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+

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)





Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

n+ n+

p





Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

SiliziumdioxidIsolator

n+ n+

p





Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain

SiliziumdioxidIsolatorPolysilizium

n+ n+

p





Siliziumsubstrat

QuelleSource

SenkeDrain


Gate

n+ n+

p




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


Gate

n+ n+

p

------------------------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)

CH2

OHCH2

OHCH2

OHCH2

OHCH2

OHCH2

OHCH2

OHOH

CH3 CH3 CH3CH3CH3 CH3 CH3

CH3



O

R

NN

Komponente 2: Photoaktives Material

Molekül I

R

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

{

3 μm

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

1000X

kleiner

1000X

kleiner

1000X

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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