Wśród pomieszczeń laboratoryjnych można wyróżnić trzy typy pomieszczeń: pomieszczenia zaplecza technicznego laboratorium (tzw. maszynownia) oraz przebieralnia, zasadnicza część laboratorium oddzielona od przebieralni śluzą, wydzielone pomieszczenia do przeprowadzania procesu fotolitografii (klasa czystości ~100) oraz wykonywania mokrych operacji chemicznych (tzw. „chemia mokra”). W zasadniczej części Laboratorium (Clean-Room) utrzymywane jest stale nadciśnienie (w stosunku do otaczających je pomieszczeń), które stanowi skuteczną barierę dla wszelkiego rodzaju pyłów i zanieczyszczeń oraz utrzymywana jest przez system klimatyzacji stała temperatura (ok. 22°C) i wilgotność powietrza (ok. 40%). W pomieszczeniu głównym laboratorium gwarantowana jest klasa czystości 1000. Skompletowane w laboratorium technologicznym wyposażenie aparaturowe wsparte posiadanymi umiejętnościami nabytymi przez wiele lat prowadzonych prac badawczych pozwala na realizację bardzo szerokiej palety procesów technologicznych oraz prowadzenia prac badawczych z dziedziny elektroniki i fotoniki (wytwarzanie struktur i przyrządów półprzewodnikowych), mikrosystemów MEMS/MOEMS, ale także (co udowodniono już w latach ubiegłych w praktyce) z dziedziny chemii (m.in.: lab-on-chip, sensory), bio-inżynierii (np., czujniki DNA), czy inżynierii materiałowej (badania nad nowymi materiałami do zastosowań w nowych generacjach układów scalonych, czy nietypowymi materiałami kompatybilnymi z szerokopasmowymi półprzewodnikami).
Wycieczka 3D po Laboratorium Technologicznym:
Procesy technologiczne realizowane w Laboratorium
- Procesy przygotowania powierzchni podłoży lub produktów
Procesy wykonywane w dygestorium chemicznym w warunkach stałego podciśnienia, które zabezpiecza przed wydostawaniem się par odczynników lotnych do pomieszczeń laboratoryjnych. Realizowane procesy mają na celu czyszczenie, przygotowanie i modyfikację podłoży w roztworach ciekłych przed rozpoczęciem i realizacją kolejnych procesów technologicznych. Jako podłoża w procesach technologicznych wykorzystywane są przede wszystkim płytki półprzewodnikowe (krzem, węglik krzemu, azotek galu, arsenek galu) oraz szklane (szafir, kwarc). W niektórych pracach badawczych wykorzystywane są podłoża metalowe lub gotowe produkty metalowe (stal, tytan), światłowody szklane oraz materiały ceramiczne (Al2O3, AlN, BN). W procesach przygotowania powierzchni stosowane są głównie różnego typu odczynniki chemiczne i ich roztwory. - Procesy utleniania termicznego
Procesy realizowane w specjalnie przygotowanym do tego celu reaktorze – piecu wysokotemperaturowym. Typowe temperatury procesu zawierają się w przedziale 700oC – 1200oC. Do rur kwarcowych pieca wysokotemperaturowego wprowadzane są gazy robocze (tlen, N2O, NO, azot, argon). W przypadku procesu utleniania mokrego atmosfera pary wodnej wytwarzana jest za pomocą saturatora wody dejonizowanej, przez który podawany jest azot do rury pieca wysokotemperaturowego. Płytki są wprowadzane do pieca na łódce kwarcowej za pomocą kwarcowego manipulatora. Do najczęściej utlenianych w ten sposób materiałów należy krzem oraz węglik krzemu. - Domieszkowanie metodą dyfuzji wysokotemperaturowej
Proces domieszkowania metodą dyfuzji realizowany jest w piecu wysokotemperaturowym z rurą kwarcową. Typowa temperatura procesu mieści się w przedziale 850oC – 950oC. Gazem nośnym jest azot, gazem roboczym jest tlen i azot. W przypadku dyfuzji boru (B) źródłem domieszki są dyski ceramiczne wykonane z azotku boru (BN). W przypadku dyfuzji fosforu źródło ma charakter gazowy. Do saturatora napełnionego POCl3 podawany jest azot pełniący funkcję gazu nośnego. Piec wyposażony jest w wyciąg na wylocie rury, który w trakcie procesu usuwa produkty reakcji oraz nieprzereagowane związki chemiczne w fazie lotnej, zabezpieczając przed przedostaniem się ich do pomieszczenia laboratorium. Typowym materiałem domieszkowanym w opisywanych warunkach są podłoża krzemowe. - Chemiczne osadzanie z fazy lotnej wspomagane plazmą (PECVD)
Proces osadzania cienkich warstw dielektrycznych (tlenki i azotki krzemu) oraz półprzewodnikowych (krzem amorficzny) w reaktorze próżniowym wyposażonym w generator plazmy o częstotliwości 13,56 MHz i mocy do 300 W. Typowymi gazami zasilającymi reaktor PECVD są: silan (SiH4 rozcieńczony w azocie lub helu), azot, tlen i argon. Podciśnienie wytwarzane przez układy próżniowe uniemożliwia wydostawanie się gazów i produktów chemicznych w fazie lotnej z urządzenia do pomieszczenia laboratorium. Dodatkowo przed otwarciem reaktora jest on dwukrotnie wypełniany azotem i odpompowywany, co zapobiega wydostawaniu się gazów poreakcyjnych i produktów reakcji do otoczenia po otwarciu komory próżniowej. Procesy osadzania są realizowane na podłożach półprzewodnikowych, szklanych, ceramicznych i metalowych opisywanych w punkcie 1. - Reaktywne trawienie jonowe (RIE)
Proces wykorzystywany do rozpylania jonowego oraz chemicznego, suchego trawienia plazmowego materiałów dielektrycznych (tlenki i azotki krzemu) oraz półprzewodnikowych (krzem, węglik krzemu, azotek galu, arsenek galu) w plazmie fluorowej i chlorowej w reaktorze próżniowym wyposażonym w generator plazmy o częstotliwości 13,56 MHz i mocy do 300 W. Do rozpylania jonowego wykorzystywane są mieszaniny argonu z azotem. Do chemicznego trawienia plazmowego wykorzystywane są gazy robocze SF6, CF4, CHF3 dozowane często w postaci mieszaniny z tlenem. Podciśnienie wytwarzane przez układy próżniowe uniemożliwia wydostawanie się gazów i produktów chemicznych w fazie lotnej z urządzenia do pomieszczenia laboratorium. Dodatkowo przed otwarciem reaktora jest on dwukrotnie wypełniany azotem i odpompowywany, co zapobiega wydostawaniu się gazów poreakcyjnych i produktów reakcji do otoczenia po otwarciu komory próżniowej. - Mokre trawienie chemiczne
Procesy wykonywane w dygestorium chemicznym w warunkach stałego podciśnienia, które zabezpiecza przed wydostawaniem się par odczynników lotnych do pomieszczeń laboratoryjnych. Realizowane procesy mają na celu chemiczne trawienie powierzchni materiałów w odpowiednio przygotowanych roztworach chemicznych. Typowym przykładem takiego procesu jest trawienie krzemu lub węglika krzemu w wodnych roztworach wodorotlenku potasu (KOH) lub wodorotlenku tetrametyloamoniowego (TMAH). Procesy mogą być modyfikowane przez dodawanie do roztworu związków powierzchniowo czynnych. Powszechnie stosowany jest w tym celu alkohol izopropylowy. - Fotolitografia
Proces służący do odwzorowania kształtów w polimerowej emulsji światłoczułej utwardzanej promieniowaniem ultrafioletowym. Do obróbki emulsji światłoczułych najczęściej wykorzystywane są roztwory na bazie acetonu. Emulsje światłoczułe są nakładane metodą rozwirowania na podłożach półprzewodnikowych, szklanych lub ceramicznych. - Naparowywanie próżniowe
Proces wykorzystywany do osadzania z fazy gazowej cienkich warstw metalicznych prowadzony w reaktorze próżniowym w warunkach wysokiej lub bardzo wysokiej próżni. Podstawowymi źródłami metali naparowywanych poprzez podgrzewanie wywołane przepływem prądu elektrycznego są aluminium, chrom oraz złoto. Zmodyfikowany proces naparowywania próżniowego z wykorzystaniem wysokoenergetycznej wiązki elektronowej wykorzystywany jest do osadzania cienkich warstw metali trudnotopliwych (tytan, nikiel, platyna, wolfram). - Rozpylanie jonowe, reaktywne rozpylanie magnetronowe w plazmie w.cz
Proces próżniowy wykorzystywany do osadzania z fazy gazowej cienkich warstw metalicznych ( tytan, gadolin, aluminium, hafn, cynk), dielektrycznych (TiO2, Al2O3, AlN, HfO2) oraz półprzewodnikowych (ZnO). Proces rozpylania jonowego materiałów metalicznych jest typowo prowadzony w atmosferze argonu. Reaktywne rozpylanie magnetronowe w celu uzyskania materiałów o właściwościach dielektrycznych lub półprzewodnikowych jest typowo prowadzone w mieszaninach tlenu lub azotu z argonem, czasami azotu z tlenem. Źródłami metalu są wysokiej czystości targety metaliczne rozpylane jonowo lub reaktywnie w zależności od zastosowanych gazów roboczych.
Katalog typowych produktów uzyskiwanych w Laboratorium:
- ultracienkie (pojedyncze nm) i ultraczyste warstwy dielektryczne o wysokiej wytrzymałości na przebicie,
- cienkie warstwy dielektryczne pełniące rolę tlenków bramkowych w technologii półprzewodnikowej, w tym warstwy dielektryczne o wysokiej przenikalności elektrycznej,
- cienkie warstwy dielektryczne o modyfikowanym współczynniku załamania do zastosowań optycznych (warstwy antyrefleksyjne, warstwy zabezpieczające i modyfikujące właściwości elementów optycznych),
- cienkie warstwy dielektryczne i półprzewodnikowe stosowane jako pokrycia o określonych właściwościach mechanicznych (warstwy antypoślizgowe, warstwy o niskim współczynniku tarcia, warstwy hydrofilowe i hydrofobowe, itp.),
- grube warstwy dielektryczne pełniące funkcję pasywacji półprzewodnikowych przyrządów wysokonapięciowych,
- strukturyzacja podłoży poddanych procesom mokrego lub suchego trawienia (anizotropowe trawienie materiałów półprzewodnikowych oraz dielektrycznych, anizotropowe trawienie krzemu, wytwarzanie struktur typu ‘trench’ oraz ‘mesa’,
- wytwarzanie powierzchni o charakterze zwierciadeł dla różnego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego,
- wytwarzanie struktur o charakterze periodycznym kształtowanych metodą fotolitografii do zastosowań fotonicznych,
- procesy transferowania grafenu z folii miedzianych oraz polimerowych na inne rodzaje podłoży szklanych, dielektrycznych i półprzewodnikowych,
- złącza półprzewodnikowe i struktury diodowe uzyskiwane poprzez zmianę poziomu domieszkowania krzemu w wyniku dyfuzji wysokotemperaturowej,
- tranzystory polowe typu MOSFET/MISFET,
- jonoczułe tranzystory polowe typu ISFET,
- diody i tranzystory mocy w technologii węglika krzemu,
- detektory promieniowania optycznego, w tym detektory promieniowania UV o ograniczonej czułości na promieniowanie widzialne,
- detektory promieniowania rentgenowskiego.