28 ELECTRÓNICA Cristalización de silicio por láser para la integración monolítica en sensores MEMS Los sistemas microelectromecánicos, MEMS por sus siglas en inglés, microelectromechanical systems, han demostrado su eficacia mil millones de veces como sensores en coches inteligentes, teléfonos móviles y minibombas de insulina, entre otras cosas. Para que estos MEMS sean aún más potentes en el futuro, investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT de Aquisgrán han desarrollado un proceso de deposición y cristalización láser compatible con CMOS en colaboración con el Fraunhofer ISIT y el IST. A diferencia de otros procesos habituales, este nuevo proceso elimina la necesidad de cables y uniones soldadas, una ventaja que puede reducir significativamente el tamaño de los componentes y mejorar el rendimiento del sensor. Los viajes en coche seguros y fiables se los debemos a los sensores MEMS, ya que registran muchos parámetros clave del funcionamiento del vehículo. Permiten controlar muchos sistemas El Fraunhofer ILT, junto con el Fraunhofer ISIT y el IST, ha desarrollado un proceso de cristalización selectiva basado en láser para la fabricación de unidades de sensores MEMS directamente sobre circuitos activos. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania. del vehículo, como los airbags, los frenos antibloqueo o los programas electrónicos de estabilidad. Para medir la aceleración, etc., los sensores inerciales MEMS también se incorporan por miles de millones a productos de consumo como smartphones, smartwatches, cuadricópteros, etc. Para que las unidades de sensores MEMS puedan realizar estas tareas de forma fiable y segura, se combinan con un circuito electrónico integrado de aplicación específica (ASIC) que se asienta sobre una unidad portadora de silicio (oblea). Sin embargo, como la temperatura ambiente cerca del circuito integrado con sus transistores CMOS sensibles a la temperatura no puede superar los 450 °C, los sensores MEMS de silicio cristalino se fabrican primero por separado debido a las altas temperaturas de fabricación convencionales. A continuación, se ponen en contacto con el circuito mediante conexiones de alambre y soldadura o procesos de unión de obleas. “Pero la tecnología de interconexión convencional requiere un espacio relativamente grande e impide unamayorminiaturizaciónde losMEMS”, explica Florian Fuchs, investigador asociado del grupo de Procesamiento de Películas Delgadas del Fraunhofer ILT. Por esta razón, los MEMS fabricados con silicio cristalino no pueden construirse directamente sobre el ASIC. Las incompatibilidades de temperatura en el proceso de fabricación dificultan una mayor miniaturización de los sensores y la mejora de sus prestaciones. CRISTALIZACIÓN SUAVE DE CAPAS SENSIBLES DE SILICIO En lugar de emplear técnicas de unión convencionales, Fraunhofer ILT confía en un proceso basado en láser que permite construir sensores MEMS de silicio cristalino directamente (monolíticamente) sobre los circuitos sensibles a la temperatura. El proyecto se centra en la deposición de capas de Si por parte de Fraunhofer IST e ISIT, la cristalización selectiva por láser por parte de Fraunhofer ILT, y el diseño y procesamiento microelectrónico de las capas en sensores por parte de Fraunhofer ISIT. Los investigadores aprovechan el hecho de que las capas de silicio amorfo ya pueden producirse en la oblea que contiene el circuito a temperaturas inferiores a 450 °C y con altas velocidades de deposición. El láser no sólo cristaliza esta capa de silicio, sino que también activa los dopantes que contiene, garantizando así una conductividad eléctrica
RkJQdWJsaXNoZXIy Njg1MjYx