(57)【要約】【課題】新規な受動遷移電子デバイスを提供する。【解決手段】本発明は、少なくとも１つの内部刺激及び／又は外部刺激の印加時に電気的に及び／又は物理的に変化する能動デバイス及び受動デバイスを備える遷移デバイスを提供する。遷移電子機器の材料、モデリング、ツール、製造アプローチ、デバイス設計、及びシステムレベルの例が、示される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動遷移電子デバイスであって、
基板と、
前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素と
を備え、
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、前記受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記受動遷移電子デバイスの機能を変化させる、デバイス。
【請求項２】
能動的に誘発される遷移電子デバイスであって、
基板と、
前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素と、
ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答し、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素に対して動作可能に接続された、アクチュエータであり、前記デバイスが、前記外部トリガ信号を受信すると、前記アクチュエータが、前記内部刺激又は前記外部刺激に反応して、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化を直接的に又は間接的に開始させ、それにより、前記外部トリガ信号に応答して能動的に誘発される遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらし、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記能動的に誘発される遷移電子デバイスの機能を変化させる、アクチュエータと
を備える、デバイス。
【請求項３】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、完全な変化を被ることにより、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化をもたらす、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、不完全な変化を被る、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記不完全な変化が、
（ｉ）前記無機半導体構成要素の量の少なくとも２０％又は前記金属導体構成要素の量の少なくとも２０％か、或いは、
（ｉｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素のそれぞれの重量、体積、又は面積の少なくとも２０％か、又は、前記１つ又は複数の金属導体構成要素のそれぞれの重量、体積、又は面積の少なくとも２０％
の、部分的除去、相変化、又は化学的変化により、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化をもたらすことによって、特徴付けられる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の前記変化が、生体内吸収以外のプロセスにより発生する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項７】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の前記変化が、
（ｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、少なくとも部分的な昇華又は溶融を被る、相変化によって、
（ｉｉ）溶媒中における前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な溶解によって、
（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な加水分解によって、
（ｉｖ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的なエッチング又は腐食によって、
（ｖ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、電磁放射を吸収し、少なくとも部分的な化学的変化又は物理的変化を被る、光化学反応によって、
（ｖｉ）電気化学反応によって、或いは
（ｖｉｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、絶縁体へと変換される、化学的変化又は物理的変化によって
発生することにより、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化がもたらされる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項８】
前記事前選択された遷移プロファイルが、１マイクロ秒〜２年から選択された時間間隔の間における、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の０．０１％〜１００％の変化により、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化をもたらすことによって、特徴付けられる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項９】
前記事前選択された遷移プロファイルが、０．０１ｎｍ／日〜１０ミクロンｓ−１の間で選択される速度における、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の平均厚さの減少によって特徴付けられる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記事前選択された遷移プロファイルが、１０１０Ｓ・ｍ−１〜１Ｓ・ｍ−１ｓ−１の範囲の間で選択される速度における、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の導電率の低下によって特徴付けられる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記デバイスが、
（ｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の前記少なくとも部分的な変化、或いは
（ｉｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の前記少なくとも部分的な変化の速度により、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化がもたらされる
のをモニタリングする、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記プログラム可能な変化が、第１の動作条件から第２の非動作条件へと前記デバイスの機能を変化させる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記プログラム可能な変化が、第１の機能性に対応する第１の条件から前記第１の機能性とは異なる第２の機能性に対応する第２の条件へと前記デバイスの機能を変化させる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記デバイスの前記機能が、
（ｉ）ＮＯＲゲートからＮＡＮＤゲートへと、
（ｉｉ）インバータから分離されたトランジスタへと、
（ｉｉｉ）抵抗器からダイオードへと、
（ｉｖ）ＮＡＮＤゲートからインバータへと、
（ｖ）ＮＯＲゲートから分離されたトランジスタへと、又は
（ｖｉ）ＮＡＮＤゲートから分離されたトランジスタへと
変化する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記プログラム可能な変化が、２つ以上の前記無機半導体デバイス構成要素又は前記金属導体構成要素が相互に電気的に接触状態にあることにより特徴付けられる第１の条件から、前記２つ以上の前記無機半導体デバイス構成要素又は前記金属導体構成要素が相互に電気的に接触状態にないことにより特徴付けられる第２の条件への変化をもたらす、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記プログラム可能な変化が、前記遷移電子デバイスの前記無機半導体構成要素又は前記金属導体構成要素の１つ又は複数を電子的に分離させることにより、前記第１の条件から前記第２の条件への前記デバイスの機能の前記変化を結果的にもたらす、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記外部刺激又は前記内部刺激が、生物学的環境の変化、温度の変化、圧力の変化、電磁放射に対する露出、化学剤との接触、電界の印加、磁界の印加、溶媒への露出、外部環境のｐＨの変化、外部環境の塩濃度の変化、又はアノード電圧の印加を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記無機半導体構成要素の１つ又は複数或いは前記金属導体構成要素の１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料をさらに含み、前記封入材料が、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させるように少なくとも部分的に除去される選択的に除去可能な材料を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記封入材料が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して除去される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記封入材料が、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＬＧＡ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＬＡ、ＳｉＯ２、ポリ無水物（ポリエステル）、ポリヒドロキシアルカネート（ＰＨＡ）、及びポリリン酸塩からなる群より選択される材料を含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記封入材料が、シルクを含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記封入材料が、一対の架橋されたシルクシートを含み、前記一対の架橋されたシルクシートは、前記シートのエッジ同士が共に積層された場合に、前記デバイスを完全に封入する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記封入材料が、シルク複合材料を含む、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記シルク複合材料が、複数のナノ粒子が分散したシルクを含み、前記ナノ粒子がそれぞれ、導体材料又は半導体材料を独立に含み、前記ナノ粒子がそれぞれ、Ａｕ、Ａｇ、ＣｓＳｅ、及びＣｄＴｅからなる群より選択される材料を独立に含む、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、１つ又は複数の薄膜構造を独立に備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素のそれぞれが、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択された厚さを独立に有する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素のそれぞれが、１００ｎｍ以下の厚さを独立に有する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、１つ又は複数の穿孔構造を独立に備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記１つ又は複数の穿孔構造が、１０％〜８０％の範囲から選択された多孔率を有する、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記１つ又は複数の穿孔構造が、複数の凹状フィーチャ又はチャネルを有する、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記凹状フィーチャ又はチャネルが、
（ｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さ全体にわたって、又は
（ｉｉ）前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さの０．１％〜１００％だけ
延在する、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素を備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素のそれぞれが、ナノ膜構造を独立に備える、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素が、多結晶半導体材料、単結晶半導体材料、又はドープされた多結晶半導体材料若しくはドープされた単結晶半導体材料を独立に含む、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素が、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の速度で加水分解を被る半導体材料を独立に含む、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素のそれぞれがＳｉ、Ｇａ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、又はこれらの任意の組合せを独立に含む、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素が、ＺｎＯを含む、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素を備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の速度で加水分解を被る半導体材料を独立に含む、請求項３８に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、Ｍｇ、Ｗ、Ｆｅ、又はそれらの合金を独立に含む、請求項３８に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金を独立に含み、前記合金の前記１つ又は複数の追加材料が、１０重量％以下の濃度を有する、請求項３８に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、１つ又は複数の希土類元素を含むＭｇ合金を独立に含み、前記合金の前記１つ又は複数の希土類元素が、１０重量％以下の濃度を有する、請求項３８に記載のデバイス。
【請求項４３】
ＺｎＯを含む１つ又は複数の無機半導体構成要素と、Ｍｇ、Ｗ、Ｆｅ、又はそれらの合金を含む１つ又は複数の金属導体構成要素とを備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記基板が、選択的に除去可能な材料を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記基板の前記選択的に除去可能な材料が、再吸収、生体内吸収、加水分解、崩壊、脱重合、溶解、昇華、溶融、エッチング、及び腐食からなる群より選択されるプロセスによって除去を被る、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記基板が、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＬＧＡ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＬＡ、ＳｉＯ２、ポリ無水物（ポリエステル）、ポリヒドロキシアルカネート（ＰＨＡ）、及びポリリン酸塩からなる群より選択される材料を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記基板が、シルクを含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記基板が、シルク複合材料を含む、請求項４７に記載のデバイス。
【請求項４９】
前記シルク複合材料が、複数のナノ粒子が分散したシルクを含み、前記ナノ粒子が、導体材料又は半導体材料を含み、前記ナノ粒子が、Ａｕ、Ａｇ、ＣｓＳｅ、及びＣｄＴｅからなる群より選択される材料を含む、請求項４８に記載のデバイス。
【請求項５０】
前記基板により支持された１つ又は複数の誘電体構成要素をさらに備え、前記１つ又は複数の誘電体構成要素が、選択的に除去可能な材料を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５１】
前記１つ又は複数の誘電体構成要素のそれぞれが、１つ又は複数の薄膜構造を備える、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５２】
前記１つ又は複数の誘電体構成要素のそれぞれが、１０ｎｍ〜５０μｍの範囲から選択された厚さを有する、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５３】
前記１つ又は複数の誘電体構成要素のそれぞれが、１００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５４】
前記１つ又は複数の誘電体構成要素が、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＶＡ、及びＰＬＧＡからなる群より選択される１つ又は複数の材料を含む、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５５】
前記１つ又は複数の誘電体構成要素が、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の速度で加水分解を被る材料を含む、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５６】
ＺｎＯ及びＳｉからなる群より選択される前記１つ又は複数の無機半導体構成要素と、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｗ、及びそれらの合金からなる群より選択される前記１つ又は複数の金属導体構成要素と、ＳｉＯ２及びＭｇＯからなる群より選択される前記１つ又は複数の誘電体構成要素とを備える、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５７】
ＺｎＯを含む前記１つ又は複数の無機半導体構成要素と、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｗ、及びそれらの合金からなる群より選択される前記１つ又は複数の金属導体構成要素と、ＭｇＯを含む前記１つ又は複数の誘電体構成要素とを備える、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５８】
選択的に除去可能な材料の厚さがゼロに達するための時間が、
【数１】
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により求められ、ここで、ｔｃは、臨界時間であり、ρｍは、材料の質量密度であり、Ｍ（Ｈ２Ｏ）は、水のモル質量であり、Ｍ（ｍ）は、材料のモル質量であり、ｈ０は、材料の初期厚さであり、Ｄは、水の拡散率であり、ｋは、溶解反応についての反応定数であり、ｗ０は、水の初期濃度であり、ここで、ｋは、１０５〜１０−１０ｓ−１の範囲から選択された値を有する、請求項１〜５７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５９】
前記デバイスが、通信システム、光デバイス、センサ、光電子デバイス、生体医療デバイス、温度センサ、光検出器、光起電デバイス、ひずみ計、撮像システム、無線送信機、アンテナ、ナノ電気化学システム、又はマイクロ電気化学システムである、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項６０】
前記ユーザにより開始される外部トリガ信号が、電子信号、光信号、熱信号、磁気信号、機械信号、化学信号、音響信号、又は電気化学信号である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６１】
前記ユーザにより開始される外部トリガ信号が、ユーザにより開始される前記デバイスに対する電界の印加、ユーザにより開始される前記デバイスに対する電磁放射の印加、ユーザにより開始される前記デバイスに対する機械衝撃、ユーザにより開始される前記デバイスに対する熱流、又はユーザにより開始される前記デバイスに対するＲＦ電界の印加である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６２】
前記アクチュエータに対して動作的に接続された前記デバイスの受信機に対して、前記ユーザにより開始される外部トリガ信号を供給する送信機との間において、片方向通信又は双方向通信状態にある請求項２に記載のデバイス。
【請求項６３】
前記ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信するための受信機をさらに備え、前記受信機が、前記ユーザにより開始される外部トリガ信号の受信時に、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の前記少なくとも部分的な変化を開始させるために、前記アクチュエータに対して動作的に接続される、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６４】
前記アクチュエータが、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた１つ又は複数の中間構造を少なくとも部分的に除去することにより、前記外部刺激又は前記内部刺激に対して前記１つ又は複数の無機半導体構成要素の少なくとも一部分、或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分がさらされることによって、前記少なくとも部分的な変化が結果的に得られる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６５】
前記１つ又は複数の中間構造が、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素の上或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料を含み、前記アクチュエータが、前記封入材料の少なくとも一部分の除去を引き起こすことにより、前記外部刺激又は前記内部刺激に対して前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素がさらされる、請求項６４に記載のデバイス。
【請求項６６】
前記アクチュエータが、前記ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答して、電磁放射、音響エネルギー、電界、磁界、熱、ＲＦ信号、電圧、化学的変化、又は生物学的変化を発生させることによって、前記少なくとも部分的な変化が開始される、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６７】
前記アクチュエータが、ヒータ、化学的変化若しくは生物学的変化を引き起こすことが可能な化学剤を収容するリザーバ、電磁放射源、電界源、ＲＦエネルギー源、或いは音響エネルギー源を備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６８】
前記アクチュエータが、前記無機半導体構成要素又は前記金属導体構成要素の１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料を含み、前記封入材料は、前記デバイスが前記外部トリガ信号を受信した場合に、少なくとも部分的に除去されることにより、前記内部刺激又は前記外部刺激に対して下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素をさらし、それによって前記少なくとも部分的な変化を開始させる、選択的に除去可能な材料を含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６９】
前記封入材料が、前記アクチュエータにより発生した電磁放射に反応して光化学反応を被ることによって、前記下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させる、感光性材料である、請求項６８に記載のデバイス。
【請求項７０】
前記アクチュエータが、前記電磁放射源であり、前記アクチュエータが、前記封入材料と光通信状態におかれる、請求項６９に記載のデバイス。
【請求項７１】
前記封入材料が、前記アクチュエータにより発生した熱に反応して相変化又は化学的変化を被ることによって、前記下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させる、感熱性材料である、請求項６８に記載のデバイス。
【請求項７２】
前記アクチュエータが、前記熱を供給するために前記封入材料と熱的接触状態におかれたヒータである、請求項７１に記載のデバイス。
【請求項７３】
前記アクチュエータが、対電極及び電解質を備え、前記電解質が、前記電極と、及び前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素と、接触状態におかれ、前記ユーザにより開始される外部トリガ信号が、前記対電極に供給されることにより、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成の溶解を結果としてもたらす、電圧又はＲＦエネルギーである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項７４】
前記デバイスが、前記ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信すると、前記アクチュエータが、電子回路の開閉、熱の発生、電流の抵抗、電磁放射の生成、音響エネルギーの生成、及び化学剤の分散からなる群より選択される動作を実施する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項７５】
受動遷移電子デバイスを使用する方法であって、
前記受動遷移電子デバイスを用意するステップであり、前記受動遷移電子デバイスが、
基板、及び
前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素
を備え、
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、前記受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記受動遷移電子デバイスの機能を変化させる、ステップと、
前記外部刺激又は前記内部刺激に対して前記受動遷移電子デバイスをさらすことにより、前記受動遷移電子デバイスをプログラム可能に変化させるステップと
を含む、方法。
【請求項７６】
前記外部刺激又は前記内部刺激が、生物学的環境の変化、温度の変化、圧力の変化、電磁放射に対する露出、化学剤との接触、電界の印加、磁界の印加、溶媒への露出、外部環境のｐＨの変化、外部環境の塩濃度の変化、又はアノード電圧の印加を含む、請求項７５に記載の受動遷移電子デバイスを使用する方法。
【請求項７７】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成を少なくとも部分的に封入する被覆層をさらに備え、前記被覆層が、化学剤又は生物剤を収容する１つ又は複数のリザーバを備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項７８】
前記被覆層の前記１つ又は複数のリザーバが、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して裂開されることにより、前記化学剤又は前記生物剤の放出が結果的に生じる、請求項７７に記載のデバイス。
【請求項７９】
前記被覆層の前記１つ又は複数のリザーバが、１００ｎｍ〜１０，０００μｍから選択された物理的寸法を独立に有する、請求項７７に記載のデバイス。
【請求項８０】
前記被覆層の前記１つ又は複数のリザーバが、機械衝撃、圧力の変化、電磁放射への露出、熱への露出、又は音響エネルギーへの露出に反応して裂開されることにより、前記化学剤又は前記生物剤の前記放出が結果的に生ずる、請求項７７に記載のデバイス。
【請求項８１】
前記化学剤又は前記生物剤が、水、非水性溶媒、水溶液、バイオポリマー含有溶液、酸、塩基、酵素溶液、ＰＢＳ溶液、又は触媒含有溶液を含む、請求項７７に記載のデバイス。
【請求項８２】
前記被覆層が、シルク材料を含み、前記化学剤又は前記生物材が、プロテアーゼ含有材料を含む、請求項７７に記載のデバイス。
【請求項８３】
能動的に誘発される遷移電子デバイスを使用する方法であって、
前記能動的に誘発される遷移電子デバイスを用意するステップであり、前記能動的に誘発される遷移電子デバイスが、
基板、
前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、前記基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素、及び
ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答し、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素に対して動作可能に接続された、アクチュエータであり、前記デバイスが、前記外部トリガ信号を受信すると、前記アクチュエータが、前記内部刺激又は前記外部刺激に反応して、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な遷移を直接的に又は間接的に開始させ、それにより、前記外部トリガ信号に応答して能動的に誘発される遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらし、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記能動的に誘発される遷移電子デバイスの機能を変化させる、アクチュエータ
を備える、ステップと、
前記電子デバイスに対して前記ユーザにより開始される外部トリガ信号を供給するステップであり、前記アクチュエータが、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化を直接的に又は間接的に開始させることにより、前記プログラム可能な変化がもたらされる、ステップと
を含む、方法。
【請求項８４】
前記外部刺激又は前記内部刺激が、生物学的環境の変化、温度の変化、圧力の変化、電磁放射に対する露出、化学剤との接触、電界の印加、磁界の印加、溶媒への露出、外部環境のｐＨの変化、外部環境の塩濃度の変化、又はアノード電圧の印加を含む、請求項８３に記載の能動的に誘発される遷移電子デバイスを使用する方法。
【請求項８５】
遷移電子デバイスを作製する方法であって、
デバイス基板を用意するステップと、
前記デバイス基板上に、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップであり、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有することにより、前記遷移電子デバイスをもたらす、ステップと
を含み、
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、前記受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記受動遷移電子デバイスの機能を変化させる、方法。
【請求項８６】
前記選択的に変化可能な材料が、Ｍｇと、Ｗと、Ｆｅと、１０重量％以下の濃度を有するＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金と、１０重量％以下の濃度を有する１つ又は複数の希土類元素を含むＭｇ合金とからなる群より選択される、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記選択的に変化可能な材料が、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＡｓ、及びＺｎＯからなる群より選択される、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
前記デバイス基板上に前記１つ又は複数の無機半導体構成要素、前記１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは前記１つ又は複数の無機半導体構成要素及び前記１つ又は複数の金属導体構成要素を設ける前記ステップが、
製造基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップであって、前記デバイス構成要素アセンブリが、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、或いは１つ又は複数の金属導体構造を備える、ステップと、
前記作製基板から前記デバイス基板へと前記デバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分を転写するステップと
を含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８９】
前記製造基板上の前記デバイス構成要素が、単結晶Ｓｉ、単結晶Ｇａ、単結晶ＧａＡｓ、又は単結晶ＳｉＯ２を含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記デバイス構成要素アセンブリを有する前記デバイス基板上に、前記選択的に変化可能な材料を含む前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップをさらに含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９１】
前記デバイス構成要素アセンブリを有する前記デバイス基板上に、前記選択的に変化可能な材料を含む前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素を設ける前記ステップが、溶液処理技術を利用して実施される、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記デバイス構成要素アセンブリを有する前記デバイス基板上に、前記選択的に変化可能な材料を含む前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素を設ける前記ステップが、電気流体力学印刷を利用して実施される、請求項９０に記載の方法。
【請求項９３】
作製基板上に前記デバイス構成要素アセンブリを作製する前記ステップが、半導体ファウンドリにおいて実施される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９４】
前記作製基板が、半導体ウェーハ基板、ガラスプレートタイプ基板、又はシリコン・オン・インシュレータ基板である、請求項８８に記載の方法。
【請求項９５】
作製基板上に前記デバイス構成要素アセンブリを作製する前記ステップが、化学気相成長、物理気相成長、エピタキシャル成長、原子層堆積、電気化学堆積、及び分子ビームエピタキシャル成長からなる群より選択される１つ又は複数の高温堆積技術を利用して実施される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９６】
前記作製基板上に前記デバイス構成要素アセンブリを作製する前記ステップが、前記作製基板により支持された完全処理済み原型物又は回路素子を生成するサブステップを含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９７】
作製基板上に前記デバイス構成要素アセンブリを作製する前記ステップが、
１ミクロン以下の厚さをそれぞれ独立に有する前記作製基板上の１つ又は複数の単結晶シリコン半導体構造と、
１ミクロン以下の厚さをそれぞれ独立に有する前記作製基板上の１つ又は複数のＳｉＯ２構造と、
５ミクロン以下の厚さをそれぞれ独立に有する前記作製基板上の１つ又は複数の金属構造と
からなる群より選択される１つ又は複数の構造を生成するサブステップを含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９８】
前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の金属導体構造、或いは前記１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、前記選択的に変化可能な材料と置換するステップをさらに含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９９】
前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の金属導体構造、或いは前記１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、前記選択的に変化可能な材料と置換する前記ステップが、溶液処理を利用して実施される、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の金属導体構造、或いは前記１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、前記選択的に変化可能な材料と置換する前記ステップが、電気流体力学印刷を利用して実施される、請求項９８に記載の方法。
【請求項１０１】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素を前記１つ又は複数の選択的に変化可能な金属導体材料と置換するステップを含む、請求項９８に記載の方法。
【請求項１０２】
前記１つ又は複数の金属導体構成要素が、Ｍｇと、Ｗと、Ｆｅと、１０重量％以下の濃度を有するＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金と、１０重量％以下の濃度を有する１つ又は複数の希土類元素を含むＭｇ合金とからなる群より選択される、選択的に変化可能な金属と置換される、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
前記作製基板から前記デバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分をリリースするステップをさらに含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項１０４】
前記作製基板から前記デバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分をリリースする前記ステップが、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造を少なくとも部分的にアンダーカットすることにより実施され、前記アンダーカットは、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造の下方のエッチングにより実現される、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記作製基板から前記デバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分をリリースする前記ステップが、前記作製基板から前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分をリフトオフする、マイクロ転写印刷により実施される、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０６】
前記マイクロ転写印刷技術が、
形状適合転写デバイスの接触表面に、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分を接触させるステップであって、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分が、前記接触表面に対して接着される、ステップと、
前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造の前記部分が前記接触表面に対して接着された、前記形状適合転写デバイスを移動させることにより、前記リフトオフを実現するステップと
を含む、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記マイクロ転写印刷技術が、
前記接触表面に対して接着された、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造の前記少なくとも一部分に、前記デバイス基板の受け表面を接触させるステップと、
形状合致転写デバイスの前記接触表面と、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造とを分離させることにより、前記デバイス基板の前記受け表面に対して、前記１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、前記１つ又は複数の誘電体構造、及び前記１つ又は複数の金属導体構造を転写するステップと
をさらに含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答し、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素に対して動作可能に接続された、アクチュエータを用意するステップをさらに含み、前記デバイスが、前記外部トリガ信号を受信すると、前記アクチュエータが、前記内部刺激又は前記外部刺激に反応して、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の前記少なくとも部分的な遷移を直接的に又は間接的に開始させ、それにより、前記外部トリガ信号に応答して前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化がもたらされる、請求項８５に記載の方法。
【請求項１０９】
前記無機半導体構成要素の前記１つ又は複数或いは前記金属導体構成要素の前記１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料を用意するステップをさらに含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項１１０】
前記封入材料が、シルクを含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記事前選択された遷移プロファイルを決定し、前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の組成及び物理的寸法を選択することにより、前記事前選択された遷移プロファイルを実現するステップをさらに含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項１１２】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さを選択することにより、前記事前選択された遷移プロファイルを実現するステップをさらに含む、請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
前記１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは前記１つ又は複数の金属導体構成要素の形態構造を選択することにより、前記事前選択された遷移プロファイルを実現するステップをさらに含む、請求項１１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１１年１２月１日に出願された米国特許仮出願第６１／５６５，９０７号、及び２０１２年４月２０日に出願された米国特許仮出願第６１／６３６，５１０号による優先権の利益を主張するものである。これらの各仮出願は、ここに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【政府の資金提供を受けた研究開発の記載】
【０００２】
[0002]本発明は、少なくとも部分的には、ＤＡＲＰＡ助成第Ｗ９１１ＮＦ−１１−１−０２５４号により認められた米国政府支援によってなされたものである。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]本発明は、遷移デバイスの分野におけるものであり、一般的には、プログラム可能に変化するように設計された受動デバイス及び能動デバイスに関する。
【０００４】
[0004]遷移デバイスは、多様な重要な用途に対する可能性を有する。例えば、生態学的分解性環境センサは、デバイスを収集する必要性を解消し、分解する及び身体から消滅する生態内吸収性の医療デバイスは、毒性及び炎症を回避する。兵法上においては、予め選択された時間の後に又は引き起こされた刺激を加えた時に分解する軍用デバイスは、敵に知識又は材料が伝わるのを防止する。全てのこれらの考え得る用途が重要であるが、しかし、遷移デバイスの実装は設計戦略により左右される。遷移デバイスの設計戦略は、（ｉ）分解性のデバイス構成要素材料及び分解性の基板を使用したデバイス製造を支援し、（ｉｉ）デバイスの耐用寿命の正確な制御が可能であり、（ｉｉｉ）標的環境内における所与の用途に対して適合性を有し十分に作用する材料を使用するものでなければならない。
【０００５】
[0005]近年では、複数の特許及び公開により、遷移特性を有するデバイスが開示されている。例えば、Ｋｉｍら「Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｏｎ  ｓｉｌｋ  ａｓ  ａ  ｐａｔｈ  ｔｏ  ｂｉｏｒｅｓｏｒｂａｂｌｅ  ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９５，１３３７０１（２００９）、米国特許出願公開第２０１１／０２３０７４７号、及び国際特許出願公開第ＷＯ２００８／０８５９０４号は、生物分解性半導体材料及び生物分解性基板を備え得る生物分解性電子デバイスを開示している。Ｂｅｔｔｉｎｇｅｒら「Ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｏｎ  ｒｅｓｏｒｂａｂｌｅ  ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，２２（５），６５１−６５５（２０１０）、Ｂｅｔｔｉｎｇｅｒら「Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ−ｂａｓｅｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｐｏｌｙ．Ｉｎｔ．５９（５），５６３−５７６（２０１０）、及びＩｒｉｍａｉ−Ｖｌａｄｕ「Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ  ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１１，１９７４−１９９０（２０１０）は、生物分解性有機導電性材料及び生物分解性基板を備え得る生物分解性電子デバイスを開示している。国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１０８８３８号は、組織に対して流体及び／又は生物材料を送達するための生物分解性デバイスを開示している。米国特許出願公開第２００８／０３０６３５９号は、診断及び治療を用途とする経口摂取可能デバイスを開示している。Ｋｏｚｉｃｋｉら「Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｃｅｌｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ａｇ−Ｇｅ−Ｓ  ａｎｄ  Ｃｕ−Ｇｅ−Ｓ  ｓｏｌｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ」、Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，８３−８９（２００５）は、電解質内の金属イオンが還元又は酸化されることにより固体金属相互接続部が形成又は除去され得る、記憶デバイスを開示している。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明は、少なくとも１つの内的刺激及び／又は外的刺激を加えた時に物理的に、化学的に、及び／又は電気的に変化する能動デバイス及び受動デバイスを含む、遷移デバイスを提供する。プログラム可能な、制御可能な、及び／又は選択可能な分解速度をそれぞれが有する、分解性デバイス構成要素、分解性基板、及び／又は分解性封入材料を組み合わせることにより、デバイスを変化させる手段が実現される。いくつかの実施形態においては、例えば、本発明の遷移デバイスは、分解性基板に分解性の高性能単結晶無機材料を組み合わせたものである。分解性単結晶無機材料を組み込むことにより、最新技術水準の電子特性及び機械特性（例えば、曲げ剛性、ヤング率、曲率半径等々）、並びにデバイス属性（例えば、可撓性、伸張性等々）が実現される。
【０００７】
[0007]最近のシリコンの注目すべき特徴は、多数の実施目的に対してほぼ無限に、機能的に及び物理的に不変に留まり得る点である。本願においては、逆の挙動をもたらすシリコンベースの技術が導入される。この挙動は、時間の経過と共に、良好に制御されたプログラム可能な態様で徐々に消失する。この意味において「遷移的な」デバイスは、従来の電子機器では対応できなかった用途上の可能性をもたらす。本デバイスは、医療的に有効な期間にわたって存在するが、次いで完全に溶解し身体により再吸収されることによって消滅する活性インプラントなどの用途において使用することができる。このタイプの相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電子機器用の材料、製造方式、デバイス構成要素、及び理論的ツール設計のセットが、様々な種類の、アドレス指定可能アレイ内のセンサ及びアクチュエータ、電源用オプション、並びに無線制御ストラテジと共に報告される。プログラム可能なものとして植え込み可能な形態で温熱療法を提供することが可能な遷移シリコンデバイス、非抗生殺菌剤、並びにそのｉｎ  ｖｉｔｒｏ実例及びｉｎ  ｖｉｖｏ実例により、この技術のシステムレベルの例が説明される。
【０００８】
[0008]ほぼあらゆる新たな種類の電子機器の開発における最も重要な目的は、時間と共に無視し得るレベルの変化を被る物理的形態において高性能動作を達成することである。能動材料及び受動材料、デバイスレイアウト及び回路レイアウト、並びにパッケージングストラテジが、それぞれ注意深く独立に策定され、次いで、この結果を達成するように集合的に設定される。本願において導入される遷移電子機器技術は、工学設計と同様の注意を必要とするが、所定の時間で及び明確に定義された速度で全体又は一部が物理的に消滅又は変化するシステムのコンテクストにおけるものである。使用シナリオの範囲は、生体宿主（ヒト／動物／昆虫／植物、外在又は内在）への組込みから、建物、道路、又は材料などの屋内／屋外環境にまで及ぶ。使用可能となるデバイスには、ヒトの体内に植え込まれた場合に完全に再吸収されることにより（「生体内吸収性」）長期にわたる悪影響を回避する医療モニタ、又は水にさらされた場合に溶解することにより（「生態学的吸収性」）収集及び回収の必要性を解消する環境モニタが含まれる。他のコンセプトは、時間的遷移を伴う方策的領域を組み込むことにより制御される機能変化に影響を及ぼす回路を伴う。
【０００９】
[0009]本説明は、遷移電子機器の材料、モデリングツール、製造アプローチ、デバイス設計、及びシステムレベルの例のセットを提示する。本技術は、シリコンに基づくため、ウェーハ基板上に通常の様式で形成された非遷移同等物の動作特徴に合致し得る動作特徴を有しつつ、デバイス設計及び回路設計の多数の近年の確立された態様を利用し得る。この結果が、センサ、アクチュエータ、電源、及び無線制御の支援技術と共に組み合わされることにより、近年報告された形態の有機電子機器によって実現可能なものよりも品質的にさらに洗練された能力に近づくことが可能となり、この場合に、いくつかの構成材料は、生体内吸収性基板４上に形成された水溶性１〜３又は単純な非遷移性のトランジスタとなる。
【００１０】
[0010]本明細書においては、遷移デバイスと、遷移デバイスを作製及び使用する方法とが提示される。例えば、本発明のデバイスは、化学組成（例えば、ｐＨ、イオン強度、バイオマーカの存在又は濃度、タンパク、炭水化物等々）、電気化学パラメータ（例えば電流又は電圧）、温度、及び／又は光学パラメータ（例えば、吸光、散乱等々）などの、環境に関連付けられるパラメータのｅｘ  ｖｉｖｏ感知、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ感知、又はｉｎ  ｖｉｖｏ感知にとって有用である。
【００１１】
[0011]一態様においては、受動遷移電子デバイスは、基板と、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素とを備える。１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化が、外部刺激又は内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと受動遷移電子デバイスの機能を変化させる。
【００１２】
[0012]一態様においては、能動的に誘発される遷移電子デバイスは、基板と、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素と、ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答し、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素に対して動作可能に接続された、アクチュエータであり、デバイスが、外部トリガ信号を受信すると、アクチュエータが、内部刺激又は外部刺激に反応して、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な遷移を直接的に又は間接的に開始させ、それにより、外部トリガ信号に応答して能動的に誘発される遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらし、プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと能動的に誘発される遷移電子デバイスの機能を変化させる、アクチュエータとを備える。いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素に対して、任意にはそれらの両方に対して、動作可能に接続されることにより、１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素に対して直接的に作用して、例えば１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素の選択的除去を直接的に引き起こすようになど、少なくとも部分的な変化を開始させる。いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素に対して、任意にはそれらの両方に対して、動作可能に接続されることにより、アクチュエータと１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素との間に位置決めされた１つ又は複数の中間構造に対して作用して、例えば１つ又は複数の中間構造の選択的除去などにより少なくとも部分的な変化を開始させることによって、内部刺激又は外部刺激に対して無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素を結果的に露出させる。
【００１３】
[0013]一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、完全な変化又は実質的に完全な変化を被ることにより、受動遷移電子デバイス又は能動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらす。完全な変化は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の完全な除去、完全な相変化、又は完全な化学的変化によって特徴付けられ得る。「完全な変化」は、材料の１００％が変化を被る場合に生じる。「実質的に完全な変化」は、材料の９５％又は９５％超（例えば、９７％、９８％、９９％、９９．５％、又は９９．９％）が、除去、化学変換、又は相転移等々の変化を被る場合に生じる。また、一実施形態においては、例えば、実質的に完全な変化を被る材料は、例えば９５％以上の導電率の低下又は抵抗の上昇を被ることなどにより、９５％以上の導電率又は抵抗などの物理特性の変化も被る。
【００１４】
[0014]一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、不完全な変化を被る。不完全な変化は、無機半導体構成要素の量の少なくとも２０％、３０％、５０％、若しくは７０％又は金属導体構成要素の量の少なくとも２０％、３０％、５０％、若しくは７０％が、部分的除去、相変化、又は化学的変化を被り、それにより、受動遷移電子デバイス又は能動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらすことによって、特徴付けられ得る。不完全な変化は、１つ又は複数の無機半導体構成要素のそれぞれの少なくとも２０重量％、３０重量％、５０重量％、若しくは７０重量％、少なくとも２０体積％、３０体積％、５０体積％、若しくは７０体積％、又は少なくとも２０面積％、３０面積％、５０面積％、若しくは７０面積％、或いは、１つ又は複数の金属導体構成要素のそれぞれの少なくとも２０重量％、３０重量％、５０重量％、若しくは７０重量％、少なくとも２０体積％、３０体積％、５０体積％、若しくは７０体積％、又は少なくとも２０面積％、３０面積％、５０面積％、若しくは７０面積％が、部分的除去、相変化、又は化学的変化を被り、それにより、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらすことによって、特徴付けられ得る。また、一実施形態においては、例えば、不完全な変化を被る材料が、例えば２０％以上（又はいくつかの用途においては３０％以上、又はいくつかの用途においては５０％以上、又はいくつかの用途においては７０％以上）の導電率の低下又は抵抗の上昇を被ることなどにより、２０％以上（又はいくつかの用途においては３０％以上、又はいくつかの用途においては５０％以上、又はいくつかの用途においては７０％以上）の導電率又は抵抗などの物理特性の変化も被る。
【００１５】
[0015]一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、生体内吸収以外のプロセスにより発生する。例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、少なくとも部分的な昇華又は溶融を被ることにより、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらす、相変化により発生してもよい。
【００１６】
[0016]別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、溶媒中における１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な溶解によって発生する。この溶媒は、水性溶媒又は非水性溶媒であってもよい。「水性溶媒」は、２９８Ｋにおいて液体であり、水を主に含む、すなわち５０％ｖ／ｖ超の水を含むが、「非水性溶媒」は、２９８Ｋにおいて液体であり、水以外の液体（複数可）を主に含む、すなわち５０％ｖ／ｖ未満の水を含む。例示的な水性溶媒には、水、水ベース溶液、及び体液等々が含まれる。例示的な非水性溶媒には、有機溶剤（例えば、アルコール、エステル、エーテル、アルカン、ケトン）及びイオン性液体が含まれる。
【００１７】
[0017]別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な加水分解によって発生する。
【００１８】
[0018]別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的なエッチング又は腐食によって発生する。
【００１９】
[0019]別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、電磁放射を吸収し、少なくとも部分的な化学的変化又は物理的変化を被る、光化学反応によって発生する。一実施形態においては、光化学反応は、光分解プロセスである。
【００２０】
[0020]別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、電気化学反応によって発生する。例えば、電気反応は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的なアノード溶解であってもよい。
【００２１】
[0021]別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、５０％以上の、任意にはいくつかの実施形態については７５％以上の、任意にはいくつかの実施形態については９５％以上の導電性の低下を被る、化学的変化又は物理的変化によって発生する。別の実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が、絶縁体へと少なくとも部分的に及び任意には完全に変換される化学的変化又は物理的変化によって発生し、これにより、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化がもたらされる。
【００２２】
[0022]一態様においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に除去可能であり、除去、減少、又は他の材料移動プロセス（例えば、剥離、層状剥離、移転、再位置決め等々）により特徴付けられるプロセスを被る。いくつかの実施形態においては、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の厚さが時間に対して実質的に均一に（例えば１０％以内）縮小されるプロセスなどの、例えば内部刺激又は外部刺激に対してさらされる領域などの無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の１つ又は複数の領域に関して実質的に均一である除去によって特徴付けられるプロセスを被る。いくつかの実施形態においては、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、無機半導体構成要素又は金属導体構成要素が、時間に対して、粒子境界、欠陥部位、ステップエッジ、相境界等々のナノサイズフィーチャ又はマイクロサイズフィーチャにおいて優先的に（例えばより迅速に）除去されるプロセスなどの、内部刺激又は外部刺激に対してさらされる領域などの無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の１つ又は複数の領域に関して実質的に非均一である除去によって特徴付けられるプロセスを被る。一実施形態においては、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、多孔質材料を生成することにより無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の電子特性（例えば、導電率、抵抗、等々）に影響を及ぼす、実質的に非均一である除去によって特徴付けられるプロセスを被る。一実施形態においては、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、例えば材料中にひび割れ、欠陥、及び／又は孔を形成することにより結果的に材料の一部（例えば剥離片）が失われることになる、剥離を引き起こすことによって、無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の電子特性（例えば、導電率、抵抗、等々）に影響を及ぼす、実質的に非均一である除去によって特徴付けられるプロセスを被る。一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、下層基板又はデバイス構成要素からの少なくとも部分的な及び任意には完全な層状剥離及び／又は脱着により、無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の電子特性（例えば、導電率、抵抗、等々）に影響を及ぼすことによって特徴付けられるプロセスを被る。
【００２３】
[0023]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の変化が、１マイクロ秒〜２年、又は１マイクロ秒〜１年、又は１マイクロ秒〜６か月、又は１マイクロ秒〜１か月、又は１マイクロ秒〜１日、又は１マイクロ秒〜１時間、又は１秒〜１０分の範囲から選択される時間間隔の間に発生することにより特徴付けられる事前選択された遷移プロファイルを有し、これにより、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらす。一実施形態においては、事前選択された遷移プロファイルは、１マイクロ秒〜２年、又は１マイクロ秒〜１年、又は１マイクロ秒〜６か月、又は１マイクロ秒〜１か月、又は１マイクロ秒〜１日、又は１マイクロ秒〜１時間、又は１秒〜１０分の範囲から選択される時間間隔の間における、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の０．０１％〜１００％の、又は０．１％〜７０％の、又は０．５％〜５０％の、又は１％〜２０％の、又は１％〜１０％の変化により、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらすことによって特徴付けられる。一実施形態においては、事前選択された遷移プロファイルは、０．０１ｎｍ／日〜１０ミクロンｓ−１の、又は０．１ｎｍ／日〜１ミクロンｓ−１の、又は１ｎｍ／日〜０．５ミクロンｓ−１の範囲で選択される速度における、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の平均厚さの減少によって特徴付けられる。一実施形態においては、事前選択された遷移プロファイルは、０．０１ｎｍ／日〜１０ミクロンｓ−１の、又は０．１ｎｍ／日〜１ミクロンｓ−１の、又は１ｎｍ／日〜０．５ミクロンｓ−１の範囲で選択される速度における、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の質量の減少によって特徴付けられる。一実施形態においては、事前選択された遷移プロファイルは、１０１０Ｓ・ｍ−１ｓ−１〜１Ｓ・ｍ−１ｓ−１の、又は１０８Ｓ・ｍ−１ｓ−１〜１０Ｓ・ｍ−１ｓ−１の、又は１０５Ｓ・ｍ−１ｓ−１〜１００Ｓ・ｍ−１ｓ−１の範囲で選択される速度における、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の導電率の低下によって特徴付けられる。
【００２４】
[0024]一実施形態においては、デバイスは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化をモニタリングする。例えば、デバイスは、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらす、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化の速度をモニタリングしてもよい。本発明のデバイスにおける自己モニタリングにより、信号伝達によりデバイスの機能性全体を制御するための、又は時間に対する変化度、プログラム可能な変化の時間フレーム、若しくはデバイスの性能若しくは機能性の特徴の測定を実施するユーザに対する信号伝達を行うための、土台が与えられるなど、機能性が強化される。
【００２５】
[0025]ユーザにより開始される外部トリガ信号が、電子デバイスのプログラム可能な変化を直接的に又は間接的に誘発してもよい。例えば、ユーザにより開始される外部トリガ信号は、電子信号、光信号、熱信号、磁気信号、音響信号、機械信号、化学信号、又は電気化学信号であってもよい。いくつかの実施形態においては、ユーザにより開始される外部トリガ信号は、ユーザにより開始されるデバイスに対する電界の印加、ユーザにより開始されるデバイスに対する電磁放射の印加、ユーザにより開始されるデバイスに対する機械衝撃、ユーザにより開始されるデバイスからの熱流、又はユーザにより開始されるデバイスに対するＲＦ電界の印加である。本発明は、例えば受信機及び／又は送信機と通信状態にあるマイクロプロセッサ構成要素を有することによりデバイスに対してユーザにより開始されるトリガ信号を供給するデバイスなどの、ユーザにより開始されるトリガ信号を受信するように構成されたデバイスを備える。
【００２６】
[0026]ユーザにより開始される外部トリガ信号は、ユーザにより直接的に、又はコンピュータ可読媒体に格納されマイクロプロセッサにより実行されるソフトウェアを介して間接的に、デバイスに対して供給され得る。ソフトウェアは、例えば、ユーザ入力データ、デバイスの構成要素から取得したデータ、及び／又はデバイスと継続的に通信状態にあるフィードバックループに対して応答してもよい。遷移デバイスは、例えば、アクチュエータに対して動作的に接続されたデバイスの受信機に対して、ユーザにより開始される外部トリガ信号を供給する送信機との間において、片方向通信又は双方向通信状態にあってもよい。図１３１は、アクチュエータ１４１０に対して動作的に接続されたデバイスの受信機１４０８に対して、ユーザにより開始される外部トリガ信号１４１４を供給する送信機１４１２と通信状態にある遷移デバイス１４００の概略図を示す。また、遷移デバイス１４００は、基板１４０２、１つ又は複数の無機半導体構成要素１４０４、及び１つ又は複数の金属導体構成要素１４０６を備える。
【００２７】
[0027]いくつかの実施形態においては、遷移デバイスが、ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信するための受信機を備え、この受信機は、ユーザにより開始される外部トリガ信号の受信時に、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化を開始させるために、アクチュエータに対して動作的に接続される。例えば、受信機は、ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信するための、アンテナ、電極、圧電素子、光起電材料、又は熱活性材料を備えてもよい。
【００２８】
[0028]いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、受信機から信号を受信して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化を開始させるためのプロセッサを備える。
【００２９】
[0029]いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは基板に対して直接的に作用することにより、少なくとも部分的な変化を発生させる。代替的には、いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素に対して間接的に作用することにより、少なくとも部分的な変化を発生させる。
【００３０】
[0030]一実施形態においては、アクチュエータが、マイクロプロセッサを備える。例えば、マイクロプロセッサが、ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信してもよく、マイクロプロセッサ内のコンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェアが、デバイスの構成要素に対して電磁放射、音響エネルギー、熱エネルギー、等々のエネルギー源を供給すべきであることを判定するために、ユーザにより開始される外部トリガ信号を解析してもよい。いくつかの実施形態においては、ソフトウェアは、次いで、デバイス構成要素に対してエネルギーを供給するために必要な機能を実施するためにマイクロプロセッサに対して命令を送信して、１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化を開始させる。
【００３１】
[0031]いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた１つ又は複数の中間構造を少なくとも部分的に除去することにより、外部刺激又は内部刺激に対して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分をさらすことによって、少なくとも部分的な変化を結果的に得る。１つ又は複数の中間構造は、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素の上或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料を含んでもよく、アクチュエータが、封入材料の少なくとも一部分の除去を引き起こすことにより、外部刺激又は内部刺激に対して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素がさらされる。封入材料は、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素の表面（複数可）若しくは１つ又は複数の金属導体構成要素の表面（複数可）に限定される封入層、デバイスの上部表面上の封入被覆層、又はデバイス全体を囲む封入パッケージなどであってもよい。
【００３２】
[0032]いくつかの実施形態においては、遷移デバイスが、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成を少なくとも部分的に封入する被覆層を備え、被覆層は、化学剤又は生物剤を収容する１つ又は複数のリザーバを備えてもよい。一実施形態においては、アクチュエータが、１つ又は複数のリザーバを有する被覆層を備える。一実施形態においては、被覆層は、ポリマー層又はＳｉＮ層である。一実施形態においては、１つ又は複数のリザーバは、被覆層内に埋設される。例えば、被覆層の１つ又は複数のリザーバが、外部刺激又は内部刺激に反応して裂開されることにより、化学剤又は生物剤の放出が結果的に生じてもよい。いくつかの実施形態においては、被覆層の１つ又は複数のリザーバは、１００ｎｍ〜１０，０００μｍの、又は５００ｎｍ〜５，０００μｍの、又は１μｍ〜１，０００μｍの範囲から選択された物理的寸法を独立に有する。これらの寸法を有するリザーバは、例えば、フォトリソグラフィ又はソフトリソグラフィ（例えばマイクロ転写印刷）により作製されてもよい。
【００３３】
[0033]いくつかの実施形態においては、被覆層の１つ又は複数のリザーバが、機械衝撃、圧力の変化、電磁放射への露出、熱への露出、又は音響エネルギーへの露出に反応して裂開されることにより、化学剤又は生物剤の放出が結果的に生ずる。例えば、放出により、結果的に化学剤又は生物剤が分散されて、無機半導体構成要素、金属導体構成要素、誘電体構成要素、封入層、基板、等々の１つ又は複数のデバイス構成要素との物理的な接触に至ることによって、化学剤又は生物剤との接触におけるデバイス構成要素の選択的変化及び／又は選択的除去が引き起こされる。例示的な化学剤又は生物剤には、水、非水性溶媒、水溶液、バイオポリマー含有溶液、酸、塩基、酵素溶液、ＰＢＳ溶液、又は触媒含有溶液が含まれる。
【００３４】
[0034]いくつかの実施形態においては、被覆層は、シルク材料を含み、化学剤又は生物剤は、プロテアーゼ含有溶液などのプロテアーゼ含有材料を含む。いくつかの実施形態においては、プロテアーゼ酵素が、ＥＤＴＡなどの小分子抑制剤と、又は化学剤若しくは生物剤が分散されるまで活性を阻止する抗体と共に、錯体を形成してもよい。
【００３５】
[0035]いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答して、電磁放射、音響エネルギー、電界、磁界、熱、ＲＦ信号、電圧、化学的変化、又は生物学的変化を発生させることによって、少なくとも部分的な変化を開始させる。アクチュエータは、例えば、ヒータ、化学的変化若しくは生物学的変化を引き起こすことが可能な化学剤を収容するリザーバ、電磁放射源、電界源、ＲＦエネルギー源、或いは音響エネルギー源を備えてもよい。例示的なヒータには、受動ヒータ、抵抗ヒータ、及び能動ヒータが含まれる。
【００３６】
[0036]いくつかの実施形態においては、アクチュエータが、無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料を含み、封入材料は、デバイスが外部トリガ信号を受信した場合に、少なくとも部分的に除去されることにより、内部刺激又は外部刺激に対して下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素をさらし、それによって少なくとも部分的な変化を開始させる、選択的に除去可能な材料を含む。例えば、封入材料は、ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答したアクチュエータにより供給される化学剤によって少なくとも部分的に溶解、水和、又は脱重合されることによって、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させ得る。いくつかの実施形態においては、選択的に除去可能な封入材料が、選択的に変化可能な材料を含む１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素の上に位置決めされた被覆層として設けられることにより、封入材料の被覆層の少なくとも部分的な除去によって、下層の１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素が、環境的刺激（例えば、溶媒、化学的環境、生物学的環境、周囲圧力、周囲温度、周囲電磁放射、等々）などの内部刺激又は外部刺激に対してさらされて、１つ又は複数の無機半導体構成要素及び／又は１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化が引き起こされる。いくつかの実施形態においては、封入材料被覆層の除去が、環境的刺激（例えば、溶媒、化学的環境、生物学的環境、周囲圧力、周囲温度、周囲電磁放射、等々）に対してさらされる結果として引き起こされる。いくつかの実施形態においては、封入材料被覆層の除去は、例えば封入材料の少なくとも部分的な除去を引き起こし得る化学剤又は生物剤の放出などにより、デバイスのアクチュエータが封入材料の被覆層に対して作用する結果として引き起こされる。いくつかの実施形態においては、封入材料被覆層の除去は、例えば封入材料の少なくとも部分的な除去を引き起こすエネルギー（例えば、電磁放射、音響エネルギー、熱エネルギー、機械エネルギー、等々）の供給などにより、デバイスのアクチュエータが封入材料の被覆層に対して作用する結果として引き起こされる。
【００３７】
[0037]別の例においては、封入材料は、アクチュエータにより発生した電磁放射に反応して光化学反応を被ることによって、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させる、感光性材料であってもよい。アクチュエータは、例えば電磁放射源であってもよく、アクチュエータは、封入材料と光学通信状態におかれる。
【００３８】
[0038]さらに別の例においては、封入材料は、アクチュエータにより発生した熱に反応して相変化又は化学的変化を被ることによって、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させる、感熱性材料である。例えば、アクチュエータは、電磁放射の吸収に反応する抵抗ヒータ又は受動ヒータなどの、熱を供給するために封入材料と熱的接触状態におかれたヒータであってもよい。本発明は、封入材料を含む被覆層中に埋設されたヒータを備えるデバイスを備え、このヒータは、例えばユーザにより開始されるトリガ信号に応答して熱エネルギーを供給することにより、封入材料の少なくとも部分的な除去を引き起こすことによって、選択的に変化可能な材料を含む下層の無機半導体構成要素及び／又は金属導体構成要素を露出させるように構成される。
【００３９】
[0039]いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、対電極及び電解質を備え、電解質は、電極と、及び１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素と、接触状態におかれ、ユーザにより開始される外部トリガ信号は、対電極に供給されることにより、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成の溶解を結果としてもたらす電圧又はＲＦエネルギーである。一実施形態においては、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、電気化学電池の電極を備え、電解質と接触状態にある。
【００４０】
[0040]いくつかの実施形態においては、デバイスが、ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信すると、アクチュエータが、電子回路の開閉、熱の発生、電流の抵抗、電磁放射の生成、音響エネルギーの生成、及び化学剤若しくは生物剤の分散からなる群より選択される動作を実施する。
【００４１】
[0041]アクチュエータが、電流に抵抗する場合には、デバイスの少なくとも一部分の温度が、少なくとも１０℃だけ上昇することにより、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料の熱分解が開始され、それにより１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分が内部刺激又は外部刺激に対してさらされてもよい。
【００４２】
[0042]アクチュエータが、電磁放射を生成する場合には、この電磁放射により、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料の光化学分解が開始されることによって、内部刺激又は外部刺激に対して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分がさらされる。
【００４３】
[0043]アクチュエータが、化学剤を分散させる場合には、化学剤は、例えば、水、生理食塩水、酸、塩基、及び酵素からなる群より選択されてもよく、アクチュエータが、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料に対してこの化学剤を送達することにより、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料の化学分解又は酵素分解が開始され、それにより内部刺激又は外部刺激に対して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分がさらされる。本明細書において使用される際に、化学剤は、例えばデバイスの半導体構成要素、金属導体構成要素、誘電体構成要素、基板、及び／又は封入材料の少なくとも部分的な変化を引き起こし得るなど、材料の化学的変化及び物理的変化を開始させ得る化学化合物又は化合物の混合物（例えば溶液）を広く一般的に指す。
【００４４】
[0044]アクチュエータが、生物剤を分散させる場合には、生物剤は、例えば、タンパク質、変性タンパク質、ペプチド、変性ペプチド、オリゴヌクレオチド、及びヌクレオチドからなる群より選択されてもよく、アクチュエータが、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料に対してこの生物剤を送達することにより、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた封入材料の化学分解又は酵素分解が開始され、それにより内部刺激又は外部刺激に対して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分がさらされる。本明細書において使用される際に、生物剤は、例えばデバイスの半導体構成要素、金属導体構成要素、誘電体構成要素、基板、及び／又は封入材料の少なくとも部分的な変化を引き起こし得るなど、材料の化学的変化及び物理的変化を開始させ得る生体分子又は生体分子の混合物を広く一般的に指す。
【００４５】
[0045]一実施形態においては、プログラム可能な変化は、第１の動作条件から第２の非動作条件へと遷移電子デバイスの機能を変化させる。代替的な一実施形態においては、プログラム可能な変化は、第１の機能性に対応する第１の条件から第１の機能性とは異なる第２の機能性に対応する第２の条件へと遷移電子デバイスの機能を変化させる。この機能性は、例えば電子的機能性であってもよい。いずれの実施形態においても、プログラム可能な変化は、２つ以上の無機半導体デバイス構成要素又は金属導体構成要素が相互に電気的に接触状態にあることにより特徴付けられる第１の条件から、２つ以上の無機半導体デバイス構成要素又は金属導体構成要素が相互に電気的に接触状態にないことにより特徴付けられる第２の条件への変化をもたらしてもよい。いくつかの実施形態においては、プログラム可能な変化は、遷移デバイスの構成要素を物理的に及び／又は電子的に分離させる又は離隔させることにより、第１の条件から第２の条件への遷移デバイスの機能の変化を結果的にもたらす。
【００４６】
[0046]また、本発明における分解性の又は変化可能な材料の組込みは、遷移デバイス及びその構成要素の除去、分解、及び／又は消去を助長するように実施されてもよい。一実施形態においては、本発明のデバイスは、基板が少なくとも部分的に分解又は変化すると、デバイスが被検者又は環境により効率的に処理及び消去される破片へと分解されるような、組成、ジオメトリ、及び／又は物理的寸法を有する。一実施形態においては、例えば、デバイスは、基板が少なくとも部分的に分解又は変化すると、デバイスが、被検者又は環境によるデバイスの処理及び消去を助長するように、１００ミクロン未満の、任意には１０ミクロン未満の、及び任意には１ミクロン未満の横寸法及び厚さ寸法を有する破片へと分解されるように、構成される。
【００４７】
[0047]プログラム可能な変化は、事前設定されるプログラム可能な変化又はリアルタイム誘発されるプログラム可能な変化であってもよい。例えば、事前設定されるプログラム可能な変化は、デバイスのタイマーにプログラムされた経過時間又は現在時間において引き起こされ得る。指定時間にて、変化プロセスを開始させるユーザにより開始される外部トリガ信号が、生成されてもよい。リアルタイム変化は、例えば外部ソースにより印加されるエネルギーにより、又は外部ソースにより送信されデバイスにより受信される信号により、誘発されてもよい。外部ソースからの信号の受信時に、アクチュエータは、変化プロセスを開始させてもよい。
【００４８】
[0048]一実施形態においては、プログラム可能な変化は、少なくとも１つの無機デバイス構成要素、少なくとも１つの金属導体構成要素、又はそれらの両方の、完全な溶解、分解、除去、又は変化を含んでもよい。例えば、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素のプログラム可能な変化は、再吸収、生体内吸収、（化学又は酵素）加水分解、崩壊、脱重合、溶解、昇華、溶融、エッチング、光分解、腐食、及びアノード溶解からなる群より選択されるプロセスにより引き起こされる。一実施形態においては、プログラム可能な変化は、遷移電子デバイスの１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは金属導体構成要素を電子的に分離させることにより、結果的に第１の条件から第２の条件への遷移電子デバイスの機能の変化をもたらす。例えば、遷移電子デバイスの機能は、（ｉ）ＮＯＲゲートからＮＡＮＤゲートへと、（ｉｉ）インバータから分離されたトランジスタへと、（ｉｉｉ）抵抗器からダイオードへと、（ｉｖ）ＮＡＮＤゲートからインバータへと、（ｖ）ＮＯＲゲートから分離されたトランジスタへと、又は（ｖｉ）ＮＡＮＤゲートから分離されたトランジスタへと変化されてもよい。
【００４９】
[0049]遷移電子デバイスは、受動電子デバイス又は能動電子デバイスであってもよい。例えば、受動遷移電子デバイスは、通信システム、光デバイス、センサ、光電子デバイス、生体医療デバイス、温度センサ、光検出器、光起電デバイス、ひずみ計、撮像システム、無線送信機、アンテナ、ナノ電気化学システム、又はマイクロ電気化学システムであってもよい。ある特定の実施形態においては、受動遷移電子デバイスは、温度、歪み、圧力、電位、水和状態、入射電磁放射、又は化学組成を検出するためのセンサである。ある特定の実施形態においては、受動遷移電子デバイスは、水との接触時に完全に溶解可能である通信システムである。ある特定の実施形態においては、受動遷移電子デバイスは、無線通信機又はアンテナである。ある特定の実施形態においては、受動遷移電子デバイスは、組織取付け型生体医療デバイスである。例示的な遷移電子デバイスには、トランジスタ、ダイオード、ＣＭＯＳデバイス、ＭＯＳＦＥＴデバイス、フォトダイオード、発光ダイオード、相補型論理回路、光センサ、温度センサ、化学センサ、機械センサ、電気センサ、磁気センサ、電池、燃料電池、無線通信機、及び熱電エネルギーハーベスタ又は圧電エネルギーハーベスタが含まれるが、それらに限定されない。
【００５０】
[0050]一実施形態においては、受動遷移電子デバイス又は能動遷移電子デバイスは、１０００ミクロン以下の、又は任意には１００ミクロン以下の、又は任意には１０ミクロン以下の平均厚さを有する。
【００５１】
[0051]有用な無機半導体構成要素には、可撓性半導体構造、伸縮性半導体構造、及び／又は形状変化を受け得ることにより環境の表面に対して形状適合する半導体構造が含まれるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスは、複数の無機半導体構成要素を備えてもよい。一実施形態においては、無機半導体構成要素は、トランジスタ、トランジスタチャネル、ダイオード、ｐ−ｎ接合部、フォトダイオード、発光ダイオード、レーザ、電極、集積電子デバイス、集積回路、アンテナ、インダクタ、抵抗器、半導体ベースセンサ、ＭＥＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、或いはこれらの組合せ及び／又はこれらのアレイなどの半導体デバイスを備える。
【００５２】
[0052]いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、ナノ構造材料又はミクロ構造材料を独立に含む。一実施形態においては、例えば、無機半導体構成要素は、マイクロリボン若しくはナノリボン、マイクロ膜若しくはナノ膜、マイクロワイヤ若しくはナノワイヤ、又はマイクロ多孔質材料若しくはナノ多孔質材料などの、ミクロ構造材料又はナノ構造材料を含む。本明細書において使用される際に、「ミクロ構造の」という用語は、１ミクロン〜１０００ミクロンの範囲から選択される少なくとも１つの物理的寸法を有する構造を指し、「ナノ構造の」という用語は、１０ナノメートル〜１０００ナノメートルの範囲から選択される少なくとも１つの物理的寸法を有する構造を指す。一実施形態においては、本発明は、任意には規則網状に設けられた、１μｍ〜１０００μｍの範囲から選択される断面寸法を有する複数の孔を有するマイクロ孔質材料を含む、ナノ構造の無機半導体構成要素、金属構成要素、又は誘電体構成要素を備える。一実施形態においては、本発明は、任意には規則網状に設けられた、１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲から選択される断面寸法を有する複数の孔を有するナノ孔質材料を含む、ナノ構造の無機半導体構成要素、金属構成要素、又は誘電体構成要素を備える。
【００５３】
[0053]デバイスの物理的寸法及び形状、並びにその構成要素は、特に所望の遷移プロファイルの再選択に関して重要なパラメータとなる。薄い無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素（例えば、１００ミクロン以下の厚さ、任意には１０ミクロン以下の厚さ、任意には１ミクロン以下の厚さ、任意には５００ナノメートル以下の厚さ、及び任意には１００ナノメートル以下の厚さなど）の使用は、所与のデバイス用途に対して事前選択された遷移を与えることにとって、及び／又は可撓性の若しくは他の態様で変形可能なデバイスなどの有用な機械特性を実現することにとって、有利となる。いくつかの実施形態においては、無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素は、例えば分子エピタキシ、原子層堆積、物理気相成長、化学気相成長、又は当技術において公知の他の方法により堆積又は成長され得る、１つ又は複数の薄膜構造を独立に備える。いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素は、生体適合性材料、生体内吸収性材料、生体不活性材料、又は生態学的適合性材料を独立に含む。いくつかの実施形態においては、電子デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくともいくつか及び任意には全てが、１００ミクロン以下の厚さを有し、いくつかの用途については１０ミクロン以下の厚さを有し、いくつかの用途については１ミクロン以下の厚さを有し、いくつかの用途については５００ナノメートル以下の厚さを有し、いくつかの用途については１００ナノメートル以下の厚さを有し、いくつかの用途については２０ナノメートル以下の厚さを有する。いくつかの実施形態においては、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくともいくつか及び任意には全てが、１０ｎｍ〜１００μｍから選択される、任意にはいくつかの用途については５０ｎｍ〜１０μｍの範囲から選択される、及び任意にはいくつかの用途については１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲から選択される、厚さを有する。一実施形態においては、例えば、本発明のデバイスは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの、任意にはいくつかの用途については１０ｎｍ〜１００ｎｍの、及び任意にはいくつかの用途については１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲から選択される厚さをそれぞれが独立に有する、１つ又は複数の無機半導体構成要素を備える。いくつかの実施形態においては、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくともいくつか及び任意には全てが、１００００μｍ以下の横方向の物理的寸法を（例えば、長さ、幅、直径等々）を独立に有し、いくつかの用途については１０００μｍ以下の横方向の物理的寸法を有し、いくつかの用途については１００μｍ以下の横方向の物理的寸法を有し、いくつかの用途については１μｍ以下の横方向の物理的寸法を有する。いくつかの実施形態においては、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくともいくつか及び任意には全てが、１０ｎｍ〜１０ｃｍの範囲から選択される、任意にはいくつかの用途については１００ｎｍ〜１００００μｍの範囲から選択される、任意にはいくつかの用途については５００ｎｍ〜１０００μｍの範囲から選択される、任意にはいくつかの用途については５００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択される、及び任意にはいくつかの用途については５００ｎｍ〜１０μｍの範囲から選択される、横方向の物理的寸法を独立に有する。
【００５４】
[0054]遷移デバイスの他の構成要素と同様に、無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の物理特性（例えば、ヤング率、正味曲げ剛性、靱性、導電性、抵抗等々）は、デバイスの性能及び遷移に対して影響を及ぼす。いくつかの実施形態においては、例えば、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくとも一部分及び任意には全てが、１０ＧＰａ以下の、任意にはいくつかの用途については１００ＭＰａ以下の、任意にはいくつかの用途については１０ＭＰａ以下のヤング率を独立に有する。いくつかの実施形態においては、例えば、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくとも一部分及び任意には全てが、０．５ＭＰａ〜１０ＧＰａの範囲から選択される、任意にはいくつかの用途については０．５ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲から選択される、及び任意にはいくつかの用途については０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲から選択されるヤング率を有する。いくつかの実施形態においては、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくとも一部分及び任意には全てが、１×１０８ＧＰａμｍ４以下の、任意にはいくつかの用途については５×１０５ＧＰａμｍ４以下の、及び任意にはいくつかの用途については１×１０５ＧＰａμｍ４以下の正味曲げ剛性を有する。いくつかの実施形態においては、デバイスの無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素の中の少なくとも一部分及び任意には全てが、０．１×１０４ＧＰａμｍ４〜１×１０８ＧＰａμｍ４の、及び任意にはいくつかの用途については０．１×１０ＧＰａμｍ４〜５×１０５ＧＰａμｍ４の間の範囲から選択される正味曲げ剛性を有する。
【００５５】
[0055]無機半導体構成要素用に有用な材料には、純粋な単結晶半導体材料及びドープされた単結晶半導体材料を含む単結晶半導体材料などの、高品質半導体材料が含まれる。一実施形態においては、無機半導体構成要素の全てが、例えば高温ファウンドリ処理から得られた単結晶シリコン及び／又はドープされた単結晶シリコンなどの、単結晶半導体材料及び／又は単結晶ドープ半導体材料を含む。遷移デバイスに単結晶半導体材料を組み込むことは、非常に良好な電子特性を示すデバイスの実現にとって特に有利となる。一実施形態においては、半導体構成要素は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ダイヤモンド、フラーレン、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、銅インジウムガリウムセレナイド（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、及びこれらの任意の組合せからなる群より選択される材料を含む。いくつかの実施形態においては、無機半導体構成要素は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、及びこれらの任意の組合せからなる群より選択される材料を含む。いくつかの実施形態においては、無機半導体構成要素は、単結晶シリコン、多孔質シリコン、及び／又は多結晶シリコンを独立に含む。いくつかの実施形態においては、無機半導体構成要素は、多結晶半導体材料、単結晶半導体材料、又はドープされた多結晶半導体材料若しくはドープされた単結晶半導体材料を独立に含む。いくつかの実施形態においては、無機半導体構成要素は、変化可能な材料である。変化可能な無機半導体構成要素用に有用な材料には、多孔質シリコン、多結晶シリコン、及びこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。
【００５６】
[0056]いくつかの実施形態においては、遷移デバイスは、電極、誘電体層、化学センサ素子若しくは生物センサ素子、ｐＨセンサ、光センサ、光源、温度センサ、及び容量センサからなる群より選択される１つ又は複数の追加のデバイス構成要素を備えてもよい。追加のデバイス構成要素は、生体不活性材料、分解性材料、又は変化可能材料を含んでもよい。有用な生体不活性材料には、チタン、金、銀、白金、及びこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。有用な分解性材料又は変化可能材料には、鉄、マグネシウム、タングステン、及びこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。
【００５７】
[0057]いくつかの実施形態においては、電子デバイスは、１つ又は複数の相互接続されたアイランド構造及びブリッジ構造を備える。例えば、アイランド構造は、遷移デバイスの１つ又は複数の半導体回路構成要素を備えてもよい。ブリッジ構造は、例えば異なるアイランド構造間になど、素子間に電気接続をもたらす、１つ又は複数の可撓性及び／又は伸縮性電気相互接続部を備えてもよい。このようにすることで、本発明の電子デバイスは、１つ又は複数のアイランド構造と、例えば伸縮性電子相互接続部などの電気相互接続部を形成する１つ又は複数の可撓性ブリッジ構造及び／又は伸縮性ブリッジ構造とを備える、複数の電気的に相互接続された無機半導体構成要素を有する伸縮性電子デバイスを備え得る。
【００５８】
[0058]いくつかの実施形態においては、複数の無機半導体構成要素の少なくとも一部分が、増幅器回路、多重化回路、電流制限回路、集積回路、トランジスタ、又はトランジスタアレイの中の１つ又は複数を備える。有用な多重化回路には、分解性基板上に空間的に配置された複数の電極のそれぞれに個別にアドレス指定するように構成されたものが含まれる。さらに、遷移デバイスは、電極、誘電体層、化学センサ素子若しくは生物センサ素子、ｐＨセンサ、光センサ、光源、温度センサ、及び容量センサからなる群より選択される１つ又は複数の追加のデバイス構成要素をさらに備えてもよい。追加のデバイス構成要素の中の少なくとも１つが、生体不活性材料又は生体内吸収性材料を含んでもよい。
【００５９】
[0059]いくつかの実施形態においては、遷移デバイス又はその構成要素は、例えば、転写印刷、乾式接触転写印刷、溶液ベース印刷、ソフトリソグラフィ印刷、レプリカ成形、インプリントリソグラフィ等々により、印刷ベースプロセス又は成形ベースプロセスを介して基板上に組み立てられる。したがって、これらの実施形態のいくつかにおいては、デバイス又はその構成要素は、印刷可能半導体材料及び／又は印刷可能デバイスを備える。印刷ベース技術によるデバイス及び基板構成要素の集積は、半導体デバイス／半導体材料の独立処理及び基板用の処理が可能となるため、一部の実施形態においては有利となる。例えば、印刷ベース組立アプローチにより、いくつかの基板との間に適合性を有さない技術によって半導体デバイス／半導体材料を処理することが可能となる。いくつかの実施形態においては、例えば、半導体デバイス／半導体材料は、初めに高温処理、物理成長処理及び化学成長処理、エッチング、及び／又は水性処理（例えば現像等々）により処理され、次いでその後、印刷ベース技術により基板上に組み立てられる。このアプローチの利点は、例えば変化可能基板の生体適合性、毒性、及び／又は分解特性（例えば分解速度等々）に負の影響を及ぼすことなどによって、基板の化学特性及び／又は物理特性に負の影響を及ぼし得るように基板上の半導体デバイス／半導体材料の処理が、回避される点である。いくつかの実施形態においては、例えば、このアプローチにより、例えばエッチング液、剥離剤、又は現像液に対して変化可能基板をさらすことを伴う処理などの水性処理に対して基板をさらすことなく、デバイスの効率的な製造が可能となる。
【００６０】
[0060]いくつかの実施形態においては、デバイスの複数の無機半導体構成要素の少なくとも一部分及び任意には全てが、基板に対して接合される。デバイスと基板との間の接合は、層と材料との間の共有結合及び非共有結合（例えば、ファンデルワールス力、水素結合、ロンドン分散力等々）を直接的に伴って実現されてもよい。代替的には、接合は、デバイスと基板との間に設けられた接着層の組込みにより実現されてもよい。接合に有用な接着層には、ポリマー、エラストマー（例えばＰＤＭＳ）、プレポリマー、薄い金属層、シルク層、等々が含まれる。
【００６１】
[0061]いくつかの実施形態においては、例えば、封入材料が、デバイスの一部分又は全てを封入することにより、局所環境に対する漏電及び／又はデバイスの電気的短絡を防止するように機能する。一実施形態においては、封入材料は、デバイスの無機半導体構成要素及び／又は金属導体構成要素の少なくとも５０％を、任意にはデバイスの無機半導体構成要素及び／又は金属導体構成要素の少なくとも９０％を、及び任意にはデバイスの無機半導体構成要素及び／又は金属導体構成要素の全てを封入する。一実施形態においては、封入材料は、遷移デバイスを完全に封入する。
【００６２】
[0062]様々な材料が、本デバイスの分解性基板にとって有用である。一実施形態においては、基板は、選択的に除去可能な材料を含む。一実施形態においては、基板の選択的に除去可能な材料は、再吸収、生体内吸収、（化学又は酵素）加水分解、崩壊、脱重合、溶解、昇華、溶融、エッチング、及び腐食からなる群より選択されるプロセスによる除去を被る。一実施形態においては、基板は、生体適合性材料、生体内吸収性材料、又は生態学的適合性材料を含む。基板にとって有用な材料には、例えば、バイオポリマー（例えば、タンパク質、ペプチド、炭水化物、ポリヌクレオチド等々）、合成ポリマー、タンパク質、多糖、シルク、ポリ（グリセロール−セバシン酸）（ＰＧＳ）、ポリジオキサノン、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポロビニルアルコール（ＰＶＡ）、ゼラチン、コラーゲン、キトサン、フィブロイン、ヒアルロン酸、プロテアーゼ粒子、フルオレシン、ローズベンガル、ローダミン、リフレクチン、バクテリオロドプシン、ヘモグロビン、ポルフィリン、及びこれらの任意の組合せなどが含まれる。生体内吸収性基板にとって有用なシルク材料には、例えば、カイコフィブロイン、変性カイコフィブロイン、クモシルク、昆虫シルク、組み換えシルク、及びこれらの任意の組合せが含まれる。本明細書において使用される際に、変性カイコフィブロインは、カイコフィブロインの化学的変性により得られるポリマー組成を指す。
【００６３】
[0063]いくつかの実施形態においては、基板及び／又は封入材料は、少なくとも部分的に結晶状態にあり得るシルクを含む。例えば、シルクは、５５％未満の、又は０〜５５％の範囲から選択される結晶度を有してもよい。一実施形態においては、基板は、シルク複合材料を含む。例えば、シルク複合材料は、複数のナノ粒子がシルク材料全体に分散したシルクを含んでもよく、これらのナノ粒子には、導体（例えば金属）、半導体材料、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノシェル（誘電体コアを有する金属シェル）、顔料、染料、及びこれらの組合せが含まれる。いくつかの実施形態においては、ナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、ＣｓＳｅ、及びＣｄＴｅからなる群より選択される材料を含む。典型的には、ナノ粒子は、１０００ｎｍ以下の物理的寸法を有し、ナノ粒子は、０．１ｎＭ〜１００ｎＭの範囲から、又は０．５ｎＭ〜５０ｎＭの範囲から、又は１ｎＭ〜２５ｎＭの範囲から選択される濃度でシルク材料中に存在する。いくつかの実施形態においては、ナノ粒子は、電磁放射を吸収することにより、基板の選択的除去を誘発し得る熱を発生させる。熱分解プロセスを誘発するための電磁エネルギーの吸収は、ナノ粒子濃度及び印加される電磁エネルギーのパワーの両方により決定される。一実施形態においては、電磁放射の吸収は、プラズモン共鳴により強化される吸収である。
【００６４】
[0064]いくつかの実施形態においては、遷移基板又は封入材料は、高温にさらされることにより変化されてもよい。例えば、シルクのガラス転移温度は、約１７８℃であり、分解は、約２２０℃にて開始される。
【００６５】
[0065]いくつかの実施形態においては、基板又は封入材料の変化は、高濃度のいくつかの塩（例えば、リチウム塩、カルシウム塩）により基板又は封入材料を透過処理することによって、促進又は助長されてもよい。
【００６６】
[0066]いくつかの実施形態においては、基板は、２９８Ｋでの無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の加水分解速度以上の速度において、水性環境内にて加水分解を被る材料である。いくつかの実施形態においては、基板は、２９８Ｋでの無機半導体構成要素又は金属導体構成要素の加水分解速度以下の速度において、水性環境内にて加水分解を被る材料である。他の実施形態においては、基板は、２７３Ｋ以上の温度にて昇華を被る材料である。
【００６７】
[0067]変化可能な基板の物理的寸法及び物理特性は、デバイスの機能性範囲及び種々の環境との間における適合性を支持するための重要なパラメータである。いくつかの実施形態においては、変化可能な基板は、１０，０００μｍ以下の、任意にはいくつかの実施形態においては１０００μｍ以下の、任意にはいくつかの実施形態においては１００μｍ以下の、任意にはいくつかの実施形態においては１０μｍ以下の、及び任意にはいくつかの実施形態においては１μｍ以下の厚さを有する。薄い変化可能な基板（例えば、１００ミクロン以下の、任意には１０ミクロン以下の、及び任意には１ミクロン以下の）の使用は、複雑で高度に輪郭の込み入った表面を有する環境を含む多用な環境との間に形状適合接触を確立し得る、可撓性の又は他の態様で変化可能なデバイスの実現にとって有用である。いくつかの実施形態においては、変化可能な基板は、５ナノメートル〜２００μｍの範囲から選択される、任意にはいくつかの実施形態については１０ナノメートル〜１００μｍの範囲から選択される、任意にはいくつかの実施形態については１００ナノメートル〜１００００μｍの範囲から選択される、任意にはいくつかの用途については１μｍ〜１０００μｍの範囲から選択される、及び任意にはいくつかの実施形態については１μｍ〜１０μｍの範囲から選択される厚さを有する。変化可能な基板がわずかに数ナノメートルの厚さである実施形態においては、支持基板が、必要となり得るか、又は支持性が、多層堆積技術により改善され得る。いくつかの実施形態においては、変化可能な基板の組成及び物理特性（例えば、ヤング率、正味曲げ剛性、靱性等々）が、デバイス構成要素に対して十分な構造的支持をもたらす一方で、展開時に高度の形状適合接触も実現し得るように、選択される。いくつかの実施形態においては、変化可能な基板は、低弾性係数層である。代替的には、本発明は、高弾性係数層である変化可能な基板を有するデバイスを含む。いくつかの実施形態においては、例えば、変化可能な基板は、１０ＧＰａ以下のヤング率を、好ましくはいくつかの用途については１００ＭＰａ以下のヤング率を、任意にはいくつかの用途については１０ＭＰａ以下のヤング率を有する。いくつかの実施形態においては、例えば、変化可能な基板は、０．５ＭＰａ〜１０ＧＰａの範囲から選択される、任意にはいくつかの用途については０．５ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲から選択される、及び任意にはいくつかの用途については０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲から選択されるヤング率を有する。いくつかの実施形態においては、例えば、変化可能な基板は、１×１０９ＧＰａμｍ４以下の、任意にはいくつかの用途については１×１０７ＧＰａμｍ４以下の、及び任意にはいくつかの用途については１×１０６ＧＰａμｍ４以下の正味曲げ剛性を有する。いくつかの実施形態においては、例えば、変化可能な基板は、０．１×１０４ＧＰａμｍ４〜１×１０９ＧＰａμｍ４の、及び任意にはいくつかの用途については０．１×１０４ＧＰａμｍ４〜５×１０５ＧＰａμｍ４の間の範囲から選択される正味曲げ剛性を有する。
【００６８】
[0068]本発明は、非晶質材料、結晶質材料、部分的非晶質材料、部分的結晶質材料、又はこれらの任意の組合せを含む変化可能な基板を含む。一実施形態においては、本発明の遷移デバイスは、少なくとも部分的に結晶質の材料を含み、変化可能な基板の結晶度は、選択される環境及びデバイス用途について有用及び／又は事前選択された変化可能速度を実現するように選択される。いくつかの実施形態においては、変化可能な基板の結晶度がより高いほど、環境と接触状態におかれた場合に変化可能速度はより低速化する。例えば、本発明は、５５％以下の結晶度を、任意には３０％以下の結晶度を、任意には２０％以下の結晶度を、及び任意には５％以下の結晶度を有する、変化可能な基板を有する遷移デバイスを含む。例えば、本発明は、０〜５５％の範囲から選択される結晶度を、任意にはいくつかの実施形態については１〜３０％の範囲から選択される結晶度を、及び任意にはいくつかの実施形態については５〜２０％の範囲から選択される結晶度を有する、変化可能な基板を有する遷移デバイスを含む。本明細書において使用される際に、０％結晶度は、完全に非晶質の材料を指し、所与の結晶度は、材料の合計量に対する、結晶状態で用意される材料の量に相当する。例えばシルク基板を有するいくつかの実施形態においては、結晶度は、シルク基板のβシート含有量を指す。
【００６９】
[0069]いくつかの実施形態においては、デバイスは、環境と接触状態におかれた場合に、プログラム可能な、制御可能な、及び／又は選択可能な変化速度を有する変化可能な基板を備える。本発明は、意図される用途、デバイス機能性、寿命等々に基づき選択される変化速度範囲を示す、変化可能な基板を有するデバイスを含む。いくつかの実施形態においては、例えば、変化可能な基板は、適用時に迅速且つ完全な変化を実現することにより、例えばある特定の環境内においてデバイスを展開するのに有用な構造変化及び／又は形態変化が促進される、高い変化速度を示す。他の実施形態においては、例えば、変化可能な基板は、適用時に低速分解及び／又は不完全分解を実現することにより、例えばデバイスの電子構成要素の封入を実現する及び／又はデバイスを展開若しくは除去するのに有用な構造特性を実現する、低い再吸収速度を示す。
【００７０】
[0070]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、再吸収、生体内吸収、加水分解、崩壊、脱重合、溶解、エッチング、又は腐食を加速するように工学設計された材料を含む、無機半導体構成要素及び／又は金属導体構成要素を備える。この工学設計される材料は、例えば穿孔構造であってもよい。「穿孔構造」は、凹状フィーチャ、穴、チャネル、ひび、又は、構造が構造の少なくとも１つの主要平面内において一体性及び連続性を有することを妨げる他の物理的欠陥を備えてもよい。一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素は、１つ又は複数の穿孔構造を独立に備える。例えば、１つ又は複数の穿孔構造は、１０％〜８０％、２０％〜５０％、又は３０％〜４０％から選択される多孔率（また空隙率）を有してもよい。一実施形態においては、穿孔構造は、２０％超の、３０％超の、５０％超の、又は７０％超の多孔率を有してもよい。「多孔率」は、一般的には、全体の体積に対する材料中の全ての孔の体積の比を表す。当技術において公知であるように、多孔率比率は、パーセンテージで表されてもよい。
【００７１】
[0071]一実施形態においては、１つ又は複数の穿孔構造が、複数の凹状フィーチャ又はチャネルを有してもよい。一実施形態においては、凹状フィーチャ又はチャネルは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さ全体にわたり貫通して延在する。一実施形態においては、凹状フィーチャ又はチャネルは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さの０．１％〜１００％、１％〜９５％、５％〜８５％、１０％〜７５％、又は２５％〜５０％にわたり延在する。一実施形態においては、凹状フィーチャ又はチャネルは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さの１０ｎｍ〜１０ｍｍの範囲から選択される長さにわたって延在する。一実施形態においては、凹状フィーチャ又はチャネルは、０．１μｍ２〜１０ｃｍ２、０．５μｍ２〜５ｃｍ２、１μｍ２〜１ｃｍ２、又は１０μｍ２〜０．１ｃｍ２の範囲から選択される横断面寸法と、０．０１μｍ〜１０ｍｍ、０．０５μｍ〜５ｍｍ、０．１μｍ〜１ｍｍ、又は１０μｍ〜０．１ｍｍの範囲から選択される垂直方向寸法とを有する。
【００７２】
[0072]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスは、ある特定の波長の放射に対してさらされた場合に分解を被りやすい材料から作製されたリザーバを備える。リザーバ内の水溶液又は他の化学薬品（複数可）は、放射の影響を受けやすい材料の分解時に、リザーバから漏出し、デバイス構成要素と相互作用することによりそれらの構成要素の分解又は変化を加速させ得る。
【００７３】
[0073]内部刺激又は外部刺激は、例えば、生物学的環境の変化、温度の変化、圧力の変化、電磁放射に対する露出、化学剤との接触、電界の印加、磁界の印加、溶媒への露出、外部環境のｐＨの変化、外部環境の塩濃度の変化、又はアノード電圧の印加などであってもよい。
【００７４】
[0074]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、選択的に変化可能な材料を含む無線電力構成要素を備える。一実施形態においては、無線電力構成要素は、コイル、電池、燃料電池、エネルギーハーベスタ、太陽電池、又はインダクタである。エネルギーハーベスタは、熱電構成要素及び圧電構成要素から選択されてもよい。
【００７５】
[0075]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、センサ、電源、光電子デバイス、ナノ電気機械（ＮＥＭ）デバイス、又はマイクロ電気機械（ＭＥＭ）デバイスである。遷移電子デバイスが、センサである場合には、センサは、光強度変化、光波長変化、温度変化、化学的変化、機械的変化、電気的変化、磁気的変化、及びこれらの組合せを検出してもよい。遷移デバイスが、電源である場合には、電源は、コイル、電池、燃料電池、又はエネルギーハーベスタであってもよい。エネルギーハーベスタは、熱電構成要素又は圧電構成要素から選択されてもよい。
【００７６】
[0076]一実施形態においては、無線電力構成要素は、光起電力効果、非共鳴誘導結合、近接場相互インダクタンス結合、又はこれらの組合せにより、電磁エネルギーを変換する。無線電力構成要素が、光起電力効果により動作する場合には、無線電力構成要素は、太陽電池又はソーラアレイであってもよい。無線電力構成要素が、非共鳴誘導結合により動作する場合には、無線電力構成要素は、交番磁界に応答して電流を伝達するインダクタであってもよい。給電されるデバイス構成要素は、インダクタと電気接続状態にある抵抗器であってもよい。抵抗器は、電流がインダクタを通り伝達されると、熱を発生する。無線電力構成要素が、近接場相互インダクタンス結合により動作する場合には、無線電力構成要素は、スカベンジング整流器を備える。スカベンジング整流器は、周囲交流電流（ＡＣ）信号を収集するスカベンジングアンテナを介して電波エネルギーを吸収し、周囲ＡＣ信号は、整流器により直流電流（ＤＣ）に変換される。スカベンジング整流器の入力周波数は、約２．４ＧＨｚである。スカベンジング整流器の整流済み出力は、１Ｖ〜３Ｖの範囲から選択される。
【００７７】
[0077]一実施形態においては、デバイスは、無線通信機として動作し、遷移電子デバイスの状態を示す信号又は遷移電子デバイスの環境のパラメータを送信するための送信アンテナに対して結合された発振器をさらに備える。発振器の出力周波数は、約１ＧＨｚであってもよい。
【００７８】
[0078]一実施形態においては、遷移電子デバイスが、１つ又は複数の無機半導体構成要素を備える。いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素のそれぞれが、例えば１０００ｎｍ未満の厚さを有し得るナノ膜構造を独立に備える。一実施形態においては、無機半導体構成要素のそれぞれが、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、又はこれらの組合せを独立に含む。一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素は、ＺｎＯを含む。
【００７９】
[0079]一実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素が、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−８ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−５ｓ−１以上の、又は２９８Ｋで１０−２ｓ−１以上の速度で、加水分解を被る半導体材料を独立に含む。
【００８０】
[0080]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、１つ又は複数の金属導体構成要素を備え、遷移電子デバイスの１つ又は複数の金属導体構成要素は、Ｍｇ、Ｗ、Ｆｅ、又はそれらの合金を含んでもよい。ある特定の実施形態においては、１つ又は複数の金属導体構成要素は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金を独立に含み、この合金の１つ又は複数の追加材料は、１０重量％以下の濃度を有する。別の実施形態においては、１つ又は複数の金属導体構成要素は、１つ又は複数の希土類元素を含むＭｇ合金を独立に含み、この合金の１つ又は複数の希土類元素は、１０重量％以下の濃度を有する。別の実施形態においては、遷移電子デバイスは、ＺｎＯを含む１つ又は複数の無機半導体構成要素と、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｗ、又はそれらの合金を含む１つ又は複数の金属導体構成要素とを備える。
【００８１】
[0081]一実施形態においては、１つ又は複数の金属導体構成要素が、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−８ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−５ｓ−１以上の、又は２９８Ｋで１０−２ｓ−１以上の速度で、加水分解を被る半導体材料を独立に含む。
【００８２】
[0082]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、基板により支持された１つ又は複数の誘電体構成要素を備えてもよく、１つ又は複数の誘電体構成要素は、選択的に除去可能な材料を含む。一実施形態においては、１つ又は複数の誘電体構成要素の選択的に除去可能な材料は、再吸収、生体内吸収、加水分解、崩壊、脱重合、溶解、昇華、溶融、エッチング、及び腐食からなる群より選択されるプロセスにより除去を被り得る。いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の誘電体構成要素は、生体適合性材料、生体内吸収性材料、又は生態学的適合性材料を含む。いくつかの実施形態においては、誘電体構成要素のそれぞれが、１つ又は複数の薄膜構造を備え、これらの薄膜構造は、例えば分子エピタキシ、原子層堆積、物理気相成長、化学気相成長、又は当技術において公知の他の方法により堆積又は成長され得る。典型的には、１つ又は複数の誘電体構成要素のそれぞれが、１０ｎｍ〜５０μｍの範囲から選択される厚さを、又は１００ｎｍ以下の厚さを、又は１０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００８３】
[0083]一実施形態においては、１つ又は複数の誘電体構成要素は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＶＡ、及びＰＬＧＡからなる群より選択される１つ又は複数の材料を含んでもよい。ある特定の実施形態においては、遷移電子デバイスは、ＺｎＯ及びＳｉからなる群より選択される１つ又は複数の無機半導体構成要素と、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｗ、又はそれらの合金からなる群より選択される１つ又は複数の金属導体構成要素と、ＳｉＯ２及びＭｇＯからなる群より選択される１つ又は複数の誘電体構成要素とを備える。別の実施形態においては、遷移電子デバイスは、ＺｎＯを含む１つ又は複数の無機半導体構成要素と、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｗ、又はそれらの合金からなる群より選択される１つ又は複数の金属導体構成要素と、ＭｇＯを含む１つ又は複数の誘電体構成要素とを備える。一実施形態においては、１つ又は複数の誘電体構成要素が、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−８ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−５ｓ−１以上の、又は２９８Ｋで１０−２ｓ−１以上の速度で、加水分解を被る材料を含む。
【００８４】
[0084]１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の誘電体構成要素は、マイクロ転写印刷により基板上に組み立てられてもよい。
【００８５】
[0085]一実施形態においては、基板、１つ又は複数の無機半導体構成要素、及び１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に除去可能な材料を独立に含む。
【００８６】
[0086]一実施形態においては、遷移電子デバイスは、基板と金属導体構成要素の少なくとも一部分との間に配設された接着促進層をさらに備えてもよい。例えば、接着促進層は、酸化マグネシウム、チタン、及びそれらの組合せからなる群より選択される材料を含んでもよい。
【００８７】
[0087]遷移電子デバイスは、中立機械面を有し、いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素の少なくとも一部分及び任意には全てが、中立機械面の近位に（例えば１０ミクロン以内、及び任意には１ミクロン以内）に位置決めされる。遷移可能な基板の厚さは、中立機械面の近位に１つ又は複数の無機半導体構成要素の少なくとも一部分を位置決めするように選択されてもよい。中立機械面の近位に位置決めされた無機半導体構成要素を有する実施形態は、例えば非平面（例えば、曲げ、湾曲、凹状、凸状等々の）構造に及び／又は伸張構造になされた場合のデバイスの構造的完全性を強化することなどにより、デバイスが展開時の構造の著しい変化を被る用途に対して有用となる。
【００８８】
[0088]いくつかの実施形態においては、遷移デバイスが、パッケージ材料内に部分的に又は完全に封入されてもよい。一実施形態においては、パッケージ材料は、シートのエッジが共に積層される場合に、デバイスを完全に封入する、一対の架橋シルクシートを備える。例えば、これらのシートは、鋳造及び剥離により形成された２つの自立型シルクフィルムであってもよく、これらは、次いで積層によりエッジに沿って封止される。一般的には、これらのシートは、１ミクロン〜２００ミクロンの、２ミクロン〜１００ミクロンの、又は５ミクロン〜５０ミクロンの範囲から選択される厚さを有する。ある特定の観点から、１ミクロン未満のフィルム（自立型の場合）は、いくつかの技術を利用した作製及び取扱いが困難となり得る一方で、２００ミクロン超の厚さのフィルムは、剛性となり、いくつかの技術を利用した取扱い時にひび割れを被りやすくなり得る。代替的には、いくつかの実施形態においては、パッケージ材料は、１ミクロン〜１センチメートルの、任意にはいくつかの用途については５ミクロン〜２ミリメートルの、及び任意にはいくつかの用途については１０ミクロン〜５０ミクロンの範囲から選択される厚さを有する、事前成形された中空シルクチューブであってもよい。典型的には、パッケージ材料は、シート当たり約２０μｍの厚さを有する。
【００８９】
[0089]一実施形態においては、封入材料が、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素を少なくとも部分的に封入し、封入材料は、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させるために少なくとも部分的に除去される選択的に変化可能な材料を含む。一実施形態においては、封入材料は、外部刺激又は内部刺激に反応して除去される。
【００９０】
[0090]一実施形態においては、封入材料は、１つ又は複数の無機半導体構成要素の上に設けられた、或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に設けられた、被覆層である。この被覆層は、１０ｎｍ〜１０ｍｍ、２０ｎｍ〜１ｍｍ、又は５０ｎｍ〜０．１ｍｍの範囲から選択される厚さを有する。封入材料は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の上に直接的に設けられてもよく、又は封入材料と１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素との間の１つ又は複数の中間構造／中間層により間接的に設けられてもよい。
【００９１】
[0091]一実施形態においては、封入材料は、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の事前選択された遷移プロファイルとは異なる事前選択された遷移プロファイルを有する。例えば、一実施形態においては、遷移プロファイルは、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素のものよりも少なくとも１桁大きくてもよい。
【００９２】
[0092]一実施形態においては、遷移プロファイルは、１マイクロ秒〜２年、１マイクロ秒〜１年、１マイクロ秒〜６か月、１マイクロ秒〜１か月、１マイクロ秒〜１日、１マイクロ秒〜１時間、１秒〜１０分の範囲から選択される時間間隔にわたり行われる封入材料の除去により、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させることによって、特徴付けられてもよい。例えば、遷移プロファイルは、１マイクロ秒〜２年、１マイクロ秒〜１年、１マイクロ秒〜６か月、１マイクロ秒〜１か月、１マイクロ秒〜１日、１マイクロ秒〜１時間、１秒〜１０分の範囲から選択される時間間隔の間における、封入材料の０．０１％〜１００％の、０．１％〜７０％の、０．５％〜５０％の、１％〜２０％の、又は１％〜１０％の除去により、下層の無機半導体構成要素又は金属導体構成要素を露出させることによって、特徴付けられてもよい。一実施形態においては、遷移プロファイルは、０．０１ｎｍ／日〜１０ミクロンｓ−１の、０．１ｎｍ／日〜１ミクロンｓ−１の、又は１ｎｍ／日〜０．５ミクロンｓ−１の範囲から選択される速度における、封入材料の平均厚さの縮小によって特徴付けられてもよい。
【００９３】
[0093]一実施形態においては、封入材料は、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＬＧＡ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＬＡ、ＳｉＯ２、ポリ無水物（ポリエステル）、ポリヒドロキシアルカネート（ＰＨＡ）、及びポリリン酸塩からなる群より選択される材料を含む。一実施形態においては、封入材料は、シルクを含み、シルクは、少なくとも部分的に結晶状態にあってもよい。例えば、シルクは、５５％未満の又は１〜５５％の範囲から選択される結晶度を有してもよい。一実施形態においては、封入材料は、一対の架橋されたシルクシートを含み、一対の架橋されたシルクシートは、シートのエッジ同士が共に積層された場合に、遷移電子デバイスを完全に封入する。
【００９４】
[0094]いくつかの実施形態においては、封入材料は、シルク複合材料を含む。シルク複合材料は、複数のナノ粒子が分散したシルクを含んでもよく、ナノ粒子がそれぞれ、導体材料又は半導体材料を独立に含む。例えば、ナノ粒子がそれぞれ、Ａｕ、Ａｇ、ＣｓＳｅ、及びＣｄＴｅからなる群より選択される材料を独立に含んでもよい。典型的には、ナノ粒子は、１０００ｎｍ以下の物理的寸法を有し、ナノ粒子は、０．１ｎＭ〜１００ｎＭの範囲から選択される濃度にてシルク中に存在する。いくつかの実施形態においては、ナノ粒子は、電磁放射を吸収することにより、封入材料の選択的除去を引き起こし得る熱を発生させる。例えば、電磁放射の吸収は、プラズモン共鳴により強化される吸収であってもよい。
【００９５】
[0095]いくつかの実施形態においては、封入材料は、水性環境において２９８Ｋで１０−１０ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−８ｓ−１以上の、２９８Ｋで１０−５ｓ−１以上の、又は２９８Ｋで１０−２ｓ−１以上の速度で、加水分解を被る材料である。他の実施形態においては、封入材料は、２７３Ｋ以上の温度にて昇華を被る材料である。例えば、昇華性封入材料は、ＣＯ２、Ｉ３、ナフタレン、塩化アンモニウム、塩化鉄、塩化アルミニウム、メラミン、ニッケロセン、ショウノウ、及びカフェインからなる群より選択される材料であってもよい。
【００９６】
[0096]いくつかの実施形態においては、封入材料は、非昇華性材料中に添加された複数の昇華性繊維を備える複合材料であり、昇華性繊維の昇華により、封入材料の選択的除去が結果的に得られる。複合材料は、例えば、溶液成形材料、電界紡糸材料、又は回転成形材料であってもよい。
【００９７】
[0097]選択的に除去可能な材料の厚さがゼロに到達する時間は、
【数１】
2018032870.tif 000003
により求められる。ここで、ｔｃは、臨界時間であり、ρｍは、材料の質量密度であり、Ｍ（Ｈ２Ｏ）は、水のモル質量であり、Ｍ（ｍ）は、材料のモル質量であり、ｈ０は、材料の初期厚さであり、Ｄは、水の拡散率であり、ｋは、溶解反応についての反応定数であり、ｗ０は、水の初期濃度であり、ここで、ｋは、１０５〜１０−１０ｓ−１の範囲から、１０３〜１０−７ｓ−１の範囲から、１０２〜１０−４ｓ−１の範囲から、又は１０〜１０−２ｓ−１の範囲から選択された値を有する。
【００９８】
[0098]一実施形態においては、遷移デバイスの物理特性（例えば、ヤング率、正味曲げ剛性、靱性等々）は、デバイスによる自己支持のための剛性を与えると共に、同時に環境との高い形状適合接触度の実現を可能にする。一実施形態においては、基板、１つ又は複数の無機半導体構成要素を有するデバイス、及び１つ又は複数の金属導体構成要素は、１×１０９ＧＰａμｍ４以下の遷移デバイスの正味曲げ剛性、又は０．１×１０４ＧＰａμｍ４〜１×１０８ＧＰａμｍ４の、任意には１×１０５ＧＰａμｍ４〜１×１０８ＧＰａμｍ４の範囲から選択される正味曲げ剛性を実現する。いくつかの実施形態においては、基板、無機半導体構成要素、及び１つ又は複数の金属導体構成要素のそれぞれが、変化可能な材料を独立に含む。
【００９９】
[0099]一実施形態においては、遷移デバイス及び／又はその構成要素は、可視電磁放射及び／又は赤外電磁放射に対して少なくとも部分的な光透過性である。一実施形態においては、例えば、遷移デバイス、基板、無機半導体構成要素、及び／又は金属導体構成要素は、７０％以上の及びいくつかの用途については９０％以上の、電磁スペクトルの可視領域内の光に対するパーセンテージ透過率を示す。少なくとも部分的に光透過性のデバイスは、適用時及び／又は使用時のデバイスの可視化及び／又は撮像にとって有用である。さらに、少なくとも部分的に光透過性である本発明のデバイスは、デバイス内への及び／又はデバイス外への電磁放射の結合にとって有用である。本発明は、例えば、環境を照明する又は光感知を行うためのＬＥＤ又はレーザアレイ構成要素を有するデバイスなどを備え、このデバイスは、デバイス構成要素から基板などのデバイスの他の構成要素を経由した光の伝達が可能である。
【０１００】
[00100]ｉｎ  ｖｉｖｏ生物学的環境などのいくつかの生物学的環境においては、基板の分解は、例えばプロテアーゼ媒介分解などによる酵素分解により発生する。さらに、分解は、いくつかの実施形態においては、組織及び／又は体液との界面においてなど、分解酵素が存在する生物学的環境に対してさらされる生体内吸収性基板の表面から発生する。したがって、分解性基板のいくつかのパラメータは、分解速度を効果的に制御するために選択されてもよい。一実施形態においては、分解性の基板の化学組成、物理状態、及び／又は厚さは、分解速度を制御するために選択される。一実施形態においては、例えば、分解性基板は、選択された生物学的環境にとって有用な分解速度を示すバイオポリマーを含む。
【０１０１】
[00101]いくつかの特定の実施形態においては、本発明の遷移デバイスが、基板構成要素を備えない。一実施形態においては、例えば、本発明の遷移デバイスは、デバイスが基板を有さない遷移デバイスへと遷移するように、展開時及び／又は動作時に選択的に除去される基板構成要素を、はじめは備える。この態様の一実施形態は、生体医療用途向けの遷移デバイスを含み、ｉｎ  ｖｉｖｏでの組織又は細胞との接触などの、生物学的環境との接触により、生体内吸収による基板の喪失が結果的に生じる。
【０１０２】
[00102]いくつかの態様のデバイスは、感知、作動、撮像、及び／又は局所的生物学的環境に対する治療剤の送達を含む、ｉｎ  ｖｉｖｏ生体医療用途にとって一般的に有用である。一実施形態においては、例えば、本発明のデバイスは、生物学的環境における標的組織の電気生理学的測定の実施にとって、又は生物学的環境における標的組織の電気生理学的作動の実施にとって、有用である。ここで、生物学的環境は、ｉｎ  ｖｉｖｏ生物学的環境であってもよく、標的組織は、心組織、脳組織、筋組織、神経組織、上皮組織、及び脈管組織から選択されてもよいが、それらに限定されない。
【０１０３】
[00103]基板のジオメトリ及び／又は形態構造は、本デバイスの機能的能力の確立にとって重要な他の特徴である。一実施形態においては、基板は、ほぼ均一な厚さ（例えば層の平均厚さの１０％以内の厚さ）を有する連続層である。代替的には、本発明は、不連続層及び／又は非均一厚さプロファイルを有する層を備える、基板を有するデバイスを含む。本発明は、例えばデバイス構成要素（例えば、半導体、金属導体構成要素、誘電体等々）の部分的な若しくは完全な封入及び／又は電子的分離などのために、追加の基板及び／又は層を有する遷移デバイスを含む。
【０１０４】
[00104]金属導体構成要素の物理的寸法、組成、及びジオメトリは、本発明の電子デバイスの重要なパラメータである。一実施形態においては、金属導体構成要素は、例えば薄い（例えば厚さ＜１００ミクロン）の金属膜などの金属膜である。薄い金属導体構成要素（例えば、１００ミクロン以下の、任意には１０ミクロン以下の、及び任意には１ミクロン以下の厚さ）の使用は、可撓性の又は他の態様で変化可能なデバイスの実現にとって有用である。いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の金属導体構成要素が、１つ又は複数の薄膜構造を備え、これらの薄膜構造は、例えば分子エピタキシ、原子層堆積、物理気相成長、化学気相成長、又は当技術において公知の他の方法により堆積又は成長され得る。いくつかの実施形態においては、金属導体構成要素は、生体適合性材料、生体内吸収性材料、又は生態学的適合性材料を含む。一実施形態においては、金属導体構成要素の少なくとも一部分及び任意には全てが、チタン、金、銀、白金、及びこれらの組合せなどの生体適合性金属を含む。一実施形態においては、金属導体構成要素の少なくとも一部分及び任意には全てが、鉄、マグネシウム、タングステン、及びこれらの任意の組合せなどの変化可能な金属を含む。一実施形態においては、金属導体構成要素のそれぞれが、１０ミクロン以下の厚さを有し、任意には、金属導体構成要素のそれぞれが、１ミクロン以下の厚さを有し、任意には、金属導体構成要素のそれぞれが、５００ナノメートル以下の厚さを有し、任意には、金属導体構成要素のそれぞれが、１００ｎｍ以下の厚さを有し、任意には、金属導体構成要素のそれぞれが、２０ｎｍ以下の厚さを有する。一実施形態においては、金属導体構成要素のそれぞれが、１０ナノメートル〜１００ミクロンの範囲から選択される厚さを、及び１００ナノメートル〜１ミクロンの範囲から選択される厚さを、及び任意には１００ナノメートル〜５００ナノメートルの範囲から選択される厚さを有する。一実施形態においては、金属導体構成要素のそれぞれが、１００００ミクロン以下の横方向寸法を、任意には１０００ミクロン以下の横方向寸法を、任意には１００ミクロン以下の横方向寸法を、及び任意には１０ミクロン以下の横方向寸法を有する。一実施形態においては、アレイ状の金属導体構成要素は、１０ミクロン以上の距離だけ、及び任意には１００ミクロン超の距離だけ、隣接する金属導体構成要素から離間される。一実施形態においては、隣接し合う金属導体構成要素同士は、１０ミクロン〜１０ミリメートルの範囲、任意には１０ミクロン〜１０００ミクロンの範囲、及び任意には１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲から選択される距離だけ、相互に離間される。
【０１０５】
[00105]基板の分解は、所与の環境における遷移デバイスの（例えば、表面、部分、及び／又はそれらの構成要素）展開にとって、又は他の態様による位置決め、操作、及び接触にとって、有用である。いくつかの実施形態においては、例えば、遷移デバイスは、基板の分解又は変化を伴うプロセスにより、環境と形状適合接触状態におかれ、例えば、分解プロセスにより、遷移デバイスは、環境と接触（例えば、物理的、電気的、熱的等々）状態におかれ、任意には、分解プロセスにより、遷移デバイスに対する構造変化及び／又は形態変化が引き起こされて、これが、環境に対するデバイスの接触を支援する。いくつかの実施形態においては、デバイスは、基板の完全な分解又は変化を伴うプロセスにより、環境内において展開されるか、或いは他の態様で環境との間で位置決め、操作、及び／又は接触されることによって、例えば、遷移デバイスは、環境との間において物理的接触状態、電気的接触状態、又は光学通信状態におかれる。したがって、この態様のいくつかの実施形態においては、分解性の又は変化可能な層は、展開時に犠牲層として機能することにより、環境との遷移デバイスの接触を容易化する。代替的には、他の実施形態においては、デバイスは、基板の部分的ではあるが完全ではない分解又は変化を伴うプロセスにより、環境内において展開されるか、或いは他の態様で環境との間で位置決め、操作、及び／又は接触されることによって、例えば、遷移デバイスは、環境との間において物理的接触状態、電気的接触状態、又は光学通信状態におかれる。したがって、この態様のいくつかの実施形態においては、分解性の又は変化可能な層は、展開時に部分的犠牲層として機能するが、使用時にはデバイスの構造的構成要素及び／又は機能的構成要素として留まる。いくつかの実施形態においては、例えば、基板の部分的な又は完全な分解又は変化により、遷移デバイスの物理的寸法、形状適合性、形態、及び／又は形状を選択的に調節及び／又は操作することによって、環境との間における形状適合接触の確立を助長する手段が実現される。いくつかの実施形態においては、基板の部分的な又は完全な分解又は変化により、遷移デバイスの化学組成を選択的に調節することによって、望ましくない免疫反応及び／又は炎症を抑制するようになど、適合的に環境との間の形状適合接触を確立する手段が実現される。
【０１０６】
[00106]本明細書において開示される、遷移電子デバイスを作製及び使用する方法は、本明細書において開示される遷移電子デバイスの全ての実施形態の生成又は使用のために実装され得る。
【０１０７】
[00107]一態様においては、受動遷移電子デバイスを使用する方法は、受動遷移電子デバイスを用意するステップであり、受動遷移電子デバイスが、基板、及び基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を備え、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化が、外部刺激又は内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと受動遷移電子デバイスの機能を変化させる、ステップと、外部刺激又は内部刺激に対して受動遷移電子デバイスをさらすことにより、受動遷移電子デバイスをプログラム可能に変化させるステップとを含む。
【０１０８】
[00108]一態様においては、能動的に誘発される遷移電子デバイスを使用する方法は、能動的に誘発される遷移電子デバイスを用意するステップであり、能動的に誘発される遷移電子デバイスが、基板、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素であり、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、基板により支持された、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素、及びユーザにより開始される外部トリガ信号に応答し、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素に対して動作可能に接続された、アクチュエータであり、デバイスが、外部トリガ信号を受信すると、アクチュエータが、内部刺激又は外部刺激に反応して、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な遷移を直接的に又は間接的に開始させ、それにより、外部トリガ信号に応答して能動的に誘発される遷移電子デバイスのプログラム可能な変化をもたらし、プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと能動的に誘発される遷移電子デバイスの機能を変化させる、アクチュエータを備える、ステップと、外部刺激又は内部刺激に対して能動的に誘発される遷移電子デバイスをさらすことにより、能動的に誘発される遷移電子デバイスをプログラム可能に変化させるステップとを含む。
【０１０９】
[00109]一態様においては、遷移電子デバイスを作製する方法は、デバイス基板を用意するステップと、デバイス基板上に、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップであり、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有することにより、遷移電子デバイスをもたらす、ステップとを含み、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化は、外部刺激又は内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、プログラム可能な変化は、第１の条件から第２の条件へと受動遷移電子デバイスの機能を変化させる。
【０１１０】
[00110]一実施形態においては、選択的に変化可能な材料は、Ｍｇと、Ｗと、Ｆｅと、１０重量％以下の濃度を有するＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金と、１０重量％以下の濃度を有する１つ又は複数の希土類元素を含むＭｇ合金とからなる群より選択される。
【０１１１】
[00111]一実施形態においては、選択的に変化可能な材料は、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＡｓ、及びＺｎＯからなる群より選択される。
【０１１２】
[00112]いくつかの製造プロセスにおいては、デバイス基板上に１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップは、製造基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップであって、デバイス構成要素アセンブリが、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、或いは１つ又は複数の金属導体構造を備える、ステップと、作製基板からデバイス基板へとデバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分を転写するステップとを含む。一実施形態においては、製造基板上のデバイス構成要素は、単結晶Ｓｉ、単結晶Ｇａ、又は単結晶ＧａＡｓを含む。別の実施形態においては、製造基板上のデバイス構成要素は、単結晶ＳｉＯ２を含む。
【０１１３】
[00113]一実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法は、デバイス構成要素アセンブリを有するデバイス基板上に、選択的に変化可能な材料を含む１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップをさらに含む。例えば、一実施形態においては、デバイス構成要素アセンブリを有するデバイス基板上に、選択的に変化可能な材料を含む１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップは、溶液処理技術を利用して実施される。別の実施形態においては、デバイス構成要素アセンブリを有するデバイス基板上に、選択的に変化可能な材料を含む１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素を設けるステップは、電気流体力学印刷を利用して実施される。
【０１１４】
[00114]いくつかの実施形態においては、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、半導体ファウンドリにおいて実施される。作製基板は、例えば、半導体ウェーハ基板、ガラスプレートタイプ基板、又はシリコン・オン・インシュレータ基板であってもよい。いくつかの実施形態においては、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、化学気相成長、物理気相成長、エピタキシャル成長、原子層堆積、電気化学堆積、及び分子ビームエピタキシャル成長からなる群より選択される１つ又は複数の高温堆積技術を利用して実施される。作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、ＵＳ  ＦＥＤ  ＳＴＤ  ２０９Ｅ、ＩＳＯ  １４６４４−１、又はＢＳ  ５２９５のクリーンルーム規格などの認識される規格にしたがったクリーンルーム条件下において実施されてもよい。ファウンドリ処理を利用する本発明の実施形態は、有用なデバイスフォーマット及びデバイスレイアウトにおける、単結晶シリコン及び単結晶ＳｉＯ２などの高品質半導体材料及び誘電体材料に対するアクセスにとって有益である。いくつかの実施形態においては、例えば、本発明の方法は、ファウンドリにおいて実施されるいくつかの処理ステップ（例えば、ある特定のデバイス設計における高品質の単結晶シリコン及び単結晶ＳｉＯ２のデバイス素子の作製など）と、溶液相処理などの非ファウンドリ技術を利用して実施される他の処理ステップとを伴う、複合プロセスを含む。この複合アプローチにより、非ファウンドリ技術により可能となる多様な選択的に変化可能な材料の組込みに対する自由度を伴った、ファウンドリベースの技術により生成される高品質材料に対するアクセスが梃入れされる。
【０１１５】
[00115]いくつかの実施形態においては、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、１つ又は複数の高温ドープ技術及び／又は１つ又は複数の高温アニール技術を利用して実施される。いくつかの実施形態においては、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、作製基板により支持された完全処理済み原型物又は回路素子を生成するサブステップを含む。
【０１１６】
[00116]いくつかの実施形態においては、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、フォトリソグラフィ技術又はエッチング技術を利用して実施される。
【０１１７】
[00117]いくつかの実施形態においては、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、１ミクロン以下の厚さをそれぞれ独立に有する作製基板上の１つ又は複数の単結晶シリコン半導体構造と、１ミクロン以下の厚さをそれぞれ独立に有する作製基板上の１つ又は複数のＳｉＯ２構造と、５ミクロン以下の厚さをそれぞれ独立に有する作製基板上の１つ又は複数の金属構造とからなる群より選択される１つ又は複数の構造を生成するサブステップを含む。一実施形態では、作製基板上にデバイス構成要素アセンブリを作製するステップは、（１）例えばフォトリソグラフィ及びエッチング処理などにより、作製基板によって支持される１つ又は複数の単結晶シリコン半導体構造を横方向において画するサブステップと、（２）例えば化学成長又は物理成長などにより、作製基板上に１つ又は複数の金属構造を堆積するサブステップと、（３）１つ又は複数のＳｉＯ２構造を成長するサブステップとを含む。
【０１１８】
[00118]一実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法が、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の金属導体構造、或いは１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、選択的に変化可能な材料と置換するステップをさらに含む。例えば、一実施形態においては、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の金属導体構造、或いは１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、選択的に変化可能な材料と置換するステップは、半導体ファウンドリにおいて実施されない。
【０１１９】
[00119]いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の金属導体構造、或いは１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、選択的に変化可能な材料と置換するステップは、溶液処理を利用して実施される。他の実施形態においては、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の金属導体構造、或いは１つ又は複数の誘電体構造の少なくとも一部分を、選択的に変化可能な材料と置換するステップは、電気流体力学印刷を利用して実施される。
【０１２０】
[00120]一実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法は、１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分を１つ又は複数の選択的に変化可能な金属導体材料と置換するステップを含む。
【０１２１】
[00121]いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の金属導体構造が、Ｍｇと、Ｗと、Ｆｅと、１０重量％以下の濃度を有するＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金と、１０重量％以下の濃度を有する１つ又は複数の希土類元素を含むＭｇ合金とからなる群より選択される、選択的に変化可能な金属と置換される。
【０１２２】
[00122]一実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法は、Ａｕ又はＡｌを含む１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分を、選択的に変化可能な材料と置換するステップを含む。
【０１２３】
[00123]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法は、作製基板からデバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分をリリースするステップをさらに含む。例えば、作製基板からデバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分をリリースするステップは、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造を少なくとも部分的にアンダーカットすることにより実施されてもよい。アンダーカットは、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造の下方のエッチングにより実現されてもよい。
【０１２４】
[00124]一実施形態においては、作製基板は、シリコン・オン・インシュレータ基板であり、この方法は、シリコン・オン・インシュレータ基板の埋設された酸化物層を少なくとも部分的にエッチングすることにより、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造を少なくとも部分的にアンダーカットすることを含む。
【０１２５】
[00125]一実施形態においては、作製基板からデバイス構成要素アセンブリの少なくとも一部分をリリースするステップは、作製基板から１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分をリフトオフする、マイクロ転写印刷により実施される。いくつかの実施形態においては、マイクロ転写印刷は、作製基板に対して１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造を接続する１つ又は複数のアンカを破壊することにより、リフトオフを実現する。
【０１２６】
[00126]一実施形態においては、マイクロ転写印刷は、乾式転写接触印刷である。マイクロ転写印刷技術は、形状適合転写デバイスの接触表面に、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分を接触させるステップであって、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分が、接触表面に対して接着される、ステップと、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造の前述の部分が接触表面に対して接着された、形状適合転写デバイスを移動させることにより、リフトオフを実現するステップとを含んでもよい。
【０１２７】
[00127]いくつかの実施形態においては、マイクロ転写印刷技術は、接触表面に対して接着された、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造の少なくとも一部分に、デバイス基板の受け表面を接触させるステップと、形状合致転写デバイスの接触表面と、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造とを分離させることにより、デバイス基板の受け表面に対して、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び１つ又は複数の金属導体構造を転写するステップとをさらに含む。いくつかの実施形態においては、形状合致転写デバイスは、エラストマースタンプである。
【０１２８】
[00128]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法が、ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答し、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素に対して動作可能に接続された、アクチュエータを用意するステップをさらに含み、デバイスが、外部トリガ信号を受信すると、アクチュエータは、内部刺激又は外部刺激に反応して、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも部分的な変化を直接的に又は間接的に開始させ、それにより、外部トリガ信号に応答して遷移電子デバイスのプログラム可能な変化がもたらされる。
【０１２９】
[00129]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法が、ユーザにより開始される外部トリガ信号を受信するための受信機を用意するステップをさらに含み、この受信機は、アクチュエータに対して動作的に接続されることにより、ユーザにより開始される外部トリガ信号に応答して１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の少なくとも一部分の変化を開始させる。例えば、アクチュエータは、送信機との間において片方向通信又は双方向通信状態にあってもよく、送信機は、アクチュエータに対して動作的に接続されたデバイスの受信機に対して、ユーザにより開始される外部トリガ信号を供給する。
【０１３０】
[00130]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法が、無機半導体構成要素の１つ又は複数或いは金属導体構成要素の１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料を用意するステップをさらに含む。例えば、無機半導体構成要素の１つ又は複数或いは金属導体構成要素の１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料を用意するステップは、溶液処理を利用して実施されるか、又は回転成形若しくはスピンコーティングを利用して実施される。
【０１３１】
[00131]いくつかの実施形態においては、封入材料は、選択的に除去可能な材料を含む。例示的な封入材料には、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＬＧＡ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＬＡ、ＳｉＯ２、ポリ無水物（ポリエステル）、ポリヒドロキシアルカネート（ＰＨＡ）、及びポリリン酸塩からなる群より選択される材料を含む。一実施形態においては、封入材料は、シルクを含む。
【０１３２】
[00132]いくつかの実施形態においては、デバイス基板は、選択的に除去可能な材料を含む。例えば、デバイス基板は、生体適合性材料、生体内吸収性材料、又は生態学的適合性材料を含んでもよい。一実施形態においては、デバイス基板は、ポリマー、又は、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＬＧＡ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＬＡ、ＳｉＯ２、ポリ無水物（ポリエステル）、ポリヒドロキシアルカネート（ＰＨＡ）、及びポリリン酸塩からなる群より選択される材料を含む。一実施形態においては、デバイス基板は、シルクを含む。
【０１３３】
[00133]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法が、事前選択された遷移プロファイルを決定し、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の組成及び物理的寸法を選択することにより、事前選択された遷移プロファイルを実現するステップをさらに含む。
【０１３４】
[00134]いくつかの実施形態においては、遷移電子デバイスを作製する方法が、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素の厚さを選択することにより、事前選択された遷移プロファイルを実現するステップをさらに含む。
【０１３５】
[00135]いくつかの実施形態においては、１つ又は複数の無機半導体構成要素或いは１つ又は複数の金属導体構成要素のそれぞれが、選択的に変化可能な材料を個別に含む。
【０１３６】
[00136]本明細書において使用される際に、「分解性基板を覆って空間的に配置される」は、各素子が個々の位置に配置されるような、基板の表面エリアにわたる素子（例えばデバイス構成要素）の分布を指す。素子間の間隔は、均一又は可変であることが可能である。いくつかの実施形態においては、これらの素子は、例えば２Ｄアレイなどにおいてなど、均等な素子間間隔を有する規則的なアレイパターンにおいて、空間的に配置される。いくつかの実施形態においては、これらの素子は、線形において（例えば１Ｄアレイ）空間的に配置される。有用な空間配置には、素子の規則的な分布及び不規則的な分布が含まれる。
【０１３７】
[00137]いくつかの実施形態においては、遷移デバイスのジオメトリは、伸縮性、可撓性、形状適合性、及び／又は圧縮性を実現するために利用されてもよい。一実施形態においては、デバイスは、材料自体における著しい歪みを与えることなく、大きな機械変形をジオメトリ的に許容し得る構造的形状へと構成された無機半導体材料を利用してもよい。例えば、剛性デバイスアイランドを接続するブリッジが、米国特許出願第１１／８５１，１８２号（米国特許出願公開第２００８／０１５７２３５号）、米国特許出願第１２／４０５，４７５号（米国特許出願公開第２０１０／０５９８６３号）、及び米国特許出願第１２／３９８，８１１号（米国特許出願公開第２０１０／０００２４０２号）においてさらに説明されるように、波形、バックル状、蛇行状、又は曲折状であってもよい。これらの特許文献のそれぞれが、ここに参照により本明細書に組み込まれる。
【０１３８】
[00138]一実施形態においては、本明細書において開示されるデバイスが、米国特許出願第１１／８５１，１８２号及び／又は米国特許出願第１２／４０５，４７５号及び／又は米国特許出願第１２／３９８，８１１号において開示されるものなどの１つ又は複数の伸縮性構成要素を備え、それらの特許文献において開示されるプロセスの１つ又は複数により作製される。ここに参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１１／８５１，１８２号、米国特許出願第１２／４０５，４７５号、及び米国特許出願第１２／３９８，８１１号。
【０１３９】
[00139]いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、本明細書において開示されるデバイス及び方法に関する基本原理に対する信用又は理解の議論がここに存在する場合がある。任意の機械的な説明又は仮定に究極的な正当性がある場合でも、本発明の実施形態は、有効且つ有用となり得ると認識される。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】遷移デバイスの例示的な概略図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態の遷移デバイスを使用するための例示的なステップを示す流れ図である。
【図３】重要な材料、デバイス構造、及び反応メカニズムを有する、遷移電子機器用の実例プラットフォームである。ａは、全ての必須の材料と、相互接続部及び層間誘電体を有する複数の代表的なデバイス構成要素、すなわちトランジスタ、ダイオード、インダクタ、コンデンサ、及び抵抗器とを、いずれも薄いシルク基板上に備える、遷移電子プラットフォームの画像を示す図である。bは、このデバイスの概略分解図並びに右下に挿入された上面図である。全ての材料、すなわちシリコンナノ膜（Ｓｉ  ＮＭ、半導体）並びにマグネシウム（Ｍｇ、導体）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ、誘電体）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、誘電体）、及びシルク（基板及びパッケージング材料）の薄膜は、それらが加水分解及び／又は水中における単純な溶解により消滅するという点において、遷移的なものである。cは、水中への完全な浸漬により引き起こされるこのタイプの物理的遷移の時系列画像を示す図である。dは、水との間における各構成材料の化学反応を示す図である。Ｓｉ及びＳｉＯ２については、反応により、ケイ酸、Ｓｉ（ＯＨ）４が生じ、Ｍｇ及びＭｇＯは、Ｍｇ（ＯＨ）２を生じさせる。シルクは、βシート含有量（すなわち結晶化度）の増加と共に低下する速度にて直接的に溶解する。
【図４】遷移電子材料、デバイス、及び対応する理論的解析の実験的研究である。aは、リン酸塩緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）中における加水分解による様々な溶解段階における単結晶シリコンナノ膜（Ｓｉ  ＮＭ、初期寸法：３μｍ×３μｍ×７０ｎｍ）の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）トポグラフィ画像を示す図である。bは、シリコンにおける遷移の理論モデルにおいて使用される加水分解プロセス及び拡散プロセスを示す図である。同様のモデルが、他の遷移材料に対しても適用される。cは、３７℃のＰＢＳ中における種々の厚さ（３５ｎｍ（黒）、７０ｎｍ（青）、１００ｎｍ（赤））を有するＳｉ  ＮＭの時間依存溶解についての実験結果（記号）及び実験シミュレーション（線）を示す図である。dは、ＭｇＯ層（１０ｎｍ厚）の頂部上のＭｇ（１５０ｎｍ厚）トレースの蛇行状トレースの溶解の光学顕微鏡画像を示す図である。eは、種々の材料及び厚さの封入層の使用によりＭｇの同様のトレース（３００ｎｍ厚）の溶解時間を調節する能力を示す、実験結果（記号）及び実験シミュレーション（線）を示す図である。ここで、長さ正規化抵抗の測定値は、遷移時間が、ＭｇＯ封入層（４００ｎｍ、赤；８００ｎｍ、青）及びシルク（条件ｉ、シアン；条件ｉｉ、紫）と共に漸増することを示す。これらの単純な方式により、遷移時間は、数分から数日又はそれ以上の長さの範囲にわたって調節することが可能となる。予期される遷移期間は、短期間（数分から数日）、中期間（数日から数週間）、及び長期間（数週間から数か月又は数年）である。シルクパッケージングストラテジは、これらの時間をさらに延長させることが可能である。fは、ＭｇＯ及び結晶シルクで封入されたｎチャネルトランジスタによるデバイスレベルでの遷移の測定値を示す図である。この遷移は、数日間の時間依存動作と、その後の急速な分解とを伴う、２つの反応速度論を示す。封入層及びＭｇ電極における遷移は、第１の期間及び第２の期間を規定する。このようにして、封入層の材料及びそれらの厚さにより、デバイス動作から分断された方式で、遷移時間が規定される。
【図５】単純な集積回路及びセンサアレイを含む、遷移電子構成要素、回路、及びセンサの画像及び電気特性である。aは、Ｍｇ電極及びＭｇＯ誘電体層を用いて製造されたＬＣ（インダクタ−コンデンサ）発振器（左）と、蛇行状Ｍｇ抵抗器を有するシリコンダイオード（右）との画像を示す図である。bは、最大で３ＧＨｚまでの周波数によるインダクタ（青）、コンデンサ（黒）、及びＬＣ発振器（赤）のＳ２１散乱パラメータの測定値（左）と、３つの異なるＭｇ抵抗器に接続されたシリコンダイオードの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性（右）とを示す図である。cは、ｐチャネル（左）金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のアレイの画像と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴから構成された論理ゲート（インバータ、右）の画像とを示す図である。各ＭＯＳＦＥＴは、Ｍｇソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ＭｇＯゲート誘電体、及びＳｉ  ＮＭ半導体から構成される。インバータは、図中に示す回路構成内では、相互接続部についてはＭｇを、及びソース電極、ドレイン電極、ゲート電極についてはＡｕを使用する。dは、代表的なｎチャネルＭＯＳＦＥＴのＩ−Ｖ特性を示す図である（左、チャネル長さ（Ｌ）及びチャネル幅（Ｗ）はそれぞれ２０μｍ及び９００μｍである）。しきい値電圧、移動度、及びオン／オフ比は、それぞれ−０．２Ｖ、６６０ｃｍ２／Ｖ・ｓ、及び＞１０５である。また、インバータについての伝達特性を示す図である（右、Ｌ及びＷは、それぞれ、入力トランジスタについては２０μｍ及び７０μｍであり、ロードトランジスタについては５００μｍ及び４０μｍである）。電圧利得は、約８である。eは、Ｓｉ  ＮＭレジスタに基づく歪みセンサの収集（左）、及びブロックダイオードを有するＳｉ  ＮＭフォトダイオードのアドレス指定可能アレイの画像を示す図である。いずれの場合も、Ｍｇは、コンタクト電極及び相互接続電極としての役割を果たし、ＭｇＯは、誘電体層としての役割を果たす。fは、サイクル負荷時の時間との関係における代表的なひずみ計の抵抗の分数変化率を示す図である（左）。曲げは、単軸方向において最大で約０．２％までの引張歪み（赤）及び圧縮歪み（青）を誘発する。また、光検出器アレイを用いて収集されたロゴの画像を示す図である（右）。挿入図は、ロゴデザインを示す。gは、非封入Ｍｇ相互接続部の選択的溶解によってこの例ではＮＯＲ動作（左）からＮＡＮＤ動作（右）へと、制御された遷移により機能的変化が影響を被る論理ゲートの画像を示す図である。hは、変化前（ＮＯＲ、左）及び変化後（ＮＡＮＤ、右）の回路の出力電圧特性を示す図である。Ｖａ及びＶｂは、電圧入力を表す。
【図６】温熱療法用の遷移生体内吸収性デバイスのｉｎ  ｖｉｖｏ評価及び例である。aは、ＢＡＬＢ−ｃマウスの皮下背側領域中に植え込まれた（左）及び縫合された（右）遷移電子機器用の実例プラットフォームの画像を示す図である。bは、３週後の植え込み部位を示す図である（左）。また、シルク膜の部分的に再吸収された領域を示す、３週後に切開された植え込み部位における組織断面を示す図である（右）。（Ａ、皮下組織；Ｂ、シルク膜；Ｃ、筋層）cは、シルクパッケージ内への配置前及び配置後の、植え込み直後の、並びにその後数度の時間間隔をおいた、植え込まれた遷移ＲＦ材料構造の共振応答を示す図である。dは、メタマテリアルについての測定された及び算出されたＱ値を示す図である。これらの結果は、遷移が、シルクパッケージ中における体液の拡散により支配されることを示唆する。eは、第１の無線コイル（７０ＭＨｚ、外方コイル）に対して接続された２つの抵抗器（赤い輪郭）と、第２の独立にアドレス指定可能な無線コイル（１４０ＭＨｚ、内方コイル）に対して接続された第２の抵抗器（青い輪郭）とから構成された、温熱療法用の遷移無線デバイスを示す図である。挿入図は、内方コイル及び外方コイルの両方を同時に駆動するために２つの周波数にて動作する一次コイルと結合されたこのデバイスの熱画像を示す。fは、遷移温熱療法デバイス用の縫合された植え込み部位に隣接する一次コイルを示す図である。挿入図は、デバイスの画像を示す。gは、皮膚を通してデバイスに無線給電する際に収集された熱画像を示す図である。これらの結果は、挿入図内の拡大図において、想定された位置に高温スポット（バックグラウンドより５℃高い）を示す。
【図７】シルク基板上の遷移電子機器用の曲げ実例プラットフォームの画像を示す図である。この平坦状態は、図３ａに示される。
【図８】３つの異なる初期厚さについて原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して評価した、ＰＢＳ中における様々な溶解状態でのＳｉ  ＮＭに対応する表面トポグラフィを示す図である。aは、７０ｎｍ、bとc は、３０ｎｍ、dとe は、１００ｎｍ。
【図９】ＰＢＳ中における遷移電子材料の薄層の厚さの時間依存変化を示す図である。aは、室温でのＳｉ  ＮＭ、bは、室温でのＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２、cは、３７℃でのＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２。
【図１０】水中における溶解時の様々な材料で封入されたＭｇの蛇行状トレースの電流−電圧特性の変化である。aは、時間との関係におけるＭｇトレース（３００ｎｍ）の長さ正規化抵抗変化についての実験結果（記号）及び解析結果（線）を示す図である。挿入図は、Ｍｇトレースの画像を示す。bは、Ｔｉ／Ｍｇ（５／３００ｎｍ）、cは、Ｔｉ／Ｍｇ／ＭｇＯ（５／３００／４００ｎｍ）、dは、Ｔｉ／Ｍｇ／ＭｇＯ（５／３００／８００ｎｍ）、eは、Ｔｉ／Ｍｇ／ＭｇＯ／シルク（ｉ）（５／３００／４００ｎｍ／５０μｍ）、fは、Ｔｉ／Ｍｇ／ＭｇＯ／シルク（ｉｉ）（５／３００／８００ｎｍ／５０μｍ）。
【図１１】接着促進部としての５ｎｍのＴｉ層を有する、水中における遷移電子材料の時間依存溶解を示す図である。aは、ＭｇＯ（１５０ｎｍ）、b は、Ｍｇ（３００ｎｍ）。
【図１２】遷移速度を加速させるための手段として崩壊するように設計された遷移電子デバイスの画像及び電気特性である。aは、シリコントランジスタの６×９アレイの画像を示す図である（第１の枠）。各トランジスタは、活性チャネル領域についてＳｉナノリボンのアレイを使用する（第２の枠）。これらのナノリボンは、第３の枠（３分）及び第４の枠（５分）に示すように、溶解初期段階において個別の片へと崩壊する。bは、溶解前（第１の枠及び第２の枠）並びに溶解後（第３の枠及び第４の枠）のＳｉナノリボンを用いて製造されたシリコンダイオードの６×８アレイの画像を示す図である。cは、崩壊しつつあるトランジスタから測定した線形伝達曲線（青）及びログスケール曲線（赤）（左）と、崩壊しつつあるトランジスタの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線（中央）と、崩壊しつつあるダイオードのＩ−Ｖ特性（右）とを示す図である。
【図１３】aは、ＰＬＧＡで封入された、bは、コラーゲンで封入された、水中において溶解しつつあるＭｇの蛇行状トレースの抵抗の長さ正規化変化を示す図である。
【図１４】aは、４Ｖ、５Ｖ、及び６Ｖのゲート電圧でのチャネル長さとの関係における幅正規化抵抗により評価した、ｎタイプＭＯＳＦＥＴ中のＭｇソース／ドレイン電極及びＡｕソース／ドレイン電極の比較を示す図である。bは、いずれも１５０ｎｍ及び３００ｎｍのそれぞれ異なる２つの厚さについての、複数のライン幅に対するＭｇトレース及びＡｕトレースの測定された抵抗を示す図である。cは、Ｍｇソース／ドレイン電極及びＡｕソース／ドレイン電極を使用するＭＯＳＦＥＴの伝達曲線（左）及びＩ−Ｖ特性（右）を示す図である。
【図１５】aは、種々のサイズを有する遷移コンデンサの画像を示す図である。２つのＭｇ電極の重畳エリアは、３０×１００μｍ（黒）、１００×１００μｍ（赤）、１５０×１００μｍ（青）、２００×１００μｍ（紫）である。bは、ＭｇＯ誘電体（左）及びＳｉＯ２誘電体（右）を使用した測定容量を示す図である。cは、Ｍｇソース電極、Ｍｇドレイン電極、Ｍｇゲート電極、ＭｇＯゲート誘電体、及びＳｉ  ＮＭ活性層から構成された、ｎチャネル遷移ＭＯＳＦＥＴの画像を示す図である。dは、ｃに図示する代表的なＭＯＳＦＥＴの線形伝達曲線（黒）及びログスケール伝達曲線（青）を示す図である。eは、図５ｃの左枠内に示すｐチャネル遷移ＭＯＳＦＥＴの線形伝達曲線（黒）及びログスケール伝達曲線（青）を示す図である。チャネル長さ（Ｌ）及びチャネル幅（Ｗ）は、それぞれ２０μｍ及び６００μｍである。しきい値電圧、移動度、及びオン／オフ比は、それぞれ−６Ｖ、１００±１０ｃｍ２／Ｖ・ｓ、及び約１０５である。fは、Ｓｉ  ＮＭダイオードに基づく温度センサの相互接続された４×４アレイの画像を示す図である。gは、種々の温度における温度センサのＩ−Ｖ特性を示す図である（左）。各温度において１０μＡの出力電流を生成するために温度センサに対して印加される電圧。結果的に得られた較正曲線による電圧−温度勾配は、約−２．２３ｍＶ／℃である（右）。hは、Ｍｇ抵抗器、Ｍｇ相互接続部、及び層間誘電体としてのＭｇＯを使用する温度センサの４×４アレイの画像を示す図である。iは、ｈに示す代表的な温度センサのＩ−Ｖ特性を示す図である（左）。また、温度に対するＭｇ温度センサの抵抗の測定された依存度を示す図である（右）。温度が上昇するにつれて、抵抗は約０．１４Ω／℃の勾配で上昇する。
【図１６】aは、約３μｍの厚さのＳｉプレート及びＭｇ相互接続部を使用した太陽電池の画像を示す図である（左）。また、電圧との関係における代表的なデバイスで測定した電流密度及び電力を示す図である（右）。bは、印加される引張歪み（赤）及び圧縮歪み（青）との関係におけるシリコン抵抗器の抵抗の分数変化率の実験結果（記号）及び解析結果（線）を示す図である。cは、図５ｅの右枠内に示す代表的な画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。暗（赤）及び明（青）は、光源のオン状態及びオフ状態をそれぞれ示す。dは、対象がスキャニングされ、記録画像の収集が有効解像度を改善するために組み合わされるモードにおいて動作される、遷移フォトダイオードの８×８アレイを使用して得られた様々な画像を示す図である。各挿入図は、元の対象パターンを示す。物体を含む単純な光学系構成、拡散光源、平凸レンズ、及び個別のデータ取得プログラムを使用した。レンズとソースイメージとの間の距離は、９８ミリメートルであった。いくつかの場合においては、オーバースキャン処置を利用して、誤作動画素がその効果を除去した。
【図１７】様々なセンサの個別の画素レイアウト。aは、Ｓｉダイオード（左）及びＭｇ抵抗器（右）に基づく温度センサ。bは、Ｓｉ太陽電池。cは、Ｓｉ歪みセンサ。dは、Ｓｉフォトダイオード。挿入図は、各センサの電気概略図を示す。
【図１８】aは、遷移カメラにより取り込まれた補正されていない正規化画像を示す図である。赤く強調された領域は、誤作動画素に対応する。それらの誤作動画素の効果は、オーバースキャニングにより除去され得る。bは、このオーバースキャニングプロセスの結果を示す図である。
【図１９】制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性である。aは、計画的Ｍｇ相互接続部の溶解によるＮＡＮＤゲート（左）からインバータ及びトランジスタ（右）への変化の画像を示す図である。bは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、入力電圧を示すＶＡ及びＶＢでのＮＡＮＤゲートの電気特性と、変化後のインバータの電圧伝達特性（右）とを示す図である。cは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、計画的Ｍｇ相互接続部の溶解によるＮＡＮＤゲート（左）から分離されたトランジスタ（右）への変化の画像を示す図である。dは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、変化後に結果的に得られるトランジスタの伝達曲線の線形プロット及びログスケールプロット（左）と、電流−電圧特性（右）とを示す図である。eは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、計画的Ｍｇ相互接続部の溶解によるＮＯＲゲート（左）から個別のトランジスタ（右）への変化の画像を示す図である。fは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、変化後のトランジスタのＮＯＲゲートの出力電圧特性（左）と、Ｉ−Ｖ特性とを示す図である。gは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、Ｍｇ抵抗器の溶解によるＭｇ抵抗器（左）からＳｉダイオード（右）への機能変化の画像を示す図である。hは、制御された機能変化前及び機能変化後の遷移電子回路の画像及び電気特性における、Ｍｇ抵抗器（左）及びＳｉダイオード（右）のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図２０】生体適合性の追加的な組織解析を示す図である。この例は、２週間の植え込み後のシルクデバイスに相当する。a及びbは、低拡大及び高拡大における画像の複合コレクションを示す。（Ａ、皮下組織；Ｂ、シルク膜；Ｃ、筋層）
【図２１】aは、平行な２つのシリコン抵抗器と共に一体化された無線電力コイルの画像を示す図である。bは、  シリコン抵抗器のＩ−Ｖ特性を示す図である。cは、２つの抵抗器を有する、誘導結合により無線給電された加熱コイルの赤外線（ＩＲ）画像を示す図である。
【図２２】０％（左上）、１８％（左下）、２０％（右上）、及び２５％（右下）とそれぞれ異なる入力電力を使用して６８ＭＨｚの周波数にて誘導的に駆動されたヒータの赤外線画像を示す図である。
【図２３】aは、誘導コイルと一体化されたＭｇ抵抗器、すなわち１−抵抗器（左）及び２−抵抗器（右）の実例を示す図である。bは、Ｍｇ抵抗器の測定されたＩ−Ｖ特性を示す図である。cは、異なる個数のＭｇ抵抗器、すなわち１つの抵抗器（左）及び２つの抵抗器（右）を有するコイルのＩＲ画像を示す図である。
【図２４】デバイスレベル研究のために使用される遷移デバイスのレイアウトを示す図である。aは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ。bは、（ａ）における破線の白いボックスに対応する個別のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ。cは、（ｄ）における破線の白いボックスに対応する個別のＳｉダイオード。dは、Ｓｉダイオード。eは、ＮＡＮＤゲート。fは、（ｅ）における破線の白いボックスに対応する個別のＮＡＮＤゲート。gは、（ｈ）における破線の白いボックスに対応する個別のＭｇ抵抗器。hは、Ｍｇ抵抗器。
【図２５】遷移のデバイスレベル研究用の構造である。aは、ＰＤＭＳウェル及びリモートプロービングパッドを示す概略図である。bは、試験下にあるデバイスのアレイの上面写真を示す図である。
【図２６】デバイスレベルにおける遷移及び遷移同調性の研究である。aは、水中への浸漬後の時間との関係における、図４Ｆに示すデバイスに対応する遷移ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで測定した線形伝達曲線（左）及びログスケール伝達曲線（右）を示す図である。データは、初めの約４日間における特性の無視し得る変化と、その後の急速な崩壊との、２つの反応速度論を示す。ＭｇＯ封入層及びシルク封入層の厚さが、第１の時間スケールを決定し、Ｍｇ電極の厚さが、第２の時間スケールを規定する。bは、シリコンダイオードの電流の時間依存変化（左）及び電流−電圧特性（右）とを示す図である。遷移挙動全体が、ＭＯＳＦＥＴの遷移挙動と同様のものとなる。挿入図は、デバイスのアレイの画像を示す。cは、同様の条件下において測定した、及び０Ｖの入力電圧による、論理ゲート（ＮＡＮＤ）の出力電圧特性を示す図である。挿入図は、デバイスのアレイの画像を示す。dは、時間との関係におけるＭｇトレースの長さ正規化抵抗及び抵抗の分数変化率の測定値を示す図である。挿入図は、抵抗器のアレイを示す。
【図２７】遷移無線温熱療法デバイスによって実現される細菌抑制のｉｎ  ｖｉｔｒｏ試験である。aは、いずれも寒天の下方に位置し、無線電力送達用の一次コイルを有する、３つの異なる遷移デバイス、すなわち分離された蛇行状Ｍｇ抵抗器（左）、分離されたＭｇＲＦ誘導コイル（中央）、並びに相互接続された抵抗器及びコイル（コイル＋抵抗器、右）の画像を示す図である。bは、抵抗器（左）、コイル（中央）、及びヒータ（右）の拡大図である。cは、８０ＭＨｚの周波数にて誘導的に給電されたデバイスを伴う寒天プレートの赤外線画像を示す図である。抵抗器（左）及びコイル（中央）は、想定されたような無視し得るレベルの加熱を示す。一体化されたデバイス（右）は、抵抗器の位置において約５０℃のピーク温度を示す。dは、培養後の細菌の画像を示す図である。これらの結果は、抵抗器（左）及びコイル（中央）については細菌の除去が全くないことを示す。一体化されたデバイスは、抵抗器及び最高温度のコアゾーンに対応する領域における細菌の除去を示す（右）。
【図２８】溶解の反応速度論を捕捉するために使用される理論モデルの概略図である。aは、単一層、bは、二重層。
【図２９】プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）により堆積された、ａ及びｂは３５ｎｍ、ｃ及びｄは７０ｎｍ、ｅ及びｆは１００ｎｍの各厚さのＳｉＯ２膜の溶解の様々な段階において収集されたＡＦＭ画像及び線グラフを示す図である。
【図３０】３７℃のＰＢＳ内における３５ｎｍ（黒）、７０ｎｍ（青）、及び１００ｎｍ（赤）の各厚さを有するＳｉ  ＮＭの時間依存溶解についての実験結果（記号）及び理論的予測値（線）を示す図である。ここに示される計算値は、時間依存反応速度定数を使用する。
【図３１】水溶解時の様々な時点において収集されたＺｎＯナノロッドの走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図３２】カーボンナノチューブのアレイ上の分子性ガラス（ＭＧ２ＯＨ）の薄膜中における選択的な熱毛管流の原子間力顕微鏡写真を示す図である。金属チューブにおける選択的ジュール加熱により、低温においてミクロン当たり数度の勾配で重畳ガラス中に熱毛管流が誘起される。
【図３３】誘発される遷移についての熱毛管モデルの概略図である。
【図３４】（左から右に）Ａｕ−ＮＰシルク溶液における吸収スペクトル及び種々のＡｕＮＰ濃度についてのバルク試料の画像と、緑色（５３２ｎｍ）レーザポインタにより照明された場合のガラススライド上にスピン成形されたＡｕＮＰ−シルク膜（２μｍ厚さ）の熱画像と、対応する測定された熱グラフ（ＦＬＩＲ  ＳＣ−６００熱探知カメラにより取得されたデータ）とを示す図である。
【図３５】シルク中の顕微針を示す図である。挿入図は、追加的な薬物投与量を装填するためにこれらの針の中に成形されたマイクロポケットを示す。
【図３６】酵素（ＨＲＰ）でドープされたプリントシルクの例を示す図である。ＴＭＢにさらすことにより、ペルオキシダーゼは、比色反応を被り、プリントパターンを現す。
【図３７】タングステン塞栓形成コイルのｉｎ  ｖｉｔｒｏ分解を示す図である。
【図３８】インプリント加工された栓塞形成コイルを有するウサギにおける血清タングステンレベルを示す図である。
【図３９】様々な２成分マグネシウム合金の分解時の水素放出（分解の尺度としての）を示す図である。
【図４０】種々のｐＨにおけるＭｇ合金及びＺｎ合金についての腐食速度の比較を示す図である。
【図４１】鉄（Ｆｅ）のｉｎ  ｖｉｔｒｏ分解試験時の分解速度及び溶液鉄濃度を示す図である。
【図４２】時間との関係における電解質中における鉄の累積値を示す図である。
【図４３】化学構造、デバイスジオメトリ、並びにＰＶＡ及びＰＬＧＡの分解試験を示す図である。
【図４４】ウェーハソースから導出したシリコン膜のマイクロ転写印刷の概略図（左）と、これを目的とする代表的な特化自動ツールの写真（右）とを示す図である。右下の表は、性能の仕様を示す。
【図４５】プラスチック基板上の散在アレイへとμＴＰにより組み立てられた半導体ナノ膜のアレイ（左）と、シルクの独立型８’’×１１’’シートとを示す図である。
【図４６】（ａ）基板上における有角スタンプの引張方向依存接着、（ｂ）ローラ印刷モードにおける引戻りモードの高速動作用μＴＰに対するその実施、及び（ｃ）ローラ印刷モードにおける印刷モードの高速動作用μＴＰに対するその実施の概略図である。片面における引き戻し及び他方の面における印刷の同時の実施が可能である。
【図４７】ファウンドリソースのＳｉ  ＣＭＯＳを吸収性電子機器用の構成要素構築ブロックへと転換させるためのプロセスフローを示す図である。
【図４８】μＴＰ用に用意されたＳｉ  ＣＯＭＳ（非吸収性）の例を示す図である。
【図４９】特化作製された高解像度ｅジェット印刷システムの重要な構成要素（左）、固体形態の代表的なもの（中央）、及び実際の画像（右）の概略図である。
【図５０】導電線の回路状構成を形成することが可能であること（左）及びサブミクロン解像度が可能であること（右）を示す、ｅジェットにより印刷された代表的なパターンを示す図である。
【図５１】一体化された同心リング対電極を有するｅジェット印刷ノズルの概略図（左）及び静電モデリング（右）を示す図である。この構成は、印刷プロセスに対する基板の効果を排除するポテンシャルを有する。（ＳＵ８は、光パターニング可能なエポキシである）
【図５２】位置合わせ用のエンボス加工されたレリーフ特徴と、微細接触及び相互接続部のためのｅジェットによる修正されたファウンドリベースのデバイスの送達用のμＴＰと、粗い特徴部用のインクジェットとを伴う、吸収性電子機器用の完全な製造フローの概略図である。感知（光学）用の構成要素及び検査用の構成要素（電気試験構造）は、これらのプロセスに対するフィードバックのための手段をもたらす。
【図５３】ＬＥＤに遠隔的に給電する遷移アンテナの実例を示す図である。
【図５４】遷移ＲＦ電力スカベンジャの概略図である。
【図５５】Ｓｉ整流器（ＰＩＮダイオード）についての概略図及び性能データを示す図である。
【図５６】全波整流器の例を示す図である。
【図５７】完全遷移ＲＦスカベンジングシステムの例を示す図である。
【図５８ａ】Ｍｇインダクタを示す図である。
【図５８ｂ】Ｍｇインダクタの対応する性能データを示す図である。
【図５９ａ】Ｍｇコンデンサを示す図である。
【図５９ｂ】Ｍｇコンデンサの性能データを示す図である。
【図５９ｃ】Ｍｇコンデンサの性能データを示す図である。
【図５９ｄ】Ｍｇコンデンサの性能データを示す図である。
【図５９ｅ】Ｍｇコンデンサの性能データを示す図である。
【図６０ａ】受動遷移構成要素を有するコルピッツ発振器の例を示す図である。
【図６０ｂ】受動遷移構成要素を有するコルピッツ発振器の概略図を示す図である。
【図６０ｃ】受動遷移構成要素を有するコルピッツ発振器の概略図を示す図である。
【図６０ｄ】受動遷移構成要素を有するコルピッツ発振器の性能データを示す図である。
【図６１】Ｓｉ  ＣＭＯＳリング発振器を備える完全遷移無線通信機用の設計を示す図である。
【図６２】ｅジェット印刷によるＭｇのパターニングの例を示す図である。
【図６３】遷移電子機器を示す図である。この基板及び受動部は、水溶性であり、能動デバイスは、崩壊設計を使用する。ａ）能動部を一体化した後のデバイスの画像（左）、並びに受動部及び相互接続部を形成した後のデバイスの画像（右）。ｂ）水中で溶解しつつあるシステムを示す一連の画像。
【図６４】無線通信実証機を示す図である。スカベンジング整流器から構成される無線通信デバイス用の回路図（左）、及び送信用発振器から構成される無線通信デバイス用の回路図（右）。下枠は、「プラスチックＲＦ」技術においてこの回路を物理的に実現したものの写真を示す。
【図６５】能動「プラスチックＲＦ」構成要素及び受動「プラスチックＲＦ」構成要素を示す図である。左上から時計回り方向に、ＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴにおける小さな信号利得、ＬＣ発振器についての散乱パラメータ、コンデンサにおける周波数応答、及びインダクタにおける周波数応答。全てのデバイスが、サブミクロン厚さを有し、ポリイミドの薄シート上に作製される。
【図６６】薄いシルク基板上にＳｉ  ＭＯＳＦＥＴにより作製された生体内吸収性電子機器を示す図である。ａ）シリコン−オン−シルク電子機器片の水溶解。ｂ）皮膚下に植え込まれた同様のデバイスのｉｎ  ｖｉｖｏ評価。
【図６７】吸収性シルク基板上の超薄型メッシュ電極アレイのｉｎ−ｖｉｖｏ皮質脳波検査（ＥＣｏＧ）を示す図である。左：シルクの溶解後の脳表面上に同形的に巻き付けられたデバイスの写真。右：ネコの視覚皮質のＥＣｏＧ。密接な電極／組織接触により、比類のない測定忠実度が実現される。
【図６８】シルク膜上にパターニングされたマグネシウム電極を使用して作製された水溶性ＥＣｏＧデバイスを示す図である。一連の画像は、左から右に、水によるシステムの溶解を示す。
【図６９】３７℃での標準的な反応条件下におけるプロテアーゼＸＩＶによるシルク膜の酵素分解を示す図である。この図の右側の温度は、結晶内容物を制御するために膜をアニールするために使用される温度（４℃、２５℃、３７℃、７０℃、９５℃）を示す。
【図７０】無線通信実証機を示す図である。スカベンジング整流器から構成される無線通信デバイス用の回路図（左）、及び送信用発振器から構成される無線通信デバイス用の回路図（右）。下枠は、「プラスチックＲＦ」技術においてこの回路を物理的に実現したものの写真を示す。
【図７１】スカベンジング整流器を示す図である。上枠は、ＡＣ入力の半サイクル時の単段整流器回路図及びノード電圧を示す。下枠は、２段整流器と、ＡＣからＤＣへの電圧変化を示す各段出力ノードにおける電圧シミュレーション結果とを示す。
【図７２】送信機を示す図である。上枠は、能動デバイス用の単純化されたモデルを使用してマイクロ波発振器を設計するための手順を示す。下枠は、発振器の単純化されたブラックボックス図（左）、及び高周波信号送信機の最終回路（右）を示す。
【図７３】能動「プラスチックＲＦ」構成要素及び受動「プラスチックＲＦ」構成要素を示す図である。左上から時計回り方向に、ＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴにおける小さな信号利得、ＬＣ発振器についての散乱パラメータ、コンデンサにおける周波数応答、及びインダクタにおける周波数応答。全てのデバイスが、サブミクロン厚さを有し、ポリイミドの薄シート上に作製される。
【図７４】無線通信実証機を示す図である。スカベンジング整流器から構成される無線通信デバイス用の回路図（左）、及び送信用発振器から構成される無線通信デバイス用の回路図（右）。下枠は、送信周波数が１ＧＨｚである送信機のシミュレーション結果を示す。
【図７５】抵抗／長さを示す図である。ガラス基板上の種々の膜の厚さ及び幅を有するＭｇ試験構造電極及びＡｕ試験構造電極から測定した抵抗／長さ（Ｒ／Ｌ）の比較。
【図７６】Ｍｇベースのトランジスタを示す図である。（ａ）種々のゲート電圧でのチャネル長さとの関係における幅正規化ＯＮ抵抗。（ｂ）トランジスタの伝達曲線及び電流−電圧曲線。（ｃ）デバイスアレイの画像、及び概略断面図。
【図７７】水中におけるＭｇ溶解速度を示す図である。Ｍｇは、３時間後（１５００Å）及び１０時間後（３０００Å）に水中で完全に溶解する。Ｔｉのみが残る。
【図７８】アモルファスシルク膜の急速溶解を示す図である。０秒（左）、１０秒（右）。
【図７９】デジタル４ビット列デコーダの回路図である。
【図８０】室温での昇華により消失する「消滅」ワックスの画像を示す図である。この材料の薄膜及びシートは、完全な乾燥形態の遷移を実現する電子機器用のプラットフォームとしての役割を果たす。
【図８１】遷移ＲＦビーコンデバイスについての使用モードを示す図である。
【図８２】遷移ＲＦビーコンの概略図である。
【図８３】ＺｎＯ薄膜トランジスタ及びＺｎＯコンデンサのアレイ及び構成要素の概略図である。
【図８４】ＺｎＯ薄膜トランジスタ及びＺｎＯコンデンサのアレイ及び構成要素の概略図である。
【図８５−１】ＺｎＯ膜特性を示すグラフ及び顕微鏡写真を示す図である。（ａ）ＺｎＯの粉末Ｘ線回折グラフ及び結晶構造。（ｂ）ＺｎＯ膜の電圧対変位曲線。
【図８５−２】ＺｎＯ膜特性を示すグラフ及び顕微鏡写真を示す図である。（ｃ）ＺｎＯ膜の電子顕微鏡写真。（ｄ）ＺｎＯ膜の時間対バイアス曲線。
【図８６】ＺｎＯトランジスタの電流対電圧のグラフである。オン／オフ比＞約１０３、Ｖｔｈ（しきい値電圧）約２Ｖ、移動度約１ｃｍ２／Ｖ・ｓ。
【図８７】（ｃ）において概略的に示すような応力及び歪みの下におけるＺｎＯエネルギーハーベスタについての（ａ）時間対電圧のグラフ及び（ｂ）時間対電流のグラフである。Ｐ＝Ｉ×Ｖ＝６ｎＷ、電力密度＝０．１５μＷ／ｃｍ２、歪み速度＝１．５ｃｍ／秒。
【図８８】水中において溶解しつつあるシルク基板上のＺｎＯトランジスタアレイ及びＺｎＯエネルギーハーベスタアレイの時間経過を示す写真を示す図である。
【図８９】遷移時のＺｎＯトランジスタ（ａ）の性能を示すグラフを示す図である。性能は、（ｂ）経時的な移動度及び（ｃ）電流対電圧として測定される。
【図９０】シルク基板上にＭｇコンタクトを有するＺｎＯエネルギーハーベスタの電流モデルを示す図である。
【図９１】シルク基板上にＭｇコンタクトを有するＺｎＯエネルギーハーベスタの電圧モデルを示す図である。
【図９２】（ａ）電気化学測定構成の概略図及び（ｂ）Ｆｅ、Ａｌ、及びＣｕについての電流対電圧のグラフである。
【図９３】電気化学反応による第１の電流経路のアノード溶解により、電流が第２の電流経路に送られることによって、ＬＥＤが点灯する、回路実例の概略図である。
【図９４】（ａ）アノード溶解前及び（ｂ）アノード溶解後の図９３において概略的に記載されるデバイスの写真を示す図である。
【図９５】遷移ＲＦビーコンの概略図である。
【図９６ａ】正面側の整合を示す、遷移両面プリント回路基板の概略図である。
【図９６ｂ】背面側の整合を示す、遷移両面プリント回路基板の概略図である。
【図９６ｃ】正面側及び背面側の整合を示す、遷移両面プリント回路基板の概略図である。
【図９６ｄ】正面側及び背面側の整合を示す、遷移両面プリント回路基板の概略図である。
【図９７ａ】両面太陽光発電式ＲＦビーコンの概略図である。
【図９７ｂ】両面太陽光発電式ＲＦビーコンの写真を示す図である。
【図９８】信号解析器のアンテナと通信するＭｇアンテナに対して装着された太陽光発電式ＲＦビーコンの写真を示す図である。
【図９９】（ａ）約３μｍの厚さを有する太陽電池、及び（ｂ）電流及び電力対電圧を示す太陽電池のグラフを示す図である。また、図（ｃ）は、比較を目的として、図９８のビーコンにおいて使用される約１５μｍの厚さの太陽電池の電流対電圧のグラフを示す図である。
【図１００】１６０ＭＨｚの中心周波数を有する全方向性Ｍｇコイルアンテナを示す図である。
【図１０１ａ】デバイスがＤＣ電源により高電力で駆動される場合のビーコン信号出力のグラフである。
【図１０１ｂ】デバイスが遷移太陽電池によりさらに低い電力で駆動される場合のビーコン信号出力のグラフである。
【図１０２ａ】ＤＣ電源により駆動される場合のビーコンから５メートルの距離をおいて、受信機が受信する信号を示すグラフである。
【図１０２ｂ】遷移太陽電池により駆動される場合のビーコンから１０ｃｍの距離をおいて、受信機が受信する信号を示すグラフである。
【図１０３】市販の太陽電池を使用するシルク基板上の遷移ＲＦビーコン送信機の写真を示す図である。
【図１０４】遷移デバイスにおいて使用するための昇華性材料を発生させるための電界紡糸装置の写真を示す図である。
【図１０５ａ】左：乾燥した電界紡糸ＰＶＡマット及び右：水和した電界紡糸ＰＶＡマットの写真を示す図である。
【図１０５ｂ】左：綿ガーゼ及び右：電界紡糸ウシ・フィブリノゲンマットとの写真を示す図である。
【図１０６ａ】３００ｎｍの厚さで堆積された様々な金属に関して、金属線中に電気開路が現れるまでのおおよその時間を示すグラフである。
【図１０６ｂ】１５０ｎｍ及び３００ｎｍの厚さを有するＦｅに関して、金属線中に電気開路が現れるまでのおおよその時間を示すグラフである。
【図１０７ａ】金属塊の水中への崩壊／剥離を伴う溶解メカニズムの概略図である。
【図１０７ｂ】崩壊／剥離以外の溶解を伴う、溶解メカニズムの概略図である。
【図１０７ｃ】（ｃ）は、金属が溶解時により薄く及びより多孔質になるのを示す図である。
【図１０８】図１０７ｂによる経時的な金属溶解を示す理論結果及び実験結果のグラフである。
【図１０９】（ａ）タングステントレースの初期溶解と、（ｂ）その後のタングステントレースの崩壊／剥離と、タングステンの層状剥離の例（図１０９（ｃ））と、タングステンの層状剥離及びひび割れ（図１０９（ｄ））と、ＰＢＳ溶液中におけるタングステンの剥離（図１０９（ｅ））とを示す写真を示す図である。
【図１１０】（ａ）ＤＩ水中における溶解前の及び（ｂ）２０時間の溶解後の、１００ｎｍＷ膜の写真を示す図である。図１１０（ｃ）は、種々の幅の１００ｎｍＷ膜の溶解挙動を示す図である。
【図１１１】（ａ）ＤＩ水中における溶解前の及び（ｂ）２時間の溶解後の、ＡＺ３１Ｂ膜の顕微鏡写真を示す図である。図１１１（ｃ）は、ＤＩ水及びＰＢＳ溶液中における３００ｎｍのＡＺ３１Ｂ  Ｍｇ合金の溶解挙動を示す図である。
【図１１２】（ａ）ＤＩ水中における溶解前及び（ｂ）２時間の溶解後のＺｎ膜の顕微鏡写真を示す図である。図１１２（ｃ）は、ＤＩ水及びＰＢＳ溶液中における３００ｎｍのＺｎの溶解挙動を示す図である。
【図１１３】（ｂ）のより細かな粒子よりも速く腐食する粗い／高密度の粒子を有するＦｅ膜の顕微鏡写真を示す図である。図１１２（ｃ）は、ＤＩ水及びＰＢＳ溶液中における１５０ｎｍのＺｎの溶解挙動を示す図である。
【図１１４−１】ＤＩ水（ｐＨ６．８）中及びリン酸塩緩衝溶液（ｐＨ７．４）中における金属溶解データの概要を示すグラフである。
【図１１４−２】ＤＩ水（ｐＨ６．８）中及びリン酸塩緩衝溶液（ｐＨ７．４）中における金属溶解データの概要を示すグラフである。
【図１１５】ＰＢＳ中におけるＳｉの溶解特性を示すグラフである。
【図１１６ａ】シルク基板上にＭｇインダクタ及びＭｇ抵抗器を有する遷移温熱療法デバイスの写真を示す図である。
【図１１６ｂ】シルク基板上にＭｇインダクタ及びＭｇ抵抗器を有する遷移温熱療法デバイスの赤外線画像を示す図である。
【図１１７】菌液のｉｎ  ｖｉｔｒｏ評価の写真を示す図である。（Ｈ）健康な組織の植え込み及び注入のないもの、（Ｄ）デバイスが植え込まれたもの、（Ｂ１及びＢ２）バクテリアが注入されたもの。
【図１１８】完全に形成された遷移ＭＯＳＦＥＴ及び集積回路の概略図である。
【図１１９】完全に形成されたＭＯＳＦＥＴ及び集積回路の溶解の時間経過を示す写真を示す図である。
【図１２０】完全に形成された遷移ＭＯＳＦＥＴ及び集積回路の写真及び性能グラフを示す図である。
【図１２１】遷移ＲＦ電子機器、すなわち（ａ〜ｂ）整流器、（ｃ〜ｄ）コンデンサ、（ｅ〜ｆ）インダクタ、及び（ｇ〜ｈ）抵抗器の写真及び性能グラフを示す図である。
【図１２２】遷移ＲＦ電子機器、すなわち３段ＣＭＯＳリング発振器の写真及び性能グラフを示す図である。
【図１２３】Ｆｅ電極ＣＭＯＳ発振器の写真を示す図である。
【図１２４】Ｆｅ電極ＣＭＯＳ論理回路（ＮＡＮＤ、ＮＯＲ）に関する写真、概略図、及びグラフを示す図である。
【図１２５】論理回路の変化（論理回路からＣＭＯＳインバータへ）の写真を示す図である。
【図１２６】Ｍｇ合金（ＡＺ３１Ｂ、Ａｌ３％、Ｚｎ１％）ＴＦＴの性能を示すグラフである。
【図１２７】アンテナを有する遷移ＲＦ電子機器の写真、性能グラフ、及び経時的溶解研究を示す図である。
【図１２８】図１１５〜図１１７の構成要素を組み込んだ遷移ＲＦデバイスの概略図、写真、及び経時的溶解研究を示す図である。
【図１２９ａ】電気化学的遷移電源の概略図である。
【図１２９ｂ】金属対に関する電圧及び放電電流を経時的に示す性能グラフである。
【図１２９ｃ】金属対に関する電圧及び放電電流を経時的に示す性能グラフである。
【図１３０ａ】地面の方向に落下し、地面への衝突時に遷移液体を放出する遷移デバイスの経時的概略図である。
【図１３０ｂ】地面の方向に落下し、地面への衝突時に遷移液体を放出する遷移デバイスの経時的概略図である。
【図１３１】遠隔送信機から信号を受信するためのアンテナを有する遷移デバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１４１】
[00271]一般的に、本明細書において使用される用語及び表現は、当業者に公知の標準的なテキスト、雑誌参考文献、及びコンテクストを参照することにより見受けられ得る、それらの技術において一般的に認められている意味を有する。以下の定義は、本発明のコンテクストにおけるそれらの具体的な使用を明確にするためになされる。
【０１４２】
[00272]「機能層」は、デバイスに対して何らかの機能を与える層を指す。例えば、機能層は、半導体構成要素、金属構成要素、誘電体構成要素、光学構成要素、圧電構成要素、等々を備え得る。或いは、機能層は、支持層により分離された複数の半導体層、金属層、又は誘電体層などの、複数の層を備えてもよい。機能層は、電極間又はアイランド間に延在する相互接続部などの複数のパターニングされた要素を備えてもよい。機能層は、異種混合的なものであってもよく、或いは不均質である１つ又は複数の特性を有してもよい。「不均質な特性」は、空間的に多様であることにより多層デバイス内の中立機械面の位置に対して影響を及ぼし得る、物理パラメータを指す。
【０１４３】
[00273]「構造層」は、例えばデバイス構成要素を支持、固定、及び／又は封入することなどにより、構造的機能をもたらす層を指す。本発明は、封入層、埋め込み層、接着層、及び／又は基板層などの、１つ又は複数の構造層を有する遷移デバイスを含む。
【０１４４】
[00274]「半導体」は、非常に低い温度において絶縁体となるが、約３００ケルビンの温度では相当の導電性を有する、任意の材料を指す。本説明においては、半導体という用語の使用は、マイクロエレクトロニクス及び電子デバイスの技術におけるこの用語の使用と一致するように意図される。有用な半導体には、シリコン、ゲルマニウム、及びダイヤモンドなどの元素半導体と、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ及びＳｉＧｅ）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、及びＩｎＰ）、ＩＩＩ−Ｖ族三元半導体合金（ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ）、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｓＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、及びＺｎＴｅ）、Ｉ−ＶＩＩ族半導体（ＣｕＣｌ）、ＩＶ−ＶＩ族半導体（ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、及びＳｎＳ）、層半導体（Ｐｂｌ２、ＭｏＳ２、及びＧａＳｅ）、酸化物半導体（ＣｕＯ及びＣｕ２Ｏ）などの化合物半導体とが含まれる。半導体という用語は、真性半導体と、所与の用途又はデバイスにとって有用な有益な電子特性を実現するためにｐ型ドーピング材料及びｎ型ドーピング材料を有する半導体を含む、１つ又は複数の選択された材料でドープされた不純物半導体とを含む。半導体という用語は、半導体及び／又はドーパントの混合物を含む複合材料を含む。いくつかの実施形態にとって有用な具体的な半導体材料には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ダイヤモンド、フラーレン、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、Ｈｇｌ２、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、銅インジウムガリウムセレナイド（ＣｌＧＳ）、ＨｇＣｄＴｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＨｇＺｎＳｅ、ＰｂＳｎＴｅ、Ｔｌ２ＳｎＴｅ５、Ｔｌ２ＧｅＴｅ５、ＡＩＧａＡｓ、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、ＩｎＡｌ��ｓＮ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂＰ、及びこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。多孔質シリコン半導体材料は、本明細書において説明される態様にとって有用である。半導体材料の不純物は、半導体材料（複数可）自体以外の原子、元素、イオン、及び／又は分子か、或いは、半導体材料に対して与えられる任意のドーパントである。不純物は、半導体材料の電子特性に対して負の影響を与え得る半導体材料中に存在する望ましくない材料であり、酸素、炭素、及び重金属を含む金属を含むが、それらに限定されない。重金属不純物には、周期表における銅と鉛との間の元素群、カルシウム、ナトリウム、並びにそれらの全てのイオン、化合物、及び／又は錯体が含まれるが、それらに限定されない。
【０１４５】
[00275]「半導体構成要素」は、大まかには任意の半導体材料、半導体組成物、又は半導体構造を指し、特に、高品質の単結晶半導体及び多結晶半導体、高温処理により製造された半導体材料、ドープされた半導体材料、無機半導体、並びに複合半導体材料を含む。
【０１４６】
[00276]「構成要素」は、大まかにはデバイスの個々のパーツを指すために使用される。「相互接続部」は、構成要素の一例であり、別の構成要素との間で又は構成要素間において電気接続を確立することが可能な導電性構造を指す。特に、相互接続部は、それぞれ別個の構成要素間において電気的接触を確立してもよい。所望のデバイスの仕様、動作、及び用途に応じて、相互接続部は、適切な材料から作製される。適切な導電性材料には、半導体及び金属導体が含まれる。
【０１４７】
[00277]他の構成要素には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、トランジスタ、ダイオード、電極、集積回路、回路素子、制御素子、光起電素子、光起電素子（例えば太陽電池）、センサ、発光素子、アクチュエータ、圧電素子、受信機、送信機、マイクロプロセッサ、変換器、アイランド、ブリッジ、及びそれらの組合せが含まれるが、それらに限定されない。構成要素は、例えば金属蒸着、ワイヤボンディング、及び固体又は導電性ペーストの塗布などにより、当技術において公知であるような１つ又は複数のコンタクトパッドに対して接続されてもよい。本発明の電子デバイスは、任意には相互接続された構成で提供される、１つ又は複数の構成要素を備える。
【０１４８】
[00278]「中立機械面（ＮＭＰ）」は、デバイスの横方向ｂ及び長手方向ｌに存在する仮想面を指す。ＮＭＰは、デバイスの垂直軸ｈに沿ったより端の方の位置に及び／又はデバイスの屈曲性のより高い層内に位置するデバイスの他の平面よりも、曲げ応力を被りにくい。したがって、ＮＭＰの位置は、デバイスの厚さ及びデバイスの層（複数可）を形成する材料の両方によって決定される。一実施形態においては、本発明のデバイスは、デバイスの中立機械面に一致して又はその近傍に設けられた、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を備える。
【０１４９】
[00279]「一致する」は、例えば機能層、基板層、又は他の層などの層の中に位置決めされるか又は隣接して位置する、中立機械面などの表面など、２つ以上の物体、面、又は表面の相対位置に関するものである。一実施形態においては、中立機械面は、最も歪みを被りやすい層又はその層内の材料に対応するように位置決めされる。
【０１５０】
[00280]「近傍の」は、例えば、歪みを被りやすい材料の物理特性に対して悪影響を及ぼすことなく所望の適合性を依然として実現しつつ、機能層、基板層、又は他の層などの層の位置にぴったりとしたがう中立機械面など、２つ以上の物体、面、又は表面の相対位置に関するものである。「歪みを被りやすい」は、比較的低いレベルの歪みに応答して破砕する又は他の態様で損傷を被る材料に関するものである。一般的に、高い歪み感度を有する、及び結果として第１の層が破砕を被りやすいものとなる層は、比較的脆弱な半導体又は他の歪みを被りやすいデバイス素子を含む機能層などの機能層に位置する。層の近傍に位置する中立機械面は、その層内に制約される必要はないが、近傍に、又は、デバイスが組織表面に対して形状適合される場合に歪みを被りやすいデバイス素子に対する歪みを低減させる機能的利点をもたらすのに十分な近さに、位置決めされてもよい。いくつかの実施形態においては、〜の近傍とは、第１の要素の位置が第２の要素の１００ミクロン以内であることを指し、又は任意には、いくつかの実施形態については１０ミクロン以内であることを指し、又は任意には、いくつかの実施形態については１ミクロン以内であることを指す。
【０１５１】
[00281]「電子デバイス」は、一般的には、複数の構成要素を組み込んだデバイスを指し、大面積電子機器、プリント配線板、集積回路、構成要素アレイ、生体センサ及び／又は化学センサ、物理センサ（例えば、温度、歪み等々）、ナノ電気機械システム、マイクロ電気機械システム、光起電デバイス、通信システム、医療デバイス、光学デバイス、及び電気光学デバイスを含む。
【０１５２】
[00282]「感知」は、物理特性及び／又は化学特性の存在、不在、量、大きさ、或いは強度の検出を指す。感知に有用な電子デバイス構成要素には、電極素子、化学センサ素子若しくは生体センサ素子、ｐＨセンサ、温度センサ、歪みセンサ、機械センサ、位置センサ、光センサ、及び容量センサが含まれるが、それらに限定されない。
【０１５３】
[00283]「作動」は、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは封入材料又は封入層などの、構造、材料、又はデバイス構成要素に対して刺激すること、制御すること、又は他の態様で影響を与えることを指す。一実施形態においては、作動は、構造又は材料が、例えば材料又は構造の除去、喪失、又は変位などの化学的変化又は物理的変化を被るようになど、選択的に変化を被るプロセスを指す。作動に有用な電子デバイス構成要素には、電極素子、電磁放射放出素子、発光ダイオード、レーザ、磁気素子、音響素子、圧電素子、化学素子、生体素子、及び加熱素子が含まれるが、それらに限定されない。
【０１５４】
[00284]「アクチュエータ」は、例えば遷移電子デバイスの選択的に遷移可能な材料の少なくとも部分的な変化を開始させることなどにより、ユーザによって開始される外部誘発信号に応答する遷移電子デバイスの少なくとも部分的変化を直接的に又は間接的に開始させる、デバイス構成要素である。例えば、アクチュエータは、デバイスに対して供給されるエネルギーを吸収し、そのエネルギーを利用及び変換することにより少なくとも部分的な変化に対して影響を及ぼすことによって、遷移デバイスの少なくとも部分的な変化を開始させてもよい。例えば、アクチュエータは、選択的に遷移可能な材料を含むデバイス構成要素を内部刺激又は外部刺激に対してさらすことにより、結果的に少なくとも部分的な変化をもたらすことによって、遷移デバイスの少なくとも部分的な変化を開始させてもよい。例えば、アクチュエータは、封入材料、無機半導体構成要素、又は金属導体構成要素に対してエネルギーを供給するなど、変化に影響を及ぼす中間材料又はデバイス構成要素に対してエネルギー（例えば、熱エネルギー、電磁放射エネルギー、音響エネルギー、ＲＦエネルギー等々）を供給することにより、遷移デバイスの少なくとも部分的な変化を開始させてもよい。したがって、アクチュエータは、遷移電子デバイスの変化を単独で又は組合せにおいて促進する、単一の構成要素又は複数の構成要素を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、本発明のアクチュエータは、例えば１つ又は複数の受信機デバイス構成要素などを介した、送信機との間における一方向通信〜双方向通信において、直接的に又は間接的に用意される。
【０１５５】
[00285]「ユーザにより開始される誘発信号」は、ある特定の環境内への遷移デバイスの単なる配置を除く、ヒトが遷移デバイスのプログラム可能な変化を始める、又は開始させ得るための任意の動作を含む。例示的な「ユーザにより開始される誘発信号」には、デバイス又はそのデバイスと通信状態にある送信機に対してリアルタイムユーザ入力データを提供すること（例えば、ボタンを押す、スイッチを切り替える、タイマーを設定する等々）、デバイスに対して直接的に又は間接的に少なくとも１つの非環境的外部エネルギー源を提供すること（例えば、電界、磁界、音響エネルギー、圧力、歪み、熱、光、機械エネルギー等々）、及び／又は例えばフィードバックループからのデータなどのデバイスから受信したデータに基づき得るコンピュータ可読命令を実行するようにソフトウェアをプログラミングすることが含まれる。一実施形態においては、ユーザにより開始される外部誘発信号は、電子信号、光信号、温度信号、磁気信号、機械信号、化学信号、音響信号、又は電気化学信号である。一実施形態においては、本発明は、例えば送信機により提供されデバイスの受信機構成要素により受信されるユーザにより開始される誘発信号などの、ユーザにより開始される誘発信号を受信するように構成された、遷移電子デバイスを提供する。
【０１５６】
[00286]「非環境的外部エネルギー源」は、遷移デバイスが配置される環境内において確認される同一形態のユビキタスエネルギーの大きさよりも少なくとも１０％大きな、又は少なくとも２５％大きな、又は少なくとも５０％大きな大きさを有するエネルギーを含む。
【０１５７】
[00287]「直接的に又は間接的に」という用語は、ある構成要素の別の構成要素に対する作用又は物理的位置を表す。例えば、別の構成要素に対して「直接的に」作用する又は接触する構成要素は、媒介の介入を伴うことなく、作用又は接触を行う。対照的に、別の構成要素に対して「間接的に」作用する又は接触する構成要素は、媒介（例えば第３の構成要素）を介して作用又は接触を行う。
【０１５８】
[00288]「アイランド」は、複数の半導体構成要素を備える電子デバイスの比較的剛性の構成要素を指す。「ブリッジ」は、別の構成要素に対して２つ以上のアイランド又は１つのアイランドを相互接続する構造を指す。具体的なブリッジ構造には、半導体及び金属相互接続部が含まれる。一実施形態においては、本発明の遷移デバイスは、電気相互接続部を備える１つ又は複数のブリッジ構造により電気的に接続された、トランジスタ、電気回路、又は集積回路などの、１つ又は複数の半導体包含アイランド構造を備える。
【０１５９】
[00289]「封入する」は、ある構造が、基板、接着層、又は封入層などの１つ又は複数の他の構造により少なくとも部分的に及びいくつかの例では完全に囲まれるような、前者の構造の配向を指す。「部分的に封入された」は、ある構造が、１つ又は複数の他の構造により部分的に囲まれ、例えば、前者の構造の外部表面の３０％、又は任意には５０％、又は任意には９０％が、１つ又は複数の構造により囲まれるような、前者の構造の配向を指す。「完全に封入された」は、ある構造が、１つ又は複数の他の構造により完全に囲まれるような、前者の構造の配向を指す。本発明は、例えばバイオポリマー封入材、シルク封入材、シルク複合材料封入材、又はエラストマー封入材などのポリマー封入材の組込みなどにより、部分的に又は完全に封入された無機半導体構成要素、金属導体構成要素、及び／又は誘電体構成要素を有する、遷移デバイスを含む。
【０１６０】
[00290]「バリア層」は、２つ以上の他の構成要素を空間的に離間させるか、又は構成要素をデバイスの外部の構造、材料、流体、若しくは環境から空間的に離間させる、構成要素を指す。一実施形態においては、バリア層は、１つ又は複数の構成要素を封入する。いくつかの実施形態においては、バリア層は、水溶液、生体組織、又はそれらの両方から、１つ又は複数の構成要素を離間させる。本発明は、例えば外部環境との間のデバイスの界面に位置決めされた１つ又は複数のバリア層などの、１つ又は複数のバリア層を有するデバイスを含む。
【０１６１】
[00291]基板上のバリア層（複数可）及び任意には犠牲層は、エッチングされることにより、基板上のバリア層（複数可）及び任意には犠牲層の少なくとも一部分が除去された「メッシュ構造」を形成してもよい。例えば、無機半導体構成要素又は追加の構成要素から約１０ナノメートル以上の位置に配設されたバリア層（複数可）の一部分が、除去される。基板上のバリア層（複数可）及び任意には犠牲層の少なくとも一部分を除去することにより、（ｉ）バリア層（複数可）内に１つ又は複数の穴が、及び／又は（ｉｉ）近位端部においてバリア層（複数可）により物理的に相互に接合され遠位端部においては物理的に相互に離間される電気構成要素が、形成されてもよい。一実施形態においては、メッシュ構造は、環境内への展開時にデバイスに対する構造的支持を与える連続基板上に配設されてもよい。
【０１６２】
[00292]「連続の」は、中断なく連続的に全体にわたって相互に接触している又は接続された材料又は層に関するものである。一実施形態においては、植込み型生体医療デバイスの連続層が、エッチングされることにより、元々提供された材料又は層のかなりの部分（例えば１０％以上）が除去されている。
【０１６３】
[00293]「能動回路（「ａｃｔｉｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ」及び「ａｃｔｉｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ」）」は、特定の機能を実施するように構成された１つ又は複数の構成要素を指す。有用な能動回路には、増幅回路、多重化回路、電流制限回路、集積回路、トランジスタ、及びトランジスタアレイが含まれるが、それらに限定されない。本発明は、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、及び／又は１つ又は複数の誘電体構成要素が、能動回路又は複数の能動回路を備える、デバイスを含む。
【０１６４】
[00294]「基板」は、１つ又は複数の構成要素又はデバイスを支持することが可能な受け表面などの表面を有する、材料、層、又は他の構造を指す。基板に対して「接合された」構成要素は、基板に対して物理的に接触状態にあり、接合された基板表面に対して実質的に移動することができない、構成要素を指す。対照的に、接合されない構成要素又は構成要素の部分は、基板に対して実質的な移動が可能である。一実施形態においては、本発明は、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、及び／又は１つ又は複数の誘電体構成要素が、例えばビアなどを介して基板に対して直接的に又は間接的に接合された、デバイスを提供する。「基板」は、１つ又は複数の構成要素又はデバイスを支持することが可能な受け表面などの表面を有する、材料、層、又は他の構造を指す。基板に対して「接合された」構成要素は、基板に対して物理的に接触状態にあり、接合された基板表面に対して実質的に移動することができない、構成要素を指す。対照的に、接合されない構成要素又は構成要素の部分は、基板に対して実質的な移動が可能である。一実施形態においては、本発明は、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、及び／又は１つ又は複数の誘電体構成要素が、例えば接着層などを介して基板に対して直接的に又は間接的に接合された、デバイスを提供する。
【０１６５】
[00295]「選択的に遷移可能な材料」は、時間、圧力、温度、化学組成若しくは生物学的組成、及び／又は電磁放射の条件などの、事前選択された条件及び／又は所定の条件の下で物理変化及び／又は化学変化を受ける材料である。いくつかのデバイス用途に対して有用な選択的に遷移可能な材料は、任意には事前選択された時間に又は事前選択された速度で又は事前選択された条件セット若しくは条件変化のセットに応答して、溶融、昇華、等々を含む相変化などの物理的変化を被る。いくつかのデバイス用途にとって有用な選択的に遷移可能な材料は、任意には事前選択された時間に又は事前選択された速度で又は事前選択された条件セット若しくは条件変化のセットに応答して、分解、崩壊、溶解、加水分解、再吸収、生体内吸収、光分解、脱重合、エッチング、又は腐食などの、化学的変化を被る。事前選択された条件（複数可）は、例えばデバイス環境の条件により提供されるもの（例えば、周囲の温度、圧力、化学的環境又は生物学的環境、自然電磁放射等々）などの、自然に発生するものであってもよく、又は、ユーザにより開始される又はデバイスにより開始される温度、圧力、化学的環境若しくは生物学的環境、電磁放射、磁気条件、機械歪み、又は電子条件などの、遷移電子デバイスに対して又はその内部に与えられる人工的条件（複数可）により発生するものであってもよい。遷移電子デバイスの選択的に遷移可能な材料が、材料の変化を開始させる条件（複数可）に対してさらされると、選択的に遷移可能な材料は、「事前選択された時間」又は「事前選択された速度」にて実質的に完全に又は完全に変化を被り得る。本発明のデバイスは、完全な変化、実質的に完全な変化、又は不完全な変化を被る、選択的に遷移可能な材料を含む。「実質的に完全に」変化を被る選択的に遷移可能な材料は、９５％の変化を、又は９８％の変化を、又は９９％の変化を、又は９９．９％の変化を、又は９９．９９％の変化を被るが、完全には（すなわち１００％）変化を被らない。いくつかの実施形態においては、選択的に遷移可能な材料は、化学的変化を被ることにより、結果として、任意には事前選択された時間に又は事前選択された速度にて、物理特性、化学特性、電子特性、又は光電気特性が変化する。一実施形態においては、例えば、選択的に遷移可能な材料は、化学的変化又は物理的変化を被ることにより、結果として、導電性材料又は半導体材料により特徴付けられる第１の組成から、絶縁体として特徴付けられる第２の組成へと変化する。いくつかの実施形態においては、選択的に遷移可能な材料は、選択的に除去可能な材料である。
【０１６６】
[00296]「選択的に除去可能な材料」は、時間、圧力、温度、化学的組成若しくは生物学的組成、及び／又は電磁放射の条件などの、事前選択された条件又は所定の条件の下で物理的に及び／又は化学的に除去される材料である。一実施形態においては、例えば、選択的に除去可能な材料は、任意には事前選択された時間に又は事前選択された速度で又は事前選択された条件セット若しくは条件変化のセットに応答して、分解、崩壊、溶解、加水分解、再吸収、生体内吸収、光分解、及び脱重合からなる群より選択されるプロセスにより除去される。一実施形態においては、例えば、選択的に除去可能な材料は、溶融又は昇華などの相変化を被ることにより、結果として、任意には事前選択された時間に又は事前選択された速度で又は事前選択された条件セット若しくは条件変化のセットに応答して、材料の喪失又は移転が生じることによって、除去される。事前選択された条件（複数可）は、例えばデバイス環境の条件により提供されるもの（例えば、周囲の温度、圧力、化学的環境又は生物学的環境、自然電磁放射等々）などの、自然に発生するものであってもよく、又は、ユーザにより開始される又はデバイスにより開始される温度、圧力、化学的環境若しくは生物学的環境、電磁放射、電子条件などの、遷移電子デバイスに対して又はその内部に与えられる人工的条件（複数可）により発生するものであってもよい。遷移電子デバイスの選択的に除去可能な材料が、材料の除去を開始させる条件（複数可）に対してさらされると、選択的に除去可能な材料は、「事前選択された時間」又は「事前選択された速度」にて、実質的に完全に、完全に、又は不完全除去され得る。「実質的に完全に」除去される選択的に除去可能な材料は、９５％の除去を、又は９８％の除去を、又は９９％の除去を、又は９９．９％の除去を、又は９９．９９％の除去を被るが、完全には（すなわち１００％）除去されない。
【０１６７】
[00297]「事前選択された時間」は、初期時間ｔ０からの経過時間を指す。例えば、事前選択された時間は、構成要素／デバイスの製造又は展開から、例えば事前選択された条件（複数可）に対してさらされる選択的に除去可能な材料の厚さがゼロ又は実質的にゼロ（初期厚さの１０％以下、初期厚さの５％以下、初期厚さの１％以下）に達する時である、又は、選択的に除去可能な材料の特性（例えばコンダクタンス若しくは抵抗）がしきい値に達する時である（例えば５０％相当の、任意にはいくつかの用途においては８０％相当の、及び任意にはいくつかの用途においては９５％相当の導電率の低下、又は代替的には、導電率が０に等しくなる場合など）、臨界時間ｔｃまでの経過時間を指してもよい。一実施形態においては、事前選択された時間は、以下の数式、すなわち
【数２】
2018032870.tif 000004
にしたがって計算され得る。ここで、ｔｃは、臨界時間であり、ρｍは、材料の質量密度であり、Ｍ（Ｈ２Ｏ）は、水のモル質量であり、Ｍ（ｍ）は、材料のモル質量であり、ｈ０は、材料の初期厚さであり、Ｄは、水の拡散率であり、ｋは、溶解反応についての反応定数であり、ｗ０は、水の初期濃度である。
【０１６８】
[00298]「事前選択された速度」は、単位時間あたりにデバイス又は構成要素から除去される選択的に除去可能な材料の量に関するものである。事前選択された速度は、平均速度（デバイス若しくは構成要素の寿命にわたる）又は瞬間速度として報告され得る。速度のタイプが明記されない場合には、平均速度を前提とする。
【０１６９】
[00299]「プログラム可能な遷移」は、第１の条件から第２の条件にかけてデバイスの機能変化をもたらす、遷移電子デバイス内における事前選択された又は所定の物理的変化、化学的変化、及び／又は電気的変化を指す。プログラム可能な変化は、構成要素／デバイスの製造時若しくは展開時に事前設定されてもよく、又はデバイスにより受信される信号を送る送信機によって制御される、リアルタイム誘発されるプログラム可能な変化であってもよい。
【０１７０】
[00300]「遷移プロファイル」は、例えば経時的に獲得／喪失した厚さなど、時間に対する材料の物理パラメータ又は物理特性（例えば、厚さ、導電率、抵抗、質量、多孔率等々）の変化を表す。遷移プロファイルは、例えば選択的に遷移可能な材料の物理的寸法（例えば厚さ）又は物理特性（例えば、質量、導電率、多孔率、抵抗等々）の変化速度などの、速度によって特徴付けられ得る。本発明は、時間との関係において一定である又は変化する物理的寸法（例えば厚さ）又は物理特性（例えば、質量、導電率等々）の変化速度によって特徴付けられる遷移プロファイルを有する、選択的に遷移可能な材料を含む。
【０１７１】
[00301]「分解性の」は、より小さな部分への化学的な及び／又は物理的な分解を被りやすい材料に関するものである。分解性材料は、例えば、分解、再吸収、溶解、吸収、腐食、脱重合、及び／又は崩壊され得る。いくつかの実施形態においては、本発明は、分解性デバイスを提供する。
【０１７２】
[00302]「生体内吸収性の」は、生物学的環境内に自然に存在する反応物によりさらに低分子量の化学的部分へと化学的に分解されやすい材料に関するものである。ｉｎ−ｖｉｖｏ用途においては、これらの化学的部分は、ヒト又は動物の組織中に吸収され得る。「実質的に完全に」再吸収される生体内吸収性材料は、高い度合いで再吸収される（例えば、９５％の再吸収、又は９８％の再吸収、又は９９％の再吸収、又は９９．９％の再吸収、又は９９．９９％の再吸収）が、完全には（すなわち１００％）再吸収されない。いくつかの実施形態においては、本発明は、生体内吸収性デバイスを提供する。
【０１７３】
[00303]「生体適合性の」は、ｉｎ−ｖｉｖｏ生物学的環境内に配設された場合に、免疫学的拒絶反応又は有害な効果を引き出さない材料に関するものである。例えば、免疫反応の示度となる生物学的マーカは、生体適合性材料がヒト又は動物の中に植え込まれた場合に、基線値から１０％未満、又は２０％未満、又は２５％未満、又は４０％未満、又は５０％未満だけ変化する。いくつかの実施形態においては、本発明は、生体適合性デバイスを提供する。
【０１７４】
[00304]「生体不活性の」は、ｉｎ−ｖｉｖｏ生物学的環境内に配設された場合に、ヒト又は動物から免疫反応を引き出さない材料に関するものである。例えば、免疫反応の示度となる生物学的マーカは、生体不活性材料がヒト又は動物の中に植え込まれた場合に、実質的に一定に（基線値のプラス又はマイナス５％に）留まる。いくつかの実施形態においては、本発明は、生体不活性デバイスを提供する。
【０１７５】
[00305]「生態学的適合性の」は、環境内において自然に見受けられる１つ又は複数の化合物へと分解され得る点において環境的に優しい材料に関するものである。いくつかの実施形態においては、本発明は、生態学的適合性デバイスを提供する。
【０１７６】
[00306]「ナノ構造材料」及び「ミクロ構造材料」は、１つ又は複数の各ナノメートルサイズ及びマイクロメートルサイズの、物理的寸法（例えば厚さ）又は特徴（凹状特徴又はレリーフ特徴（１つ又は複数のナノメートルサイズ及びマイクロメートルサイズのチャネル、空部、孔、柱状部、等々））を有する材料を指す。ナノ構造材料のこれらのレリーフ特徴又は凹状特徴は、１〜１０００ｎｍの範囲から選択される少なくとも１つの物理的寸法を有する一方で、ミクロ構造材料のレリーフ特徴又は凹状特徴は、１〜１０００μｍの範囲から選択される少なくとも１つの物理的寸法を有する。ナノ構造材料及びミクロ構造材料には、例えば、薄膜（例えばマイクロフィルム又はナノフィルム）、多孔質材料、凹状特徴パターン、レリーフ特徴パターン、及び研磨性表面又は粗表面を有する材料等々が含まれる。また、ナノフィルム構造は、ナノ構造材料の一例であり、マイクロフィルム構造は、ミクロ構造材料の一例である。一実施形態においては、本発明は、１つ又は複数のナノ構造又はミクロ構造の無機半導体構成要素、１つ又は複数のナノ構造又はミクロ構造の金属導体構成要素、１つ又は複数のナノ構造又はミクロ構造の誘電体構成要素、１つ又は複数のナノ構造又はミクロ構造の封入層、及び／又は、１つ又は複数のナノ構造又はミクロ構造の基板層を備える、デバイスを提供する。
【０１７７】
[00307]「ナノ膜」は、例えばリボン、シリンダ、又は小板の形態などで提供される、１〜１０００ｎｍの範囲から選択される厚さを、又は代替的にはいくつかの用途においては１〜１００ｎｍの範囲から選択される厚さを有する構造である。いくつかの実施形態においては、ナノリボンは、電子デバイスの半導体構造、誘電体構造、又は金属導体構造である。いくつかの実施形態においては、ナノリボンは、１０００ｎｍ未満の及び任意には１００ｎｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態においては、ナノリボンは、０．１〜０．０００１の範囲から選択される厚さ対横寸法（例えば長さ又は幅）比を有する。
【０１７８】
[00308]「誘電体」は、非導電性材料又は絶縁材料を指す。一実施形態においては、無機誘電体が、炭素を実質的に含まない誘電体材料を含む。無機誘電体材料の具体的な例には、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、シルク、シルク複合材料、エラストマー、及びポリマーが含まれるが、それらに限定されない。
【０１７９】
[00309]「ポリマー」は、しばしば高分子量により特徴付けられる、共有化学結合により連結された反復構造ユニットから構成される高分子、或いは１つ又は複数のモノマーの重合生成物を指す。ポリマーという用語は、ホモポリマー、すなわち単一の反復モノマーサブユニットから本質的に構成されるポリマーを含む。また、ポリマーという用語は、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、交互コポリマー、セグメント化コポリマー、グラフトコポリマー、テーパー型コポリマー、及び他のコポリマーなどの、コポリマー、すなわち２つ以上のモノマーサブユニットから本質的に構成されるポリマーを含む。有用なポリマーには、非晶質状態、半非晶質状態、結晶状態、又は部分結晶状態であり得る、有機ポリマー又は無機ポリマーが含まれる。連結されたモノマー鎖を有する架橋ポリマーが、いくつかの用途にとって特に有用である。それらの方法、デバイス、及び構成要素において使用可能なポリマーには、プラスチック、エラストマー、熱可塑性エラストマー、エラストプラスチック、熱可塑性プラスチック、及びアクリル樹脂が含まれるが、それらに限定されない。例示的なポリマーには、アセタールポリマー、生物分解性ポリマー、セルロースポリマー、フッ素重合体、ナイロン、ポリアクリロニトリルポリマー、ポリアミドイミドポリマー、ポリイミド、ポリアリレート、ポリベンズイミダゾール、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリエチレンコポリマー及び変性ポリエチレン、ポリケトン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンオキシド及び硫化ポリフェニレン、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリウレタン、スチレン樹脂、スルホン系樹脂、ビニル系樹脂、ゴム（天然ゴム、スチレンブタジエン、ポリブタジエン、ネオプレン、エチレンプロピレン、ブチル、ニトリル、シリコーンを含む）、アクリル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、又はこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。
【０１８０】
[00310]「エラストマースタンプ」及び「エラストマー転写デバイス」は、同義的に使用され、材料を受ける並びに転写することが可能な表面を有するエラストマー材料を指す。本発明のいくつかの方法において有用な例示的な共形転写デバイスには、エラストマースタンプ、型、及びマスクなどの、エラストマー転写デバイスが含まれる。この転写デバイスは、ドナー材料から受け材料への材料転写に影響を及ぼす及び／又は助長する。一実施形態においては、本発明の方法は、マイクロ転写印刷プロセスにおいてエラストマー転写デバイス（例えばエラストマースタンプ）などの共形転写デバイスを使用することにより、例えば１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び／又は１つ又は複数の金属導体構造を、製造基板からデバイス基板に転写する。
【０１８１】
[00311]「エラストマー」は、実質的な永久変形を伴わずに、伸展又は変形され、元の形状に復帰し得る、ポリマー材料を指す。エラストマーは、普通、実質的に弾性の変形を被る。有用なエラストマーには、ポリマー、コポリマー、複合材料、又はポリマー及びコポリマーの混合物を含むエラストマーが含まれる。エラストマー層は、少なくとも１つのエラストマーを含む層を指す。また、エラストマー層は、ドーパント及び他の非エラストマー材料を含んでもよい。有用なエラストマーには、熱可塑性エラストマー、スチレン材料、オレフィン材料、ポリオレフィン、ポリウレタン熱可塑性エラストマー、ポリアミド、合成ゴム、ＰＤＭＳ、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリ（スチレンブタジエンスチレン）、ポリウレタン、ポリクロロプレン、及びシリコーンが含まれるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態においては、エラストマースタンプは、エラストマーを含む。例示的なエラストマーには、ポリ（ジメチルシロキサン）（すなわちＰＤＭＳ及びｈ−ＰＤＭＳ）、ポリ（メチルシロキサン）、部分アルキル化ポリ（メチルシロキサン）、ポリ（アルキルメチルシロキサン）、及びポリ（フェニルメチルシロキサン）を含むポリシロキサン、ケイ素変性エラストマー、熱可塑性エラストマー、スチレン材料、オレフィン材料、ポリオレフィン、ポリウレタン熱可塑性エラストマー、ポリアミド、合成ゴム、ポリイソブチレン、ポリ（スチレンブタジエンスチレン）、ポリウレタン、ポリクロロプレン、並びにシリコーンなどの、ケイ素含有ポリマーが含まれるが、それらに限定されない。一実施形態においては、ポリマーは、エラストマーである。
【０１８２】
[00312]「共形性の」は、例えばレリーフ特徴パターンを有する表面との間での共形接触を可能にする外形輪郭などの、任意の所望の外形輪郭をとり得るのに十分な低さの曲げ剛性を有するデバイス、材料、又は基板に関するものである。いくつかの実施形態においては、所望の外形輪郭は、生物学的環境内の組織の外形輪郭である。
【０１８３】
[00313]「共形接触」は、デバイスと受け表面との間に確立される接触を指す。一態様においては、共形接触は、表面の形状全体に対するデバイスの１つ又は複数の表面（例えば接触表面）のマクロ的適合を伴う。別の態様においては、共形接触は、表面に対するデバイスの１つ又は複数の表面（例えば接触表面）のミクロ的適合と、その結果としての実質的に空部を含まない密接な接触とを伴う。一実施形態においては、共形接触は、例えばデバイスの接触表面の表面積の２０％未満が受け表面と物理的に接触しないか、又は任意にはデバイスの接触表面の１０％未満が受け表面と物理的に接触しないか、又は任意にはデバイスの接触表面の５％未満が受け表面と物理的に接触しない、そのような密接な接触が実現されるような、受け表面（複数可）に対するデバイスの接触表面（複数可）の適合を伴う。一実施形態においては、本発明の方法は、例えば乾式転写接触印刷などのマイクロ転写印刷プロセスなどにおいて、共形転写デバイスと、１つ又は複数の単結晶無機半導体構造、１つ又は複数の誘電体構造、及び／又は１つ又は複数の金属導体構造との間に、共形接触を確立することを含む。
【０１８４】
[00314]「ヤング率」は、所与の基板に関する応力対歪みの比率を指す、材料、デバイス、又は層の機械特性である。ヤング率は、以下の式、すなわち
【数３】
2018032870.tif 000005
により表され得る。ここで、Ｅは、ヤング率であり、Ｌ０は、平衡長であり、ΔＬは、応力印加下における長さ変化量であり、Ｆは、印加力であり、Ａは、この力が印加される面積である。また、ヤング率は、ラーメ定数の観点から以下の方程式、すなわち
【数４】
2018032870.tif 000006
で表すこともできる。ここで、λ及びμは、ラーメ定数である。高いヤング率（すなわち「高弾性係数」）及び低いヤング率（すなわち「低弾性係数」）は、所与の材料、層、又はデバイスにおけるヤング率の大きさの相対的説明である。いくつかの実施形態においては、高いヤング率は、低いヤング率よりも大きく、好ましくはいくつかの用途については約１０倍大きく、より好ましくは他の用途については約１００倍大きく、さらにより好ましくはさらに他の用途については約１０００倍大きい。一実施形態においては、低弾性係数の層が、１００ＭＰａ未満のヤング率を、任意には１０ＭＰａ未満のヤング率を、及び任意には０．１ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲から選択されるヤング率を有する。一実施形態においては、高弾性係数の層は、１００ＭＰａ超のヤング率を、任意には１０ＧＰａ超のヤング率を、及び任意には１ＧＰａ〜１００ＧＰａの範囲から選択されるヤング率を有する。一実施形態においては、本発明のデバイスは、低いヤング率を有する、基板、封入層、無機半導体構造、誘電体構造、及び／又は金属導体構造などの、１つ又は複数の構成要素を有する。一実施形態においては、本発明のデバイスは、全体的に低いヤング率を有する。
【０１８５】
[00315]「不均質なヤング率」は、空間的に変化する（例えば表面位置と共に変化する）ヤング率を有する材料に関するものである。不均質なヤング率を有する材料は、任意には、材料全体についての「バルク」ヤング率又は「平均」ヤング率の観点で表され得る。
【０１８６】
[00316]「低弾性係数」は、１０ＭＰａ以下、５ＭＰａ以下、又は１ＭＰａ以下のヤング率を有する材料に関するものである。
【０１８７】
[00317]「曲げ剛性」は、印加される曲げモーメントに対する材料、デバイス、又は層の抵抗を表す、材料、デバイス、又は層の機械特性である。一般的には、曲げ剛性は、材料、デバイス、又は層の慣性の弾性係数及び断面二次モーメントの積として定義される。不均質な曲げ剛性を有する材料は、任意には、材料の層全体についての「バルク」曲げ剛性又は「平均」曲げ剛性の観点で表され得る。
【０１８８】
[00318]次に、遷移デバイスと、デバイスを作製及び使用する方法とを、図面を参照として説明する。明瞭化のため、図面内の複数のアイテムが、符号をつけられない場合があり、図面が、縮尺通りに描かれない場合がある。
【０１８９】
[00319]図１は、垂直寸法即ち高さｈ、横寸法即ち幅ｂ、及び長手方向寸法即ち長さＬを含む、物理的寸法を有する遷移デバイス１００の上面斜視図を示す。遷移デバイス１００は、任意の規則形状又は不規則形状を有してもよいが、正方形又は矩形の平行四辺形の形態をしばしばとる。遷移デバイス１００は、１つ又は複数のデバイス構成要素１０４、１０６が配設された分解性基板１０２を備える。いくつかの実施形態においては、デバイス構成要素１０６は、２つ以上の他のデバイス構成要素１０４を相互に物理的接続及び／又は電気的接続状態に接合する相互接続部である。任意には、１つ又は複数のデバイス構成要素１０４、１０６は、封入材料（図示せず）により部分的に又は完全に封入されてもよい。遷移電子デバイス１００は、遠隔的に（例えば無線で）、又は電源（図示せず）への物理的接続を介して、給電又は作動されてもよい。
【０１９０】
[00320]図２は、遷移デバイス１００を使用するための例示的なステップを示す流れ図２００を示す。ステップ２０２及び２０４において、ユーザは、環境に接触された遷移デバイスを用意する。動作ステップ２０６において、遷移デバイス１００は、環境を作動させるか、又は環境に関するパラメータを感知する。最後に、ステップ２０８において、遷移デバイスは、少なくとも１つの内的刺激及び／又は外的刺激により、プログラム可能な変化を被る。
【０１９１】
[00321]いくつかの実施形態においては、植込み型生体医療デバイスは、生体内吸収性基板としてシルクを使用することが有利である。シルクは、生体適合性を有し、ＦＤＡに認可されており、光透過性であり、機械的に頑丈（高い機械弾性係数及び機械靱性）であり、薄膜形態において可撓性を有する。また、シルクは、水性処理に対する適合性を有することにより高感度の電子機能を維持し、また化学的機能化又は生物学的機能化が容易である。多様なアミノ酸側鎖が存在することにより、シルクを機能化するための結合化学反応が促進される。また、シルクは、数分から数時間〜数年に及ぶ範囲のプログラム可能なタンパク質分解性生物分解速度での水溶（非炎症性アミノ酸を生成）が可能である。
【０１９２】
[00322]シルクと同様又は類似の特性を示すいくつかの他の天然ポリマーには、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、アガロース、キチン、ポリヒドロキシアルカノエート、プラン、デンプン（アミロースアミロペクチン）、セルロース、ヒアルロン酸、又はこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。
【０１９３】
[00323]シルクは、例えばカイコであるボンビックス・モリ（Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ）から又はクモであるネフィラ・クラヴィペス（Ｎｅｐｈｉｌａ  ｃｌａｖｉｐｅｓ）からなど、様々な天然ソースから入手することができる。本発明の実施形態にしたがって使用されるシルク溶液は、例えば溶解したカイコシルク（例えばボンビックス・モリからの）、溶解したクモシルク（例えばネフィラ・クラヴィペスからの）を含む溶液から、又は、細菌、酵母菌、哺乳動物細胞、遺伝子導入動物、若しくは遺伝子導入植物などの組み換え型シルクを含む溶液から、入手することができる。
【０１９４】
[00324]一実施形態においては、生体内吸収性基板のシルクは、逆平行βシートの層から構成され、周期的なアミノ酸配列（Ｇｌｙ−Ｓｅｒ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ａｌａ）ｎから主に構成される主要構造を有する、シルクフィブロンタンパクであってもよい。フィブロインは、シルクＩ、ＩＩ、及びＩＩＩと呼ばれる３つの構造を構成することが知られている。シルクＩは、ボンビックス・モリ絹糸腺から放出されるような天然の非晶形態のフィブロインである。シルクＩＩは、より高い強度を有するシルク紡糸中のフィブロイン分子の結晶構成を指す。シルクＩＩＩは、主にフィブロン溶液の界面（すなわち、空気−水界面、水−油界面等々）において形成される。開示される遷移デバイスにおいては、シルクＩ、ＩＩ、及び／又はＩＩＩが使用されてもよい。
【０１９５】
[00325]シルク基板は、公開済みの手順にしたがってボンビックス・モリの繭から抽出される材料から準備されてもよい。Ｓｏｆｉａ，Ｓ．、ＭｃＣａｒｔｈｙ，Ｍ．Ｂ．、Ｇｒｏｎｏｗｉｃｚ，Ｇ．、及び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．、及びＯｍｅｎｅｔｔｏ，Ｆ．Ｇ．「Ｎａｎｏ−  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｒｏｂｕｓｔ，ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｓｉｌｋ  ｆｉｂｒｏｉｎ  ｆｉｌｍｓ．」Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２０，３０７０−３０７２（２００８）；並びに国際公開第２００８／１０８８３８号パンフレットを参照されたい。約言すると、炭酸ナトリウムの０．０２Ｍ水溶液中において６０分間にわたり眉を煮沸することにより、繭においてフィブロインフィラメントを結合させる、しかし望ましくない免疫反応を誘発し得る、水溶性糖タンパクであるセリシンを除去した。６０℃の臭化リチウムの水溶液により、シルクフィブロイン繊維を可溶化し、その後の透析により、臭化リチウムを除去した。遠心分離及びその後の精密ろ過により、微粒子を除去して、汚染物質を最小限に抑えた８〜１０％のシルクフィブロイン溶液を生成した。
【０１９６】
[00326]代替的な方法を利用することにより、国際公開第２００８／１０８８３８号パンフレットに記載されるような有機溶剤を使用してシルク溶液を調製してもよい。このパンフレットは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。シルク材料の調製に有機溶剤を使用することにより、シルク材料の生体適合性及び物理特性を変化させることが可能である。例えば、メタノールなどの有機溶剤中にシルクフィルムを浸漬することにより、水和構造又は膨張構造の脱水が引き起こされて、結晶化及びしたがって水中における水溶性の低下をもたらし得る。さらに、有機溶剤の使用により、シルク材料により低い分解性を与えることが可能である。
【０１９７】
[00327]上記のように、シルク溶液中に、水性溶媒に比べて有機溶剤が存在することにより、非晶構造に比べてより多数の結晶構造を有するシルク基板が発生し得る。この現象は、例えばシルクの生体内吸収又は分解の速度などを制御するために利用され得る。したがって、所望の再吸収速度又は分解速度に応じて、シルク溶液は、例えば１００％水溶液、約８０％の水溶液、約６０％の水溶液、約５０％の水溶液、約４０％の水溶液、約２０％の水溶液、又は約１０％の水溶液などの、任意の適切な割合の水溶液：有機溶液を利用して調製され得る。
【０１９８】
[00328]さらなる技術を利用して、シルク基板の分解速度を制御してもよい。例えば、分解が引き起こされる割合は、基板材料、基板厚さ、架橋、鎖間水素結合の程度若しくはファンデルワールス力、及び／又は分子整列を変更することにより（例えば１軸方向若しくは２軸方向の伸張、繊維への紡糸、及び／又は編成などによる）、調整されてもよい。
【０１９９】
[00329]バイオポリマー、合成ポリマー、タンパク質、多糖、ポリ（グリセロールセバシン酸）（ＰＧＳ）、ポリジオキサノン、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、コラーゲン、キトサン又はこれらの任意の組合せを含むがそれらに限定されない、さらなる生体内吸収性ポリマーが、分解性基板として単独で使用されてもよく、又はシルク溶液に添加されることにより複合シルク基板を生成してもよい。一実施形態においては、基板が、約５０〜約９９．９９体積パーセント（ｖｏｌ％）のシルクタンパク質溶液と、約０．０１〜約５０ｖｏｌ％の追加のポリマーとを含む。
【０２００】
[00330]いくつかの態様においては、本明細書に記載される遷移デバイスは、薬物送達のために使用され得る。一実施形態においては、１つ又は複数の治療剤が、基板の分解時に患者に対して投与されるように、基板材料内に液体、ゲル、分散固体、又は任意の他の適切な物理形態として封入されてもよい。これらの治療面で強化された基板材料を形成するためには、分解性ポリマー溶液が、基板の形成前に、１つ又は複数の治療剤及び任意には薬学的に許容され得る担体と共に混合されてもよい。分解性材料を溶解させない任意の薬学的担体が、使用され得る。
【０２０１】
[00331]いくつかの実施形態においては、本発明の遷移デバイスは、被験者に提供される治療剤を投与、送達、及び／又は活性化させるために使用される。本態様の一実施形態においては、分解性基板は、生物学的環境への投与及び／又は標的組織との接触の際に治療剤を放出する、多機能構成要素である。本発明は、例えば、薬物（例えば小分子治療薬）などの埋め込み治療剤、ナノ粒子、及び／又は生体分子（タンパク質、ペプチド、オリゴヌクレオチド（例えばＤＮＡ又はＲＮＡ）等々）を有する、分解性基板などを含む。本発明のこの態様は、治療剤の放出制御及び／又は選択された組織タイプに対する治療剤の標的投与を含む、多様な治療用途に対して有用となり得る。これらの実施形態における治療剤の放出は、標的組織と接触状態にある分解性基板の再吸収によって仲介されるプロセスにより行われ得る。本発明は、電子デバイス構成要素が、例えば分解性基板などの埋込み可能デバイスの構成要素の局所的加熱などにより、熱的手段を介して分解性基板からの治療剤の放出を仲介する、植込み型デバイス及び植込み型システムを含む。本発明は、電子デバイス構成要素が、タンパク質又はペプチドの放出のための電気泳動プロセスなどの、局所電界の発生及び制御により駆動されるプロセスを介して分解性基板からの治療剤の放出を仲介する、植込み型デバイス及び植込み型システムを含む。本発明は、電子デバイス構成要素が、電磁放射の吸収により駆動されるプロセスを介して分解性基板からの治療剤の放出及び／又は活性化を仲介する、植込み型デバイス及び植込み型システムを含む。一実施形態においては、植込み型デバイスは、分解性基板からの放出中及び／又は放出時に治療剤を光学的に活性化することが可能な、レーザ又はＬＥＤアレイなどの電子デバイス構成要素を備える。本発明のこの態様は、光線治療を含む治療用途にとって有用である。
【０２０２】
[00332]本明細書において説明されるデバイスと組み合わせて使用され得る治療剤には、小分子；タンパク質；ペプチド；ヌクレオチド；核酸；炭水化物；単糖；細胞；遺伝子；抗血栓薬；代謝拮抗薬；抗凝固剤；抗有糸分裂薬；線維素溶解薬；抗炎症ステロイド；モノクローナル抗体；ビタミン；鎮静薬（ｓｅｄａｔｉｖｅｓ）；ステロイド；催眠薬；抗感染薬（抗生物質及び抗ウイルス剤など）；化学療法剤（すなわち抗癌剤）；プロスタグランジン、放射性医薬品、拒否反応抑制剤；鎮痛剤（ａｎａｌｇｅｓｉｃｓ）；抗炎症剤；ホルモン（ステロイドなど）；成長因子（抑制剤及び促進剤）（上皮細胞増殖因子、線維芽細胞成長因子、血小板由来成長因子、インシュリン様成長因子、形質転換成長因子、及び血管内皮成長因子など）；抗血管新生タンパク質（エンドスタチンなど）；多糖；糖タンパク；リポタンパク；及びこれらの任意の組合せが含まれるが、それらに限定されない。
【０２０３】
[00333]例えば、ｉｎ−ｖｉｖｏ生物学的環境中の循環する治療剤は、治療部位に植え込まれた生体医療デバイスから電磁放射を受けた場合に、活性化されてもよい。特に、電磁スペクトルの紫外線領域及び可視領域内のエネルギーが、有用な場合がある。
【０２０４】
[00334]本発明は、以下の非限定的な例によりさらに理解されよう。
実施例１
【０２０５】
[00335]図３ａ、図３ｂ、及び図７は、本技術のための実例プラットフォームの画像及び概略図を示す。インダクタ、コンデンサ、抵抗器、ダイオード、トランジスタ、相互接続部、及びクロスオーバ部から、基板及び封入層に至るまで、ここで示される構成要素は全て、図３ｃの時系列画像に示されるように、加水分解による反応溶解によって完全に消滅する。遷移電子機器のこの例は、導体についてはマグネシウム（Ｍｇ）を、誘電体については酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を、半導体については単結晶シリコン（Ｓｉ）ＮＭを、並びに基板及びパッケージング材料についてはシルク（水溶性であるばかりでなくさらに酵素により分解され得る４、５）を使用する。製造は、転写印刷（Ｓｉ  ＮＭ）（この転写印刷プロセスに基づく自動製造ツールが、マイクロスケールの多接合型太陽電池の大規模アレイを組み込む高効率光起電モジュールのパイロットライン生産において現行で使用される）６、微細線ステンシルマスクによる物理気相成長（Ｍｇ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２）、及び溶液流延（シルク）の組合せを伴う。Ｍｇ、ＭｇＯの接着促進剤を、いくつかの例において使用し、チタンの極薄層を、他の例において使用した。デバイス製造は、チタンを用いなくとも可能であったが、歩留りは幾分か低下した。
【０２０６】
[00336]各材料の溶解の原因となる化学反応が、図３ｄに示される。Ｓｉ  ＮＭ及びＳｉＯ２層は、以降において説明するように、高性能のトランジスタ、ダイオード、光検出器、太陽電池、温度センサ、ひずみ計、及び他の半導体デバイスにおいて重要な役割を有するため、特に重要である。いずれについても、加水分解により、ナノ多孔性シリコンマトリクスの研究７−９により定められるように室温にて約０．１０ｇ／Ｌの水溶性を有するオルトケイ酸（Ｓｉ（ＯＨ）４）が形成される。ＮＭジオメトリは、高性能デバイス及び平坦構造を可能にし、遷移ステップ時に消費しなければならない材料の量を最小限に抑え、シルクなどの基板上への異種間一体化にとって好適な仕組み及び処理オプションをもたらすため、重要である４。この第２の特徴により、高い遷移速度へと近づくことが可能となると共に、生体適合性が重要な用途について、可溶性の制限及び悪影響を及ぼす可能性のある生体反応が回避される。本明細書において説明される典型的なトランジスタは、３０μＬという少量の水（又は体液）中においてＳｉ（ＯＨ）４として溶解され得る、約１μｇ未満のＳｉを含む。デバイス寸法を直截的に縮小することにより、Ｓｉの所要量をさらに減少させることが可能である。例えば、超薄型シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハ上に作製された最新のＭＯＳＦＥＴの活性領域内のＳｉの質量は、約１０ｆｇであり、これは、約３００ｆＬ１０という少量における可溶性に相当する。
【０２０７】
[00337]図４ａは、生体内吸収による変化をシミュレーションするために、生理学的に関連性のある温度（３７℃）のリン酸塩緩衝溶液（ＰＢＳ、ｐＨ７．４）中における種々の溶解段階において収集された、７０ｎｍの厚さを有するＳｉ  ＮＭ（３×３μｍ）の原子間力顕微鏡写真を示す。この反応速度論は、反応拡散モデル（図４ｂ）を使用して解析的に捕捉することが可能であり、速度制限ステップは、Ｓｉ中への水及び水酸化物イオンの拡散と、厚さ方向ｙ全体にわたる反応とによって、以下の式、すなわち
【数５】
2018032870.tif 000007
にしたがって規定される。ここで、Ｄ及びｋは、それぞれ、水の拡散率及びシリコンとＰＢＳとの間の反応定数であり、ｗは、水の濃度である。溶解時には、以下の平衡が公式化される：Ｓｉ＋４Ｈ２Ｏ＜−＞Ｓｉ（ＯＨ）４＋２Ｈ２。ここで、中性オルトケイ酸は、拡散によりシリコン表面から出る。このモデルにおいては、完全な物理的消滅までの時間ｔに対して、Ｓｉ  ＮＭの厚さ（ｈ）は、以下の式、すなわち
【数６】
2018032870.tif 000008
にしたがって、ｔと共にほぼ線形的に減少する。ここで、ｈ０は、初期厚さであり、Ｍ（Ｈ２Ｏ）及びＭ（Ｓｉ）は、水及びシリコンのそれぞれのモル質量であり、ｗ０は、初期水濃度であり、ρＳｉ＝２．３２９ｇ／ｃｍ３は、Ｓｉの質量密度である。この式は、ｋ＝５．０×１０−６ｓ−１及びＤ＝４．５×１０−１６ｃｍ２／ｓについての体温（３７℃）（図４ｃ）における、並びに、ｋ＝２．８×１０−６ｓ−１及びＤ＝３．４×１０−１６ｃｍ２／ｓの場合の室温（２５℃、図９ａ）における、ｈ０＝３５、７０、及び１００ｎｍについての実験観測値を捕捉し、これはアレニウススケーリングに合致する１４。厚さがゼロに達するための臨界時間は、
【数７】
2018032870.tif 000009
によって概略的に求められる。これらの結果は、体温にて、ｈ０＝３５、７０、及び１００ｎｍのそれぞれについて、ｔ＝１４、１６、及び１９日となり、これは、実験と合致する。時間依存反応速度定数を含むモデルにより、さらなる特徴を捕捉することが可能である。
【０２０８】
[00338]同様の計算により、図３のものを含む遷移電子機器についての他の材料における関連する挙動が定量的に捕捉される。図４ｄは、ＭｇＯの薄膜（１０ｎｍ、接着促進剤）上のＭｇの蛇行トレース（１５０ｎｍ）の一例を示し、測定された弾性変化は、算出された厚さ変化に基づき予測されたものと非常に相関する（図４ｅ、図１０ａ及び図１０ｂ、並びに詳細については実施例２を参照）。ここで、抵抗は、Ｒ０×（ｈ／ｈ０）−１により求められ、Ｒ０は、初期抵抗である。（他の例は図１１に示される）。この結果は、反応拡散モデルに対して重要な電気特性を結び付けるため、これは、かかる解析を確立された回路シミュレーションとの組合せにおいて遷移電子機器についての包括的な設計アプローチとして使用することが可能であることを示唆する。これらのモデルの例示的な実験検証により、これらの材料から構成される集積デバイスの挙動の評価において、それらのモデルを予測的に使用することが可能となる。
【０２０９】
[00339]これらのモデルの予測的使用により、ＮＭ及び薄膜デバイスの設計の重要性が強調される。特に、ダイシングされた集積回路の寸法（約１２ｍｍ×約１２ｍｍ×約７００μｍ）に相当する寸法を有するシリコン片についてのｔｃは、約６００年超と推定され、可溶性制限を回避するためにはほぼ約８Ｌの水を必要とする９。比較すると、同様の横寸法及び厚さ３５ｎｍを有するＳｉ  ＮＭについてのｔｃは、約１０日未満となり、約０．４ｍＬという少量の水において行われ得る。ＮＭベースの電子構成要素の時間スケールは、遷移封入層及び封入パッケージング材料を追加することにより制御される量において拡張され得る。また、この時間スケールは、クリティカルディメンジョンを縮小することによって、又は崩壊により溶解を加速させるように材料を物理的に構成することによって（図１２）、縮小され得る。図４ｅ及び図１０は、種々の厚さのＭｇＯにより及びＭｇＯ及びシルクの保護膜の組合せにより封入されたＭｇの蛇行状抵抗器において測定された変化の結果を示す。また、対応するモデリング結果が示され（詳細については実施例２を参照）、それらの結果はいずれも、実験及び一般的予想と非常に合致する。シルクは、この目的において魅力のあるものとなる。その理由は、水中におけるシルクの可溶性は、結晶度の制御によって数桁にわたりプログラムされ得るからである５、１５。また、図１３に示すように、他の生物分解性ポリマーを使用することも可能である。また、デバイスレベルにおける遷移の研究も重要である。図４ｆは、ＭｇＯ及び結晶化シルクの封入層を有する、Ｓｉ  ＮＭ、ＳｉＯ２、誘電体、及びＭｇ電極を用いて形成された、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の例を示す。以下において及び実施例２において詳細に説明されるこれらのデバイスは、その機能遷移において２段階の反応速度論を示す。特に、最大で約９０時間にわたる水中浸漬により、移動度、オン／オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）、及びしきい値電圧（Ｖｔｈ）などの重要なデバイス特徴において無視し得る程度の変化が引き起こされる。機能的分解が、この安定動作期間後の比較的短い時間間隔において発生する。封入層が、第１の時間スケールを規定し、Ｍｇ電極が、第２の時間スケールを規定する。これらの挙動は、構成材料のそれぞれ別個である実験研究及び理論的研究に基づく予想と合致する。これらの結果は重要である。その理由は、それらの結果により、デバイスにおいて能動的な役割を果たさない封入層が、システムレベル又はデバイスレベルの機能とは切り離された形で遷移時間を規定するために利用され得ることが実証されるからである。種々のデバイスタイプにより、それぞれ異なる厚さを有するＳｉ  ＮＭが必要とされるが、図４の結果は、Ｍｇ及び封入層が、ここで調査された実際の例について、機能遷移の時間スケールの決定において主要な役割を果たすことを示唆する。（本明細書において提示される例における実用遷移モードにより、長期の保管は、乾燥環境を伴うべきである。）
【０２１０】
[00340]これらの材料、製造技術、及びモデリングツールは、ＣＭＯＳ設計において、ほぼあらゆるタイプの遷移電子システム用の構成要素デバイスをもたらすことが可能である。図５は、Ｍｇ電極（厚さ約２５０ｎｍ）が、ソース、ドレイン、及びゲートとしての役割を果たし、ＭｇＯ及び／又はＳｉＯ２が、ゲート誘電体（厚さ１００〜１５０ｎｍ）を形成し、Ｓｉ  ＮＭ（厚さ３００ｎｍ）が、半導体として機能する、ｎチャネル及びｐチャネルの両動作が可能な図４のＭＯＳＦＥＴと同様のＭＯＳＦＥＴに関するさらなる詳細を含む、複数の例を示す。Ｌ＝２０μｍ及びＷ＝９００μｍを有する典型的なｎチャネルデバイスの結果的に得られる電気特性には、５６０ｃｍ２／Ｖｓの飽和移動度及び６６０ｃｍ２／Ｖｓの線形領域移動度、＞１０５のオン／オフ比、１６０ｍＶ／ｄｅｃ（Ｖｄ＝０．１Ｖにて）のしきい値下勾配、並びに０．３４ｍＡ／ｍｍ（Ｖｇ＝５Ｖにて）の幅正規化電流出力が含まれる。これらの特性及び同様のｐチャネルデバイスの特性は、ＳＯＩウェーハ上に形成された同様のクリティカルディメンジョンを有する同等物の性能と同等となるため、有利である。これらのデバイスの特性は、最新技術の集積回路において見受けられるデバイス寸法に匹敵するデバイス寸法を用いて通常の方法で評価されるものと考えられる。（調査されたチャネル長の範囲については、コンタクト抵抗により性能は限定されない。図１４を参照。）
【０２１１】
[00341]ＭＯＳＦＥＴに加えて、多数の他の種類の半導体デバイス及び受動構成要素が可能である。いくつかの例の画像及び電気特性が、図５、図１５、及び図１６に示される。抵抗器及びダイオードは、温度センサとしての役割を果たし、後者は、図５及び図１６に示すように光検出器及び太陽電池においても使用され得る。Ｓｉ  ＮＭダイオード及びＭｇ抵抗温度センサは、−２．２３ｍＶ／℃（所与の電流出力に対する電圧変化）及び０．２３％／℃（抵抗のパーセンテージ変化）の感度を示し、これらは共に、従来の非遷移デバイスの挙動に合致する１６。電流設計及び標準測定システムにより、０．００４〜０．００７℃の温度変化を分解することが可能である。超薄型シリコン太陽電池（厚さ約３μｍ）は、光トラップ構造、背面反射板、又は反射防止コーティングを用いない場合でも、６６％のフィルファクタ及び約３％の総パワー変換効率を実現する。Ｍｇコンタクトを有するドープされたＳｉ  ＮＭは、最新技術のデバイスの歪み係数に匹敵するほぼ約４０の歪み係数（図５ｆ、左、及び図１６）を有するひずみ計（図５ｅ、左）としての役割を果たすことが可能である１７。本明細書に提示される技術及び製造方式は、機能的な相互接続されたセンサアレイを可能にするのに十分な展開がなされる。一例としては、スキャンモードにおける動作時に写真を取得することが可能な（図５ｆ、右、及び図１６ｄ）受動マトリクスアドレス指定用のブロッキングダイオード（図５ｅ、右）を有するＳｉ  ＮＭフォトダイオードの集合体を含む、遷移デジタル撮像デバイスを作製した。（図１７のデバイス寸法に関するさらなる詳細を参照。）この場合の歩留りは、＞９０％である（すなわち、６４画素中の５８画素が完全に機能した。図１８を参照。）多数の他の可能性を実現することが可能である。
【０２１２】
[00342]集積システムにおける個々の要素の遷移時間は、同一であること又は異なることが可能である。後者は、厚さ及び／又はスタック組成の変更を利用することによって実現可能であり、又は非遷移材料と組み合わせることによっても実現され得る。最後の可能性は、図５ｃ及び図５ｄの右側の枠内の、非遷移金属（Ａｕ）が、遷移Ｍｇ相互接続部により接合された２つのトランジスタのためのソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極としての役割を果たす、論理ゲート（インバータ）において示される。この例においては、Ｍｇの遷移は、インバータから２つの分離されたトランジスタへとシステムを変換させる。純粋に遷移的なシステムにおける可変溶解速度が、同様に利用されることにより、機能を経時的に変化させることが可能である。他の場合であればＭｇＯ内に封入されるシステム中のＭｇ分流抵抗器又は相互接続部が消滅することにより、遷移集積回路内の選択された構成要素の機能的加減が影響を被り得る。図５ｇ及び図５ｈは、相互接続部の消滅によりＮＯＲ動作からＮＡＮＤ動作へと変化するＳｉ  ＮＭ  ＭＯＳＦＥＴ論理ゲートにおける後者の可能性を示す。図１９には、遷移分流器の例が示される。それらの遷移分流器の効果により、機能が、抵抗器からダイオードへと、ＮＡＮＤゲートからインバータへと、及びＮＯＲゲートから独立したトランジスタへと変化することとなる。
【０２１３】
[00343]この多様なデバイス構成要素、センサ、及びアクチュエータにより、有用なレベルの機能を有する集積システムが可能となる。電源用の１つのオプションは、図１６ａに示すシリコン太陽電池などのシリコン太陽電池を利用することである。別のオプションは別個に給電される外部一次コイルに対して結合する近接場相互インダクタンス用の無線アンテナとして、図３、図５ａ、及び図１５のインダクタ及びコンデンサと同様のインダクタ及びコンデンサを使用する。遷移電子システムの興味深い１つの用途は、本明細書において導入される構成材料の生体適合性により可能となる植込み型デバイスである４（図３）。特に、Ｍｇは、いくつかのタイプの血管内ステントにおいて構造材料として既に使用されている１８。シルクは、縫合糸及び組織工学における使用が認可されている５。３Ｌの血漿中で溶解した１μｇの遷移Ｓｉ  ＮＭデバイスは、０．３３μｇ／Ｌの濃度をもたらし、これは、生理学的濃度未満にまで低下する１９。Ｓｉ  ＮＭを有するｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴを実現するために必要とされるボロン及びリンのドーピングは、リンについては約１ｎｇ／Ｌの及びボロンについては約１１ｐｇ／ＬのＳｉ  ＮＭの濃度を示すが、これらは共に、Ｓｉの可溶性制限を回避するために必要な最低量においても、生理学的レベル（血中のリンについては４００ｍｇ／Ｌ、ボロンについては２４ｍｇ／Ｌ）を大幅に下回る。リン（約３ｎｇ）及びボロン（約３３ｐｇ）の総量は、普通食からの推奨される１日摂取量（リンについては約１５００ｍｇ及び１ボロンについては１〜１３ｍｇ）よりも桁違いに低い２０−２３。
【０２１４】
[00344]生体内吸収及び生体適合性を実証するために、一連のｉｎ  ｖｉｖｏ実験を実施した。様々な代表的な遷移デバイス（例えば図３及び他）を、製造し、シルクパッケージ内に封止し、酸化エチレンを用いて滅菌し、次いで米国動物実験委員会（ＩＡＣＵＣ：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ  Ａｎｉｍａｌ  Ｃａｒｅ  ａｎｄ  Ｕｓｅ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）のプロトコールにしたがってＢＡＬＢ／ｃマウスの皮下領域に植え込んだ。図６ａは、図３に示す実例プラットフォームの例を示す。３週後の調査では（図６ｂ、左）、ごくわずかな残留物と共に、明らかな血管再生を伴う皮下層への低速での再融合の形跡が見受けられた。図６ｂ（右）に提示される組織断片は、（Ａ）皮下層、（Ｂ）シルクフィルム、及び（Ｃ）筋層を、並びにいかなる炎症反応も無いことを示す。図６ｂのデータは、いずれも３週の時点までを辿った、複数の動物（Ｎ＝３）による確立されたプロトコールにしたがった生体内吸収性材料又は生体内吸収性デバイスの標準的な動物評価を表す。図２０には、さらなる履歴解析が示される。さらに、本文献は、遷移電子システム内の構成材料の生体適合性に関する強力な証拠を提示する。シルクは、再吸収性外科縫合糸及び軟組織足場における臨床的利用が認可されている。多孔性のシリコンナノ粒子及びシリカナノ粒子は、生体内吸収性薬物送達用途にとって実用可能な候補として十分に確立されたものである８、２４。ＭｇＯは、これらの及び関連する構造用のコーティングとして２５、及び、磁気共鳴断層撮像用の鉄ベースのナノ粒子造影剤に対して２６使用されてきた。Ｍｇ及びＭｇ合金は、生物分解性ステントにおいて実証されてきた。遷移電子構造物に対して使用される又は予期される材料の量は、許容し得る生体適合性と、いくつかの例では臨床的利用において確立された役割とを有することが実験により判明している材料の量よりも、桁違いに少ない。
【０２１５】
[00345]Ｍｇの誘導コイルが、シルク基板上に集積されシルクパッケージ内に収容されたドープされたＳｉ  ＮＭの抵抗マイクロヒータと組み合わされることにより、局所加熱によって細菌の抑制を助長し局所的な痛みの緩和をもたらす、感染緩和及び疾患管理において使用することが可能な遷移温熱療法システムが実現される２７〜２９。永久ペースメーカ、植込み型除細動器、機械式循環補助デバイス、又は人工股関節及び人工膝などの医療植込み型デバイスの外部表面に送達され得る遷移電子殺菌アップリケは、遷移温熱療法システムの一例である。この目的は、患者が最大危険期間を乗り越えた場合に消滅することにより、患者に対する不必要なデバイス負荷が解消される、実施可能であり、有効であり、非抗生であり、プログラム可能な殺菌剤によって、手術部位感染を制御することである３０、３１。図６ｃ、図６ｄは、ネットワークアナライザを使用することにより無線モードにおいて植込み後に遷移を継続的にモニタリングすることが可能であるようなデバイスのための、汎用構成要素構成ブロックとしてのメタマテリアルＲＦアンテナの例を示す。データは、理論モデルと合致する時間依存性を有する測定されたＱ値と共に、シルクパッケージのエッジを通過する体液の低速拡散に関連する遷移挙動を示す。詳細に関しては実施例２を参照されたい。図６ｅは、それぞれ異なる共振周波数（約７０ＭＨｚ及び約１４０ＭＨｚ）を有する２つのコイルと、３つの別個のヒータとを備える、ガラス上に形成されたデバイスの画像を示す。適切な周波数及び電力レベルが個々の一次コイルに対して印加される状態でこれらのコイルの一方又は両方を無線動作させることにより、挿入図内の温度画像において図示されるように、システムの完全な制御が可能となる（他の例については図２１、図２２、及び図２３を参照）。追加のコイル及びヒータを組み込むことにより、より複雑な温度分布に対する完全な制御が可能となる。同様のアプローチを、空間的且つ時間的にプログラムされた電気刺激に対して使用することが可能である。ｉｎ  ｖｉｖｏ機能を実証するために、単一コイル型で単一ヒータ型の完全遷移タイプのこのデバイスを、スプラーグドーリー（Ｓｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙ）ラットの皮膚下に植え込んだ（図６ｆ）。皮膚を通した誘導結合により、ヒータの位置に一致して、ΔＴ約５℃（図６ｇ）の局所温度上昇が発生する。完全なデバイスは、１５日の時間スケールで遷移する。この１５日という時間スケールは、創傷部位を滅菌しその無菌を維持するために、最も重要な期間、すなわち動作後の初めの数日における堅固な機能を実現するように選択された。このデバイスは、この時間の後には不要となる。１５日は、その有効性にとって必要とされる期間の控え目な推定値に相当し、その後、デバイスは、消滅することにより、追加的な外因性インプラント材料に付随するあらゆる長期的負荷を解消する。シルクパッケージにより、この遷移時間が決定されるが、遷移時間は、シルクの結晶度の制御により調節可能である。
【０２１６】
[00346]本明細書において報告するコンセプトは、遷移電子システム、遷移センサ、遷移アクチュエータ、及び遷移電源についての、材料、モデリングアプローチ、製造方式、及びデバイス設計の包括的土台を確立する。ＳｉＯ２を含む又は含まないＳｉナノ膜（ＮＭ）は、重要な要素である。その理由は、それらを使用することにより、能動的機能及び受動的機能の両方を有する高度な半導体構成要素が即座に実現されるからである。誘電体及び導体については、それぞれコラーゲンからポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）にわたる、及び鉄から亜鉛にわたる範囲のものが、さらに可能である。代替的な遷移モードには、吸収、腐食、脱重合、及びその他が含まれる。これらのプロセスの速度は、リアルタイムに調節可能である、誘発される、及び／又は、化学的事象若しくは生物学的事象、又は温度、圧力、若しくは光の変化により決定される、周囲環境の特性に反応することができると考えられる。
方法の概要
デバイスの製造
【０２１７】
[00347]ドープされた単結晶シリコンナノ膜（ＮＭ）を、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハ（上部シリコン厚さ約３００ｎｍ、ｐ型、ＳＯＩＴＥＣ、Ｆｒａｎｃｅ）から調製した。フッ化水素酸（ＨＦ、４９％  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｇｒａｄｅ、ＳｃｉｅｎｃｅＬａｂ、ＵＳＡ）による埋入した酸化物のアンダーカットエッチングにより、分離されたシリコンＮＭを形成し、次いでこのＮＭをシルクフィルム基板上に転写印刷した。ゲート及び層間誘電体（ＭｇＯ又はＳｉＯ２）、並びに電極及び相互接続部（Ｍｇ）を、高解像度ステンシルマスクを介した電子ビーム蒸着により堆積した。後者については、ＭｇＯ層は、Ｍｇが直接的に堆積されるか、又は歩留り及び接着強度の改善を目的として５ｎｍのＴｉ層を有する、トランジスタのために必要とされるＭｇ／Ｓｉコンタクトを除き、接着促進剤としての役割を果たした。製造プロセスに関するさらなる詳細は、実施例２に示す。
基板、封入層、及びパッケージの調整
【０２１８】
[00348]ボンビックス・モリ・カイコの繭を切断し、０．０２Ｍ  Ｎａ２ＣＯ３溶液中で煮沸して、膠状のセリシンタンパクを抽出した。残りのシルクフィブロインを、Ｍｉｌｌｉ−Ｑ水中ですすぎ、６０℃のＬｉＢｒ溶液中で４時間にわたり溶解させ、次いで２日間にわたり透析カセットを使用して蒸留水により透析することにより、ＬｉＢｒを除去した。遠心分離及びろ過により不溶性残留物を除去した後に、シルク溶液を、脱イオン蒸留水で５〜７重量％まで希釈し、シリコン基板又はガラススライド上に成形することにより厚さ約２０μｍのフィルムを形成し、空気中で完全に乾燥させ続けることによりシルクフィルムを形成した。
シルクフィブロインパッケージング方式
【０２１９】
[00349]約５ｃｍ×５ｃｍの面積に切断された２つの約１００μｍシルクフィブロインフィルムを、１２０℃で６０秒間にわたる積層によって架橋させて、最大βシート結晶度及びシルク層の完全な接着を実現した。これらのフィルムを、スタックし、次いで１つのエッジを、接着層としての約１０μＬの約６％シルクフィブロイン溶液による再積層によって封止した。機能デバイス用のシルク基板が、非架橋状態に留められ、２つの架橋フィルムの間に配置された。最後に、他の３つの側部を、同一の方法により封止し、２つのフィルム間にこの試料を完全に封止した。余剰フィルムは、植込み用の封止サンプルのサイズを最小限に抑えるために、エッジからトリミングした。
デバイスレベルにおける遷移及び遷移の同調性
【０２２０】
[00350]ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、論理ゲート（ＮＡＮＤ）、及びＭｇ抵抗器を含む様々な遷移デバイスを、上述の手順及び材料を利用して製造した。ＭｇＯ（厚さ４００ｎｍ）及び結晶シルク（厚さ７０μｍ）が、水に対するバリアとしてデバイス上に均一に堆積された封入層としての役割を果たした。詳細は、実施例２に示す。
動物モデル評価
【０２２１】
[00351]メスのＢＡＬＢ／ｃマウス（生後６〜８週）及びメスのアルビノスプラーグドーリーラットを、ケタミン／キシラジン混合物の腹腔内注射によって麻酔した。この動物が麻酔の「ステージ３」に達していることを確認するために、麻酔の深さを、眼瞼反射及び逃避反射によりモニタリングした。背中を剃毛し、７０％エタノールを用いて切開部位を洗浄し、その後ベタジンにより手術時手洗いを行った。ステージ３が確認されると、皮膚に小さな長手方向切開部を形成し、無菌インプラント（酸化エチレンで滅菌）を挿入した。切開部は、Ｄｅｘｏｎ５−０縫合糸を用いて閉じた。この動物を、歩行可能になるまでモニタリングし、手術の完了後にすぐに無痛覚剤（皮下にブプレノルフィン）を投与した。
温熱療法のための無線電源を有する遷移電子システム
【０２２２】
[00352]このデバイスは、シルク基板上に形成されたシリコン抵抗器、誘導コイル、及び相互接続線と、別個のシルクパッケージとを備える。ドープされたシリコンＮＭの転写印刷の後に、第１の金属層（Ｔｉ／Ｍｇ、５／２５０ｎｍ）、層間誘電体（ＭｇＯ、４００ｎｍ）、及び第２の金属層（Ｔｉ／Ｍｇ、１０／８００ｎｍ）の堆積並びにパターニングを行った。次いで、先述のように、デバイスをシルクによりパッケージングした。無線送電の結合周波数は、約７０ＭＨｚであった。
参考文献
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［２９］  Ｐａｒｋ，Ｊ．−Ｗ．ら「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｍｉｃｒｏ−ａｂｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｋｉｎ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ  ｄｒｕｇ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ．」Ｔｈｅ  １３ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  ２，１２３８−１２４１（２００５）．
［３０］  「Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｎｏｓｏｃｏｍｉａｌ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  （ＮＮＩＳ）  ｒｅｐｏｒｔ，ｄａｔａ  ｓｕｍｍａｒｙ  ｆｒｏｍ  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９８６−Ａｐｒｉｌ  １９９６，ｉｓｓｕｅｄ  Ｍａｙ  １９９６．  Ａ  ｒｅｐｏｒｔ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｎｏｓｏｃｏｍｉａｌ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  （ＮＮＩＳ）  Ｓｙｓｔｅｍ．」Ａｍ．Ｊ．Ｉｎｆｅｃｔ．Ｃｏｎｔｒｏｌ  ２４，３８０−３８８（１９９６）．
［３１］  Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄ．Ｊ．ら「Ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｎｄ  ｆｉｎａｎｃｉａｌ  ｏｕｔｃｏｍｅｓ  ｄｕｅ  ｔｏ  ｍｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ  ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｓｉｔｅ  ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ：ａ  ｍｕｌｔｉ−ｃｅｎｔｅｒ  ｍａｔｃｈｅｄ  ｏｕｔｃｏｍｅｓ  ｓｔｕｄｙ．」ＰＬｏＳ  Ｏｎｅ  ４，１−８（２００９）．
実施例２
製造プロセス
【０２２３】
[00353]単結晶シリコンナノ膜（厚さ約３００ｎｍ、ｐ型）を、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ、ＳＯＩＴＥＣ、Ｆｒａｎｃｅ）から製造して、半導体デバイスの活性エリアを形成した。リンドーパント（約９５０℃）及びボロンドーパント（約１，０００℃）の高温拡散により、トランジスタ用のソース電極及びドレイン電極のための、並びにダイオード、光検出器、及び太陽電池のｎ形エリア及びｐ型エリアのための、高ドープ領域を画した。ドープされたＳｉ  ＮＭの横寸法を、硫黄六フッ化物（ＳＦ６）ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって画した。ＳＯＩからシリコンを放出させるために、埋入した酸化物を、フッ化水素酸（ＨＦ、４９％  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｇｒａｄｅ、ＳｃｉｅｎｃｅＬａｂ、ＵＳＡ）によるウェットエッチングによって除去した。このプロセスにより形成される各Ｓｉ  ＮＭを、シリコンウェーハ上にスピン成形されたシルクフィルムに対して転写印刷した（一時的な「キャリア」基板として）。次いで、様々な金属層及び誘電体層を、パターニングされたポリイミドシャドーマスクを介した電子ビーム（ｅビーム）蒸着を利用して堆積して、デバイスと、デバイス間の相互接続部とを完成させた。
遷移による機能的変化
【０２２４】
[00354]遷移による機能的変化は、システムの他のパーツに関する時間スケールよりも短い時間スケールでのいくつかの金属相互接続部の溶解を伴った。この挙動は、選択された相互接続部に関連する領域を除く回路の全ての領域をＭｇＯ層で封止することにより達成された。製造プロセスは、ＭｇＯ（１５０ｎｍ）又はＳｉＯ２のゲート誘電体層と、Ｍｇ（２５０ｎｍ）のソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極とを有するトランジスタにドープされたＳｉ  ＮＭを伴うものであった。必須ではないが、接着を促進するためのＴｉの薄層を使用することにより、歩留りが改善された。Ｔｉの典型的な厚さは、５ｎｍであった。かかるトランジスタを使用する論理ゲート間の相互接続線は、ＭｇＯ（１０ｎｍ）の薄い接着促進層の上にＭｇ（１５０ｎｍ）を堆積することにより形成した。金属トレースは、トランジスタ電極に対する効果的な電気的接触を確保するために、接着層のエッジを越えて延在させた。最終封入層（ＭｇＯ、４００ｎｍ）は、上述のような適切なパターンで堆積した。全てのパターニングステップ及び堆積ステップは、ポリイミドシャドーマスク及び電子ビーム蒸着により実施した。
崩壊トランジスタ
【０２２５】
[00355]Ｓｉ  ＮＭの代わりに、細いＳｉナノリボン（ＮＲ）のアレイを、拡散質量輸送を強化し得る崩壊プロセスによる変化を加速させるための１つの方法として使用することが可能である。この例における製造は、ドープされたＳｉナノリボンアレイを前章に記載した手順を利用して画することから始められた。しかし、この場合には、埋入した酸化物は、介在領域においては完全に除去されるものの、Ｓｉ  ＮＲの下方からは一部のみを除去した。次に、フォトレジスト層（ＡＺ  ５２１４）のパターニングにより、埋入した酸化物の除去を完了させるための第２のエッチングステップ時にリソグラフィにより画されたそれらの箇所に対してＳｉ  ＮＲを繋ぐ構造を形成した（すなわち、アンカーバー、１０μｍ×５０μｍ、厚さ１．５μｍ）。次に、Ｓｉ  ＮＲのアレイを、シルク層で被覆された別個のシリコン基板上に転写印刷した。ポリイミドシャドーマスクを介して選択エリアにＭｇＯ（１５０ｎｍ）を蒸着することにより、ゲート誘電体及び接着促進層を画した。最後に、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極（Ｔｉ／Ｍｇ、５／２００ｎｍ）を同様の手順により画することよって、デバイスを完成させた。
シリコンの溶解試験
【０２２６】
[00356]このプロセスの詳細な反応速度論を研究するために、Ｓｉ  ＮＭの一連の溶解試験を実施した。これを目的とする試験構造は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥによりＳＯＩウェーハ上に形成された、３×３μｍ平方のジオメトリのＮＭアレイであった。３５ｎｍ、７０ｎｍ、及び１００ｎｍの厚さを調査した。試料を、室温又はヒトの体温（３７℃）に近い温度の５０ｍＬの１．０Ｍリン酸塩緩衝生理食塩水（ＰＢＳ、ｐＨ７．４、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、ＵＳＡ）中に配置した。これらの試料を、２日ごとにＰＢＳ溶液から取り出して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、Ａｓｙｌｕｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＭＦＰ−３Ｄ、ＵＳＡ）によりＳｉ  ＮＭの高さを測定した。ＰＢＳ溶液は、１日おきに交換した。
高解像度ステンシルマスク
【０２２７】
[00357]フォトリソグラフィにおいて典型的に利用される溶媒及びプロセスに対してシルクが容易に反応することが、金属及び誘電体をパターニングするために高解像度シャドーマスキング技術を利用することの誘因となった。必要なステンシルマスクは、所望のジオメトリでエッチングされた開口を有する均一なポリイミド（ＰＩ）フィルム（１２．５μｍ、Ｋａｐｔｏｎ、Ｄｕｐｏｎｔ、ＵＳＡ）から作製した。製造プロセスは、１０：１ポリ（ジメチルシロキサン）（モノマー：触媒、重量）（ＰＤＭＳ、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ、ＵＳＡ）で被覆されたガラススライド上へのかかるフィルムの装着から開始された。金属層（Ｃｒ／Ａｕ、１０／１５０ｎｍ）を、電子ビーム蒸着により堆積し、フォトリソグラフィを利用してパターニングし、ウェットエッチング液でエッチングした。この金属は、酸素（Ｏ２）ガスでのＲＩＥによるＰＩフィルムのドライエッチング時にハードマスクとしての役割を果たした。エッチングの後、金属マスクをウェットエッチングにより除去され、パターニングされたＰＩフィルムが、慎重に剥離されて、高解像度ステンシルマスクを形成した。
封入
【０２２８】
[00358]複数の異なる封入層を使用して、溶解速度を制御した。このプロセスを研究するために使用した試験構造は、ガラススライド上のＭｇのトレース（３００ｎｍ）を含むものであった。トレースの一部を、様々な封入材料、すなわちＭｇＯ（４００ｎｍ又は８００ｎｍ）、シルク、ＰＬＧＡ（ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）８５：１５、Ｍｗ５０，０００〜７０，０００、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、ＵＳＡ）、又はコラーゲンフィルム（Ｄｅｖｒｏ、ＵＳＡ）を用いて被覆した。シルク封入については、複数サイクルの被覆及び処理を、すなわち、シルク溶液中への試料の浸漬と、６５℃での乾燥と、メタノールでの処理によるβシート含有量の増加と、続く乾燥とを繰り返した。複数の被覆処理及びその後のメタノール処理を利用して、シルクフィルムの総厚さを増加させた。被覆すべきエリアの周囲が囲まれたＰＤＭＳを配置することによってＰＬＧＡを被覆し、ＰＬＧＡ溶液で内容積部を充填した。この溶液は、気化されて、ＰＬＧＡのみが封入層として残った。コラーゲンフィルムを、ＰＬＧＡの濃縮溶液を使用してガラスエッジに対して装着し、次いでこれを乾燥させて、固体ではあるが可撓性の接着層が、コラーゲンとガラスとの間に残った。これらの結果を図１３に示す。
デバイスレベルにおける遷移及び遷移同調性の研究
【０２２９】
[00359]遷移材料の溶解速度に加えて、デバイスレベルにおける挙動を研究し、遷移を制御するための方策を実証した。特に、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、シリコンダイオード、論理ゲート（ＮＡＮＤ）、及びＭｇ抵抗器を含む、複数の異なる遷移デバイスを、初めに構成した。Ｍｇ抵抗器を除いては、製造は、前章に記載したようなＳｉ  ＭＮ（厚さ３００ｎｍ）の高温ドーピングプロセスで開始された。このタイプの転写印刷されたＳｉ  ＭＮは、半導体層としての役割を果たした。ＰＥＣＶＤにより堆積したＳｉＯ２層（厚さ１００ｎｍ）は、各ＭＯＳＦＥＴ用のゲート誘電体及びＮＡＮＤゲートにおいて使用されるゲート誘電体としての役割を果たした。厚さ４００ｎｍではあるが、同様の層を層間誘電体として用意した。これらの電極は、電子ビーム蒸着により堆積されたＭｇ（厚さ３００又は４００ｎｍ）から構成した。デバイスレイアウトを図２４に示す。
【０２３０】
[00360]ＭｇＯ（厚さ４００ｎｍ）及び結晶シルク（厚さ約７０μｍ）の封入層により、水に対する遷移バリアを形成した。いずれのデバイスの例においても、システム構成により、図２５のような、デバイスに対して接続され、ＰＤＭＳから作製された除去可能なウェル内に収容された水中に浸漬された、遠隔配置された電極パッドを介した電気特性の連続プロービングが可能となった。図２６に要約されるこれらの結果は、２つの異なる時間スケールを有する反応速度論を示し、第１の最長時間スケールは、封入層における遷移に対応するものであり、第２の時間スケールは、Ｍｇの消滅が先に生じる、デバイスの活性層の溶解に起因するものである。これらの挙動が、デバイスレベルにおける遷移を示す。また、これらの結果は、デバイス動作においては能動的な役割を果たさない材料（すなわち封入層）により遷移時間を規定することが可能であることを実証する。このようにすることで、遷移時間は、電気的機能とは無関係に工学設計することが可能となる。
植込み型ＲＦメタマテリアルアンテナにおける遷移のｉｎ  ｖｉｖｏ研究
【０２３１】
[00361]ｉｎ  ｖｉｖｏ遷移を研究するために、水溶性となるように処理され、接着剤として数滴のシルクを使用した高温エンボス加工によりエッジに沿って封止された、シルクのポケット状コンテナ（約２ｃｍ×２ｃｍの大きさであり、各辺が約１００μｍの）内に封入された、非処理／水溶性シルクフィルム（厚さ約５０ｎｍ）の上に、約１．８ＧＨｚで設計された共振周波数を有し約１．３５ｃｍ×１．３５ｃｍの全体寸法を有する（４００ｎｍＭｇから作製され、保護層としての６００ｎｍのＭｇＯで被覆された）メタマテリアルアンテナを作製した。メスのアルビノスプラーグドーリーラットの皮膚下への植込み時に、この構造により、デバイスと周辺組織との間の直接的な接触が防止される。この例における遷移は、シルクポケットのエッジを通した体液の拡散によって主に規定される。アンテナは、封入プロセスの前後及び植込み前に、ネットワークアナライザ（ＨＰ  ８７５３Ｄ）を用いて共振応答を測定することによって試験した。図６ｃに示すように、ｉｎ  ｖｉｖｏ応答を、０日目（植え込み直後）、４日目、８日目、及び１５日目（アンテナの共振が殆ど検出不可能となったとき）に記録した。その後、デバイスを回収すると、ごくわずかの且つ切断されたＭｇトレースの兆候と共に、組織母体内への再吸収が判明した。
遷移無線温熱療法デバイスにより実現される細菌抑制のｉｎ  ｖｉｔｒｏ試験
【０２３２】
[00362]これらのデバイスを、大腸菌細菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ＡＴＣＣ  ２５９２２、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ、Ｍａｎａｓｓａｓ  ＶＡ）が載置された約３ｍｍの厚さの寒天プレートの下に配置した。細菌を、提供された指示にしたがって再現及び拡張し、液体培養菌を、１８〜２４時間の間にわたり０．８の光学密度（ＯＤ６００）（約１０７ＣＦＵ／ｍＬの生菌数に相当）にまで成長させた。３つの異なるデバイス構造を独立に試験した。初めの２つは、対照であり、共に分離されたＭｇ抵抗器及びＭｇ  ＲＦ誘導コイルから構成した。３つめは、完全に機能するデバイス（すなわちＭｇ抵抗器がＭｇ  ＲＦ誘導コイルに対して接続されたもの）であった。これら３つの全ての例において、無線電力を、別個に配置された一次コイル（１巻、直径＝５ｃｍ、１２ＡＷＧ）を有する外部ＲＦ電源により約３３ｄＢｍ（すなわち２ワット）の入力にて８０ＭＨｚで印加した。細菌が載置された寒天プレートの温度プロファイルを、温度カメラ（ＦＬＩ  Ｒ  ＳＣ６４５、ＦＬＩＲ  Ｉｎｃ．）を使用してリアルタイムでモニタリングした。それらの画像により、対照試料の例における無視し得る程度の加熱と、機能デバイスの場合のプレートの中央（ヒータ位置に対応）における約５０℃までの加熱とが判明した。約３０分の加熱後に、寒天プレートを、３７℃のインキュベータ内に１晩配置して、菌叢成長させた。視認検査により、デバイスによって誘発された被加熱領域における細菌の局所的不在と、対照の場合の顕著な変化のないことが判明した。結果を図２７に示す。
溶解モデル
単層（シリコン又はマグネシウム）溶解
【０２３３】
[00363]Ｓｉは、天然のＳｉＯ２（厚さ数ナノメートル）の薄層を有してもよい。Ｓｉの溶解に対するその効果は、次章に示す二層（ＳｉＯ２／Ｓｉ）溶解モデルにより説明される。ＳｉＯ２の反応定数及び拡散率は、図９に示すＰＥ−ＣＶＤに関する実験から、室温（図９ｂ）におけるｋ＝１．５×１０−６ｓ−１、Ｄ＝１．０×１０−１６ｃｍ２／ｓ、並びに体温（図９ｃ）におけるｋ＝３．０×１０−６ｓ−１、Ｄ＝２．０×１０−１６ｃｍ２／ｓとして、求められる１〜３。関連するＡＦＭ研究を図２９に示す。二層溶解モデルにより得られる結果（例えば、Ｓｉの完全溶解の臨界時間）は、薄いＳｉＯ２層を有さない場合の結果と同一である。これは、薄いＳｉＯ２層の効果が無視し得る程度のものであることを示唆する。
【０２３４】
[00364]反応拡散率の方程式（１）についての境界条件（図２８ａ）は、水／Ｓｉ界面における一定水濃度
【数８】
2018032870.tif 000010
及びＳｉ下部表面におけるゼロ水分流動率∂ｗ／∂ｙ｜ｙ＝０＝０となる。初期条件は、ゼロ水濃度ｗ｜ｔ＝０＝０（０≦ｙ＜ｈ０）である。この解を、
【数９】
2018032870.tif 000011
としての変数分離法により求めた。これと、反応定数ｋとの積により、Ｓｉ中の水の質量（単位体積当たりの）が求められる。さらに、これにより、溶解Ｓｉ質量（単位体積当たりの）は、［ｋｗＭ（Ｓｉ）］／［４Ｍ（Ｈ２Ｏ）］となる。その理由は、４つの水分子が、１つのＳｉ原子と反応するからである。厚さ方向ｙ及び時間ｔの両方に対する積分により、溶解時の正味Ｓｉが、
【数１０】
2018032870.tif 000012
として求められる。本研究におけるｋ及びＤについては、上記の方程式の左辺の合計は、無視し得る程度のものであり、方程式（１）に至る。
【０２３５】
[00365]方程式（１）は、Ｍｇについては修正される。その理由は、２つの水分子が、１つのＭｇ原子と反応するからである。
【数１１】
2018032870.tif 000013
ここで、ρＭｇ＝１７３８ｇ・ｃｍ−３は、Ｍｇの質量密度である。Ｍｇの初期厚さｈ０＝３００ｎｍ及び初期抵抗（単位長さ当たりの）Ｒ０＝１．０６Ω／ｍｍについては、図４ｅにおける抵抗（単位長さ当たりの）Ｒ＝Ｒ０（ｈ／ｈ０）−１は、反応定数ｋ＝１．２×１０−３ｓ−１及び拡散率Ｄ＝６．０×１０−１２ｃｍ２／ｓについての実験と十分に一致する。この場合に、Ｍｇについてのｋ及びＤは、Ｓｉについてのｋ及びＤよりもはるかに大きい。その理由は、水−Ｍｇ反応は、はるかに速いからである（Ｍｇの溶解は数時間であるのに対して、Ｓｉの溶解は数週間）。方程式（２）により、Ｍｇの完全な溶解のための臨界時間ｔｃ＝３８．４分が導き出され、これは、実験における開回路の場合の４０分と十分に一致する。
二層（ＭｇＯ／Ｍｇ）溶解
【０２３６】
[00366]下付き文字１及び２のそれぞれにより表されるＭｇ層及びＭｇＯ層の局所座標系が、図２８ｂに示される。Ｍｇについては、下部表面におけるゼロ水分流動条件及び初期条件を伴う反応拡散率の方程式は、
【数１２】
2018032870.tif 000014
となる。ＭｇＯについては、水／ＭｇＯ界面における一定水濃度及び初期条件を伴う支配方程式は、
【数１３】
2018032870.tif 000015
となる。ＭｇＯ／Ｍｇ界面にわたる水分子の濃度及び水分流動率の連続性は、
【数１４】
2018032870.tif 000016
を必要とする。方程式（Ｓ４）及び（Ｓ５）の解は、変数分離法により、
【数１５】
2018032870.tif 000017
として求められる。ここで、定数Ｅ及びＦは、
【数１６】
2018032870.tif 000018
により求められる。固有値λｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）は、以下の方程式、すなわち
【数１７】
2018032870.tif 000019
から決定され、Ｃｎは、
【数１８】
2018032870.tif 000020
により求められる。抵抗Ｒは、
【数１９】
2018032870.tif 000021
により解析的に求められる。上記の抵抗（単位長さ当たりの）は、１．０４／１．１５Ω／ｍｍの初期抵抗（単位長さ当たりの）をそれぞれ有する、４００／８００ｎｍのＭｇＯ封入の厚さに関する実験と十分に一致する。ＭｇＯの反応定数及び拡散率は、ｋ２＝５．０×１０−４ｓ−１及びＤ２＝４．９×１０−１３ｃｍ２／ｓである一方で、Ｍｇについての値は、図４ｅにおいて、ｋ１＝１．２×１０−３ｓ−１及びＤ１＝６．０×１０−１２ｃｍ２／ｓとして決定されている。
【０２３７】
[00367]開回路については臨床時間ｔｃは、方程式（Ｓ１０）の抵抗が無限に近づく場合に到達し、これにより、
【数２０】
2018032870.tif 000022
が得られる。本研究における反応定数及び拡散率については、上記の方程式の左辺の合計は、無視し得る程度のものであり、
【数２１】
2018032870.tif 000023
に至る。これにより、４００ｎｍ及び８００ｎｍのＭｇＯ封入厚さについての臨界時間は、３．５時間及び１３時間となり、これは、図４ｅの実験と適度に十分に一致する。
【０２３８】
[00368]シルクオーバーコートにより、ＭｇＯ／Ｍｇ層中に拡散する水に対するバリアが形成され、効果的な拡散が、シルク中において達成され得る最大結晶度Ｃｍａｘのパーセンテージφによって制御される。この場合に、シルクの結晶度は、ｃ＝φ×Ｃｍａｘとして求められる。方程式（Ｓ５）における水／ＭｇＯ界面における一定濃度の境界条件
【数２２】
2018032870.tif 000024
は、
【数２３】
2018032870.tif 000025
により置換される。２つのシルクオーバーコートについてここで求められる抵抗は、図４ｅに示すようなそれぞれ４５．０％及び８９．８％のφについての実験と十分に一致する。
時間依存反応速度定数による溶解モデル
【０２３９】
[00369]多数の例において、正味反応についての反応定数は、時間の経過と共に減少し得る。この反応定数が、一般的形態のｋ（ｇ）を取る場合には、反応拡散の方程式の解は、
【数２４】
2018032870.tif 000026
として求められる。ここで、
【数２５】
2018032870.tif 000027
である。実験におけるような小さな
【数２６】
2018032870.tif 000028
については、上記の解は、
【数２７】
2018032870.tif 000029
へと簡約することが可能である。方程式（Ｓ２）と同様に、Ｓｉ  ＮＭの厚さは、
【数２８】
2018032870.tif 000030
として求めることが可能である。反応定数が、ｋ（ｔ）＝ｋ０ｅ−ｔ／τとして指数関数的減衰となる場合については、
【数２９】
2018032870.tif 000031
というＳｉ  ＮＭの正規化厚さに至る。ｋ０＝７．９×１０−６ｓ−１及びτ＝２３日について、図３０は、方程式（Ｓ１６）からの予測と実験測定値との間の良好な一致を示す。時間とは無関係に選択される５．０×１０−６ｓ−１という反応定数と比較すると、ｋ（ｔ）というパラメータは、合理的なものとなる。その理由は、ｋは、初期反応定数ｋ０と、２０日における３．３×１０−６ｓ−１という反応定数との間となるからである。
植込み型ＲＦメタマテリアルアンテナのｉｎ  ｖｉｖｏ遷移モデル
【０２４０】
[00370]Ｑ値は、Ｑ＝ＸＬ／ＲＬにより、インダクタの誘導リアクタンスＸＬ及び抵抗ＲＬに相関する。ＸＬにおける小さな変化を無視することにより、初期値により正規化されるＱ値は、９７．０ｃｍａｘ％の結晶度で、インダクタの厚さ及び二層溶解モデルから容易に求めることが可能である。
参考文献
［１］  Ｔｏｍｏｚａｗａ，Ｍ．及びＤａｖｉｓ、Ｋ．Ｍ．「Ｔｉｍｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｉｎｔｏ  ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ  ａｔ  ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．」Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ａ  ２７２，１１４−１１９（１９９９）．
［２］  Ｒｉｍｓｔｉｄｔ，Ｊ．Ｄ．及びＢａｒｎｅｓ，Ｈ．Ｌ．「Ｔｈｅ  ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃａ−ｗａｔｅｒ  ｒｅａｃｔｉｏｎｓ．」Ｇｅｏｃｈｉｍ．Ｃｏｓｍｏｃｈｉｍ．Ａｃ．４４，１６８３−１６９９（１９８０）．
［３］  Ｍｏｒｉｔａ，Ｍ．，Ｏｈｍｉ，Ｔ．，Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｅ．，Ｋａｗａｋａｍｉ，Ｍ．及びＯｈｗａｄａ，Ｍ．「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｎａｔｉｖｅ  ｏｘｉｄｅ  ｏｎ  ａ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅ．」Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６８，１２７２−１２８１（１９９０）．
実施例３
【０２４１】
[00371]本発明者らによる近年の研究により、制御された態様で経時的に徐々に消失し得る新たなシリコンベースの電子機器技術が確立している。この意味において「遷移的」であるデバイスは、医療的に有用な時間フレームにわたり存在するが次いで身体による再吸収によって完全に溶解し消滅する能動インプラント、又は回収の回避を目的として消滅する現場配置可能型ビーコンなどの、従来の電子機器では対応できなかった用途上の可能性をもたらす。本発明者らは、このタイプの相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電子機器用の材料、構成要素、理論設計ツール、及び製造アプローチのセットを、様々な種類のセンサ及びアクチュエータ、電源用オプション、並びに無線制御ストラテジと共に実証してきた。抗生物質抵抗性細菌により引き起こされる手術部位感染の難問に対応するために、植え込み可能な態様で温熱療法を提供することが可能な遷移シリコンデバイスと、動物モデルにおけるその実例により、この技術のシステムレベルの例が説明される［１］。完全遷移ＲＦスカベンジングデバイス及び部分遷移無線送信機は、多数の軍用用途に関係のある基本構成ブロックを実現することが可能であることを示す。
【０２４２】
[00372]上述の遷移電子機器技術機器技術の土台は、２つの致命的な能力を、すなわち、（１）圧電構成要素及び光電子構成要素への道筋、並びに（２）プログラムすなわち「誘発」される遷移に対する低電力スキームが欠如している。本デバイスは、これらの２つの課題に対処する。第１の課題については、ＺｎＯが、水溶性半導体として使用され、加水分解により、遷移が影響を被る。ＺｎＯの大きな直接禁止帯及び強力な圧電応答により、ＺｎＯは、機械エネルギーハーベスタ、発光ダイオード、及び透明導体において適用される場合に、Ｓｉに対する有用な補完となる。先述の研究は、ＺｎＯが、水溶性であり［３、４］生体適合性である［５］ことと、様々な半導体デバイスにおいて使用され得ることとを実証する。図３１は、水溶解時の様々な時点において収集されたＺｎＯナノロッドの走査電子顕微鏡写真を示す［３から応用］。本例は、ＺｎＯを他の水溶性材料（例えば、Ｍｇ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、シルク）と一体化することにより、完全に遷移する構成要素を生み出すことに焦点を置いている。
【０２４３】
[00373]２つの構成要素を追及する。第１の構成要素は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。過去の研究により、３つの方法、すなわち分子ビームエピタキシ方法、スパッタリング方法、及びゾルゲル／溶液方法の中の１つにおいて堆積されたＺｎＯを使用した透明ＴＦＴが実証されている。ＺｎＯの電気特性及び半導体特性（移動度、抵抗、キャリア濃度、等々）は、マイクロ構造、特に粒径により決定される［６］。粒径は、高温での堆積により［７］、アニーリングプロセス時の結晶成長により［８、９］、又はスパッタリング圧力の調節により［１０、１１］工学設計することが可能である。また、アニーリングプロセスは、ドーパント活性化を補助することが可能である［１２］。また、電気特性は、スパッタリング時にＯ２を添加することにより調節することが可能である［１３］が、ＴＦＴは、Ａｒのみにおけるスパッタリングによっても依然として製造し得る。
【０２４４】
[00374]可撓性ＺｎＯ  ＴＦＴは、室温でのスパッタリングによりプラスチック基板上に形成され、その後、低温アニーリングを受けるか又はアニーリングを全く受けないことが可能である［１４、１５］。このタイプの上部ゲートＴＦＴ及び下部ゲートＴＦＴが、共に可能であるが、後者の設計が、より一般的である［１３］。このレイアウトを利用することにより、ゲート電極としての高ドープされた転写印刷シリコンナノ膜と、ゲート誘電体としてのＰＥＣＶＤにより堆積されたＳｉＯ２層とが実現される。アニーリングを伴わないＺｎＯの低温スパッタリングにより、チャネルを形成し、Ｍｇソース電極及びＭｇドレイン電極が、遷移シリコンデバイス用に展開された方法を利用して堆積される。ＺｎＯをパターニングするための典型的なエッチング方法は、シルクとの適合性がないが、２つの方策、すなわち（１）精密シャドーマスクを使用したシルク上への直接的な全ての添加物処理と、（２）最終ステップとしての、シルクに対する転写印刷に適合性を有するリリース可能フォーマットにおけるシリコン基板上への完全な製造とにより、この制約が回避される。
【０２４５】
[00375]電気特性は、水中への浸漬による遷移の前及び浸漬中に測定される。文献内に報告されるＺｎＯ  ＴＦＴの特性は、非常に多様である。オン／オフ比は、一般的には１０３〜１０５の間である。デバイス移動度は、マイクロ構造、チャネルジオメトリ、及び処理条件に大きく左右される。報告されている値は、０．０２ｃｍ２／（Ｖｓ）〜４ｃｍ２／（Ｖｓ）の間である。遷移ＺｎＯデバイスの開発は、多くの新たな問題を孕むため、現行のデバイスの性能についての目標は、非遷移型のものについて報告されている境界値の間に、すなわちオン／オフ比については１０３及び移動度については０．１ｃｍ２／（Ｖｓ）になる。
【０２４６】
[00376]本明細書において説明される第２の種類のデバイスは、ＺｎＯに関する先述の研究を、ＰＺＴの環境的に優しい代替物として利用する、機械エネルギーハーベスティング構成要素である。ＺｎＯに基づく歪みセンサ及びエネルギーハーベスティングデバイスは、多くの場合、ナノ構造（すなわちナノワイヤ）を使用することにより、可撓性基板との一体化の向上を実現する［１６］。薄膜を有する同様の機構を実現するための本技術は、多くの場合、確立された薄膜デバイス構造及び処理アプローチにより、複雑性を緩和し、適合性を向上させつつ、高性能へのより拡張性のある道筋をもたらす。
【０２４７】
[00377]ＺｎＯフィルムは、ＰＩ上において圧力センサとして［１７］、及びＰＥＴ上においてカンチレバー型マイクロ発電機として［１８］使用されてきた。このマイクロ発電機は、この例ではＭｇを使用して形成された２つの金属コンタクト間にＺｎＯ層を含む。性能目標は、文献内において報告されている非遷移型のＺｎＯ薄膜デバイスについての範囲に一致する、約１Ｖの開回路電圧と、０．２５μＷの合計出力電力とを含む。ＴＦＴと同様に、デバイス特性が測定され、遷移挙動が調査される。
【０２４８】
[00378]これらの及び他のシステムにおいて誘発される遷移については、本発明者らは、２つの異なる方式を、すなわち（１）ナノスケールで実装された場合に低電力手段を実現して薄膜中における流れを誘起する、電気的に又は光学的に誘起される熱毛管効果と、（２）酵素により誘起されるシルクの分解とを調査する。第１のアプローチにおいては、表面張力及び湿潤特性の温度依存性により、温度勾配（温度変化ではなく）により規定される速度での及び勾配に沿った質量輸送がもたらされる。かかる現象は、１ミリメートル当たり数度という低さの温度勾配が十分となる、プログラムされた態様で表面上の液滴を移動させるために、以前より利用されてきた［１９］。
【０２４９】
[00379]本発明者らによる近年の研究により、これと同一の物理学的現象によって、１ミクロン当たり数度の温度勾配において分子性ガラスの薄膜中の有意な流れが可能となり得ることが判明している。図３２は、カーボンナノチューブのアレイ上の分子性ガラス（Ｍｇ２ＯＨ）の薄膜中における選択的な熱毛管流の原子間力顕微鏡写真を示す。金属チューブにおける選択的ジュール加熱により、低温において１ミクロン当たり数度の勾配で重畳ガラス中に熱毛管流が誘起される。局所的ジュール加熱をもたらす幅狭電極と共に実装される方策的レイアウトにおいては、かかる流れは、導電性トレース中に電気的間隙が誘発されるように設計され得る。この結果により、例えば集積回路における機能が変更又は解消され得る。代替的には、これらの流れにより、システム全体の遷移に影響を及ぼす周囲環境に対して下層材料が露出され得る。
【０２５０】
[00380]このプロセスの基本メカニズムは、誘発される遷移における使用のために明確な工学設計アプローチを確立することにとって重要である。図３３は、本質的な物理的現象を捕捉し得る初期モデルの概略図を示す。ここでは、フィルムの局所加熱により、表面張力γが減少し、この表面張力γは、殆どの材料の場合に局所温度Ｔに対して線形的である。非均一温度により、表面張力勾配に比例する熱毛管せん断応力τが得られ、これにより、液体又は粘性固体は、低温の表面温度領域の方向に引っ張られる。ナヴィエストークス方程式から導き出される支配方程式は、
【数３０】
2018032870.tif 000032
となる。ここで、ｈ（ｘ、ｙ、ｔ）は、液体又は粘性フィルムの位置及び温度依存の厚さであり、ｔは、時間であり、μは、せん断粘度である。この方程式は、適切な初期条件及び境界条件と共に、計算により解が与えられて、誘発される遷移にとって非常に重要な時間依存フィルム厚さを判定することが可能となる。また、分析的解法が、長期挙動に関して確立され、これは、工学設計にとって有用なスケーリング則をもたらすことが可能である。例えば、熱パワーＱ０、フィルムの熱伝導率ｋｆ及び初期厚さＨｆ、周囲温度Ｔ０、並びに表面張力（γ＝γ０＋γ１Ｔ）の係数γ０及びγ１は、プロセスを制御するために、単一に組み合わされたもの、すなわち
【数３１】
2018032870.tif 000033
として表されることが分かる。
【０２５１】
[00381]ジュール加熱に加えて、金ナノ粒子でドープされたシルクにおいて最適に誘発される加熱を、コンフォーマルコーティング［２０］からバルク膜［２１］までそして３Ｄフォトニック結晶［２２］までの範囲に及ぶ形態において調査する。これらの材料においては、プラズモン共鳴により、バルク材料に（シルク結晶マトリクスの熱誘起変性により）並びにドープされたシルク基板とデバイスとの間の界面に影響を与え得る形で、吸光度が上昇する。この後者により、光によりデバイス分解を誘発することへの道筋が得られる。熱局所化は、種々のエリア若しくは種々の層（複数可）の選択的ドーピング及び／又は入射光の合焦により実現され得る。
【０２５２】
[00382]ドーパントの選択：半導体（ＣｄＳｅ及びＣｄＴｅなど）並びに金属（Ａｕ及びＡｇなど）の両方が、ドーパントとしての候補となる。強いプラズモン共鳴を有する金属が好ましい。金は、光−熱印加の場合に広く使用され、その生体適合性により植込み用途に対する良い選択肢となるが、銀ナノ粒子は、より強いプラズモン共鳴により金ナノ粒子よりもはるかに高い熱（１０倍の高さ）を発生させ、したがって非植込み用途に対する良いオプションとなり得る（例えば皮膚取付け型デバイスなど）。
【０２５３】
[00383]形状及び波長：固体球状ナノ粒子（ＮＰ）は、代表的粒径がそれぞれ約４００ｎｍ及び５３０ｎｍであるＡｇ−ＮＰ及びＡｕ−ＮＰの場合には、予測可能な様式で粒径を変化させる波長を有するプラズモン共鳴を示す。例えば、植込み型用途においては、プラズモン共鳴を赤色（６５０〜９００ｎｍ）へと変更することにより、低い組織吸収及びそれに付随する透過の改善を活用することが可能である。
【０２５４】
[00384]非植込み型用途については、Ａｇ−ＮＰ又はＡｕ−ＮＰのいずれかを使用することにより、青色又は緑色の光で熱を遠隔的に発生させることが可能である。発生される熱Ｑ及び局所的温度上昇ΔＴは、以下の方程式によって分析的に計算し得る。
【数３２】
2018032870.tif 000034
ここで、Ｅ０は、入射放射の振幅であり、εＮＰ及びε０は、それぞれＮＰ及び周辺媒質の誘電率である。
【数３３】
2018032870.tif 000035
ここで、ｒは、ＮＰの中心からの距離であり、ｋ０は、周辺媒質の熱伝導率であり、ＶＮＰは、ＮＰ体積である。
【０２５５】
[00385]（１）及び（２）を組み合わせることにより、最大温度上昇を、（ｒ＝ＲＮＰにおいて発生、ＮＰの表面）：
【数３４】
2018032870.tif 000036
により示すことが可能となる。ここで、Ｉ０は、光強度であり、温度上昇は、ＮＰ半径が入射波長よりもはるかに小さい場合には、ＮＰ半径の第２の電力に比例し、すなわち
【数３５】
2018032870.tif 000037
となる。例えば、約５３２ｎｍにて１５ｍＷの出力電力及び約１ｍｍのスポットサイズ（合焦を伴わない）を有する可搬型レーザポインタは、Ｉ０＝１．９１Ｗ／ｃｍ２の光束に相当する。
【表１】
2018032870.tif 000038
【０２５６】
[00386]シルクによる遷移への最も直接的な方法は、電子／金属構成要素が作製されるシルクフィルムを物理的に変化させることである。シルクのレーザ機械加工／切断に関する先述の研究に基づき、所要温度は、約２００℃とする。本発明者らは、１０ｍＶの出力を有する集光レーザポインタによりシルク＋ＡｕＮＰフィルムを機械加工することに成功した。熱毛管効果により、わずかに数度の温度上昇によってＭｇ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、などの溶解性材料を変化させることが可能である。これらの値は、ＮＰドープされたシルクデバイス（遠心分離により約１５ｎｍの直径を有するｍＬ当たり１．４×１０１２個の粒子から濃縮されたｍＬ当たり７×１０１２個の粒子）及び６．４Ｗ／ｃｍ２の光束に相当する約５０ｍＷのレーザポインタ（ビーム直径：約１ｍｍ）を前提とすることにより、達成され得る。ビーム発散を無視した場合には、局所的温度上昇は、約２００℃と推定され、これは、デバイスを破壊するのに十分な温度であるはずである。ＮＰ濃度の変更に加えて、シルクフィルムが、マイクロレンズアレイによりインプリント加工されることによって、効果を増加させ遷移を加速させることが可能である。ある距離をおいてレーザで照明することによるスタンドオフ位置からの分解を誘発することもまた、可能であり得る。図３４は、左から右に、Ａｕ−ＮＰシルク溶液における吸収スペクトル及び種々のＡｕＮＰ濃度についてのバルク試料の画像、緑色（５３２ｎｍ）レーザポインタにより照明された場合のガラススライド上にスピン成形されたＡｕＮＰ−シルクフィルム（厚さ２・ｍ）の温度画像、並びに対応する測定温度プロファイル（ＦＬＩＲ  ＳＣ−６００熱探知カメラにより取得されたデータ）を示す。
【０２５７】
[00387]熱的メカニズムに加えて、遷移を誘発するための生物学的変性が調査される。具体的には、（１）唾液−プロテアーゼにより活性化される消化、（２）環境光及び温度により活性化される消化、並びにｐＨ、塩、電界、圧力の変化などの他の可能なメカニズムに対してさらした場合の、シルク材料の完全性の急速な低下を誘発するシルク変性が、モニタリングされる。全ての例において、この方式は、機能的シルク材料用の構成ブロックとして、シルクミクロ／ナノ粒子、繊維、スポンジ、ゲル、又は他の構成要素を含む。これらの片の表面は、リンカー（トリガ）領域（トリガとしての環境入力を受けやすい）をさらに有するシルク−結合ペプチドで又はシルク−エラスチンコポリマー結合ペプチドで、機能化される。これらの「リンカー」で被覆されたシルク片は、材料中に急速に活性化される部位（脆弱リンク又は影響を被りやすいリンク）を形成するため、その結果として、バルク材料の完全性の急速な低下をもたらす。この活性化は、例えば以下の２つの方法で、すなわち（ａ）構成要素を自己集合、被覆、及びブリッジする三機能リンカーでシルク片をブリッジする（例えば２つのシルク結合領域による結合及び影響を被りやすいリンカーのブリッジ）ことにより、又は（ｂ）環境トリガによる遷移を促進させるためにシルク−エラスチンブロックコポリマーを使用することにより、行われ得る。構成ブロック及び二機能リンカー設計による材料製造などの、これらの方策のいくつかの態様が機能することが判明している。この研究は、環境入力に応じて材料溶解速度を制御するための反応速度論の最適化に焦点を置く。
【０２５８】
[00388]この構成要素設計は、近年の顕微針研究において利用されるような成形アプローチを利用して形成される複雑な構造を伴ってもよい。（図３５は、シルク中の顕微針を示し、挿入図は、追加の薬物投与量を装填するためにこれらの針の中に成形された微小嚢を示す。）代替的には、粒子は、ミリングにより、又は相分離、超音波処理（エネルギー）、液体テンプレート、及び他の態様により生成され得る。ゲルは、ｐＨ、電界、又は関連する技術により形成され得る。マイクロファイバは、天然シルク繊維の選択的化学的消化により生成され得る。これらの構成ブロック及び構成片は全て、本遷移デバイスに必要な材料基板として考慮することが可能である。
【０２５９】
[00389]機能化へのアプローチとして、シルクブロックコポリマー系、及びトリブロック設計への拡張（例えばシルク−リンカー−シルク）が、調査される。二機能リンカーは、粒子間結合を促進して、系を一体的に保持する。中心のリンカー（トリガ）領域は、唾液プロテアーゼに対して選択的であるペプチドを含むことにより、唾液にさらされた場合の材料の完全性の急速な低下を助長することが可能となる。ジブロック系は、多数の形式で機能し、シルク材料上にコーティングを自己集合するために使用することが可能であり、マトリクスメタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）性感受性リンカーが、シルク中に設計されている。別のアプローチにおいては、シルク−エラスチンコポリマーが、リンカーとして使用されることにより、可能なトリガセットの拡張が可能となる。まず、温度促進トリガ、すなわち例えば温度変化（例えば逆温度遷移）時の膨張形態から収縮形態への材料の相変化などが、発生され得る。一例は、温度変化に基づき遷移を制御することである。これらのタイプのペプチドの設計は、温度範囲に対して応答するように拡張され、それにより、エラスチンブロックにおけるアミノ酸配列置換により規定される材料は臨界温度への到達時に構造変化を受けることが可能となる（これは、氷点付近の温度から沸点付近の温度において遷移を促進するようにプログラムされ得る）。さらに、かかる設計は、ｐＨ、塩、圧力、電界、及び他からの、材料構造変化を誘発する一連の環境入力へと拡張され得る（表２）。また、これらの遷移は、材料の圧縮（例えばサイズの縮小）を結果的にもたらし得るため、かかる変化は、隔離された消化酵素の急速な放出（例えば、プロテーゼＸＩＶ又はキモトリプシンの誘発による放出）と結び付けられる。
【表２】
2018032870.tif 000039
【０２６０】
[00390]最大の難問は、バルクシルク材料へと組み立てられた場合のリンカー部位へのアクセス性である。この特徴は、溶解及び圧縮／解放の反応速度論を制御するように決定されなければならない。多様な処理制御及びこれらのリンカー部位におけるバルクペプチドの可能な追加により、この難問に対処することが可能となる。これらのツールを使用することにより、変性シルク溶液が調整され、唾液プロテアーゼにさらされた場合に溶解され得る、及び他の場合では安定的となる（例えば水中において不溶性を有する）、シルクフィルムが生成される。図３６は、酵素（ＨＲＰ）でドープされたプリントシルクの一例を示す。ＴＭＢにさらされることにより、ペルオキシダーゼは、比色反応を被り、プリントパターンを現す。
【０２６１】
[00391]さらに、市販のインクジェットプリンタ（Ｆｕｊｉ  Ｄｉｍａｔｉｘ）によりインクをシルク化することが可能であることが実証されている。市販のインクジェットプリンタ及び／又はマイクロノズル高解像度インクジェット印刷システムを使用することにより、ミクロスケール及びナノスケールでＡｕＮＰ−シルクパターンを製造することが可能である。印刷されるパターンは、照明され、遷移金属及び遷移酸化物への結合に適したものであることが熱的にモニタリングされる。この目的は、適切な波長及び適切な電力の光源に対してさらされた場合に分解の局所的誘発箇所としての役割を果たす、ミクロンスケール及びサブミクロンスケールの加熱パターンを画することである。これらの結果は、ナノシェル、量子ドット、ナノチューブ、酵素、機能性／変性シルク、等々の、Ａｕ−ＮＰ以外のドーパントに基づく種々のタイプの機能的遷移基板のための技術的土台としての役割を果たす。
参考文献
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１７．  Ｋｕｏｎｉ，Ａ．ら「Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．」１３，Ｓ１０３−Ｓ１０７（２００３）．
１８．  Ｐａｎ，Ｃ．Ｔ．ら「Ｓｅｎｓ．Ａｃｔ．Ａ：Ｐｈｙｓ．」１５９，９６−１０４（２０１０）
１９．  Ａ．Ａ．Ｄａｒｈｕｂｅｒら「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」８２，６５７−６５９（２００３）
２０．  Ｈｕ  Ｔａｏら「Ｓｉｌｋ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈｉｐｓ」Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，９７（１２），１２３７０２、２０１０
２１．  Ｈｕ  Ｔａｏら「Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ  Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃｓ」検討中
２２．  Ｓ．Ｋｉｍら「Ｓｉｌｋ  ｏｐａｌｓ」検討中
実施例４
【０２６２】
[00392]遷移電子機器用の材料。材料は、例えば数分から数か月の間などにわたる所望の範囲に及ぶ分解時間と同様に、分解性電子機器技術の明らかに必須の構成要素である。各材料と、それらのデバイス及び回路への集合的一体化とにより、総分解時間が規定される。例えば、約０．５ｍｍの厚さを有するＭｇフィルムが、室温にて数十分の完全な加水分解を受けても、高結晶度シルクで被覆されたＭｇトレースは、はるかにより長い時間を必要とする。この実施例は、所望の挙動を実現する材料及び層構造の概要を示す。
【０２６３】
[00393]遷移導体。Ｍｇは、再吸収性血管内ステント用の構造材料として使用されてきたため、開始点箇所として使用される。少量（一般的には約≦１０重量％）のＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、及び希土類材料により生成されるＭｇ合金、ほぼ三成分系。これらの合金の電気特性及び再吸収速度が調査される。例えば、研究される一例においては、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金が、純Ｍｇのほぼ２倍のバルク抵抗性を有する（３％アルミニウム、１％亜鉛を含む）が、バルク膜及び薄膜の溶解速度はいずれも、著しくより低い（ｐＨの生理学的及び環境的な相対範囲において１／４もの低さ）。一般的には、アルミニウム濃度がより高いことにより、バルク分解速度は低速化する（例えばＡＺ６１又はＡＺ９１）。再吸収が低速であることは、生物学的システム（例えば生体内吸収性電気生理学的モニタ）又は水性感知環境（例えば生態学的分解性センサ）を有する再吸収性システム中の電極間において連続接触を必要とする種類のデバイスにとっては、特に重要となり得る。かかる目的のために、Ｗは、再吸収性塞栓形成コイルにおいて先に使用されているため、関心対象となる。ここで、Ｗは、図３７の公開済みの研究において示されるように、Ｍｇ又はＭｇ合金の再吸収速度よりもはるかに遅い、（加水分解の結果としてタングステン酸を形成するための）再吸収速度を表す。図３７は、タングステン塞栓形成コイルのｉｎ  ｖｉｔｒｏ分解を示す［７］。図３８は、塞栓形成コイルを植え込まれたウサギにおける血清タングステンレベルを示す［６］。Ｗのｉｎ  ｖｉｖｏ研究においては、塞栓形成コイルは、再吸収時の血清タングステンレベルの上昇を示すが、いかなる生物学的有害反応も伴わない［６］。Ｗのバルク抵抗は、Ｍｇと非常に類似する（５×１０−８Ωｍ対４．４×１０−８Ωｍ）。例えばキャップ層などとしてのＷをＭｇと組み合わせることにより、さらなる工学設計オプションが形成される。
【０２６４】
[00394]第３の金属は、Ｆｅであり、これは、Ｍｇと同様に、ステント用の生物分解性材料として関心を集めてきた。鉄は、水中において、初めは酸化によって、次いでｐＨに応じたＦｅ２＋又はＦｅ３＋への溶解によって再吸収される。ｉｎ  ｖｉｔｒｏ試験は、Ｆｅの分解速度がＭｇの分解速度よりもはるかに低いことを示唆する。他方において、ｉｎ  ｖｉｖｏ分解速度は、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ研究により予測される速度よりもはるかに遅い［８］。この差は、体内のリン酸イオンとの反応により形成され得る鉄リン化物などのいくつかの不溶性化合物による鉄表面の不活性化に起因するものであった。Ｍｇ、Ｍｇ合金、Ｗ、及びＦｅの組合せは、分解性電子機器内の導体にとって必要な能力を提供し得る。
【０２６５】
[00395]遷移誘電体。ＭＯＳＦＥＴにおけるゲート誘電体及び集積回路における層間誘電体については、ＳｉＯ２及びＭｇＯは、モデリングに対する比較によるこれらのシステムにおける分解速度及び反応速度論の研究によって示されるように、全ての要件を満たすための強力な能力を有する。Ｗなどの金属及びシルクなどの生物有機ポリマーを含む、単層における又は多層構成におけるこれらの材料は、再吸収速度全体を制御するために封入材として使用することが可能である。種々のスタック設計についての水浸透速度が、測定される。
【０２６６】
[00396]マグネシウム合金。マグネシウム合金は、純マグネシウムステントにおいて認知されている２つの欠点、すなわち機械強度の低さ及び高速腐食によるその強度の急速な低下に対する解決策として調査されつつある［１］。マグネシウム合金は、多数の多様な種類で提供されるが、いずれも複数の特徴を共通して有する。合金元素は、少量で加えられ（一般的には約≦１０重量％）、殆どの合金が、三元のものであり、それらの電気特性のついての評価は、一切なされていない。試験対象の元素には、Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、及び希土類元素が含まれる［２］。マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金は、研究対象としてより一般的な合金である。
【０２６７】
[00397]ＡＺ３１Ｂ（３％アルミニウム、１％亜鉛）のバルク抵抗は、純マグネシウムのバルク抵抗のほぼ２倍であるが、バルク膜及び薄膜の溶解速度はいずれも、著しくより低い。アルミニウム濃度がより高いことにより、バルク分解速度は低速化する（例えばＡＺ６１又はＡＺ９１）。図３９は、様々な２成分マグネシウム合金の分解時の水素放出（分解の尺度としての）を示す［３］。図４０は、種々のｐＨにおけるＭｇ合金及びＺｎ合金についての腐食速度の比較を示す。
【０２６８】
[00398]タングステン。タングステンは、チタン及び他の軽量金属にとって有利な生体医療インプラント用途については通常見落とされる。しかし、タングステンは、塞栓形成コイルについては１つの可能な材料選択肢として依然として使用される。塞栓形成コイルとしては、タングステンは、分解性であることが判明しており、その分解速度は、同様の材料体積の場合に、マグネシウムの分解速度よりもはるかに遅い。タングステンは、タングステン酸へと最終的に変換される。
【０２６９】
[00399]タングステンは、少量において（＜２００ｎｇ／ｍＬ）ヒトの中に自然に存在する［５］。タングステン塞栓形成コイルが分解する際の血清タングステンレベルが、動物及びヒトにおいてｉｎ  ｖｉｖｏモニタリングされているが、血清タングステンレベルは、劇的に上昇し、植込み部位においては、生物学的反応も炎症反応も全く検出されなかった。しかし、タングステン酸が、脳に対して直接的に適用した場合にのみ、てんかん発作性材料として特定されている。
【０２７０】
[00400]タングステンの電気特性は、マグネシウムの電気特性に遜色なく匹敵する。タングステンのバルク抵抗はマグネシウムのバルク抵抗に非常に類似しており（５×１０−８Ωｍ対４．４×１０−８Ωｍ）、そのため、少量のタングステンでマグネシウムを置換する又はキャッピングすることは、デバイス性能に大きな影響を与えない。図３７は、タングステン塞栓形成コイルのｉｎ  ｖｉｔｒｏ分解を示す。図３８は、塞栓形成コイルが植え込まれたウサギにおける血清タングステンレベルを示す。
【０２７１】
[00401]鉄。マグネシウムと同様に、鉄もまた、生物分解性ステント材料として関心を集めている。鉄の構造特性は、マグネシウムの構造特性を上回り、ステントにおける非分解性標準のＳＳ３１６にはるかにより近い。鉄は、初めは酸化によって、次いで水との反応によるＦｅ２＋又はＦｅ３＋への溶解によって分解する。この場合に、形成される鉄は、環境のｐＨに応じて決定される。鉄は、体内において極めて一般的なものであり、多数の生物学的プロセスにとって重要である。ｉｎ  ｖｉｔｒｏ試験は、分解速度がＭｇの分解速度よりもはるかに遅いことを示している。しかし、ｉｎ  ｖｉｖｏ分解速度は、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ研究により予測される速度をはるかに上回る［８］。これは、酸化鉄以外の何らかの化合物による鉄表面の不活性化に起因している。鉄リン化物が、１つの可能性としての候補である。リン酸イオンは、体内に容易に存在し、鉄リン化物は、水中での不溶性を有するため、これが、分解速度の著しい低下の説明となる。図４１は、鉄（Ｆｅ）のｉｎ  ｖｉｔｒｏ分解試験時の分解速度［８］及び溶液鉄濃度［９］を示す。図４２は、時間との関係における電解質中の鉄の累積値を示す。
【０２７２】
[00402]コラーゲン／ゼラチン。コラーゲンの３重らせん構造により、その強度及び耐化学性が得られる。タンパク質として、コラーゲンは、シルクフィブロインとの間で特徴を共有する。コラーゲンは、ゼラチン及びより短い短鎖へと酵素によって分解される。コラゲナーゼは、３つの鎖へと分離し、それらを粉砕する。ゼラチナーゼ及び他のタンパク質溶解性酵素は、破片がさらにより小さくなるにつれて、含まれるようになり得る。
【０２７３】
[00403]コラーゲンは、一般的に、強酸性溶液又は強塩基性溶液においてのみ、並びに少量においてのみ、可溶性を有する。この耐化学性により、コラーゲンは、標準的な処理に対する許容性を有することになるが、フォトリソグラフィが含まれる場合には、２つの致命的な欠点が出現する。まず、製造されたコラーゲンフィルムの表面粗度が、非常に高く、そのためフォトレジストのスピンコーティングが困難になる。さらにコラーゲンフィルムは、高温において、結合した水分子が追い出されることにより変形する。また、コラーゲンは、いくつかのフォトレジスト現像液（ＴＭＡＨベースの、高塩基性の）中で膨張する傾向がある。絶縁酸化物層により現像液からコラーゲンを隔離することは、フィルムの表面粗度が原因となり、不可能である。その結果、ゼラチンは、基板材料として候補になる可能性が高いが、その総寿命は、大幅に短いものとなる。
【０２７４】
[00404]ゼラチンは、容易に溶解し、スピン成形し、他のポリマーと混合することが可能である。コラーゲンと同様に、ゼラチンは、アセトン中での不溶性を有し、ガラス状ゼラチン（全ての結合水が気化されるように乾燥されたもの）は、最高で２００℃まで安定的である。しかし、コラーゲンと同様に、ゼラチンは、ＴＭＡＨなどの塩基性溶液中において膨張を被りやすい。ゼラチンは、酸化物層により部分的にある程度は良好に保護され得るが、低温堆積により、酸化物層は、低品質且つ最終的に無効な保護層へと制約されてしまう場合がある。
【０２７５】
[00405]ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）。ポリビニルアルコールの分解性性質は、生態系に優しい製品パッケージング用に梃入れされており、その高い誘電率（εｒ、約１０）により、有機電子機器にしばしば使用されるゲート誘電体材料となっている［１１］。しかし、ＰＶＡの特性は、湿度及び他の環境変化により影響され得る水の含有量によって大きく左右される。また、ＰＶＡは、水に対する高い浸透性を有する。これらの非安定性により、効果的なパッケージング材料としてのＰＶＡの使用は制約を受けており、他のポリマー（ＰＬＧＡなど）が、有機電子機器用の基板材料としてＰＶＡよりも選択される。
【０２７６】
[00406]ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）（ＰＬＧＡ）。ＰＬＧＡは、生物分解性が重要又は必要である場合に一般的に使用されるポリマーである。その多用性により、ナノ粒子薬物送達から生物分解性ステント及び生物分解性ステントコーティングに至るまで、多数の様々な用途が可能となる。ＰＬＧＡの特性は、分子量及び乳酸対グリコール酸の比率を変更することにより、変更することが可能である。ＰＬＧＡは、水中ではゆっくりと溶解し、アセトンなどの溶媒中ではかなり急速に溶解する。アセトン可溶性により、ＰＬＧＡは、リフトオフ式フォトリソグラフィにとって無効な基板となる。さらに、ＰＬＧＡ上に蒸着されるマグネシウムフィルムは、数分以内にＰＬＧＡ中に拡散し、ＰＬＧＡにより溶解される。この現象は、チタン接着層が使用される場合には、観察されない。
【０２７７】
[00407]ＰＬＧＡ基板を使用した先述の研究［１１］は、堆積時の活性冷却及び非反応金属（銀又は金）を利用する。図４３は、化学構造、デバイスジオメトリ、並びにＰＶＡ及びＰＬＧＡの分解試験を示す［１１］。他の生物分解性金属が、ＰＬＧＡ上への直接的な堆積時に同様の分解を被るか否かは、公知ではないが、ＰＬＧＡとマグネシウム［１２］及び亜鉛酸化物［１３］との間における錯体形成は、この現象が同様に反応する金属についても予期されることを示唆する。
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１０．Ｍａｇｄａ  Ｇｉｏｉａ，Ｓｕｓａｎｎａ  Ｍｏｎａｃｏ，Ｇｉｏｖａｎｎｉ  Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ  Ｆａｓｃｉｇｌｉｏｎｅ，Ａｎｎａ  Ｃｏｌｅｔｔｉ，Ａｎｄｒｅａ  Ｍｏｄｅｓｔｉ，Ｓｔｅｆａｎｏ  Ｍａｒｉｎｉ，及びＭａｓｓｉｍｏ  Ｃｏｌｅｔｔａ．「Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．」３６８（２００７）１１０１−１１１３
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１３．Ｙｕｔａｋａ  Ｙａｍａｇａｔａ，Ｍａｓａｆｕｍｉ  Ｍｉｓａｋｉ，Ｔｏｍｏｆｕｍｉ  Ｋｕｒｏｋａｗａ，Ｋｅｉｋｏ  Ｔａｉｒａ、Ｓｈｉｇｅｙｕｋｉ  Ｔａｋａｄａ．「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃｓ．」２５１（２００３）１３３−１４１
実施例５
【０２７８】
[00408]製造。低コスト製造は、動作寿命（及び物理的寿命）が本質体に有限であることにより、現実的な分解性電子機器技術にとって必須要件となる。半導体産業において使用されるプロセスは、適用不可能となる。その理由は、多くの分解性材料は、確立された溶媒、フォトレジスト、現像液、露光技術、及びエッチング方法との間で適合性を有さないからである。本明細書において展開する製造ストラテジは、２つの主要なステップを、すなわち、（１）転写印刷により、分解性基板を用いた、Ｓｉ  ＮＭでの及び最終的には既存のファウンドリソースから得られる部分的に形成されたデバイスサブ構成要素での製造を可能にすることと、（２）電気流体力学ジェット（ｅジェット）印刷することにより、これらのデバイス間の分解性相互接続部及び機能システムのための封入材／パッケージを確立することとを伴う。
【０２７９】
[00409]マイクロ転写印刷。マイクロ転写印刷（μＴＰ）［１］技術が、対象となる高速ロールツーロール製造モードでの実装と共に利用される。このμＴＰプロセスは、軟質のエラストマースタンプを使用して、「インク付け」ステップにおいてはソース基板から製造された固体材料マイクロ／ナノ構造を引き上げ、次いで「印刷」ステップにおいては標的基板上にこれらの材料を配置する。スタンプ表面における接着強度を制御するための最適化されたストラテジにより（すなわち、インク付ステップにおいては強く、印刷ステップにおいては弱い）、手順全体が、高い歩留り（＞９９．９％）及び配置精度（＜１ミクロン）を可能にするように自動化され得る。図４４は、このプロセスの概略図及び代表的なツールの写真を示す。
【０２８０】
[00410]高性能電子システム及び高性能光電子システムをゴムのスラブを含む異例の基板上に作製することを可能にするμＴＰに基づく材料及び集積ストラテジが、実証されている。核となるストラテジは、シリコン、ガリウムヒ素、又はリン化インジウムのソースウェーハ上の良好に位置合わせされたアレイフォーマット中に作製された無機半導体ナノリボン／膜／ワイヤを含む、「インク」に依拠する。このタイプのストラテジは、再吸収性電子機器を形成するために、Ｓｉ  ＮＭと共に使用され得る。このプロセスの重要な特徴は、シリコンウェーハ上の密に詰め込まれたレイアウト中に形成されるＳｉ  ＮＭが、システム要件に合致するエリア範囲内における標的基板に対して引き戻される及び送達されることが可能となる点である。これが可能であることは、効率的な材料使用及び低コストにとって必須となる。この点を強調するために、図４５（左）は、可撓性プラスチックシート状にこの方式で印刷された半導体素子の散在アレイの一例を示す。
【０２８１】
[00411]特に分解性電子機器向けの高速連続的ローラ印刷モードにおいてμＴＰを利用するための基本的且つ工学的な知識が、展開される。特に、結合強度が特殊設計されたスタンプとソース基板との間の界面において印加される力の方向によって決定される、弱いファンデルワールス接着の物理的性質が、調査される。図４６ａの図は、かかるスタンプ中における単一レリーフ特徴と、その本来的に非対称な接触角度（θａ及びθｂ）とを示す。θａは、θｂよりも大きいため、スタンプ−基板界面におけるひび割れは、スタンプが力Ｆ２により垂直方向に引っ張られる際に右角から開始されることとなることが好ましい。左に対する角度での引っ張りにより、右角からのひび割れの開始が加速され、それにより、引き離し力の低下が結果として生ずる（Ｆ３＜Ｆ２）。ひび割れの形成は、スタンプが右に対する角度で引っ張られる際に、開始されて、引き離し力が上昇する（Ｆ１＞Ｆ２）。このようにすることで、３つの異なる引張方向によって、３つの異なる引き離し力が引き起こされる（Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３）。
【０２８２】
[00412]このアプローチは、２つの理由から魅力的である。第１に、有角ジオメトリにより、引き離し力の向上が可能となる。この物理的性質は、μＴＰのインク付けステップにおいて材料／デバイスを引き戻すために大きな力が必要とされる場合には、重要となる。第２に、方向依存接着が、円筒状支持体の周囲に巻き付けられた薄いスタンプにおいて利用されることにより、連続的なローラ印刷モードにおける高速動作が可能となり得る。図４６ｂ及び図４６ｃは、図を示す。ここでは、この設計により、ローラスタンプの適切な回転運動時及びソース基板の適切な並進運動時に、引き戻しのための高い接着力（Ｆ１）が可能となる（図４６ｂ）。逆方向については、この接着の物理的性質により、対応する低い接着力（Ｆ３）による印刷が助長される（図４６ｃ）。既述のように、ローラスタンプが一方の側ではデバイス／構造を引き戻し、他方の側では標的基板に対してデバイス／構造を送達する方式が、連続的に実施され得る。転動方向に対して直角方向にソース基板を定期的に割り送り、ソース基板をその開始点に並進移動させて戻すことにより、ソース上の全ての材料が消費されるまで、インク付けプロセスを各領域において行うことが可能となる。必要に応じて、新たなソース基板を挿入し得る。
【０２８３】
[00413]接着の方向依存性及び全体強度の両方の基本的側面の理解は、本目的でのそれらの工学設計された利用を可能にすることにとって極めて重要である。重要な物理的性質は、界面剥離の力学モデルによって解析され得る。高さｈのポストが、ポスト／基板界面を介してポストの底部にて印加される垂直引き離し力Ｆ及びせん断変位ｕを受ける。非対称引き離し力Ｆにより、ポストにおいて曲げモーメントＦｈｃｏｔθａが結果的に得られる。せん断変位ｕは、ポストにせん断歪みγ＝ｕ／（ｈ＋０．４２１Ｌ）を与え［２３］、これが、次いでせん断による曲げモーメントμγｈＬ２を結果的にもたらす。ここで、ポストのせん断弾性係数は、μ＝Ｅ／３であり、Ｅは、ヤング率であり、ポストは、非圧縮性のものとして処理される。ポストにおける正味曲げモーメントは、Ｍ＝Ｆｈｃｏｔθａ＋μγｈＬ２となる。ポスト／基板接触界面の異なる角における２つの無限小エッジひび割れのいずれかが、伝播し、層状剥離に至り得る。対応する応力強度係数は、Ｆ及び曲げモーメントＭとの関連で分析的に求めることが可能である［２４］。ひび割れ長さの消滅の限界については、ＥＬにより正規化されるひび割れ先端エネルギー放出率が、Ｆ及びＭとの関連において、又は換言すればＦ及びせん断歪みγとの関連において、分析的に求められる。
【数３６】
2018032870.tif 000040
ここで、下付き文字１及び２は、ポスト／基板界面の左角及び右角におけるクラック先端部をそれぞれ表し、ここでは、界面クラック先端部についてのポスト（ＰＤＭＳ）と基板との間の大きな弾性的整合が、説明されている［２５］。負のせん断（γ＜０、図４６ｃ）又は正方向における比較的小さなせん断
【数３７】
2018032870.tif 000041
については、左クラック先端部が、右クラック先端部よりも大きなエネルギー放出率を有する。
【数３８】
2018032870.tif 000042
の場合には、逆となる。クラック伝播は、方程式（１）の左又は右のクラック先端部エネルギー放出率が、界面破壊靱性Γ０に到達すると、開始される。この条件は、臨界引き離し力を分析的に導き出す。
【数３９】
2018032870.tif 000043
これは、正規化せん断歪み（ｈ／Ｌ）γ、接触角度（ｈ／Ｌ）ｃｏｔθａ、及び界面破壊靱性
【数４０】
2018032870.tif 000044
により決定される。この方程式は、実験測定値に対する明確な連結点を示す。これらのタイプのモデルは、ローラスタンプの工学的実装のみならず、さらなる増加Ｆ１及び低下Ｆ３についての材料及びレリーフジオメトリの最適化をも案内する役割を果たす。例えば、有角ポスト構造に対して凹状レリーフ特徴を加えることにより、応力集中点をエッジから離れる方向に及び接触エリアの内側の方向にシフトすることによって、接着が劇的に強化され得る。これらの効果は、粘弾性の影響と共に、科学的研究及び工学的研究の組合せにおいて調査される。
【０２８４】
[00414]シリコンファウンドリデバイスから再吸収性電子機器へ。
ウェーハ由来の及びμＴＰにより組み立てられるＳｉ  ＮＭを使用する方式は、再吸収性電子機器への実現可能な道筋をもたらすが、これらは、以下の２つの理由、すなわち、（１）これらの方式は、デバイス処理と、再吸収性基板上に画すべきクリティカルフィーチャとを必要とする点、及び（２）これらの方式は、シリコン集積回路の製造用の確立された基盤を利用することができない点から、理想的なものではない。この第１の理由は、再吸収性基板との適合性のための要件により課せられる処理オプションにおける複数の厳しい制約によって、実現可能な機能における性能及び高度化レベルに対して影響を及ぼす。第２の理由は、分解性デバイス用に特に構成された別個のファウンドリネットワークの確立が必要となるため、コストを、また環境的影響を実質的に上昇させる。本方法は、特殊設計されたファウンドリで加工されたウェーハを再吸収性システム用の構成要素構成ブロックのソースへと変換する道筋を展開することによって、これらの２つの制約に対処する。μＴＰは、Ｓｉ  ＮＭだけではなく、ファウンドリで加工されたウェーハ由来の完全加工済み原型物又は小回路素子を処理するための手段として利用される。
【０２８５】
[00415]主要な難題は、本目的に対してファウンドリ適合レイアウト及び入手可能な材料セットを適合化させることである。予備的所見から、生体適合性の及び環境的に優しい再吸収性の電子材料としてＳｉ及びＳｉＯ２が確定されるが、市販の集積回路中のいかなる他の構成要素も、かかる特徴を有さない。１つの解決策は、複雑さが低く抑えられμＴＰに適した構成を有するレイアウトにおいて、超薄型本体シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板上のファウンドリ集積回路及び原型物をソースとすることである。ファウンドリの外部にて実施され得る適度な個数の追加ステップにより、金属層がＭｇなどの再吸収性導体に置換される。図４７は、プロセスフローを概略的に示す。ここでは、このレイアウトにより、金属被覆の除去及び再吸収性導体との後の交換を目的とした、スタック全体にわたる金属被覆へのアクセスが可能となる。シリコンの横方向形成、ドープ領域、ゲート誘電体、及び層間誘電体（ＩＬＤ）は、ファウンドリ側の能力の活用のために、変更されない。この材料交換のための方式は、ＳＯＩ基板上の埋入した酸化物（ＢＯＸ）を除去してμＴＰ用の構成要素を準備するための道筋に沿って、展開されなければならない。第１の難問は、ウェットエッチング技術及びドライエッチング技術の組合せの利用により解消され得る。代替としては、多結晶シリコンの高ドープ層が、金属被覆と完全に置換されることにより、除去の必要性を解消し得る。第２の難問に対する対処は、ＢＯＸの除去後に下層ウェーハに対して構成要素を繋ぐ方策的構造（すなわちアンカ）の破壊力学の慎重な研究を必要とする。有角スタンプ設計により可能となる接着の強化によって、要件が緩和される。図４８は、ＳＯＩ上に形成され、次いでＢＯＸのエッチングによりリリースされる、非再吸収性Ｓｉ  ＣＭＯＳブロックにおけるあるタイプのアンカ設計のＳＥＭ画像を示す。
【０２８６】
[00416]電気流体力学（ｅジェット）印刷。再吸収性構成要素を相互接続するための方式が、機能システムには必要となる。この解像度は、ソースウェーハエリアの効率的な活用のために、各構成要素上に小さな接触パッドを与えるのに十分な高さでなければならない。電界を利用することにより高解像度ノズルの先端部に流体流を形成する方法が、その付加的性質と、多様な材料インク及び基板に対する適合性とにより、追究される。以前の研究により、この物理的性質によって、従来のインクジェット技術で可能となる最高の解像度の１００倍超を上回るディープサブミクロン範囲（約１００ｎｍ）にまで拡張された液滴発生及び印刷の解像度が実現されることが実証される［３］。図４９は、カスタム製作されたｅジェットプリンタと、インクチャンバ、制御される圧力源、金属被覆されたガラスノズル先端部、基板、及び位置決めステージを含む、重要な構成要素の概略図とを示す。背圧、スタンドオフ高さ、及び導電ノズル先端部と基板との間の印加電圧により、印刷条件が規定される。これに対応する電界により、インク中の可動イオンが、ノズル先端部の表面付近において蓄積される。イオン同士の間の相互的なクーロン斥力により、液体表面上に接線応力が発生し、この接線応力は、基板に対する静電引力と共に、［３］に記載されるようなテイラーコーン形状へとメニスカスを変形させる。静電応力が、液体とノズル先端部の内側表面との間の表面張力を上回ると、液滴が、コーンの先端部から吐出される。参考文献［７〜９］は、新規の感知技術、機械設計、及び印刷能力を含む、ｅジェットプロセスの展開について詳述している。
【０２８７】
[00417]これらの特徴により、ｅジェットは、再吸収性電子機器製造用のμＴＰに対する有力な補完となる。しかし、ｅジェットを本用途に使用し得るようにするためには、ｅジェットの科学的側面及び工学的側面における２つの重大な欠点、すなわち、（１）基板の局所的電気特性に対する解像度及び液滴配置の影響の受けやすさ、並びに（２）連続ローラ印刷モードで実装可能な複数の平行ノズル設計が存在しない点が、解消されなければならない。第１の課題により、μＴＰによって絶縁基板に送達される再吸収性構成要素同士の間に相互接続線を確実に形成することが困難となる。特に、標的表面（すなわち金属、誘電体、半導体）の局所的電子特性の空間的多様性により、電界プロファイルが変化し、したがって液滴サイズ及び軌道が変化することによって、蓄積が困難となり得る。図５０は、導電線の回路状構成を形成することが可能であること（左）及びサブミクロン解像度が可能であること（右）を示す、ｅジェットにより印刷された代表的なパターンを示す。１つの解決策は、ノズルアセンブリ自体にリング形状対電極を組み込むｅジェットノズルの電磁モデル及び流れモデルの結合である。その結果、全ての駆動電界が基板から切り離されるように画されるシステムが得られる。誘電電流感知により、印刷プロセスに対するフィードバック制御を確立するための手段が実現される。図５１は、一体化された同心リング対電極を有するｅジェット印刷ノズルの概略図（左）及び静電モデリング（右）を示す。この構成は、印刷プロセスに対する基板の効果を排除するポテンシャルを有する。
【０２８８】
[00418]第２の欠点は、線形アレイ中の隣接し合うノズル同士の間における静電結合を理解するために、上記の研究からシミュレーション能力を拡張することによって対処される。個別の調節マイクロプラットフォームにおいて各ノズルユニットを個別に移動させることによりある度合いの基板不整列を許容する能力が、この設計に組み込まれる。これと類似のものが、印刷カートリッジ較正の調節のために従来のインクジェットプリンタにより使用されるテストパターンシーケンスとなる。１０〜２０個の異なるノズルが、下層基板の移動方向に対して正確な並進移動が可能な状態で、プリントヘッド全体に線形構成で組み込まれる。十分なインテリジェンスが、各ユニットに局所的に組み込まれ、それにより、各ユニットは、自律要素として機能して、外部支援を用いることなくウェブ処理システム及びμＴＰモジュールと通信することによってそれ自体を較正する。
【０２８９】
[00419]この製造フローに関する重要な観点は、デバイスのクリティカルディメンジョン及び多くの例においては最も高い要求を課せられる相互接続部が、ファウンドリソース構成要素のレベルにおいて形成される点である。この状況により、ｅジェットシステムに対して必要とされるスループット及び解像度に対する要求が緩和されるが、この場合でも、小型コンタクトパッドの使用が可能となることによりファウンドリ構成要素を活用して費用対効果を高めるためには、従来のインクジェット印刷で実現可能なフィーチャサイズ未満のフィーチャサイズが必要となる。しかし、商業製造においては、ｅジェットは、解像度、スループット、及び位置合わせ精度の最適なバランスを得るために、インクジェット及びスクリーン印刷などの他の方法と共に計画的に使用される可能性が高い点を指摘しておく。図５２には、位置合わせマークを画するためのインプリント加工（従来の熱エンボス加工）の初期ステップを伴う、μＴＰ、ｅジェット、及びインクジェットを含む一体化された処理ラインが示される。このシーケンスにおいては、ｅジェット及びインクジェットにより形成されるパターンのみが、位置合わせを必要とする。ここで、光パターン認識システムが、μＴＰにより形成された構造とエンボス加工ステップにより画されたレリーフとの組合せを利用する。
実施例６
【０２９０】
[00420]ＬＥＤに無線給電するためにガラス上のＭｇアンテナ（厚さ２μｍ）を使用して、遷移アンテナを実証した。Ｍｇアンテナを、回路基板上において市販のインダクタ、キャパシタ、及びダイオード（整流器）と共に組み込んだ。図５３に示すように、回路は、ＬＥＤに給電するために約３メートル（すなわち約１０フィート）の距離をおいて作動させた。
【０２９１】
[00421]遷移ＲＦ電力スカベンジャシステムを、図５４に示す概略図及びレイアウトにしたがって作製した。ＲＦ電力受信機システムは、ＳＯＩウェーハ上に作製されたインダクタ、コンデンサ、及び整流器を備える。この回路は、整流器としてのカスケードダイオードと、電荷を蓄積するためのコンデンサとを備えるものであった。アンテナは、シルク基板上に作製し、ＳＯＩ基板上に集積した。インダクタは、インピーダンス整合のために使用した。市販のＬＥＤを使用して、回路性能を検証した。表１は、構成要素の仕様、材料、及び寸法を示す。図５７は、完全遷移型ＲＦ電力スカベンジングシステムの一例を示す。
【表３】
2018032870.tif 000045
【０２９２】
[00422]製造したＳｉ整流器（ＰＩＮダイオード）は、市販のダイオード及びＧａＡｓショットキーダイオードと同等であることが判明した。ＰＩＮダイオードは、最大で約３００ＭＨｚまでで作動した。より低い動作周波数は、（金属から接合部までの距離による）ｐ−Ｎ直列抵抗により引き起こされる。図５５に示すように、金属コンタクトパッドの設計を変更することにより、この効果を増大させより高い動作周波数を実現することが可能であった。図５６は、全波整流器を示す。
【０２９３】
[00423]約３ＧＨｚ〜約１２ＧＨｚの共振周波数及び約４〜約６．５のＱ値を有するＭｇインダクタ（Ｍｇ／ＳｉＯ２／Ｍｇ；２５０ｎｍ／８００ｎｍ／３μｍ）を使用して、遷移無線通信機を作製した。表２は、４つの異なるＭｇインダクタに関する仕様を示し、図５８ａ及び図５８ｂは、（ａ）Ｍｇインダクタ及び（ｂ）それらの対応する性能データを示す。
【表４】
2018032870.tif 000046
【０２９４】
[00424]また、遷移無線通信機は、図５９ａに示すＭｇコンデンサ（Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇ；２５０ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ）を使用した。図５９ｂ〜図５９ｅは、Ｍｇコンデンサの性能データを示す。試料Ｓ２及びＳ４は、静電容量ではなく、漏れ電流を示し、インダクタンスを表示した。これらは、より低い周波数にて作動するが、漏れ電流によりさらに高い周波数にて大きな抵抗器として機能する。最後の回路は、ＭｇＯの代わりにＳｉＯ２を使用することにより、より厚い誘電体層によって高周波にて漏れを低減させる得るようにした。表３は、構成要素の仕様、材料、及び寸法を示す。
【表５】
2018032870.tif 000047
【０２９５】
[00425]図６０ａ及び図６０ｂは、受動遷移構成要素（相互接続部及び抵抗器）を有するコルピッツ発振器の（ａ）例、（ｂ）〜（ｃ）概略図、及び（ｄ）性能データを示す。これらの受動構成要素を、６つの異なる周波数を有するＬＣ共振器と共に市販のＨＥＭＴに集積した。周波数設計は、インダクタの最大Ｑ値に整合させるべきである。図６０ｄにおいては、共振周波数は、２８ＭＨｚであり、Ｖｐｐは、０．６５Ｖであり、Ｖｄｄは、２Ｖである。
【０２９６】
[00426]図６１は、Ｓｉ  ＣＭＯＳリング発振器を備える完全遷移無線通信機用の設計を示す。
【０２９７】
[00427]図６２は、ｅジェット印刷によるＭｇのパターニングの例を示す。
実施例７
【０２９８】
[00428]遷移電子機器は、再吸収、溶解、吸収、腐食、加水分解、脱重合、又は崩壊を含む複数の可能な作用を介して何らかのプログラムされた速度にて物理的に消滅することが可能である新たな種類のデバイスとして大まかに定義され得る。この遷移のモード及び速度は、事前設定することが可能であり、リアルタイムで調節可能であることが可能であり、誘発されることが可能であり、及び／又は化学的事象、生物学的事象、温度、圧力、若しくは光などの展開環境の特性に対して容易に反応することが可能である。展開シナリオは、生体宿主（ヒト／動物／昆虫／植物／種；外在又は内在）への組込みから、建物、道路、又は材料等々の従来的な屋内／屋外環境にまで及ぶ。例としては、人体により完全に再吸収される（「生体内吸収性」）植込み型医療デバイス、及び水中に配置された場合に溶解する（「生態学的吸収性」）通信システムが挙げられる。遷移電子機器は、秘密ＩＳＲ、戦地負傷の簡易診断及び簡易治療、改良型健康モニタリング、任務指定型ヒトパフォーマンス増強、並びに特殊作戦用の複数の用途を含む、複数の画期的且つ有意な軍事的能力を期待させるものである。
【０２９９】
[00429]遷移電子機器を実現するためには、重要な技術的前進が、開始材料から構成要素及びさらに最終製品に至るまで、電子機器生産プロセス全体にわたり必要とされる。具体的には、以下の重要な分野における革新がなされなければならない。
１．動作関連時間スケールにわたる遷移と、高品質電子デバイスの構成及び性能にとって必要とされる物理的特徴（例えば、導電率、誘電特性、弾性率）との有用な組み合わせを示す材料。
２．新たな遷移材料及び設計に相応する構成要素及びデバイスのための製造プロセス及び組立プロセス。これは、複雑な電子構造において遷移を組み込む、与える、プログラムする、制御する、又は強化するための新規の手段を含む。
３．設計ツール及び性能モデル。これは、従来の材料に対して遷移材料から構成された電子機器の性能の低下／減損の可能性を補償するための、設計ストラテジ、新規の構成要素設計、及び設計トレードオフを含む。
４．遷移構成要素を使用したグローバル回路基板性能のためのレイアウトツール。
【０３００】
[00430]水にさらされると消滅する、ＲＦスカベンジング（例えば非接触充電技術）により給電される単純な無線通信機が展開される。この完全遷移デバイスは、完全再吸収性の受動構成要素（抵抗器、コンデンサ、インダクタ、及びアンテナ）と、水中で崩壊する、２つの能動構成要素（無線通信機用のＭＥＳＦＥＴ、及びスカベンジャ用のダイオード）とを備える。これらの能動構成要素は、再吸収性相互接続部を使用した新規の分割設計を特徴とし、無線通信機全体は、再吸収性基板上に作製される。さらに、拡張機能を実証するために、無線通信機内の基本ＲＦピックアップコイルが、水溶性センサ／無線通信機を作製するために環境反応性コイルで置換される。このデバイスは、温度、水和状態、化学濃度、及び結果の一斉送信における変化を検出するために使用される。かかるデバイスは、自体の遷移をモニタリング及び報告し得る。水溶性電子機器の一例が、図６３に示される。この無線通信設計は、電気プロセスをｉｎ  ｖｉｖｏモニタリングするための生体内吸収性電子機器の近年の研究に基づくものである。
【０３０１】
[00431]無線通信機は、理想的な選択肢である。その理由は、（１）通信が、軍事作戦の中核を成し、（２）無線通信機が、入出力情報を提供するための事実上あらゆるデバイスに対して結合され得るイネーブリングテクノロジとしての役割を果たし、（３）適切な設計により、無線通信機が、一体型のセンサ及び伝達器として本質的に機能し得るからである。電力は、あらゆる遷移電子デバイスの極めて重要な側面である。ＲＦスカベンジングは、搭載電力の必要性を、したがって遷移電池又は遷移電源の開発の必要性を回避させる。最後に、再吸収性無線通信機のために開発された原理、展開ストラテジ／道筋、プロセスフロー、ツール、及び基本電子構成要素は、容易に汎用化し得るものであり、任意の複雑性からなる遷移電子機器の展開への基本的且つ実践的な識見を与える。
【０３０２】
[00432]本プログラムの目的は、遷移電子機器のための材料及び製造技術を展開することである。水溶性無線通信機は、実証機を可能にする。この技術アプローチは、近年開発された「シリコン・オン・シルク」及び「プラスチックＲＦ」電子機器技術に基づく。誘電体及び基板についてはシルクベースの材料を、並びに相互接続部及び金属被覆についてはマグネシウムを使用した、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、及びアンテナなどの水溶性受動構成要素が、展開される。トランジスタ及びダイオードなどの半導体デバイスについては、シリコン及びガリウムヒ素が、マグネシウム相互接続部及びシルク基板と共に分割レイアウトにおいて使用されることにより、水中への浸漬時に小さな不溶性片へと分解するデバイスが実現される。性能特徴は、従来の手順を利用して決定される。図６４は、無線通信デバイスの回路概略図と、可撓性プラスチックＲＦ技術におけるその物理的実現化とを示す。このシステムは、２つの機能部分、すなわち、周囲からＲＦ電力をスカベンジングするモジュール（左）と、スカベンジャからの電力を利用して連続ＲＦ信号を送信する構成要素（右）とから構成される。スカベンジャモジュールは、共振アンテナに対して接続される。高速ＧａＡｓショットキーダイオードにより、電圧の負振幅を除去することによって、正平均化信号が生成される。直接的に接地されたコンデンサは、フィルタリング及び電力蓄積のための素子としての役割を果たす。このモジュールの出力は、システムのＲＦ送信機構成要素内の発振器に対して接続される。送信周波数は、単一のＬＣ発振器としての役割を果たすインダクタ及び２つのコンデンサの共振周波数により決定される。抵抗損失によるこの発振器における信号の減衰は、ＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴ増幅器により補償される。このシステムは、図６４に示すように、超薄型「プラスチックＲＦ」技術である。図６５は、数ＧＨｚまでの良好なＲＦ応答を示す、いずれもポリイミドの薄シート上に作製された代表的なＭＥＳＦＥＴ及び受動部群を備える、このシステムのためのいくつかの個々の素子の特徴を示す。表４は、構成ブロック構成要素の概要を示す。
【表６】
2018032870.tif 000048
【０３０３】
[00433]背景：本発明者らの近年の研究は、脳及び身体の他の部分における電気プロセスをモニタリングするための生体内吸収性デバイスとして、遷移電子システムのコンセプトの第１の実例を示す。これらの結果は、この技術形態の最も単純な実施形態に相当し、支持基板が、システムの唯一の遷移的である構成要素となる。図６６ａは、第１の例である、カイコの繭に由来するシルクフィブロインの薄いシート上に作製された超薄型のシリコン金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴ）のアレイを示す［１］。シルクは、水溶性且つ生体内吸収性を有し、溶解速度は、処理条件に応じて数秒から数か月の間で調節することが可能である。この「シリコン−オン−シルク」技術の予備的ｉｎ  ｖｉｖｏ試験は、基板が経時的に再吸収されて、Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴのみを残す結果を示し、炎症、腫れ、又は他の不利な反応は、一切観察されなかった（図６６ｂ）。
【０３０４】
[00434]このタイプの設計を、高忠実度の皮質脳波検査（ＥＣｏＧ）のために、脳の極めて回旋状である表面との間で密接に一体化することが可能な神経電極アレイにおいて使用した［２］。このデバイスは、シルクの薄いシートにより支持された、相互接続された目の粗いメッシュレイアウトの超薄型電極アレイから構成される。シルクは、取扱い及び脳の表面上への取付けに対する機械靱性をもたらす。超薄型メッシュ設計により、極めて低い曲げ剛性及び曲線表面に対する形状適合性がもたらされる。生理食塩水での洗浄により、シルクは溶解し、毛管作用によって促進される自発的包みプロセスが開始される。図６７は、このタイプのデバイスによりネコ科動物モデルに対して実施されたｉｎ−ｖｉｖｏ神経モニタリング実験の概要を示す。各電極箇所において測定される代表的なＥＣｏＧ信号の背景色は、誘発応答と全アレイからの全ての応答の平均との間におけるゼロラグ相互関係の大きさを示す。この結果は、電極の９０％超について、データが高い信号対雑音比との間に生理学的関連性を有することを示唆する。詳細な比較研究は、低インピーダンスの密接な電極−組織間の接触がシルクの溶解時に形成されることにより、このデバイスがあらゆる代替的なモニタリング技術を上回る性能を有することを示唆する。
【０３０５】
[00435]シルク基板に対する他の水溶性生体内吸収性材料の追加が調査される。一例としては、シルク上の金属被覆としてのパターニングされたマグネシウム薄膜から構成される構造が、用意される。図６８は、図６７のＥＣｏＧデバイスのジオメトリ中にマグネシウムフィーチャを有する、このタイプのデバイスの画像を示す。この例においては、システム全体が、水中で溶解し、経時的に体内に再吸収される。これらの２つの材料、すなわちシルク及びマグネシウムは、本明細書において提示される遷移電子機器技術の起点を与える。
【０３０６】
[00436]材料：この研究のために、電子構成要素が、３つの基本的な再吸収性材料、すなわち、Ｍｇ（電気導体）、シルクフィブロイン（誘電体及び基板）、並びにポリ（ビニルアルコール）（代替的な誘電体又は基板）を使用して作製される。材料のこの選択は、電子デバイスの設計、構成、及び性能における高い多用性をもたらし、多様な環境に対する適合性をもたらす。重要な点として、Ｍｇ［３］、シルク［１、２、４］、及びＰＶＡは、いずれも、生体適合性、生体内吸収性、非免疫原性、及び低投与量における無毒性を有し、したがって、生体宿主に組み込まれる遷移デバイスにとって理想的なものとなる。Ｍｇは、高い導電性（２．３×１０５Ｓ／ｃｍ、Ａｕの約１／２）を有し、機械靱性を有し、気相成長の利用により容易な処理が可能であり、これらはいずれも、電子デバイス製造にとって重要な特徴である。これは、はるかに低い（最大でも１０３Ｓ／ｃｍ）及び著しい温度依存性の導電性を示す最善の有機導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ：クレビオス（Ｃｌｅｖｉｏｓ）（商標）など）とは対照的である。この種類の材料の再吸収性及び毒性プロファイルは、明確には確立されていない。非再吸収性のＳｉ及びＧａＡｓは、能動電子構成要素に使用される。その理由は、これらは、確立したデバイス設計において、必要な性能を実現する唯一の公知の種類の材料であるからである。
【０３０７】
[00437]シルクは、図６９に示すように、その溶解速度が、材料処理時に様々な結晶度（βシート含有量）を導入することにより、即時から数年にわたり容易に且つ可制御的に同調可能であるため、遷移電子機器にとって極めて魅力的な材料である［３］。したがって、シルクは、真正遷移材料及びオーバーコート又は封入材の両方としての役割を果たすことにより、他の再吸収性材料（例えばＭｇ）の反応速度論を制御することが可能である。これにより、プログラム可能な遷移のために「内部クロック」、「タイマー」又は「スイッチ」（例えば時間放出カプセル及び製剤に類似のもの）として機能する層構造を形成することが可能となる。重要な点としては、シルクの溶解自体が、酵素分解などの化学プロセス且つ生化学プロセスにより仲介され、したがって、一体化感知／通知デバイス、「自己破壊」（すなわち誘発遷移）メカニズム、及び能動制御システムが可能となる。
【０３０８】
[00438]さらに、シルクフィブロインは、マイクロ電子構造と組み合わされた場合に、好適な技術特性を有する。これまで公開されていない結果において［１３］、シルクは、ＳｉＯ２又はＰＭＭＡなどの従来の無機酸化物層の代替として使用されてきた。コンデンサ及び他のデバイスは、４００ｎｍ厚のシルク層をゲート電極、ｎ型及びｐ型の有機半導体（それぞれ、Ｎ，Ｎ’−ジトリデシルペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸ジイミド（Ｐ１３）及びα，ω−ジヘキシル−クアテルチオフェン（ＤＨ４Ｔ））、並びに金ゲート電極及び金ソース電極としてスタックすることにより、ガラス／ＩＴＯ基板上に製造されてきた。Ｐ１３及びＤＨ４Ｔは共に、周知の且つ広く研究された材料であり、シルクの電子性能に対して理想的な水準をもたらす。このデバイス構成における測定されたシルク誘電率は、εｓ＝６であり、デバイス構成は、この研究にとって適したものとなる。
【０３０９】
[00439]また、代替的な材料が調査される。純材料、材料の組合せ、及びパターニングストラテジが、広範な温度範囲にわたり、同調性遷移の制御を実現するために調査される。材料構造は、電子構成要素において見受けられる形成要素（サイズ、厚さ、ジオメトリ、アスペクト比）で作製され、それらの水中における再吸収性反応速度論が、典型的な展開環境に相当する条件（例えば、温度、塩分濃度、光強度）に対して定量化される。さらに、時間順再吸収、複数遷移メカニズムの利用、阻止／促進、誘発、加速／減速、及び破壊的化学反応などの、より高度な温度制御のためのストラテジが、デバイス動作のコンテクストにおいて利用される。
【０３１０】
[00440]製造：遷移電子機器の作製は、従来の半導体デバイス処理において利用される水ベース処置との間における固有の材料不適合性により、極めて困難である。さらに、殆どの関心対象となる種類の半導体材料（例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、及びその他）は、シルク、合成ポリマー、及びこの研究において予期される他の遷移電子材料を分解しない条件下では、堆積、ドープ、又はエッチングすることができない。しかし、本発明者らは、遷移電子機器に対して適合化し得ることにより従来のプロセスの制約を解消する、一連の特異なパターニングアプローチ及び集積アプローチを展開してきた。３つの本質的な方法は、以下のとおりである。
【０３１１】
[00441]１）マイクロ転写印刷−近年、本発明者らは、プラスチックシート［８］及びゴムスラブ［９］からシルクフィルム［１、２］にわたる関心基板上にナノスケール無機半導体材料を確定的に組み付けるための方法［５、７］のような印刷を展開してきた。このプロセスにおいては、半導体ウェーハのリソグラフィ処理により形成されたナノリボン／膜が、軟質スタンプの表面上に「インク付け」され、次いでデバイス要件に合致する構成及びレイアウトへと接触「印刷」される。この研究においては、この技術は、シルク基板上にＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴ及びＳｉ  ＲＦダイオードを印刷するように構成される。
【０３１２】
[00442]２）精密シャドーマスク−完全に「乾性の」プロセスにおいて気化材料（例えば金属、誘電体）をパターニングするための高度形式のソフトリソグラフィが、展開されてきた［１０］。この場合には、関心基板と接触状態に置かれた超薄型共形ステンシルマスクが、数ミクロンの高解像度を可能にし得る。この研究において、この方法は、あらゆる受動構成要素、相互接続部、及び分割能動部用の配線のための、Ｍｇフィーチャをパターニングするために使用される。
【０３１３】
[00443]３）電気流体力学ジェット印刷−電気流体力学的効果を利用する超高解像度形式のインクジェット印刷が、考案されている。この場合には、ナノスケール導電性ノズルが、電気バイアスの印加時に、標的基板に対して流体ジェットを送達する。多様な種類のインクが、従来のインクジェット方法で実現され得る解像度の２桁超も良好な約１００ｎｍに迫る解像度で、このように印刷され得る［１１、１２］。この研究においては、この技術は、高周波コンデンサ及びインダクタ中の誘電体層をパターニングするために、シルク溶液との使用にまで拡張される。同一の方法が、相対溶解速度を制御するための手段として、一体化されたシステムの種々の領域を選択的に被覆するために使用される。
【０３１４】
[00444]特徴付け：全ての受動構成要素及び能動構成要素が、パラメータ及びベクトルネットワークアナライザと、標準的なプローブステーション装置とを使用して、完全に特徴付けられる。重要なパラメータは、標的計量に対する性能を評価するために決定される。無線通信機及びスカベンジャシステムの機能性は、従来の手段を使用して評価される。
ＲＦ回路の説明
【０３１５】
[00445]図７０は、無線通信デバイスの回路概略図と、可撓性プラスチックＲＦ技術におけるその物理的実現とを示す。このシステムは、２つの機能部分、すなわち、周囲環境からＲＦ電力をスカベンジングするモジュール（左）と、スカベンジャからの電力を使用して連続ＲＦ信号を送信する構成要素（右）とから構成される。
スカベンジング整流器
【０３１６】
[00446]無線信号は、電力需要が適度であるいくつかの種類のデバイスを動作させるための電力源に相当する。スカベンジャモジュールは、アンテナを使用して特定の周波数帯にわたる交流信号（ＡＣ）を収集し、次いで高周波半波整流器を通過させることにより直流信号（ＤＣ）へと変換させることによって、この周囲環境電波エネルギーを実際に捕捉する。アンテナと整流器との間の送信線は、それらの間の信号整流を解消するために入力インピーダンスを整合させる。
【０３１７】
[00447]図７１は、信号が各ノードを通過する際の信号の変化を示す、整流器の回路概略図を示す。この例におけるシミュレーションは、アンテナ、１０００ｐＦコンデンサ、及びＤ１Ｎ４４４９ショットキーダイオードからの信号に相当する。±５Ｖの交流電圧源を使用する。入力ＡＣの負の半サイクル時に、順方向バイアスＤ１が、＋５ＶまでＣ１を帯電させる。入力が、正の半サイクルに進むと、逆方向バイアスＤ１及び順方向バイアスＤ２のそれぞれにより、Ｃ２の上方ノードが＋１０Ｖまで振幅し、これは、Ｃ２を変化させることにより留まる。コンデンサの電荷消散時間が、入力サイクル時間よりも長い限りは、この単一の整流器からの出力は、ＤＣ１０Ｖに留まる。このシミュレーションは、ダイオードによる電圧降下により９．３Ｖを示す。いくつかの回路については、図中の第２の段として、Ｃ３が１５Ｖに変更され、ノードＣにおける出力電圧が２０Ｖとなる、もう１つの同一の整流器を追加することにより、出力ＤＣ電圧を倍増させることが可能となる。整流器出力における大きなコンデンサは、電力蓄積用の素子としての役割を果たす。
送信機
【０３１８】
[00448]送信周波数は、単純なＬＣ発振器としての役割を果たすインダクタ及び２つのコンデンサの共振周波数により決定される。抵抗損失によるこの発振器における信号の減衰は、小信号負抵抗デバイスとしての役割を果たすＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴ増幅器により補償される。図７２は、単純なＭＥＳＦＥＴ等価回路により発振器が開始されるように設計するための手順を示す。フィードバック素子Ｘ１及びＸ２を有するデバイスの入力インピーダンスＶＩＮ／ＩＩＮは、
ＺＩＮ＝ｊ（Ｘ１＋Ｘ２）−ｇｍＸ１Ｘ２      （１）
に等しく、ここで、ｇｍは、ＭＥＳＦＥＴの相互コンダクタンスである。発振器は、２つのコンデンサＸ１及びＸ２を使用することにより、入力インピーダンスの負の実数部分が得られる。この負の実数部分が、ＬＣ発振システムの抵抗損失よりも５０％大きい場合には、信号は、発振を開始する。共振インダクタを追加することにより、フィードバック負荷トランジスタのゲートを調べた場合の正味リアクタンスが、１つのみの周波数にてゼロに等しくなり、これにより、振動周波数が、以下の方程式にしたがってここで発生する。
【数４１】
2018032870.tif 000049
【０３１９】
[00449]インダクタの隣りの抵抗器は、発振器と送信アンテナとの間でインピーダンスを整合させるように設計される。
【０３２０】
[00450]本発明者らは、図７０に示すように、このシステムを超薄型「プラスチックＲＦ」技術において実証した。図７３は、数ＧＨｚに対して良好な応答を示す、いずれもポリイミドの薄シート上に作製された代表的なＭＥＳＦＥＴ及び一群の受動部を含む、このシステム用のいくつかの個別の素子の特徴を示す。図７４は、スカベンジング整流器から構成される無線通信デバイス用の回路図（左）、及び送信用発振器から構成される無線通信デバイス用の回路図（右）を示す。下枠は、送信周波数が１ＧＨｚである場合の送信機のシミュレーション結果を示す。
無線回路の仕様
【表７】
2018032870.tif 000050
【表８】
2018032870.tif 000051
【表９】
2018032870.tif 000052
【表１０】
2018032870.tif 000053
Ｍｇ相互接続部に関する予備データ
【０３２１】
[00451]文献研究及び予備実験の組合せにより、金属被覆及び相互接続についてのマグネシウムの使用の実現性を調査した。表５は、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び銅（Ｃｕ）に関する抵抗及び自然酸化物の厚さについての文献による値の概要を示し、これは、これらの材料が同様の特性を有することを示す［１４、１５］。さらに、誘電体材料として、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が、受動構成要素については有用となり得る［１６〜２０］。ＭｇＯは、高誘電率誘電体（ＭｇＯ、ｋ約９．７）であり、本研究において使用される高解像度シャドーマスク技術と適合性のある電子ビーム蒸着により堆積することが可能である。
【表１１】
2018032870.tif 000054
【０３２２】
[00452]Ｍｇの実現性をさらに支持するために、単純な実験を実施した。表６は、ガラス基板上に異なる幅（５０／１００／１５０μｍ）及び厚さ（１５００／３０００Å）を有するＭｇ線に関して測定した抵抗／長さを示す。図７５は、表６における値のグラフを示す。
【表１２】
2018032870.tif 000055
Ｓｉトランジスタ用のＭｇ電極
【０３２３】
[00453]Ｍｇ電極を有するｎ型シリコン金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎ−Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴ）を、Ａｕ電極を有する他の点では同一のデバイスと比較するために作製した。図７６ａは、種々のゲート電圧におけるチャネル長の機能に対するオン状態（Ｒｏｎ）でのデバイスの幅正規化抵抗を示しており、Ｍｇ及びＡｕが同様のトランジスタ接触抵抗を有することを示す。図７６ｂは、線形スケール及びセミログスケールにおける典型的な伝達曲線（左）と、全電流−電圧曲線（右）とを示す。しきい値電圧は、−１Ｖ付近であり、オン／オフ比は、約１０３である。代表的なデバイスのこれらのＤＣ測定値は、高性能Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴにおいてＭｇを使用し得ることを示唆する。図７６は、ガラス基板上のトランジスタアレイの画像を示す。
水中におけるＭｇ溶解速度
【０３２４】
[00454]水中でのＭｇ溶解速度を調査するために、ガラス上のＭｇの試験構造をパターニングした。図７７は、Ｍｇトレースが、厚さに応じて３時間後（Ｔｉ／Ｍｇ、５０／１５００Å）及び１０時間後（Ｔｉ／Ｍｇ、５０／３０００Å）に水中で完全に溶解するのを示す。（Ｍｇの完全な溶解後に残るごくわずかなパターンが、接着促進剤としてのＴｉの極薄層に相当する。）溶解プロセスは、Ｍｇが水と反応することにより、水酸化マグネシウム及び水素ガスが、Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２にしたがって形成されることを伴う。
種々の候補となる相互接続材料
【０３２５】
[00455]上記に示したデータは、Ｍｇが本目的に非常に適することを示唆するが、Ｍｇは、使用し得る唯一の材料とはならない。表７は、種々の候補となる相互接続材料を、それらの水溶性／可溶性に基づき示す［２１〜３０］。
【表１３】
2018032870.tif 000056
可調性シルク溶解
【０３２６】
[00456]シルク溶解速度は、結晶度（例えばβシート形成）と、結晶度の同調を可能にする処理パラメータ、すなわち
１．溶媒（例えば、水、メタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール）
２．温度、温度履歴（例えばアニーリング）
３．歪み、応力
を含む処理パラメータとにより、決定される。
【０３２７】
[00457]パラメータ１及び２は、約１秒〜約１年に及ぶ範囲の溶解時間スケールを実現するために溶解速度を同調させるために使用される。以前の研究は、例えば、高速溶解が、アモルファスシルクフィルムについては１０秒未満で生じ、高結晶度シルクフィルムについては約１年という遅さで生じることを示す［３１］。図７８は、アモルファスシルクフィルムの急速溶解、すなわち０秒（左）、１０秒（右）を示す。
参考文献
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１４．Ｔｓｕｎｇ−Ｋｕｅｉ  Ｋａｎｇ，Ｗｅｉ−Ｙａｎｇ  Ｃｈｏｕ，「Ａｖｏｉｄｉｎｇ  Ｃｕ  Ｈｉｌｌｏｃｋｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １５１（６），Ｇ３９１−Ｇ３９５（２００４）
１５．Ｔｉｍｏｔｈｙ  Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｒａｊｉｖ  Ｋ．Ｋａｌｉａ，Ａｉｉｃｈｉｒｏ  Ｎａｋａｎｏ，Ｐｒｉｙａ  Ｖａｓｈｉｓｈｔａ，Ｓｈｕｊｉ  Ｏｇａｔａ，及びＳｔｅｐｈｅｎ  Ｒｏｄｇｅｒｓ，「Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ」，Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔ．８２（２４），４８６６−４８６９（１９９９）．
１６．Ｊｕｎｇ−Ｍｉｎ  Ｃｈｏ，Ｋｙｏｕｎｇ−Ｈｏ  Ｌｅｅ，Ｃｈａｅ  ＩＩ  Ｃｈｅｏｎ，Ｎａｍ  Ｉｎ  Ｃｈｏ，Ｊｅｏｎｇ  Ｓｅｏｇ  Ｋｉｍ，「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｉａｘｉａｌ  ｔｅｘｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ＭｇＯ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  Ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ３０，４８１−４８４（２０１０）．
１７．Ｚ．Ｄｉａｏ，Ｊ．Ｆ．Ｆｅｎｇ，Ｈ．Ｋｕｒｔ，Ｇ．Ｆｅｎｇ，及びＪ．Ｍ．Ｄ．Ｃｏｅｙ，「Ｒｅｄｕｃｅｄ  ｌｏｗ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｎｏｉｓｅ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ  ＭｇＯ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９６，２０２５０６（２０１０）．
１８．Ｔａｅ  Ｗｏｏｋ  Ｈｅｏ，Ｓｕｎｇ  Ｈｗａｎ  Ｍｏｏｎ，Ｓｕｎ  Ｙｏｕｎｇ  Ｐａｒｋ，Ｊａｅ  Ｈｙｕｋ  Ｋｉｍ，Ｈｙｅｏｎｇ  Ｊｏｏｎ  Ｋｉｍ，「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｏ２  Ａｍｂｉｅｎｔ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ＭｇＯ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｅ−Ｂｅａｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １５４（１１），Ｊ３５２−Ｊ３５６（２００７）．
１９．Ｊｅｏｎｇｈｅｅ  Ｌｅｅａ，Ｔａｅｗｏｎ  Ｊｅｏｎｇ，ＳｅＧｉ  Ｙｕ，Ｓｕｎｇｈｗａｎ  Ｊｉｎ，Ｊｕｎｇｎａ  Ｈｅｏ，Ｗｈｉｋｕｎ  Ｙｉ，Ｄ．Ｊｅｏｎｂ及びＪ．Ｍ．Ｋｉｍ，「Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｎ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ＭｇＯ  ｌａｙｅｒｓ」，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １７４，６２−６９（２００１）．
２０．Ｌ．Ｙａｎ，Ｃ．Ｍ．Ｌｏｐｅｚ，Ｒ．Ｐ．Ｓｈｒｅｓｔｈａ，Ｅ．Ａ．Ｉｒｅｎｅ，Ａ．Ａ．Ｓｕｖｏｒｏｖａ，及びＭ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ，「Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ  ａｓ  ａ  ｃａｎｄｉｄａｔｅ  ｈｉｇｈ−  ｇａｔｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ」，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８８，１４２９０１（２００６）．
２１．Ｃｉｒｏ  Ｃｈｉａｐｐｉｎｉ，Ｘｕｅｗｕ  Ｌｉｕ，Ｊｅａｎ  Ｒａｙｍｏｎｄ  Ｆａｋｈｏｕｒｙ，Ｍａｕｒｏ  Ｆｅｒｒａｒｉ，「Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｂａｒｃｏｄｅ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ」，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２０（１４），２２３１−２２３９（２０１０）．
２２．Ｈａｉｌｉｎ  Ｃｏｎｇ，Ｌｉｎｇｆｅｉ  Ｈｏｎｇ，Ｒｙａｎ  Ｓ  Ｈａｒａｋｅ及びＴｉｎｇｒｕｉ  Ｐａｎ，「ＣＮＴ−ｂａｓｅｄ  ｐｈｏｔｏｐａｔｔｅｒｎａｂｌｅ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２０（２），０２５００２（２０１０）．
２３．Ｈ  Ｇ  Ｌｉｍ，Ｇ  Ｙ  Ｃｈｏ，Ｊａｅｈｗａｎ  Ｋｉｍ  ａｎｄ  Ｋ  Ｓ  Ｋａｎｇ，「Ａｕ  ｍｉｃｒｏ−ｐａｔｔｅｒｎ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｐａｐｅｒ：ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｍｕ−ｃｏｎｔａｃｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｌｉｆｔｏｆｆ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  １７（８），１４１５−１４１９（２００７）．
２４．Ｎｕｒｄａｎ  Ｄ．Ｓａｎｋｉｒ，Ｍｅｈｍｅｔ  Ｓａｎｋｉｒ  ａｎｄ  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｏ．Ｃｌａｕｓ，「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ／ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ  ｐｏｌｙ（ａｒｙｌｅｎｅ  ｅｔｈｅｒ  ｓｕｌｆｏｎｅ）  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｆｉｌｍｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  １９（４），３８９−３９２（２００８）．
２５．Ｋｗａｄｗｏ  Ｅ．Ｔｅｔｔｅｙ，Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｑ．Ｙｅｅ、及びＤａｅｙｅｏｎ  Ｌｅｅ，「Ｌａｙｅｒ−ｂｙ−Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  Ｎｏｎｐｏｌａｒ  Ｍｅｄｉａ」，Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２６（１２），９９７４−９９８０（２０１０）．
２６．Ｗｈｉｔｔｅｎ  ＰＧ，Ｇｅｓｔｏｓ  ＡＡ，Ｓｐｉｎｋｓ  ＧＭ，Ｇｉｌｍｏｒｅ  ＫＪ，Ｗａｌｌａｃｅ  ＧＧ，「Ｆｒｅｅ  ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｂｉｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｐａｒｔ  Ｂ−Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ８２Ｂ（１），３７−４３（２００７）．
２７．Ｊｉａｎｙｏｎｇ  Ｏｕｙａｎｇ，Ｃｈｉ−Ｗｅｉ  Ｃｈｕ，Ｆａｎｇ−Ｃｈｕｎｇ  Ｃｈｅｎ，Ｑｉａｎｆｅｉ  Ｘｕ，及びＹａｎｇ  Ｙａｎｇ，「Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｐｏｌｙ（３，４−Ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）  Ａｎｏｄｅｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ４１（１２），１４９７−１５１１（２００４）．
２８．Ｂｉｎ  Ｚｈａｏ，Ｈｕｉ  Ｈｕ，  ａｎｄ  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｃ．Ｈａｄｄｏｎ，「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ−Ｐｏｌｙ（ｍ−ａｍｉｎｏｂｅｎｚｅｎｅ  ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）  Ｇｒａｆｔ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ」，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．１４（１），７１−７６（２００４）．
２９．Ｙｕｎｉｎｇ  Ｌｉ，Ｙｉｌｉａｎｇ  Ｗｕ，及びＢｅｎｇ  Ｓ．Ｏｎｇ，「Ｆａｃｉｌｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｕｓｅｆｕｌ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」，Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．１２７，３２６６−３２６７（２００５）．
３０．Ｑｉｎｇｚｈｉ  Ｗｕ，Ｈｕａｑｉａｎｇ  Ｃａｏ，Ｑｉｕｙｉｎｇ  Ｌｕａｎ，Ｊｉｙｏｎｇ  Ｚｈａｎｇ，Ｚｈａｏ  Ｗａｎｇ，Ｊａｍｉｅ  Ｈ．Ｗａｒｎｅｒ  ａｎｄ  Ａｎｄｒｅｗ  Ａ．Ｒ．Ｗａｔｔ，「Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４７，５８８２−５８８８（２００８）．
３１．Ｙ．Ｗａｎｇ，Ｄ．Ｄ．Ｒｕｄｙｍ，Ａ．Ｗａｌｓ，、Ｌ．Ａｂｒａｈａｍｓｅｎ，Ｈ．−Ｊ．Ｋｉｍ，Ｈ．Ｓ．Ｋｉｍ，Ｃ．Ｋｉｒｋｅｒ−Ｈｅａｄ，Ｄ．Ｌ．Ｋａｐｌａｎ，「Ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｉｌｋ  ｆｉｂｒｏｉｎ  ｓｃａｆｆｏｌｄｓ」，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２９，３４１５−３４２８（２００８）．
実施例８
【０３２８】
[00458]歴史的に見て、全ての新種の電子機器の開発は、経時的に無視し得る程度の変化を被る形態における動作を実現するための試みを含むものであった。本明細書において説明される技術は、対照的な目的、すなわち、所定の時間に及び十分に規定された速度で悪影響を及ぼすことなく周囲環境中へと物理的に消滅する電子システムを作製することである。可能となるデバイスには、人体内に植え込まれた場合に完全に再吸収されて（「生体内吸収性」）長期的な悪影響を回避する医療モニタ、及び水に対してさらされた場合に溶解することにより（「生態学的吸収性」）収集及び回収の必要性を解消する環境モニタが含まれる。他のコンセプトには、処分が容易になる「堆肥化可能」回路が含まれる。
【０３２９】
[00459]この実施例において説明される研究は、再吸収性電子機器と呼ばれるこの種の技術の材料、製造ストラテジ、及びモデリングツールに関する、科学的且つ工学的な基礎知識をもたらす。性能、動作信頼性、及び一体化の拡張性における目標は、確立されたシリコン集積回路のそれらにおける目標と同等である。この技術は、以下のものを生み出すこととなる。
材料の完全なセット、すなわち半導体、導体、層間誘電体、基板、及び封入層と、再吸収性電子機器用のデバイス設計。以下の材料、すなわち（１）溶解又は加水分解により再吸収され得る、（２）生体適合性且つ環境的に悪影響を及ぼさない、（３）従来のシリコン集積回路と同等の性能を可能とする、材料が、強調される。
現実的な適用のためのスループット、解像度、及びコストにおける要件を満たすことが可能な、これらの材料に合致する製造ストラテジ。デバイスの再吸収特性と、それらのデバイスに付随するコスト上の考慮事項は、確立された半導体産業において使用される製造アプローチとは大幅に異なる製造アプローチを要求する。
材料レベル、デバイスレベル、及びシステムレベルにおける再吸収性についての分析モデル及び計算モデル。再吸収性電子機器において、かかるモデルは、従来の技術において回路設計に現行で使用されるツールとコンセプト的に同様の役割を有するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ツールをもたらすこととなる。
【０３３０】
[00460]これら３つの構成要素は、基本的な科学的研究を本発明の工学的成果と組み合わせることにより、実践的な技術のための基礎的知識をもたらす。結果が成功することにより、外科部位感染の影響を緩和し次いで生体内吸収されるセンサ／アクチュエータアップリケから、生態学的再吸収されることにより廃棄が解消される無線作動型水モニタまでに及ぶ分野において、独自のデバイス用途がもたらされることになる。これらの及び他のシステムとの関連における商業的機会が、重要な一連のより広範な影響を規定する。持続可能な製造アプローチ、関連する資源消費の削減、及び危険廃棄物流の解消が、注目に値する世界規模の重要性を有するさらなる特徴を構成する。
【０３３１】
[00461]伸縮性電子機器：従来の半導体技術は、脆性のウェーハ基板の平坦表面上に形成された構成要素及び集積システムを伴う。近年の研究により、材料、構造、及び製造において組み合わされたストラテジにより、線形弾性応答を伴う伸張、折曲、屈曲、及びねじりが可能な、及び曲線表面を包むことが可能なデバイスを含む、新たな可能性がもたらされることが実証されている［１］。核心的なアイデアは、ゴム基板上に組み立てられ、制御された非線形座屈プロセスにより形成された変形可能な薄く幅狭の構造によって相互接続された、マイクロ／ナノデバイスを使用する［２］。これらの調査から、デバイス構成要素が超薄型の正方形ジオメトリを有し、相互接続部が蛇行状の非同一平面的レイアウトを採用した、第１の半球形電子「アイボール」カメラが生まれた［３］。この構成は、１００％に迫る歪みレベルでの変形を許容し得る。この場合に、この構造における機械工学設計は、従来のシステムにおいて回路／光学系設計が果たす役割と同程度に顕著な役割を果たす。歩留りは、いかなる他の技術を利用しても実現不可能である機能モード及び軟質「組織状」構成モードを有する表皮電子機器及び外科構成要素を作製することが可能となるのに十分な高さとなる。
【０３３２】
[00462]変化性、生態学的再吸収性及び生体内吸収性、並びにバイオマテリアルを、高性能及び靱性動作特徴をもたらす製造可能な半導体技術に組み入れることは、明らかに高リスクの提案である。しかし、このリスクにより、電子機器の新たな適用可能性の形成、効率的な製造のための新たなモード、及び現行の電子機器技術に付随する種類の廃棄物流の効率的な解消による、変形影響の可能性がもたらされる。さらに、基本的アイデアの多くが、電子機能性を実現するシステム以上の適用性を有する。例えば、機能材料、足場、及び化学薬品送達システムにおける生体内吸収性は、生体医療科学、介入的医療、及び再生技術の多くの分野に対する関連性を有する。構造要素及び機械システムにおける生態学的再吸収性と、それらの効率的な製造のための手段とは、持続可能な展開における多数の難問に対応する可能性を有する。
【０３３３】
[00463]生体内吸収性／生態学的吸収性システムは、今日存在するあらゆる半導体技術と大きく異なる。いくつかの例においては、再吸収性アプリケーションは、いかなる他の方法でも実現不可能な能力に依存する。他においては、再吸収性デバイスは、既存の機能を再生するが、廃棄物流を解消し環境中に再融合する製品ライフサイクルを有する。前者の可能性の一例としては、永久ペースメーカ、植込み型除細動器、機械式循環補助デバイス、又は人工股関節及び人工膝などの医療植込み型デバイスの外部表面に送達される、生体内吸収性電子殺菌アップリケを考えていただきたい。かかるデバイスは、高周波結合及びセンサフィードバックによる時空間的に制御された方式で熱パルスを送達することにより手術部位感染（ＳＳＩ）を解消するように構成することが可能である。１週又は２週の間に、デバイスは、患者が最大危険期間を乗り越えた際に生体内吸収により消滅することにより、患者に対する不必要なデバイス負荷が解消される。このタイプの機能は、重大な臨床的問題に対処する。ＳＳＩは、ヘルスケア関連感染の２番目に最も多い形態であり、全ての院内感染の１７％に相当する［１、２］。関連コストは、患者の罹患率、死亡率、及び金銭面のいずれに関しても莫大である。術後退院患者のコストを調査した近年の研究では、ＳＳＩを伴わない患者については８週のコスト平均が１７７３ドルであるのに対して、ＳＳＩを伴う患者については５１５５ドルであることが判明した［３］。コストは、患者がＳＳＩを伴った耐性細菌を有する場合には、さらに上昇する。Ａｎｄｅｒｓｏｎらは、耐性ブドウ球菌（ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）、すなわちメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ｍｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｓｔａｐｈｉｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ）（ＭＲＳＡ）を伴うＳＳＩの例においては、典型的な請求額の平均は、抗生物質感受性ブドウ球菌を有する患者の場合には２０，０００ドルであるのに対して、６０，０００ドルとなることに気付いた［４］。
【０３３４】
[00464]後者の可能性は、終末期消費者電子機器の処分により持ち上がる緊急性の高まりつつある問題である。近年、米国は、単独で、１年当たり大量の電子機器廃棄物を発生させており、再利用／再生利用率は、そのわずかに１０％に過ぎず、残りは、地方自治体の廃棄物流に送られるままとなっている。この負担は、全ての先進国において突出しているが、最も問題なのは、途上国におけるその成長率である。２０１０年の報告では、途上国における型が古くなったパーソナルコンピュータの世界的発生量が、この１０年で先進地域における発生量を上回ると予測されている。２０３０年までには、後進地域からのコンピュータ廃棄量は、総計で４〜７億ユニットに達すると予測され、これは、２〜３億ユニットである先進地域の２倍に相当し、再生利用コストは５００億ドル／年となる。本明細書において説明される種類の生態学的再吸収性電子機器技術は、これらの趨勢の経済的且つ環境的な悪影響の一部を少なくとも部分的に緩和する可能性を有する。
【０３３５】
[00465]背景的研究−再吸収性電子機器についてのいくつかのアイデアは、水溶性生体適合性シルクフィルムをシリコン金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴ）及び機能神経電極アレイとして使用することに関する研究に端を発した（Ｋｉｍ  Ｄ．−Ｈ．ら「Ｄｉｓｓｏｌｖａｂｌｅ  ｆｉｌｍｓ  ｏｆ  ｓｉｌｋ  ｆｉｂｒｏｉｎ  ｆｏｒ  ｕｌｔｒａｔｈｉｎ，ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｂｉｏ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．」Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒ．９，５１１−５１７（２０１０））。かかるシステムは、不完全な形態の再吸収を具現化し、デバイス動作における能動的役割を有さない支持基板が、消滅する唯一の構成要素となっている。図６６は、第１の例の画像を示し、Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴのアレイが、カイコの繭に由来するシルクフィブロインの薄シート上に作製される。シルクは、水溶性且つ生体内吸収性を有し、溶解速度は、処理条件に応じて数秒から数か月の間で調節することが可能である。この「シリコン−オン−シルク」技術の予備的ｉｎ  ｖｉｖｏ試験は、基板が経時的に再吸収されて、Ｓｉ  ＭＯＳＦＥＴのみが残り、炎症、腫れ、又は他の不利な反応を伴わないことを示す。
【０３３６】
[00466]第２の例は、脳の湿った曲線方面に対して自発的に形状適合する、超薄型の目の粗いメッシュレイアウトの皮質脳波検査（ＥＣｏＧ）用のプローブを提供する。デバイス自体は、それらの例外的な低さの曲げ剛性により扱いが困難又は不可能であるため、シルクシートを、一時的な機械的支持体として使用した。脳への装着後の生理食塩水による洗浄により、シルクが溶解し、毛管作用によって促進される自発的包みプロセスが残りの電子機器に対して開始される。ネコ科動物モデルに対して実施されたｉｎ−ｖｉｖｏ神経モニタリング実験が、この設計の有用性を実証する。詳細な比較研究は、低インピーダンスの密接な電極−組織間の接触がシルクの溶解時に形成されることにより、このタイプのデバイスがあらゆる代替的なモニタリング技術を上回る性能を有することを示唆する。
【０３３７】
[00467]他のグループによるさらなる近年の研究は、いくつかの構成層が水溶性である、有機電子機器及び生物有機電子機器の形態を説明している。（１．Ｂｅｔｔｉｎｇｅｒ，Ｃ．Ｊ．及びＢａｏ，Ｚ．「Ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｏｎ  ｒｅｓｏｒｂａｂｌｅ，ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ．」Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．２２，６５１−６５５（２０１０）、２．Ｉｒｉｍｉａ−Ｖｌａｄｕ，Ｍ．ら「Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ａｎｄ  ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ．」Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２０，４０６９−４０７６（２０１０）、３．Ｌｅｇｎａｎｉ，Ｃ．ら「Ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｓ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｆｏｒ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ．」Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ５１７，１０１６−１０２０（２００８））。これらの材料の一部は、本明細書において説明される材料に対して補完的である可能性があるが、それらにより可能となるデバイスの適度な性能及び不確かな信頼性により、以下に論じるような多数の興味深い適用が妨げられることになる。
【０３３８】
[00468]シルクプラットフォーム及びシルクパッケージと共に使用することにより、例外的な高性能を有する完全遷移形態の電子機器をもたらすことが可能な機能材料セットを、説明する。電極及び相互接続部について、Ｍｇの薄膜は、水と自発反応することによりＭｇ（ＯＨ）２を形成し、これが環境的に及び生物学的に悪影響を及ぼさないものであるため、優れた選択肢に相当する。（Ｍｇは、いくつかの種類の再吸収性血管内ステントにおける構造材料として使用される。Ｗｉｔｔｅ，Ｆ．「Ｔｈｅ  ｈｉｓｔｏｒｙ  ｏｆ  ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ｉｍｐｌａｎｔｓ．」Ａｃｔａ  Ｂｉｏｍａｔｅｒ．６，１６８０−１６９２（２０１０）。）さらに、Ｍｇは、高い導電率（２．３×１０５Ｓ／ｃｍ、Ａｕの約１／２）を有し、機械靱性を有し、気相成長の利用により容易な処理が可能である。Ｍｇの加水分解は、中間生成物としてＭｇＯを伴うため、この酸化物は、層間誘電体用の自然発生的なオプションとなる。
【０３３９】
[00469]半導体について、シリコン自体は、加水分解を受けることによりオルトケイ酸（Ｓｉ（ＯＨ）４）を形成するため、興味深い候補となる。（Ｊ．Ｄ．Ｒｉｍｓｔｉｄｔ，Ｈ．Ｌ．Ｂａｒｎｅｓ，「Ｇｅｏｃｈｉｍ．Ｃｏｓｍｏｃｈｉｍ．Ａｃ．」４４，１６８３（１９８０）。）難点は、関連する反応速度が例外的に低く、拡散定数及び速度定数の文献によるパラメータを使用した場合に（Ｈ．Ｓｅｉｄｅｌ，Ｌ．Ｃｓｅｐｒｅｇｉ，Ａ．Ｈｅｕｂｅｒｇｅｒ，Ｈ．Ｂａｕｍｇａｒｔｅｌ，Ｊ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．」Ｓｏｃ．１３７，３６１２（１９９０））、ダイス状集積回路の寸法（約１２ｍｍ×約１２ｍｍ×約７００μｍ）に相当する寸法を有するシリコン片は、溶解するために約６００年超の時間を必要とし、溶解限界を回避するためには約８Ｌの水を必要とすることになると推定され得る点である。しかし、重要な見通しは、ＭＯＳＦＥＴなどのデバイスが、電界輸送の界面性質により極めて薄い形態のシリコンで良好に動作し得る点である。上記で考察した集積回路の横寸法と同様の横寸法を有し、しかし厚さは３５ｎｍである、シリコンのナノ膜（Ｓｉ  ＮＭ）は、約０．４ｍＬという少量の水の中で約１０日後に溶解する。実験結果が、この結論を支持する。したがって、この形態のシリコンは、再吸収性半導体として使用することが可能である。同様に重要なこととして、薄いＳｉＯ２は、同様の化学反応により再吸収が可能であり、そのため、Ｓｉ  ＮＭ  ＭＯＳＦＥＴにおいて使用する場合に優れたゲート誘電体を実現する。さらに、Ｓｉ及びＳｉＯ２は、共に、生体適合性及び生態学的適合性を有するため、多孔性シリコン体を薬物送達ビヒクルとして使用することが、前者の証明となる。（１．Ｐａｒｋ，Ｊ．−Ｈ．ら「Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｐｏｒｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｆｏｒ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．」Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒ．８，３３１−３３６（２００９）、２．Ｔｒｅｗｙｎ，Ｂ．Ｇ．ら「Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  ｓｉｌｉｃａ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｗｉｔｈ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ａｎｉｍａｌ  ｃｅｌｌ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ．」Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ  １３７，２３−２９（２００８））。
【０３４０】
[00470]シルクを含むこれらの材料の全てを基板及び封入材として集合的に展開することにより、様々なデバイス層の厚さ及び成分を選択することによって調節することが可能な速度で完全に再吸収され得る集積回路が得られる。図３ｃは、いずれもシルクの薄膜上に存在する、Ｓｉ  ＮＭ  ＭＯＳＦＥＴ、Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇコンデンサ、Ｍｇインダクタ、及びＳｉ  ＮＭダイオードを含む多用な能動構成要素及び受動構成要素を備える、実例プラットフォームを示す。ソース、ドレイン、及びゲートについてはＭｇ電極（厚さ約２５０ｎｍ）を、ゲート誘電体（厚さ１００〜１５０ｎｍ）についてはＭｇＯ及び／又はＳｉＯ２を、並びに半導体としてＳｉ  ＮＭ（厚さ３００ｎｍ）を有するＭＯＳＦＥＴにおいては、５６０ｃｍ２／Ｖｓの飽和移動度及び６６０ｃｍ２／Ｖｓの線形領域移動度、＞１０５のオン／オフ比、１６０ｍＶ／ｄｅｃ（Ｖｄ＝０．１Ｖにて）のしきい値下勾配、並びに０．３４ｍＡ／ｍｍ（Ｖｇ＝５Ｖにて）の幅正規化電流出力を含む、優れた特性が可能となる。これらの特徴は、シリコンウェーハ上に形成された同様のクリティカルディメンジョンを有する同等物の特徴と同等となるため、有利である。複数のかかるデバイスを組み合わせることにより、集積回路への道筋が与えられる。
【０３４１】
[00471]一連の相関的な科学的課題が、再吸収性電子機器、及びこの新種の技術に支持され得る複数の用途の土台となり得る。この実施例は、材料及び材料界面、デバイス工学及び回路工学、製造技術、並びに予測理論モデリングを説明する。この知識の組合せにより、機能的実証機は、これらの構成要素の拡張性のある生産のための経路の確立に向かう重要なステップとして見なされる。この成果は、分子レベル溶解又は化学反応により完全に消滅する生体内吸収性デバイス及び生態学的吸収性デバイスに対して強調が置かれた、再吸収性電子機器の科学的知識及び工学的知識の完全な土台となる。以下の小節は、３つの可能化構成要素を、すなわち材料、製造、及びモデリングを説明する。
再吸収性電子機器用の材料
【０３４２】
[00472]材料に関する調査は、再吸収性電子機器技術の開発にとって極めて重要である。半導体、導体、ゲート誘電体、層間誘電体、封入層、及び基板は、既述の成果のための土台としての役割を果たす。ある重要な所見によれば、ドープされたＳｉ  ＮＭ及びドープされないＳｉ  ＮＭは、加水分解により生物学的に及び環境的に悪影響を及ぼさない形で化学的に変化する。本明細書において説明される本発明の実施形態は、この事実を利用することにより、完全生体内吸収性／生態学的吸収性電子機器技術のための他の種類の材料を展開する。この研究は、導体のための先端材料、すなわち誘電体の基本的側面に対処することにより、それらの再吸収時間にわたる制御を可能にする。この場合に、実際の適用は、数分〜数か月の間に及ぶ時間を必要とし得る。研究の第１段階は、各材料及びそれらの界面を理解及び制御することに焦点が置かれる。第２段階においては、パターニングされた多層構成へとそれらを集合的に一体化することにより、結果的に得られる構造の再吸収時間の総計が規定される点が調査される。この時間の全体にわたり、本研究は、所望の挙動を有するデバイス及び回路を展開するための製造努力と密接な繋がりを有する。
【０３４３】
[00473]再吸収性導体−Ｍｇが、起点として使用される。再吸収性血管内ステント用の構造材料としてのＭｇに関する過去の成果が動機となり、少量（一般的には約１０重量％）のＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、及び希土類材料［３］により生成される、ほぼ三成分系のＭｇ合金の調査が実施される。これらの合金の電気特性及び再吸収速度が、電気的研究、化学的研究、及び形態学的研究の組合せにより調査される。例えば、研究される一例においては、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金が、純Ｍｇのほぼ２倍のバルク抵抗性を有する（３％アルミニウム、１％亜鉛を含む）が、バルク膜及び薄膜の溶解速度はいずれも、著しくより低い（ｐＨの生理学的及び環境的な相対範囲において１／４もの低さ）。一般的には、アルミニウム濃度がより高いことにより、バルク分解速度は低速化する（例えばＡＺ６１又はＡＺ９１）。再吸収が低速であることは、生物学的システム（例えば生体内吸収性電気生理学的モニタ）又は水性感知環境（例えば生態学的吸収性センサ）中の電極間において連続接触を必要とする種類のデバイスにとっては、特に重要となり得る。かかる目的のために、Ｗが、再吸収性塞栓形成コイルにおいて先に使用されているため、関心対象となり得る。この場合に、Ｗは、公開済みの研究において示されるように、Ｍｇ又はＭｇ合金の再吸収速度よりもはるかに遅い、（加水分解の結果としてタングステン酸を形成するための）再吸収速度を示す。Ｗ塞栓形成コイルのｉｎ  ｖｉｖｏ研究は、再吸収時の血清タングステンレベルの上昇を示唆するが、いかなる生物学的有害反応も伴わない［６］。Ｗのバルク抵抗は、Ｍｇと酷似する（５×１０−８Ωｍ対４．４×１０−８Ωｍ）。例えばキャップ層などとしてのＷをＭｇと組み合わせることが、さらなる工学設計オプションとして可能である。
【０３４４】
[00474]第３の金属は、Ｆｅであり、これは、Ｍｇと同様に、ステント用の生物分解性材料として関心を集めてきた。鉄は、水中において、はじめは酸化によって、次いでｐＨに応じてＦｅ２＋又はＦｅ３＋への溶解によって再吸収される。ｉｎ  ｖｉｔｒｏ試験は、Ｆｅの分解速度がＭｇの分解速度よりもはるかに低いことを示唆する。他方において、ｉｎ  ｖｉｖｏ分解速度は、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ研究により予測される速度よりもはるかに遅い［８］。この差は、体内のリン酸イオンとの反応により形成され得る鉄リン化物などのいくつかの不溶性化合物による鉄表面の不活性化に起因するものであった。Ｍｇ、Ｍｇ合金、Ｗ、及びＦｅの何らかの組合せが、再吸収性電子機器内の導体にとって必要な能力の全てをおそらく実現する。
【０３４５】
[00475]再吸収性誘電体−ＭＯＳＦＥＴにおけるゲート誘電体及び集積回路における層間誘電体については、ＳｉＯ２及びＭｇＯは、全ての要件を満足する強力な可能性を有する。モデリングに対する比較によるこれらのシステムにおける分解速度及び反応速度論の詳細な研究により、重要な情報が得られる。以下に説明する技術を利用した追加的処理を可能にするために、有機変性シリカ材料と、層間誘電体としてだけではなくゲート絶縁体としての役割を果たす可能性を有するそれらの能力とに対する、ゾルゲルによる道筋が調査される。Ｗなどの金属及びシルクなどの生物ポリマーを含む、単層構成又は多層構成におけるこれらの材料は、再吸収速度全体を制御するために封入材として使用することが可能である。これらのオプションが、形態学及び界面の高解像度電子顕微鏡研究により、種々のスタック設計についての水浸透速度の測定に重点を置きつつ調査される。
再吸収性機能基板及び再吸収性コーティング
【０３４６】
[00476]材料選択の根本的理由−上述の金属、誘電体、及び半導体との間で適合性を有する有機材料及び生物有機材料は、基板及び封入材のための優れた候補に相当する。シルクは、生物学的特性、物理特性、及び電子特性の好適な組合せと、先端製造に対する適合性とを有することにより、再吸収性電子機器にとって独自の適性を有する生物材料である。シルクは、単純な水ベース処理により薄く平滑な可撓性シートとして高い費用対効果で純化及び製造することが可能な、広く入手可能な日用的布帛である。シルクの固有の表面化学的性質及び平滑な形態構造により、さらに単純な修正により（例えば、カルボジイミド、ストレプトアビジン−ビオチン結合、ジアゾニウム反応、並びに鋳造温度及び湿度の制御など）界面を最適化することが可能な、金属（例えば、金、鉄、その他）の強力接着が可能となる。シルクは、タンパク質の疎水性及び物理的に架橋されたネットワークへのその自己集合性により、強靭で強力な材料を形成する。架橋密度を制御することにより、フィルムを、被制御速度（数分〜数年）で溶解するように形成することが可能となり、感知用の生体分子及び他の関心標的を組み込む及び安定化させるように設計することが可能となる。コラーゲン、ＰＬＧＡ、及びＰＬＡなどの各代替物は、これらの特徴の一部のみを提供する。例としては、コラーゲンは、変性を被りやすく、水和時に膨張する傾向があり、金属との間に靱性界面を実現することができない。ＰＬＧＡは、同様の欠点を有し、また、有機溶剤中で処理されなければならないため、いくつかの処理オプション及び生物学的活性化合物との組合せ可能性が除外される。キトサン／キチン質、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、及びケラチンを含む、他のあまり一般的には研究されないオプションは、処理が困難であり、材料特性及びその結果としてのそれらの分解／再吸収性を制御する可能性が制限される。
【０３４７】
[00477]シルクフィルム形成及び再吸収の研究−シルクフィルム形成時に発生する液体−固体間遷移、並びに、関連するシルクタンパク質自己集合性、結晶化、処理化学反応、及び方法は、再吸収性デバイスの作製にとって根本的な重要度を有する。シルク材料は、酵素により分解されるため、予測可能な寿命及び材料終末の制御が可能となる。したがって、シルクは、本質的に再吸収性を有する基板材料として、又は他の再吸収性材料（例えばＭｇ）の反応速度論を制御するためのオーバーコート若しくは封入材としての両方の役割を果たすことが可能である。これにより、プログラム可能な再吸収性のために「内部クロック」、「タイマー」又は「スイッチ」（例えば時間放出カプセル及び製剤に類似のもの）として機能する層構造を形成することが可能となる。
【０３４８】
[00478]この研究により、再吸収性電子デバイス用のシルク基板を展開するための知識的土台が確立される。特に、シルクフィルム及びシルクコーティングを後処理することによりそれらの再吸収速度（水又は酵素のいずれかの存在下における）を制御するための種々の形態を調査する。かかる材料の溶解速度（即座〜数年）は、材料処理時に結晶度（βシート含有量）を導入することにより、制御される［３］。これらの基礎的研究により、材料基板製造用の処理パラメータのセットが得られる。実験的アプローチは、フィルム及びコーティングの形成に使用され、次いでフィルム／コーティングの最終結晶状態を制御するために後処理され、それによりその再吸収速度が決定される、シルク溶液の調製及び特徴付けを含む。
【０３４９】
[00479]シルクフィルム及びシルクコーティングの組立てと再吸収との間には、未調査の多大な関係性が存在する。この関係性を解明するために、現行のアプローチは、フィブロイン抽出プロセスにおけるパラメータ（煮沸時間、ｐＨ、及び処理時間の変更）と、様々な濃度による水ベースシルク溶液のその後の生成とを調節することによる、シルク溶液製剤の変更を伴う。生成されたシルクシートの組織分析により、後処理温度の、追加溶媒（例えばメタノール、ＨＦＩＰ）の、環境湿度範囲（さらにβシート含有量に相関づけられる乾燥フィルムの水含有量を決定する）の、並びにシルクフィルムの形成（βシート形成も含む）時にシルクフィルムに対して印加される応力及び歪みの、役割が解明される。フィルムの構造評価を、診断群（例えば、ＡＦＭ、ＦＴＩＲ、Ｘ線、及び低温ＴＥＭ）により実施する。これらの研究により、電子界面に適切な基板を生成し、基板材料の再吸収速度の事前規定及び可制御性を実現するために必要とされる、適切なパラメータの組合せに関する情報が提供される。
【０３５０】
[00480]また、これらの生体内吸収性基板を、電気的及び電気界面的観点からも評価する。種々のフィルムの測定を実施することにより、誘電率、破壊しきい値、及び抵抗などの基礎パラメータを決定する。界面特性は、電子デバイスアセンブリの組立てにとって特に重要となる。それぞれ異なるように形成されたフィルムとＭｇ及びＭｇＯとの間の界面特性を、それらの熱特性（熱伝導率、界面カピッツァ抵抗）又はバルク特性（いくつか例を挙げると、イオン性不純物レベル、並びにそれらの移動度、水揚げ、気体／液体透過度）と共に研究する。
【０３５１】
[00481]機能化再吸収性材料−シルク溶液にドーパントを添加することによる基板の修正が、これらの研究をさらに構成する。この追加的な自由度により、基板の物理的パラメータを変更するためのオプションが与えられる（例えば、導電率の強化又は生物学的一体化のための治療法の導入など）。周囲環境及び材料パラメータ（例えば、弾性、分解性、界面、水含有量など）との関連におけるシルクシステム中に埋入された生化学ドーパントの効果と、再吸収速度並びにＭｇ及びＭｇＯとの界面に対するそれらの効果とが、評価される。シルクは、生物学的関連染料（フルオレシン、ローズベンガル、ローダミン）、タンパク質ベースバイオドーパント（リフレクチン、バクテリオロドプシン、ヘモグロビン、ポルフィリン）、又は化学変性されたもの（ＧＦＰ、アゾベンゼン）で、ドープされる。ドープされた再吸収性基板は、上述の処理及び診断と同一のものを利用して準備及び評価される。結果は、同一処理条件下で非ドープフィルムにより得られた所見と直接的に比較される。
再吸収性電子機器の製造方法
【０３５２】
[00482]低コスト製造は、動作寿命（及び物理的寿命）が本質的に有限であることにより、現実的な再吸収性電子機器技術にとって極めて重要な要件である。半導体産業において使用されるプロセスは、適用不可能となる。その理由は、それらのプロセスは、不適合なコスト構造を有し、また、多くの再吸収性材料は、確立された溶媒、フォトレジスト、現像液、露光技術、及びエッチング方法との間に適合性を有さないからである。この研究は、２つの主要なステップを、すなわち、（１）転写印刷により、Ｓｉ  ＮＭでの製造を、及び最終的には既存のファウンドリソースから得られる部分的に形成されたデバイスサブ構成要素を再吸収性基板と一体化するのを可能にするステップと、（２）電気流体力学ジェット（ｅジェット）印刷することにより、再吸収性の相互接続部、層間誘電体、及び機能システム用の封入材／パッケージを確立するステップとを伴う、製造ストラテジを展開する。第１段階は、これらの２つの可能性の個別の展開に焦点を置く。第２段階は、それらの相互間における一体化を伴い、また、以下に説明する実証試験機において小規模で実証される連続製造プロセスへのより従来的な方法の利用を伴う。
【０３５３】
[00483]マイクロ転写印刷−第１のステップについては、マイクロ転写印刷（μＴＰ）［１］技術が、高速ロールツーロール製造モードでこの技術を実現する目的と共に利用される。このμＴＰプロセスは、軟質のエラストマースタンプを使用して、「インク付け」ステップにおいてはソース基板から製造された固体材料マイクロ／ナノ構造を引き上げ、次いで「印刷」ステップにおいては標的基板上にこれらの材料を配置する。スタンプ表面における接着強度を制御するための最適化されたストラテジにより（すなわち、インク付ステップにおいては強く、印刷ステップにおいては弱い）、手順全体が、高い歩留り（＞９９．９％）及び配置精度（＜１μｍ）を可能にするように自動化され得る。図４５は、代表的な印刷結果の画像、及びこのプロセス用の再吸収性受け基板としての大型シルクシートの画像を示す。上述の及び図３ｃに示す研究は、このタイプのストラテジが、再吸収性電子機器の作製のためにＳｉ  ＮＭと共にどのように使用され得るかを示す。このプロセスの重要な特徴は、シリコンウェーハ状の密集レイアウトにおいて形成されたＳｉ  ＮＭが、システム要件に合致するエリア範囲内における標的基板に対して引き戻される及び送達されることが可能となる点である。これが可能であることは、効率的な材料使用及び低コストにとって必須となる。
【０３５４】
[00484]この研究は、高速連続ローラ印刷モードにおいてμＴＰを利用するための新たな基本的及び工学的な知識を展開する。特に、結合強度が、有角レリーフを有する特殊設計されたスタンプとソース基板との間の界面において印加される力の方向によって決定される、弱いファンデルワールス接着の物理的性質が、調査される。このアプローチは、２つの理由により魅力的なものとなっている。第１に、有角ジオメトリにより、引き離し力の強化が可能となる。この物理的性質は、次章で説明されるＣＯＭＳ構造の例と同様に、大きな力がμＴＰの連結プロセスにおいて材料／デバイスを引き戻すために必要とされる場合に、重要となる。第２に、方向依存接着が、円筒状支持体の周囲に巻き付けられた薄いスタンプにおいて利用されることにより、連続的なローラ印刷モードにおける高速動作が可能となり得る。ローラスタンプが、一方の側ではデバイス／構造を引き戻し、他方の側では標的基板に対してデバイス／構造を送達する方式が、連続的に可能となる。転動方向に対して直角方向にソース基板を定期的に割り送り、ソース基板をその開始点に並進移動させて戻すことにより、ソース上の全ての材料が消費されるまで、インク付けプロセスを各領域において行うことが可能となる。必要に応じて、新たなソース基板を挿入し得る。
【０３５５】
[00485]接着の方向依存性及び全体強度の両方の基本的側面の理解は、本目的でのそれらの工学設計された利用を可能にすることにとって極めて重要である。重要な物理的性質は、界面剥離の力学モデルによって解析され得る。この場合に、非対称引き離し力により、ひび割れの形成を助長する界面せん断を発生させる曲げモーメントが結果的に得られる。これらの条件の評価により、種々の構成のシルク基板による実験測定値に結び付けるために、臨界引き離し力を分析的に導き出すことが可能となる。これらのタイプのモデルは、ローラスタンプの工学的実装のみならず、材料及びレリーフジオメトリの最適化並びにシルクの選択をも案内する役割を果たす。このスタンプについては、有角ポスト構造に対して凹状レリーフ特徴を加えることにより、応力集中点をエッジから離れる方向に及び接触エリアの内側にシフトすることによって、接着が劇的に強化され得る。これらの効果は、スタンプ及び受けシルク基板の両方における粘弾性の影響、物理的架橋、及び関連するパラメータと共に、科学的研究及び工学的研究の組合せにおいて調査される。
【０３５６】
[00486]シリコンファウンドリデバイスから再吸収性電子機器へ−ウェーハ由来の及びμＴＰにより組み立てられるＳｉ  ＮＭを使用する方式は、上記に示した結果によれば、再吸収性電子機器への実現可能な道筋をもたらすが、これらは、以下の２つの理由、すなわち、（１）これらの方式は、デバイス処理と、再吸収性基板上に画すべきクリティカルフィーチャとを必要とする点、及び（２）これらの方式は、シリコン集積回路の製造用の確立された基盤を利用することができない点から、理想的なものではない。この第１の理由は、シルク基板との適合性のための要件により課せられる処理オプションにおける複数の制約によって、実現可能な機能における性能及び高度化レベルに対して影響を及ぼす。また、第２の理由は、再吸収性デバイス用に特に構成された別個のファウンドリネットワークの確立が必要となるため、コストを、及び環境的影響を実質的に上昇させる。この研究は、特殊設計されたファウンドリで処理されたウェーハを再吸収性システム用の構成要素構成ブロックのソースへと変換する道筋を与えることによって、これらの２つの制約に対処する。μＴＰは、Ｓｉ  ＮＭだけではなく、ファウンドリで処理されたウェーハ由来の完全処理済み原型物又は小回路素子を処理するための手段として利用される。
【０３５７】
[00487]主要な難題は、本目的に対してファウンドリ適合レイアウト及び入手可能な材料セットを適合化させることである。予備的所見から、生体適合性の及び環境的に優しい再吸収性のものとしてＳｉ及びＳｉＯ２が確定されるが、市販の集積回路中のいかなる他の材料も、かかる特徴を有さない。１つの解決策は、複雑さが低く抑えられμＴＰに適した構成を有するレイアウトにおいて、超薄型本体シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板上のファウンドリ集積回路及び原型物をソースとすることである。ファウンドリの外部にて実施され得る適度な個数の追加ステップにより、金属層がＭｇなどの再吸収性導体に置換される。ここでは、レイアウトにより、スタック全体にわたる金属被覆へのアクセス、金属被覆の除去、及び再吸収性導体との後の交換が可能となり、シリコンの横方向形成、ドープ領域、ゲート誘電体、及び層間誘電体は、ファウンドリ側の能力の活用のために、変更されない。この材料交換のための方式は、ＳＯＩ基板上の埋入した酸化物（ＢＯＸ）を除去してμＴＰ用の構成要素を準備するための道筋に沿って、展開される。第１の点は、ウェットエッチング技術及びドライエッチング技術の組合せの利用により達成され得る。第２の難問に対する対処は、ＢＯＸの除去後に下層ウェーハに対して構成要素を繋ぐ方策的構造（すなわちアンカ）の破壊力学の慎重な研究を必要とする。有角スタンプ設計及び適切に処理されたシルク基板により可能となる接着の強化によって、要件が緩和される。図４８は、ＳＯＩ上に形成され、次いでＢＯＸのエッチングによりリリースされる、非再吸収性Ｓｉ  ＣＭＯＳブロックにおけるあるタイプのアンカ設計のＳＥＭ画像を示す。
【０３５８】
[00488]電気流体力学（ｅジェット）印刷−前章で説明された種類の再吸収性構成要素を相互接続及び選択的に封入するための方式が、機能システムには必要となる。この解像度は、（再吸収性ＣＯＭＳ用の又はＳｉ  ＮＭ用の）ソースウェーハエリアの効率的な活用のために、各構成要素上に小さな接触パッドを与えるのに十分な高さでなければならない。電気流体力学的効果を利用することにより、印刷方法の付加的性質と、多様な材料インク及び基板に対する適合性とによって、高解像度ノズルの先端部高解像度ノズルの先端部に流体流を形成する印刷方法が、追究される。最も重要な以前の研究により、この物理的性質によって、従来のインクジェット技術で可能となる最高の解像度の１００倍超を上回るディープサブミクロン範囲（約１００ｎｍ）にまで拡張された液滴発生及び印刷の解像度が実現されることが実証される［３］。これらの特徴により、ｅジェットと呼ばれるこの方法は、再吸収性電子機器を製造するためのμＴＰに対する有力な補完となる。しかし、科学的側面及び工学的側面における２つの重大な欠点、すなわち、（１）解像度及び液滴配置が、基板の局所的電気特性により決定され得る点、並びに（２）スループットが、連続ローラ印刷モードでの複数の平行ノズルの使用を許容し得るシステムが存在しないことにより、制限される点が、解消されなければならない。第１の課題により、μＴＰによってシルクなどの絶縁基板に送達される再吸収性構成要素同士の間に相互接続線を確実に形成することが困難となる。特に、標的表面（すなわち金属、誘電体、半導体）の局所的電子特性の空間的多様性により、電界プロファイルが変化し、したがって液滴サイズ及び軌道が変化することによって、蓄積が困難となり得る。１つの解決策は、ノズルアセンブリ自体にリング形状対電極を組み込むｅジェットノズルの電磁モデル及び流れモデルの結合を展開することである。その結果、全ての駆動電界が基板から切り離されるように画されるシステムが得られる。誘電電流感知により、印刷プロセスに対するフィードバック制御を確立するための手段が実現される。
【０３５９】
[00489]第２の欠点は、線形アレイ中の隣接し合うノズル同士の間における静電結合を理解するために、上記の研究から明らかになるシミュレーション能力を拡張することによって対処される。このシミュレーションは、個別の調節マイクロプラットフォームにおいて各ノズルユニットを個別に移動させることによりある度合いの基板不整列を許容する能力を組み込む。これと類似のものが、印刷カートリッジ較正の調節のために従来のインクジェットプリンタにより使用されるテストパターンシーケンスとなる。１０〜２０個の異なるノズルが、下層基板の移動方向に対して正確な並進移動が可能な状態で、プリントヘッド全体に線形構成で組み込まれる。現行では５０ｋＨｚｍまで拡張される液滴発生速度において、この複数ノズル構成により、所要のスループットが実現される。難題は、十分なインテリジェンスが、各ユニットに局所的に組み込まれ、それにより、各ユニットが、自律要素として機能して、外部支援を用いることなくウェブ処理システム及びμＴＰモジュールと通信することによって自ユニットを較正する点である。上述の電流感知に基づくフィードバックストラテジと、μＴＰツール内のモニタリングシステムとが、展開される。この製造フローに関する重要な観点は、デバイスのクリティカルディメンジョン及び多くの例においては最も高い要求を課せられるフィーチャが、ファウンドリソース構成要素のレベルにおいて形成される点である。この状況により、ｅジェットシステムに対して必要とされるスループット及び解像度に対する要求が緩和されるが、この場合でも、小型コンタクトパッドの使用が可能となることによりファウンドリ構成要素を活用して費用対効果を高めるためには、従来のインクジェット印刷で実現可能なフィーチャサイズ未満のフィーチャサイズが必要となる。
【０３６０】
[00490]しかし、最終的な商業製造においては、ｅジェットは、解像度、スループット、及び位置合わせ精度の最適なバランスを得るために、インクジェット及びスクリーン印刷などの他の方法と共に計画的に使用される可能性が高い。位置合わせマークを画するためのインプリント加工（従来の熱エンボス加工）の初期ステップを伴う、μＴＰ、ｅジェット、及びインクジェットを含む一体化された処理ラインが、予期される。上記で概要を示したように、これらの他の形態構造との間におけるシルクの確立された適合性は、このような方法におけるシルクの使用の批判的考察となる。このシーケンスにおいては、ｅジェット及びインクジェットにより形成されるパターンのみが、位置合わせを必要とする。ここで、光パターン認識システムが、μＴＰにより形成された構造とエンボス加工ステップにより画されたレリーフとの組合せを利用する。研究の初期段階は、μＴＰ及びｅジェットモジュールに対して焦点が置かれる。並行して、加算的パターニングモード（例えば、シルク、ゾルゲル材料）及び減算的パターニングモード（例えば、Ｍｇ、Ｗ）において材料と共にｅジェットを利用することが、確立される。集積は、以下に説明する回路試験機の作製に焦点を置く。
再吸収性電子機器用の計算設計ツール
【０３６１】
[00491]分析モデル及び計算モデルが、再吸収性電子機器の科学的知識及び工学的可能性の基礎を確立するために必要となる。従来の電子機器に対して使用される回路設計ツールは、動作側面の一部のみを捕捉するため、再吸収性設計の補間セットが、必要となる。材料、デバイス設計、及び製造される構造に基づく実験結果と直接的な繋がりを有する、材料レベル、デバイスレベル、及びシステムレベルでの再吸収性についての分析モデル及び計算モデルが、上記で説明される。第１段階は、上記で概要を説明した様々な材料の単層研究に基づく、モデルの確立及び実験検証に焦点を置く。次に、これらの材料の多層スタック、及びそれらの相互間における相互作用を研究する。最終モデルは、上述の技術を用いて製造された試験機において機能デバイスレベル及び機能システムレベルにおける再吸収性を捕捉する。
【０３６２】
[00492]再吸収性材料のモデリング−再吸収の反応速度論の分析研究は、反応拡散モデルを使用する。方程式（１）は、Ｓｉ中への水及び水酸化物の拡散に関するモデル及びいくつかの結果を示す。速度制限ステップは、再吸収性電子機器用の材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ、Ｍｇ、並びに、少量のＡｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒを含むＭｇ合金）中への水、水酸化物イオン、及び他の液体の拡散と、
【数４２】
2018032870.tif 000057
にしたがった、厚さ方向ｙ全体に及ぶ反応とにより規定される。ここで、Ｄは、水（又は他の液体）に関する拡散率であり、ｋは、再吸収性電子機器用の材料とリン酸塩緩衝溶液との間における反応定数であり、ｗは、水の濃度である。Ｓｉの溶解時に、以下の平衡関係が確立されることとなる：Ｓｉ＋４Ｈ２Ｏ＜−＞Ｓｉ（ＯＨ）＋２Ｈ２。ここで、中性オルトケイ酸は、拡散によりシリコン表面から出る。このモデルにおいては、Ｓｉナノ膜の初期厚さ（ｈ０）により正規化されるＳｉナノ膜の厚さｈは、正規化時間Ｄｔ／ｈ０２及び反応定数ｋｈ０２により、並びに水のモル質量Ｍ（Ｈ２Ｏ）、シリコンのモル質量Ｍ（Ｓｉ）、初期水濃度ｗ０、及びＳｉの質量密度ρＳｉにより決定される。これにより、水中におけるＳｉナノ膜の溶解に関するスケーリング則が、すなわち、
【数４３】
2018032870.tif 000058
が求められる。ここで、ｆは、無次元関数であり、
【数４４】
2018032870.tif 000059
の形をとる。
【０３６３】
[00493]図４（ｃ）は、体温（３７℃）での初期厚さｈ０＝３５ｎｍ、７０ｎｍ、及び１００ｎｍのＳｉ  ＮＭについての予備モデリング結果（曲線）を示し、それらの結果は、実験結果（点により図示）と十分に合致する。分析モデルは、材料の完全溶解時間の正確な予測をもたらす。かかるアプローチは、再吸収性電子機器用の他の材料へと拡張され得る。
【０３６４】
[00494]時間依存反応速度定数を用いた溶解モデルが、さらに展開される。多数の例において、正味反応についての反応定数は、時間の経過と共に減少し得る。また、この反応定数は、ｋ（ｔ）という一般形態をとる。反応拡散率の方程式の解は、
【数４５】
2018032870.tif 000060
として求められる。ここで、
【数４６】
2018032870.tif 000061
となる。Ｓｉナノ膜の厚さは、
【数４７】
2018032870.tif 000062
として求めることが可能である。
【０３６５】
[00495]１つの単純な例は、電気抵抗Ｒであり、これは、Ｒ＝Ｒ０（ｈ／ｈ０）−１により、その初期値Ｒ０及び現在厚さ対初期厚さの比ｈ／ｈ０に関連付けられる。図４（ｅ）は、抵抗変化に関するモデリング結果（曲線）が実験（点により図示）と十分に合致することを示す。同様の分析フレームワークは、再吸収性電子機器用の他の材料（例えばＦｅ及びＭｇ合金）における関連挙動を捕捉することが可能である。計算モデルは、溶解が複数の元素の反応拡散を伴うため、合金の溶解に関して展開される。この場合に、反応拡散方程式（１）は、各元素について
【数４８】
2018032870.tif 000063
となる。ここで、∇２は、ラプラス演算子である。この方程式は、数的に解が求められ、合金の界面にわたる連続条件により他の元素の反応拡散と結合される。さらに、Ｗキャップ層の効果が、数値解析により研究され得る。
【０３６６】
[00496]再吸収性誘電体及び再吸収性半導体については、モデリング研究は、厚さに対する臨界時間ｔｃがゼロに達するなどの、再吸収速度に焦点を置く。Ｓｉ  ＮＭについては、これは、
【数４９】
2018032870.tif 000064
として分析により求められる。これらの結果は、体温Ｔ＝３７℃においては、ｈ０＝３５ｎｍ、７０ｎｍ、及び１００ｎｍのそれぞれについて、ｔｃ＝１４日、１６日、及び１９日となる。
【０３６７】
[00497]再吸収性構成要素及び再吸収性デバイスのモデリング−Ｍｇの相互接続部などの再吸収性構成要素については、モデリングは、ＭｇＯ／Ｍｇ二重層の溶解により示されるような、電気特性及び再吸収速度に焦点を置く。Ｍｇについては、反応拡散方程式が、下部表面におけるゼロ水分流動条件を課せられる。ＭｇＯについては、反応方程式は、水／ＭｇＯ界面における一定の水濃度を課せられる。ＭｇＯ／Ｍｇ界面にわたり、水分子の濃度及び流動率は、連続的なものとなる。Ｍｇ及びＭｇＯについての結合された反応拡散方程式は、分析的に解が求められ、二重層デバイスの抵抗Ｒについても、同様となる。抵抗（ユニット長さ当たり）の結果は、１．０４／１．１５Ω／ｍｍの初期抵抗（単位長さ当たり）をそれぞれ有する４００／８００ｎｍのＭｇＯ封入厚さについての実験と十分に合致する。また、計算モデルが、デバイス用の材料の多層スタックを含む、特に構成要素及びデバイスの複雑なジオメトリに関する結合された反応拡散方程式を解くために展開される。
【０３６８】
[00498]開回路についての臨界時間ｔｃは、抵抗が無限に近づく場合に到達する。ＭｇＯ／Ｍｇ二重層については、この臨界時間は、分析により求められ、４００ｎｍ及び８００ｎｍの各ＭｇＯ封入厚さについて、３．５時間及び１３時間となり、これは、実験と適度に十分に一致する。構成要素及びデバイスと同様に複雑なジオメトリを有する多層材料については、計算モデルが展開され、多様な構成要素及びデバイスが評価される。また、計算モデルにより、デバイスの溶解についてのスケーリング則が求められる。これらのモデルの予測的利用は、ナノ膜デバイス設計及び薄膜デバイス設計の重要性を強調する。
【０３６９】
[00499]応力状態（例えば残留応力又は内部応力）の効果は、デバイスの溶解に影響を及ぼし得る。これは、材料及びデバイスの連続溶解が、それらの応力状態を変化させ、それがさらに溶解速度に影響を及ぼすことによる。これは、結合された応力拡散方程式を介して算出することが可能であり、これは、そのユーザサブルーチンによる有限要素プログラムＡＢＡＱＵＳを介して実施される。
【０３７０】
[00500]また、ＭｇＯ及び結晶化シルクの封入層を有する、Ｓｉ  ＮＭ、ＳｉＯ２誘電体、及びＭｇ電極と共に形成された金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が、研究される。これらのデバイスに関する実験は、それらの機能遷移における２段階の反応速度論を示す。特に、最大で約９０時間にわたる水中浸漬により、移動度、オン／オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）、及びしきい値電圧（Ｖｔｈ）などの重要なデバイス特徴において無視し得る程度の変化が引き起こされる。機能的分解が、この安定動作期間後の比較的短い時間間隔において発生する。封入層が、第１の時間スケールを規定し、Ｍｇ電極が、第２の時間スケールを規定する。これらの挙動は、デバイスにおいて能動的役割を果たさない封入層が、システムレベル機能又はデバイスレベル機能から切り離された形で遷移時間を規定するために使用され得ることを実証するために重要となる分析モデル及び計算モデルによって、詳細に研究される。種々のデバイスタイプにより、それぞれ異なる厚さを有するＳｉ  ＮＭが必要とされるが、Ｍｇ層及び封入層は、ここで調査された実施例については、機能遷移の時間スケールの決定において主要な役割を果たす。
【０３７１】
[00501]再吸収性電子システムのモデリング−再吸収性材料及び再吸収性デバイスについての分析モデル及び計算モデルは、システムレベルにおいて統合されることにより、従来の電子機器の回路設計に現行で使用されるものと同様の、再吸収性電子機器の設計、製造、及び動作用のＣＡＤツールを提供する。計算（又は分析）モジュールは、各タイプのデバイスに対して展開される。各モジュールは、応力と拡散との間における相互作用を含む。全てのモジュールが、共に統合及び結合されることにより、以下のもの、すなわち（１）デバイスレベル及びシステムレベルにおける重要な特性（例えば電気抵抗）の時間依存性、並びに（２）各デバイスの溶解及びシステム全体の溶解についての臨界時間を含む、システムレベルにおける重要な挙動及び特性が予測される。臨界時間は、シルクなどのデバイス用の封入層を使用することにより、能動的に制御することが可能である。シルクは、この目的に対して魅力的なものである。その理由は、水中におけるシルクの可溶性は、結晶度の制御によって数桁にわたってプログラムでき得るからである。
一体化された実証機に関する調査
【０３７２】
[00502]この研究の焦点は、様々な種類の再吸収性電子機器についての科学的知識及び工学的コンセプトの展開に置かれる。一方はデジタル電子機器であり、他方はアナログ電子機器である、２つの特定の一体化された実証機を追究する。前者は、４ビット列デコーダであり、インバータの出力がＮＯＲゲート用の入力の中の１つとしての役割を果たす、４つのインバータ及びＮＯＲアレイ中に８８個のトランジスタを組み込む。（回路図については図７９を参照）。後者は、７段ＣＭＯＳリング発振器のセットであり、ＶＬＦ帯からＶＨＦ帯の高周波動作に対応する１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの動作周波数を有する。これらの２つの回路実証機は、上述の材料、製造アプローチ、及び再吸収性構造モデルを使用して作製される。回路レベル電子特性及び再吸収挙動の両方が、定量的に研究され、理論的予測と比較される。
実施例９
【０３７３】
[00503]この実施例は、制御された態様で経時的に徐々に消失し得る新たなシリコンベース電子機器技術を確立する［１］。この意味において「遷移的」であるデバイスは、医療的に有用な時間フレームにわたり存在するが次いで身体による再吸収によって完全に溶解し消滅する能動インプラント、又は回収の回避を目的として消滅する現場配置可能型ビーコンなどの、従来の電子機器では対応できなかった用途上の可能性をもたらす。近年の研究は、このタイプの相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電子機器用の材料、構成要素、理論設計ツール、及び製造アプローチの包括セットを、複数の異なる種類のセンサ及びアクチュエータ、電源用の２つのオプション、並びに無線制御ストラテジと共に実証してきた。抗生物質抵抗性細菌により引き起こされる手術部位感染の難問に対応するために、植え込み可能な態様で温熱療法を提供することが可能な遷移シリコンデバイスと、動物モデルにおけるその実例により、この技術のシステムレベルの例が説明される［１］。完全遷移ＲＦスカベンジングデバイス及び部分遷移無線送信機は、多数の軍用用途に関係のある基本構成ブロックを実現することが可能であることを示す。
【０３７４】
[00504]この研究は、（ａ）全ての構成要素が遷移性（及び／又は崩壊性）を有するシステムを設計するための材料及び製造ツールボックスと、（ｂ）より高い集積レベル（すなわち数個の別個の構成要素回路を上回る）を実現する能力と、（ｃ）特に大面積システム／回路及び非水性条件に対して遷移を誘発するための可能なメカニズムとを拡張するという目的を有しつつ、遷移電子機器に関する以前の結果を基礎とする。これらの行為は、（１）Ｓｉに対して補完的である遷移半導体としてのＺｎＯ及び機能基板としてのシルク化合物の展開と、（２）高集積度Ｓｉ繊維電子機器へのファウンドリベースの道筋の確立と、（３）遷移を制御及び誘発するための複数の新たなメカニズムに関する調査努力と、（４）高い高度に位置する航空機からの落下時にパルス遷移することが可能なＲＦビーコンから構成される作動実証デバイスとを伴う。
遷移半導体としてのＺｎＯ
【０３７５】
[00505]上述の遷移電子機器技術の土台は、２つの決定的な能力を、すなわち、（１）圧電構成要素及び光電子構成要素への道筋、並びに（２）プログラムすなわち「誘発」される遷移に対する低電力スキームを欠損している。この研究は、これらの２つの課題に対処する。加水分解により遷移が影響を被る水溶性半導体としてのＺｎＯの使用が、調査される。ＺｎＯの大きな直接禁止帯及び強力な圧電応答により、ＺｎＯは、機械エネルギーハーベスタ、発光ダイオード、及び透明導体において適用される場合に、Ｓｉに対する有用な補完となる。先述の研究は、ＺｎＯが、水溶性であり［３、４］生体適合性である［５］ことと、様々な半導体デバイスにおいて使用され得ることとを実証する。本明細書においては、ＺｎＯを他の水溶性材料（例えば、Ｍｇ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、シルク）と組み合わせることにより、完全に遷移する構成要素を生み出すことに努力の焦点が置かれる。
【０３７６】
[00506]２つの構成要素を追及する。第１の構成要素は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。過去の研究により、３つの方法、すなわち分子ビームエピタキシ方法、スパッタリング方法、及びゾルゲル／溶液方法の中の１つにおいて堆積されたＺｎＯを使用した透明ＴＦＴが実証されている。ＺｎＯの電気特性及び半導体特性（移動度、抵抗、キャリア濃度、等々）は、マイクロ構造、特に粒径により決定される［６］。粒径は、高温での堆積により［７］、アニーリングプロセス時の結晶成長により［８、９］、又はスパッタリング圧力の調節により［１０、１１］工学設計することが可能である。また、アニーリングプロセスは、ドーパント活性化を補助することが可能である［１２］。また、電気特性は、スパッタリング時にＯ２を添加することにより調節することが可能である［１３］が、ＴＦＴは、Ａｒのみにおけるスパッタリングによっても依然として製造し得る。
【０３７７】
[00507]可撓性ＺｎＯ  ＴＦＴは、室温でのスパッタリングによりプラスチック基板上に形成され、その後、低温アニーリングを受けるか又はアニーリングを全く受けないことが可能である［１４、１５］。このタイプの上部ゲートＴＦＴ及び下部ゲートＴＦＴが、共に可能であるが、後者の設計が、より一般的である［１３］。このレイアウトは、ゲート電極としての高ドープされた転写印刷シリコンナノ膜、及びゲート誘電体としてのＰＥＣＶＤにより堆積されたＳｉＯ２層と共に利用される。アニーリングを伴わないＺｎＯの低温スパッタリングにより、チャネルを形成し、Ｍｇソース電極及びＭｇドレイン電極が、遷移シリコンデバイス用に展開された方法を利用して堆積される。ＺｎＯをパターニングするための典型的なエッチング方法は、シルクとの適合性がないが、２つの方策、すなわち（１）精密シャドーマスクを使用したシルク上への直接的な全ての添加物処理と、（２）最終ステップとしての、シルクに対する転写印刷に適合性を有するリリース可能フォーマットにおけるシリコン基板上への完全な製造とによる、この制約の回避が、追究される。
【０３７８】
[00508]電気特性は、水中への浸漬による遷移の前後に測定される。文献内に報告されるＺｎＯ  ＴＦＴの特性は、非常に多様である。オン／オフ比は、一般的には１０３〜１０５の間である。デバイス移動度は、マイクロ構造、チャネルジオメトリ、及び処理条件に大きく左右される。報告されている値は、０．０２ｃｍ２／（Ｖｓ）〜４ｃｍ２／（Ｖｓ）の間である。遷移ＺｎＯデバイスの開発は、多くの新たな問題を孕むため、性能目標は、非遷移型のものについて報告されている境界値の間に、すなわちオン／オフ比については１０４及び移動度については０．５ｃｍ２／（Ｖｓ）になる。
誘発遷移用のシルク複合材料
【０３７９】
[00509]シルクの遷移は、シルクの結晶構造内に存在する物理的架橋に基づく。溶解の制御及びモードに関してより高い自由度を与えるために、種々の変遷様式を可能にするシルク複合材料を調査する。繊維電子機器構成ブロックと連結されることとなる材料ツールキットが、展開される。シルクを完成させるためのこのキットの重要な構成要素は、
コラーゲン／ゼラチン、ヒアルロン酸、すなわち、以前の研究に基づき安定的且つ高い靱性の混合物を形成する、シルクと共に混合（通常は約２０重量％というかなりの割合で）するためのポリマー（医学関連の）。また、これは、より高い可撓性のシルク基板を生成する。
安定的なプロテアーゼ粒子、すなわちシルク及びコラーゲン／ゼラチンを分解するためのプロテアーゼが、確立されたプロトコールの使用によりシルクマイクロポケット及びナノポケット内に封鎖され得る。また、その一方で、酵素が、小分子の抑制剤又は抗体と共に錯体を形成することにより、放出されるまで活性を阻止する。活性酵素の放出は、熱又は圧力により実現され得る。例えば、局所加熱時に、酵素が、抑制剤に対する酵素の分離により活性化され得る。同様に、ヒアルロン酸については、ヒアルロン酸分解酵素が、プロテアーゼとは対照的に放出されることとなる。
プロテアーゼ抑制剤、すなわちＥＤＴＡ又は抗体などの抑制剤が、シルク材料に対して局所的に結合されることにより、必要な場合に材料中に安定性のより高い領域を形成することが可能であり、その一方で、他の領域は、マトリクスの急速な分解のために酵素（その放出時に）に対してさらされた状態に留められる。これは、材料の選択領域における分解を制御するために同調可能な特徴である。
温度、ｐＨ、圧力、及び他の外部因子に対して反応するエラスチンコポリマーが、エラスチンの液滴形成及びしたがって分解酵素などの成分の放出を結果的にもたらすために、使用され得る。
熱又はｐＨの変化に対して反応するプロテアーゼ、すなわち、好熱性酵素、ｐＨ耐性酵素、特定の温度で活性化される抗体結合酵素。
【０３８０】
[00510]試験材料セットが、生成され、以下に概要が示されるような機能及び種々の遷移モードに関して評価される。
遷移回路に対するＣＭＯＳファウンドリアプローチ
【０３８１】
[00511]以前に実証された種類の遷移電子デバイスは、水によりエッチングされ、次いで転写印刷により関心基板（すなわちシルク）上に組み付けられる、シリコンの薄シートを調査した。ここでは、デバイスの重要な要素（例えば、トランジスタ用のソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極、並びにゲート誘電体）と、それらの間の相互接続部との作製が、遷移材料に対して実施されなければならない。このアプローチは、これらのコンセプトの実証及び遷移反応速度論の研究に十分に適するが、高レベルの集積又は高度機能を有するシステムの形成のためには使用できない。
【０３８２】
[00512]この研究は、現実的な用途向けの遷移電子機器への実際的な道筋として、ファウンドリ適合性製造プロセスを展開することによって、これらの制約を解消する。展開の成功により、シリコン集積回路用の確立された製造基盤を土台とする方式において、任意レベルの集積及び機能複雑化が可能となる。２つの主要な難点は、（１）遷移材料のみを使用する構成、並びに（２）遷移基板上での転写印刷及び相互接続に必要な超薄型の「リリース可能」形状物を可能にする構成における、ファウンドリＣＭＯＳの形成である。この第１の難点に対しては、コンタクト、ビア、及び相互接続部のための従来の金属被覆の代わりにドープされたポリＳｉを使用する修正された回路／デバイスレイアウトが、展開される。１つの代替としては、水中で遷移することによりバイア用のみならずさらにはコンタクト及び相互接続部用にタングステン酸を形成する、タングステンが使用される。第２の難点に対しては、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術が利用され、それにより、下層のハンドルウェーハからの超薄型能動デバイス及び回路の、転写印刷に対して適合性を有する小スケールチップレットにおけるリリースを可能にする。成功の鍵は、リリース時に能動デバイスを保護するエッチング化学薬品及びバリア層と、下層ウェーハに対してマイクロデバイスを保持し、転写印刷での引戻りステップ時に破壊する、「分離」繋ぎ構造（すなわちアンカ）との展開である。
誘発遷移
【０３８３】
[00513]この研究の過程において、関連する基板及びデバイスにおいて遷移を誘発するための代替的な手段が、プログラムすなわち「誘発」される遷移に対する低電力スキームの特定に向けて、及び適切な環境条件が全く存在しない（例えば加水分解を誘発するための水の不足）場合に遷移を誘発するために、調査される。
熱毛管による電気誘発遷移
【０３８４】
[00514]これらの及び他のシステムにおける遷移の誘発のために、ナノスケールで実装された場合に低電力手段を提供することにより薄膜中において流れを誘発する熱毛管効果を調査することができる。この場合に、表面張力及び湿潤特性の温度依存性により、温度勾配（温度変化ではなく）によって規定される速度での及び勾配に沿った質量輸送がもたらされる。かかる現象は、１ミリメートル当たり数度という低さの温度勾配が十分となる、プログラムされた態様で表面上の液滴を移動させるために、以前より利用されてきた［２４］。近年の研究により、これと同一の物理的現象によって、１ミクロン当たり数度の温度勾配において分子性ガラスの薄膜中の有意な流れが可能となり得ることが判明している（図３２）。局所ジュール加熱をもたらす幅狭電極と共に実装される方策的レイアウトにおいては、かかる流れは、導電性トレース中に電気的間隙が誘発されるように設計され得る。この結果により、例えば集積回路における機能が変更又は解消され得る。代替的には、これらの流れにより、システム全体の遷移に影響を及ぼす周囲環境に対して下層材料が露出され得る。
【０３８５】
[00515]このプロセスの基本メカニズムは、誘発される遷移における使用のために明確な工学設計アプローチを確立することにとって重要である。図３３は、本質的な物理的現象を捕捉し得る初期モデルの概略図を示す。ここでは、フィルムの局所加熱により、表面張力γが減少し、この表面張力γは、殆どの材料の場合に局所温度Ｔに対して線形的である。非均一温度により、表面張力勾配に比例する熱毛管せん断応力τが得られ、これにより、液体又は粘性固体は、より低温の表面温度領域の方向に引っ張られる。ナヴィエストークス方程式から導き出される支配方程式は、
【数５０】
2018032870.tif 000065
となる。ここで、ｈ（ｘ、ｙ、ｔ）は、液体又は粘性フィルムの厚さの位置及び温度依存性であり、ｔは、時間であり、μは、せん断粘度である。この方程式は、適切な初期条件及び境界条件と共に、数的に解が出されて、誘発される遷移にとって非常に重要な時間依存フィルム厚さを判定することが可能となる。また、分析的解法が、長期挙動に関して確立され、これは、工学設計にとって有用なスケーリング則をもたらすことが可能である。例えば、熱パワーＱ０、フィルムの熱伝導率ｋｆ及び初期厚さＨｆ、周囲温度Ｔ０、並びに表面張力（γ＝γ０＋γ１Ｔ）の係数γ０及びγ１は、プロセスを制御するために、単一に組み合わされたもの、すなわち
【数５１】
2018032870.tif 000066
として表されることが分かる。
光学誘発遷移
【０３８６】
[00516]光学誘発遷移が、基板及びデバイスのプログラム可能な溶解のためのトリガ機構として調査される。この研究は、ドープされたシルク及びシルクインクに基づくことにより、必要な誘発メカニズムを組み込む。
【０３８７】
[00517]シルクは、光吸収体でドープされる。例えば、ナノ粒子ドープされたシルクが、トリガ機構として使用される。近年では、コンフォーマルコーティング［２５］からバルク膜［２６］までそして３Ｄフォトニック結晶［２７］までの範囲に及ぶ複数の形態へと再形成された、金ナノ粒子（Ａｕ−ＮＰ）ドープされたシルク溶液の使用が、調査された（図３４）。
【０３８８】
[00518]具体的には、光トリガが、光のプラズモン共鳴強化吸収により発生することが予期される。バルク材料に（シルク結晶マトリクスの熱誘起変性により）並びにドープされたシルク基板とパターニングされた内蔵デバイスとの間の界面に影響を与え得る遷移機構が、光によりデバイス分解を誘発することを可能にするという最終目的と共に調査される。
【０３８９】
[00519]この目的は、ドープされたシルクタンパク基板上に（完全又は部分）溶解性構成要素を作製することにより遷移デバイス（ｉｎ  ｖｉｖｏ及びｉｎ  ｖｉｔｒｏの両方を含む、すなわちシルクを取り付けられた又は植え込まれたデバイス）を展開すること、並びに、光照明により誘発される光熱効果を利用してデバイスの分解及び／又は破壊を制御することである。熱局所化は、材料の種々のエリア若しくは種々の層（複数可）の選択的ドーピングにより、及び／又は入射光の合焦により実現され得る。また、スタンドオフ位置からの誘発分解（例えばレーザターゲティング）が、可能であり、この誘発遷移モードのためのパラメータが、調査される。
【０３９０】
[00520]ドーパントのオプション：  半導体（ＣｄＳｅ及びＣｄＴｅ）ナノ粒子並びに金属（Ａｕ及びＡｇ）ナノ粒子は共に、ドーパントの候補となる。金属は、１）多数の可動電子、及び２）はるかにより低い量子光収率により、一般的にはより好ましい。金は、光熱用途に対して現行で最も使用される材料であり、その生体適合性が発揮される植込み用途に対するおそらくは最良の選択肢である。しかし、銀ナノ粒子は、プラズモン共鳴下において金ナノ粒子に比べてはるかに大量の熱（１０倍の高さ）を発生し、非植込み型の例（例えば皮膚取付け型遷移デバイスなど）に対する良好なオプションとなり得る点を、指摘しておく。
【０３９１】
[00521]Ａｇ−ＮＰ及びＡｕ−ＮＰに対するプラズモン共鳴は、それぞれ約４００ｎｍ及び５３０ｎｍである。それらの波長において組織が高い吸収を示すことにより、様々なナノ構造が、プラズモン共鳴を赤色（６５０〜９００ｎｍ）へと変更することにより、光の低い組織吸収及びそれに付随する光のより深い透過を活用するために展開されてきた。
【０３９２】
[00522]非植込み型用途については、Ａｇ−ＮＰ又はＡｕ−ＮＰのいずれかが、使用され、熱が、青色光又は緑色光で遠隔的に発生され得る。発生した熱Ｑ及び局所温度上昇ΔＴは、以下の等式、すなわち
【数５２】
2018032870.tif 000067
により分析的に計算され得る。ここで、Ｅ０は、入射放射の振幅であり、εＮＰ及びε０は、それぞれＮＰ及び周辺媒質の誘電率である。
【数５３】
2018032870.tif 000068
ここで、ｒは、ＮＰの中心からの距離であり、ｋ０は、周辺媒質の熱伝導率であり、ＶＮＰは、ＮＰ体積である。［１］及び［２］を組み合わせることにより、最大温度上昇が、（ｒ＝ＲＮＰにおいて発生、ＮＰの表面）：
【数５４】
2018032870.tif 000069
により求められる。ここで、Ｉ０は、光強度であり、温度上昇は、ＮＰ半径が入射波長よりもはるかに小さい場合には、ＮＰ半径の第２の電力に比例し、すなわち
【数５５】
2018032870.tif 000070
となる。例えば、約５３２ｎｍにて１５ｍＷの出力電力及びスポットサイズを有する可搬型レーザポインタは、約１ｍｍ（合焦を伴わない）であり、これは、Ｉ０＝１．９１Ｗ／ｃｍ２の光束に相当する。
【０３９３】
[00523]吸収体濃度及び波長／吸収体の組合せ（光源の波長に対してドーパントの共鳴吸収ピークを最適に合致させる）が、この機構を調査するために変更される。（表８のＡｕ−ＮＰの例における発生電力及び温度差の概観を参照されたい）。可搬（例えばレーザポインタ）光源による摂氏１００度超における温度上昇が、評価される。
【表１４】
2018032870.tif 000071
【０３９４】
[00524]さらなるコンセプトは、熱毛管効果と組み合わされた熱活性の利用により、光を送り遷移基板中に含まれる酵素充填ポケットを熱的に誘発して破裂させることによって回路を破壊することを含む。
昇華による遷移
【０３９５】
[00525]以前の研究により、加水分解による遷移が実証されている。いくつかの使用シナリオは、完全乾燥環境における遷移を必要とする。ここでは、これらのデバイスは、経時的に「塵埃状」形態へと消滅しなければならない。一実施形態は、シルク基板及びシルク封入材を室温で昇華する固体材料と置換する。いくつかのワックスが、この特徴を実現する。図８０を参照されたい。昇華により超薄型デバイス及び相互接続部のみが残される、完全乾燥遷移モードに対するかかる材料の有用性が、調査される。レイアウト及び層厚さは、基板の遷移時に自発的な破壊及び崩壊に至り、これにより塵埃形態になされるように、工学設計される。
機械衝撃による遷移
【０３９６】
[00526]衝撃誘発遷移は、いくつかのタイプの機械誘発遷移作動オプション（例えば、曲げ、噛み砕き、等々）に関連し得る。
【０３９７】
[00527]シルクは、高濃度のコラーゲン（ゼラチン）又はヒアルロン酸と混合されることにより、優れた機械特性及び性能特性をもたらす一体化され安定した材料を発生させることが可能である。安定的なプロテアーゼポケット（マイクロシステム若しくはナノシステム、又はさらにはコアシェル電界紡糸システム）が、製造プロセスの一部として材料中に混合され得ると共に、これらのポケットは、機械破裂時に、裂開され、基板の機能崩壊用の酵素を放出する。また、この反応速度は、酵素タイプ、濃度、活性状態、及び基板表面積により決定される。これらの酵素は、はじめは、ゼラチン及びヒアルロン酸（ヒアルロン酸分解酵素）などのより不安定な成分を標的にし、他方では、それにより、追加のプロテアーゼ（例えば、キモトリプシン又はプロテアーゼＸＩＶ）によるアクセス用のシルク構造を開く。同様に、機能材料へとシルク領域をリンクするために使用されるエラスチンコポリマーは、物理衝撃を被りやすいため、結果として材料濃度及び酵素の放出が生じて（エラスチンと共に利用される薬物送達モードにおけるように）、分解プロセスを促進する。また、上述のオプションはいずれも、より大きな材料のより迅速な破壊と、その後の構造全体のより低速の分解とをもたらすために、シルクタイル又はシルク片の上のコーティングとしてアプローチし得る。
【０３９８】
[00528]別の実施形態においては、１つ又は複数のポケット又はリザーバが、基板中にリソグラフィによりパターニングされてもよく、変化する液体又は材料が、ポケット又はリザーバ内に封じられ得る。図１３０ａ〜図１３０ｂは、この様式を利用した機械衝撃による遷移形態を概略的に示す。図１３０ａは、初期時間Ａにおける、そののちの時間Ｂにおける、及び地面との衝突時Ｃにおける、破線矢印に沿って地面Ｇの方向に落下する遷移デバイス１３００の経時的概略図である。これらの同じ時間フレームが、図１３０ｂにさらに詳細に示され、遷移デバイス１３００は、基板１３０２と、１つ又は複数の無機半導体構成要素１３０４と、１つ又は複数の金属導体構成要素１３０４と、ポケット又はリザーバの形態のアクチュエータ１３０６とを備える。地面Ｇとの衝突時に、ポケット又はリザーバ１３０６は、ひび１３１０を形成するか、又は他の態様で破裂又は裂開されて、内容物が、例えば液体たまり１３１２などとして漏出し得る。この液体は、例えば、水、ＰＢＳ溶液、酵素溶液、酸、塩基、非水性溶媒、又はこれらの組合せであってもよい。
ＲＦビーコン実証デバイス
【０３９９】
[00529]約６０，０００フィートの高度に位置する航空機から落下するように設計された、ＲＦ送信能力を備えるビーコンから構成される遷移実証デバイス（図８１）が、説明される。このビーコンは、落下時に航空機に対して約１秒ごとに変調ＲＦパルス信号を送信する。この航空機は、最新技術のシステムを使用して信号を補足する。
【０４００】
[00530]このデバイスの要件により、遷移技術の選択が促進される。落下時間は、詳細に応じて１０００〜２０００秒の間である。遷移電力は、フリース自由経路伝達方程式を使用して推定され得る［１９］。航空機上の受信機が、−１５０ｄＢｍの感度を有する場合には［２０］、受信機アンテナは、２０ｄＢｉの利得を有する指向性のものとなり、ビーコン上の送信アンテナは、０ｄＢｉの指向性利得を有する全方向性のものとなり、送信範囲は、６０，０００フィートとなり、搬送周波数は、４３３ＭＨｚとなり、この場合に、ビーコンの送信電力は、１×１０−９Ｗの低さとなり得る。実際には、所要電力は、回折及び大気吸収の実際的な制約を克服しなければならない。トリの移動をモニタリングするために使用されるＲＦ送信機に基づく控え目の推定値は、１０ｍＷの出力電力について最大で１０ｋｍまでの送信範囲を有する［２１］。６０，０００フィートの距離では、約３０ｍＷの送信機出力電力が必要となり得る。ビーコンにより発生するパルス幅が２０ｍｓであると仮定すると、落下時に消費される合計エネルギーは、約３０ｍＪとなる。この電力は、電池バッテリ又は太陽電池により供給され得る。電池バッテリは、１．３×１．３ｃｍ２の面積で１５ｍＡｈの典型的な能力を有する。約２０％の効率を有するシリコンベース太陽電池は、直射日光から１００ｍＷ／ｃｍ２を発生し得る［２２］。両オプションが追究される。
【０４０１】
[00531]このビーコン設計（２×２ｃｍ）は、２段構造を利用する（図８２）。第１の段は、高周波無線信号（３０ＭＨｚ〜４３３ＭＨｚ）を発生させ、第２の段は、この信号を変調及び増幅させる。この結果得られる信号は、インピーダンス整合回路の通過後に、ホイップアンテナ又はループアンテナにより送信される［２３］。図８２の図は、太陽電池電力オプションを示す。この実証デバイスは、遷移基板上の市販の構成要素と、遷移相互接続部すなわち「遷移プリント回路基板」と、遷移アンテナとの組立てを伴う。
【０４０２】
[00532]要約すると、この研究の成果により、他の以前に検証された遷移材料と互換性のある様式でＺｎＯ用の堆積アプローチが指定及び限定され、ダイオード及びトランジスタを含むＺｎＯ遷移電子構成要素が構成及び実証され、理論モデルに対して遷移挙動が比較され、分子性ガラスの薄膜における熱毛管制御のための構造が構成及び実証され、デバイス構造の遷移のための熱毛管トリガが実装され、理論に対して挙動が比較され、ＺｎＯ構成要素及びＳｉ構成要素の両方を含む完全遷移構造の遷移のための熱毛管トリガが実装され、ＣＭＯＳファウンドリ製造用の回路／デバイスレイアウトが展開され、Ｓｉプロセスを利用して設計がプロトタイプ作成され、小スケールチップレット適合性ｗ／転写印刷が実証され、集積デバイスを有するシルク＋Ａｕ−ＮＰ基板により最適に誘発される遷移が実現され、基板分解のための最適なトリガが実証され、デバイスの光学的にトリガされる分解が実証され、独立型膜フォーマットでのシルク／プロテアーゼ化合物の製造が実証され、マイクロポケットを収容する遷移電子機器用のシルク基板の製造及び特徴付けが実証され、製造された複合材料基板上への電子デバイスの集積が実証され、シルク複合材料の遷移様式及び遷移時間の、具体的には衝撃遷移の試験及び実証が行われ、衝撃誘発遷移用の基板上にデバイスが集積され、衝撃誘発遷移が実証され、ＲＦビーコンデバイスが設計及びプロトタイプ製造され、再吸収性基板上のＲＦビーコンが製造され、Ｓｉ太陽電池及びバッテリ界面が実証され、昇華ワックスが実現され、材料評価が実施され、昇華ワックス上に遷移電子構成要素が製造され、昇華による遷移が実証される。
実施例１０
水溶性ＺｎＯ  ＴＦＴ及びエネルギーハーベスタ
【０４０３】
[00533]この実施例は、水溶性ＺｎＯ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、コンデンサ、及びエネルギーハーベスタを実証する。図８３及び図８４は、ＺｎＯ薄膜トランジスタ及びＺｎＯコンデンサのアレイ及び構成要素の概略図を示す。トランジスタは、Ｍｇソース電極、Ｍｇドレイン電極、Ｍｇゲート電極、ＳｉＯ２ゲート誘電体、及びＺｎＯ半導体を含む。コンデンサは、下部Ｍｇ電極が配設された基板と、この下部Ｍｇ電極上に堆積されたＺｎＯ半導体と、このＺｎＯ層上に堆積された上部Ｍｇ電極とを備える。図８５−１及び図８５−２は、ＺｎＯ膜特性のグラフ及び顕微鏡写真を示す。例えば、ＺｎＯの粉末Ｘ線回折グラフ及び結晶構造の代表例（図８５−１（ａ））、電力オン時及びオフ時のＺｎＯ膜の電圧対変位曲線（図８５−１（ｂ））、ＺｎＯ膜の電子顕微鏡写真（図８５−２（ｃ））、並びにＺｎＯ膜の時間対バイアス曲線（図８５−２（ｄ））が図示される。ＺｎＯ膜の推定粒径は、約２５ｎｍである。ＺｎＯトランジスタのさらなる電気特性が、図８６の電流対電圧のグラフに示され、これは、オン／オフ比＞約１０３、Ｖｔｈ（しきい値電圧）約２Ｖ、移動度約１ｃｍ２／Ｖ・ｓを示す。応力／歪みの下におけるＺｎＯエネルギーハーベスタについては（図８７（ｃ））、時間対電圧のグラフ（図８７（ａ））及び時間対電流のグラフ（図８７（ｂ））が、Ｐ＝Ｉ×Ｖ＝６ｎＷ、電力密度＝０．１５μＷ／ｃｍ２、歪み速度＝１．５ｃｍ／秒を示す。水中において溶解しつつあるシルク基板上のＺｎＯトランジスタアレイ及びエネルギーハーベスタアレイの時間経過写真が、図８８に示される。図８９は、遷移時のＺｎＯトランジスタ（図８９（ａ））の性能を示すグラフを示す。性能は、経時的な移動度（図８９（ｂ））及び電流対電圧（図８９（ｃ））として測定される。図９０は、シルク基板にＭｇコンタクトを有するＺｎＯエネルギーハーベスタの電流モデルを示す。
【数５６】
2018032870.tif 000072
ここでは、
【数５７】
2018032870.tif 000073
である。
【数５８】
2018032870.tif 000074
（材料ライブラリからのその値と同一オーダ）については、理論上の最大電流は、実験結果と同等であり、Ｉｍａｘ＝０．５５ｎＡとなる。図９１は、シルク基板上にＭｇコンタクトを有するＺｎＯエネルギーハーベスタの電圧モデルを示し、
【数５９】
2018032870.tif 000075
となる。ここでは、
【数６０】
2018032870.tif 000076
である。
【数６１】
2018032870.tif 000077
（材料ライブラリより）及びＲ＝５×１０９Ωについては、理論上の最大電圧は、実験結果と同等であり、Ｖｍａｘ＝１．１４Ｖとなる。
電気誘発遷移：
ＲＦ誘発電気化学反応
【０４０４】
[00534]図９２は、電気化学測定構成の概略図（図９２（ａ））並びに約０．２ｃｍ２の電極面積を有するＦｅ、Ａｌ、及びＣｕについての電流対電圧のグラフ（図９２（ｂ））を示す。Ｆｅ、Ａｌ、及びＣｕの電気化学的研究により、溶解速度がアノード電圧の印加時には著しく速められ得ることが判明した。表９は、Ｆｅ、Ａｌ、及びＣｕについての推定溶解時間を示す。しかし、Ａｌ及びＣｕは非均一溶解を示した点に留意されたい。
【表１５】
2018032870.tif 000078
【０４０５】
[00535]図９３は、電気化学反応による第１の電流経路のアノード溶解により、電流が第２の電流経路に送られることによって、ＬＥＤが点灯する、回路実例の概略図を示す。図９４は、アノード溶解前（図９４（ａ））及びアノード溶解後（図９４（ｂ））の図９３において概略的に記載されるデバイスの写真を示す。この溶解反応は、選択除去可能な金属が幅５０μｍ及び厚さ５０ｎｍである場合には、４秒後に生じる。
太陽光発電式ＲＦビーコン及び遷移ＰＣＢ
【０４０６】
[00536]図９５は、太陽電池、低周波信号発生器、スイッチャ、高周波信号発生器、及びインピーダンス整合ユニットを備える、遷移ＲＦビーコンの概略図を示す。ビーコンにより送信される信号は、ＲＦ増幅器及び信号解析器を備える受信機ステーションにおいて受信される。ビーコン送信機全体は、遷移相互接続部（Ｍｇ）及び基板（シルクフィブロインフィルム）に基づき、電力は、シリコンベース太陽電池により供給される。高周波信号（１６０ＭＨｚ）は、低周波信号（１Ｈｚ）により変調される。受信機ステーションは、高利得アンテナと、非常に小さな信号を検出し得る最新型ＲＦ増幅器とを含む。ビーコン送信機は、小型コイルアンテナ（ホイップアンテナ）を収容する。
【０４０７】
[00537]図９６ａ〜図９６ｄは、正面側（図９６ａ）、背面側（図９６ｂ）、及び正面側及び背面側の整合（図９６ｃ〜図９６ｄ）を示す、遷移両面プリント回路基板の概略図を示す。第１のステップにおいて、Ｍｇが、シルク基板上にシャドーマスクを介して堆積される。次いで、穴が、ビアパッドを貫通して打ち抜き加工され、正面構成要素及び背面構成要素が、銀ペーストにより接続される。図９７ａ及び図９７ｂは、両面太陽光発電式ＲＦビーコンの概略図（図９７ａ）、及び両面太陽光発電式ＲＦビーコンの写真（図９７ｂ）を示す。図９８は、アンテナを介して受信機ステーションの信号解析器のアンテナと通信するＭｇアンテナに対して装着された太陽光発電式ＲＦビーコンの写真を示す。
【０４０８】
[00538]図９９は、約３μｍの厚さを有する太陽電池（図９９（ａ））、及び太陽電池の電流及び電力対電圧を示すグラフ（図９９（ｂ））を示す。図９９（ｃ）は、比較を目的として、図９８のビーコンにおいて使用される約１５μｍの厚さの太陽電池の電流対電圧のグラフを示す。これらの結果は、遷移ＲＦビーコン送信機と一体化するためのより薄いＳｉ太陽電池（約３μｍ）が可能であることを実証する。
【０４０９】
[00539]図１００は、太陽光発電式ＲＦビーコンで使用するための１６０ＭＨｚの中心周波数を有する全方向性Ｍｇコイルアンテナを示す。図１０１ａ及び図１０１ｂは、デバイスがＤＣ電源により高電力（図１０１ａ）で及び遷移太陽電池によりさらに低い電力で（図１０１ｂ）駆動される場合のビーコン信号出力のグラフを示す。図１０２ａ〜図１０２ｂは、ＤＣ電源により駆動される場合にビーコンから５メートルの距離をおいて（図１０２ａ）、及び遷移太陽電池により駆動される場合にビーコンから１０ｃｍの距離をおいて（図１０２ｂ）、受信機が受信する信号を示すグラフを示す。図１０３は、市販の太陽電池を使用するシルク基板上の遷移ＲＦビーコン送信機の写真である。
非水性遷移材料
【０４１０】
[00540]図８０は、１０日の期間にわたる昇華ワックスの経時的写真を示す。昇華ワックスを組み込んだ遷移デバイスは、約８０℃にて固体形態のワックスを溶融し、次いでそれを室温まで冷却するか、又はヘキサンなどの有機溶剤からワックスを回転成形し、数時間にわたり回転成形されたワックスを乾燥させることにより作製され得る。この溶融方法の利用により、あらゆるタイプの形状及び厚さを制御することが可能となる。しかし、ワックスは、細片へと砕け容易に破壊する傾向を有する。さらに材料の物理気相成長は、極めて高い蒸気圧により不可能となる。回転成形方法の利用により、結果的に得られるフィルムは、迅速に、例えば約２４時間以内に消滅する。この薄いジオメトリにより、基板は取り扱うには過度に脆いものとなり、別個の支持体が望ましい。さらに、これらのフィルムは、マイクロ／ナノ多孔性を示す。図１０４は、遷移デバイスにおいて使用するための昇華性材料を発生させるための電界紡糸装置の写真を示す。
【０４１１】
[00541]昇華性材料には、ドライアイス（ＣＯ２）、ナフタレン（Ｃ１０Ｈ８）、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）、メラミン（Ｃ３Ｈ６Ｎ６）、ニッケロセン、ショウノウ（Ｃ１０Ｈ１６Ｏ）、カフェイン（Ｃ８Ｈ１０Ｎ４Ｏ２）、及び他の有機結晶、並びに消滅ワックスが含まれるが、これらに限定されない。これらの材料は、独立に、相互に組み合わせて、及び／又は構造的支持をもたらすマット中の繊維として小分子昇華性材料を組み込んだ組成で、使用することができる。
【０４１２】
[00542]図１０５ａ及び図１０５ｂは、例示的な電界紡糸材料の写真を示す。図１０５ａの左は、乾燥した電界紡糸ＰＶＡマットを、右は、水和した電界紡糸ＰＶＡマットを示す。図１０５ｂの左は、綿ガーゼを、右は、電界紡糸ウシ・フィブリノゲンマットを示す。
遷移金属の溶解速度反応論
【０４１３】
[00543]遷移金属の溶解速度反応論を研究した。遷移金属は、人体、天然水、及び海水等々の生物学的環境（ｐＨ６〜８）において分解し得るものであり、生体内吸収性を有し、環境的に悪影響を及ぼさず、電子デバイスとの間に適合性を有する。
【０４１４】
[00544]図１０６ａ及び図１０６ｂは、電気的間隙が、３００ｎｍの厚さで堆積された様々な金属（Ｍｇ、Ｚｎ、ＡＺ３１Ｂ（Ａｌ：３％、Ｚｎ：１％を含むＭｇ合金）Ｆｅ、及びＷ）に関して金属線中に現れるための（図１０６ａ）、並びに１５０ｎｍ及び３００ｎｍの厚さを有するＦｅに関して金属線中に現れるための（図１０６ｂ）、近似時間のグラフを示す。表１０は、これらの結果の概要を示す。
【表１６】
2018032870.tif 000079
【０４１５】
[00545]図１０７ａ〜図１０７ｃは、溶解メカニズムの概略図である。図１０７ａは、金属の孔及び欠陥を介した水の拡散と、表面から破壊する金属塊の崩壊又は剥離とを伴う。さらに、図１０７ｃは、金属が溶解時により薄く及びより多孔質になるのを示す。典型的な溶解メカニズムにおいては、金属は、以下の反応式、すなわち
Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２
４Ｆｅ＋６Ｈ２Ｏ＋３Ｏ２→４Ｆｅ（ＯＨ）３
Ｚｎ＋Ｈ２Ｏ→Ｚｎ（ＯＨ）２＋Ｈ２
２Ｗ＋２Ｈ２Ｏ＋３Ｏ２→２Ｈ２ＷＯ４
にしたがって水と反応する。
【０４１６】
[00546]図１０７ｂは、分解を伴わない溶解を伴うメカニズムを示す。この反応拡散モデルは、２つの一定のパラメータすなわちｋ（反応）及びＤ（拡散）により規定される、表面反応及び金属中への水拡散を伴う。このモデルは、崩壊／剥離を組み込まない。
【０４１７】
[00547]一般的な溶解現象は、必ずしも均一ではない溶解によって特徴付けられる。５ｎｍのＴｉ又はＣｒの接着層でガラス上にパターニングされた金属の研究においては、経時的な抵抗の変化が、厚さの変化及び多孔性の変化の両方から生じる。フィルム品質は、堆積条件により影響を受け得るため、これらの条件は、各金属に対して一定に維持した。
【０４１８】
[00548]図１０８は、図１０７ｂによる経時的な金属溶解を示す理論結果及び実験結果のグラフである。このモデルは、より高速で溶解する金属（Ｍｇ、Ｚｎ、及びＭｇ合金、しかしより低速で溶解する金属（Ｗ、Ｆｅ（３００ｎｍ））については逸脱する）に当てはまる。崩壊／剥離は、高速溶解金属に関して溶解が開始した直後に発生して、全溶解時間にわたって同様の反応速度論をもたらし得る。したがって、一定のｋ及びＤを使用することにより、理論推定値に関する著しい逸脱はもたらされない。
【０４１９】
[00549]剥離は、特により長い浸漬時間を被る場合に、より厚いフィルムにおいて発生する可能性がより高いが、剥離は、薄い（１００ｎｍ）タングステンフィルムについてのみ観察された。これは、おそらくはスパッタリングプロセス時に成長した圧縮残留応力によるものと考えられる。タングステンの溶解反応速度論は、初期段階と後の段階との間で異なる場合があり得る。例えば、タングステンは、初期段階においては均一に溶解し得る一方で、後の段階では、崩壊／剥離は著しいものとなる場合がある。後の段階における実験データに合致するように一定のパラメータｋ及びＤを使用することにより、初期段階での溶解速度が過大に見積もられることになる。図１０９は、はじめの６時間の間における均一表面形態を有するタングステンのトレースの初期溶解（図１０９（ａ））と、その後の、タングステントレースの崩壊／剥離が例えば１８時間などの後の時間に顕著になりつつあることを示唆する非均一表面形態（図１０９（ｂ））と、タングステンの層状剥離の例（図１０９（ｃ））と、タングステンの層状剥離及びひび割れ（図１０９（ｄ））と、ＰＢＳ溶液中におけるタングステンの剥離（図１０９（ｅ））とを示す。スパッタリングＡｒ圧力を上昇させ、種々の基板（ガラスからＳｉまで）へと変更し、Ｃｒ接着層を使用することにより、残留応力を低下させて、より良好な格子整合を有する安定的なαＷ相（両ＢＣＣ相）を促進することが可能であった。
【０４２０】
[00550]図１１０は、ＤＩ水中における溶解前の（図１００（ａ））及び２０時間の溶解後（図１１０（ｂ））の、１００ｎｍＷ膜の写真を示す。タングステンは、ＤＩ水中においては良好な挙動で溶解し、及びＰＢＳ溶液中でははるかに高速で溶解し、薄膜の剥離を伴った。高濃度Ｗ薄膜は、溶解後に多孔性網状体となった。ＸＰＳは、溶解時に表面上にＷＯ３の形成を示さなかった。図１１０（ｃ）は、種々の幅の１００ｎｍＷ膜の溶解挙動を示す。
【０４２１】
[00551]ＡＺ３１Ｂの溶解は、非均一となることが観察された。ＡＺ３１Ｂは、最終的には完全に溶解し、その溶解は、ＰＢＳ溶解よりもはるかに高速であった。ＸＰＳの結果により、溶液にさらされた表面上のＭｇＯ／Ｍｇ（ＯＨ）２が現れた。図１１１は、ＤＩ水中における溶解前の（図１１１（ａ））及び溶解の２時間後の（図１１１（ｂ））、ＡＺ３１Ｂ膜を示す。図１１１（ｃ）は、ＤＩ水及びＰＢＳ溶液中における３００ｎｍのＡＺ３１Ｂ  Ｍｇ合金の溶解挙動を示す。
【０４２２】
[00552]Ｚｎの溶解は、非均一となることが観察された。Ｚｎは、最終的には完全に溶解し、その溶解は、リン酸塩の形成が溶解を遅らせることにより、ＤＩ水中よりも高速であった。ＸＰＳは、低蒸気圧により、Ｚｎに対しては実施することができなかった。図１１２は、ＤＩ水中における溶解前の（図１１２（ａ））及び溶解の２時間後の（図１１２（ｂ））Ｚｎ膜を示す。図１１２（ｃ）は、ＤＩ水及びＰＢＳ溶液中における３００ｎｍのＺｎの溶解挙動を示す。
【０４２３】
[00553]Ｆｅの溶解は、非均一となることが観察された。Ｆｅは、いくつかの箇所において発錆を開始し、この錆生成物は、最大で７日間までは完全には溶解しなかった。Ｆｅ溶解は、薄いファイオムがより小さな／より高密度の粒子を有する堆積条件に対して、非常に影響を被りやすく、数日後の抵抗変化が全く見られない。Ｆｅは、ＰＢＳ溶液中でより高速で溶解する。ＸＰＳは、錆に関連する表面生成物を、すなわちＦｅ２Ｏ３／Ｆｅ（ＯＨ）３を示した。図１１３は、図１１２（ｂ）のより細かな粒子よりも速く腐食する粗い／高密度の粒子（図１１２（ａ））を有するＦｅ膜を示す。図１１２（ｃ）は、ＤＩ水及びＰＢＳ溶液中における１５０ｎｍのＦｅの溶解挙動を示す。
【０４２４】
[00554]図１１４−１及び図１１４−２は、ＤＩ水（ｐＨ６．８）中及びリン酸塩緩衝溶液（ｐＨ７．４）中における金属溶解データの概要を示す。比較のために、ＰＢＳ中におけるＳｉの溶解特性を、図１１５に示し、表１１にその概要を示す。
【表１７】
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温熱療法における遷移デバイス
【０４２５】
[00555]遷移デバイスは、細菌感染を阻止するための温熱療法を施すために、手術部位に植え込まれ得る。図１１６ａ〜図１１６ｂは、シルク基板上にＭｇインダクタコイル及びＭｇ抵抗器（約３００Ω）を有する遷移温熱療法デバイスの写真（図１１６ａ）及び赤外線画像（図１１６ｂ）を示す。４９ＭＨｚにおいて、このデバイスは、約２５％の電力で動作する。このデバイスをマウスモデル中に植え込んだが、１週間後において感染の兆候は全く見られなかった。
【０４２６】
[00556]図１１７は、菌液のｉｎ  ｖｉｔｒｏ評価の写真を示す。組織を秤量し（各試料ごとに７０〜８０ｍｇ）、ＤＰＢＳ（２．５〜３ｍＬ）中において均質化し、１０５倍、１０６倍、及び１０７倍に希釈した。５０μＬの各希釈剤を使用して、２つのＴＳＢ寒天プレートをめっきした。３７℃において２４時間の定温放置後に、プレート上のコロニー数を計数し、表１２に記載した。ここで、（Ｈ）は、健康な組織の植え込み及び注入のないものであり、（Ｄ）は、植え込まれたデバイスを収容し、（Ｂ１及びＢ２）は、バクテリアが注入された。
【表１８】
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先行研究の概要
【０４２７】
[00557]図１１８は、シルク基板上の完全に形成された遷移ＭＯＳＦＥＴ及び集積回路の概略図を示す。図１１９は、図１１８の完全に形成された遷移ＭＯＳＦＥＴ及び集積回路の溶解の時間経過を示す写真を示す。図１２０は、完全に形成された遷移ＭＯＳＦＥＴ及び集積回路の写真及び性能グラフを示す。特に、ｎｍｏｓインバータアレイ及び論理ゲートを、フォトリソグラフィを利用して作製し、電気的に特徴付けた。図１２１は、遷移ＲＦ電子機器、すなわち（ａ〜ｂ）整流器、（ｃ〜ｄ）コンデンサ、（ｅ〜ｆ）インダクタ、及び（ｇ〜ｈ）抵抗器の写真及び性能グラフを示す。図１２２は、３段ｃＭＯＳリング発振器の形態の遷移ＲＦ電子機器の写真及び性能グラフを示す。図１２３は、Ｆｅ電極ｃＭＯＳ発振器の写真を示す。図１２４は、Ｆｅ電極ｃＭＯＳ論理回路（ＮＡＮＤ、ＮＯＲ）に関する写真、概略図、及びグラフを示す。図１２５は、論理回路の変化（論理回路からｃＭＯＳインバータへ）の写真を示す。図１２６は、Ｍｇ合金（ＡＺ３１Ｂ、Ａｌ３％、Ｚｎ１％）ＴＦＴの性能を示すグラフを示す。図１２７は、アンテナを有する遷移ＲＦ電子機器の写真、性能グラフ、及び経時的溶解研究を示す。図１２８は、図１２１〜図１２７の構成要素を組み込んだ遷移ＲＦデバイスの概略図、写真、及び経時的溶解研究を示す。
実施例１１
【０４２８】
[00558]この実施例は、電気化学遷移電源を開示する。電気化学遷移電源の一実施形態においては、Ｍｇ−Ｆｅ又はＭｇ−Ｐｔ（Ａｕ）の金属対により、Ｍｇ溶解時に遷移電池が形成されて、ｉｎ−ｓｉｔｕマイクロヒータが形成される。図１２９ａ〜図１２９ｃは、電気化学遷移電源の概略図（図１２９ａ）、及びその金属対に関する電圧及び放電電流を経時的に示す性能グラフ（図１２９ｂ〜図１２９ｃ）を示す。
参照及び変更による組込みに関する記載
【０４２９】
[00559]例えば、発行済み又は付与済みの特許若しくはその均等物を含む特許文献；特許出願公開；及び非特許文献又は他の資料材料などの、本出願全体にわたり引用される全ての参照は、それらの全体がここに参照により、各参照が本出願における開示と少なくとも部分的には矛盾しない範囲において、参照によって独立に組み込まれたのと同様に本明細書に組み込まれる（例えば、部分的に合致する参照が、参照の部分的に合致しない部分を除いて参照により組み込まれる）。
【０４３０】
[00560]２０１１年１２月１日に出願された米国特許仮出願第６１／５６５，９０７号、並びに本出願と共に提出された付属書類Ａ及びＢは、それぞれ、それらの全体がここに参照により本明細書に組み込まれる。
【０４３１】
[00561]以下の参考文献、すなわち、２０１０年５月１２日に出願された米国特許出願第１２／７７８，５８８号、２００５年６月２日に出願され、２００５年１２月２２日に国際公開第２００５／１２２２８５号パンフレットとして公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０５／１９３５４号、２０１０年３月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／３１３，３９７号、２００７年９月６日に出願され、２００８年７月３日に米国特許出願公開第２００８／０１５７２３５号として公開された米国特許出願第１１／８５１，１８２号、２００７年９月６日に出願され、２００８年３月１３日に国際公開第２００８／０３０９６０号パンフレットとして公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／７７７５９号は、一般的には、可撓性及び／又は伸縮性の半導体材料及びデバイスに関し、いずれもそれらの全体がここに参照により本明細書に組み込まれる。
【０４３２】
[00562]以下の参考文献、すなわち、２００３年６月２４日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／１９９６８号、２００４年１月７日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０４／０００２５５号、２００４年４月１２日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０４／１１１９９号、２００５年６月１３日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０５／２０８４４号、及び２００６年７月２８日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０６／０２９８２６号は、一般的には、生体内吸収性基板及び生体内吸収性基板を作製する方法に関し、いずれもそれらの全体がここに参照により本明細書に組み込まれる。
【０４３３】
[00563]本明細書において使用された用語及び表現は、説明用語として及び非限定的に使用され、かかる用語及び表現の使用には、図示され説明される特徴又はその一部分の任意の均等物を排除するように意図されない。しかし、様々な修正が、特許請求される本発明の範囲内において可能であることを理解されたい。したがって、本発明は、好ましい実施形態、例示的な実施形態、及びオプションの特徴により、具体的に開示されるが、本明細書に置いて開示されるコンセプトの修正及び変更が、当業者により行使されてもよく、かかる修正及び変更は、添付の特許請求の範囲により規定されるような本発明の範囲内に含まれるものと考えられる点を、理解されたい。本明細書に示される具体的な実施形態は、本発明の有用な実施形態の例であり、本発明は、本説明に記載されたデバイス、デバイス構成要素、及び方法ステップの多数の変更形態を使用して実施し得る点が、当業者には自明となろう。当業者には自明であろうが、方法及びそれらの方法に有用なデバイスは、多数のオプションの構成要素及び処理の要素及びステップを含むことが可能である。
【０４３４】
[00564]代替群が、本明細書に開示される場合には、かかる群及び全ての小群の全ての個別の要素が、それらの群要素の任意の異性体、鏡像体、及びジアステレオマーを含めて、独立に開示されたものと理解される。本明細書でマーカッシュグループ又は他のグループ分けが使用される場合、そのグループの個別の全てのメンバー並びにそのグループの全ての組合せ及びその考えられる部分的な組合せが、本開示に独立に含まれることが意図される。化合物が、その化合物のある特定の異性体、鏡像体、又はジアステレオマーが例えば式において又は化学名において指定されない形で、本明細書において説明される場合には、その説明は、独立に又は任意の組合せにおいて説明された化合物の各異性体及び鏡像体を含むように意図される。さらに、特に別様の事が明示されない限り、本明細書において開示される化合物の全ての同位体変種が、本開示により包含されるように意図される。例えば、開示された分子中の１つ又は複数の水素が、重水素又はトリチウムと置換され得る点が理解されよう。分子の同位体変種は、一般的には、その分子の分析において、及びその分子又はその使用に関する化学的且つ生物学的な研究において、基準として有用である。かかる同位体変種を作製するための方法は、当技術において公知である。化合物の具体的な名称は、当業者がその同一の化合物を別の名称で呼ぶことが可能であることが知られている場合には、例示的なものとして意図される。
【０４３５】
[00565]以下の参照は、一般的には、作製方法、構造、及び電子デバイスを作製するためのシステムに関し、本出願における開示と矛盾しない範囲において、ここに参照により本明細書に組み込まれる。
【０４３６】
[00566]本明細書において使用される場合に、及び添付の特許請求の範囲において、「１つの（ａ、ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」という単数形は、別様のことがコンテクストにより明示されない限り、複数への言及を含む点に留意されたい。したがって、例えば、「１つの細胞（ａ  ｃｅｌｌ）」という言及は、当業者には公知の複数のかかる細胞及びその均等物等々を含む。さらに、「１つの（ａ又はａｎ）」、「１つ又は複数の」、及び「少なくとも１つの」は、本明細書においては同義的に使用され得る。また、「備えている」、「含んでいる」、及び「有している」という用語は、同義的に使用され得る点に留意されたい。「請求項ＸＸ〜ＹＹのいずれかに記載の」（ＸＸ及びＹＹが請求項番号を示す場合）という表現は、代替的な形態における複数従属項を示すように意図され、いくつかの実施形態においては、「請求項ＸＸ〜ＹＹのいずれか一項に記載の」という表現と同義である。
【表１９】
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【０４３７】
[00567]別様に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術の当業者により一般的に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書に記載されるものと同様又は均等なあらゆる方法及び材料が、本発明の実施又は試験において使用され得るが、ここでは、好ましい方法及び材料が、説明される。本明細書においては、本発明が、先行発明によるかかる開示に先行する権利を与えられないことを認めるものと解釈されるべきものは、一切存在しない。
【０４３８】
[00568]本明細書において、例えば整数範囲、温度範囲、時間範囲、組成範囲、又は濃度範囲などの範囲が示される場合には常に、全ての中間範囲、部分範囲、及び示された範囲内に含まれる全ての個別の値が、本開示に含まれるものと意図される。本明細書においては、範囲は、具体的には、その値をその範囲の端点値として含む。本明細書においては、範囲は、具体的には、その範囲の全ての整数値を含む。例えば、１〜１００の範囲は、具体的には、１及び１００という端点値を含む。本明細書の説明に含まれる範囲又は部分範囲の中の任意の部分範囲又は個々の値が、本明細書の特許請求の範囲からは除外され得る点が、理解されよう。
【０４３９】
[00569]本明細書において使用される場合に、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「包含している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、又は「を特徴とする（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ  ｂｙ）」と同義であり、互換的に使用することが可能であり、包括的又は無制限であり、追加の引用されていない要素又は方法ステップを排除しない。本明細書において使用される場合に、「からなっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、請求項の構成要素内に明示されない任意の要素、ステップ、又は成分を排除する。本明細書において使用される場合に、「から本質的になっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、特許請求の範囲の基礎及び新規の特徴に実質的には影響を及ぼさない材料又はステップを除外しない。本明細書においては、いずれの場合においても、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「から本質的になっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」、及び「からなっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語はいずれも、それらの中の他の２つの用語のいずれかと置換し得る。本明細書において例示的に説明される本発明は、本明細書においては具体的には開示されない任意の要素（複数可）、限定（複数可）が存在しない場合でも、適切に実施することが可能である。
【０４４０】
[00570]具体的に例示されたもの以外の開始材料、生物材料、試薬、合成方法、純化方法、解析方法、分析方法、及び生物学的方法が、不要な実験を行わずとも、本発明の実施において使用し得る点が、当業者には理解されよう。任意のかかる材料及び方法の全ての技術的に公知の機能均等物が、本発明に含まれるように意図される。使用してきた用語及び表現は、説明用語として非限定的に使用され、かかる用語及び表現の使用においては、図示され説明される特徴のあらゆる均等物又はその部分を排除するような意図は存在しない。しかし、様々な修正が、特許請求される本発明の範囲内において可能であることを理解されたい。したがって、好ましい実施形態及びオプションの特徴によって本発明を具体的に開示したが、当業者は、本明細書において開示されるコンセプトの修正及び変更を行うことが可能であり、かかる修正及び変更は、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲内に含まれるものと解釈される点を理解されたい。
【符号の説明】
【０４４１】
１００…遷移デバイス、１０２…分解性基板、１０４、１０６…デバイス構成要素。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８ａ】
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【図５８ｂ】
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【図５９ａ】
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【図５９ｂ】
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【図５９ｃ】
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【図５９ｄ】
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【図５９ｅ】
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【図６０ａ】
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【図６０ｂ】
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【図６０ｃ】
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【図６０ｄ】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５−１】
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【図８５−２】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６ａ】
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【図９６ｂ】
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【図９６ｃ】
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【図９６ｄ】
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【図９７ａ】
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【図９７ｂ】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１ａ】
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【図１０１ｂ】
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【図１０２ａ】
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【図１０２ｂ】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５ａ】
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【図１０５ｂ】
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【図１０６ａ】
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【図１０６ｂ】
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【図１０７ａ】
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【図１０７ｂ】
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【図１０７ｃ】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４−１】
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【図１１４−２】
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【図１１５】
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【図１１６ａ】
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【図１１６ｂ】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１２７】
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【図１２８】
2018032870.tif 000232
【図１２９ａ】
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【図１２９ｂ】
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【図１２９ｃ】
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【図１３０ａ】
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【図１３０ｂ】
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【図１３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月17日(2017.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動遷移電子デバイスであって、
基板と、
前記基板により支持された、１つ又は複数の無機構成要素であり、前記１つ又は複数の無機構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、前記基板により支持された、１つ又は複数の無機構成要素と、
を備え、
前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも部分的な変化が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、前記受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記受動遷移電子デバイスの機能を変化させる、デバイス。
【請求項２】
前記１つ又は複数の無機構成要素の前記変化が、生体内吸収以外のプロセスにより発生する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記１つ又は複数の無機構成要素の前記変化が、
（ｉ）前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも一部分が、少なくとも部分的な昇華又は溶融を被る、相変化によって、
（ｉｉ）溶媒中における前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも部分的な溶解によって、
（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも部分的な加水分解によって、
（ｉｖ）前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも部分的なエッチング又は腐食によって、
（ｖ）前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも一部分が、電磁放射を吸収し、少なくとも部分的な化学的変化又は物理的変化を被る、光化学反応によって、
（ｖｉ）電気化学反応によって、或いは
（ｖｉｉ）前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも一部分が、絶縁体へと変換される、化学的変化又は物理的変化によって
発生することにより、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化がもたらされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記事前選択された遷移プロファイルが、１マイクロ秒〜２年から選択された時間間隔の間における、前記１つ又は複数の無機構成要素の０．０１％〜１００％の変化により、前記遷移電子デバイスの前記プログラム可能な変化をもたらすことによって、特徴付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記事前選択された遷移プロファイルが、１０１０Ｓ・ｍ−１〜１Ｓ・ｍ−１ｓ−１の範囲の間で選択される速度における、前記１つ又は複数の無機構成要素の導電率の低下によって特徴付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記外部刺激又は前記内部刺激が、生物学的環境の変化、温度の変化、圧力の変化、電磁放射に対する露出、化学剤との接触、電界の印加、磁界の印加、溶媒への露出、外部環境のｐＨの変化、外部環境の塩濃度の変化、又はアノード電圧の印加を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記無機構成要素の１つ又は複数を少なくとも部分的に封入する封入材料をさらに含み、前記封入材料が、下層の無機構成要素を露出させるように少なくとも部分的に除去される選択的に除去可能な材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記封入材料が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して除去される、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記封入材料が、ＭｇＯ、シルク、コラーゲン、ゼラチン、ＰＬＧＡ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＬＡ、ＳｉＯ２、ポリ無水物（ポリエステル）、ポリヒドロキシアルカネート（ＰＨＡ）、及びポリリン酸塩からなる群より選択される材料を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記封入材料が、シルク複合材料を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記１つ又は複数の無機構成要素のそれぞれがＳｉ、Ｇａ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、又はこれらの任意の組合せを独立に含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の無機構成要素が、Ｍｇ、Ｗ、Ｆｅ、又はそれらの合金を独立に含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記１つ又は複数の無機構成要素が、Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｎ、及びＺｒからなる群より選択される１つ又は複数の追加材料を含むＭｇ合金を独立に含み、前記合金の前記１つ又は複数の追加材料が、１０重量％以下の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記基板が、シルクを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
選択的に除去可能な材料の厚さがゼロに達するための時間が、
【数１】
2018032870.tif 000239
により求められ、ここで、ｔｃは、臨界時間であり、ρｍは、材料の質量密度であり、Ｍ（Ｈ２Ｏ）は、水のモル質量であり、Ｍ（ｍ）は、材料のモル質量であり、ｈ０は、材料の初期厚さであり、Ｄは、水の拡散率であり、ｋは、溶解反応についての反応定数であり、ｗ０は、水の初期濃度であり、ここで、ｋは、１０５〜１０−１０ｓ−１の範囲から選択された値を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
受動遷移電子デバイスを使用する方法であって、
前記受動遷移電子デバイスを用意するステップであり、前記受動遷移電子デバイスが、
基板、及び
前記基板により支持された、１つ又は複数の無機構成要素であり、前記１つ又は複数の無機構成要素が、選択的に変化可能な材料を独立に含み、前記１つ又は複数の無機構成要素が、外部刺激又は内部刺激に反応する事前選択された遷移プロファイルを有する、前記基板により支持された、１つ又は複数の無機構成要素、
を備え、
前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも部分的な変化が、前記外部刺激又は前記内部刺激に反応して、及び事前選択された時間に又は事前選択された速度で、前記受動遷移電子デバイスのプログラム可能な変化を実現し、前記プログラム可能な変化が、第１の条件から第２の条件へと前記受動遷移電子デバイスの機能を変化させる、ステップと、
前記外部刺激又は前記内部刺激に対して前記受動遷移電子デバイスをさらすことにより、前記受動遷移電子デバイスをプログラム可能に変化させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも一部分の上に設けられたシルク保護膜をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記１つ又は複数の無機構成要素が、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記受動遷移電子デバイスが、前記１つ又は複数の無機構成要素の少なくとも一部分の上に設けられたシルク保護膜をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ又は複数の無機構成要素が、１つ又は複数の無機半導体構成要素、１つ又は複数の金属導体構成要素、或いは１つ又は複数の無機半導体構成要素及び１つ又は複数の金属導体構成要素を備える、請求項１６に記載の方法。
【外国語明細書】
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