Geïntegreerde GHz-scanning-akoestische microscoop voor 3D-nano-imaging

Micro-elektronica staat op het punt te verdwijnen nu we volledig het nano-elektronica-tijdperk betreden. Deze trend betekent ook het einde van, of op zijn minst een afwijking van, de wet van Moore in die zin dat de typische 2D-schaalvergroting van transistortechnologieën aan het vertragen is. Er ontstaan echter nieuwe benaderingen om een vergelijkbaar schaalparadigma uit te breiden, zoals de introductie van 3D-structuren of de definities van complexe feature-apparaten in plaats van transistors voor algemene doeleinden (bijv.FINFETS, MRAM's ...). Samen met deze nieuwe benaderingen komen de introductie van complexe en hybride processen met nieuwe materialen en stapels die nieuwe metrologie en karakteriseringstechnieken vereisen om hun maakbaarheid en succes te garanderen. In het bijzonder vereist moderne nano-elektronica de ontwikkeling van nieuwe 3D-beeldvormingstechnieken die gebruik maken van alternatieve transparantievensters om door anders reflecterende of absorberende lagen te kijken. In dat perspectief is het verleidelijk om de beeldvorming van het zichtbare naar het nabije infrarood uit te breiden, maar dit heeft het nadeel van het gebruik van langere golflengten en een principieel verlies aan resolutie. Er is een alternatieve strategie nodig die berust op een ander type golf, dat zelf kenmerkend is voor een ander fysisch principe. Ultra- of hypergeluidsbeeldvorming, gebaseerd op het gebruik van een rijke verscheidenheid aan akoestische golven, b.v. afschuiving of longitudinaal, biedt prachtige mogelijkheden. Enerzijds is de geluidssnelheid typisch 5 ordes van grootte kleiner dan de lichtsnelheid, zodat men beelden kan maken met behulp van akoestische nanometrische golven op GHz-frequenties, typisch voor mm-golf RaDAR's die tegenwoordig veel worden gebruikt. Aan de andere kant, aangezien akoestische (hypersound) golven worden ondersteund door en zich voortplanten door vaste stoffen en vloeistoffen, richten ze zich op totaal andere transparantievensters dan elektromagnetische golven, en zijn ze zelfs compatibel met immersielithografie. Deze overwegingen hebben geleid tot de interesse in het ontwikkelen van GHz scanning-akoestische microscopen (SAM). GHZ SAM-systemen bestaan, maar zijn omvangrijk en duur. Oorspronkelijk ontwikkeld voor het afbeelden van biologische weefsels, blijven ze moeilijk toegankelijk. Het doel van dit doctoraat is om een nieuwe generatie van deze systemen te ontwikkelen, gebruikmakend van ultrasone transducers ontwikkeld door imec en samen geïntegreerd met CMOS in een SoDAR-architectuur. Daartoe moeten verschillende akoestische golven en beeldvormende strategieën worden gemodelleerd en beoordeeld. Het uiteindelijke doel van het doctoraat is het bepalen van de ultieme limieten van geïntegreerde multi-pixel GHz SAM, in termen van resolutie en penetratiediepte.