Flexibler Aufsatz aus Siliziumchips

Posted on by Zuzilkree

Flexibler Aufsatz Aus Siliziumchips




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Wenn Sie an Silizium denken, welche Eigenschaften kommen Ihnen in den Sinn? Weich und biegsam? Oder hart und kantig? Nun, Ihre grundlegende Silizium-Chip ist nicht etwas, was Sie wollen in Ihren Arterien als Teil von einigen frei schwimmen Gesundheitsmonitor; du würdest etwas wollen, das es bedeckt, um die Ränder zu glätten.

Selbst die halbflüssige Form des Siliziumoxids - Glas - ist nicht gerade mit weich und schonend verbunden.

Da Siliziumchips größtenteils aus Silizium- und Siliziumdioxidschichten bestehen, nennen wir sie "Chips" anstelle von "Tropfen" oder "Pads" oder etwas anderes, das in geeigneter Weise weich ist.

Natürlich hat etwas flexibel zu haben offensichtliche Vorteile.





Um das zu erreichen, greifen wir typischerweise auf Kunststoffe zurück. Diese können unbestreitbar flexibel sein. Die Herausforderung besteht natürlich darin organische Schaltung funktioniert nicht annähernd so gut wie Silizium. Heck - nur ein komplementäres Paar von Transistoren zu bekommen, hat sich als schwierig erwiesen.

Einer der Hauptgründe für die Flexibilität von Kunststoff ist die Möglichkeit, Schaltkreise mit Hilfe von Rolle-zu-Rolle-Techniken zu drucken, um die Elektronik so zu bauen, wie unsere Vorfahren Zeitungen gedruckt haben.

(Erinnerst du dich an Zeitungen?) Das kann für einige ziemlich billige Schaltungen sorgen. Aber wenn Sie Leistung mit Ihrer Billigkeit brauchen, gut, organische können immer noch nicht schneiden - bei weitem.

Du bist also wieder bei festen, groben, scharfen, mineralbasierten Schaltungen angelangt.





Ja, es gibt viele Möglichkeiten für solche Schaltungen, aber wenn es billig ist, was Sie wollen, ist Silizium (100) der richtige Weg. Nein, dies ist keine Auflistung der Top-100-Silizium-Hersteller; Dies ist die Kristallorientierung, die am häufigsten für kommerzielle Zwecke verwendet wird. Das sind monströse 300-mm-Waffeln (und vielleicht eines Tages auch monströse 450-mm-Wafer), die zu Skaleneffekten führen - das heißt, sie sind billig.

Verhältnismäßig.

Die andere Sache, die Silizium nicht ist, ist transparent. Kunststoffe können transparent sein (obwohl die Materialien, die darin imprägniert werden, um Schaltungen zu bilden, möglicherweise nicht sind); Siliziumdioxid kann transparent sein; Silizium? Nicht so viel.

Andererseits haben wir andere Anwendungen gesehen, bei denen opake Materialien wie z Kupfer werden in einer Weise verwendet, die transparent erscheint (oder fast so).

So kann das Konzept der "Transparenz" ein wenig verschwommen sein.

Dennoch ist es keineswegs offensichtlich, dass Silizium sowohl transparent als auch flexibel sein könnte. Und ja, das ist "Silizium", nicht "Silikon". Aber genau das hat ein Team an der KAUST (King Abdullah Universität für Wissenschaft und Technologie) berichtet.

Ihr Prozess erfordert einige Layout-Anpassungen und einige weitere Verarbeitungsschritte (einschließlich DRIE), aber sie sagen, dass die Auswirkung auf die Kosten angesichts der Gesamtzahl von Schritten in einem Standard-CMOS-Prozess nicht signifikant sein sollte.

Und wie wir sehen werden, gibt es eine Wiederverwendungskomponente, die Ihnen etwas von Ihrem Geld zurückbekommt.

Die Idee besteht darin, das Layout so anzuordnen, dass inaktive Siliziumflächen (d. H. Keine Diffusionen) in einem Abstand von 20 & mgr; m und einer Breite von mindestens 5 & mgr; m angeordnet sind, wodurch effektiv Schaltkreisinseln mit 20 × 20 & mgr; m erzeugt werden2 in einem Gitter, das durch 5- & mgr; m-Bahnen getrennt ist.

Dann verwenden sie DRIE, um Löcher mit einem Abstand von 20 μm tief in das Silizium in diesen Spuren zu bohren. Meine grobe Mathematik sagt, dass diese Löcher etwa 35 um tief sind.

An dieser Stelle setzen sie eine dünne Schicht SiO2 über allem - und der kritische Punkt hier scheint zu sein, dass die Innenwände dieser Löcher bedeckt sind. Das ist wichtig, um die Löcher während eines anstehenden isotropen Ätzvorgangs zu schützen.

Sie können sich vorstellen, dass eine solche Ätzung ein Problem darstellen könnte, wenn die obere Siliziumoberfläche leer wäre; in ähnlicher Weise würden die Löcher, wenn sie ungeschützt sind, in Gegenwart eines isotropen Ätzmittels ausblasen.

Schließlich würde jedes freiliegende Silizium in jeder Richtung weggefressen werden. Also bedeckt dieser dünne Oxidfilm alles; Die Lochböden werden dann mit einer anisotropen Ätzung gereinigt, wodurch die Lochwände geschützt bleiben. Ich muss davon ausgehen, dass es auch hier einen Maskierungsschritt gibt, um die Oberfläche des Wafers geschützt zu halten.

Jetzt ist das einzige Silizium, das der isotropen Ätzung ausgesetzt ist, am Boden der Löcher.

Und Ätzen sie tun, Höhlen oder Hohlräume mit einem 10-μm-Radius erstellen. Dieser Radius ist kein Zufall: Wegen der 20-μm-Dimensionierung der Schaltungsinseln treffen sich die Höhlen unterhalb der Inseln und geben die gesamte obere Siliziumschicht frei.

Denken Sie an den Kalkstein unter Florida oder Yucatan. So, aber kontrollierter. Sie sorgen für eine 25-μm-Trennung zwischen den Oberseiten der Höhlen und der Vorrichtungsschicht (was bei der 10-μm-Ätzung zu der 35-μm-Lochtiefe kam).

Dieses Abplatzen hat eine qualitative Ähnlichkeit mit dem feinkörnigeren SmartCut Prozess, mit dem Soitec dünne Schichten für SOI-Wafer schneidet.

Offensichtlich haben in diesem Fall die Oberflächen an der Unterseite des Siliziumschaltkreises und die Oberseite des nun getrennten Bulk-Wafers ein raues, marmoriertes Aussehen; Das ist etwas, von dem sie behaupten, dass es auf dem Schaltkreisabschnitt angesprochen wurde, aber sie haben diese Ergebnisse noch nicht veröffentlicht.

Aber eine Haupteigenschaft, die mit SmartCut teilt, ist, dass der untere Teil wiederverwendet werden kann.

Sie planarisieren die Umrandung und verwenden dann, was für eine andere Schaltung übrig ist. Sie können mehrere Schichten von einem Standard-Wafer erhalten, was dazu beiträgt, einige der zusätzlichen Verarbeitungskosten auszugleichen.(Bisher habe ich keine wirklichen Kostenberechnungen gesehen, die natürlich von vielen anderen Variablen abhängen werden.) Sie sagen, dass sie nur 16% der Siliziumfläche opfern, um diese Arbeit zu machen - die sie sagen, ist vergleichbar was durch Standard-Isolationstechniken verloren geht.

Die neue, dünnere, perforierte Schicht mit den Schaltkreisen ist jetzt flexibel.





Und während das Silizium selbst undurchsichtig bleibt, gibt es offensichtlich genug von diesen Löchern, die Sie durch den Chip sehen können, als würden Sie durch eine Schranktür schauen. Dies mag überraschend klingen, da Sie denken würden, dass es weit mehr Schaltungen als Löcher gibt.

Aber einige schnelle Berechnungen legen nahe, dass für jede 20 μm Schaltung ein Loch von 5 μm vorhanden ist.

Wenn sich Löcher in den Ecken der Insel befinden und Sie jeder Insel 1/4 jedes Lochs zuweisen, dann haben Sie effektiv eine Fläche von 5 μm Loch (ungefähr 20 μm)2) für jeweils 400 μm2 der Schaltung.

Das ist ungefähr 5% Loch, nicht viel. Wenn man sich die Bilder anschaut, kann man durch sie hindurchsehen, aber man würde sie niemals für Glas halten. Halbtransparent könnte ein besseres Wort sein.

Ihr nächstes großes Projekt ist die Schaffung eines flexiblen, [halb-] transparenten Mikroprozessors. Insbesondere leiten sie ihre Inspiration von der Faltung im Gehirn ab.

Ich habe ein paar Fragen schriftlich gestellt, und KAUSTs Prof.

Muhammad Mustafa Hussein war so freundlich, seine Reise zu unterbrechen, um einige Antworten pünktlich zur Veröffentlichung zu senden.





Diese sind:

  • F: Sie haben erwähnt, dass der Flächeneinfluss vergleichbar mit dem der Standard-Grabenisolation ist. Die Art und Weise, wie dies artikuliert wurde, ließ mich darüber nachdenken, ob dies die Isolation ersetzen könnte.
    A: Es stellt sich heraus, dass diese Löcher kleiner sind als die normale flache Grabenisolation, und in der Tat können sie mit einem cleveren Layout kombiniert werden: Die Löcher können in den Gräben platziert werden, ohne (oder wenig) Netto-Strafe.
  • F: Was lässt das Material flexen?

    Liegt es an den Löchern oder ist es eine Frage von Kristallspannungen?
    A: Jedes anorganische Material, wenn es dünn genug ist, biegt sich. Eines dieser Dinge, bei denen sich unsere Makrowelt auf der Nanoebene verändert. Je dünner das Material ist, desto mehr kann es sich biegen.

  • F: Wenn es um Kristallspannungen geht, wie wirkt sich das auf die Spannung und die Transistorleistung aus?
    A: Das hängt davon ab, wie du es faltest.

    Wenn sich die Schaltungen innerhalb der Faltung befinden, sind die Oberflächenspannungen kompressiv und die PMOS-Bauelemente laufen schneller. Umgekehrt ist die Belastung Zugspannung und NMOS-Bauelemente werden verstärkt.

  • F: Wie weit kann das gefaltet werden? Bilder zeigen eine nominelle Faltung, aber wenn die Nachfolgearbeit dem Gehirn nacheifern soll, würde dies ein hohes Maß an enger Faltung anzeigen.


    A: Dies hängt von der Dicke ab. Sie haben mit Stärken von 1 bis 125 μm gespielt. Und sie haben einen Biegeradius von bis zu 5 mm erreicht.

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