Technológie výroby snímačov

   Miniaturizácia senzorov vyvoláva prudký vývoj mikrotechnológií a nanotechnológií: od mikroelektroniky, mikromechaniky až ku bioelektronike, molekulovým a bunkovým technológiám. Hlavné produkty mikroelektroniky – logické integrované obvody, mikroprocesory a pamäte – sa využívajú pre realizáciu inteligentných mikrosenzorov. Pri výrobe snímačov dominantnú úlohu hrajú nasledujúce technológie:

   Tranzistory, kapacity, odpory a unipolárne integrované obvody (unipolárny prvok = využívajúci iba jeden druh nosičov náboja) sa môžu realizovať tzv. MOS technológiou, ktorá sa vo veľkej miere aplikuje aj pri výrobe mikrosenzorov (MOS ≡ kov – oxid – polovodič). Unipolárna tranzistorová štruktúra, založená na MOS technológii, je charakterizovaná emitorom E (vtok), kolektorom K (výtok) a hradlom H, pod ktorým sa vytvára vodivý kanál medzi E a K.

   Tenké vrstvy môžeme charakterizovať ako ”dvojdimenzionálnu” látku, keďže tretí rozmer – hrúbka – je tak malý (od 1µm do 1 nm), že pomer povrchu ku objemu je značne veľký (až 106). Zmenšenie vzdialenosti medzi obidvoma povrchmi a ich vzájomná interakcia majú rozhodujúci vplyv na vnútorné fyzikálne a chemické vlastnosti tenkých vrstiev a vedú k vzniku úplne nových javov. Potom zmeny chemického zloženia spôsobujú unikátne vlastnosti tenkých vrstiev, ktoré sa podstatne líšia od objemového materiálu.

   Hrubé vrstvy, t. j. vrstvy o hrúbkach väčších ako 10 μm, je možné nanášať rôznymi spôsobmi: striekaním, šopovaním, máčaním, odstredivým pokrývaním, tryskovým tlačením a pod. Najvhodnejšia hrubovrstvová technológia pre senzory je založená na sieťotlači, ktorá sa používa aj pri výrobe hybridných integrovaných obvodov.

   Mikromechanika (mikroobrábanie) je technológia výroby trojdimezionálnych mikroskopických štruktúr a miniatúrnych mechanických súčiastok, ktoré majú typické pozdĺžne rozmery 10 nm až 10 mm a vertikálne rozmery od 1 mm až do niekoľkých nm. Podstata technológie mikroobrábania je v tom, že definovaným a kontrolovaným spôsobom tvarujeme súčiastky, t. j. materiál uberáme (leptáme) alebo pridávame (deponujeme, spájame). Do tejto technológie boli preto adaptované mnohé štandardné mikroelektronické procesy, ako fyzikálne a chemické depozície tenkých vrstiev, oxidácia, fotolitografia, chemické a plazmatické leptanie, dopovanie, kontaktovanie, rezanie, púzdrenie a pod.

   Hrubovrstvová technológia umožňuje hromadnú výrobu za nízku cenu, má vysokú flexibilitu pre inováciu a vývoj nových senzorov, napr. založených na polyméroch. Jej nevýhodou sú relatívne väčšie rozmery senzorov, nižšia reprodukovateľnosť a presnosť. Je to výhodná technológia pre výrobu jednorázových senzorov, napr. Elektrochemických biosenzorov. Tenkovrstvová technológia vyžaduje vyššie počiatočné investície v porovnaní s technológiou hrubých vrstiev, ale taktiež je veľmi vhodná pre hromadnú výrobu senzorov s nízkou cenou. Naviac umožňuje ďalšiu miniaturizáciu senzorov na mikrometrickej úrovni. Je kompatibilná s technológiou integrovaných obvodov, s ktorou má porovnateľnú flexibilitu pre modifikáciu procesov a modernizáciu senzorov. Technológia integrovaných obvodov, najmä CMOS, ale i bipolárna, sú jednoznačne najperspektívnejšie pre hromadnú výrobu lacných, jednoúčelových a jednorázových mikrosenzorov. Zároveň dovoľujú ich integráciu s elektronikou a výrobu inteligentných senzorov.