The integration of bioelectronic devices with the skin is a promising strategy for personalized healthcare monitoring and diagnostics. On-skin bioelectrodes hold great potential for the real-time tracking of physiological parameters. However, persistent challenges of stability and reliability have instigated exploration beyond conventional noble metals. This study focuses on the ionic passivation and oxidation dynamics of copper-based on-skin thin-film bioelectrodes. Through parylene chemical vapor deposition, we harness a controlled thin film of parylene insulation to counter the intrinsic susceptibility of copper to oxidation in the ionic environment. The results represent the relationship among the parylene insulation thickness, copper oxidation, and electrode impedance over temporal intervals. Comparative analyses indicate that the short-term stability of the copper electrode is comparable to that of the gold electrode. Therefore, we propose a cost-effective strategy for fabricating copper-based on-skin bioelectrodes by introducing enhanced ionic stability within a discernible operational timeframe. This study enriches our understanding of on-skin bioelectronics and affordable material choices for practical use in wearable healthcare devices.
In this study, a new thin films passivation technique using Zn with high electronegativity and $MgF_2$, a fluorine material with better optical transmittance than the sealing film materials that have thus far been reported was proposed. Targets with various ratios of $MgF_2$ to Zn (5:5, 4:6 and 3:7) were fabricated to control the amount of Zn in the passivation films. The Mg-Zn-F films were deposited onto the substrates and Zn was located in the gap between the lattices of $MgF_2$ without chemical metathesis in the Mg-Zn-F films. The thickness and optical transmittance of the deposited passivation films were approximately 200 nm and 80%, respectively. It was confirmed via electron dispersive spectroscopy (EDS) analysis that the Zn content of the film that was sputtered using a 4:6 ratio target was 9.84 wt%. The Zn contents of the films made from the 5:5 and 3:7 ratio targets were 2.07 and 5.01 wt%, respectively. The water vapor transmission rate (WVTR) was determined to be $38^{\circ}C$, RH 90-100%. The WVTR of the Mg-Zn-F film that was deposited with a 4:6 ratio target nearly reached the limit of the equipment, $1\times10^{-3}\;gm^2{\cdot}day$. As the Zn portion increased, the packing density also increased, and it was found that the passivation films effectively prevented the permeation by either oxygen or water vapor. To measure the characteristics of gas barrier, the film was applied to the emitting device to evaluate their lifetime. The lifetime of the applied device with passivation was increased to 25 times that of the PLED device, which was non-passivated.
We studied the microstructure and magnetic properties of Fe nanosized powder synthesized by the pulsed wire evaporation method. The x-ray diffraction spectrum confirmed that this powder had a pure ${\alpha}$-Fe phase. Scanning electron microscope and transmission electron microscope measurements indicated that the prepared powder had uniform spherical shape with core-shell structure. The mean powder size was about 35 nm and the thickness of the surface passivation layer was about 5 nm. Energy dispersive X-ray spectroscopy measurement indicated that the surface passivation layer was iron oxide. Magnetic field dependent magnetization measurement at room temperature showed that the maximum magnetization of the prepared powder was 177.1 emu/g at 1 T.
Recently, carrier-selective contact solar cells have attracted much interests because of its high efficiency with low recombination current density. In this study, we investigated the effect of phosphorus doped amorphous silicon layer's characteristics on the passivation properties of tunnel oxide passivated carrier-selective contact solar cells. We fabricated symmetric structure sample with poly-Si/SiOx/c-Si by deposition of phosphorus doped amorphous silicon layer on the silicon oxide with subsequent annealing and hydrogenation process. We varied deposition temperature, deposition thickness, and annealing conditions, and blistering, lifetime and passivation quality was evaluated. The result showed that blistering can be controlled by deposition temperature, and passivation quality can be improved by controlling annealing conditions. Finally, we achieved blistering-free electron carrier-selective contact with 730mV of i-Voc, and cell-like structure consisted of front boron emitter and rear passivated contact showed 682mV i-Voc.
The technique of combined-measurement of reflectance and ellipsometric parameters was used for studying the anodic film formed on nickel surface in basic solutions. An ellipsometer was automated for transient measurements by way of modulating the plane-polarized light with the Faraday effect. Surface film was formed electrochemically by applying a potential step from the reduction potential range to the passivation range on a polished, high-purity, polycrystalline nickel specimen. From that instant, the changes in the reflectance(r) and the ellipsometric parameters(${\Delta},{\Psi}$) of the surface film were recorded by the automatic ellipsometer. Three exact simultaneous equations including these optical signals, ${\Delta},{\Psi}$ and r were solved numerically with a computer in order to determine the optical properties, n, k, and the thickness, ${\tau}$, of the surface film. From the computed results which showed dependence on pH and time, it was found that passivation of nickel can be effectively attained by surface film thinner than $15{\AA}$ and this passivation film has a small optical absorption coefficient. It seemed that a high pH environment enhances the rate of passivation and is favorable for a denser structure of the surface film. The experimental evidence is in accordance with the hypothesis that the composition of the passive film can be approximated by $Ni(OH)_2$ in the early stage of passivation and that as time passes the composition changes partially toward that of NiO through dehydration.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.406-406
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2016
To get high efficiency n-type crystalline silicon solar cells, passivation is one of the key factor. Tunnel oxide (SiO2) reduce surface recombination as a passivation layer and it does not constrict the majority carrier flow. In this work, the passivation quality enhanced by different chemical solution such as HNO3, H2SO4:H2O2 and DI-water to make thin tunnel oxide layer on n-type crystalline silicon wafer and changes of characteristics by subsequent annealing process and firing process after phosphorus doped amorphous silicon (a-Si:H) deposition. The tunneling of carrier through oxide layer is checked through I-V measurement when the voltage is from -1 V to 1 V and interface state density also be calculated about $1{\times}1012cm-2eV-1$ using MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure . Tunnel oxide produced by 68 wt% HNO3 for 5 min on $100^{\circ}C$, H2SO4:H2O2 for 5 min on $100^{\circ}C$ and DI-water for 60 min on $95^{\circ}C$. The oxide layer is measured thickness about 1.4~2.2 nm by spectral ellipsometry (SE) and properties as passivation layer by QSSPC (Quasi-Steady-state Photo Conductance). Tunnel oxide layer is capped with phosphorus doped amorphous silicon on both sides and additional annealing process improve lifetime from $3.25{\mu}s$ to $397{\mu}s$ and implied Voc from 544 mV to 690 mV after P-doped a-Si deposition, respectively. It will be expected that amorphous silicon is changed to poly silicon phase. Furthermore, lifetime and implied Voc were recovered by forming gas annealing (FGA) after firing process from $192{\mu}s$ to $786{\mu}s$. It is shown that the tunnel oxide layer is thermally stable.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.11a
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pp.456-459
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2004
Analog film/screen systems have been being changed to a digital x-ray imaging device using direct conversion materials. Photocoductors for a direct detection flat-panel imager require high x-ray absorption, ionization and charge collection, low leakage current and large area deposition. In this work, $HgI_2$ films with excellent properties for x-ray detector were deposited by screen printing method. The thickness of $HgI_2$ film was about $150\;{\mu}m$. The passivation layer is fabricated using a-Se and parlyene, the both fabrication $HgI_2$ film were compared for analyzing the leakage current reduction. We measured electrical properties-leakage current, photosensitivity, SNR though I-V measurement, As the result, $HgI_2$ film using a-Se passivation layer had the greater
Ellipsometric and reflectance measurements were made on an iron surface in a cathodically reduced state and in an anodically passivated state. From the differences in the optical parameters (${\Delta},\;{\psi}$, and reflectance) between the reduced (film-free) and passivated (film-covered) states the thickness and optical constants of the surface film were determined. In the passive state at -400 mV vs. SCE in borate-boric acid buffer solution the anodic film had a thickness of about 11${\AA}$ and optical constants of ${\tilde{n}}$= 2.8 - 0.8 i. This value indicates a substantial electronic conductivity of the anodic film.
Park, Je-Jun;Kim, Jin-Kuk;Lee, Hi-Deok;Kang, Gi-Hwan;Yu, Gwon-Jong;Song, Hee-Eun
한국태양에너지학회:학술대회논문집
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2011.11a
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pp.154-157
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2011
Hydrogenated silicon nitride deposited by LF-PECVD is commonly used for anti-reflection coating and passivation in silicon solar cell fabrication. The deposition of the optimized silicon nitride on the surface is elemental in crystalline silicon solar cell. In this work, the carrier lifetimes were measured while the thicknesses of $SiN_x$ were changed from 700 ${\AA}$ to 1150 ${\AA}$ with the gas flow of $SiH_4$ as 40 sccm and $NH_3$ as 120 sccm,. The carrier lifetime enhanced as the thickness of $SiN_x$ increased due to improved passivation effect. To study the characteristics of $SiN_x$ with various gas ratios, the gas flow of $NH_3$ was changed from 40 sccm to 200 sccm with intervals of 40 sccm. The thickness of $SiN_x$ was fixed as 1000 ${\AA}$ and the gas flow of $SiH_4$ as 40 sccm. The refractive index of SiNx and the carrier lifetime were measured before and after heat treating at $650^{\circ}C$ to investigate their change by the firing process in solar cell fabrication. The index of refraction of SiNx decreased as the gas ratios increased and the longest carrier lifetime was measured with the gas ratio $NH_3/SiH_4$ of 3.
Ellipsometric and reflectance measurements were made with magneto-optically self-nulling ellipsometer on the iron surface being passivated. The passivation was induced by abruptly changing potential of the mechanically polished high purity iron from the reduction potential to the oxidation potential in basic solutions. From the differences in the optical paramates(${\Delta},\;{\psi}$) and reflectance (R) between the reduced (film-free) and oxidized (film-covered) states, the thickness(${\tau}$) and optical constants (n, k) of the film in the early stage of its formation were computed as functions of pH and time. From the computed values, it was deduced that the properties of the anodic film did not undergo a drastic change with time which would indicate a transformation of the film before effective passivity is attained, and that the film reached its stady state within a few second. The thickness of anodic film was $14\;{\sim}\;23{\AA}$. The anodic films also seemed to have small values of optical absorption coefficient. The film formed in high pH environments had thinner and denser structure than that formed in low pH.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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