Mikrofabrikaatio

Mikrofabrikaatio on prosessien sarja, jolla valmistetaan mikroskooppisia rakenteita ja elektroniikkapiirejä alustoille, yleisimmin puolijohteille kuten piin substraateille. Prosessit toteutetaan pääasiassa puhtaissa tiloissa, joissa hiukkas- ja kaasupitoisuutta kontrolloidaan tiukasti. Mikrofabrikaatio muodostaa modernin elektroniikan sekä MEMS-laitteiden sekä mikrofluidisten, biolaboratorioiden ja fotoniikan sovellusten perustan.

Keskeisiä tekniikoita ovat fotolitografia, jolla kuvio siirretään fotosuojakerrokseen ja jonka jälkeen kuvio voidaan siirtää alustan pintaan syövyttämällä tai poistamalla materiaalia. Muita tärkeitä ovat levytys- ja pinnoitusmenetelmät kuten fyysinen höyrystyminen (PVD), kemiallinen höyrystyminen (CVD) sekä atomikerrospinnoitus (ALD). Doping tai ion implantointi muokkaavat materiaalin sähköisiä ominaisuuksia. Lift-off-tekniikka sekä tasoitus- ja karhennusmenetelmät (CMP) kuuluvat usein mukaan.

Materiaalit ja alustat vaihtelevat, mutta yleisimmät ovat pi ja sen yhdistelmät sekä lasi ja erikoispolymeerit. Prosessi etenee usein sarjana: esikäsittely, fotolitografia, kehitys, etsaus tai metallointi, dopointi, pintakäsittely ja lopullinen testaus.

Sovelluksia ovat integroidut piirit, MEMS-laitteet, mikrooptiikka, biosensorit sekä mikrofluidiset järjestelmät. Mikrofabrikaatio tukee myös energia- ja fotoniikkatuotteita sekä tutkimuslaboratorioiden välineitä.

Haasteita ovat virheiden hallinta, suurten laitteistokustannusten hallinta, valmistusnopeus ja lämpötilan hallinta. Trendeinä näkyvät 3D-mikrofabrikaatio, nanoimprint-lithografia sekä roll-to-roll -valmistus, jotka mahdollistavat suuret tuotantomäärät ja joustavat materiaaliratkaisut.

Historia: Mikrofabrikaatio kehittyi elektroniikan kehityksen myötä 1950–60-luvuilla fotolitografian sekä yksittäisten prosessien edistysaskeleiden myötä. MEMS-tekniikoiden yleistyminen 1980–1990-luvuilla on ollut merkittävä muutos alalla.