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Performance Enhancement of Tricalcium Phosphate Film for Bioelectronics with Bio-Friendly Supercritical Fluids Desorption Technology
Advanced Electronic Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2024-07-23 , DOI: 10.1002/aelm.202400066 Zehui Peng 1 , Mingqiang Wang 1 , Lei Li 1 , Xinqing Duan 1 , Huangbai Liu 1 , Mingge Wang 1 , Jie Wang 1 , Chang‐Kuan Chang 1
Advanced Electronic Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2024-07-23 , DOI: 10.1002/aelm.202400066 Zehui Peng 1 , Mingqiang Wang 1 , Lei Li 1 , Xinqing Duan 1 , Huangbai Liu 1 , Mingge Wang 1 , Jie Wang 1 , Chang‐Kuan Chang 1
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In the rapidly advancing field of bioelectronics, searching for materials that combine superior insulating properties with biocompatibility is crucial, especially for implantable electronic devices. Traditional insulators in mature CMOS processes, though effective, lack biocompatibility, necessitating the exploration of alternative materials. This study introduces tricalcium phosphate (Ca3(PO4)2), a primary component of human bones, and teeth, as an insulating layer material for the first time. High-quality, thickness-controlled Ca3(PO4)2 films are fabricated using magnetron sputtering, and their electrical insulation, stability, and optical transparency have been thoroughly evaluated. To further optimize the insulation performance of Ca3(PO4)2, particularly against residual impurities, and fabrication-induced defects, a bio-friendly low-temperature supercritical fluid desorption (LTSCF-Desorption) technique is developed, effectively removing impurities, repairing defects, and improving the interface states. After LTSCF-Desorption treatment, the leakage current of the Ca3(PO4)2 films is reduced by 30%, along with the enhancements of the films' stability and transmittance. Further material analysis clarified the internal mechanisms behind the improvement of the Ca3(PO4)2 films. Overall, this study not only broadens the application scenarios of Ca3(PO4)2 in bioelectronics but also develops a bio-friendly supercritical desorption technique, providing a new pathway for optimizing the performance of bioelectronic devices and materials.
中文翻译：
利用生物友好型超临界流体解吸技术增强生物电子用磷酸三钙薄膜的性能
在快速发展的生物电子领域，寻找兼具优异绝缘性能和生物相容性的材料至关重要，特别是对于植入式电子设备。成熟 CMOS 工艺中的传统绝缘体虽然有效，但缺乏生物相容性，因此需要探索替代材料。这项研究首次引入了人体骨骼和牙齿的主要成分磷酸三钙（Ca 3 (PO 4 ) 2 ）作为绝缘层材料。采用磁控溅射技术制备了高质量、厚度受控的Ca 3 (PO 4 ) 2薄膜，并对其电绝缘性、稳定性和光学透明度进行了全面评估。为了进一步优化Ca 3 (PO 4 ) 2的绝缘性能，特别是针对残留杂质和制造引起的缺陷，开发了生物友好型低温超临界流体解吸（LTSCF-Desorb）技术，有效去除杂质，修复缺陷，并改善界面状态。经过LTSCF-De吸附处理后，Ca 3 (PO 4 ) 2薄膜的漏电流降低了30%，同时薄膜的稳定性和透过率也得到了提高。进一步的材料分析阐明了Ca 3 (PO 4 ) 2膜改进背后的内部机制。 总体而言，该研究不仅拓宽了Ca 3 (PO 4 ) 2在生物电子学中的应用场景，而且开发了一种生物友好的超临界解吸技术，为优化生物电子器件和材料的性能提供了新途径。
更新日期：2024-07-23
中文翻译：
利用生物友好型超临界流体解吸技术增强生物电子用磷酸三钙薄膜的性能
在快速发展的生物电子领域，寻找兼具优异绝缘性能和生物相容性的材料至关重要，特别是对于植入式电子设备。成熟 CMOS 工艺中的传统绝缘体虽然有效，但缺乏生物相容性，因此需要探索替代材料。这项研究首次引入了人体骨骼和牙齿的主要成分磷酸三钙（Ca 3 (PO 4 ) 2 ）作为绝缘层材料。采用磁控溅射技术制备了高质量、厚度受控的Ca 3 (PO 4 ) 2薄膜，并对其电绝缘性、稳定性和光学透明度进行了全面评估。为了进一步优化Ca 3 (PO 4 ) 2的绝缘性能，特别是针对残留杂质和制造引起的缺陷，开发了生物友好型低温超临界流体解吸（LTSCF-Desorb）技术，有效去除杂质，修复缺陷，并改善界面状态。经过LTSCF-De吸附处理后，Ca 3 (PO 4 ) 2薄膜的漏电流降低了30%，同时薄膜的稳定性和透过率也得到了提高。进一步的材料分析阐明了Ca 3 (PO 4 ) 2膜改进背后的内部机制。 总体而言，该研究不仅拓宽了Ca 3 (PO 4 ) 2在生物电子学中的应用场景，而且开发了一种生物友好的超临界解吸技术，为优化生物电子器件和材料的性能提供了新途径。
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