„Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik
sensorowych”
InTechFun
Politechnika Warszawska
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
prof. dr hab. in Ŝ. Jan Szmidt
Kierownik Projektu
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
dr in Ŝ. Michał Borecki
Światłowodowe mikrosystemy pomiarowe
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Konstrukcje i modelowanieczujników, podzespołów i mikrosystemów światłowodowych
• Metody natęŜeniowe opisu zjawisk w mikrosystemach i podzespołach ze strukturami światłowodowymi
• Identyfikacja danych dla systemów ze strukturami światłowodowymi
• Budowa interfejsów i głowic dla mikrosystemów światłowodowych
• Badanie cieczy z wykorzystaniem struktur światłowodowych
Reflected
Evanescent modes
n2
Tube modes - Introduced
n1
n3=n1=1
Hole modes:
Balistic
Tube modes - Refracted
Fresnel reflection and refraction
Modes propagating in the tube wall and in the air hole
-300 -200-100 0 100 200 300
-300
-200
-100
0
100
200
300
X [µm]
Y
[µ
m]
-300-200-100 0 100 200 300
-300
-200
-100
0
100
200
300
X [µm]
Y[µ
m]
Skew+Fresnel+ componentsTransmission ratio 0.12
clad Skew+Fresnel componentsTransmission ratio 0.09
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Mikrosystemy optoelektroniczne do badania próbek cieczy
Drop of liquid
Photodetector
L1L2
• Kapilary optyczne (planarne i włóknowe)
• Opracowanie i konstrukcja sterowanych komputerowo optoelektroniczych systemów pomiarowych
• Badanie właściwości nanoobjętościowychpróbek cieczy tj. gęstości, lepkości, współczynnika załamania
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
dr in Ŝ. Mariusz Sochacki
Technologia SiC
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Badania prowadzone w IMiO• Kontakty omowe
• Warstwy dielektryczne bierne (pasywacyjne) i aktywne
• Processing (domieszkowanie, trawienie, obróbka powierzchni)
• Przyrządy – diody Schottky’ego, p – n, tranzystory MOSFET – laboratorium clean-room
• Modelowanie technologii, struktur i przyrządów
Wyzwania dla technologii SiC• Miniaturyzacja układów przełączających
duŜej mocy• Wyeliminowanie elementów chłodzenia
aktywnego – zmniejszenie masy• Przyrządy półprzewodnikowe pracujące w
zakresie temperatury 300° - 600°C
Zalety materiału• Bardzo duŜa przewodność cieplna
• Niedomieszkowany – półizolacyjny
• Wysokie krytyczne pole elektryczne –odporny na przebicie
• Wysoka maksymalna prędkość unoszenia nośników – przyrządy mocy wielkiej częstotliwości
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
Węglik krzemu jako materiał podłożowy dla elektroniki wysokotemperaturowej, dużych mocy i wielkich częstotliwości
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
Charakteryzacja materiałów elektronicznych w paśmie częstotliwości mikrofalowej
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
prof. dr hab. Jerzy Krupka
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
Charakteryzacja materiałów elektronicznych w paśmie częstotliwości mikrofalowej
• Charakteryzacja materiałów dielektrycznych
• Pomiary:
• materiałów półprzewodnikowych
• materiałów przewodzących i nadprzewodzących
• ferrytów mikrofalowych
• właściwości materiałów biologicznych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
dr in Ŝ. Ryszard Kisiel
Montaż elektroniczny, lutowanie bezołowiowe, polimery w elektronice
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
Montaż elektroniczny, luty bezołowiowe i polimery w elektronice
• Montaż bezołowiowy (ekologiczny) płytek drukowanych
• Zastosowanie materiałów polimerowych do wykonywania otworów w płytkach drukowanych
• Połączenia elektryczne wykonywane polimerami elektrycznie przewodzącymi
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
dr in Ŝ. Zbigniew Szczepa ński
Technologia montażu drutowego i bezdrutowego
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
Technologie montażu drutowego i bezdrutowego
• Technologia lutowania oraz klejów izotropowych i anizotropowych
• Kleje anizotropowe umoŜliwiające realizację połączeń z podziałkąrozstawienia < 100µm
• Technologia montaŜu bezdrutowego typu flip chip
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
dr in Ŝ. Jerzy Kalenik
Hybrydowe układy wielowarstwowe – projektowanie, konstrukcja, technologia
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
• Hybrydowe układy grubowarstwowe do zastosowań w lotnictwie
• Nowe materiały dla techniki grubowarstwowej
• Wysokotemperaturowe zastosowania układów grubowarstwowych
• Nowe materiały i techniki lutowania
Hybrydowe układy grubowarstwowe –projektowanie, konstrukcja i technologia
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
dr in Ŝ. Aleksander Werbowy
Plazmowe metody wytwarzania cienkich warstw dielektrycznych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
• Nanotechnologie
• Wytwarzanie, technologia i charakteryzacja cienkich warstw azotku boru
• Wytwarzanie, technologia i charakteryzacja cienkich warstw tytanianu baru
Plazmowe metody wytwarzania cienkich warstw dielektrycznych
200nm
Si(n)
BaTiO3Al lub Au
Al
100
nm
1 mm
Si „p”
„n” „n”BN
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
dr in Ŝ. Mateusz Śmietana
Warstwy diamentopodobne w światłowodowych technikach czujnikowych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
Warstwy diamentopodobne z światłowodowych technikach czujnikowych
Warstwa diamentopodobna
Podło Ŝekwarcowe
• Projektowanie i wytwarzanie struktur czujnikowych opartych na światłowodach włóknowych i planarnych
• Pomiar koncentracji związków chemicznych, wilgotności i ciśnienia hydrostatycznego
• Wytwarzanie i charakteryzacja optyczna warstw diamentopodobnych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
mgr in Ŝ. Piotr Firek
Wytwarzanie i charakteryzacja warstw dielektrycznych dla technologii cienkowarstwowych i grubowarstwowych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
• Wytwarzanie, technologia i charakteryzacja warstw azotku boru, tytanianu baru.
• Wytwarzanie cienkich warstw metodami plazmowymi
• Wytwarzanie podłoŜy stymulujących wzrost nanorurek
Wytwarzanie i charakteryzacja warstw dielektrycznych dla zastosowań w technologiach cienkowarstwowych i grubowarstwowych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Dioda LED na SiC w temp 650ºC, NASA
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
Andrzej Taube
Modelowanie przyrządów w technologii SiC, konstrukcja tranzystora JFET
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
• Modelowanie ruchliwości nośników, procesów jonizacji zderzeniowej, modele temperaturowe
• Symulacja statycznych charakterystyk I-V
• Terminacja krawędziowa w przyrządach wysokonapięciowych
Modelowanie przyrządów w technologii SiC, konstrukcja tranzystora JFET
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZESPÓŁ REALIZUJĄCY PROJEKT
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Pracownicy naukowo - badawczymgr inŜ. Ryszard Gronau
mgr inŜ. Mateusz Mroczkowski
Doktoranci
mgr inŜ. Łukasz Chudzian
mgr inŜ. Andrzej Stefa ński
mgr inŜ. Krzysztof Kłos
mgr inŜ. Konrad Kiełbasi ński
mgr inŜ. Piotr Caban
mgr inŜ. Norbert Kwietniewski
Pracownicy techniczniRyszard Biadu ńKrystyna Szylko
INFRASTRUKTURA
Laboratorium clean-room
- Naświetlarka Suss MicroTec MJB4 IR
- Reaktory do osadzania warstw tlenko-azotkowych i reaktywnego trawienia jonowego Oxford Instruments Plasmalab 80 plus (generatory LF, RF)
- Urządzenia plazmowe do osadzania warstw diamentopodobnych i warstw BaTiO3
- Urządzenia do osadzania warstw metalicznych (grzanie rezystancyjne, wiązka elektronowa)
- Piece rurowe do utleniania termicznego i procesów dyfuzji (4 cale)
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
INFRASTRUKTURA
Laboratorium pomiarowe
- Stanowiska do pomiarów ostrzowych charakterystyk I-V, C-V oraz pomiarów metodą charge pumping (CP)
- Elipsometr spektroskopowy UVISEL firmy HORIBA Jobin Yvon
- Profilometr Veeco DekTak150
- Mikroskop AFM
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
INFRASTRUKTURAŚrodowiskowe laboratorium Mikroukładów Hybrydowych i
Mikrosystemów (IMiO, ITME) – 2006 r.
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Aktualnie prowadzone prace
• Opracowanie technologii nowych materiałów grubowarstwowych - bezołowiowych, w tym past rezystywnych bezołowiowych- światłoczułych, w tym rezystywnych- przewodzących przeznaczonych do pracy w wysokich
temperaturach;
• Opracowanie technologii montażu dla przyrządów wysokotemperaturowych i wysokomocowych opartych na węgliku krzemu;
• Bonding anodowy stosowany w montażu mikrosystemów przy dołączaniu krzemowych struktur 3D, dla którego opracowano zestaw aparaturowy.
INFRASTRUKTURA
Laboratorium układów hybrydowych
- Flip chip bonder
- Urządzenia do połączeń kompresyjnych
- Testery wytrzymałości mechanicznej połączeń drutowych
- Dyspensery (kleje, pasty lutownicze, itp.)
- Komora do testów starzeniowych w atmosferze powietrza (do 400°C)
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
INFRASTRUKTURA
Laboratorium pomiarów mikrofalowych
- Analizator obwodów Agilent (do 40 GHz)
- Pomiarowe rezonatory mikrofalowe
- Kriostat helowy
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
INFRASTRUKTURA – PROJEKTOWANIE, MODELOWANIE
- Laboratorium projektowania obwodów drukowanych (PADS)
- Modelowanie procesów technologicznych i przyrządów półprzewodnikowych (SILVACO ATLAS, SILVACO ATHENA)
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
INFRASTRUKTURA – PLANOWANE ZAKUPY APARATUROWE (2009)
- Spektrometr mas jonów wtórnych- Mikroskop elektronowy- Mikroskop konfokalny- Zasilacze wysokoprądowe do pomiaru półprzewodników mocy (do 100 A)- Bonder ultratermokompresyjny- Spawarka światłowodowa- Sitodrukarka do nanoszenia warstw grubych- Piec tunelowy do wypalania warstw grubych- Komory klimatyczne- Spektrofotometry widma optycznego (także światłowodowy)- Mikroobrabiarka laserowa- Analizator widma optycznego- Źródła promieniowania laserowego- Miernik mocy optycznej
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZADANIA B+R
3.8 Modelowanie i projektowanie konstrukcji tranzystorów HEMT AlGaN/GaN na podłożach Si i MOSFET na bazie SiC
przy współpracy z ITE, PŚl
4.1 Wykonanie i weryfikacja parametrów funkcjonalnych tranzystora MOSFET SiC
przy współpracy z ITE, IF PAN
5.2 Wykonanie wieloparametrycznego klasyfikatora parametrów użytkowych biopaliw ciekłych
przy współpracy z ITE, WAT, PŚl
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Wykonanie wieloparametrycznego klasyfikatora parametrów użytkowych biopaliw ciekłych
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
sterownik źródłaświatła
opto-el. interfejs
inteligentna jednostka sterownia i detekcji
- p rąd grzejnika- temperatura
- sygnał U ÷ P- wzmocnienie - ON/OFF
opt
grzejnik osadzony na podłoŜuwymienna struktura
kapilary optycznej
obszar generowania
bąbla
- ON/OFF sygnał
USBjednostka archiwizacjidany ch - PC
LEDUV+Fotodioda UV
FotodiodaVIS
światłowodowyaktywny konwerter UV-VIS
obszar integracji
podło Ŝe
ZADANIA B+R – DOŚWIADCZENIE, WYNIKI
1. Realizacja dwóch zadań w ramach projektu badawczego zamawianego PBZ-MEiN-6/2/2006 pt. „Nowe technologie na bazie węglika krzemu i ich zastosowania w elektronice wielkich częstotliwości, dużych mocy i wysokich temperatur” – planowany termin zakończenia 31.03.2010- „Przyrządy unipolarne i struktury tranzystorowe na potrzeby elektroniki wysokotemperaturowej” – prof. Jan Szmidt- „Technologia kontaktów i montażu dla przyrządów z węglika krzemu do zastosowań wysokotemperaturowych, wysokomocowych i wysokoczęstotliwościowych” – dr Ryszard Kisiel
Modelowanie przyrządów, wytwarzanie warstw dielektrycznych, badanie kontaktów metal/półprzewodnik, reaktywne trawienie jonowe węglika krzemu, opracowanie metod przygotowania powierzchni, analiza mikroskopowa i spektroskopowa powierzchni, badanie składu warstw metalicznych i dielektrycznych, docelowo opracowanie demonstratorów diody Schottky’ego, tranzystorów lateralnych JFET i MISFET
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZADANIA B+R – DOŚWIADCZENIE, WYNIKI
2. „Elektroniczne detektory i przyrządy chemoczułe z warstwami diamentowymi i diamentopodobnymi” – projekt rozwojowy – planowane zakończenie 18.09.2009Opracowanie, modelowanie, wytwarzanie i charakteryzacja prototypowych przyrządów chemoczułych i detektorów promieniowania jonizującego wykonywanych w technologii planarnej i światłowodowej.
3. „Opracowanie technologii nowej generacji czujnika wodoru i jego związków do zastosowań w warunkach ponadnormatywnych”, finansowany z programu Innowacyjna Gospodarka
4. „Zimne emitery elektronów oparte o nanostrukturalne warstwy węglowe”, finansowany z programu MNT-ERA.NET
5. „Mikro- i nano- systemy w chemii i diagnostyce biomedycznej MNS-DIAG”, finansowany w ramach programu Innowacyjna Gospodarka
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZADANIA B+R – DOŚWIADCZENIE, WYNIKI
6. „Wytwarzanie i charakteryzacja cienkich warstw metalicznych i dielektrycznych dla potrzeb nanoelektroniki i techniki mikrofalowej”, projekt własny
7. “NANOSIL silicon-based nanostructures and nanodevice for long term nanoelectronics applications”, finansowany z 7 Programu Ramowego UE
8. „Modelowanie i charakteryzacja wielobramkowych struktur MOS SOI”, projekt własny
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
ZADANIA B+R – PUBLIKACJE1. M. Sochacki, R. Łukasiewicz, W. Rzodkiewicz, A. Werbowy, J. Szmidt, “Silicon dioxide and silicon nitride as a passivation and
edge termination for 4H-SiC Schottky diodes”, Diamond and Related Materials, vol. 14, no. 3-7, 2005, pp.1138-1141.2. M. Guziewicz, A. Piotrowska, E. Kamińska, K. Grasza, R. Diduszko, A. Szonert, A. Turos, M. Sochacki, J. Szmidt, „Ta-Si
contacts to n-SiC for high temperature devices”, Materials Science and Engineering B, vol. 135, 2006, pp. 289-293.3. R. Kisiel, M. Sochacki, A. Piotrowska, E. Kamińska, M. Guziewicz, „Ni, Ni-TaSi and Si/Ni Ohmic contacts to n-type 4H-SiC”, VII
Conference Thermal Problems in Electronics MICROTHERM 2007, Łódź, 24-28 czerwca 2007.4. Z. Lisik, M. Bakowski, M. Sochacki, P. Śniecikowski, J. Szmidt, A. Jakubowski, „Silicon carbide microelectronics- technology
and design challenges”, IX Konferencja Naukowa ELTE, Kraków, 4-7 września 2007.5. T. Bieniek, J. Steszewski, M. Sochacki, J. Szmidt, „Symulacje elektryczne diod Schottky’ego oraz tranzystorów RESURF JFET i
RESURF MOSFET na podłoŜach z węglika krzemu (SiC), Elektronika 7-8/2008, 11-14.6. M. Kulik, J. śuk, W. Rzodkiewicz, K. Pyszniak, A. Droździel, M. Turek, S. Prucnal, M. Sochacki, J. Szmidt, „Badania optyczne
politypów 6H-SiC oraz 15R-SiC poddanych wielokrotnej implantacji jonami glinu w podwyŜszonej temperaturze”, Elektronika 7-8/2008, 15-18.
7. M. Sochacki, A. Kubiak, Z. Lisik, J. Szmidt, „Power Devices in Polish National Silicon Carbide Programm”, 13th International Power Electronics and Morion Control Conference, 2008, Poznan, Poland.
8. N. Kwietniewski, M. Sochacki, J. Szmidt, M. Guziewicz, E. Kaminska, A. Piotrowska „Influence of surface cleaning effects on properties of Schottky diodes on 4H-SiC”, Applied Surface Science, vol. 254, 2008, 8106-8110.
9. N. Kwietniewska, K. Gołaszewska, T. Piotrowski, W. Rzodkiewicz, T. Gutt, M. Sochacki, J. Szmidt, A. Piotrowska, „Oxidation Proces sof Sic by RTP Technique”, Materials Science Forum, vol. 615-617, 2009, 529-532.
10. M. Borecki, at all, A method of testing the quality ofmilk using optical capillaries, Photonics Lettres of Poland, 1, (2009), str 37-3911. M. Borecki, M. Korwin-Pawlowski, M. Bebłowska, A method of examination of liquids by neural network analysis of
reflectometric and transmission time domain data from optical capillaries and fibers, IEEE Sensors, 8, (2008), str. 1208-1213.12. M. Borecki, M. Korwin Pawlowski, P. Wrzosek, J. Szmidt, Capillaries as the components of photonic sensor micro-systems, J. of
MS&T, 19, (2008), str. 065202.
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
PROMOCJA PROJEKTU
1. Ocena użyteczności rozwiązań technicznych głowicy światłowodowej, opracowanie zgłoszenia wzoru użytkowego, opracowanie zgłoszenia patentowego
2. Udział w konferencjach:- European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM)- European Power Electronics and Motion Control (EPE-PEMC)- European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)- Thermal Problems in Electronics (MICROTHERM)- European workshop of fibre optics sensors- Optics and Optoelectronics
II Spotkanie Realizatorów ProjektuWarszawa
14-15 maja 2009 r.
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki