10 μL之約6%絲蛋白溶液重新層壓來將一個邊緣密封為一黏合層。使功能裝置之絲基板保留未交聯且將其放置於兩個經交聯膜之間。最後，藉由相同方法將其他三側密封，從而將樣本完全囊封於兩個膜之間。自邊緣修剪過量膜以最小化經囊封樣本之大小以用於植入。
裝置層級處之暫態及暫態中之可調諧性
使用上文所闡述之程序及材料製作各種暫態裝置(包含n通道MOSFET、二極體、邏輯閘(NAND)及Mg電阻器)。MgO(400 nm厚)及經結晶絲(70 μm厚)充當囊封層、作為水之障壁均勻地沈積於裝置上。細節顯現於實例2中。
動物模型評價
用一種氯胺酮/賽拉嗪混合物之一腹膜內注射麻醉雌性BALB/c鼠(6周至8周大)及雌性白化斯普拉-道來氏大鼠。 藉由眼瞼及縮肢反射監視麻醉深度以確認該動物已達到「3級」麻醉。在切口位點處將背部剃光並用70%乙醇清潔，後續接著一聚維酮碘手術擦洗。一旦確認3級，便穿過皮膚做出一小的縱向切口且插入無菌植入器(經環氧乙烷消毒)。用一種敵克松5-0縫合閉合切口。監視該動物直至其走動且手術一完成就賦予其一止痛劑(丁丙諾啡，皮下地)。
用於熱療法之具有無線電源供應器之暫態電子系統
裝置包含形成於具有一單獨絲封裝之一絲基板上之矽電阻器、電感性線圈及互連線。在在沈積及圖案化一第一金屬層(Ti/Mg，5/250 nm)、一層間介電質(MgO，400 nm)及一第二金屬層(Ti/Mg，10/800 nm)之後進行經摻雜矽NM之轉印印刷。然後用絲封裝該裝置，如先前所闡述。無線電力傳輸之耦合頻率係約70 MHz。
參考文獻
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實例2 製作製程
單晶矽奈米隔膜(厚度約300 nm，p型)由絕緣體上矽(SOI，SOITEC，法國)晶圓製作以形成半導體裝置之作用 區。磷(約950℃)及硼(約1,000℃)摻雜劑之高溫擴散高度地定義電晶體之源極及汲極電極以及二極體、光電偵測器及太陽能電池之n型及p型區之經摻雜區域。經摻雜Si NM之橫向尺寸由藉助六氟化硫(SF6)氣體之反應性離子蝕刻(RIE)定義。為了自SOI釋放矽，藉由藉助氫氟酸(HF，49%電子級，ScienceLab，美國)之濕式蝕刻移除埋藏氧化物。將藉由此製程形成之個別Si NM轉印印刷至一矽晶圓(作為一暫時「承載」基板)上之一經旋轉澆鑄絲膜。然後透過經圖案化聚醯亞胺陰影遮罩使用電子束(ebeam)蒸發沈積各種金屬及介電層以完成其間的裝置及互連件。
經由暫態之功能變換
藉由暫態之功能變換涉及特定金屬互連件在比與該系統之其他部分相關聯之彼等時標短之時標上之溶解。此行為係藉由囊封具有一個MgO層之一電路之所有區域(與選定互連件相關聯之彼等區域除外)而達成。製作製程涉及具有MgO或SiO2閘極介電層(150 nm)以及Mg源極、汲極及閘極電極(250 nm)之電晶體中之經摻雜Si NM。雖然未要求，但使用Ti薄層來促進黏合改良了良率。Ti之一典型厚度係5 nm。使用此等電晶體之邏輯閘之間的互連線係藉由在薄MgO黏合促進層(10 nm)之頂部上沈積Mg(150 nm)而形成。金屬跡線延伸超出黏合層之邊緣以確保至電晶體電極之高效電接觸。以一適合圖案沈積一最終囊封層(MgO，400 nm)，如上文所闡述。所有圖案化及沈積步驟係藉助聚醯亞胺陰影遮罩及電子束蒸發執行。
崩解電晶體
替代一單個Si NM，可使用窄Si奈米帶(NR)陣列作為用以透過可增強擴散質量輸送之一崩解製程加速暫態之一方式。此情形中之製作以使用先前章節中所闡述之程序定義之經摻雜Si奈米帶陣列開始。然而，此處，自Si NR下方僅部分移除埋藏氧化物，但完全移除介入區域中之埋藏氧化物。接下來，在一第二蝕刻步驟期間圖案化一光阻劑(AZ 5214)層形成將Si NR繋鏈至其以光微影方式定義之位置之結構(亦即，錨定件桿；10 μm×50 μm，1.5 μm厚)以完成埋藏氧化物之移除。接下來，將Si NR陣列轉印印刷至塗佈有一絲層之一單獨矽基板上。透過一聚醯亞胺陰影遮罩之選定區上之MgO(150 nm)之蒸發定義閘極介電質及黏合促進層。最後，藉由一類似程序定義源極、汲極及閘極電極(Ti/Mg，5/200 nm)以完成裝置。
矽之溶解測試
執行了一系列Si NM溶解測試以研究該製程之詳細動力學。此目的之測試結構係藉由光微影方式及RIE形成於SOI晶圓上之呈3 μm×3 μm正方形幾何形狀之NM陣列。研究35 nm、70 nm及100 nm之厚度。在室溫或接近人體之彼等溫度(37℃)之溫度下將樣本放置至50 mL之1.0 M磷酸鹽緩衝鹽水(PBS，pH 7.4，Sigma-Aldrich，美國)中。每隔兩天自PBS溶液移除該等樣本以藉由原子力顯微鏡(AFM，Asylum Research MFP-3D，美國)量測Si NM之高度。每隔一天替換PBS溶液。
高解析度模板遮罩
絲對溶劑之敏感度及通常在光微影中使用之製程促使高解析度陰影遮蔽技術用於圖案化金屬及介電質。所需模板遮罩由具有蝕刻成所期望幾何形狀之開口之均勻聚醯亞胺(PI)膜(12.5 μm，Kapton，Dupont，美國)製成。製作製程以將此一膜附著至用10：1聚(二甲基矽氧烷)(單體：觸媒，重量比)(PDMS，Sylgard 184，Dow Corning，美國)塗佈之一玻璃載片上開始。藉由電子束蒸發沈積、使用光微影圖案化且用濕式蝕刻劑蝕刻一金屬層(Cr/Au，10/150 nm)。金屬在用氧(O2)氣藉由RIE透過PI膜之乾式蝕刻期間充當一硬遮罩。在蝕刻之後，藉由濕式蝕刻移除金屬遮罩且將經圖案化PI膜小心地剝掉以形成高解析度模板遮罩。
囊封
使用數個不同囊封層來控制溶解速率。用以研究此製程之測試結構涉及玻璃載片上之Mg(300 nm)跡線。用各種囊封材料塗佈該等跡線之部分：MgO(400 nm或800 nm)、絲、PLGA(聚(乳酸-共-乙醇酸)85：15、Mw 50,000-70,000，Sigma-Aldrich，美國)或膠原膜(Devro，美國)。對於絲囊封，重複數個塗佈及處理循環：將樣本浸入至一絲溶液中，在65℃下亁燥，用甲醇處理以增加β薄板內容物且然後亁燥。使用多個塗佈及後續甲醇處理來增加絲膜之總厚度。藉由將PDMS放置成圍繞將塗佈之區封閉來塗佈PLGA且用一PLGA溶液填充內部體積。允許溶液蒸發，從而留下僅PLGA作為一囊封層。使用一PLGA濃溶液將膠 原膜附著至玻璃邊緣，然後允許該等膠原膜亁燥，從而在膠原與玻璃之間留下一固體但撓性黏合劑層。結果展示於圖13中。
裝置層級處之暫態及暫態之可調諧性之研究
除暫態材料之溶解速率之外，亦研究裝置層級處之行為且示範控制暫態之策略。特定而言，首先構造數個不同暫態裝置，包含n通道MOSFET、矽二極體、邏輯閘(NAND)及Mg電阻器。製作(Mg電阻器除外)以Si NM(300 nm厚)之高溫摻雜製程開始，如先前章節中所闡述。經轉印印刷之此類型Si NM充當半導體層。藉由PECVD沈積之SiO2層(100 nm厚)充當個別MOSFET之閘極介電質及在NAND閘中使用之彼等閘極介電質。類似但具有400 nm厚度之層提供層間介電質。該等電極由藉由電子束蒸發沈積之Mg(300 nm或400 nm厚)組成。裝置佈局顯現於圖24中。
MgO囊封層(400 nm厚)及經結晶絲(大約70 μm厚)提供對水之暫態障壁。在所有裝置情形中，系統組態允許透過連接至浸沒於含於由PDMS製成之一可移除井中之水中之該等裝置之位於遠端之電極墊對電性質進行連續探測，如在圖25中。總結於圖26中之結果展示具有兩個相異時標之動力學：第一且最長時標對應於囊封層中之暫態；第二時標係由於該等裝置中之作用層之溶解，其中首先發生Mg之消失。此等行為圖解說明裝置層級處之暫態。結果亦證明藉助在裝置操作中不起主動作用之材料(亦即，囊封層)定義暫態時間之能力。以此方式，可以獨立於電功能之一方 式設計暫態時間。
一可植入RF超材料天線中之暫態之活體內研究
為研究活體內暫態，在囊封於一囊袋狀絲容器(在每一側上約2 cm×2 cm大且約100 μm厚)中之一未經處理/可溶於水之絲膜(約50 μm厚)上建立具有總體尺寸約1.35 cm×1.35 cm(由400 nm Mg製成且塗佈有600 nm MgO作為保護層)、具有在約1.8 GHz下之一經設計共振頻率之一超材料天線，該絲經處理以為水不可溶的且使用幾滴絲液滴作為一黏合劑經由熱壓紋沿邊緣密封。在植入於一雌性白化斯普拉-道來氏大鼠之皮膚下後，此構造旋即防止裝置與周圍組織之間的直接接觸。此情形中之暫態主要由生物流體穿過絲囊袋之邊緣之擴散定義。在囊封製程之前及之後且在植入之前藉助一網路分析器(HP 8753D)藉由量測共振回應檢查該天線。在第0天(剛好在植入之後)、第4天、第8天及第15天(當難以偵測到天線之共振時)記錄活體內回應，如圖6c中所展示。此後取回裝置，從而以模糊之跡象及連接切斷之Mg跡線展示至組織矩陣中之再吸收。
藉由一暫態無線熱治療裝置提供的細菌抑制之活體外測試
將裝置放置於負載有大腸桿菌(ATCC 25922，美國菌種保存中心，Manassas VA)之一約3 mm厚瓊脂板下方。根據所提供指令再造及擴大細菌，且使液體培養物生長達18小時至24小時以達到0.8之一光學密度(OD600)(對應於約107 CFU/mL之一活菌計數)。單獨地檢查三個不同裝置結構。 前兩個係控制件且由Mg電阻器及Mg RF電感性線圈組成，兩者皆係隔離的。第三個係全功能裝置(亦即，連接至一Mg RF電感性線圈之Mg電阻器)。在所有三個情形中，由一外部RF供應器藉助一單獨定位之初級線圈(1圈，直徑=5 cm,12 AWG)以約33 dBm(亦即，2瓦特)之一輸入在80 MHz下供應無線電力。使用一熱攝影機(FLIR SC645，FLIR有限公司)即時監視負載有細菌之瓊脂板之溫度量變曲線。在控制件樣本之情形中，影像展示可忽略加熱，及功能裝置之板之中心(對應於加熱器位置)中之至約50℃之加熱。在約30分鐘加熱之後，將瓊脂板通宵放置於一37℃培養器中以允許菌苔生長。視覺檢驗展示細菌在由裝置誘發之經加熱區域中之局部缺乏及控制件之無顯著改變。結果展示於圖27中。
溶解模型 單層(矽或鎂)溶解
Si可具有一原生SiO2(幾奈米厚)薄層。其對Si溶解之影響係經由在下一章節中給出之一雙層(SiO2/Si)溶解模型來解釋。反應常數及SiO2之擴散率係自PE-CVD SiO2之實驗獲得，該實驗在圖9中展示為在室溫(圖9b)下k=1.5×10-6 s-1，D=1.0×10-16 cm2/s且在體溫(圖9c)1-3下k=3.0×10-6 s-1且D=2.0×10-16 cm2/s。相關AFM研究展示於圖29中。由該雙層溶解模型給出之結果(例如，完全Si溶解之臨界時間)與在不具有薄SiO2層之情況下之結果相同。此暗示一薄SiO2層之影響係可忽略的。
反應性擴散方程式(1)之邊界條件(圖28a)係水/Si界面處之恆定水濃度及Si之底部表面處之零水通量。初始條件係零水濃度w| t=0=0(0 y<h 0)。藉由如以下之變數分離方法獲得溶液
其與反應常數k之乘積給出Si(每單位體積)中之水之品質，該品質繼而由於四個水分子與一個Si原子反應而將經溶解Si(每單位體積)之品質給出為[kwM(Si)]/[4M(H2O)]。其在厚度方向y及時間t兩者上之積分將溶解期間之淨Si給出為
對於本研究中之k及D，上述方程式之左手側上之總和係可忽略的，此產生方程式(1)。
針對Mg修改方程式(1)，此乃因兩個水分子與一個Mg 原子反應， (S3)，其中ρ Mg=1.738 g．cm-3係Mg之品質密度。對於Mg初始厚度 h 0=300 nm及初始電阻(每單位長度)R 0=1.06 Ω/mm，圖4e中之電阻(每單位長度)R=R 0(h/h 0)-1與反應常數k=1.2×10-3 s-1及擴散率D=6.0×10-12 cm2/s之實驗良好吻合。此處Mg之k及D比Si之彼等k及D大得多，此乃因水-Mg反應要快得多(幾小時來溶解Mg對幾周來溶解Si)。方程式(2)給出Mg之完全溶解之臨界時間t c =38.4分鐘，其與實驗中之斷開電路之40分鐘良好吻合。
雙層(MgO/Mg)溶解
分別由下標1及2表示之Mg及MgO層之區域座標系統展示於圖28b中。對於Mg，具有在底部表面處之零水通量條件及初始條件之反應性擴散方程式係
對於MgO，具有在水/MgO界面處之恆定水濃度及初始條件之統禦方程式係
跨越MgO/Mg界面之濃度之連續性及水分子之通量需要 藉由如以下之變數分離方法獲得方程式(S4)及(S5)之溶液 其中常數E及F由以下方程式給出 特徵值λ n (n=1、2、3、...)係依據以下方程式判定 且C n 由以下方程式給出
電阻R由以下方程式分析地給出
上述電阻(每單位長度)與400/800 nm之MgO囊封之厚度之實驗良好吻合，其分別具有1.04 Ω/mm/1.15 Ω/mm之初始電阻(每單位長度)。MgO之反應常數係k 2=5.0×10-4 s-1且擴散率係D 2=4.9×10-13 cm2/s，而Mg之值已在圖4e中判定為k 1=1.2×10-3 s-1且D 1=6.0×10-12 cm2/s。
當方程式(S10)中之電阻接近無限大時達到斷開電路之臨界時間t c ，此給出
對於本研究中之反應常數及擴散率，上文方程式之左手側上之總和係可忽略的，此產生
其給出分別為400 nm及800 nm之MgO囊封之厚度之3.5小時及13小時之臨界時間，此與圖4e中之實驗合理地良好吻合。
絲保護膜提供水擴散至MgO/Mg層中之一障壁，且高效擴散係藉由可在絲中達成之最大結晶度c max 之百分比Φ控 制。絲結晶度然後獲得為c=Φ×cmax。方程式(S5)中之水/MgO界面處之恆定濃度之邊界條件由替換。然後針對兩個絲保護膜獲得之電阻與分別為45.0%及89.8%之Φ之實驗良好吻合，如圖4e中所展示。
具有時間相依反應速率常數之溶解之模型
在諸多情形中，淨反應之反應常數可隨時間消逝而降低。當此反應常數呈k(t)之一般形式時，反應性擴散之方程式之溶液係獲得為 其中。對於小的(如在實驗中)，上述溶液可經簡化為
類似於方程式(S2)，一Si NM之厚度可獲得為
對於將指數衰減之反應常數，k(t)=k 0 e -t/τ 產生Si NM之正規化厚度
對於k 0=7.9×10-6 s-1且τ=2天，圖30展示來自方程式(S16) 之預測與實驗量測之間的一良好吻合。與經選擇以獨立於時間之5.0×10-6 s-1之反應常數k相比，k(t)之參數係合理的，此乃因k介於初始反應常數k 0與第20天處之反應常數3.3×10-6 s-1之間。
一可植入RF超材料天線之活體內暫態之模型
Q因子與電感性電抗X L 及電感器之電阻R L 相關Q=X L /R L 。忽略X L 之小改變，藉由其初始值正規化之Q因子可依據電感器之厚度及在97.0 c max %之結晶度之情況下雙層溶解之模型容易地獲得。
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實例3
發明者之最近工作建立一種可以一受控制方式隨時間逐漸消失之新的基於矽之電子器件技術[1]。在此意義上「暫態」之裝置形成無法藉助習用電子器件(諸如在醫學適用時間框架內存在但然後完全溶解且經由人體再吸收消失之主動植入器或消失以避免恢復之現場可部署信標)解決之 應用可能性。發明者已與不同類別之感測器及致動器、電源供應器之選項及一無線控制策略一起示範此類型之一互補金屬氧化物半導體(CMOS)電子器件之一組材料、組件、理論設計工具及製造方法。能夠以一可植入模式遞送熱治療以解決因耐抗生素細菌及其在動物模型中之示範導致之手術位點感染中之挑戰之一暫態矽裝置圖解說明此技術[1]之一系統層級實例。全暫態RF清掃裝置及部分暫態無線電傳輸器顯示出達成與諸多軍事應用[2]相關之基本建立區塊之能力。
上文所闡述之暫態電子器件技術基礎缺乏兩種關鍵能力：(1)達成壓電及光電子組件之途徑，及(2)經程式化或「經觸發」暫態之低功率方案。本發明裝置解決此兩個問題。對於第一個問題，使用ZnO作為其中水解影響暫態之一水溶性半導體。ZnO之大、直接帶隙及強壓電回應使其成為對用於機械能收穫器、發光二極體及透明導體中之應用之Si之一適用補充。先前研究證明ZnO係水溶性的[3,4]及生物相容的[5]，且其可用於多種半導體裝置中。圖31展示在水溶解期間[自3改編]之各個時間處收集之一個ZnO奈米棒之掃描電子顯微圖。本發明實例集中於ZnO與其他水溶性材料(例如，Mg、MgO、Si、SiO2、絲)之整合以產生全暫態之組件。
追求兩個組件。第一個組件係一薄膜電晶體(TFT)。過去工作已示範使用以以下三種方式中之一者沈積之ZnO之透明TFT：分子束磊晶、濺鍍及溶膠-凝膠/溶液方法。ZnO 之電及半傳導性質(遷移率、電阻率、載子濃度等)相依於微結構，尤其係顆粒大小[6]。顆粒大小可藉由透過在一退火製程[8,9]期間之顆粒生長在一升高之溫度[7]下沈積或藉由調整濺鍍壓力[10,11]來設計。退火製程亦可幫助摻雜劑活化[12]。電性質亦可藉由在濺鍍[13]期間添加O2來調整，但TFT仍可藉由僅在Ar中濺鍍來製作。
撓性ZnO TFT可藉由在室溫下濺鍍後續接著低溫退火或根本無退火[14,15]而形成於塑膠基板上。此類型之頂部閘極及底部閘極TFT兩者皆係可能的，但後一種設計更常見[13]。利用此佈局提供一高度摻雜、經轉印印刷矽奈米隔膜作為閘極電極且提供藉由PECVD沈積之一個SiO2層作為閘極介電質。在不具有退火之情況下之ZnO之低溫濺鍍形成通道，且Mg源極及汲極電極係使用針對暫態矽裝置開發之方法沈積。用於圖案化ZnO之典型蝕刻方法不與絲相容，但兩種策略避免此約束：(1)使用精確陰影遮罩之直接對絲之所有加性處理，及(2)以與對絲之轉印印刷(作為一最後步驟)相容之可釋放格式之在矽基板上之完全製作。
由於浸入於水中，因此在暫態之前及在暫態期間量測電性質。在參考文獻中報告之ZnO TFT之性質廣泛地不同。接通/關斷比率一般在103與105之間。裝置遷移率高度地相依於微結構、通道幾何形狀及處理條件。所報告之值位於0.02 cm2/(Vs)與4 cm2/(Vs)之間。由於暫態ZnO裝置之開發涉及諸多新挑戰，因此本發明裝置之效能之目標位於針對非暫態版本所報告之邊界值之間：接通/關斷比率103及遷 移率0.1 cm2/(Vs)。
此處所闡述之第二種裝置類別係利用關於ZnO之先前工作作為PZT之一環境友好型替代方案之一機械能收穫組件。應變感測器及基於ZnO之能量收穫裝置通常使用奈米結構(亦即，奈米線)來達成與撓性基板[16]之改良之整合。用於達成與薄膜類似之力學之本發明技術在具有減小之複雜性及與所建立薄膜裝置架構之改良之相容性之情況下提供至高效能之更可擴充途徑及處理方法。
ZnO膜已用作PI[17]上之壓力感測器及PET[18]上之懸臂式微發電機。該微發電機涉及兩個金屬觸點之間的一個ZnO層，該兩個金屬觸點在本發明情形中係使用Mg形成。效能之目標包含約1 V之斷開電路電壓及0.25 μW之總輸出功率，此與參考文獻中所報告之呈非暫態形式之ZnO薄膜裝置之範圍一致。如同TFT，量測裝置特性且開發暫態行為。
對於此等及其他系統中之經觸發暫態，發明者開發兩種不同方案：(1)電或光學地誘發之熱毛細管效應，該等效應在以奈米級實施時提供一低功率方式來誘發薄膜中之流動，及(2)以酶促方式誘發之絲降解。在第一種方法中，表面張力中之溫度相依及潤濕特性產生以藉由溫度梯度(而非溫度之改變)定義之速率且沿藉由該等溫度梯度定義之方向之質量輸送。此等現象先前已用以用其中小至每毫米幾度之熱梯度係充分[19]之一經程式化方式使表面上之液滴移動。
發明者之最近工作展示此相同物理現象可達成在每微米幾度之溫度梯度下之分子玻璃薄膜中之有意義流動。圖32展示一碳奈米管陣列上之一分子玻璃(Mg2OH)之一薄膜中之選擇性熱毛細管流動之原子力顯微圖。金屬管中之選擇性焦耳加熱在具有每微米幾度之梯度之低溫下誘發上覆玻璃中之熱毛細管流動。在藉助提供局部焦耳加熱之窄電極實施之策略佈局中，此等流動可經設計以誘發傳導跡線中之電開口。舉例而言，結果可更改或消除一積體電路中之功能。另一選擇係，此等流動可將下伏材料曝露於影響整個系統中之暫態之一周圍環境。
此製程之基礎機構對建立一清楚工程設計方法以便其在經觸發暫態中之使用而言係重要的。圖33展示可擷取基本物理現象之一初始模型之一示意圖。此處，一膜之局部加熱減小表面張力，表面張力對於多數材料而言相對於局部溫度T成線性。不均勻溫度產生與表面張力之梯度成比例之一熱毛細管剪切應力τ，該表面張力朝向較冷表面溫度之區域拉動液體或黏性固體。自納維-斯托克斯方程式導出之統禦方程式係 其中h(x,y,t)係液體或黏性膜之位置及溫度相依厚度，t係時間且μ係剪切黏度。此方程式與適當初始及邊界條件一起可經數字地解答以判定對經觸發暫態至關重要之時間相依膜厚度。亦將針對長時間行為建立可提供適用於工程設計 之比例定律之一分析解決方案。舉例而言，可展示熱功率Q 0、膜之導熱率k f及初始厚度H f、周圍溫度T 0以及表面張力(γ=γ0+γ1T)中之係數γ0及γ1顯現於一單個組合中以控制製程。
除焦耳加熱之外，亦開發呈介於自保形塗層[20]至體膜[21]至3D光子晶體[22]之範圍內之形式的摻雜有金奈米粒子之絲中之光學地誘發之加熱。在此等材料中，電漿共振以可影響體材料(透過絲結晶矩陣之熱誘發之改質)及經摻雜絲基板與裝置之間的界面之方式增強光之吸收。後者提供用以藉助光觸發裝置崩解之一途徑。熱局部化可藉由不同區或不同層之選擇性摻雜及/或入射光之聚焦來獲得。
摻雜劑之選擇：半導體(諸如CdSe及CdTe)及金屬(諸如Au及Ag)兩者皆係摻雜劑之候選者。較佳地係具有強電漿共振之金屬。金廣泛地用於光熱應用且由於其生物相容性而係植入應用之一良好選擇。然而，銀奈米粒子由於更強電漿共振而產生比金奈米粒子多得多的熱(10倍高)，且因此可係非可植入應用(舉例而言，皮膚安裝式裝置)之一良好選項。
形狀及波長：固體球形奈米粒子(NP)展示具有以可預測方式隨大小移位之波長之電漿共振，對於Ag-NP及Au-NP，針對代表性大小電漿共振分別位於約400 nm及530 nm處。舉例而言，對於可植入應用，可能將電漿共振移位至紅色(650 nm至900 nm)以利用低組織吸收及相關聯之改 良之穿透。
對於非可植入應用，可使用Ag-NP或Au-NP來藉助藍色或綠色光遠端地產生熱。所產生熱Q及局部溫度增加△T可藉由以下方程式分析地計算： 其中E 0 係入射輻射之振幅，且ε NP 及ε 0 分別係NP及周圍介質之介電常數。 其中r係距一NP之中心之距離，k 0係周圍介質之導熱率，且V NP 係NP體積。
藉由組合(1)與(2)，可能展示最大溫度增加由以下方程式給出(在r=R NP (NP之表面)處發生)： 其中I 0 係光強度，且當NP半徑比入射波長小得多時，溫度增加與NP半徑之二階成比例(亦即，)。舉例而言，具有在約532 nm處之15 mW之一輸出功率及約1 mm之一光點大小(不具有聚焦)之一可攜式鐳射指示器對應於I 0=1.91 W/cm 2 之一光通量。
經由絲達成暫態之最直接方式係物理地更改其上建立有電子/金屬組件之絲膜。基於關於絲之鐳射機加工/切割之先前工作，所需溫度係約200℃。發明者成功地機加工具有一聚焦鐳射指示器之一絲+AuNP膜，該聚焦鐳射指示器具有10 mW之一輸出。藉助熱毛細管效應，可能藉助僅幾度之溫度增加更改可溶解材料(諸如(Mg、MgO、Si、SiO2))。假定一NP經摻雜絲裝置(藉由離心分離器自具有約15 nm之一直徑之每mL 1.4×1012個粒子濃縮產生之每mL 7×1012個粒子)及對應於6.4 W/cm 2 之一光通量之約50 mW(束直徑：約1 mm)之一鐳射指示器，則可達成此等值。忽視束發散，局部溫度增加係估計為約200℃，此應足以使裝置破碎。除更改NP濃度之外，亦可用微透鏡陣列壓印絲膜以增加流量且加速暫態。藉由在一距離處用一鐳射照明來自一間隙位置觸發降解亦可係可能的。圖34由左向右展示Au-NP絲溶液中之吸收光譜及不同AuNP濃度之體樣本之 影像、當藉由一綠色(532 nm)鐳射指示器照明時旋轉澆鑄於一玻璃載片上之一個AuNP絲膜(2 m厚)之一熱影像以及一對應經量測熱量變曲線(藉助一FLIR SC-600熱成像器獲得之資料)。
除熱機制之外，亦開發對觸發物暫態之生物改質。具體而言，提及在曝露於以下各項後旋即對絲進行改質以誘發絲材料完整性之迅速損失：(1)唾液-蛋白酶活化之消化；及(2)周圍光及溫度活化之消化，以及其他潛在機制，諸如pH、鹽、電場、壓力之改變。在所有情形中，方案涉及絲微粒子/奈米粒子、纖維、海綿、凝膠或作為官能絲材料之建立區塊之其他組件。此等小片藉助絲結合肽或藉助亦具有一鏈接體(觸發物)域(作為觸發物易受環境輸入影響)之絲彈性蛋白共聚物結合肽而表面官能化。塗佈有此等「鏈接體」之絲小片提供材料中之位點(弱鏈接或易感鏈接)以便迅速活化，從而導致體材料完整性之迅速損失。舉例而言，此可以兩種方式發生：(a)藉由藉助自組裝、塗佈並橋接組件(例如，用於結合及橋接易感鏈接體之兩個絲結合域)之三官能鏈接體橋接絲小片；或(b)藉由使用絲彈性蛋白塊狀共聚物來驅動自環境觸發物之轉變。此等策略之特定態樣已展示為起作用，諸如自建立區塊及雙官能鏈接體設計之材料製作。此工作集中於最佳化動力學以相依於環境輸入而控制材料溶解之速率。
組件設計可涉及使用模型化方法(諸如在最近微型針研究中使用之彼等方法)形成之複雜結構。(圖35展示絲中之 微型針及展示模製成針以負載額外藥品劑量之微泡之一插圖。)另一選擇係，可藉由研磨或經由相位分離、超音波處理(能量)、脂質樣板及其他模式產生粒子。可經由pH、電場或相關技術形成凝膠。可藉由原生絲纖維之選擇性化學消化產生微纖維。所有此等建立區塊或小片可視為本發明暫態裝置所需之材料基板。
作為一種官能化方法，利用絲塊狀聚合物系統及三塊狀設計(例如，絲-鏈接體-絲)之擴展。雙官能鏈接體促進粒子至粒子結合以將系統固持在一起。中心中之鏈接體(觸發物)域可包含有選擇性至唾液蛋白酶之一肽以在曝露於唾液後旋即促進材料完整性之迅速損失。雙塊狀系統以諸多格式起作用且可用以自組裝絲材料上之塗層及已經設計至絲中之基質金屬蛋白酶(MMP)敏感度鏈接體。在另一方法中，絲彈性蛋白共聚物可用作鏈接體以提供一擴展組的可能觸發物。首先，可產生溫度驅動之觸發物-例如，在溫度之一改變(例如，逆溫度轉變)後旋即自經擴展至經收縮形式的材料之相變。一實例係基於溫度改變控制轉變。此等類型之肽之設計可經擴展以回應於一溫度範圍，以使得材料在達到由彈性蛋白區塊中之胺基酸序列替代物指示之一臨界溫度後旋即承受一結構改變(此可經程式化以驅動在接近冷凍之一溫度至接近沸騰之一溫度下之轉變)。此外，此等設計可擴展至將觸發材料結構自pH、鹽、壓力、電場及其他(表2)之一改變之一環境輸入陣列。由於此等轉變亦可導致材料之壓縮(例如，大小之減小)，因此此 等改變與經掩蔽消化性酶之迅速釋放(例如，蛋白酶XIV或胰凝乳蛋白酶之經觸發釋放)耦合。
最大挑戰係一旦組裝至一體絲材料中鏈接體位點之可接達性。必須判定此特徵以控制溶解或壓縮/釋放之動力學。藉助眾多處理控制件以及此等鏈接體位點中之體肽之可能添加，可解決此挑戰。使用此等工具，製備經改質絲溶液且產生可在曝露於唾液蛋白酶後旋即溶解且在其他方面穩定(舉例而言，不溶於水中)之絲膜。圖36展示摻雜有酶(HRP)之經印刷絲之一實例。曝露於TMB致使過氧化酶承受一比色反應且揭露一經印刷圖案。
另外，已示範藉助一商用噴墨印表機(Fuji Dimatix公司)至絲墨之能力。商用噴墨印表機及/或微噴嘴高解析度噴墨印刷系統可用以在微米級及奈米級上製造AuNP絲圖案。照明且熱監視適合於介接至暫態金屬及氧化物之經印 刷圖案。目標係定義用作局部觸發點以便在曝露於適當波長及適當功率之一光源後旋即降解之微米級及微米以下級加熱圖案。此等結果充當基於超出Au-NP之外的摻雜劑之不同類型之功能暫態基板之技術托底，諸如奈米殼、量子點、奈米管、酶、經官能化/經改質絲等。
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實例4
暫態電子器件之材料。材料如跨越一所期望範圍(例如，在數分鐘至數個月之間)之降解時間一樣係一可降解電子器件技術之明顯必要組成。個別材料以及其至裝置及電路中之集體性整合定義總體降解時間。舉例而言，即使具有約0.5 mm厚度之Mg膜在室溫下在幾十分鐘內承受完全水解，但塗佈有高度結晶絲之Mg跡線亦需要長得多的時間。此實例概述提供所期望行為之材料及層架構。
暫態導體。Mg用作一開始點，此乃因Mg已用作可再吸收血管內支架之一結構材料。產生小數量(一般10%重量比)Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn、Zr及稀土元素[2]所針對之Mg之合金大多係三元系統。開發此等合金 之電性質及再吸收速率。舉例而言，在一項所研究實例中，鎂鋁鋅合金具有幾乎係純Mg(具有3%鋁、1%鋅)之彼體電阻率兩倍之體電阻率，但體及薄膜溶解速率兩者皆顯著較緩慢(在pH之生理及環境相關範圍下多達4倍)。一般而言，較高鋁濃度減慢體降解速率(例如，AZ61或AZ91)。緩慢再吸收可對需要具有生物系統(例如，生物可再吸收電生理學監視器)或一水感測環境(例如，生態可再吸收感測器)之可再吸收系統中之電極之間的連續接觸之裝置類別特別重要。出於此等目的，W由於其先前在可再吸收栓塞線圈中之使用而受關注。此處，W展現比Mg或其合金之彼等再吸收速率低得多的再吸收速率(以作為水解之一結果形成鎢酸)，如圖37中之公開之研究中所展示。圖37展示鎢栓塞線圈之活體外降解[7]。圖38展示具有經植入栓塞線圈之兔子中之血清鎢位準[6]。W栓塞線圈之活體內研究指示在再吸收期間血清鎢之增加之位準，但不具有任何不利生物回應[6]。W之體電阻率極類似於Mg(5×10-8 Ωm對4.4×10-8 Ωm)。W與Mg之組合(舉例而言，作為覆蓋層)形成額外工程設計選項。
一第三金屬係Fe，其與Mg一樣作為一生物可降解支架材料已受到關注。鐵藉由首先氧化且然後溶解成Fe2+或Fe3+(相依於pH)而在水中再吸收。活體外測試指示比Mg之彼等降解速率低得多的Fe中之降解速率。另一方面，活體內降解速率比藉由活體外研究預測之速率低得多[8]。此差異已歸因於某一不可溶化合物(諸如可由與體內之磷酸 鹽離子之反應形成之磷化鐵)之鐵表面之鈍化。Mg、Mg合金、W與Fe之組合可提供可降解電子器件中之導體之必要能力。
暫態介電質。與模型化相比，對於MOSFET中之閘極介電質及積體電路中之層間介電質，SiO2及MgO具有強潛能以滿足所有要求，如藉由此等系統中之降解速率及動力學之研究所展示。具有金屬(諸如W)及生物有機聚合物(絲)之單層或多層組態中之此等材料可用作囊封劑以控制總體再吸收速率。量測不同堆疊設計之水滲透速率。
鎂合金。鎂合金係對關於純鎂支架之兩個所感知缺陷之所研究溶液：不良機械強度及由於快速腐蝕所致之彼強度之迅速腐蝕[1]。鎂合金出現諸多不同變化形式，但所有變化形式具有數個共同性狀。以小數量(一般10%重量比)添加合金元素，多數合金係三元的且未單獨對其電性質做出評價。所測試元素包含：Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn、Zr及稀土元素[2]。鎂鋁鋅合金係所研究之較常見合金中之某些合金。
AZ31B(3%鋁、1%鋅)之體電阻率幾乎係純鎂之彼體電阻率之兩倍，但體及薄膜溶解速率兩者皆顯著較緩慢。較高鋁濃度減慢體降解速率(例如，AZ61或AZ91)。圖39展示在各種二元鎂合金[3]之降解期間之氫釋出(作為對降解之一量測)。圖40展示Mg與Zn合金之腐蝕速率在不同pH[4]下之比較。
鎢。對於偏好鈦及其他輕質金屬之生物醫學植入應用， 鎢通常被忽視。然而，鎢仍用作一栓塞線圈之一種可能材料選擇。作為一栓塞線圈，鎢已經證明為可降解且類似材料體積之降解速率比鎂之彼降解速率低得多。鎢最終被轉化為鎢酸。
鎢以小數量(<200 ng/mL)天然地存在於人體中[5]。已在活體內(在動物及人類中)隨鎢栓塞線圈降解監視血清鎢位準；雖然血清鎢之位準急劇增加，但在植入[6]之位點處未偵測到生物回應及炎性回應。然而，鎢酸已經識別為僅在直接施加至大腦時係一致癲癇材料。
鎢之電性質與鎂有利地相當。鎢之體電阻率極類似於鎂(5×10-8 Ωm對4.4×10-8 Ωm)，因此用小量的鎢替換或覆蓋鎂不應顯著影響裝置效能。圖37展示鎢栓塞線圈之活體外降解。圖38展示具有經植入栓塞線圈之兔子中之血清鎢位準。
鐵。與鎂一樣，鐵亦已作為一生物可降解支架材料受到關注。鐵之結構性質超過鎂之彼等結構性質且較接近於SS316(支架中之不可降解標準)。鐵藉由首先氧化且然後藉由與水反應溶解成Fe2+或Fe3+而降解，其中離子相依於環境之pH而形成。鐵極常見於體內，且對於諸多生物製程而言係重要的。活體外測試已展示比鎂慢之降解速率。然而，活體內降解速率遠超過活體外研究[8]所預測之速率。此已歸因於除氧化鐵之外的某一化合物之鐵表面之鈍化。磷化鐵係一種可能候選者；磷酸鹽離子容易地存在於體內，且磷化鐵不溶於水中，此可解釋急劇減小之降解速 率。圖41展示在鐵(Fe)之活體外降解測試期間之降解速率[8]及溶液鐵濃度[9]。圖42展示鐵相對於時間在電解質中之累積。
膠原/明膠。膠原之三螺旋結構賦予其其之強度及耐化學性。作為一蛋白質，膠原與絲蛋白共有若干特性。膠原以酶促方式降解成明膠及較短鏈。膠原酶分離三條鏈且將其破碎成小片。隨著片段變得越來越小[10]，可涉及明膠酶及其他蛋白質溶解酶。
膠原通常僅可溶於強酸或鹼性溶液中且僅以小量。此耐化學性應使其更能忍受標準處理，但當涉及光微影時出現兩個關鍵缺陷。第一，經製造膠原膜之表面粗糙度較高，從而使旋塗光阻劑變難。此外，膠原膜將由於束縛水分子被驅逐出而在高溫下變形。此外，膠原將試圖在某些光阻劑顯影劑(基於TMAH，高鹼性)中膨脹。由於膜之表面粗糙度，因此藉由一絕緣氧化物層將膠原與顯影劑分離係不可能的。因此，明膠更可能係一基板材料之一候選者，但其總體壽命將大大降低。
明膠可容易地溶解、旋轉澆鑄及與其他聚合物摻和。如膠原一樣，明膠不溶於丙酮中，且玻璃質明膠(被亁燥以使得束縛水蒸發)穩定高達200℃。然而，如膠原一樣，明膠易於在鹼性溶液(諸如TMAH)中膨脹。明膠可藉由一氧化物層在某種程度上被部分成功地保護，但低溫沈積可將該氧化物層限於一低品質且最終無效保護層。
聚乙烯醇(PVA)。其可降解本性已用於生態友好型產品 封裝，且其高介電常數(εr約10)以使其成為有機電子器件之一常用閘極介電材料[11]。然而，PVA之性質高度相依於可受濕度及其他環境改變影響之水含量。其亦係高度透水的。此等不穩定性已限制其用作一高效封裝材料，且其他聚合物(如PLGA)經選擇作為有機電子器件之基板材料勝過PVA。
聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)。PLGA係其中生物降解係重要或必要之一常用聚合物。其多功能性允許自奈米粒子藥品遞送至生物可降解支架及支架塗層之諸多不同應用。PLGA之性質可藉由改變分子重量及乳酸對乙醇酸之比率而變化。PLGA緩慢地溶解於水中且相當快速地溶解於如丙酮之溶劑中。丙酮可溶性使其成為基於剝離之光微影之一無效基板。另外，蒸發至PLGA中之鎂膜在數分鐘內擴散至PLGA中或被PLGA溶解；當使用一鈦黏合層時不能觀察出此現象。
使用PLGA基板之先前工作[11]在沈積期間使用主動冷卻及非反應性金屬(銀或金)。圖43提供PVA及PLGA[11]之化學結構、裝置幾何形狀及降解測試。未知其他生物可降解金屬在直接沈積於PLGA上時是否將經歷類似降解，但PLGA與鎂[12]及氧化鋅[13]之間的絡合暗示針對類似反應性金屬預期此現象。
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實例5
製造。由於本質上有限之操作(及實體)壽命，因此低成本製造係一現實可降解電子器件技術之一基本要求。在半導體工業中使用之製程由於諸多可降解材料不可與所建立溶劑、光阻劑、顯影劑、曝露技術及蝕刻方法相容而不適用。此處所開發之一製造策略涉及兩個主要步驟：(1)轉印印刷，以允許製造Si NM及具有可降解基板之透過現有代工廠源獲得之最終部分形成之裝置子組件，及(2)電流體動力噴射(e-jet)印刷以建立此等裝置之間的可降解互連件及功能系統之囊封劑/封裝。
微轉印印刷。在以高速度、卷對卷製造模式之目標實施方案之情況下使用微轉印印刷(μTP)[1]技術。μTP製程在一「上墨」步驟中使用柔軟、彈性印模來抬起由一源基板製作之固體材料微結構/奈米結構且然後在一「印刷」步驟中將該等材料放置至一目標基板上。藉助用於控制印模表面處之黏合之強度(亦即，在上墨及印刷步驟中分別係 強及弱)之最佳化策略，整個程序可經自動化以達成高良率(>99.9%)及放置準確性(<1微米)。圖44提供該製程及一代表性工具之一圖像之一示意性圖解說明。
已示範材料及允許高效能電子及光電子系統建立於不尋常基板(包含橡膠板)上之基於μTP之整合策略。核心策略依賴於包含以良好對準之陣列格式形成於源矽晶圓、砷化鎵或磷化銦[1,2]上之無機半導體奈米帶/隔膜/線的「墨」。此類型之策略可與Si NM一起使用以形成可再吸收電子器件。此製程之一關鍵特徵係以緊密包裝之佈局形成於矽晶圓上之Si NM可被取回或遞送至匹配系統要求之區覆蓋範圍中之目標基板。此能力對高效材料利用及低成本而言係必要的。為突出強調此點，圖45(左邊)展示以此方式印刷至一撓性塑膠薄板上之一稀疏半導體元件陣列之一實例。
開發以一高速度、連續滾筒印刷模式(尤其對可降解電子器件而言)使用μTP之基礎及工程知識。特定而言，開發其中結合強度相依於施加於一經特殊設計印模與一源基板之間的界面處之力之方向之柔軟凡得瓦黏合之物理現象。圖46a中之圖解說明展示此一印模中之一單個浮凸特徵及其原生非對稱接觸角(θ a 及θ b )。由於θ a 大於θ b ，因此當藉助一力F 2 沿垂直方向拉動印模時將在印模-基板界面處較佳地自右拐角萌生一裂縫。以左邊之一角度拉動將加速自右拐角之裂縫萌生，藉此導致減小之拉脫力(F 3 <F 2 )。當以右邊之一角度拉動印模時抑制裂縫形成，從而導致增加之拉脫力(F 1 >F 2 )。以此方式，三個不同拉動方向致使三個不同 拉脫力(F 1 >F 2 >F 3 )。
此方法由於兩個原因而係有吸引力的。第一，成角度之幾何形狀達成增強之拉脫力。此物理現象在需要大的力來在μTP之上墨步驟中取回材料/裝置時係重要的。第二，可在圍繞圓柱形支撐件包裹之薄印模中利用方向相依黏合來達成以一連續滾筒印刷模式之高速操作。圖46b及圖46c提供圖解說明。此處，該設計允許在滾筒印模及源基板之分別適當旋轉及平移運動期間用於取回(圖46b)之高黏合(F 1 )。對於相反方向，黏合物理現象促進藉助一對應低黏合(F 3 )(圖46c)進行印刷。如所闡述，可實施其中滾筒印模取回一側上之裝置/結構且將其連續遞送至另一側上之一目標基板之一方案。沿正交於滾動方向之一方向週期性地索引源基板且將其往回平移至其開始點將允許上墨製程發生於不同區域中且直至消耗了源極上之所有材料為止。視需要，可插入新源基板。
理解黏合之方向相依及總體強度兩者之基礎態樣對允許其出於本發明目的之設計使用極其重要。可藉由界面脫層之一力學模型分析關鍵物理現象。高度h之一柱經受一垂直拉脫力F及經由柱/基板界面強加於柱之底部處之一剪切移位u。非對稱拉脫力F在該柱上產生一彎曲力矩Fhcotθ a 。剪切位移u在該柱中賦予一剪切應變γ=u/(h+0.421L)，[23]該剪切應變又由於剪切而產生一彎曲力矩μγhL 2，其中該柱之剪切模數係μ=E/3，E係楊氏模數，且將柱視為不可壓縮的。柱上之淨彎曲力矩係M=Fhcotθ a +μγhL 2。柱/基板接觸界面之 不同拐角處之兩個無限小邊緣裂縫中之任一者可蔓延且導致脫層。對應應力強度因子可就F及彎曲力矩M分析地獲得。[24]對於消失之裂縫長度之限制，藉由EL正規化之裂縫尖端能量釋放速率就F及M或(等效地)F及剪切應變γ分析地給出 其中下標1及2分別表示柱/基板界面之左拐角及右拐角處之裂縫尖端，其中已計及一界面裂縫尖端之柱(PDMS)與基板之間的大彈性匹配。[25]對於沿正方向之負剪切(<0， 圖46c)或相對小剪切，左邊裂縫尖端具有比右邊 裂縫尖端大之一能量釋放速率。當時，情況相 反。一旦方程式(1)中之左邊或後邊裂縫尖端能量釋放速率達到界面斷裂韌度，裂縫蔓延便開始。此條件分析地給出拉脫力， 該拉脫力相依於正規化剪切應變(h/L)γ、接觸角(h/L)cotθ a 及界面斷裂韌度Γ 0/(EL)。此方程式提供至實驗量測之一清楚連接點。此等類型之模型用以不僅引導滾筒印模之工程實施方案，而且亦引導材料之最佳化及進一步增加之F 1 及減小之F 3 之浮凸幾何形狀。舉例而言，藉由將應力集中點 遠離邊緣移位及移位至接觸區內部中而給成角度之柱結構添加浮凸凹角特徵可產生急劇增強之黏合。在組合之科學與工程研究中與黏彈性之影響一起開發此等效應。
自矽代工廠裝置至可再吸收電子器件。雖然使用自晶圓獲得且藉由μTP組裝之Si NM之方案提供達成可再吸收電子器件之可行途徑，但其由於兩個原因而不理想：(1)其需要裝置處理及關鍵特徵定義於可再吸收基板上；及(2)其不能利用用於製造矽積體電路之所建立基礎設施。第一個原因由於由與可再吸收基板相容之要求強加之處理選項中之數個約束而影響可達成之功能之效能及精密位準。第二個原因由於需要建立針對可再吸收裝置特定組態之單獨代工廠網路而實質上增加成本以及環境影響。本發明方法藉由開發將經特殊設計、經代工廠處理晶圓轉化為可再吸收系統之組件建立區塊源之途徑而解決此兩個限制。μTP用作用以操縱不僅Si NM而且亦操縱經完全處理之原始件或衍生自經代工廠處理之晶圓之小電路元件之一方式。
關鍵挑戰係針對本發明目的調適代工廠相容佈局及可用材料組。雖然初步發現將Si及SiO2建立為生物相容及環境友好型可再吸收電子材料，但商用積體電路中之無其他組件具有此等特性。一種解決方案係自代工廠採購呈具有適於μTP之減小之複雜性及組態之佈局之超薄主體絕緣體上矽(SOI)基板上之積體電路及原始件。能夠在代工廠外部執行之適度數目個額外步驟用可再吸收導體(諸如Mg)替換 金屬化層。圖47示意性地圖解說明一流程圖。此處，佈局允許貫穿堆疊接達至金屬化物以便移除金屬化物及隨後用可再吸收導體替換金屬化物；矽之橫向定義、經摻雜區域、閘極介電質及層間介電質(ILD)未更改以便利用代工廠能力。必須與用於移除SOI基板上之埋藏氧化物(BOX)之途徑一起開發此材料交換之方案以製備μTP之組件。第一方案可使用濕式與乾式蝕刻技術之一組合達成。作為一替代方案，經重摻雜多晶矽層可完全替換金屬化物，藉此消除對移除之需要。解決第二個挑戰需要對在移除BOX之後將組件繋鏈至下伏晶圓之策略結構(亦即，錨定件)之斷裂力學之仔細研究。藉由成角度之印模設計達成之增強之黏合放鬆要求。圖48提供形成於SOI上且然後藉由蝕刻BOX釋放之一非可再吸收Si CMOS區塊中之一種類型之錨定件設計之一SEM影像。
電流體動力噴射(e-jet)印刷。功能系統需要用於將可再吸收組件互連之方案。解析度必須充分高以允許個別組件上之小接觸墊以便高效利用源晶圓之面積。使用電場來在高解析度噴嘴之尖端處形成液體流之方法由於其附加本性及與一寬廣範圍之材料墨水及基板之相容性而被追求。先前工作證明此物理現象提供液滴產生中之一解析度及延伸至深亞微米範圍(約100 nm)中之印刷，該解析度比藉助習用噴墨技術[3]可能之最佳解析度超出100倍以上。圖49展示具有對關鍵組件(包含一墨水室、受控制壓力供應器、塗佈有金屬之玻璃噴嘴尖端、基板及定位平 臺)之一示意性圖解說明之一定製電流體動力噴射列印機。背壓、間隙高度及傳導噴嘴尖端與基板之間的所施加電壓定義印刷條件。相關聯電場致使墨水中之行動離子在噴嘴之尖端處之表面附近累積。離子之間的相互庫倫斥力與對基板之靜電吸引一起在液體表面上引入一切線應力，使彎液面變形成一泰勒錐形狀，如[3]中所闡述。當靜電應力壓倒液體與噴嘴尖端之內部表面之間的表面張力時，液滴自錐之尖端噴出。參考文獻[7-9]詳細闡述電流體動力噴射製程之開發，包含新穎感測技術、機器設計及印刷能力。
此等特徵使電流體動力噴射成為用於製造可再吸收電子器件之μTP之一潛在有力補充。然而，必須克服電流體動力噴射之科學及工程態樣中之兩個關鍵缺點以使其能夠用於此應用：(1)對解析度之敏感度及基板之局部電特性上之液滴放置，及(2)可以一連續滾筒印刷模式實施之多個平行噴嘴之設計之缺乏。第一個問題導致藉由μTP遞送至絕緣基板之可再吸收組件之間的互連線之可靠形成中之挑戰。特定而言，目標表面(亦即，金屬、介電質、半導體)之局部電子性質之空間變化以可能難以適應之方式導致電場量變曲線及因此液滴大小及軌跡之改變。圖50展示藉由展示用於形成傳導線(左邊)及亞微米解析度(右邊)之似電路配置之能力的電流體動力噴射印刷之代表性圖案。一種解決方案係將一環形反電極併入至噴嘴總成自身中之電流體動力噴射噴嘴之經耦合電磁及流動模 型。結果係其中以與基板解耦之一方式定義所有驅動電場之一系統。電感性電流感測提供用以建立對印刷製程之回饋控制之一方式。圖51展示具有一整合式同軸環反電極之一電流體動力噴射印刷噴嘴之一示意性圖解說明(左邊)及靜電模型化(右邊)。此配置具有消除基板對印刷製程之影響之潛能。
第二個缺點藉由將模擬能力自上文之工作擴展至理解呈線性陣列之毗鄰噴嘴之間的靜電耦合而解決。藉由在一單獨調整微平臺上個別地移動每一噴嘴單元而適應某一程度之基板未對準之能力併入至設計中。一類比將係由一習用噴墨列印機用以調整印刷卡匣校準之一測試型樣序列。10至20個不同噴嘴配置併入於能夠相對於下伏基板之運動方向進行精密轉譯之呈一線性之一總體印刷頭中。將充分智慧局部地嵌入至每一單元中以使其用作一自治實體，從而在不藉助外部輔助之情況下藉由與網處置系統及μTP模組通信來將自身校準。
關於此製造流程之一重要觀點係臨界裝置尺寸及(在諸多情形中)最需要互連件將在自代工廠採購之組件之層級處形成。此情況減小對電流體動力噴射系統所需之輸送量及解析度之要求，但甚至在此處低於可藉助習用噴墨印刷達成之彼等特徵大小之特徵大小亦對藉由允許小接觸墊之使用具成本效益地利用代工廠組件而言係必要的。然而，應注意，在商業製造中，可能電流體動力噴射將與其他方法(諸如噴墨及絲網印刷)一起策略地使用以形成解析度、 輸送量與對齊準確性之間的一最佳平衡。涉及μTP、電流體動力噴射及噴墨以及一初始壓印(習用熱壓紋)步驟以定義對齊標記之一整合式處理線顯現於圖52中。在此序列中，僅藉由電流體動力噴射及噴墨形成之圖案需要對齊。此處，光學圖案辨識系統使用藉由μTP形成之結構與藉由壓紋步驟定義之浮凸之一組合。
實例6
在玻璃上使用一Mg天線(2 μm厚)示範一暫態天線以給一LED無線地供電。Mg天線與商用電感器、電容器及二極體(整流器)一起整合於一電路板上。如圖53中所展示，電路在約3米(或約10英尺)之一距離處工作以給LED供電。
根據圖54中所展示之示意圖及佈局產生一暫態RF功率清掃器系統。RF功率接收器系統包含製作於SOI晶圓上之一電感器、電容器及整流器。該電路含有級聯二極體作為整流器及電容器以累積電荷。天線係製作於絲基板上且整合至SOI基板上。電感器用於阻抗匹配。商用LED用於驗證電路效能。表1展示組件規格、材料及尺寸。圖57展示一全暫態RF清掃系統之一實例。
表2.暫態RF功率清掃器組件規格、材料及尺寸。
已發現經製作Si整流器(PIN二極體)可與商用及GaAs肖特基二極體相當。PIN二極體工作高達約300 MHz。較低操作頻率係由p-N串聯電阻(由於自金屬至接面之距離)導致。可能修改金屬接觸墊之設計以增加此效應及達成較高操作頻率，如圖55中所展示。圖56展示一全波整流器。
使用具有共振頻率及在約3 GHz至約12 GHz及約4 GHz至約6.5 GHz之範圍內之Q因子之Mg電感器(Mg/SiO2/Mg；250 nm/800 nm/3 μm)產生一暫態無線電。表2提供四個不同Mg電感器之規格，且圖58展示Mg電感器(a)及其對應效能資料(b)。
暫態無線電亦使用圖59a中所展示之Mg電容器(Mg/MgO/Mg；250 nm/200 nm/500 nm)。圖59(b)至圖59(e)展示Mg電容器之效能資料。樣本S2及S4展示洩漏電流及所顯示電感(替代電容)。其在較低頻率下工作，但由於洩漏電流而用作在較高頻率下之大電阻器。最終電路使用SiO2代替MgO以允許一較厚介電層以減小在高頻下之洩漏。表3展示組件規格、材料及尺寸。
圖60展示具有被動暫態組件(互連件及電阻器)之柯比茲振盪器之實例(a)、方案(b)至(c)及效能資料(d)。該等被動組件整合成包含具有六個不同頻率之LC共振器之商用HEMT。頻率設計應與電感器之最大品質因子匹配。在圖60d中，振盪頻率係28 MHz，Vpp係0.65 V且Vdd係2 V。
圖61展示包含一Si CMOS環振盪器之一全暫態無線電之一設計。
圖62展示藉由電流體動力噴射印刷圖案化Mg之一實例。
實例7
暫態電子器件可廣泛地定義為具有經由包含再吸收、溶解、吸收、腐蝕、水解、解聚合或崩解之若干種可能機制在某一經程式化速率下實體消失之能力之一新類別之裝置。此暫態之模式及速率可被預設、可即時調整、觸發及/或對部署環境(諸如化學或生物事件、溫度、壓力或光)之性質敏感。部署情境介於與活宿主(人類/動物/昆蟲/植物/種子；駐留於其上或駐留於其中)整合至習用室內/室外環境(諸如建築物、道路、材料等)之範圍內。實例包含完全被人體吸收(「生物可再吸收」)之經植入材料裝置及在放置於水中時溶解(「生態可再吸收」)之通信系統。暫態電子器件承諾若干種革命性且有意義軍事能力，包含隱蔽ISR、戰場傷亡之簡化診斷及處理、改良之健康監視、任務特定人體機能增強及眾多特種作戰部隊應用。
為達成暫態電子器件，跨越整個電子器件生產製程(自 開始材料至完成之產品之組件)需要關鍵技術突破。具體而言，必須在以下關鍵領域做出創新：1. 材料，其展現在操作地相關之時標內之一適用暫態組合及高品質電子裝置之構造及效能所需之物理特性(例如，導電率、介電性質、模數)；2. 製作及組裝製程，其用於與新暫態材料及設計相稱之組件及裝置。此包含用以合併、達成、程式化、控制或增強複雜電子架構中之暫態之新穎方式；3. 設計工具 及效能模型。此包含設計策略、新穎組件設計及設計折衷以補償自暫態對習用材料構造之電子器件之潛在降級/受損害效能；及4. 佈局工具，其用於使用暫態組件之全球電路板效能。
開發一種在曝露於水後旋即消失之藉由RF清掃(例如，無線電力)供電之簡單無線電。此完全暫態裝置包括全可再吸收被動組件(電阻器、電容器、電感器及天線)及在水中崩解之兩個主動組件(用於無線電之一MESFET及用於清掃器之一個二極體)。該等主動組件以利用可再吸收互連件之一新穎嵌段設計為特徵且整個無線電係構造於一可再吸收基板上。此外，為了示範擴大之功能性，用一環境敏感線圈替換無線電中之基本RF拾取線圈以形成一可溶於水之感測器/無線電。此裝置用以偵測溫度、水化狀態及化學濃度之改變且廣播結果。此一裝置可監視及報告其自身暫態。水溶性電子器件之一實例展示於圖63中。無線電設計依賴用於監視活體內電製程之生物可再吸收電子器件中 之最近工作。
無線電係一理想選擇，此乃因：(1)通信係軍事操作之中心；(2)其充當可耦合至事實上任何裝置以提供資訊輸入及輸出之一啟用技術；及(3)藉助適當設計，其可本質上用作一整合式感測器及報告器。功率係所有暫態電子裝置之一關鍵態樣。RF清掃免除機載功率及因此開發一暫態電池或電源之需要。最後，針對可再吸收無線電開發之原理、開發策略/路徑、流程、工具及基本電子組件易於概括且提供對任意複雜性之暫態電子器件之開發之基礎及實際洞察。
該計劃之目標係開發暫態電子器件之材料及製造技術。一水溶性無線電提供示範運載工具。技術方法依賴最近開發之「絲上矽」及「塑膠RF」電子器件技術。開發使用基於絲之材料用於介電質及基板且使用鎂用於互連件及金屬化物之水溶性被動組件(諸如電阻器、電容器、電感器及天線)。對於半導體裝置(諸如電晶體及二極體)，矽及砷化鎵用於具有鎂互連件及絲基板之嵌段佈局中以達成在浸入於水中後旋即崩解成小的不可溶小片之裝置。使用習用程序判定效能特性。圖64展示無線電裝置之一電路示意圖及其以一撓性塑膠RF技術之實體實現。該系統由兩個功能部分組成：自周圍清掃RF功率之一模組(左邊)及使用來自清掃器之功率傳輸一連續RF信號之一組件(右邊)。該清掃器模組連接至一共振天線。一高速GaAs肖特基二極體藉由移除電壓中之負擺動而產生一平均正之信號。直接連接至接 地之電容器充當用於過濾及電力儲存之元件。此模組之輸出連接至該系統之RF傳輸器組件中之一振盪器。傳輸之頻率相依於一電感器與充當一單個LC振盪器之兩個電容器之共振頻率。由於電阻損失所致之此振盪器中之信號之衰減藉由一個GaAs MESFET放大器補償。此系統係一超薄「塑膠RF」技術，如圖64中所展示。圖65表示此系統之特定個別元件之特性，該等特定個別元件包含一代表性MESFET及被動器件之集合，所有元件皆在展示對數個GHz之良好RF回應之一個聚醯亞胺薄板上。表4總結建立區塊組件。
背景： 發明者之最近工作提供暫態電子系統之概念之一第一示範作為生物可再吸收裝置以便監視大腦及人體之其他部分中之電製程。此等結果表示此形式之技術之最簡單實施例，其中支撐基板係為暫態的該系統之僅有組件。圖 66a展示一第一實例：建立於自家蠶繭殼獲得之絲蛋白之一薄板上之一超薄矽金屬氧化物半導體場效電晶體(Si MOSFET)陣列。[1]絲係水溶性及生物可再吸收的，其具有可相依於處理條件而在數秒與數個月之間調整之溶解速率。此「絲上矽」技術之初步活體內測試展示基板隨時間再吸收，從而留下僅Si MOSFET；未觀察到炎症、膨脹或其他不利回應(圖66b)。
在能夠與大腦之高度複雜之表面親密整合之一神經電極陣列中利用此類型之設計以達成高保真皮層電描技術(ECoG)。[2]該裝置由呈一經互連開放網格佈局之一超薄電極陣列組成，該超薄電極陣列由一絲薄板支撐。絲提供處理及安裝至大腦之表面上之機械穩健性。超薄網格設計提供極低彎曲勁度及符合曲線表面之能力。用鹽水溶液清洗使絲溶解且起始由毛細管現象驅動之一自發包裹製程。圖67總結對具有此類型之裝置之一貓科動物模型執行之活體內神經監視實驗。在每一電極點處量測之代表性ECoG信號之背景色彩圖解說明所引發回應與來自整個陣列之所有回應之一平均之間的零滯後交叉相關之量值。結果指示超過90%之電極之具有高信雜比之心理相關資料。詳細比較研究指示此裝置由於低阻抗、在絲溶解後旋即形成之親密電極組織接觸而優於所有替代監視技術。
開發至絲基板上之其他水溶性生物可再吸收材料之添加。作為一項實例，提供由組成經圖案化鎂薄膜作為絲上之金屬化物之結構。圖68展示具有圖67之ECoG裝置之幾 何形狀中之鎂特徵之此類型之一裝置之影像。在此實例中，整個系統溶解於水中且隨時間在體內再吸收。此兩個材料-絲及鎂-提供此處所呈現之暫態電子器件技術之一開始點。
材料： 對於此研究，電子組件係使用三種基本可再吸收材料製作：Mg(電導體)、絲蛋白(介電質及基板)及聚(乙烯醇)(替代介電質或基板)。此材料選擇提供電子裝置之設計、構造及效能中之一高度多功能性，且提供與一寬廣範圍之環境之相容性。重要的係，Mg[3]、絲[1,2,4]及PVA全部係生物相容、生物可再吸收、非免疫性及以低劑量無毒的，且因此對於與活宿主整合在一起之暫態裝置而言係理想的。Mg具有一高導電率(2.3×105 S/cm，係Au之彼導電率之大約½)、係機械穩健的且易於使用汽相沈積處理(電子裝置製造之所有關鍵特性)。此係相比於展現低得多(高達103 S/cm)及顯著溫度相依導電率之最佳有機導體(諸如PEDOT：PSS；CleviosTM)而言；此類別之材料之再吸收及毒性檔案尚未最後建立。非可再吸收Si及GaAsu用於主動電子組件，此乃因此等材料係提供所建立裝置設計中之必要效能之僅有已知類別之材料。
絲由於其溶解速率可經由在材料處理期間引入之結晶度(β薄板內容物)之變化自瞬間至數年容易及可控制地調諧而係暫態電子器件之一極有吸引力材料，圖69。[3]因此，絲可充當一本質上暫態材料及用以控制其他可再吸收材料(例如，Mg)之動力學之一保護膜或囊封劑兩者。此提供形 成用作可程式化暫態之一「內部時脈」計時器或「切換器」(例如，類比於時間釋放膠囊及藥品製劑)之分層結構之可能性。重要的係，絲溶解自身藉由化學及生物化學製程(諸如酶促降解)介導，因此達成整合式感測/報告裝置、「自毀」(亦即，經觸發暫態)機構及主動控制式系統。
另外，絲蛋白在與微電子結構介接時擁有有利技術性質。在先前未公開之結果[13]中，絲已用作傳統無機氧化物層(諸如SiO2或PMMA)之一替換。電容器及其他裝置已藉由堆疊作為閘極介電質之400 nm厚絲層、n型及p型有機半導體(分別係N、N'-二-十三烷基苝-3,4,9,10-四甲酸二醯亞胺(P13)及α、ω-十二烷-四聚噻吩(DH4T))及金閘極及源極電極而製造於一玻璃/ITO基板上。P13及DH4T兩者係眾所周知及經廣泛研究材料且提供絲之電子效能之一理想基準。裝置組態中之經量測絲介電常數係εS=6，從而使其適合於此工作。
亦開發替代材料。研究純材料、材料組合及圖案化策略以在一寬廣時間範圍內達成控制式可調諧暫態。材料結構係藉助在電子組件中發現之形式因子(大小、厚度、幾何形狀、縱橫比)製作且其在水中之再吸收動力學將在代表典型部署環境之條件(例如，溫度、鹽度、光強度)上量化。另外，在裝置操作之上下文中開發用於更精細時間控制之策略(諸如時間序列化再吸收、多個暫態機構之利用、抑制/促進、觸發、加速/減速及破壞性化學反應)。
製造：暫態電子器件之製作由於材料與習用半導體裝置 處理中所使用之基於水之程序之本質不相容性而極具挑戰性。另外，在不降解絲、合成聚合物及此工作中預期之其他暫態電子材料之條件下無法沈積、摻雜或蝕刻最受關注類別之半導體材料(例如，Si、GaAs及其他)。然而，發明者已開發可經調適以用於暫態電子器件之不尋常圖案化及整合方法之集合以克服習用製程之限制。三種基本方法係：
1)微轉印印刷-近年來，發明者已開發用於奈米級無機半導體材料至介於自塑膠薄板[8]及橡膠板[9]至絲膜之間的所關注基板上之確定性組裝之類似印刷之方法[5,7]。[1,2]。在此製程中，將藉由半導體晶圓之微影處理形成之奈米帶/隔膜「上墨」至軟印模之表面上，且然後將其接觸「印刷」成匹配裝置要求之組態及佈局。在此工作中，此技術經調適以用於將GaAs MESFET及Si RF二極體印刷至絲基板上。
2)精確陰影遮蔽-已開發用於在一完全「亁燥」製程中圖案化經蒸發材料(例如，金屬、介電質)之先進形式之軟微影。[10]此處，將超薄、保形模板遮罩放置成與一所關注基板接觸可達成幾微米之解析度。在此工作中，此方法用以圖案化所有被動組件之Mg特徵、互連件及嵌段主動器件之佈線。
3)電流體動力噴射印刷-已發明使用電流體動力效應之超高解析度形式之噴墨印刷。此處，在施加一電偏壓後奈米級、傳導噴嘴旋即將流體噴射遞送至一目標基板。可以 此方式以接近約100 nm之解析度(比可藉助習用噴墨方法[11,12]達成之彼解析度高多於兩個數量級)印刷廣泛範圍類別之墨水。在此工作中，此技術經擴展以與絲溶液一起使用以圖案化高頻電容器及電感器中之介電層。使用相同方法作為用以控制相對溶解速率之一方式來選擇性地塗佈一整合式系統之不同區域。
表徵：所有被動及主動組件係使用參數及向量網路分析器以及標準探測站設備完全表徵。判定關鍵參數以針對目標度量評估效能。使用習用方式評價無線電及清掃器系統之功能性。
RF電路說明
圖70展示無線電裝置之一電路示意圖及其在一撓性塑膠RF技術中之實體實現。該系統由兩個功能部分組成：自周圍清掃RF功率之一模組(左邊)及使用來自清掃器之功率傳輸一連續RF信號之一組件(右邊)。
清掃整流器
無線電信號表示用於操作其功率需要適度之特定類別之裝置之一電源。清掃器模組確實藉由使用天線收集在一特定頻率帶內之交流信號(AC)且然後藉由通過一高頻半波整流器將其轉化為直流信號(DC)來捕獲此周圍無線電能量。天線與整流器之間的傳輸線匹配輸入阻抗以消除其間的信號反射。
圖71展示整流器之一電路示意圖，該電路示意圖展示在該整流器通過每一節點時之信號改變。此實例中之模擬使 用表示來自天線、1000 pF電容器及D1N4449肖特基二極體之信號之一個±5 V交替電壓源。在輸入AC之一負半循環期間，正向偏壓之D1將C1充電至+5 V。當輸入進入至一正半循環中時，相反且正向偏壓之D1及D2分別致使C2之上部節點擺動至+10 V，其中其在將C2充電時保持不變。只要電容器之電荷消散時間比輸入循環時間長，來自此單個整流器之輸出便停留在DC 10V處。模擬由於藉由二極體之電壓下降而指示9.3 V。對於某一電路，可能藉由添加再一個相同整流器(如圖中之第二級)來使輸出DC電壓翻一倍，其中C3被充電至15 V且節點C處之輸出電壓係20 V。整流器輸出處之大電容器充當電力儲存器件之元件。
傳輸器
傳輸之頻率相依於一電感器與充當一單個LC振盪器之兩個電容器之共振頻率。由於電阻損失所致之此振盪器中之信號之衰減藉由充當一小信號負電阻裝置之一個GaAs MESFET放大器補償。圖72展示用於設計以MESFET之簡單等效電路開始之振盪器之程序。具有回饋元件X1及X2之裝置之輸入阻抗VIN/IIN等於ZIN=j(X1+X2)-gm X1 X2 (1)其中gm係MESFET之跨導。振盪器針對X1及X2使用兩個電容器從而導致輸入阻抗之負實數部分。只要此負實數部分比LC振盪系統之任何電阻損失大50%，信號便開始振盪。共振電感器之添加使在負載有回饋之電晶體之閘極處觀察到的淨電抗在僅一個頻率下等於零，因此振盪頻率藉 由以下方程式在彼處發生。
緊挨著該電感器之電阻器經設計以匹配振盪器與傳輸天線之間的阻抗。
發明者以一超薄「塑膠RF」技術示範此系統，如圖70中所展示。圖73表示此系統之特定個別元件之特性，該等特定個別元件包含一代表性MESFET及被動器件之集合，所有元件皆在展示對數個GHz之良好回應之一個聚醯亞胺薄板上。圖74展示由一清掃整流器(左邊)及一傳輸振盪器(右邊)組成之一無線電裝置之一電路圖。底部圖框展示其中傳輸頻率係在1 GHz下之傳輸器之模擬結果。
無線電電路規格 整流器組件
整流器規格
傳輸器組件
傳輸器規格
關於Mg互連件之初步資料
已透過參考文獻研究與初步實驗之一組合開發將鎂用於金屬化物及互連件之可行性。表5總結鎂(Mg)、鋁(Al)及銅(Cu)之電阻率及原生氧化物厚度之參考文獻值，其展示此等材料具有類似性質[14,15]。另外，作為一介電材料，氧化鎂(MgO)可適用於被動組件。[16-20]。MgO係一高k介電質(MgO，k約9.7)且可藉由與此工作中所使用之高解析度陰影遮蔽技術相容之電子束蒸發而沈積。
執行簡單實驗以進一步支援Mg之可行性。表6展示對一玻璃基板上之具有不同寬度(50/100/150 μm)及厚度(1500/3000 Å)之Mg線量測之電阻/長度。圖75展示表6中之值之一曲線圖。
Si電晶體之Mg電極
具有Mg電極之N型矽金屬氧化物半導體場效電晶體(n-Si MOSFET)經製作以與具有Au電極之在其他方面相同之裝置相當。圖76a呈現在不同閘極電壓下隨通道長度而變化之處於接通狀態中之裝置之寬度正規化電阻(Ron)，其展示Mg與Au具有類似電晶體接觸電阻。圖76b展示呈線性及半對數標度之典型轉印曲線(左邊)及全電流-電壓曲線(右邊)。臨限電壓接近1 V且接通/關斷比率係約103。代表性裝置之此等DC量測暗示Mg可用於高效能Si MOSFET中。圖76c展示一玻璃基板上之一電晶體陣列之一影像。
Mg溶解於水中之速率
為開發Mg溶解於水中之速率，圖案化玻璃上之Mg之測試結構。圖77展示在3小時後Mg完全溶解於水中之跡線(Ti/Mg，50/1500 Å)及在10小時後Mg完全溶解於水中之跡線(Ti/Mg，50/3000 Å)，此相依於厚度。(在Mg完全溶解之後保持之模糊圖案對應於作為一黏合促進劑之Ti超薄層。)溶解製程涉及根據以下化學式的Mg與水形成氫氧化鎂及氫氣之反應：Mg+2H2O(Mg(OH)2+H2。
不同候選互連件材料
雖然上文所提供之資料指示Mg非常適於本發明目的，但其可並非可使用之唯一材料。表7呈現基於其水溶性/可溶解性之不同候選互連件材料。[21-30]。
可調諧絲溶解
絲溶解之速率由結晶度(例如，β薄板形成)及允許結晶度之調諧之處理參數判定，包含：
1.溶劑(例如，水、甲醇、六氟異丙醇)
2.溫度，熱歷史(例如，退火)
3.應變，應力
參數1或2用以調諧溶解速率以達成介於自約1 s至1年之間的溶解時標。舉例而言，先前工作展示快速溶解針對非晶絲膜發生於小於10 s中且針對高度結晶絲膜慢至約1年。[31]圖78展示一非晶絲膜之迅速溶解：0秒(左邊)，10秒(右邊)。
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實例8
在歷史上，每一種新類別之電子器件之開發已涉及達成呈承受隨時間之可忽略改變之形式之操作的努力。此處所闡述之技術具有一相反目標：形成在所規定時間處且以良好定義之速率以一良性方式實體地消失於周圍環境中之電子系統。經啟用裝置包含在植入至人體內時完全再吸收(「生物可再吸收」)以避免不利長期效應之醫學監視器及 在曝露於水時溶解(「生態可再吸收」)以消除對收集及恢復之需要之環境監視器。其他概念涉及「可堆肥」電路以促進安置。
此實例中所闡述之工作提供關於稱為可再吸收電子器件之此類技術之材料、製造策略及模型化工具之一科學及工程知識庫。效能、操作可靠性及整合可擴充性之目標與所建立矽積體電路之彼等目標相當。此技術將產生：
●一完整組的材料-半導體、導體、層間介電質、基板及囊封層-及可再吸收電子器件之裝置設計。一重點將放在具有以下性質之材料上：(1)可藉由溶解或水解再吸收，(2)生物相容及環境良性，及(3)能夠達成與習用矽積體電路之彼效能相當之效能。
●與此等材料匹配之具有滿足現實應用之輸送量、解析度及成本要求之能力之製造策略。裝置之可再吸收本性及其相關聯成本考量需要明顯不同於所建立半導體工業中所使用之彼等製作方法之製作方法。
●材料、裝置及系統層級處之再吸收分析及計算模型。在可再吸收電子器件中，此等模型將提供具有在概念上類似於當前用於習用技術中之電路設計之彼等作用之作用之電腦輔助設計(CAD)工具。
此三個分量組合基本科學研究與發明性工程努力以設立一實際技術之基礎知識。成功結果將達成介於自減輕手術位點感染之效應且然後生物再吸收之感測器/致動器附加器至生物再吸收消除廢棄物之無線電啟用之水監視器之間 的領域中之獨特裝置應用。與此等及其他系統相關聯之商業機會定義一重要組的較寬廣影響。可持續製造方法、資源消耗之相關聯減小及危害廢棄物流之消除構成具有顯著全球重要性之額外特徵。
可拉伸電子器件：傳統半導體技術涉及形成於易碎晶圓基板之平坦表面上之組件及整合式系統。最近工作證明材料、力學及製造中之經組合策略達成新的可能性，包含可藉助線性彈性回應拉伸、折迭、彎曲及扭曲且包裹曲線表面[1]之裝置。核心觀點利用組裝於橡膠基板上且藉由可變形薄窄結構互連之微裝置/奈米裝置，該薄窄結構藉由受控制非線性翹曲製程[2]形成。此等研究產生第一半球形電子「眼球」攝影機，其中裝置組件呈超薄正方形幾何形狀且互連件採用蛇形非共面佈局[3]。此配置可適應在接近100%之應變位準下之變形。此處，結構中之機械工程設計發揮與額外系統中之電路/光學設計之彼作用一樣突出之一作用。良率係充分高的以達成具有不可能使用任何其他技術達成之功能性模式及軟「組織狀」構造之表皮電子器件及手術組件之製作。
將可變性、生態及生物再吸收以及生物材料併入至提供高效能及穩健操作特性之一可製造半導體技術中清楚地係一高風險提議。然而，伴隨著此風險，隨之而來的係透過形成電子器件之新應用可能性之變革性影響、高效製造之新模式及與當前電子器件技術相關聯之廢棄物流之類別之消除的潛能。此外，基礎觀點中之諸多觀點具有超出提供 電子功能性之系統之適用性。舉例而言，功能材料台架及化學遞送系統中之生物可再吸收性與諸多生物醫學科學、介入性醫學及再生技術相關領域。結構元件以及機械系統及用於其高效製造之構件中之生態可再吸收性具有解決可持續發展中之諸多挑戰之潛能。
生物/生態可再吸收電子系統明顯不同於今天現有之任何半導體技術。在某些情形中，可再吸收應用依賴於無法以任何其他方式達成之能力。在其他情形中，可再吸收裝置複製現有功能，但具有消除廢棄物流且在環境中重建之產品壽命循環。作為前一種可能性之一實例，考量遞送至醫學植入裝置(諸如永久心率起搏器、可植入電震發生器、機械循環支撐裝置或人造臀及人造膝)之外部表面之一生物可再吸收電子殺菌附加器。此一裝置可經組態以透過經由無線電頻率耦合及感言回饋以一空間-時間受控制方式遞送之熱脈衝消除手術位點感染(SSI)。在一或兩周內，裝置將在病人超出最危險期時藉由生物再吸收消失以使病人擺脫不必要裝置負擔。此類型之功能將解決一重要臨床問題：SSI係第二最常見形式之與健康護理相關聯之感染(其佔據所有健康獲得性感染之17%)[1,2]。就病人發病率、死亡率及金錢兩者而言相關聯花費係巨大的。檢查手術後出院病人花費之一最近研究發現不具有SSI之病人之1773美元對具有SSI[3]之病人之5155美元之一個八周平均花費。若一病人具有與SSI相關聯之一抗藥性微生物，則花費甚至進一步逐步增加。Anderson等人發現在與一抗 藥性葡萄球菌(亦即，抗甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA))相關聯之SSI之情形中，通常平均收費60,000美元對具有抗生敏感葡萄球菌[4]之病人之20,000美元。
後一種可能性係由壽命終止消費性電子器件之安置驅動之增加之緊急之一問題。近年來，美國已單獨每年產生具有在僅百分之十之範圍內之一再使用/循環率之數千萬噸電子廢棄物，從而留下剩餘廢棄物進入至城市廢棄物流中。此負擔在所有發達國家中係突出的，但最麻煩係其在發展中國家中之增長率-一個2010報告預言在即將到來之十年中廢棄個人電腦之全球生產在發展中國家將超過發達區域之彼生產。到2030年，來自發展中區域之被丟棄電腦經預測為總共4億至7億單元，其係發達區域之2億至3億單元之彼總數之兩倍，其中循環成本每年超過5百億美元。此處所闡述之分類之一生態可再吸收電子器件技術具有至少部分地減輕此等趨勢之不利經濟及環境影響中之某些影響之潛能。
背景工作-可再吸收電子器件之特定觀點起源於關於水溶性生物相容絲膜作為矽金屬氧化物半導體場效電晶體(Si-MOSFET)及功能神經電極陣列之基板之使用之工作(Kim,D.-H.等人「Dissolvable films s of silk fibroin for ultrathin,conformal bio-integrated electronics」.Nature Mater.9,511-517(2010))。此等系統體現一不完整形式之再吸收，其中在裝置操作中不具有一主動作用之支撐基板係消失之唯一組件。圖66展示第一實例之影像：建立於自 家蠶繭殼獲得之一絲蛋白薄板上之一個Si MOSFET陣列。絲係水溶性及生物可再吸收的，其具有可相依於處理條件而在數秒與數個月之間調整之溶解速率。此「絲上矽」技術之初步活體內測試展示基板隨時間再吸收，從而僅留下Si MOSFET而不具有炎症、膨脹或其他不利回應。
第二實例提供呈自發地符合大腦之潮濕、曲線表面之超薄開放網格佈局之皮層電描技術(ECoG)之探針。由於裝置自身由於其異常低彎曲勁度而難以或不可能操縱，因此將絲薄板用作暫時機械支撐件。在安裝於大腦上之後用鹽水溶液清洗使絲溶解且起始由毛細管現象驅動之剩餘電子器件之一自發包裹製程。對貓科動物模型執行之活體內神經監視實驗證明此設計之實用性。詳細比較研究指示此類型之裝置由於低阻抗、在絲溶解後旋即形成之親密電極-組織接觸而優於所有替代監視技術。
來自其他群組之額外最近工作闡述其中特定構成層係水溶性之有機及生物有機電子器件之形式。(1. Bettinger,C.J.及Bao,Z.「Organic thin-film transistors fabricated on resorbable,biomaterial substrates」.Adv.Mater.22,651-655(2010)。2. Irimia-Vladu,M.等人「Biocompatible and biodegradable materials for organic field-effect transistors」.Adv.Funct.Mater.20,4069-4076(2010)。3. Legnani,C.等人「Bacterial cellulose membrane as flexible substrate for organic light emitting devices」. Thin Solid Films 517,1016-1020(2008)。)雖然此等材料中之某些材料與此處所闡述之彼等 材料潛在地互補，但其所達成之裝置之適度效能及不確定可靠性將阻止所關注之諸多應用，如下文所論述。
闡述可與絲平臺及封裝一起使用以產生具有異常高效能之全暫態形式之電子器件之一組功能材料。對於電極及互連件，Mg薄膜由於與水自發反應以形成環境及生物良性之Mg(OH)2而代表一極佳選擇。(Mg用作特定種類之可再吸收血管內支架中之一結構材料。Witte,F.「The history of biodegradable magnesium implants」.Acta Biomater.6,1680-1692(2010)。)。另外，Mg提供高導電率(2.3×105 S/cm，其係Au之彼導電率之大約½)，其係機械穩健的且可易於使用汽相沈積處理。由於Mg之水解涉及作為一媒介之MgO，因此此氧化物變成一層間介電質之一自然選項。
對於半導體，矽自身由於其承受水解以形成正矽酸(Si(OH)4)而係一所關注候選者。(J.D.Rimstidt、H.L.Barnes, Geochim.Cosmochim.Ac .44,1683(1980).)一挑戰係相關聯反應之速率異常小：使用擴散及速率常數之參考文獻參數(H.Seidel、L.Csepregi、A.Heuberger、H.Baumgartel、J.Electrochem.Soc.137,3612(1990).)，可估計具有與一經切粒積體電路之彼等尺寸(約12 mm×約12 mm×約700 μm)相當之尺寸之一小片矽將需要約600年以上來溶解及幾乎約8 L之水來避免可溶性限制。然而，一關鍵洞察係裝置(諸如MOSFET)可由於電荷輸送之界面本性而與呈極薄形式之矽一起良好操作。具有類似於上文所考 量之積體電路之彼等橫向尺寸之橫向尺寸但具有35 nm之一厚度之一個矽奈米隔膜(Si NM)將在約10天內溶解於少至約0.4 mL之水中。實驗結果支援此結論。因此，呈此形式之矽可用作一可再吸收半導體。同樣重要的係，薄SiO2可經由類似化學法再吸收，藉此提供一極佳閘極介電質以便用於Si NM MOSFET中。此外，Si及SiO2兩者係生物及生態相容的；作為藥品遞送運載工具之多孔矽體之使用提供前者之證據。(1. Park,J.-H.等人「Biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles for in vivo applications」.Nature Mater.8,331-336(2009)。2. Trewyn,B.G.等人「Biocompatible mesoporous silica nanoparticles with different morphologies for animal cell membrane penetration」.Chemical Engineering Journal 137,23-29(2008)。)
與作為一基板之絲及一囊封劑一起集體地部署所有此等材料以可藉由選擇各種裝置層之厚度及組成調整之速率產生完全可再吸收之積體電路。圖3c展示包含多種多樣主動及被動組件(包含Si NM MOSFET、Mg/MgO/Mg電容器、Mg電感器及Si NM二極體，其全部在一絲薄膜上)之一示範平臺。在具有Mg電極(厚度約250 nm)用於源極、汲極及閘極；具有MgO及/或SiO2用於閘極介電質(厚度在100 nm與150 nm之間)；且具有Si NM(厚度300 nm)用作半導體之MOSFET中，極佳性質係可能的，包含分別係560 cm2/Vs及660 cm2/Vs之飽和度及線性分區遷移率、>105之接通/關 斷比率、160 mV/dec之臨限值以下斜率(在Vd=0.1 V下)及0.34 mA/mm之寬度正規化電流輸出(在Vg=5 V下)。此等特性有利地相當於形成於矽晶圓上之具有類似臨界尺寸之對應部分之彼等特徵。組合多個此等裝置提供至積體電路之一途徑。
一組相關科學問題鞏固可再吸收電子器件及此新類別之技術可支援之多個應用。此實例闡述材料及材料界面、裝置及電路工程、製造技術及預測性理論模型化。組合此致使允許作為朝向建立此等組件之可擴充生產之一路徑之一關鍵步驟之功能示範運載工具。結果係可再吸收電子器件之一完全科學及工程知識庫，其中一重點放在由於分子位準溶解或化學反應而完全消失之生物及生態可再吸收裝置上。以下子章節闡述三種啟用分量：材料、製造及模型化。
可再吸收電子器件之材料
關於材料之研究對一可再吸收電子器件技術之發展而言係必要的。半導體、導體、閘極介電質、層間介電質、囊封層及基板充當所闡述努力之一基線。一個重要發現係經摻雜及未經摻雜Si NM藉由水解以一生物及環境良性方式化學地轉印。此處所闡述之本發明之實施例利用此事實來開發一完全生物/生態可再吸收電子器件技術之其他類別之材料。此工作解決導體、介電質之基礎態樣之先進材料以達成對其再吸收時間之控制，其中實際應用可需要介於數分鐘與數個月之間的時間。第一研究階段集中於理解及 控制個別材料及其界面。在一第二階段中，開發其以經圖案化多層組態之集體性整合以定義所得結構之總再吸收時間。貫穿此時間，工作緊密面臨製造努力以開發具有所闡述行為之裝置及電路。
可再吸收導體-Mg用作一開始點。Mg作為可再吸收血管內支架之一結構材料中之過去努力提供開發Mg合金之動機，產生小數量(一般約10%重量比)之Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn、Zr及稀土元素[2]所針對之Mg合金大多係三元系統。透過經組合電、化學及形態學研究檢查此等合金之電性質及再吸收速率。舉例而言，在一項所研究實例中，鎂鋁鋅合金具有幾乎係純Mg(具有3%鋁、1%鋅)之彼體電阻率兩倍之體電阻率，但體及薄膜溶解速率兩者顯著較緩慢(在pH之生理及環境相關範圍下多達4倍)。一般而言，較高鋁濃度減慢體降解速率(例如，AZ61或AZ91)。緩慢再吸收可對需要生物系統(例如，生物可再吸收電生理學監視器)或水感測環境(例如，生態可再吸收感測器)中之電極之間的連續接觸之裝置類別特別重要。出於此等目的，W可由於其先前在可再吸收栓塞線圈中之使用而受關注。此處，W展現比Mg或其合金之彼等再吸收速率低得多的再吸收速率(以作為水解之一結果形成鎢酸)，如公開之研究中所展示。W栓塞線圈之活體內研究指示在再吸收期間血清鎢之增加之位準，但不具有任何不利生物回應[6]。W之體電阻率極類似於Mg(5×10-8 Ωm對4.4×10-8 Ωm)。W與Mg之組合(舉例而言，作為覆蓋層)作 為額外工程設計選項係可能的。
一第三金屬係Fe，其與Mg一樣作為一生物可降解支架材料已受到關注。鐵藉由首先氧化且然後溶解成Fe2+或Fe3+(相依於pH)而在水中再吸收。活體外測試指示比Mg之彼等降解速率低得多的Fe中之降解速率。另一方面，活體內降解速率比藉由活體外研究預測之速率低得多[8]。此差異已歸因於某一不可溶化合物(諸如可由與體內之磷酸鹽離子之反應形成之磷化鐵)之鐵表面之鈍化。Mg、Mg合金、W與Fe之某一組合可提供可再吸收電子器件中之導體之所有必要能力。
可再吸收介電質-對於積體電路中之MOSFET及層間介電質中之閘極介電質，SiO2及MgO具有強潛能以滿足所有要求。與模型化相比，此等系統中之再吸收速率及動力學之詳細研究提供重要資訊。為使用下文所闡述之技術達成額外處理，開發經有機改質矽材料及其不僅充當層間介電質而且亦潛在地充當閘極絕緣體之能力之溶膠-凝膠途徑。呈單層或具有金屬(諸如W)及生物聚合物(諸如絲)之多層組態之此等材料可用作囊封劑以控制總再吸收速率。藉助形態學及界面之高解析度電子顯微鏡研究開發此等選項，其中一重點放在量測不同堆疊設計之水滲透速率。
可再吸收功能基板及塗層
材料選擇之基本原理-上文所闡述之與金屬、介電質及半導體相容之有機及生物有機材料表示基板及囊封劑之極佳候選者。絲由於其生物、物理及電子性質之有利組合及 其與先進製造之相容性而係唯一適於可再溶解電子器件之一生物材料。絲係可藉助簡單基於水之處理而如薄平滑撓性薄板一樣具成本效益地純化及製造之一廣泛可用商品紡織品。絲之原生表面化學及平滑形態藉助進一步簡單改質可能性(例如，碳化二亞胺、鏈酶抗生物素-生物素耦合、重氮反應以及對澆鑄溫度及濕度之控制)允許金屬(例如，金、鐵、其他)之強黏合以最佳化界面。絲由於蛋白質之疏水本性及蛋白質自身組裝成經實體交聯網路而形成堅韌強材料。藉由控制交聯之密度，膜可經調配以在受控制速率(自數分鐘至數年)下溶解且可經設計以併入有且穩定生物分子及用於感測之其他所關注目標。替代方案(諸如膠原、PLGA及PLA)各自提供僅某一子組之此等特徵。作為實例，膠原容易變性，其趨向於在水合後旋即膨脹且其不能與金屬達成穩健界面。PLGA具有類似缺點且其亦必須在有機溶劑中處理，藉此移除特定處理選項以及與生物活性化合物組合之能力。包含聚葡萄胺糖/幾丁質、聚羥基烷酸酯、聚己內酯(PCL)及角蛋白之其它較不常見選項處理且提供控制材料性質及因此其降解/可再吸收性之有限能力係挑戰性的。
絲膜製劑及再吸收研究-在絲膜形成及相關聯絲蛋白質自組裝期間發生之液體-固體轉變、結晶、處理化學法及方法對可再吸收裝置製作係基礎重要的。絲材料以酶促方式降解從而提供可預測壽命及對材料命運之控制。因此，絲可充當一本質上可再吸收基板材料或者一保護層或囊封 劑兩者以控制其他可再吸收材料(例如，Mg)之動力學。此提供形成用作可程式化可再吸收性之一「內部時脈」計時器或「切換器」(例如，類比於時間-釋放膠囊及藥品製劑)之分層結構之可能性。
此工作建立開發可再吸收電子裝置之絲基板之知識庫。特定而言，開發製程後絲膜及絲塗層之不同模態以控制其再吸收速率(在水或酶促存在下)。透過在材料處理[3]期間引入之結晶度(β薄板內容物)控制此等材料之溶解速率(瞬間至數年)。此等基礎研究產生材料基板製作之一處理參數集。實驗方法包含用以形成膜及塗層之絲溶液之製備及表徵，該等膜或塗層然後經後處理以控制該膜/塗層之結束結晶狀態，藉此判定其可再吸收性速率。
在絲膜及塗層之組裝與可再吸收性之間存在一在很大程度上未經開發之關系。為揭開此關系，當前方法設計藉由調整絲蛋白萃取製程中之參數(沸騰時間、pH及處理溫度之變化)及隨後產生具有變化之濃度之基於水之絲溶液來改變絲溶液製劑。所產生絲薄板之系統分析闡明處理後溫度、額外溶劑(例如，甲醇、HFIP)、環境濕度範圍(其判定亁燥膜之水含量，該水含量又與其β薄板內容物相關)以及在其形成(其亦誘發β薄板形成)期間強加於絲膜上之應力及應變之作用。膜之結構評估係藉助一基礎結構診斷(例如，AFM、FTIR、X射線及冷凍TEM)執行。此等研究通知產生電子界面之適合基板及獲得基板材料之預定義及可控制再吸收速率所需之適當參數組合。
亦自一電與電界面立場來評估此等生物可再吸收基板。執行不同膜之量測以判定基線參數，諸如介電常數、崩潰臨限值及電阻率。界面性質對電子裝置總成特別重要。研究經不同調配之膜與Mg及MgO之間的界面性質連同其熱性質(導熱率、界面卡皮察電阻)或體性質(僅舉幾個實例，離子雜質之位準及其遷移率、水攝取及氣體/液體滲透率)。
經官能化可再吸收材料-透過將摻雜劑添加至絲溶液進行之基板之改質將進一步構成此等研究。此額外自由度提供調節基板之物理參數(舉例而言，增強傳導率或夾帶生物整合之療法)之選項。評估嵌入於與周圍環境及材料參數(例如，彈性、降解、界面、水含量)相關之絲系統中之生物化學摻雜劑之效應及其對再吸收速率以及與Mg及MgO之界面之影響。用生物相關染料(螢光黃、孟加拉玫紅、玫瑰紅)、基於蛋白質之生物摻雜劑(反射劑、細菌視紫質、血紅素、卟啉)摻雜或化學改質(GFP、偶氮苯)絲。使用上文所闡述之相同處理及診斷製備及評估經摻雜可再吸收基板。將結果直接與在相同處理條件下藉助經摻雜膜獲得之發現相比較。
可再吸收電子器件之製造方法
低成本製造由於本質上有限操作(及實體)壽命而係一現實可再吸收電子器件技術之一基本要求。半導體工業中所使用之製程由於其不相容成本結構及不與所建立溶劑、光阻劑、顯影劑、曝露技術及蝕刻方法相容之諸多可再吸收 材料而不適用。此工作開發涉及兩個主要步驟之一製造策略：(1)轉印印刷，以允許製造Si NM及具有可降解基板之透過現有代工廠源獲得之部分形成之裝置子組件之最終整合，及(2)電流體動力噴射(e-jet)印刷以建立功能系統之可再吸收互連件、層間介電質及囊封劑/封裝。第一階段集中於此兩個能力之單獨開發。第二階段涉及其與彼此及更習用方法整合成一連續製造製程，該連續製造製程在下文所闡述之示範測試運載工具中以一小比例示範。
微轉印印刷-對於第一步驟，在以高速度、卷對卷製造模式實施其之一目標之情況下使用微轉印印刷(μTP)[1]技術。μTP製程在一「上墨」步驟中使用柔軟、彈性印模來抬起由一源基板製作之固體材料微結構/奈米結構且然後在一「印刷」步驟中將該等材料放置至一目標基板上。藉助用於控制印模表面處之黏合之強度(亦即，在上墨及印刷步驟中分別係強及弱)之最佳化策略，整個程序可經自動化以達成高良率(>99.9%)及放置準確性(<1 μm)。圖45提供代表性印刷結果及作為此製程之一可再吸收接納基板之一大的絲薄板之影像。上文所闡述及圖3c中所展示之工作圖解說明可如何與Si NM一起使用此類型之策略來製作可再吸收電子器件。此製程之一關鍵特徵係以緊密包裝之佈局形成於矽晶圓上之Si NM可被取回且遞送至匹配系統要求之區覆蓋範圍中之目標基板。此能力對高效材料利用及低成本而言係必要的。
此工作開發新基礎及工程知識以便以一高速度連續滾筒 印刷模式使用μTP。特定而言，開發柔軟凡得瓦黏合之物理現象，其中結合強度相依於施加於具有成角度之浮凸之一經特殊設計印模與一源基板之間的界面處之力之方向。此方法由於兩個原因而係有吸引力的。第一，成角度之幾何形狀達成增強之拉脫力。此物理現象在需要大的力來在μTP之上墨步驟中取回材料/裝置時係重要的，如將係下一章節中所闡述之CMOS結構之情形。第二，可在圍繞圓柱形支撐件包裹之薄印模中利用方向相依黏合來達成以一連續滾筒印刷模式之高速操作。其中滾筒印模取回一側上之裝置/結構且將其連續遞送至另一側上之目標基板之一方案係可能的。沿正交於滾動方向之一方向週期性地索引源基板且將其往回平移至其開始點允許上墨製程發生於不同區域中且直至消耗了源極上之所有材料為止。視需要，可插入新源基板。
理解黏合之方向相依及總體強度兩者之基礎態樣對允許其出於本發明目的之設計使用極其重要。藉由界面脫層之一力學模型分析關鍵物理現象，其中非對稱拉脫力產生形成驅動裂縫形成之界面剪切之一彎曲力矩。藉由評價該等條件，可能分析地導出臨界拉脫力以供連接至藉助不同製劑中之絲基板之實驗量測。此等類型之模型用以不僅引導滾筒印模之工程實施方案，而且亦引導材料之最佳化以及絲之浮凸幾何形狀及選擇。對於印模，藉由將應力集中點遠離邊緣移位及移位至接觸區內部中而給成角度之柱結構添加浮凸凹角特徵可產生急劇增強之黏合。在組合之科學 與工程研究中與黏彈性、實體交聯以及印模及接納矽基板兩者中之相關參數之影響一起開發此等效應。
自矽代工廠裝置至可再吸收電子器件-雖然使用自晶圓獲得且藉由μTP組裝之Si NM之方案提供上文每結果呈現之可再吸收電子器件之可行途徑，但其由於兩個原因而不理想：(1)其需要裝置處理及關鍵特徵定義於可再吸收基板上；及(2)其不能利用用於製造矽積體電路之所建立基礎設施。第一個原因由於由與絲基板相容之要求強加之處理選項中之數個約束而影響可達成之功能之效能及精密位準。第二個原因由於需要建立針對可再吸收裝置特定組態之單獨代工廠網路而實質上增加成本以及環境影響。此工作藉由提供將經特殊設計、經代工廠處理晶圓轉化為可再吸收系統之組件建立區塊源之途徑而解決此兩個限制。μTP用作用以操縱不僅Si NM而且亦操縱經完全處理之原始件或自經代工廠處理之晶圓獲得之小電路元件之一方式。
關鍵挑戰係針對本發明目的調適代工廠相容佈局及可用材料組。雖然初步發現將Si及SiO2建立為生物相容及環境友好型可再吸收的，但商用積體電路中之無其他材料具有此等特性。一種解決方案係自代工廠採購呈具有適於μTP之減小之複雜性及組態之佈局之超薄主體絕緣體上矽(SOI)基板上之積體電路及原始件。能夠在代工廠外部執行之適度數目個額外步驟用可再吸收導體(諸如Mg)替換金屬化層。此處，佈局允許貫穿堆疊接達至金屬化物以便將其移除及用可再吸收導體隨後替換其；矽之橫向定義、經 摻雜區域、閘極介電質及層間介電質未更改以便利用代工廠能力。必須與用於移除SOI基板上之埋藏氧化物(BOX)之途徑一起開發此材料交換之方案以製備μTP之組件。第一方案可使用濕式與幹式蝕刻技術之一組合達成。解決第二個挑戰需要對在移除BOX之後將組件繋鏈至下伏晶圓之策略結構(亦即，錨定件)之斷裂力學之仔細研究。藉由成角度之印模設計達成之增強之黏合放鬆要求。圖48提供形成於SOI上且然後藉由蝕刻BOX釋放之一非可再吸收Si CMOS區塊上之一種類型之錨定件設計之一SEM影像。
電流體動力噴射(e-jet)印刷-功能系統需要先前章節中所闡述之用於將該類可再吸收組件互連及選擇性囊封之方案。解析度必須充分高以允許個別組件上之小接觸墊以便高效利用源晶圓(可再吸收CMOS或Si NM)之面積。使用電流體動力效應來在高解析度噴嘴之尖端處形成液體流之印刷方法由於其附加本性及與一寬廣範圍之材料墨水及基板之相容性而被追求。最重要的係，先前工作證明此物理現象提供液滴產生中之一解析度及延伸至深亞微米範圍(約100 nm)中之印刷，該解析度比藉助習用噴墨技術[3]可能之最佳解析度超出100倍以上。此等特徵使稱為電流體動力噴射之此方法成為用於製造可再吸收電子器件之μTP之一潛在有力補充。然而，必須克服電流體動力噴射之科學及工程態樣中之兩個關鍵缺點：(1)解析度及液滴放置可相依於基板之局部電特性，及(2)由於可適應可以一連續滾筒印刷模式使用多個平行噴嘴之系統之缺乏而限制輸送量。 第一個問題導致藉由μTP遞送至一絕緣基板(諸如絲)之可再吸收組件之間的互連線之可靠形成中之挑戰。特定而言，目標表面(亦即，金屬、介電質、半導體)之局部電子性質之空間變化以可能難以適應之方式誘發電場量變曲線及因此液滴大小及軌跡之改變。一種解決方案係開發將一環形反電極併入至噴嘴總成自身中之電流體動力噴射噴嘴之經耦合電磁及流動模型。結果係其中以與基板解耦之一方式定義所有驅動電場之一系統。電感性電流感測提供用以建立對印刷製程之回饋控制之一方式。
第二個缺點藉由將自上文之工作出現之模擬能力擴展至理解呈線性陣列之毗鄰噴嘴之間的靜電耦合而解決。該模擬併入藉由在一單獨調整微平臺上個別地移動每一噴嘴單元而適應某一程度之基板未對準之能力。一類比將係由一習用噴墨列印機用以調整印刷卡匣校準之一測試型樣序列。10至20個不同噴嘴併入於能夠相對於下伏基板之運動方向進行精密轉譯之呈一線性配置之一總體印刷頭中。以當前擴展至50 kHz之液滴產生速率，此多噴嘴配置提供所需輸送量。一挑戰係將充分智慧局部地嵌入至每一單元中以使其用作一自治實體，從而在不藉助外部輔助之情況下藉由與網處置系統及μTP模組連通來將自身校準。開發基於上文所闡述之電流感測且以μTP工具監視系統之回饋策略。關於此製造流程之一重要觀點係臨界裝置尺寸及(在諸多情形中)最需要特徵在自代工廠採購之組件之層級處形成。此情況減小對電流體動力噴射系統所需之輸送量及 解析度之要求，但甚至在此處低於可藉助習用噴墨印刷達成之彼等特徵大小之特徵大小亦對藉由允許小接觸墊之使用具成本效益地利用代工廠組件而言係必要的。
然而，在最終商業製造中，可能電流體動力噴射將與其他方法(諸如噴墨及絲網印刷)一起策略地使用以形成解析度、輸送量與對齊準確性之間的一最佳平衡。預想藉助一初始壓印(習用、熱壓紋)步驟來定義對齊標記之涉及μTP、電流體動力噴射及噴墨之一整合式處理線。如上文所概述，絲與此等其他形態之所建立相容性表示其以此方式之使用之一關鍵考量。在此序列中，僅藉由電流體動力噴射及噴墨形成之圖案需要對齊。此處，此處，光學圖案辨識系統使用藉由μTP形成之結構與藉由壓紋步驟定義之浮凸之一組合。工作之初始階段集中於μTP及電流體動力噴射模組。平行地，建立電流體動力噴射在藉助材料之加性(例如，絲、溶膠凝膠材料)及減性(例如，Mg、W)圖案化模式中之使用。整合集中於建立下文所闡述之電路測試運載工具。
可再吸收電子器件之計算設計工具
需要分析及計算模型來建立可再吸收電子器件之一科學知識與工程能力庫。用於習用電子器件之電路設計工具擷取操作態樣之僅部分；一互補組的再吸收設計工具係必要的。上文闡述直接連接至基於材料、裝置設計及經製造結構之實驗結果之材料、裝置及系統層級處之再吸收分析及計算模型。第一階段集中於基於上文所概述之各種材料之 單層研究之模型之建立及實驗驗證。接下來，研究此等材料之多層堆疊及其彼此之交互。最終模型在功能裝置及系統層級處以藉助上文所闡述之技術製造之測試運載工具擷取再吸收。
可再吸收材料之模型化-再吸收之動力學分析研究使用反應性擴散之模型。方程式(1)圖解說明水及氫氧離子擴散至Si中之模型及某些結果。速率限制步驟藉由水、氫氧離子及其他液體至可再吸收電子器件之材料(例如，具有Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn、Zr之小添加之Si、SiO、MgO、Fe、Mg及Mg合金)中之擴散及根據以下方程式之貫穿厚度方向y之反應定義： 其中D及k分別係水(或其他液體)之擴散率及可再吸收電子器件之材料與磷酸鹽緩衝溶液之間的反應常數，且w係水之濃度。在Si溶解後，旋即將建立以下平衡：Si+4H2O<->Si(OH)4+2H2，其中中性正矽酸將藉由擴散離開矽表面。在此模型中，藉由其初始厚度(h 0)正規化的Si奈米隔膜之厚度h將相依於正規化時間Dt/h 0 2 及反應常數kh 0 2 以及水及矽之莫耳質量M(H2O)及M(Si)、初始水濃度w 0及Si之質量密度ρ Si 。此將給出Si奈米隔膜在水中之溶解之比例定律，亦即， 其中f係一非尺寸函數且採取以下形式
圖4(c)展示Si NM在體溫(37℃)下之初始厚度h 0=35 nm、70 nm及100 nm之初步模型化結果(曲線)，其與實驗結果(藉由點展示)良好吻合。分析模型產生對材料之完全溶解時間之準確預測。此一方法可擴展至可再吸收電子器件之其他材料。
亦開發具有時間相依反應速率常數之溶解之模型。在諸多情形中，淨反應之反應常數可隨時間消逝而降低，且採取k(t)之一般形式。反應性擴散方程式之溶液係獲得為 其中。一個Si奈米隔膜之厚度可獲得為
一項簡單實例係與其初始值R 0及電流對初始厚度之比率h/h 0藉由R=R 0(h/h 0)-1相關之電阻R。圖4(e)展示電阻改變之模型化結果(曲線)與實驗(藉由點展示)良好吻合。類似分析框架可擷取可再吸收電子器件之其他材料(例如，Fe及Mg合金)中之相關行為。由於溶解涉及多個元素之反應性 擴散，因此針對合金之溶解開發計算模型。反應性擴散方程式(1)針對每一元素現在變成，其中▽2係拉普拉斯運算子。此方程式被數字地解答且經由跨越合金中之界面之連續性條件與其他元素之彼等方程式耦合。另外，可經由數字分析研究W覆蓋層之效應。
對於可再吸收介電質及半導體，模型化工作集中於再吸收之速率，諸如厚度達到零之臨界時間t c。對於Si NM，此分析地獲得為
結果係在體溫T=37℃下針對h 0=35 nm、70 nm及100 nm分別地t c=14天、16天及19天。
可再吸收組件及裝置之模型化-對於可再吸收組件(諸如Mg互連件)，模型化集中於電性質及再吸收速率，如藉由MgO/Mg雙層之溶解所圖解說明。對於Mg，在底部表面處以零水通量條件強加反應性擴散方程式。對於MgO，在水/MgO界面處以恆定水濃度強加反應性方程式。跨越MgO/Mg界面，水分子濃度及通量係連續的。分析地解答Mg與MgO之經耦合反應性擴散方程式，且雙層裝置之電阻R亦如此。電阻(每單位長度)之結果與分別具有1.04/1.15 Ω/mm之初始電阻(每單位長度)的400/800 nm MgO之囊封之厚度之實驗良好吻合。特別是針對包含裝置之多層材料 堆疊之組件及裝置之複雜幾何形狀亦開發計算模型以解答經耦合反應性擴散方程式。
在電阻接近無限時達到斷開電路之臨界時間t c 。對於MgO/Mg雙層，此臨界時間係分析地獲得且針對400 nm及800 nm之MgO囊封之厚度分別給出3.5小時及13小時，此與實驗合理地良好吻合。對於如在組件及裝置中之具有複雜幾何形狀之多層材料，開發計算模型且評價多種多樣之組件及裝置。計算模型亦給出裝置之溶解之比例定律。此等模型之預測使用突出強調奈米隔膜及薄膜裝置設計之重要性。
應力狀態(例如，殘餘或內部應力)之效應可影響裝置之溶解。此乃因材料及裝置之連續溶解改變其應力狀態，該應力狀態改變又影響溶解速率。此可透過經耦合應力擴散方程式計算，該經耦合應力擴散方程式經由其使用者子常式透過有限元件程式ABAQUS實施。
亦研究形成有Si NM、SiO2介電質及具有MgO及經結晶絲囊封層之Mg電極之金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。關於裝置之實驗在其功能暫態中展示二級動力學。特定而言，浸入於水中高達約90小時致使關鍵裝置特性(諸如遷移率、接通/關斷電流比率(I on /I off )及臨限電壓(V th ))之可忽略改變。功能降級發生於在此穩定操作時期之後的一相對窄時間間隔內。囊封層定義第一時標；Mg電極定義第二時標。藉由分析及計算模型詳細地研究此等行為，該等模型對證明可利用不在裝置中提供主動作用之 囊封層來以與系統或裝置層級功能解耦之一方式定義暫態時間係重要的。雖然不同裝置類型需要具有不同厚度之Si NM，但對於此處所開發之實際情形，Mg及囊封層在以功能判定暫態之時標中發揮主要作用。
可再吸收電子系統之模型化-在系統層級處整合可再吸收材料及裝置之分析及計算模型以提供用於可再吸收電子器件之設計、製作及操作之CAD工具，該等CAD工具類似於當前用於習用電子器件中之電路設計之彼等工具。針對每一類型之裝置開發一計算(或分析)模組。每一模組包含應力與擴散之間的交互。將所有模組整合及耦合在一起以預測系統層級處之關鍵行為及性質，包含(1)裝置及系統層級處之關鍵性質(例如，電阻)之時間相依；及(2)每一裝置之溶解及整個系統之彼溶解之臨界時間。可藉由使用裝置之囊封層(諸如由於可程式化其在水中之可溶性而對於此目的有吸引力之絲)透過對結晶度之控制在數個數量級內主動控制臨界時間。
關於整合式示範運載工具之研究
此工作之焦點在於多種類別之可再吸收電子器件之科學知識及工程概念之開發。追求兩種特定整合式示範運載工具：一者在數位電子器件中且一者在類比電子器件。前者係併入有呈四個反相器與一NOR陣列之八十八個電晶體之一個四位元列解碼器，其中反相器之輸出充當NOR閘之輸入中之一者。(電路圖參見圖79。)後者係具有對應於自VLF至VHF頻帶之射頻操作的自100 kHz至100 MHz之操作 頻率之一組7級CMOS環振盪器。此兩個電路示範器係使用上文所闡述之材料、製造方法及可再吸收構造模型建立。在數量上研究電路層級電子性質及再吸收行為兩者且與理論預期相比較。
實例9
此實例建立可以一受控制方式隨時間逐漸消失[1]之一新的基於矽之電子器件技術。在此意義上「暫態」之裝置形成無法藉助習用電子器件(諸如在醫學適用時間框架內存在但然後完全溶解且經由人體再吸收消失之主動植入器或消失以避免恢復之現場可部署信標)解決之應用可能性。最近工作已與多個不同類別之感測器及致動器、電源供應器之兩個選項及一無線控制策略一起示範此類型之互補金屬氧化物半導體(CMOS)電子器件之一綜合組的材料、組件、理論設計工具及製造方法。能夠以一可植入模式遞送熱治療以解決因耐抗生素細菌及其在動物模型中之示範導致之手術位點感染中之挑戰之一暫態矽裝置圖解說明此技術[1]之一系統層級實例。全暫態RF清掃裝置及部分暫態無線電傳輸器顯示出達成與諸多軍事應用[2]相關之基本建立區塊之能力。
此工作建立於關於具有擴大以下各項之目標之暫態電子器件之先前結果上：(a)用於設計具有所有組件暫態(及/或可崩解)之系統之材料及製作工具箱，(b)做出較高位準之整合之能力(亦即，超出幾個離散組件電路)，(c)尤其係針對大面積系統/電路及非水條件之用於觸發暫態之可能機 構。活動涉及(1)開發ZnO作為對Si之一暫態半導體補充，及開發絲複合物作為功能基板之補充，(2)建立高度地整合之Si暫態電子器件之一基於代工廠之途徑，(3)對用於控制及觸發暫態之數個新機構之開發努力，及(4)由能夠在高空處自一飛機之一降落期間進行脈衝傳輸之一RF信標組成之一工作示範裝置。
作為一暫態半導體之ZnO
上文所闡述之暫態電子器件技術基礎缺乏兩種關鍵能力：(1)達成壓電及光電子組件之途徑，及(2)經程式化或「經觸發」暫態之低功率方案。此工作解決此兩個問題。開發ZnO作為其中水解影響暫態之一水溶性半導體之使用。ZnO之大、直接帶隙及強壓電回應使其成為對用於機械能收穫器、發光二極體及透明導體中之應用之Si之一適用補充。先前研究證明ZnO係水溶性的[3,4]及生物相容的[5]，且其可用於多種半導體裝置中。此處之努力集中於ZnO與其他水溶性材料(例如，Mg、MgO、Si、SiO2、絲)之整合以產生全暫態之組件。
追求兩個組件。第一個組件係一薄膜電晶體(TFT)。過去工作已示範使用以以下三種方式中之一者沈積之ZnO之透明TFT：分子束磊晶、濺鍍或溶膠-凝膠/溶液方法。ZnO之電及半傳導性質(遷移率、電阻率、載子濃度等)相依於微結構，尤其係顆粒大小[6]。顆粒大小可藉由透過在一退火製程[8,9]期間之顆粒生長在一升高之溫度[7]下沈積或藉由調整濺鍍壓力[10,11]來設計。退火製程亦可幫助摻雜 劑活化[12]。電性質亦可藉由在濺鍍[13]期間添加O2來調整，但TFT仍可藉由僅在Ar中濺鍍來製作。
撓性ZnO TFT可藉由在室溫下濺鍍後續接著低溫退火或根本無退火[14,15]而形成於塑膠基板上。此類型之頂部閘極及底部閘極TFT兩者皆係可能的，但後一種設計更常見[13]。利用此佈局，其中一高度摻雜、經轉印印刷矽奈米隔膜作為閘極電極且藉由PECVD沈積之一個SiO2層作為閘極介電質。在不具有退火之情況下之ZnO之低溫濺鍍形成通道，且Mg源極及汲極電極係使用針對暫態矽裝置開發之方法沈積。用於圖案化ZnO之典型蝕刻方法不與絲相容；但追求避免此約束之兩種策略：(1)使用精確陰影遮罩之直接對絲之所有加性處理，及(2)以與對絲之轉印印刷(作為一最後步驟)相容之可釋放格式之在矽基板上之完全製作。
由於浸入於水中，因此在暫態之前及在暫態期間量測電性質。在參考文獻中報告之ZnO TFT之性質廣泛地不同。接通/關斷比率一般在103與105之間。裝置遷移率高度地相依於微結構、通道幾何形狀及處理條件。所報告之值位於0.02 cm2/(Vs)與4 cm2/(Vs)之間。由於暫態ZnO裝置之開發涉及諸多新挑戰，因此效能之目標位於針對非暫態版本所報告之邊界值之間：接通/關斷比率103及遷移率0.5 cm2/(Vs)。
經觸發暫態之絲複合物
絲之暫態基於存在於絲之結晶結構內之實體交聯。為添加就溶解之控制及模式更多功能性，開發絲複合物以達成 暫態之不同形態。開發將與暫態電子建立區塊介接之一材料工具套件。用以補充絲的此套件之關鍵成分係：
●膠原/明膠、透明質酸-用於與絲摻和之基於先前研究(通常以約20 wt%(顯著分率))形成穩定及穩健摻和物之聚合物(醫學相關)。此亦產生更撓性絲基板。
●穩定蛋白酶粒子-用以降解絲及膠原/明膠之蛋白酶可使用所建立協定隔絕於絲微囊袋及奈米囊袋中，而酶亦與小分子抑制劑或抗體複合以切斷活性直至被釋放。可藉由熱或壓力達成活性酶之釋放。舉例而言，在局部加熱後酶可由於至抑制劑之酶之解耦而旋即活化。類似地，對於透明質酸，則與一蛋白酶相反將釋放透明質酸酶。
●蛋白酶抑制劑-抑制劑(諸如EDTA或抗體)可局部地耦合至絲材料以在基質中於所需之處提供更穩定區域，而使其他區域曝露於酶(在其釋放後旋即曝露)以便基質之迅速降解。此係一可調諧特徵以控制材料之選定區域中之降解。
●彈性蛋白共聚物-回應於溫度、pH、壓力及其他外部因素，可用以導致彈性蛋白之凝聚且因此導致成分(諸如降解酶)之釋放。
●回應於熱或pH之改變之蛋白酶-耐熱酶、容忍pH之酶、在特定溫度下活化之抗體結合酶。
產生且針對功能及如下文所概述之不同暫態模式評價一組測試材料。
暫態電路之CMOS代工廠方法
先前所示範類別之暫態電子裝置利用自晶圓蝕刻且然後藉由轉印印刷組裝至所關注之基板(亦即，絲)上之矽薄板。此處，裝置之關鍵元件(例如，電晶體之源極、汲極及閘極電極以及閘極介電質)之製作及其之間的互連件必須在暫態基板上執行。此方法非常適於示範概念及研究暫態之動力學，但其可無法用以形成具有高位準之整合或精細功能之系統。
此工作藉由開發代工廠相容製造製程作為現實應用之暫態電子器件之一實際路徑而克服此等限制。成功開發以建立於矽積體電路之所建立製造基礎設施上之一方案達成功能之任意位準之整合及複雜性。兩個主要挑戰係形成呈以下組態之代工廠CMOS：(1)僅使用暫態材料，(2)達成暫態基板上之轉印印刷及互連件所需之超薄「可釋放」形式。對於第一個挑戰，開發使用經摻雜聚Si代替觸點、導通體及互連件之習用金屬化物之經修改電路/裝置佈局。一替代方案係將在水中呈暫態以形成鎢酸之鎢不僅用於導通體而且亦用於觸點及互連件。對於第二個挑戰，利用絕緣體上矽(SOI)技術以允許超薄主動裝置及電路自呈與轉印印刷相容之小比例小晶片之下伏處置晶圓之釋放。成功之關鍵係開發在釋放期間保護主動裝置且「脫離」將微裝置固持至下伏晶圓但在轉印印刷中之取回步驟期間斷裂之繋鏈結構(亦即，錨定件)之蝕刻化學及障壁層。
經觸發暫態
在此工作之過程中，開發用以在相關基板及裝置中誘發暫態之替代方式以識別經程式化或「經觸發」暫態之低功率方案且在不存在適合環境條件(例如，缺乏水來誘發水解)時誘發暫態。
藉由熱毛細管現象之電誘發之暫態
對於此等及其他系統中之經觸發暫態，可利用在以奈米級實施時提供一低功率方式以誘發薄膜中之流動之熱毛細管效應。此處，表面張力之溫度相依及潤濕特性產生以藉由溫度梯度(而非溫度之改變)定義之速率且沿藉由該等溫度梯度定義之方向之質量輸送。此等現象先前已用以用其中小至每毫米幾度之熱梯度係充分[24]之一經程式化方式使表面上之液滴移動。最近工作展示此相同物理現象可達成在每微米幾度之溫度梯度下之分子玻璃薄膜中之有意義流動(圖32)。在藉助提供局部焦耳加熱之窄電極實施之策略佈局中，此等流動可經設計以誘發傳導跡線中之電開口。舉例而言，結果可更改或消除一積體電路中之功能。另一選擇係，此等流動可將下伏材料曝露於影響整個系統中之暫態之一周圍環境。
此製程之基礎機構對建立一清楚工程設計方法以便其在經觸發暫態中之使用而言係重要的。圖33展示可擷取基本物理現象之一模型之一示意圖。此處，一膜之局部加熱減小對於多數材料而言相對於局部溫度T成線性之表面張力。不均勻溫度產生與表面張力之梯度成比例之一熱毛細管剪切應力，該表面張力朝向較冷表面溫度之區域拉動液體或 黏性固體。自納維-斯托克斯方程式導出之統禦方程式係 其中h(x,y,t)係液體或黏性膜之位置及溫度相依之厚度，t係時間且μ係剪切黏度。此方程式與適當初始及邊界條件一起可經數字地解答以判定對經觸發暫態至關重要之時間相依膜厚度。亦針對長時間行為建立可提供適用於工程設計之比例定律之一分析解決方案。舉例而言，可展示熱功率Q 0、膜之導熱率k f及初始厚度H f、周圍溫度T 0以及表面張力(γ=γ 0+γ 1 T)中之係數γ 0及γ 1顯現於一單個組合中以控制製程。
光學地誘發之暫態
開發光學地誘發之暫態作為基板及裝置之可程式化溶解之一觸發機構。該工作基於使用經摻雜絲及絲墨水來併入所需觸發機構。
藉助光學吸收體摻雜絲。舉例而言，摻雜有奈米粒子之絲用作觸發機構。最近，開發經重新形成為介於自保形塗層[25]至體膜[26]至3D光子晶體[27]之間的數種格式之摻雜有金奈米粒子(Au-NP)之絲溶液之使用(圖34)。
具體而言，預想光學觸發透過電漿共振增強之光吸收發生。開發影響體材料(透過絲結晶矩陣之熱誘發之改質)及經摻雜絲基板與經圖案化機載裝置之間的界面之暫態機構，其中最終目標係能夠藉助光觸發裝置崩解。
目標係藉由在經摻雜絲蛋白質基板上製作(全或部分)可溶解組件來開發暫態裝置(包含活體內及活體外兩者，亦即，皮膚安裝式及植入式裝置)及使用藉由光學照明觸發之光熱效應來控制裝置之降解及/或毀壞。熱局部化可藉由選擇性摻雜材料之不同區或不同層及/或藉由聚焦入射光來獲得。自一間隙位置(例如，鐳射瞄準目標)觸發降解亦係可能的且開發此模式之經觸發暫態之參數。
摻雜劑之選項：半導體(諸如CdSe及CdTe)及金屬(Au及Ag)奈米粒子兩者皆係摻雜劑之候選者。金屬通常在以下方面較佳：1)諸多行動電子，及2)低得多的光學量子良率。金係光熱應用之當前主要使用之材料且由於其生物相容性而可能係植入應用之一較佳選擇。然而，應注意，銀奈米粒子在電漿共振下產生比金奈米粒子多得多的熱(10倍高)，且可係非可植入情形(舉例而言，皮膚安裝式暫態裝置)之一良好選項。
Ag-NP及Au-NP之電漿共振分別在約400 nm及530 nm處。由於在彼等波長處之組織之高吸收，因此已開發各種奈米結構來將電漿共振移位至紅色(650 nm至900 nm)以利用低組織吸收及相關聯較深光穿透。
對於非可植入應用，可使用Ag-NP或Au-NP且藉助藍色或綠色光遠端地產生熱。所產生熱Q及局部溫度增加△T可藉由以下方程式分析地計算： 其中E 0 係入射輻射之振幅，且ε NP 及ε 0 分別係NP及周圍介質之介電常數。
其中r係距一NP之中心之距離，k 0係周圍介質之導熱率，且V NP 係NP體積。組合[1]與[2]，最大溫度增加由以下方程式給出(在r=R NP (NP之表面)處發生)： 其中I 0 係光強度，且當NP半徑比入射波長小得多時，溫度增加與NP半徑之二階成比例(亦即，)。舉例而言，具有在約532 nm處之15 mW之一輸出功率及係約1 mm(不具有聚焦)之光點大小之一可攜式鐳射指示器對應於I 0=1.91 W/cm 2之一光通量。
改變吸收體濃度及波長/吸收體組合(最佳地，將摻雜劑之共振吸收峰值匹配光源之波長)以開發此機構。(參見在Au-NP之情形中所產生功率及溫差之表8概述)。估計藉助可攜式(例如，鐳射指示器)光源之超過100℃之溫度增加。
額外概念包含使用與熱毛細管現象效應耦合之熱活化以藉由將光引導至含於暫態基板中之填充有熱誘發酶之囊袋以爆裂來毀壞電路。
藉由昇華之暫態
先前工作示範藉由水解之暫態。特定使用情境需要一完全亁燥環境中之暫態。此處，裝置必須隨時間消失成一「灰塵狀」形式。一項實施例用在室溫下昇華之固體材料替換絲基板及囊封劑。特定蠟提供此特性。參見圖80。開發用於其中昇華留下僅超薄裝置及互連件之一完全亁燥暫態模式之此等材料之利用。設計佈局及層厚度以導致在基板之暫態後旋即自發斷裂及崩解，藉此表現灰塵格式。
藉由機械衝擊之暫態
衝擊觸發之暫態可與特定類型之機械誘發之暫態活化選項(例如，彎曲、咀嚼等)相關。
絲可與一高膠原(明膠)或透明質酸含量摻和以產生提供極佳機械及效能特性之經整合及穩定材料。穩定蛋白酶囊袋(微系統或奈米系統或者甚至核心殼體電紡系統)可經摻和成作為製作製程之部分之材料且在機械破壞後旋即將破裂且釋放酶以用於基板之功能降級，其中反應速率相依於酶類型、濃度、活化狀態及基板表面面積。酶最初目標係更不穩定成分(諸如明膠及透明質酸(透明質酸酶))，而藉此打開絲結構以便由額外蛋白酶(例如，胰凝乳蛋白酶或蛋白酶XIV)接達。類似地，用以將絲域鏈接至功能材料中之彈性蛋白共聚物將易於受物理衝擊影響，從而導致材料 收縮及酶之釋放(如在與彈性蛋白一起使用之藥品遞送模式中)以活化降解製程。所有上文選項亦可成為絲磚片或小片上之塗層，以提供較大材料之較迅速破碎，後續接著整個結構之較慢降解。
在另一實施例中，可將一或多個囊袋或貯存器以光微影方式圖案化至基板中且可將一轉印液體或材料封閉於該囊袋或貯存器中。圖130示意性地圖解說明藉由利用此形態之機械衝擊之一形式之暫態。圖130(a)一般展示在一初始時間A、一稍後時間B及在與地面G衝擊後旋即沿虛箭頭朝向地面G降落之一暫態裝置1300。此等相同時間框架詳細展示於圖130(b)中，其中暫態裝置1300包含一基板1302、一或多個無機半導體組件1304、一或多個金屬導體組件1304及呈一囊袋或貯存器之形式之一致動器1306。在與地面G衝擊後，囊袋或貯存器1306旋即形成裂縫1310或以其他方式被破壞或破裂，從而允許內容物逃逸，舉例而言如液體坑1312。舉例而言，該液體可係水、PBS溶液、一酶溶液、一酸、一鹼、一非水溶劑或此等之組合。
RF信標示範器裝置
闡述由經設計以在約60,000 ft(圖81)之一高度處自一飛機降落之配備有RF傳輸能力之一信標組成之一暫態示範器裝置。該信標在其降落期間每約1 s將一經調變RF脈衝信號發送至飛機。飛機使用目前最佳技術接收器系統來擷取信號。
裝置之要求驅動暫態技術之選擇。相依於細節，降落之 時間在1000 s與2000 s之間。可使用弗林斯路徑自由傳輸方程式[19]估計傳輸功率。若飛機上之接收器具有-150 dBm之一敏感度[20]，接收器天線係在具有20 dBi之一增益之情況下定向，信標上之傳輸天線係在具有0 dBi之一方向增益之情況下全向的，傳輸範圍係60,000英尺且載波頻率係433 MHz，則信標之傳輸功率可小至1×10-9 W。事實上，所需功率必須克服繞射及大氣吸收之實際約束。基於用以監視鳥類遷移之RF傳輸器之一保守估計贊成具有高達10 km之一傳輸範圍之10 mW之一輸出功率[21]。在60,000英尺之一距離處，可需要約30 mW之一傳輸器輸出功率。假定由信標產生之脈衝寬度係20 ms，則在降落期間消耗之總能量係約30 mJ。此功率可由一電池或一太陽能電池提供。一電池在一個1.3×1.3 cm2面積下具有15 mAh之一典型電容。具有約20%效率之一基於矽之太陽能電池可自直射太陽光產生100 mW/cm2[22]。追求兩個選項。
信標設計(2×2 cm)利用一個二級結構(圖82)。第一級產生一高頻無線電信號(30 MHz至433 MHz)，且第二級調變且放大此信號。所得信號在通過一阻抗匹配電路之後藉由一鞭狀天線或環狀天線[23]傳輸。圖82中之圖解說明展示太陽能電池功率選項。示範裝置涉及一暫態基板上之商用組件及與暫態互連件之一總成(亦即，一「暫態印刷電路板」以及一暫態天線)。
總之，此工作之結果：以與其他先前所示範暫態材料相容之一方式指定且限定ZnO之沈積方法；構造且示範包含 二極體及電晶體之ZnO暫態電子組件，且比較暫態行為與理論模型；構造且示範用於分子玻璃薄膜中之受控制熱毛細管現象之結構；針對一裝置結構中之暫態實施熱毛細管觸發器；比較行為與理論；針對包含ZnO及Si成分兩者之全暫態結構中之暫態實施熱毛細管觸發器；開發CMOS代工廠製作之電路/裝置佈局；使用Si製程之原型設計；示範小比例小晶片相容w/轉印印刷；對具有整合式裝置之絲+Au-NP基板實施光學觸發之暫態；示範用於基板降解之光學觸發器；示範裝置之光學觸發之降解；示範呈獨立膜格式之絲/蛋白酶化合物之製造；示範含有微囊貸之暫態電子器件之絲基板之製造及表徵；示範所製造複合基板上之電子裝置之整合；執行絲複合暫態形態及時間(具體而言，衝擊暫態)之測試及確認；整合衝擊驅動之暫態之基板上之裝置；示範衝擊觸發之暫態；設計及原型RF信標裝置；在可再吸收基板上製造RF信標；示範Si太陽能電池與電池界面；獲得昇華蠟且執行材料評估；在昇華之蠟上製造暫態電子組件；及示範藉由昇華之暫態。
實例10 水溶性ZNO TFT及能量收穫器
實例示範水溶性ZnO薄膜電晶體(TFT)、電容器及能量收穫器。圖83及圖84展示ZnO薄膜電晶體以及電容器陣列及組件之示意圖。該等電晶體含有Mg源極、汲極及閘極電極，一個SiO2閘極介電質及ZnO半導體。該等電容器包含一基板，該基板具有安置於其上之一底部Mg電極、安置 於該底部Mg電極上之一個ZnO半導體及安置於該ZnO層上之一頂部Mg電極。圖85展示ZnO膜性質之曲線圖及顯微圖。舉例而言，展示一粉末X射線繞射曲線圖及ZnO之晶體結構代表(圖85(a))，在電力接通及關斷時之ZnO膜之一電壓對位移曲線(圖85(b))，一個ZnO膜之一電子顯微圖(圖85(c))及一個ZnO膜之一時間對偏壓曲線(圖85(d))。ZnO膜之所估計顆粒大小係約25 nm。ZnO電晶體之額外電表徵係提供於圖86之電流對電壓曲線圖中，圖86展示接通/關斷比率>約103，Vth(臨限電壓)約2 V，遷移率約1 cm2/Vs。對於在應力/應變下之ZnO能量收穫器(圖87(c))，時間對電壓曲線圖(圖87(a))及時間對電流曲線圖(圖87(b))展示P=I×V=6 nW、功率密度=0.15 μW/cm2且應變速率=1.5 cm/sec。圖88中展示在一小時之過程內溶解於水中之絲基板上之ZnO電晶體陣列及能量收穫器陣列之照片時間消逝。圖89展示在暫態期間一個ZnO電晶體之效能之曲線圖(圖89(a))。效能係量測為隨時間之遷移率(圖89(b))及電流對電壓(圖89(c))。圖90展示來自一絲基板上之具有Mg觸點之一個ZnO能量收穫器之電流之一模型： 其中-高效壓電常數
T-加負載及電流之時期
(w ZnO,1 l ZnO,1+w ZnO,2 l ZnO,2)-每一群組之帶之面積
w ZnO,1,l ZnO,1,w ZnO,2,l ZnO,2-帶之平面內大小
n ZnO -帶之數目
對於=-0.45 C/m2(與其來自材料庫之值相同之次序)，來自理論之最大電流等於實驗結果，Imax=0.55 nA。圖91展示來自一絲基板上之具有Mg觸點之一個ZnO能量收穫器之電壓之一模型： 其中T-加負載及電壓之時期
介電常數
R-電壓計之電阻
對於=9.86×10-11 C/(V．m)(來自材料庫)及R=5×109 Ω，來自理論之最大電壓等於實驗結果，Vmax=1.14 V。
電觸發之暫態： RF誘發之電化學
圖92展示一電化學量測設立之一示意圖(圖92(a))及具有約0.2 cm2之一電極面積之Fe、Al及Cu之一電流對電壓曲線圖(圖92(b))。Fe、Al及Cu之電化學研究展示可在施加陽極電壓後旋即顯著加速溶解速率。表9展示Fe、Al及Cu之所估計溶解時間。然而，應注意，Al及Cu展現不均勻溶解。
圖93展示一電路示範之示意圖，其中一第一電流路徑經由電化學之陽極溶解觸發電流行進照亮一LED之一第二電流路徑。圖94展示在陽極溶解之前(圖94(a))及在陽極溶解之後(圖94(b))在圖93中示意性地闡述之裝置之照片。當可選擇性移除之金屬係50 μm寬及50 nm厚時，溶解回應發生於4秒內。
太陽能供電式RF信標及暫態PCB
圖95展示包含一太陽能電池、一低頻信號產生器、一切換器、一高頻信號產生器及一阻抗匹配單元之一暫態RF信標之一示意圖。藉由信標傳輸之信號在包含一RF放大器及一信號分析器之一接收器站處接收。整個信標傳輸器基於暫態互連件(Mg)及基板(絲蛋白膜)，且電力係由基於矽之太陽能電池提供。藉由一低頻信號(1 Hz)調變一高頻信號(160 MHz)。接收器站含有一高增益天線及可偵測極小信號之一目前最佳技術RF放大器。信標傳輸器含有一小型化線圈天線(鞭狀天線)。
圖96展示一暫態雙側印刷電路板之一示意圖，其展示前側(圖96(a))、背側(圖96(b))及前側與背側之對準(圖96(c至d))。在一第一步驟中，透過一陰影遮罩將Mg沈積於一絲 基板上。然後透過導通體墊穿孔洞，且用銀膏連接前組件與背組件。圖97展示一雙側太陽能供電式RF信標之一示意圖(圖97(a))及該雙側太陽能供電式RF信標之照片(圖97(b))。圖98展示附接至透過一天線與一接收器站之一信號分析器之一天線通信之一個Mg天線的太陽能供電式RF信標之照片。
圖99展示具有約3 μm之一厚度之一太陽能電池(圖99(a))及展示該太陽能電池之電流及電力對電壓之一曲線圖(圖99(b))。為了比較，圖99(c)展示在圖98之信標中使用之約15 μm厚太陽能電池之一電流對電壓曲線圖。結果證明較薄Si太陽能電池(約3μm)與暫態RF信標傳輸器整合之可能性。
圖100展示具有在160 MHz下之一中心頻率以供用於太陽能供電式RF信標中之一全向Mg線圈天線。圖101提供在裝置由一DC電源供應器以高電力供電時信標信號輸出之圖形(圖101(a))及在裝置由一暫態太陽能電池以較低電力供電時信標信號輸出之圖形(圖101(b))。圖102提供在由一DC電源供應器供電時由接收器在5米之一距離處自信標接收之信號之圖形(圖102(a))及在由一暫態太陽能電池供電時由接收器在10 cm之一距離處自信標接收之信號之圖形(圖102(b))。圖103係使用商用太陽能電池之一絲基板上之一暫態RF信標傳輸器之一照片。
非水暫態材料
圖80展示在10天之過程內可昇華蠟之一時間消逝照片。 併入有可昇華蠟之暫態裝置可藉由在約80℃下熔化固體形式之蠟然後將其冷卻至室溫，或者自一有機溶劑(諸如乙烷)旋轉澆鑄蠟且將經旋轉蠟亁燥達幾小時來製作。使用熔化方法，可能使任何類型之形狀及厚度可控制。然而，蠟往往會粉碎成細小片且容易破碎。此外，材料之物理汽相沈積由於極高蒸汽壓力而係不可能的。使用旋轉澆鑄方法，所得膜快速消失(例如，在約24小時內)。薄幾何形狀使基板太易碎而不能處置且一單獨支撐件係期望的。另外，膜往往會展現微孔隙率/奈米孔隙率。圖104展示用於產生可昇華材料以供在暫態裝置中使用之一電紡設備之一照片。
可昇華材料包含但不限於亁冰(CO2)、萘(C10H8)、氯化銨(NH4Cl)、氯化鐵(FeCl3)、氯化鋁(AlCl3)、三聚氰胺(C3H6N6)、二茂鎳、莰酮(C10H16O)、咖啡因(C8H10N4O2)以及其他有機晶體及消失之蠟。此等材料可個別地使用、彼此組合地使用及/或在併入有小分子、可昇華材料作為提供結構支撐之墊板中之纖維之複合物中使用。
圖105提供例示性電紡材料之照片。圖105(a)左邊展示一亁燥電紡PVA墊板且右邊展示一水合電紡PVA墊板。圖105(b)左邊展示一棉紗布且右邊展示一電紡牛纖維蛋白原墊板。
暫態金屬之溶解動力學
研究暫態金屬之溶解動力學。暫態金屬可在一生物環境(pH 6至8)(諸如人體、中性水、海水及諸如此類)中降解以 及生物可再吸收、環境良性且與電子裝置相容。
圖106展示電開口顯現於以300 nm之一厚度沈積之各種金屬(Mg、Zn、AZ31B(含有Al：3%、Zn：1%之一個Mg合金)、Fe及W)之金屬線中之大約時間之曲線圖(圖106(a))及具有150 nm及300 nm之厚度之Fe之曲線圖(圖106(b))。表10總結結果：
圖107提供溶解機制之示意圖。圖107(a)涉及穿過孔之水擴散及一金屬之缺陷以及自表面破碎之金屬塊之崩解或剝落。另外，圖107(c)展示金屬在溶解後旋即變得較薄且更多孔。在一典型溶解機制中，金屬與水根據以下反應來反應：Mg+2H2O → Mg(OH)2+H2
4Fe+6H2O+3O2 → 4Fe(OH)3
Zn+H2O → Zn(OH)2+H2
2W+2H2O+3O2 → 2H2WO4
圖107(b)圖解說明涉及在不藉助崩解之情況下之溶解之一機制。此反應性擴散模型涉及藉由兩個常數參數k(反應)及D(擴散)定義之表面反應及水擴散至金屬中。該模型未併入崩解/剝落。
一般溶解現象由不必係均勻之溶解表徵。在圖案化於具有一個5 nm Ti或Cr黏合層之玻璃上之金屬之研究中，電阻 隨時間之改變來自厚度改變及孔隙率改變兩者。由於膜品質可受沈積條件影響，因此針對每一金屬使該等條件保持恆定。
圖108繪製展示根據圖107(b)之隨時間之金屬溶解之理論及實驗結果。該模型適合較快溶解金屬(Mg、Zn及Mg合金，但針對較慢溶解金屬(W、Fe(300 nm)偏離)。崩解/剝落可能緊接在經過整個溶解時間提供類似動力學之快溶解金屬之溶解開始之後發生，且因此使用常數k及D將不對理論估計引入顯著偏差。
雖然脫層尤其在其經受較長浸入時間時具有在較厚膜中發生之一較高機率，但可能由於在濺鍍製程期間開發之壓縮殘餘應力而僅針對薄(100 nm)鎢膜觀察到剝落。可能鎢之溶解動力學可在初始級與稍後級之間不同。舉例而言，鎢可在初始級處均勻地溶解，其中崩解/剝落在稍後級處變得顯著。使用常數參數k及D來在稍後級處適合實驗資料將過高估計初始級處之溶解速率。圖109提供展示在前6小時期間具有均勻表面形態之鎢跡線之初始溶解之照片(圖109(a))，後續接著暗示鎢跡線之崩解/剝落在稍後時間(例如，18小時)變得顯著之不均勻表面形態(圖109(b))以及鎢脫層(圖109(c))、鎢脫層及形成裂縫(圖109(d))及PBS溶液中之鎢剝落(圖109(e))之實例。可能藉由增加濺鍍Ar壓力、改變至不同基板(玻璃至Si)及使用一個Cr黏合層減小殘餘應力以促進具有一較佳晶格匹配之穩定α W相位(BCC相位兩者)。
圖110展示在溶解於DI水中之前的100 nm W膜之照片(圖100(a))及在溶解20小時之後的100 nm W膜之照片(圖110(b))。鎢在良好行為之情況下溶解於DI水中，且在薄膜之剝落之情況下在PBS溶液中溶解要快得多。一密集W薄膜在溶解之後變成一多孔網路。XPS不展示WO3在溶解期間於表面上形成。圖110(c)展示不同寬度之一個100 nm W膜之溶解行為。
觀察到AZ31B之溶解不均勻。AZ31B最終完全溶解，其中溶解比在PBS溶液中快得多。XPS結果展示曝露於溶液之表面上之MgO/Mg(OH)2。圖111展示在溶解之前的一AZ31B膜(圖111(a))及在於DI水中溶解2小時之後的一AZ31B膜(圖111(b))。圖111(c)展示300 nm AZ31B Mg合金在DI水及PBS溶液中之溶解行為。
觀察到Zn之溶解不均勻。Zn最終完全溶解，其中由於磷酸鹽之形成減慢溶解而在DI水中之溶解較快。由於低蒸汽壓力而不能對Zn執行XPS。圖112展示在溶解之前的一Zn膜(圖112(a))及在於DI水中溶解2小時之後的一Zn膜(圖112(b))。圖112(c)展示300 nm Zn在DI水及PBS溶液中之溶解行為。
觀察到Fe之溶解不均勻。Fe在某些位置處開始生銹且鏽產物多達數天不完全溶解。Fe溶解對關於具有在數天之後不展示電阻改變之較小/較密集顆粒之薄膜之沈積條件極為敏感。Fe在PBS溶液中溶解較快。XPS展示與鏽Fe2O3/Fe(OH)3相關聯之表面產物。圖113展示具有比圖 112(b)之較精細顆粒腐蝕快之粗糙/密集顆粒(圖112(a))之一個Fe膜。圖112(c)展示150 nm Fe在DI水及PBS溶液中之溶解行為。
圖114總結DI水(pH 6.8)及磷酸鹽緩衝溶液(pH 7.4)中之金屬溶解資料。為了比較，PBS中之Si之溶解性質係展示於圖115中且總結於表11中。
暫態裝置可植入於一手術位點處以投與熱治療以對抗細菌感染。圖116展示在一絲基板上具有一個Mg電感器線圈及一個Mg電阻器(約300 Ω)之一暫態熱治療裝置之一照片(圖116(a))及紅外線影像(圖116(b))。在49 MHz下，該裝置以約25%電力操作。此裝置係植入於在一周後不具有感染跡象之鼠模型中。
圖117展示細菌培養物之活體外評價之一照片。將組織稱重(每一樣本70 mg至80 mg)且在DPBS(2.5 mL至3 mL)中同質化且稀釋105、106及107倍。每一稀釋液之50 μL用以將2 TSB瓊脂板製成板。在於37℃下培養24小時之後，該等板上之菌落被計數且列示於表12中，其中(H)不含有植入器且不存在健康組織感染，(D)含有經植入裝置，且(B1 及B2)感染有細菌： 在H或D上未觀察到細菌。
早期工作之總結
圖118提供絲基板上之完全形成之暫態MOSFETS及積體電路之一示意圖。圖119提供展示圖118之完全形成之暫態MOSFETS及積體電路之溶解之一時間消逝之照片。圖120提供完全形成之暫態MOSFETS及積體電路之照片及效能曲線圖。特定而言，使用光微影製作且電表徵NMOS反相器陣列及邏輯閘。圖121提供暫態RF電子器件之照片及效能曲線圖：(a至b)整流器，(c至d)電容器，(e至f)電感器及(g至h)電阻器。圖122提供呈3級CMOS環振盪器之形式之暫態RF電子器件之照片及效能曲線圖。圖123提供Fe電極CMOS振盪器之照片。圖124提供與Fe電極CMOS邏輯電路(NAND、NOR)相關之照片、示意圖及曲線圖。圖125提供邏輯電路變換(邏輯電路至CMOS反相器)之照片。圖126提供展示Mg合金(AZ31B、Al 3%、ZN 1%)TFT之效能之曲線圖。圖127提供具有天線之暫態RF電子器件之照片、效 能曲線圖及時間消逝溶解研究。圖128提供併入有來自圖121至圖127之組件之一暫態RF裝置之示意圖、照片及時間消逝溶解研究。
實例11
此實例揭示一電化學暫態電源供應器。在電化學暫態電源供應器之一實施例中，Mg-Fe或Mg-Pt(Au)金屬耦合件在Mg溶解後旋即形成一暫態電池以形成一原位微加熱器。圖129展示電化學暫態電源供應器(圖129(a))之一示意圖及展示金屬耦合件之隨時間之電壓及放電電流之效能曲線圖(圖129(b)至圖129(c))。
關於參考文獻之併入及變化形式之聲明
本申請案通篇中之所有所引用參考文獻(舉例而言，包含所頒佈或所授予之專利或等效形式、專利申請公開案及非專利文獻或其他來源材料之專利文件)皆彷佛個別以引用方式併入一般將其以全文引用之方式併入本文中，其引用程度使每一參考文獻皆至少部分地與本申請案中之揭示內容相一致(舉例而言，將部分地不一致之一參考文獻中除該參考文獻中部分地不一致部分以外的部分以引用方式併入)。
於2011年12月1日提出申請之第61/565,907號美國臨時申請案以及與其一起遞交之附件A及B各自以全文引用之方式併入本文中。
以下參考文獻一般而言係關於撓性及/或可拉伸半導體材料及裝置且各自以全文引用之方式併入本文中：於2010 年5月12日提出申請之第12/778,588號美國專利申請案、於2005年6月2日提出申請且2005年12月22日在第WO2005/122285號下公開之第PCT/US05/19354號PCT國際申請案、於2010年3月12日提出申請之第61/313,397號美國臨時專利申請案、於2007年9月6日提出申請且2008年7月3日在第2008/0157235號下公開之第11/851,182號美國專利申請案以及於2007年9月6日提出申請且2008年3月13日在第WO2008/030960號下公開之第PCT/US07/77759號PCT國際申請案。
以下參考文獻一般而言係關於生物可再吸收基板及製作生物可再吸收基板之方法且各自以全文引用之方式併入本文中：2003年6月24日提出申請之PCT專利申請案PCT/US03/19968、2004年1月7日提出申請之PCT專利申請案PCT/US04/000255、2004年4月12日提出申請之PCT專利申請案PCT/US04/11199、2005年6月13日提出申請之PCT專利申請案PCT/US05/20844及2006年7月28日提出申請之PCT專利申請案PCT/US06/029826。
本文中所採用之術語及表達係用作說明性而非限制性術語，且並非意欲藉由使用此等術語及表達來排除所展示及所闡述特徵或其部分之任何等效形式，而是應認識到，在所主張之本發明之範疇內可存在各種修改形式。因此，應理解，雖然已藉由較佳實施例、例示性實施例及選用特徵來具體揭示本發明，但熟習此項技術者亦可採取本文所揭示概念之修改形式及變化形式，且此等修改形式及變化形 式視為歸屬於由隨附申請專利範圍所定義之本發明之範疇內。本文中所提供之特定實施例係本發明之適用實施例之實例且熟習此項技術者將明瞭，可使用本說明中所列舉之裝置、裝置組件及方法步驟之大量變化形式來實施本發明。如熟習此項技術者將顯而易見，方法及適用於本發明方法之裝置可包含大量選用組成以及處理元件及步驟。
當本文中揭示一替代物群組時，應理解，單獨地揭示彼群組之所有個別成員及所有子群組，包含該等群組成員之任何異構體、對映體及非對映體。當本文中使用一Markush群組或其他分組時，意欲將該群組之所有個別成員及該群組之所有可能的組合與子組合個別地包含於本發明中。當本文中闡述一化合物而未(舉例而言)以一化學式或以一化學名稱明確說明該化合物之一特定異構體、對映體或非對映體時，彼說明意欲個別地或以任何組合形式包含所闡述化合物之每一異構體及對映體。另外，除非另外明確說明，否則本文中所揭示之化合物之所有同位素變體意欲由本發明囊括。舉例而言，將理解，可用氘或氚替換所揭示之一分子中之任何一或多個氫。一分子之同位素變體通常適用作該分子之化驗標準且適用於與該分子及其使用相關之化學及生物研究中。用於製成此等同位素變體之方法在此項技術中係已知的。化合物之特定名稱意欲作為例示性，此乃因熟習此項技術者可以不同方式命名相同化合物。
以下參考文獻一般而言係關於用於製作電子裝置之製作 方法、結構及系統，且以引用之方式併入本文中達不與本申請案中之揭示內容一致之程度。
必須注意，如本文中所使用且如在隨附申請專利範圍中，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」包括複數參考。因此，舉例而言，對「一單元(a cell)」之參考包含熟習此項技術者已知之複數個此等單元及其等效形式等等。此外，術語「一(a)」(或「一(an)」)、「一或多個(one or more)」及「至少一個(at least one)」可在本文中互換使用。亦應注意，術語「包括(comprising)」、「包含(including)」及「具有(having)」可互換使用。表達「如請求項XX至YY中任一項之(of any of claims XX-YY)」(其中XX及YY係請求項編號)意欲以替代形式提供一多重附屬請求項，且在某些實施例中可與表達「如請求項XX至YY中任一請求項之(as in any one of claims XX-YY)」互換。
除非另外定義，否則本文中所使用之所有技術及科學術語具有熟習本發明所屬之技術者普遍理解之相同意義。雖然可在實踐或測試本發明時使用類似於或等效於本文中所闡述之彼等方法及材料之任何方法及材料，但現在闡述較佳方法及材料。本文中無內容應解釋為承認本發明沒有資格早於根據先前發明之此類揭示內容。
在本說明書中每當給出一範圍(舉例而言，一整數範圍、一溫度範圍、一時間範圍、或一組成範圍或濃度範圍)時，所有中間範圍及子範圍以及包含於所給出範圍中之所有個別值皆意欲包含於本發明中。如本文中所使用，範圍具體包含提供為範圍之端點值之值。如本文中所使用，範圍具體包含該範圍之所有整數值。舉例而言，1至100之一範圍具體包含端點值1及100。將理解，可能自本文中之申請專利範圍中排除本文中之說明中所包含之任何子範圍或一範圍或子範圍中之個別值。
如本文中所使用，「包括(comprising)」與「包含(including)」、「含有(containing)」或「由...表徵(characterized by)」同義且與其互換使用，且係包含性或無限制性的且不排除額外、未列舉之元件或方法步驟。如本文中所使用，「由...組成(consisting of)」排除了在技術方案要素中未明確說明之任何元件、步驟或成分。如本文中所使用，「基本上由...組成(consisting essentially of)」不排除不會顯著影響技術方案之基本及新穎特性之材料或步驟。在本文中之每一例項中，術語「包括(comprising)」、「基本上由...組成(consisting essentially of)」及「由...組成(consisting of)」中之任一者皆可由其他兩個術語替換。可在不存在本文中未具體揭示之任何要素或者一或若干限制之情形下實踐本文中合適地以說明性方式闡述之發明。
熟習此項技術者將瞭解，無需藉助於過多之實驗即可在本發明之實踐中採用起始材料、生物材料、試劑、合成方法、純化方法、分析方法、化驗方法及除彼等所具體例示者以外之生物方法。本發明意欲包含任何此等材料及方法之所有為業內已知之功能等效形式。已採用之術語及表達係用作說明性而非限制性術語，且並非意欲藉由使用此等術語及表達來排除所展示及所闡述特徵或其部分之任何等效形式，而是應認識到，在所主張之本發明之範疇內可存在各種修改形式。因此，應理解，雖然已藉由較佳實施例及選用特徵來具體揭示本發明，但熟習此項技術者亦可採 取本文中所揭示概念之修改形式及變化形式，且此等修改形式及變化形式視為歸屬於由隨附申請專利範圍所定義之本發明之範疇內。
100‧‧‧暫態裝置
102‧‧‧可降解基板
104‧‧‧裝置組件
106‧‧‧裝置組件
1300‧‧‧暫態裝置
1302‧‧‧基板
1304‧‧‧無機半導體組件/金屬導體組件
1306‧‧‧致動器/囊袋/貯存器
1310‧‧‧裂縫
1312‧‧‧液體坑
1400‧‧‧暫態裝置
1402‧‧‧基板
1406‧‧‧金屬導體組件
1408‧‧‧接收器
1410‧‧‧致動器
1412‧‧‧傳輸器
1414‧‧‧使用者起始之外部觸發信號
b‧‧‧橫向尺寸/寬度
h‧‧‧垂直尺寸/高度
Ioff‧‧‧關斷電流
Ion‧‧‧接通電流
L‧‧‧縱向尺寸/長度
Vth‧‧‧臨限電壓
圖1提供一暫態裝置之一例示性示意圖。
圖2提供圖解說明用於使用本發明之特定實施例之一暫態裝置之例示性步驟之一流程圖。
圖3a至圖3d.具有關鍵材料、裝置結構及反應機構之暫態電子器件之示範平臺。a，包含全部在一薄絲基板上之所有基本材料及具有互連件及層間介電質之數個代表性裝置組件--電晶體、二極體、電感器、電容器及電阻器之一暫態電子平臺之影像。b，具有右下部插圖中之一俯視圖的此裝置之分解圖示意性圖解說明。所有材料--矽奈米隔膜(Si NM；半導體)及鎂薄膜(Mg，導體)、氧化鎂(MgO，介電質)、二氧化矽(SiO2，介電質)及絲(基板及封裝材料)--在其藉由水解及/或水中之簡單溶解消失之意義上係暫態的。c，展示受完全浸入於水中誘發之此類型之實體暫態之時間序列之影像。d，構成材料中之每一者與水之化學反應。對於Si及對於SiO2，反應產生矽酸(Si(OH)4)；Mg及MgO產生Mg(OH)2。絲以隨增加之β薄板內容物(亦即，結晶度)而降低之速率直接溶解。
圖4a至圖4f.暫態電子材料、裝置之實驗研究及對應理論分析。a，一單晶矽奈米隔膜(Si NM；初始尺寸：3 μm×3 μm×70 nm)在藉由磷酸鹽緩衝鹽水(PBS)中之水解之溶解之 各個級處之原子力顯微鏡(AFM)形態影像。b，用於矽之暫態理論模型中水解及擴散之製程之圖式。類似模型適用於其他暫態材料。c，具有不同厚度35 nm(黑色)、70 nm(藍色)、100 nm(紅色)之Si NM在37℃下於PBS中之時間相依溶解之實驗結果(符號)及模擬(線)。d，一個MgO層(10 nm厚)之頂部上之Mg(150 nm厚)跡線之一蛇形跡線之溶解之光學顯微鏡影像。e，展示藉由使用不同材料及厚度之囊封層調諧類似Mg跡線(300 nm厚)之溶解時間之能力之實驗(符號)及模擬(線)結果。此處，長度正規化電阻之量測展示暫態時間隨MgO囊封層(400 nm，紅色；800 nm，藍色)及絲(條件i，藍綠色；條件ii，紫色)之漸進增加。藉助此等簡單方案，可在自數分鐘至數天或更長之一範圍內調整暫態時間。暫態之預期時間框架係短期(數分鐘至數天)、中期(數天至數周)及長期(數周至數個月或數年)。絲封裝策略可進一步延長此等時間。f，藉助MgO及經結晶絲囊封之n通道電晶體之裝置層級處之暫態之量測。暫態展示涉及達數天之時間相依操作後續接著迅速降解之雙重動力學。囊封層及Mg電極中之暫態定義第一及第二時標。以此方式，囊封層之材料及其厚度可以自裝置操作解耦之一方式定義暫態時間。
圖5a至圖5h.暫態電子組件、電路及包含簡單積體電路及感測器陣列之感測器之影像及電性質。a，製作有Mg電極及MgO介電層(左邊)及具有蛇形Mg電阻器(右邊)之矽二極體之一LC(電感器-電容器)振盪器之影像。b，在高達3 GHz之頻率下之一電感器(藍色)、電容器(黑色)及LC振盪器(紅色)之S21散射參數之量測(左邊)。連接至三個不同Mg電阻器之矽二極體之電流-電壓(I-V)特性(右邊)。c，p通道(左邊)金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)之一陣列及包括n通道MOSFET之一邏輯閘(反相器；右邊)之影像。每一MOSFET由Mg源極、汲極、閘極電極，MgO閘極介電質及Si NM半導體組成。反相器將Mg用於互連件，且將Au用於呈圖式中所展示之一電路組態之源極、汲極、閘極電極。d，一代表性n通道MOSFET之I-V特性(左邊，通道長度(L)及寬度(W)分別係20 μm及900 μm)。臨限電壓、遷移率及接通/關斷比率分別係-0.2 V、660 cm2/V．s及>105。反相器之轉印特性(右邊，L及W針對輸入電晶體分別係20 μm及700 μm且針對負載電晶體分別係500 μm及40 μm)。電壓增益係約8。e，基於Si NM電阻器之一應變感測器集合(左邊)及具有阻流二極體之Si NM光電偵測器之可定址陣列之影像。在兩個情形中，Mg充當接觸及互連電極且MgO充當介電層。f，在循環加負載期間一代表性應變計隨時間之電阻之分率改變(左邊)。彎曲誘發張力(紅色)及單向高達約0.2%之壓縮(藍色)應變。藉助光電偵測器陣列收集之一商標之影像(右邊)。插圖展示商標設計。g，藉由一未經囊封Mg互連件之選擇性溶解之其中受控制暫態影響在此情形中自NOR(左邊)至NAND(右邊)操作之功能變換之邏輯閘之影像。h，在變換之前(NOR，左邊)及在變換之後(NAND，右邊)電路之輸出電壓特性。Va及Vb表 示電壓輸入。
圖6a至圖6g.用於熱治療之一暫態生物可再吸收裝置之活體內評價及實例. a，一BALB-c鼠之真皮下背部區域中之暫態電子器件之經植入(左邊)及經縫合(右邊)示範平臺之影像。b，在3周之後的植入位點(左邊)。展示絲膜之一經部分再吸收區域之在3周之後切離之植入位點處之組織之組織學區段(右邊)。(A，皮下組織；B，絲膜；C，肌肉層)c，在植入後即刻、在其後的數個時間間隔處之一經植入暫態RF超材料結構在放置於一絲封裝中之前及之後的共振回應。d，超材料之經量測及經計算Q因子。結果指示由生物流體穿過絲封裝之擴散支配之暫態。e，由連接至一第一無線線圈(70 MHz；外線圈)之兩個電阻器(紅色輪廓)及連接至一第二可獨立定址之無線線圈(140 MHz；內線圈)之一第二電阻器(藍色輪廓)組成之用於熱治療之暫態無線裝置。插圖展示與在兩個頻率下操作之一初級線圈耦合以同時驅動內線圈及外線圈兩者之此裝置之熱影像。f，一暫態熱治療裝置之緊挨一經縫合植入位點之初級線圈。插圖展示一裝置之影像。g，在透過肌膚給裝置無線地供電時收集之熱影像；結果藉助插圖中之放大視圖展示預期位置處之一熱點(5℃上文背景)。
圖7.一絲基板上之暫態電子器件之一彎曲示範平臺之影像。平坦狀態顯現於圖3a中。
圖8a至圖8e.針對三個不同初始厚度使用原子力顯微鏡(AFM)評價之與PBS中之溶解之各種狀態下之Si NM相關聯 之表面形態。a，70 nm，b及c，30 nm，d及e，100 nm。
圖9a至圖9c. PBS中之暫態電子材料之薄層之厚度之時間相依改變。a，室溫下之Si NM，b，室溫下之PECVD SiO2，c，37℃下之PECVD SiO2。
圖10a至圖10f.在溶解於水中之期間的藉助各種材料囊封之一Mg蛇形跡線之電流-電壓特性改變：a，Mg跡線(300 nm)隨時間之長度正規化之電阻改變之實驗(符號)及分析結果(線)。插圖展示Mg跡線之影像，b，Ti/Mg(5/300 nm)，c，Ti/Mg/MgO(5/300/400 nm)，d，Ti/Mg/MgO(5/300/800 nm)，e，Ti/Mg/MgO/絲(i)(5/300/400 nm/50 μm)，f，Ti/Mg/MgO/絲(ii)(5/300/800 nm/50 μm)。
圖11a至圖11b.水中之暫態電子材料之時間相依溶解。a，MgO(150 nm)及b，Mg(300 nm)，其具有作為一黏合促進劑之一個5 nm Ti層。
圖12a至圖12c.作為用以加速暫態之速率之一構件之經設計以崩解之暫態電子裝置之影像及電表徵。a，一6×9矽電晶體陣列之影像(第一圖框)。每一電晶體使用作用通道區域之Si奈米帶陣列(第二圖框)。此等奈米帶在溶解之較早級中崩解成個別小片，如第三(3分鐘)及第四(5分鐘)圖框中所展示。b，在溶解之前(第一及第二圖框)及在溶解之後(第三及第四圖框)之製作有Si奈米帶之一6×8矽二極體陣列之影像。c，自崩解電晶體量測之線性(藍色)及對數比例(紅色)轉印曲線(左邊)、崩解電晶體之電流-電壓(I-V)曲線(中間)及崩解二極體之I-V特性(右邊)。
圖13a至13b.藉助a，PLGA及b，膠原囊封的水中之一溶解Mg蛇形跡線之長度正規化電阻改變。
圖14a至圖14c. a，藉由其在4 V、5 V及6 V之閘極電壓下隨通道長度而變之寬度正規化電阻評價之n型MOSFET中之Mg與Au源極/汲極電極之比較。b，各自針對分別係150 nm及300 nm之兩個不同厚度之多個線寬度之Mg及Au跡線之經量測電阻。c，使用Mg及Au源極/汲極電極之來自MOSFET之轉印曲線(左邊)及I-V特性(右邊)。
圖15a至圖15i. a，具有不同大小之暫態電容器之影像。兩個Mg電極之重迭面積係30×100 μm(黑色)、100×100 μm(紅色)、150×100 μm(藍色)、200×100 μm(紫色)。b，使用MgO(左邊)及SiO2(右邊)介電質之經量測電容。c，由Mg源極、汲極、閘極電極，MgO閘極介電質及Si NM作用層組成之n通道暫態MOSFET之影像。d，c中所展示之一代表性MOSFET之線性(黑色)及對數比例(藍色)轉印曲線。e，圖5c之左邊圖框中所展示之一p通道暫態MOSFET之線性(黑色)及對數比例(藍色)轉印曲線。通道長度(L)及寬度(W)分別係20 μm及600 μm。臨限電壓、遷移率及接通/關斷比率分別係-6 V、100±10 cm2/V．s及約105。f，基於Si NM二極體之一經互連4×4溫度感測器陣列之影像。g，在不同溫度下之一溫度感測器之I-V特性(左邊)。在不同溫度下施加至一溫度感測器以產生10 μA之一輸出電流之電壓。來自所得校準曲線之電壓-溫度斜率係約-2.23 mV/℃(右邊)。h，使用Mg電阻器、Mg互連件及MgO作為一層間 介電質之4×4溫度感測器陣列之影像。i，h中所展示之一代表性溫度感測器之I-V特性(左邊)。一Mg溫度感測器之電阻對溫度之經量測相依性(右邊)。隨著溫度增加，電阻以約0.14 Ω/℃之斜率增加。
圖16a至圖16d. a，使用約3 μm厚Si板及Mg互連件之太陽能電池之影像(左邊)。隨電壓而變的自一代表性裝置量測之電流密度及功率(右邊)。b，隨所施加張力(紅色)及壓縮應變(藍色)而變的一矽電阻器之電阻之分率改變之實驗(符號)及分析(線)結果。c，圖5e之右邊圖框中所展示之一代表性像素之I-V特性。暗(紅色)及亮(藍色)分別指示一光源接通及關斷之狀態。d，使用8×8暫態光電偵測器陣列獲得之各種影像，該等暫態光電偵測器以其中掃描物件且組合一所記錄影像集合以改良效應解析度之一模式操作。每一插圖展示原始物件圖案。使用含有一物件、一擴散光源、一平凹透鏡及一單獨資料獲取程式之一簡單光學設立。透鏡與源影像之距離係98毫米。在特定情形中，使用一過掃描程序來改良出故障像素之效應。
圖17a至圖17d.各種感測器之個別像素佈局，a，基於Si二極體(左邊)、Mg電阻器(右邊)之溫度感測器，b，Si太陽能電池，c，Si應變感測器，d，Si光電二極體。插圖展示每一感測器之電示意圖。
圖18a至圖18b. a，展示藉由暫態攝像機擷取之一未經改正、正規化影像之影像。紅色突出顯示之區域對應於出故障之像素。其效應可藉由過掃描移除。b，此過掃描製程 之結果。
圖19a至圖19h.在受控制功能變換之前及之後的暫態電子電路之影像及電表徵。a，藉由溶解一策略Mg互連件之自一NAND閘(左邊)至一反相器及電晶體(右邊)之變換之影像。 b， 在變換之後的具有指示輸入電壓之VA及VB之一NAND閘之電表徵(右邊)及一反相器之電壓轉印特性(左邊)。c，藉由溶解一策略Mg互連件之自一NAND閘(左邊)至經隔離電晶體(右邊)之變換之影像。d，在變換之後的一所得電晶體之轉印曲線(左邊)及電流-電壓特性(右邊)之線性及對數比例曲線圖。e，藉由溶解一策略Mg互連件之自一NOR閘(左邊)至個別電晶體(右邊)之變換之影像。f，在變換之後的NOR閘之輸出電壓特性(左邊)及一電晶體之I-V特性。g，藉由溶解Mg電阻器之自一Mg電阻器(左邊)至一Si二極體(右邊)之一功能改變之影像。h，一Mg電阻器(左邊)及一Si二極體(右邊)之I-V特性。
圖20a至圖20b.生物相容性之額外組織學分析。此實例對應於在植入達2周之後的一絲裝置。a及b以低及高放大率展示影像之複合集合。(A，皮下組織；B，絲膜；C，肌肉層)
圖21a至圖21c. a，與並聯之兩個矽電阻器整合在一起之無線電力線圈之影像。b，矽電阻器之I-V特性。c，透過與兩個電阻器之電感性耦合無線地供電之加熱線圈之紅外線(IR)影像。
圖22.使用以下不同輸入功率在68 MHz之一頻率下電感 地驅動之一加熱器之紅外線影像：0%(頂部-左邊)、18%(底部-左邊)、20%(頂部-右邊)及25%(底部-右邊)。
圖23a至圖23c. a，與一電感性線圈整合在一起之一Mg電阻器之示範：1個電阻器(左邊)及2個電阻器(右邊)。b，一Mg電阻器之經量測I-V特性。c，具有不同數目個Mg電阻器之線圈之IR影像：1個電阻器(左邊)及2個電阻器(右邊)。
圖24a至圖24h.用於裝置層級研究之暫態裝置之佈局。a，n通道MOSFET，b，對應於(a)中之虛線白框之個別n通道MOSFET，c，對應於(d)中之虛線白框之個別Si二極體，d，Si二極體，e，NAND閘，f，對應於(e)中之虛線白框之個別NAND閘，g，對應於(h)中之虛線白框之個別Mg電阻器，h，Mg電阻器。
圖25a至圖25b.用於暫態之裝置層級研究之結構。a，展示PDMS井及遠端探測墊之示意性圖解說明，b，在測試下之一裝置陣列之俯視圖圖像。
圖26a至圖26d.裝置層級處之暫態研究及暫態之可調諧性。a，自對應於圖4f中所展示之裝置之一暫態n通道MOSFET量測之在浸入於水中之後隨時間而變之線性(左邊)及對數比例(右邊)轉印曲線。資料展示呈暫態之雙重力學：在約前4天內之可忽略性質改變，後續接著迅速腐蝕。MgO及絲囊封層之厚度判定第一時標；Mg電極之厚度定義第二時標。b，矽二極體之時間相依電流改變(左邊)及電流-電壓特性(右邊)。總體暫態行為類似於MOSFET 之彼等暫態行為。插圖展示一裝置陣列之一影像。c，在類似條件下量測且具有0 V之輸入電壓之一邏輯閘(NAND)之輸出電壓特性。插圖展示一裝置陣列之一影像。d，Mg跡線之長度正規化電阻及隨時間之電阻之分率改變之量測。插圖展示一電阻器陣列。
圖27a至圖27d.由一暫態無線熱治療裝置提供之細菌抑制之活體外測試。a，各自在瓊脂下方且具有用於無線電力遞送之一初級線圈之以下三個不同暫態裝置之影像-一經隔離蛇形Mg電阻器(左邊)、一經隔離Mg RF電感性線圈(中間)、一經互連電阻器及線圈(線圈+電阻器，右邊)。b，一電阻器(左邊)、一線圈(中間)及一加熱器(右邊)。c，具有在80 MHz之一頻率下電感地供電之裝置之瓊脂板之紅外線影像。如所預期，電阻器(左邊)及線圈(中間)展示可忽略加熱。整合式裝置(右邊)展示電阻器之位置處之約50℃之一峰值溫度。d，培養之後的細菌之影像。結果展示對於電阻器(左邊)及線圈(中間)之情形無細菌清除。整合式裝置指示對應於電阻器及最熱核心地帶(右邊)之一區域處之細菌清除。
圖28a至圖28b.用以擷取a，單層及b，雙層之溶解動力學之理論模型之示意性圖解說明。
圖29a至圖29f.在藉由電漿增強之化學汽相沈積(PECVD)沈積之SiO2膜之不同厚度之各個溶解級處收集之AFM影像及線輪廓：a及b，35 nm，c及d，70 nm，e及f，100 nm。
圖30.在37℃下PBS中之具有不同厚度35 nm(黑色)、70 nm(藍色)、100 nm(紅色)之Si NM之時間相依溶解之實驗結果(符號)及理論預測(線)。此處所呈現之計算使用時間相依反應速率常數。
圖31.在水溶解期間在各種時間收集之一個ZnO奈米棒之掃描電子顯微圖。
圖32.一碳奈米管陣列上之一分子玻璃(MG2OH)之一薄膜中之選擇性熱毛細管流動之原子力顯微圖。金屬管中之選擇性焦耳加熱在具有每微米幾度之梯度之低溫下誘發上覆玻璃中之熱毛細管流動。
圖33.經觸發暫態之熱毛細管模型之一示意圖。
圖34. Au-NP絲溶液中之(左邊-至-右邊)吸收光譜及不同AuNP濃度之體樣本之影像。在由一綠色(532 nm)鐳射指示器照明時旋轉澆鑄於一玻璃載片上之一AuNP絲膜(2 μm厚)之熱影像及對應經量測熱量變曲線(藉助一FLIR SC-600熱成像器獲取之資料)。
圖35.絲中之微型針及展示模製成針以負載額外藥品劑量之微囊袋之插圖。
圖36.摻雜有酶(HRP)之經印刷絲之實例。曝露於TMB致使過氧化酶承受一比色反應且揭露經印刷圖案。
圖37.鎢栓塞線圈之活體外降解。
圖38.具有經植入栓塞線圈之兔子中之血清鎢位準。
圖39.在各種二元鎂合金之降解期間之氫釋出(作為降解之一度量)。
圖40.在不同pH下之Mg與Zn合金之腐蝕速率之比較。
圖41.在鐵(Fe)之活體外降解測試期間之降解速率及溶液鐵濃度。
圖42.與時間相關之電解質中之鐵之累積。
圖43. PVA及PLGA之化學結構、裝置幾何形狀及降解測試。
圖44.自一晶圓源驅動之矽隔膜之微轉印印刷之示意性圖解說明(左邊)及出於此目的之一代表性定製自動化工具之圖像(右邊)。右下部中之表提供效能規格。
圖45.在一塑膠基板上藉由TP組裝成一稀疏陣列之半導體奈米隔膜陣列(左邊)及絲之自由站立8」×11」薄板(右邊)。
圖46(a)至圖46(c).拉動一基板上之一成角度之印模之方向相依黏合之示意性圖解說明(a)及其對TP實施以達成以呈取回模式(b)及印刷模式(c)之一滾筒印刷模式之高速操作。在一側上取回同時在另一側上印刷係可能的。
圖47.用於將源於代工廠之Si CMOS轉化成可再吸收電子器件之組件建立區塊之流程圖。
圖48.針對TP製備Si CMOS(非可再吸收)之實例。
圖49.一定製高解析度電流體動力噴射印刷系統之關鍵組件(左邊)、固體形式代表(中間)及實際影像(右邊)之示意性圖解說明。
圖50.展示形成傳導線之似電路之配置(左邊)及亞微米解析度(右邊)之能力的藉由電流體動力噴射印刷之代表性圖案。
圖51.具有一整合式同軸環反電極之一電流體動力噴射印刷噴嘴之示意性圖解說明(左邊)及靜電模型化(右邊)。此配置具有消除基板對印刷製程之影響之潛能。(SU8係一光可圖案化環氧樹脂。)
圖52.涉及經壓紋浮凸特徵以便對齊、用於遞送經修改基於代工廠之裝置之μTP以及用於精細觸點及互連件之電流體動力噴射及粗糙特徵之噴墨的可再吸收電子器件之一完整製造流程之示意性圖解說明。用於感測(光學)及檢驗(電測試結構)之組件提供製程之回饋之途徑。
圖53.給一LED遠端地供電之暫態天線之示範。
圖54.暫態RF功率清掃器之示意圖。
圖55. Si整流器(PIN二極體)之示意性圖解說明及效能資料。
圖56.一全波整流器之實例。
圖57.一全暫態RF清掃系統之實例。
圖58a至圖58b. Mg電感器(a)及其對應效能資料(b)。
圖59a至圖59e. Mg電容器(a)及其效能資料(b)至(e)。
圖60a至圖60d.具有被動暫態組件之柯比茲振盪器之實例(a)及示意圖(b)。
圖61.包含一Si CMOS環振盪器之一全暫態無線電之設計。
圖62.藉由電流體動力噴射印刷圖案化Mg之實例。
圖63.暫態電子器件。基板及被動器件係水溶性的；主動裝置使用一崩解設計。a)在併入主動器件(左邊)及形成 被動器件及互連件(右邊)之後的裝置之影像。b)展示溶解於水中之系統之影像之序列。
圖64.無線電示範運載工具。由一清掃整流器(左邊)及一傳輸振盪器(右邊)組成之一無線電裝置之電路圖。底部圖框展示以一「塑膠RF」技術之此電路之實體實現之圖像。
圖65.主動及被動「塑膠RF」組件.自左上部順時針：一GaAs MESFET中之小信號增益、一LC振盪器之散射參數以及電容器及電感器中之頻率回應。所有裝置具有亞微米厚度且建立於聚醯亞胺薄板上。
圖66a)至圖66b)。在薄絲基板上建立有Si MOSFET之生物可再吸收電子器件。a)一小片絲上矽電子器件之水溶解。b)植入於皮膚下方之一類似裝置之活體內評價。
圖67.一可再吸收絲基板上之具有一超薄、網格電極陣列之活體內皮層電描技術(ECoG)。 左邊：在絲溶解之後保形地纏繞至大腦之表面上之裝置之圖像。右邊：來自一貓之視覺皮質之ECoG。親密電極/組織接觸提供不匹配之量測保真度。
圖68.使用圖案化於一絲膜上之鎂電極建立之水溶性ECoG裝置。影像之序列由左向右圖解說明藉由水之系統之溶解。
圖69.在37℃下在標準反應條件下藉由蛋白酶XIV之絲膜之酶促降解。該圖之右側上之溫度指示用以將膜退火以控制結晶含量之溫度[4℃、25℃、37℃、70℃、95℃]。
圖70.無線電示範運載工具。由一清掃整流器(左邊)及一 傳輸振盪器(右邊)組成之一無線電裝置之電路圖。底部圖框展示以一「塑膠RF」技術之此電路之實體實現之圖像。
圖71.清掃整流器。頂部圖框展示單級整流器電路圖及在AC輸入之半循環期間節點之電壓。底部圖框展示具有在每一級輸出節點處指示自AC至DC之電壓改變之電壓模擬結果之兩級整流器。
圖72.傳輸器。頂部圖框展示用於使用主動裝置之經簡化模型設計微波振盪器之程序。底部圖框展示振盪器(左邊)及射頻信號傳輸器之最終電路(右邊)之經簡化黑框示意圖。
圖73.主動及被動「塑膠RF」組件。自左上部順時針：一GaAs MESFET中之小信號增益、一LC振盪器之散射參數以及電容器及電感器中之頻率回應。所有裝置具有亞微米厚度且建立於聚醯亞胺薄板上。
圖74.無線電示範運載工具.由一清掃整流器(左邊)及一傳輸振盪器(右邊)組成之一無線電裝置之電路圖。底部圖框展示其中傳輸頻率係在1 GHz下之傳輸器之模擬結果。
圖75.電阻/長度。玻璃基板上之自具有不同膜厚度及寬度之Mg及Au測試結構電極量測之電阻/長度(R/L)之比較。
圖76a)至圖76b).基於Mg之電晶體。(a)隨不同閘極電壓下之通道長度而變之寬度正規化接通電阻。(b)電晶體之轉印曲線及電流-電壓曲線。(c)裝置陣列之一影像及剖面示意性圖解說明。
圖77. Mg溶解於水中之速率。Mg在3小時(1500 Å)及10小 時(3000 Å)後完全溶解於水中。僅Ti剩餘。
圖78.一非晶絲膜之迅速溶解。0秒(左邊)、10秒(右邊)。
圖79.一數位4位元列解碼器之電路圖。
圖80.在室溫下藉由昇華消失之一「消失」蠟之影像。充當用於提供一完全亁燥形式之暫態的電子器件之平臺之薄膜及此材料之薄板。
圖81.一暫態RF信標裝置之使用模式。
圖82.一暫態RF信標之示意圖。
圖83. ZnO薄膜電晶體以及電容器陣列及組件之示意圖。
圖84. ZnO薄膜電晶體以及電容器陣列及組件之示意圖。
圖85(a)至圖85(d).展示ZnO膜性質之曲線圖及顯微圖。(a)ZnO之功率X射線繞曲線圖及晶體結構，(b)ZnO膜之電壓對位移曲線，(c)ZnO膜之電子顯微圖，(d)ZnO膜之時間對偏壓曲線。
圖86(a)至圖86(c). ZnO電晶體之電流對電壓曲線圖。接通/關斷比率>約103，Vth(臨限電壓)約2 V，遷移率約1 cm2/V．s。
圖87(a)至圖87(c). ZnO能量收穫器在如(c)中所示意性地展示之應力及應變下之(a)時間對電壓及(b)時間對電流曲線圖。P=I×V=6 nW，功率密度=0.15 μW/cm2，應變速率=1.5 cm/sec。
圖88.溶解於水中之絲基板上之ZnO電晶體陣列及能量收 穫器陣列之照片時間消逝。
圖89(a)至圖89(c).展示一個ZnO電晶體在暫態期間之效能之曲線圖(a)。效能係量測為(b)隨時間之遷移率及(c)電流對電壓。
圖90.來自在一絲基板上具有Mg觸點之一個ZnO能量收穫器之電流模型。
圖91.來自在一絲基板上具有Mg觸點之一個ZnO能量收穫器之電壓模型。
圖92(a)至圖92(b).電化學量測設立之示意圖(a)及(b)Fe、Al及Cu之電流對電壓之一曲線圖。
圖93.其中一第一電流路徑經由電化學之陽極溶解觸發電流行進照亮一LED之一第二電流路徑之一電路示範之示意圖。
圖94.在陽極溶解之前(a)及在陽極溶解之後(b)在圖93中示意性地闡述之裝置之照片。
圖95.一暫態RF信標之示意圖。
圖96(a)至圖96(d).一暫態雙側印刷電路板之一示意圖，其展示(a)前側、(b)背側及(c至d)前側與背側之對準。
圖97(a)至圖97(b).(a)一雙側太陽能供電式RF信標之示意圖及(b)該雙側太陽能供電式RF信標之照片。
圖98.附接至與一信號分析器之一天線通信之一Mg天線的太陽能供電式RF信標之照片。
圖99(a)至圖99(c).(a)具有約3 μm之一厚度之一太陽能電池及(b)展示電流及功率對電壓的該太陽能電池之一曲線 圖。為了比較，圖(c)展示在圖98之信標中使用之約15 μm厚太陽能電池之一電流對電壓曲線圖。
圖100.具有在160 MHz下之一中心頻率之全向Mg線圈天線。
圖101(a)至圖101(b).在裝置由(a)一DC電源供應器以高電力供電時及在裝置由(b)一暫態太陽能電池以較低電力供電時信標信號輸出之圖形。
圖102(a)至圖102(b).展示(a)在由一DC電源供應器供電時自在5米之一距離處及(b)在由一暫態太陽能電池供電時自在10 cm之一距離處自信標由接收器接收之信號之圖形。
圖103.使用商用太陽能電池之一絲基板上之一暫態RF信標傳輸器之照片。
圖104.用於產生可昇華材料以供在暫態裝置中使用之一電紡設備之照片。
圖105(a)至圖105(b).(a)左邊：亁燥電紡PVA墊板及右邊：一水合電紡PVA墊板，及(b)左邊：棉紗布及右邊：一電紡牛纖維蛋白原墊板之照片。
圖106(a)至圖106(b).電開口顯現於以300 nm之一厚度沈積之各種金屬(a)及具有150 nm及300 nm之厚度之Fe(b)之金屬線中之大約時間之曲線圖。
圖107(a)至圖107(c).(a)涉及金屬塊崩解或剝落至水中及(b)涉及除崩解/剝落之外的溶解之溶解機制之示意圖。圖107(c)展示金屬在溶解後旋即變得較薄且更多孔。
圖108.展示根據圖107(b)之隨時間之金屬溶解之理論及實驗結果之曲線圖。
圖109(a)至圖109(e).展示(a)鎢跡線之初始溶解，後續接著鎢跡線在稍後時間之崩解/剝落以及鎢脫層(圖109(c))、鎢脫層及形成裂縫(圖109(d))及PBS溶液中之鎢剝落(圖109(e))之實例之照片。
圖110(a)至圖110(c).在溶解於DI水中之前(a)及在溶解20小時之後(b)的100 nm W膜之照片。圖110(c)展示不同寬度之一個100 nm W膜之溶解行為。
圖111(a)至圖111(c).在溶解之前(a)及在於DI水中溶解2小時之後(b)的一AZ31B膜之照片。圖111(c)展示300 nm AZ31B Mg合金在DI水及PBS溶液中之溶解行為。
圖112(a)至圖112(c).在溶解之前(a)及在於DI水中溶解2小時之後(b)的一Zn膜之照片。圖112(c)展示300 nm Zn在DI水及PBS溶液中之溶解行為。
圖113(a)至圖113(c).具有比(b)之較精細顆粒腐蝕快之粗糙/密集顆粒(a)之一Fe膜之照片。圖112(c)展示150 nm Fe在DI水及PBS溶液中之溶解行為。
圖114(a)至圖114(d).總結DI水(pH 6.8)及磷酸鹽緩衝溶液(pH 7.4)中之金屬溶解資料之曲線圖。
圖115. PBS中之Si之溶解性質之曲線圖。
圖116(a)至圖116(b).(a)在一絲基板上具有一Mg電感器線圈及一Mg電阻器之一暫態熱治療裝置之照片(a)及紅外線影像(b)。
圖117.細菌培養物之活體外評價之照片。(H)不含有植入器且不存在健康組織注射，(D)含有經植入裝置，且(B1及B2)注射有細菌。
圖118a至圖118c.完全形成之暫態MOSFETS及積體電路之示意圖。
圖119.展示完全形成之暫態MOSFETS及積體電路之溶解之一時間消逝之照片。
圖120a至圖120j.完全形成之暫態MOSFETS及積體電路之照片及效能曲線圖。
圖121a至圖121h.暫態RF電子器件之照片及效能曲線圖：(a至b)整流器，(c至d)電容器，(e至f)電感器及(g至h)電阻器。
圖122a至圖122e.暫態RF電子器件：3級CMOS環振盪器之照片及效能曲線圖。
圖123. Fe電極CMOS振盪器之照片。
圖124.與Fe電極CMOS邏輯電路(NAND、NOR)相關之照片、示意圖及曲線圖。
圖125.邏輯電路變換(邏輯電路至CMOS反相器)之照片。
圖126.展示Mg合金(AZ31B、Al 3%、ZN 1%)TFT之效能之曲線圖。
圖127a至127圖c.具有天線之暫態RF電子器件之照片、效能曲線圖及時間消逝溶解研究。
圖128a至圖128f.併入有來自圖115至圖117之組件之一暫態RF裝置之示意圖、照片及時間消逝溶解研究。
圖129(a)至圖129(c).電化學暫態電源供應器之示意圖(a)及展示金屬耦合件之隨時間之電壓及放電電流之效能曲線圖(b)至(c)。
圖130(a)至圖130(b).一暫態裝置在與地面衝擊後旋即朝向地面降落且釋放一變換液體之時間消逝示意圖。
圖131.具有用於自一遠端傳輸器接收一信號之一天線之一暫態裝置之示意圖。

Claims (96)

  1. 一種主動觸發之暫態電子裝置，其包括：一基板；一或多個無機組件，其由該基板支撐；其中該一或多個無機組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；一絲保護膜，其係提供於該一或多個無機組件之至少一部分之上；及一致動器，其回應於一使用者起始之外部觸發信號且可操作地連接至該一或多個無機組件，其中在該裝置接收到該外部觸發信號後，該致動器至少部分地移除該絲保護膜以曝露該一或多個無機組件之至少一部分於該內部或外部刺激，藉此回應於該外部觸發信號而提供該主動觸發之暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該主動觸發之暫態電子裝置自一第一條件至一第二條件之一功能改變。
  2. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件承受一完全變換，藉此提供該暫態電子裝置之該可程式化變換。
  3. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件承受一不完全變換。
  4. 如請求項3之裝置，其中該不完全變換由以下各項之一部分移除、相變或化學改變表徵：(i)該等無機組件之數量之至少20%；或 (ii)該一或多個無機組件中之每一者之至少20%重量比、體積比或面積比，藉此提供該暫態電子裝置之該可程式化變換。
  5. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件之該變換藉由除生物再吸收之外的一製程發生。
  6. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件之該主動觸發之暫態電子裝置之該可程式化變換藉由以下各項發生：(i)藉由一相變，其中該一或多個無機組件之至少一部分承受至少部分昇華或熔化；(ii)經由該一或多個無機組件在一溶劑中之至少部分溶解；(iii)經由該一或多個無機組件之至少部分水解；(iv)經由該一或多個無機組件之至少部分蝕刻或腐蝕；(v)藉由一光化學反應，其中該一或多個無機組件之至少一部分吸收電磁輻射且承受一至少部分化學或物理改變；(vi)藉由一電化學反應；或(vii)藉由一化學或物理改變，其中該一或多個無機組件之至少一部分被轉化為一絕緣體，藉此提供該暫態電子裝置之該可程式化變換。
  7. 如請求項1之裝置，其中該預選暫態量變曲線由該一或多個無機組件在選自1毫秒至2年之一時間間隔內之0.01%至100%之一變換表徵，藉此提供該暫態電子裝置 之該可程式化變換。
  8. 如請求項1之裝置，其中該預選暫態量變曲線由該一或多個無機組件以在0.01nm/天至10微米s-1之範圍內選擇之一速率之一平均厚度降低表徵。
  9. 如請求項1之裝置，其中該預選暫態量變曲線由該一或多個無機組件以在1010S m-1 s-1至1S m-1 s-1之範圍內選擇之一速率之一導電率降低表徵。
  10. 如請求項1之裝置，其中該裝置監視：(i)該一或多個無機組件之該至少部分變換；或(ii)提供該暫態電子裝置之該可程式化變換的該一或多個無機組件之該至少部分變換之一速率。
  11. 如請求項1之裝置，其中該可程式化變換提供該裝置自一第一可操作性條件至一第二可操作性條件之一功能改變。
  12. 如請求項1之裝置，其中該可程式化變換提供該裝置自對應於一第一功能性之一第一條件至對應於不同於該第一功能性之一第二功能性之一第二條件的一功能改變。
  13. 如請求項1之裝置，其中該裝置之該功能係以下變換：(i)自一NOR閘至一NAND閘；(ii)自一反相器至一經隔離電晶體；(iii)自一電阻器至一個二極體；(iv)自一NAND閘至一反相器；(v)自一NOR閘至一經隔離電晶體；或(vi)自一NAND閘至一經隔離電晶體。
  14. 如請求項1之裝置，其中該可程式化變換提供自由彼此電接觸的該等無機裝置組件之兩者或兩者以上表徵之一第一條件至由未彼此電接觸的該等無機裝置組件之兩者或兩者以上表徵之一第二條件之一改變。
  15. 如請求項1之裝置，其中該可程式化變換電隔離該暫態電子裝置之該等半導體組件之一或多者，藉此導致該裝置自該第一條件至該第二條件之該功能改變。
  16. 如請求項1之裝置，其中該外部或內部刺激包括：一生物環境改變、一溫度改變、一壓力改變、曝露於電磁輻射、與一化學試劑接觸、施加一電場、施加一磁場、曝露於一溶劑、一外部環境之pH改變、一外部環境之鹽濃度改變或施加一陽極電壓。
  17. 如請求項1之裝置，其進一步包括至少部分地囊封該等無機組件中之一或多者之一或多者之一囊封材料，其中該囊封材料包括經至少部分移除以曝露下伏無機組件之一可選擇性移除材料。
  18. 如請求項17之裝置，其中該囊封材料回應於該外部或內部刺激而被移除。
  19. 如請求項17之裝置，其中該囊封材料包括選自由以下各項組成之群組之一材料：MgO、絲、膠原、明膠、PLGA、聚乙烯醇(PVA)、PLA、SiO2、聚酸酐(聚酯)、聚羥基烷酸酯(PHA)及聚磷酸鹽。
  20. 如請求項17之裝置，其中該囊封材料包括一對經交聯絲薄板，該對經交聯絲薄板在該等薄板之邊緣被層壓在一 起時完全囊封該裝置。
  21. 如請求項17之裝置，其中該囊封材料包括一絲複合材料。
  22. 如請求項21之裝置，其中該絲複合材料包括絲，該絲具有貫穿該絲分散之複數個奈米粒子，其中該等奈米粒子中之每一者獨立地包括一導體或半導體材料，其中該等奈米粒子中之每一者獨立地包括選自由以下各項組成之群組之一材料：Au、Ag、CsSe及CdTe。
  23. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件獨立地包括一或多個薄膜結構。
  24. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件各自獨立地具有在10nm至100μm之範圍內選擇之一厚度。
  25. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件各自獨立地具有小於或等於100nm之一厚度。
  26. 如請求項1之裝置，其中該一或多個無機組件獨立地包括一或多個經穿孔結構。
  27. 如請求項26之裝置，其中該一或多個經穿孔結構具有選自10%至80%之範圍之一孔隙率。
  28. 如請求項26之裝置，其中該一或多個經穿孔結構具有複數個凹入特徵或通道。
  29. 如請求項28之裝置，其中該等凹入特徵或通道延伸：(i)完全穿過該一或多個無機組件之一厚度；或(ii)0.1%至100%穿過該一或多個無機組件之一厚度。
  30. 如請求項1之裝置，其包括該一或多個無機半導體組 件。
  31. 如請求項30之裝置，其中該一或多個無機半導體組件中之每一者獨立地包括一奈米隔膜結構。
  32. 如請求項30之裝置，其中該一或多個無機半導體組件獨立地包括一多晶半導體材料、單晶半導體材料或者一經摻雜多晶或單晶半導體材料。
  33. 如請求項30之裝置，其中該一或多個無機半導體組件獨立地包括承受在298K下以等於或大於10-10s-1之一速率於一水環境中之水解之一半導體材料。
  34. 如請求項30之裝置，其中該一或多個無機半導體組件中之每一者獨立地包括Si、Ga、GaAs、ZnO或此等之任何組合。
  35. 如請求項30之裝置，其中該一或多個無機半導體組件包括ZnO。
  36. 如請求項1之裝置，其包括該一或多個金屬導體組件。
  37. 如請求項1之裝置，其中該基板包括一可選擇性移除材料。
  38. 如請求項37之裝置，其中該基板之該可選擇性移除材料承受藉由選自由以下各項組成之群組之一製程之移除：再吸收、生物再吸收、水解、崩解、解聚合、溶解、昇華、熔化、蝕刻及腐蝕。
  39. 如請求項1之裝置，其中該基板包括選自由以下各項組成之群組之一材料：MgO、絲、膠原、明膠、PLGA、聚乙烯醇(PVA)、PLA、SiO2、聚酸酐(聚酯)、聚羥基烷 酸酯(PHA)及聚磷酸鹽。
  40. 如請求項1之裝置，其中該基板包括絲。
  41. 如請求項40之裝置，其中該基板包括一絲複合材料。
  42. 如請求項41之裝置，其中該絲複合材料包括絲，該絲具有貫穿該絲分散之複數個奈米粒子，其中該等奈米粒子包括一導體或半導體材料，其中該等奈米粒子包括選自由以下各項組成之群組之一材料：Au、Ag、CsSe及CdTe。
  43. 如請求項1之裝置，其進一步包括由該基板支撐之一或多個介電組件，其中該一或多個介電組件包括一可選擇性移除材料。
  44. 如請求項43之裝置，其中該一或多個介電組件中之每一者包括一或多個薄膜結構。
  45. 如請求項43之裝置，其中該一或多個介電組件中之每一者具有在10nm至50μm之範圍內選擇之一厚度。
  46. 如請求項43之裝置，其中該一或多個介電組件中之每一者具有小於或等於100nm之一厚度。
  47. 如請求項43之裝置，其中該一或多個介電組件包括選自由以下各項組成之群組之一或多種材料：SiO2、MgO、絲、膠原、明膠、PVA及PLGA。
  48. 如請求項43之裝置，其中該一或多個介電組件包括承受在298K下以等於或大於10-10s-1之一速率於一水環境中之水解之一材料。
  49. 如請求項1之裝置，其中使可選擇性移除材料之一厚度 達到零之一時間由以下方程式給出： 其中tc係臨界時間，ρm係該材料之質量密度，M(H2O)係水之莫耳質量，M(m)係該材料之莫耳質量，h0係該材料之初始厚度，D係水之擴散率，k係溶解反應之反應常數且w0係水之初始濃度；其中k具有選自105至10-10s-1之範圍之一值。
  50. 如請求項1之裝置，其中該裝置係一通信系統、一光子裝置、一感測器、一光電子裝置、一生物醫學裝置、一溫度感測器、一光電偵測器、一光伏打裝置、一應變計及成像系統、一無線傳輸器、一天線、一奈米機電系統或一微機電系統。
  51. 如請求項1之裝置，其中該使用者起始之外部觸發信號係一電子信號、一光學信號、一熱信號、一磁信號、一機械信號、一化學信號、聲音信號或一電化學信號。
  52. 如請求項1之裝置，其中該使用者起始之外部觸發信號係提供至該裝置之一電場之一使用者起始之施加、提供至該裝置之電磁輻射之一使用者起始之施加、提供至該裝置之一使用者起始之機械衝擊、提供至該裝置之熱之一使用者起始之流動、來自該裝置之熱之一使用者起始之流動或提供至該裝置之一RF電場之一使用者起始之施 加。
  53. 如請求項1之裝置，其與一傳輸器單向或雙向通信，其中該傳輸器將該使用者起始之外部觸發信號提供至操作地連接至該致動器的該裝置之一接收器。
  54. 如請求項1之裝置，其進一步包括用於接收該使用者起始之外部觸發信號之一接收器，該接收器操作地連接至該致動器，以便在接收到該使用者起始之外部觸發信號後旋即起始該一或多個無機組件之該至少部分變換。
  55. 如請求項1之裝置，其中該致動器至少部分移除提供於該一或多個無機組件上之一或多個中間結構，以便將該一或多個無機組件之至少一部分之至少一部分曝露於該外部或內部刺激，藉此導致該至少部分變換。
  56. 如請求項55之裝置，其中該一或多個中間結構包括提供於該一或多個無機組件上之一囊封材料，其中該致動器致使該囊封材料之至少一部分之移除，以便將該一或多個無機組件曝露於該外部或內部刺激。
  57. 如請求項1之裝置，其中該致動器回應於該使用者起始之外部觸發信號而產生電磁輻射、聲能、一電場、一磁場、熱、一RF信號、一電壓、一化學改變或一生物改變，藉此起始該至少部分變換。
  58. 如請求項1之裝置，其中該致動器包括一加熱器、含有能夠致使一化學改變或一生物改變之一化學試劑之一貯存器、一電磁輻射源、一電場之一源、一RF能源或一聲能源。
  59. 如請求項1之裝置，其中該致動器包括至少部分地囊封該等無機組件之一或多者之一囊封材料，其中該囊封材料包括一可選擇性移除材料，其在該裝置接收到該外部觸發信號後旋即被至少部分移除以將下伏無機組件曝露，藉此起始該至少部分變換。
  60. 如請求項59之裝置，其中該囊封材料係一光敏材料，其回應於由該致動器產生之電磁輻射而承受一光化學反應以曝露該等下伏無機組件。
  61. 如請求項60之裝置，其中該致動器係該電磁輻射之一源，其中該致動器經提供而與該囊封材料光學連通。
  62. 如請求項59之裝置，其中該囊封材料係一熱敏材料，其回應於由該致動器產生之熱而承受一相變或化學改變以曝露該等下伏無機組件。
  63. 如請求項62之裝置，其中該致動器係經提供而與該囊封材料熱接觸以用於提供該熱之一加熱器。
  64. 如請求項1之裝置，其中該致動器包括一反電極及電解質，其中該電解質經提供而與該電極及該一或多個半導體組件接觸，其中該使用者起始之外部觸發信號係提供至該反電極之一電壓或RF能量，藉此導致該一或多個無機組件之溶解。
  65. 如請求項1之裝置，其中在該裝置接收到該使用者起始之外部觸發信號後，該致動器旋即執行選自由以下各項組成之群組之一操作：斷開或閉合一電子電路、產生熱、抵抗電之流動、產生電磁輻射、產生聲能及分散一 化學試劑。
  66. 如請求項1之裝置，其進一步包括至少部分地囊封該一或多個無機組件之一覆迭層；該覆迭層包括含有一化學試劑或一生物試劑之一或多個貯存器。
  67. 如請求項66之裝置，其中該覆迭層之該一或多個貯存器回應於該外部或內部刺激而斷裂，藉此導致該化學或生物試劑之釋放。
  68. 如請求項66之裝置，其中該覆迭層之該一或多個貯存器獨立地具有在100nm至10,000μm之範圍內選擇之實體尺寸。
  69. 如請求項66之裝置，其中該覆迭層之該一或多個貯存器回應於一機械衝擊、壓力改變、曝露於電磁輻射、曝露於熱或曝露於聲能而斷裂，藉此導致該化學或生物試劑之該釋放。
  70. 如請求項66之裝置，其中該化學試劑或生物試劑包括水、一非水溶劑、一水溶液、一含生物聚合物溶液、一酸、一鹼、一酶溶液、一PBS溶液或一含觸媒溶液。
  71. 如請求項66之裝置，其中該覆迭層包括一絲材料，且其中該化學試劑或生物試劑包括一含蛋白酶材料。
  72. 一種使用一主動觸發之暫態電子裝置之方法，該方法包括以下步驟：提供包括以下各項之該主動觸發之暫態電子裝置：一基板；一或多個無機組件，其由該基板支撐；其中該一或 多個無機組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；一絲保護膜，其係提供於該一或多個無機組件之至少一部分之上；及一致動器，其回應於一使用者起始之外部觸發信號且可操作地連接至該一或多個無機組件，其中在該裝置接收到該外部觸發信號後，該致動器旋即回應於該內部或外部刺激而直接或間接起始該一或多個無機組件之至少部分變換，藉此回應於該外部觸發信號而提供該主動觸發之暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該主動觸發之暫態電子裝置自一第一條件至對應於不同於一第一功能性之一第二功能性之一第二條件之一功能改變；及將該使用者起始之外部觸發信號提供至該電子裝置，其中該致動器直接或間接起始該一或多個無機組件之至少部分變換，藉此提供該可程式化變換。
  73. 如請求項72之方法，其中該外部或內部刺激包括：一生物環境改變、一溫度改變、一壓力改變、曝露於電磁輻射、與一化學試劑接觸、施加一電場、施加一磁場、曝露於一溶劑、一外部環境之pH改變、一外部環境之鹽濃度改變或施加一陽極電壓。
  74. 一種製作一主動觸發之暫態電子裝置之方法，該方法包括以下步驟： 提供一裝置基板；在該裝置基板上提供：一或多個無機組件；其中該一或多個無機組件獨立地包括一可選擇性變換材料，其中該一或多個無機組件回應於一外部或內部刺激而具有一預選暫態量變曲線；一絲保護膜，其係提供於該一或多個無機組件之至少一部分之上；及一致動器，其回應於一使用者起始之外部觸發信號且可操作地連接至該一或多個無機組件，藉此產生該主動觸發之暫態電子裝置；其中在該裝置接收到該外部觸發信號後，該致動器至少部分地移除該絲保護膜以曝露該一或多個無機組件之至少一部分於該外部或內部刺激，藉此回應於該外部觸發信號而提供該主動觸發之暫態電子裝置之一可程式化變換，其中該可程式化變換提供該主動觸發之暫態電子裝置自一第一條件至對應於不同於一第一功能性之一第二功能性之一第二條件之一功能改變。
  75. 如請求項74之方法，其中該可選擇性變換材料選自由以下各項組成之群組：Mg；W；Fe；Mg與選自由Al、Ag、Ca、Li、Mn、Si、Sn、Y、Zn及Zr組成之群組之一或多種額外材料之一合金，其中該合金之該一或多種額外材料具有等於或小於10%重量比之一濃度；及Mg與一或多種稀土元素之一合金，其中該合金之該一或多種稀土元素具有等於或小於10%重量比之一濃度。
  76. 如請求項74之方法，其中該可選擇性變換材料選自由以下各項組成之群組：Si、Ga、GaAs及ZnO。
  77. 如請求項74之方法，其中在該裝置基板上提供該一或多個無機組件之該步驟包括以下步驟：在一製作基板上製作一裝置組件總成，其中該裝置組件總成包括一或多個單晶無機結構或者一或多個介電結構；及將該裝置組件總成之至少一部分自該製作基板轉印至該裝置基板。
  78. 如請求項77之方法，其中該製作基板上之該等裝置組件包括單晶Si、Ga、GaAs或SiO2。
  79. 如請求項77之方法，其進一步包括在具有該裝置組件總成之該裝置基板上提供包括該可選擇性變換材料之該一或多個無機組件之步驟。
  80. 如請求項79之方法，其中使用一溶液處理技術執行在具有該裝置組件總成之該裝置基板上提供包括該可選擇性變換材料之該一或多個無機組件之該步驟。
  81. 如請求項79之方法，其中使用電流體動力印刷執行在具有該裝置組件總成之該裝置基板上提供包括該可選擇性變換材料之該一或多個無機組件之該步驟。
  82. 如請求項77之方法，其中在一代工廠處執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟。
  83. 如請求項77之方法，其中該製作基板係一晶圓基板、一玻璃板型基板或一絕緣體上矽基板。
  84. 如請求項77之方法，其中使用選自由以下各項組成之群組之一或多種高溫沈積技術執行在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟：化學汽相沈積、物理汽相沈積、磊晶生長、原子層沈積、電化學沈積及分子束磊晶。
  85. 如請求項77之方法，其中在該製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟包括：產生由該製作基板支撐之一經完全處理原始件或電路元件。
  86. 如請求項77之方法，其中在一製作基板上製作該裝置組件總成之該步驟包括：產生選自由以下各項組成之群組之一或多個結構：各自獨立地具有小於或等於1微米之一厚度的該製作基板上之一或多個單晶矽結構；各自獨立地具有小於或等於1微米之一厚度的該製作基板上之一或多個SiO2結構；及各自獨立地具有小於或等於5微米之一厚度的該製作基板上之一或多個金屬結構。
  87. 如請求項77之方法，其進一步包括用該可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之步驟。
  88. 如請求項87之方法，其中使用溶液處理執行用該可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之該步驟。
  89. 如請求項87之方法，其中使用電流體動力印刷執行用該 可選擇性變換材料替換該一或多個單晶無機結構或者該一或多個介電結構之至少一部分之該步驟。
  90. 如請求項77之方法，其進一步包括自該製作基板釋放該裝置組件總成之至少一部分之步驟。
  91. 如請求項90之方法，其中藉由至少部分地底切該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構之至少一部分執行自該製作基板釋放該裝置組件總成之至少一部分之該步驟；其中經由在該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構下方蝕刻達成該底切。
  92. 如請求項90之方法，其中藉由自該製作基板剝離該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構之至少一部分之微轉印印刷執行自該製作基板釋放該裝置組件總成之至少一部分之該步驟。
  93. 如請求項92之方法，其中該微轉印印刷技術包括：使該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構之至少一部分與一保形轉印裝置之一接觸表面接觸，其中將該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構之至少一部分黏合至該接觸表面；及移動具有黏合至該接觸表面的該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構之該部分之該保形轉印裝置，藉此提供該剝離。
  94. 如請求項93之方法，其中該微轉印印刷技術進一步包括：使該裝置基板之一接納表面與黏合至該接觸表面的該 一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構之該至少一部分接觸；及分離保形轉印裝置之該接觸表面與該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構，藉此將該一或多個單晶無機結構及該一或多個介電結構轉印至該裝置基板之該接納表面。
  95. 如請求項74之方法，其進一步包括：提供至少部分地囊封該等無機組件中之該一或多者之一囊封材料。
  96. 如請求項95之方法，其中該囊封材料包括絲。
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