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

Transkript

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

2 Moor s Law

3 Pentium IV

4 Wie groß ist ein Transistor?

5 Der MOSFET

6 Der MOSFET

7 Funktionsweise eines MOSFETs

8 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis MOSFET = MOS-Feldeffekttransistor Siliziumsubstrat

9 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis n-kanal-mosfet = n-kanal-mos-feldeffekttransistor 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) n + n + p Siliziumsubstrat

10 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis n-kanal-mosfet = n-kanal-mos-feldeffekttransistor Quelle Source Senke Drain n + n + p Siliziumsubstrat

11 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis n-kanal-mosfet = n-kanal-mos-feldeffekttransistor Quelle Source Senke Drain Isolator Siliziumdioxid n + n + p Siliziumsubstrat

12 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis n-kanal-mosfet = n-kanal-mos-feldeffekttransistor Quelle Source Senke Drain Polysilizium Isolator Siliziumdioxid n + n + p Siliziumsubstrat

13 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis n-kanal-mosfet = n-kanal-mos-feldeffekttransistor Quelle Source Gate Senke Drain Polysilizium Isolator Siliziumdioxid n + n + p Siliziumsubstrat

14 Hochintegrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis n-kanal-mosfet = n-kanal-mos-feldeffekttransistor MOS = Metal-Oxide-Semiconductor Quelle Source Gate Polysilizium Isolator Siliziumdioxid Kanal Senke Drain n + n + p Wenn am Gate eine ausreichende, positive Spannung anliegt, so entsteht ein leitfähiger Kanal von der Quelle zur Senke. Siliziumsubstrat

15 Rohstoff Silizium

16 Züchtung eines Siliziumkristalls

17 Reinigung eines Kristalls

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19 Vom Kristall zum Substrat

20 Bearbeitung von Kristallscheiben

21 Arbeitsschritte Sägen Kanten verrunden Schleifen/Läppen Ätzen Polieren Reinigen Wacker Siltronic

22 Vorbehandlung der Substrate im Labor

23 Herstellung des isolierenden Oxids

24 Grundschritte der Prozessierung Siliziumoxid Photoresist Siliziumscheibe Lithographie: Photolithographie: Photoresist: mit dem Stein schreiben mit Licht schreiben Material, das beim Belichten seine Löslichkeit ändert

25 Cu-Schicht Photoresist Siliziumscheibe

26 löslich unlöslich Natronlauge HF/H 2 O 2 Aceton

27 Kunststoffe = Plastik = Polymere = Makromoleküle Monomere Perle (Baustein) Polymer Perlenkette H 2 C CH 2 * CH 2 CH 2 * Ethen (Ethylen) Polyethylen n > 1000 n

28 Der Photoresist besteht aus 2 Komponenten Komponente 1: Polymer (Novolac) OH OH OH OH OH OH OH OH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 3

29 Komponente 2: Photoaktives Material O N N UV-Licht COOH R R Molekül I unpolar in Natronlauge unlöslich Molekül II polar in Natronlauge löslich

30 Belackung

31 Herstellung von Masken

32 Strukturgrößen bei der optischen Lithografie

33 Masken

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37 Ein Silicium Wafer enthält mehrere hundert Mikroprozessoren! Jeder Prozessor mehrere Millionen Bauelemente! Hoechst High Chem Magazin

38 Ätzanlagen

39 Metallisierung durch Sputtern

40 Kontakte

41 Metallisierung

42 State of the Art

43 Prozessschritte für 16Mbit DRAM

44 { Transistor gate Der Chip enthält viele Strukturen, die kleiner als 1μm sind kleinste Struktur in aktuellen Mikrochips 0.13 μm (130 nm) Infineon Technologies Trench capacitor 3 μm

45 1m (Meter) 1000 X kleiner 1mm = 10-3 m (Millimeter) 1000 X kleiner 1μm = 10-6 m (Mikrometer) Clarissa Drummer, Universität Bayreuth 1000 X kleiner 1nm = 10-9 m Nanometer

46 { Transistor gate Trench capacitor 10 μm

47 Es gibt 3 verschiedene Ansätze, um Blinden das Sehen zu ermöglichen: - Retinaimplantat: Das epiretinale Implantat Das subretinale Implantat - Gehirnimplantat

48 Das Retinaimplantat kann eingesetzt werden bei Netzhautablösungen, z.b.: - Retinitis Pigmentosa - Makuladegeneration - Usher Syndrom In Deutschland ca Betroffene In welchen Fällen kann das Retinaimplantat nicht angewendet werden? - Bei angeborener Blindheit - Bei Schädigungen des Sehnervs - Bei Erkrankungen des vorderen Augenabschnitts oder Sehschwäche

49 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.

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51 Kamera-Chip Stimulationskontakte Sender Retina-Encoder Empfänger Stimulationselektronik

52 Empfänger: 4.7 mm x 4.6 mm

53 Stimulation des Sehnervs

54 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.

55 Die Anpassung der technischen Parameter des Encoders wird 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.

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57 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

58 - 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: