Фотолітографія
ФОТОЛИТОГРАФИЯ – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ МИКРОСХЕМ
Фотолитогра́фия — метод получения рисунка на тонкой плёнке материала, широко используется в микроэлектронике и вполиграфии. Один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов.
Технологический процесс, самый распространенный на сегодняшний день – это фотолитография, или оптическая литография. Как и любой другой литографический процесс, метод создания микросхем основан на копировании (или фотографировании) рисунка маски на кремниевую подложку. Световые лучи с определенной длиной волны просвечивают через маску, затем уменьшаются многократно, вследствии прохождения через сложную систему линз и зеркал и, наконец, в точности копируют рисунок маски на кремниевой подложке.
Фотографирование рисунка маски на кремниевую подложку
Очень важную роль в технологическом процессе создания микросхемы играет фоточувствительный материал – резист. И хотя резист в фотолитографии используется исключительно как вспомогательный материал, служит он для правильного переноса рисунка на кремниевую подложку.
Давайте повнимательнее рассмотрим базовые этапы копирования рисунка маски на кремниевую подложку. Кремниевая пластина покрывается диоксидом кремния (SiO2), играющего роль диалектрика затвора, из этого материала формируется рисунок маски (1 этап на рисунке). Следующим накладывается слой фоторезиста (2), и на этом заканчивается подготовительный этап.
При включении источника излучения (3) световые лучи проходят сквозь окна шаблона маски и расщепляют открытый фоторезист (4). Закрытые шаблоном участки сохранившегося фоторезиста обрабатываются, затем уже по рисунку фоторезиста удаляется (травится) диоксид кремния (5), а после удаляется и сам фоторезист (6). Вот и процесс переноса рисунка маски на кремниевую подложку
Но чтобы все не казалось слишком простым, я напомню, что фотолитография – очень тонкая технология. Каждый из описаных выше процессов имеет с десяток тонкостей, которые, в конце концов, позволяют добиться желаемого результата, а о системе фокусирования светового луча тут и говорить нечего – при таких крошечных размерах очень непросто правильно передать световой луч через всю систему линз и зеркал, с тем, чтобы он не рассеялся и не растворился попросту. . .
Для описания всех этих тонкостей не то что статьи, книги будет мало.Так что, можно сказать, что мы с вами сделали первый вводный экскурс в новый мир и, надеюсь, поняли идею процесса литографии.
Наверняка, вам известно, что вершителем многих революционных достижений в области микроэлектроники была компания Intel, да и по сей день она удерживает мировое лидерство по производству самых сильных и качественных микрочипов и микропроцессоров, в частности.
Приймачі іч-діапазону
Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 0,75 до 1000 мкм, превышающими длины волн видимого спектра, но более короткими, чем микроволновое излучение. Из-за атмосферного поглощения ИК-излучения реальный диапазон, пригодный для детектирования, ограничивается приблизительно 30 мкм. ИК-детекторы используют, как правило, длины волн, лежащие в окнах прозрачности атмосферы — в диапазоне 3–5 мкм (MIR) и 8–14 мкм (FIR).
Представим график пропускання атмосферы
В электронике инфракрасное излучение наиболее широко применяется в фотоприемниках, где величина тока изменяется в зависимости от степени облучения их чувствительного слоя. К ним относятся:
Фоторезисторы.
Фотодиоды.
Фототранзисторы.
Пироэлектрические датчики.
Электронно-оптические преобразователи (прибор ночного виденья).
Фоторезисторы.
Прибор, электрическое сопротивление которого уменьшается под действием облучения его чувствительного слоя при увеличении освещенности. Встречаются фоторезисторы сернисто-кадмиевые (CdS), селено-кадмиевые (CdSe) и их разновидности - сернисто-селенокадмиевые. Нужно отметить что фоторезисторы обладают достаточно узким спектральным диапазоном в ИК области и большей инертностью при очень высокой чувствительности к изменению освещенности, сопротивление может изменятся от десятков мегаом (10 МОм) при затемнении до единиц килоом (8 кОм) при средней освещенности. Резкое изменение освещенности фоторезистора вызывает плавное изменение его сопротивления, с определенной задержкой, которая может составлять несколько миллисекунд при сильной освещенности и может превысить секунду при слабой освещенности. Хотя фоторезисторы и позволяют интересные эксперименты в области ИК излучения, их использование сводится к весьма простым приложениям. Описанные недостатки фоторезисторов отсутствуют у фотодиодов и фототранзисторов чем и обусловлено их широкое применение в современных приборах.
Фотодиоды.
Каждый кремниевый диод, по сути, уже является фотодиодом. Достаточно слегка стереть черную краску, обычно защищающую от света некоторые диоды, изготовленные в стеклянном корпусе, чтобы получить простейший фотодиод. Фотодиод включается в схему в обратном направлении, катодом к положительному полюсу источника питания. При затемнении фотодиод проводит очень маленький ток - около 1 нА который может возрасти до 1 мА если его засветить. При обратной полярности включения, между областями P и N, возникает потенциальный барьер, изолирующий их друг от друга. Проникая в полупроводниковый слой, свет создает положительные и отрицательные заряды. Поскольку диод включен в обратном направлении (анод под отрицательным напряжением), а противоположные заряды притягиваются, то к аноду идут положительные заряды, а к катоду - отрицательные. Свет создает эти заряды и в случае, если к диоду не подведено напряжение. Тогда на выходах диода появляется разность потенциалов, и он работает как фотоэлемент, такая схема включения фотодиода в схему называется фотогальваническая. При обратном включении фотодиода с приложенным смещающим напряжением, фотоэлектрический ток строго пропорционален освещенности, что позволяет использовать их для измерения яркости, а также для передачи сигналов с частотой до десятков мегагерц (МГц) и даже гигагерц (ГГЦ) так как в такой схеме включения снижается собственная емкость фотодиода до единиц (пф) и повышается быстродействие.
Фототранзисторы.
Фототранзистор содержит два p-n перехода (Б-З и К-Б), образованные двумя эквивалентными диодами, один из которых (К-Б) включен обратно. Если осветить полупроводниковый кристалл транзистора, то можно получить высокочувствительный приемник. Высвобождая электрически заряды в P - области, падающий свет вызывает ток базы, который создает усиленный в β раз ток коллектора Ic. Как и диоды, каждый транзистор является фоточувствительным элементом, именно по этому транзисторы, так же как и интегральные схемы, покрывают не прозрачным материалом, если не помещают в металлический корпус. В последнем случае достаточно вырезать отверстие в корпусе, чтобы преобразовать маломощный транзистор в мощнейший фототранзистор. Так или иначе , удаление защитного слоя может привести к сокращению срока службы транзистора. Настоящий фототранзистор разработан для оптимального приема света и часто снабжен линзой для концентрации падающего света. Фототранзистор целесообразно применять при работе на частотах не превышающих 100 кГц. Выпускаются фототранзисторы как в двухвыводном так и в трехвыводном варианте, базу используют очень редко, поскольку это приводит к снижению чувствительности и используется в для настройки. Фототранзистор можно вывести из рабочего режима, подведя к базе достаточно большой ток, который приведет к ее перенасыщению. При наличии выводов только базы и коллектора можно использовать фототранзистор в качестве фотодиода, благодаря чему улучшается частотная характеристика. Характеристика чувствительности к освещенности фототранзистора менее линейная чем у фотодиода.
Пироэлектрические приемники.
Пироэлектрические приемники реагируют на изменения температуры, а значит и на изменения освещенности чувствительного слоя. Чтобы пироэлектрический приемник среагировал, достаточно разности температуры между объектом и окружающей средой в 5 ºС. Чувствительным элементом датчика, преобразующего тепловое излучение в заряд является пироэлектрический элемент. Пироэлектрический приемник является пассивным приемником ИК излучения, он не нуждается в искусственном источнике излучения подсветки. Почти все пироэлектрические приемники, встречающиеся в продаже, имеют встроенный усилитель сигнала датчика. Датчик с пироэлектрическими приемниками используются в системах сигнализации, автоматическом включении освещения, открытия дверей, кранов, включения сушилок для рук, наблюдения за животными и т.д. Пироэлектрические приемники способны работать в широком спектральном диапазоне излучения: от ультрафиолетового до волн длиной 0,3 мм. Наиболее часто в датчиках используется оптический диапазон 6-16 мкм. Спектр рабочих длин волн ограничивается путем установки оптического фильтра перед пироэлектрическим приемником, который ведет себя как конденсатор, заряжающийся менее чем на 1 мВ при изменении температуры чувствительного слоя под воздействием падающего излучения. Поскольку необходимо, чтоб эти изменения происходили как можно быстрее, чувствительные элементы изготавливают в виде очень тонких пластинок или пленок. Тем не менее требуется несколько десятых долей секунды для того, чтобы выходное напряжение приемника достигло максимального значения после изменения температуры. В действительности напряжение конденсатора никогда не достигает теоретического максимума, так как конденсатор разряжается из-за проводимости своего диэлектрика. Таким образом, изменение температуры запоминается лишь на несколько секунд.
Используемая литература: Герман Шрайбер Инфракрасные лучи в электронике.
На ЦКБ «Ритм» представлено следующие особенности и характеристики приемников:
