Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Technologie zur Herstellung von Si-basierenden Detektoren und Transistoren für Retina-Implantate
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Moor´s Law
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Pentium IV
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Wie groß ist ein Transistor?
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Der MOSFET
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Der MOSFET
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Funktionsweise eines MOSFETs
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
MOSFET = MOS-Feldeffekttransistor
Siliziumsubstrat
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
Siliziumsubstratn+ n+
p
Der n-Kanal-MOSFET besteht aus einem p-dotierten Siliziumsubstrat (Bor),in dem in geringem Abstand (etwa 0,5-5µm) zwei n-dotierte Bereiche integriert sind. (p-Dotierung: Bor) (n-Dotierung: Arsen, Phosphor)
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
Siliziumsubstrat
QuelleSource
SenkeDrain
n+ n+
p
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
Siliziumsubstrat
QuelleSource
SenkeDrain
SiliziumdioxidIsolator
n+ n+
p
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
Siliziumsubstrat
QuelleSource
SenkeDrain
SiliziumdioxidIsolatorPolysilizium
n+ n+
p
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
Siliziumsubstrat
QuelleSource
SenkeDrain
SiliziumdioxidIsolatorPolysilizium
Gate
n+ n+
p
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis
n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-FeldeffekttransistorMOS = Metal-Oxide-Semiconductor
Siliziumsubstrat
Wenn am Gate eine ausreichende, positive Spannung anliegt, so entsteht ein leitfähiger Kanal von der Quelle zur Senke.
QuelleSource
SenkeDrain
SiliziumdioxidIsolatorPolysilizium
Gate
n+ n+
p
------------------------Kanal------------------------
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Rohstoff Silizium
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Züchtung eines Siliziumkristalls
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Reinigung eines Kristalls
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Vom Kristall zum Substrat
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Bearbeitung von Kristallscheiben
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
ArbeitsschritteSägenKanten verrundenSchleifen/LäppenÄtzenPolierenReinigen
Wacker Siltronic
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Vorbehandlung der Substrate im Labor
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Herstellung des isolierenden Oxids
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
SiliziumscheibeSiliziumoxidPhotoresist
Lithographie: mit dem Stein schreibenPhotolithographie: mit Licht schreibenPhotoresist: Material, das beim Belichten seine Löslichkeit ändert
Grundschritte der Prozessierung
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
SiliziumscheibeCu-SchichtPhotoresist
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Natronlauge
Aceton
HF/H2O2
löslichunlöslich
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Kunststoffe = Polymere Makromoleküle= Plastik =
MonomerePerle (Baustein)
PolymerPerlenkette
CH2 CH2 CH2* *n CH2
Ethen(Ethylen) Polyethylen n > 1000
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Der Photoresist besteht aus 2 KomponentenKomponente 1: Polymer (Novolac)
CH2
OHCH2
OHCH2
OHCH2
OHCH2
OHCH2
OHCH2
OHOH
CH3 CH3 CH3CH3CH3 CH3 CH3
CH3
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
O
R
NN
Komponente 2: Photoaktives Material
Molekül I
R
COOHUV-Licht
Molekül II
unpolar polar
in Natronlauge unlöslich in Natronlauge löslich
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Belackung
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Herstellung von Masken
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Strukturgrößen bei der optischen Lithografie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Masken
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Hoechst High Chem Magazin
Ein Silicium Wafer enthält mehrere hundert Mikroprozessoren!
Jeder Prozessor mehrere Millionen Bauelemente!
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Ätzanlagen
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Metallisierung durch Sputtern
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Kontakte
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Metallisierung
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
„State of the Art“
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Prozessschritte für 16Mbit DRAM
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Transistor gate
Trenchcapacitor
{
3 μm
Der Chip enthält vieleStrukturen, die kleinerals 1μm sindkleinste Struktur inaktuellen Mikrochips0.13 μm (130 nm)
Infineon Technologies
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
1m(Meter)
1mm = 10-3m (Millimeter)
1μm = 10-6 m(Mikrometer)
1nm = 10-9 mNanometer
1000X
kleiner
1000X
kleiner
1000X
kleinerClarissa Drummer, Universität Bayreuth
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Transistor gate
Trenchcapacitor
{
10 μm
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Es gibt 3 verschiedene Ansätze, um
Blinden das Sehen zu ermöglichen:
- Retinaimplantat:
• Das epiretinale Implantat
• Das subretinale Implantat
- Gehirnimplantat
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Das Retinaimplantat kanneingesetzt werden beiNetzhautablösungen, z.B.:- Retinitis Pigmentosa - Makuladegeneration- Usher Syndrom
In Deutschland ca. 40000 Betroffene
In welchen Fällen kann dasRetinaimplantat nichtangewendet werden?- Bei angeborener Blindheit- Bei Schädigungen des
Sehnervs - Bei Erkrankungen des
vorderen Augenabschnitts oder Sehschwäche
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Bei dem epiretinalen Implantat wird das Implantat vor der Netzhaut angebracht
Bei diesem Ansatz:
• sollen die Photorezeptoren durch eine Minikamera ersetzt werden,
• ein Neurocomputer das Bild in eine Impulsfolge umwandeln,
• die Nervenzellen im Auge stimuliert werden.
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
EmpfängerStimulations-elektronik
StimulationskontakteKamera-Chip
Sender
Retina-Encoder
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Empfänger: 4.7 mm x 4.6 mm
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Stimulation des Sehnervs
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Der Retina Encoder ist ein lernfähiger Neurocomputer, der die Bildsignale einer Kamera in Signale umwandelt, die denen einer gesunden Netzhaut entsprechen sollen.
Der Träger des Implantats kann die Einstellungen des Retina Encoders verändern, um die Sehwahrnehmung zu optimieren.
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Die Anpassung der technischen Parameter des Encoderswird mit Hilfe einer Dialogkonsole durchgeführt:
• Parameter des Retina Encoders nicht belegt Implantat-Träger nimmt nur diffuse Lichtpunkte wahr.
• Implantat-Träger wählt aus verschiedenen Bildeinstellung die aus, die am ehesten der Vorlage entspricht.
• Neue Parametersätze werden generiert.
• Wiederholung dieses Lernzyklus.
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
In Tests wurde nachgewiesen:
• Verträglichkeit: Langzeitstudie an einem Hund
• Stimulierbarkeit: Studie mit einer speziellen Sonde in Amerika an Freiwilligen
Anbringen des Implantats:
• Durch chirurgischen Eingriff mit speziellem Halter durchführbar
• Routinemäßiger Eingriff
Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien
Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie
- Derzeit wird Retina Encoder durch Großrechner realisiert um 100 Bild-Punkte zu stimulieren
- Fixierung des Implantats
- Qualität des erkannten Bildes
- Kosten hoch aber noch schwer kalkulierbar;
- Übernahme Krankenkasse?
- Sehprothesen:www.3sat.de/nano/serien/03867/www.medizin.uni-koeln.de/kliniken/augenklinik/epi-ret3.htm