Bab 13Mikro & nano

Mikro- dan nanofabrikasi

Mikro- dan nanofabrikasi membuat struktur yang jauh lebih kecil daripada sehelai rambut: transistor dalam chip, roda gigi jam tangan, serat dalam filter. Alih-alih memotong atau menekan material massal, proses ini menumbuhkan, menarik, mengendapkan, atau menghilangkan materi dalam langkah yang diukur dalam mikron (seperseribu milimeter) atau bahkan atom tunggal.

Gagasan besar

Pada skala ini, perkakas biasa tidak berguna: tidak ada mata bor yang cukup tipis dan tidak ada tangan yang cukup mantap. Jadi pekerjaan dilakukan oleh cahaya, ion, medan listrik, dan kimia, yang dapat difokuskan atau dikendalikan jauh di bawah apa yang terlihat mata. Bayangkan seperti menulis dengan berkas, bukan mengukir dengan pisau: semakin halus berkasnya, semakin halus tulisannya.

tangga ukuran · dari atom hingga sehelai rambut, pada skala logaritmikSetiap tanda sepuluh kali lebih besar daripada tanda di sebelah kirinya, sehingga rambut beberapa ratus ribu kali lebih lebar daripada atom.

Banyak proses ini berjalan di cleanroom: ruangan yang udaranya disaring hingga memuat partikel debu ribuan kali lebih sedikit daripada udara biasa, dengan pekerja berpakaian pelindung seluruh tubuh. Satu butir debu jauh lebih besar daripada sebuah transistor, sehingga satu partikel yang mendarat di wafer dapat merusak chip.

9 proses dalam bab ini

13.1Pertumbuhan kristal Czochralski (wafer silikon)Menarik kristal tunggal silikon raksasa perlahan dari lelehanBuka pelajaran

13.2FotolitografiMemproyeksikan pola dengan cahaya ke lapisan peka cahaya, lalu mengetsanyaBuka pelajaran

13.3Molecular beam epitaxy (MBE)Menumbuhkan kristal satu lapisan atom pada satu waktu dari berkas dalam vakum ultratinggiBuka pelajaran

13.4Atomic layer deposition (ALD)Melapisi permukaan satu lapisan atom per siklus dengan gas bergantianBuka pelajaran

13.5Focused ion beam (FIB)Mengikis atau menambah material dengan berkas ion di bawah mikroskopBuka pelajaran

13.6Permesinan laser femtosekonMembuang material dengan pulsa laser ultrapendek, tanpa melelehkanBuka pelajaran

13.7LIGAMenggambar alur dalam dengan sinar-X atau UV, mengisinya dengan nikel, lalu mencetak salinanBuka pelajaran

13.8Two-photon polymerizationMengeraskan resin hanya pada fokus laser untuk mencetak mikro-part 3DBuka pelajaran

13.9ElectrospinningMenarik semburan polimer menjadi nanofiber dengan tegangan tinggiBuka pelajaran

Berdampingan

Proses	Dalam satu baris	Terbaik untuk	Ukuran batch	Presisi
13.1Pertumbuhan kristal Czochralski (wafer silikon)	Menarik kristal tunggal silikon raksasa perlahan dari lelehan	Wafer silikon untuk chip dan sel surya	Produksi ingot secara kontinu	Kristal nyaris sempurna, diiris menjadi wafer selebar hingga 300 mm
13.2Fotolitografi	Memproyeksikan pola dengan cahaya ke lapisan peka cahaya, lalu mengetsanya	Chip komputer, sensor, MEMS	Produksi massal, jutaan chip	Fitur hingga puluhan nanometer
13.3Molecular beam epitaxy (MBE)	Menumbuhkan kristal satu lapisan atom pada satu waktu dari berkas dalam vakum ultratinggi	Laser, LED, transistor cepat, penelitian	Batch kecil wafer	Lapisan atom tunggal
13.4Atomic layer deposition (ALD)	Melapisi permukaan satu lapisan atom per siklus dengan gas bergantian	Film sangat tipis pada chip, pelapis di dalam lubang dalam	Produksi chip volume tinggi	Sekitar sepersepuluh nanometer per siklus
13.5Focused ion beam (FIB)	Mengikis atau menambah material dengan berkas ion di bawah mikroskop	Memperbaiki chip, menyiapkan sampel, prototipe	Satu buah	Hingga sekitar 10 nanometer
13.6Permesinan laser femtosekon	Membuang material dengan pulsa laser ultrapendek, tanpa melelehkan	Stent, pemotongan kaca, mikro-lubang	Prototipe hingga seri besar	Beberapa mikron
13.7LIGA	Menggambar alur dalam dengan sinar-X atau UV, mengisinya dengan nikel, lalu mencetak salinan	Part jam tangan, mikro-roda gigi, mikro-cetakan	Kecil hingga menengah; salinan plastik dalam seri besar	Sub-mikron, dinding lurus yang sangat tinggi
13.8Two-photon polymerization	Mengeraskan resin hanya pada fokus laser untuk mencetak mikro-part 3D	Mikro-optik, perancah sel, prototipe	Satu buah dan seri kecil	Detail sub-mikron
13.9Electrospinning	Menarik semburan polimer menjadi nanofiber dengan tegangan tinggi	Filter, pembalut luka, perancah jaringan	Dari sampel laboratorium hingga lini roll-to-roll	Serat setebal puluhan nanometer hingga beberapa mikron

Cara memilih dalam keluarga ini

Membuat material dasar untuk chip? Kristal silikon berasal dari pertumbuhan Czochralski, dan lapisan kristal paling halus dari MBE.
Membuat pola jutaan perangkat datar yang identik: fotolitografi; menambah film setebal beberapa atom: ALD.
Memperbaiki, memotong, atau memeriksa satu titik kecil: focused ion beam; memesin mikro-fitur pada logam atau kaca: laser femtodetik.
Mikro-part logam yang tinggi dengan dinding lurus: LIGA; bentuk mikro 3D sejati: two-photon polymerization.
Area luas anyaman serat halus, dengan murah: electrospinning.

Kata kunci

Mikron (µm): seperseribu milimeter; sehelai rambut selebar sekitar 70 µm.
Nanometer (nm): seperseribu mikron; beberapa atom berdampingan.
Wafer: cakram kristal tipis yang dipoles, biasanya silikon, tempat chip dibangun.
Resist: lapisan yang diubah secara kimia oleh cahaya, sinar-X, atau elektron, dipakai sebagai stensil.
Cleanroom: ruangan dengan udara yang disaring ketat, dijaga nyaris bebas debu.
Ruang vakum: kotak tertutup yang udaranya dipompa habis, sehingga atom dan berkas bergerak bebas.
MEMS: micro-electro-mechanical systems, mesin dan sensor kecil yang dibangun di atas chip.
Voxel: piksel 3D, volume terkecil yang dapat dibentuk proses sekaligus.

Coba sekarang

Manfaatkan AI dalam CAD Anda.

Buat model komponen, hasilkan gambar teknik, dan otomatisasi pekerjaan berulang di dalam perangkat lunak CAD Anda.

Unduh (Gratis)Pesan demo