Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 1
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi Prosesleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 2
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Mikro-Üretim Örneği
• 4 mm boyunda deniz
altı sıvı akrilikten
kalıplanıp katılaştırılmış.
• Ergitme ve katılaşma
bilgisayar kontrollü lazer
demeti ile yapılmış.
• Mikroskobik seviyede
insan bünyesinde tedavi
amaçlı kullanılması
düşünülmekte.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 3
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Nanolitografi Uygulamaları
Moleküler elektronik ,
Miroişlemciler (organik,
biyo-organik devreler)
Katı hal nano direnç
elemanları
Şifreleme
(Kriotografi)
Ultra küçük, hassas
ve seçici sensörler Nano ve mikro
akışkanlar
Kristalizasyon
(kolloidal kirstaller,
biyo yapılar)
Nano baskı
katalizörler
Ultra yüksek
yoğunlukta
çekirdekleştiriciler (gen
devreleri, sıralayıcılar
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 4
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Mikroişlemcilerde ilerleme
•~ 10, 000 Tranzistör
•~ 2 cm
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 5
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•intel core i7 İşlemci
•0.35mm
•1.2 milyon•tranzistör
•35 mm2
•0.25 mm
•9 milyon•tranzistör
•78 mm2
•180•nm
•37 milyon•tranzistör
•120 mm2
•AMD •Am486•®•İşlemci
•AMD K6•®•-•III •İşlemci
•AMD •Athlon•™•İşlemci
•AMD •Opteron•™•İşlemci•r
•130•nm
•100 milyon•tranzistör
•193 mm2
•40 nm
•1 milyar160 milyon tranzistör
•250 mm2
•1993 •1995 •2003•1998 •2012
•Mikroişlemcilerde ilerleme
62-Core Xeon Phi 5,000,000,000
GK110 Kepler 7,080,000,000
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 6
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Litografi ile Devre Yapımı
• Işık
•Lensler
•Si wafer
• Rezist
•Maske
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 7
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•source •drain•gate
•insulating
• layer
•resist
•coat
•insulating
• layer
•resist
•align, expose
•and
•develop
•insulating
•layer
•resist•etch of the
•insulating layer
•and
•resist strip•source •drain•gate
•Litografi ile Devre Yapımı
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 8
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografinin temel basamakları
Radyasyona dayanıklı hassas polimer
kaplamaların yapılması (spin kaplama vs.)
Tabakanın maske veya maskesiz (İşleme bağlı)
işleme maruz bırakılması
Cihazı ortaya çıkarmak (geliştirmek)
İstenmeyen bileşikleri dışarı atmak (dağlamak
vs.) veya yeni malzeme biriktirmek (kaplama ile)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 9
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi Proses Akışı Si Altlık(Wafer)
İnce film biriktirme
(oksit, nitrür, vs.)
Fotorezist kaplama
Hafif pişirme
Maskeleme
Işık, XRD, vs uyg.
Rezist malz. işleme
Nihai pişirme
Litografi sonu
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 10
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi Yöntemleri
Fotolitografi
– Temas
– Kalkan
– İz düşüm
Elektron Demet Litografisi
X-Işını veya UV Litografisi
İyon Demet Litografisi
Dağlama (Kazıma)
AFM Litografisi
Nano Küre Litografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 11
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi
Optik Kaynak
Açıklık
Işık Kesici
(panjur)
Maske
Dayanıklı
wafer (pulcuk)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 12
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 13
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi Örnek (I)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 14
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi Örnek (II)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 15
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi ile üretilen bazı örnekler
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 16
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Elektron Demet Litografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 17
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Elektron Demet Litografisi
•Define pattern on spin coated E-beam resist
•Resist development
•RIE etching
•Cladding deposition
• Altlığın üstündeki rezist (Örnek. PMMA) içine nano paternleri transfer
etmek için yüksek voltajlı elektronlar kullanılır (1 kV – 100 kV)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 18
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•ZEP 520
•PMGI SF7
•SiOx
•Si
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 19
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Elektron demeti ile ışık saçma
Litografi ve gölge buharlaştırma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 20
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•İki katmanın seçici olarak ortaya çıkarılması:
•Üst katman:
•Alt katman:
Litografi ve gölge buharlaştırma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 21
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Al biriktirme
Litografi ve gölge buharlaştırma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 22
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•İlk katmanın oksitlenmesi
Litografi ve gölge buharlaştırma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 23
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Ters açıdan Al biriktirme
Litografi ve gölge buharlaştırma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 24
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Rezist ve artan metalin uzaklaştırılması
Galeri bağlantıları
Litografi ve gölge buharlaştırma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 25
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Devre ve Josephson Tünel Bağlantıları
Elde edilen ürün
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 26
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
X-Işını Litografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 27
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•27
Ayırma (Lift-off) Prosesi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 28
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Absorblayıcı
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 29
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
İyon Demeti Litografisi
• Elektron demeti litografisi ile aynı ancak yüksek odaklı
elektron demeti kullanan yöntem
• İyonlar W iğne içeren sıvı bir metal iyon kaynağından
çıkarılan iyonlardır.
Her biri 125 nm olan
delikler bilgisayar kontrollü
bir odaklanmış iyon demeti
ile delinmiştir.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 30
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•İyon Demeti Üretim Örnekleri
•2 mikrometrelik bu dişli odaklı iyon demeti ile üretilmiştir.
(Büyütme 50,000 x)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 31
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•6 Adet mikroskobik dişli bir mikro motoru 25.000 Rpm
hızda döndürebilmektedir.
•İyon Demeti Üretim Örnekleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 32
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
İlk adımda
PVD, CVD
veya lazer ile
kaplama
yapımı.
Takiben
maskeleme
(paternleme
ile beraber )
yapılıp
kaplama
dağlanması.Şekil. Paralel elektrodlu tepkime
odasında plazmayla dağlama (kazıma).
Litografi Prosesleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 33
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Kimyasal Dağlama
– Islak dağlama
– Plazma dağlama
Fiziksel Dağlama
– Sputter dağlama
– İyon dağlama
Kimyasal/Fizikel Dağlama
– Kimyasal destekli iyon
demeti dağlama
– Reaktif iyon dağlama(RIE) Şekil. Silisyumdan kimyasal
dağlama litografisi ile üretim
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 34
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Dağlama İşlemi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 35
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Islak Dağlama
Silisyum oksitin dağlanması
SiO2 + 6HF → SiF6 + 2H2O + H2↑
Silisyumun dağlanması
Si + HNO3 + 6HF → H2SiF6 + HNO2 + H2O +H2↑
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 36
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Plazma Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 37
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Sputter Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 38
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
İyon Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 39
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Reaktif İyon Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 40
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•1.5 mm
•Bağlanma
papuçları
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 41
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Bağlantı
şeritleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 42
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•100 nm •Al
•Co
Ferro magnet (Co) dan normal metal (Al) a dönme enjeksiyonunu ölçen devre
•Ferromagnetik -
Normal metal
tünel bağlantıları
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 43
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Bir çipteki şehir
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 44
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Basitleştirilmiş karşılaştırmalı dağlama mekanizmaları: (a) iyon
dağlama, (b) plazma dağlama ve (c) reaktif iyon dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 45
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
AFM Litografisi
The AFM ucu rezist malzeme
tepesinden kazıma yapar.
Bir geliştiriciye daldırma ile ara
katman işlenir.
Üst katman depozisyon için
gölge maskesi olarak davranır.
Rezist katmanın
kaldırılmasından sonra depozit
edilen nano yapı kalır.
Takiben tema maskesi kaldırılır
ve nano yapı elde edilir.
•AFM Bulldozing •Developing
•Depositing •Lift Off
•Undercut
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 46
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
AFM Derin Kalem Nanolitografisi
• Kaleme benzer uç
kullanan taramalı prop
esaslı litografi tekniğidir.
• Uç kimyasal (mürekkep
yapısı) içine daldırılıp
uca atom ve
moleküllerin yapışıp bir
altlığa transferi
hedeflenir.
• Çözünürlük: 15 nm veya
daha iyidir
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 47
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
• Isıtıcı eleman uca
entegre edilir.
• Nispeten yüksek
sıcaklılarda katı olan
mürekkep kullanımına
imkan verir.
• Isıtma elemanı ayarı ile
depozisyon kolaylıkla
on/off by yapılabilir
• Kirlilik/ yüzeye
absorblanma olmaz ise
anında yüzey fotoğrafı
da alınabilir.
Termal Derin Kalem Nanolitografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 48
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Tiyol, antikor, polimerler içeren mürekkeplerden derin kalem
litografi örnekleri
•6 mm
•Electroluminescent
•polymers
•Tagged antibodies
•Human Hair (80 mm width)
•Thiol ‘Ink’
•on gold
•(Friction Image)
•Noy et al., Nano Letters (2002)
•Chemical ‘Ink’
•on glass
•(Confocal Images)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 49
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•1. Clean Substrate 2. Drop Nanosphere
• Solution•3. Dry
•6. Image Nanostructures
•5. Remove
Nanospheres
•4. Deposit Metal
Nanoküre Lithografi Tekniği
•5000 nm
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 50
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•5000 nm
•125 nm
•Nanosphere (Diameter = 400 nm)
•Hole in Mask
•Atomic Force Microscope Image
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 51
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ile üretilen Nanoçubuklardan örnekler
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Nisan 2016 Pazartesi 52
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ile üretilen Nano örnekler
Top Related