FOTOLUMINESZCENS STRUKTÚRA KIALAKÍTÁSA PÓRUSOS SZILÍCIUM RÉTEG SEGÍTSÉGÉVEL
(VÁZSONYI Éva - távollétében: Csikósné dr. PAP Andrea Edit)
A sokat emlegetett MEMS magyarul annyit tesz: mikro-elektronikai és -mechanikai rendszer.
A mikrotechnológia területén nagyon sok érdekes műveletet, eljárást alkalmazunk annak érdekében,
hogy nagyon kicsi - mikro(nano)méteres - méretben tudjunk előállítani elektronikus, mechanikus
eszközöket. Mindezt természetesen szilícium alapon, a jó integrálhatóság érdekében.
Ezen eljárások során az első lépés a Si szelet kémiai tisztítása, amit a különböző rétegek
kialakítása követ, pl. oxid réteg, fém rétegek kialakítása, gyakran segítségül hívva a fotolitográfiát
is, ami lehetővé teszi egy nagy felületen a lokális megmunkálást. Ebben a műveleti csoportban kap
fontos szerepet az ún. pórusos szilícium, mint segédréteg a 2- és 3-dimenziós szerkezetek
kialakításakor (1. ábra). Így pl. mikroméretű felfüggesztett membránokat, hidakat, csatornákat,
vagy optikai szűrőket lehet kialakítani különböző chipeken - a megfelelő helyeken hozzájuk illesztve
a "kiolvasó" elektronikát.
 |
1. ábra. Különböző vastagságú, de azonos porozitású pórusos szilícium rétegek Si egykristályon.
|
Magát a pórusos szilícium réteget elektrokémiai marással állítjuk elő Si egykristály szeleten.
Az elektrokémiai maráshoz egy olyan biztonságosan kialakított elektrolizáló cellát használunk
(2. ábra), amely ellenáll az alkalmazott kémiai anyagoknak, biztosított benne a homogén
elektromos tér, és számítógéppel szabályozható az alkalmazott áramsűrűség, valamint a marási idő is.
A pórusos szilícium legfontosabb jellemzői, melyek segítségével tervezhető egy eszköz, a réteg
vastagsága és porozitása. Ezek alapvetően meghatározzák a réteg optikai tulajdonságait, stabilitását
és más fizikai tulajdonságait is. Például, a pórusos szilícium, ha nagyon finom szerkezetű, akkor
a szabad szemmel nem látható ultraibolya fényben vörös színű foto-lumineszcenciát mutat, konkrétan
izzó piros fényt bocsát ki. (A látható fényben viszont csak sárgás-barna színű.)
 |
2. ábra. Pórusos szilícium előállítására alkalmas elektrolizáló cella.
|
PROGRAM:
A tervezett egy hetes munka során a célunk az, hogy intézetünk emblémáját megjelenítsük egy tükörsima
szilícium szelet homlok oldalán. Ehhez először az embléma mintázatát egy nagyon vékony (0,2 mikrométer)
szilícium-nitrid vékonyrétegből alakítjuk ki. (Ez az anyag nagyon kevéssé oldható a legtöbb ásványi
savban, kivéve a forró foszforsavat). A szilícium nitrid mintázattal nem fedett terület legfelső
vékony rétegét pórusos szilíciummá alakítjuk át elektrokémiai marással. Az alábbiakban az eljárás
egyes lépéseit ismertetjük:
- lépés: A szép, tükörfényes szilícium szelet bevonása szilícium nitrid szigetelő, más néven
maszkoló réteggel egy speciális berendezésben, az ún. CVD-ben.
- lépés: A szilícium-nitrid szigetelő réteggel bevont szilícium szeletre egy szilícium dioxid
réteget választunk le egy olyan berendezésben, amely vákuumban működik, és ebbe a térbe eresztünk
be olyan gázokat, amelyek reakcióba lépve egymással szilícium-dioxidot eredményeznek. Itt a
szilícium-dioxid szemcsék egy vékony bevonatot alkotnak a szilícium nitrid réteg tetején.
- lépés: Fotolitográfiai műveletek segítségével egy vékony fényérzékeny lakkrétegben úgy alakítjuk
ki az MFA embléma rajzolatát, hogy a lakkréteg csak a mintázatnak megfelelő helyén takarja a
szilícium dioxid vékonyréteget
- lépés: A szilícium-dioxid vékonyréteget kémiai marással feloldjuk a fotólakkal nem fedett területeken.
- lépés: A lakk eltávolítása, feloldása acetonban.
- lépés: A szilícium-nitrid réteg kioldása forró foszforsavban a szilícium dioxiddal nem fedett területekről.
- lépés: A szilícium-dioxid réteg leoldása.
- lépés: A pórusos szilícium előállítása elektrokémiai marással.
- lépés: A minta távoli ultraibolya fénnyel való megvilágítása, megfigyelése és lefényképezése.
(A lumineszcencia jelenség megfigyelése, vizsgálata.)
- lépés: A pórusos szilícium réteg leoldása. A felület megfigyelése és lefényképezése.
A műveleteket az MFA nagytisztaságú MEMS laboratóriumában hajtjuk végre közösen - minden lépést
megbeszélve és értelmezve a műveletek jelentőségét.
|
|
|
