Technologie zur Herstellung von Si-basierenden Detektoren ... · Der Photoresist besteht aus 2...

Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien

Technische Universität Ilmenau, FG Nanotechnologie

Technologie zur Herstellung von Si-basierenden Detektoren und Transistoren für Retina-Implantate

Moor´s Law

Pentium IV

Wie groß ist ein Transistor?

Der MOSFET

Funktionsweise eines MOSFETs

Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis

MOSFET = MOS-Feldeffekttransistor

Siliziumsubstrat

n-Kanal-MOSFET = n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor

Siliziumsubstratn+ n+

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)

Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

SiliziumdioxidIsolator

Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

SiliziumdioxidIsolatorPolysilizium

Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

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

------------------------Kanal------------------------

Rohstoff Silizium

Züchtung eines Siliziumkristalls

Reinigung eines Kristalls

Vom Kristall zum Substrat

Bearbeitung von Kristallscheiben

ArbeitsschritteSägenKanten verrundenSchleifen/LäppenÄtzenPolierenReinigen

Wacker Siltronic

Vorbehandlung der Substrate im Labor

Herstellung des isolierenden Oxids

SiliziumscheibeSiliziumoxidPhotoresist

Lithographie: mit dem Stein schreibenPhotolithographie: mit Licht schreibenPhotoresist: Material, das beim Belichten seine Löslichkeit ändert

Grundschritte der Prozessierung

SiliziumscheibeCu-SchichtPhotoresist

Natronlauge

Aceton

HF/H2O2

löslichunlöslich

Kunststoffe = Polymere Makromoleküle= Plastik =

MonomerePerle (Baustein)

PolymerPerlenkette

CH2 CH2 CH2* *n CH2

Ethen(Ethylen) Polyethylen n > 1000

Der Photoresist besteht aus 2 KomponentenKomponente 1: Polymer (Novolac)

CH3 CH3 CH3CH3CH3 CH3 CH3

Komponente 2: Photoaktives Material

Molekül I

COOHUV-Licht

Molekül II

unpolar polar

in Natronlauge unlöslich in Natronlauge löslich

Belackung

Herstellung von Masken

Strukturgrößen bei der optischen Lithografie

Masken

Hoechst High Chem Magazin

Ein Silicium Wafer enthält mehrere hundert Mikroprozessoren!

Jeder Prozessor mehrere Millionen Bauelemente!

Ätzanlagen

Metallisierung durch Sputtern

Kontakte

Metallisierung

„State of the Art“

Prozessschritte für 16Mbit DRAM

Transistor gate

Trenchcapacitor

Der Chip enthält vieleStrukturen, die kleinerals 1μm sindkleinste Struktur inaktuellen Mikrochips0.13 μm (130 nm)

Infineon Technologies

1m(Meter)

1mm = 10-3m (Millimeter)

1μm = 10-6 m(Mikrometer)

1nm = 10-9 mNanometer

kleiner

kleinerClarissa Drummer, Universität Bayreuth

Transistor gate

Trenchcapacitor

10 μm

Es gibt 3 verschiedene Ansätze, um

Blinden das Sehen zu ermöglichen:

- Retinaimplantat:

• Das epiretinale Implantat

• Das subretinale Implantat

- Gehirnimplantat

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

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.

EmpfängerStimulations-elektronik

StimulationskontakteKamera-Chip

Sender

Retina-Encoder

Empfänger: 4.7 mm x 4.6 mm

Stimulation des Sehnervs

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.

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.

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

- 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

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