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Module 1: Fondamentali dell'elettrofisiologia

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Ciao. Benvenuti in questo modulo. Negli ultimi due moduli. Abbiamo visto l'introduzione a un laboratorio fab o almeno la parte o l'attrezzatura o lo strumento all'interno del laboratorio fab. E poi, abbiamo capito come il silicio può essere fabbricato partendo dal biossido di silicio, un processo rapido per capire che seguito dalle sonde valutate EEG, dove possiamo dire che i lead o gli elettrodi, quindi ci sono elettrodi bagnati e ci sono elettrodi secchi. E poi abbiamo capito l'anatomia del cervello. Ora vediamo rapidamente che tipo di altri dispositivi compresi i transistor, diodi possiamo fabbricare se sappiamo usare il processo di micro - fabbricazione. E vi insegnerò una parte su come depositare un materiale che sia sulle tecniche PVD, un po' su tecniche di CVD che sono chimicamente degrado, e un po' sulla litografia così da capire come si possono creare elettrodi diversi usando la tecnica della micro - fabricazione. Se si vedono le applicazioni, le applicazioni della micro - fabbricazione sono molte nonostante la nostra attenzione sia sugli elettrodi EEG o sui chip correlati alle neuroscienze. Comprendiamo anche che che tipo di altre applicazioni possiamo utilizzare, o possiamo pensare a se sappiamo fabbricare i dispositivi.
 
Se si vede la slide, quello che si può vedere è una struttura conosciuta che è il tuo diodo di giunzione P-N. Sai che quando prendi un diodo, questo è il tuo anodo e questo è il tuo catodo. Puoi dire K, puoi dire C, qualunque cosa tu voglia. L'anodo sarà P, catodo sarà N. Questa è la giunzione P - N. Come fabbricare il diodo di giunzione P-N? Così potete vedere qui, questa è una sezione trasversale di un diodo di giunzione P-N e un modo per fabbricare questa particolare struttura, vi insegnerò comunque la litografia ma in questo momento, lasciate che vi faccia un esempio veloce che avete substrato di silicio. Se qualcuno ti chiede, disegna la sezione trasversale del wafer di silicio, puoi disegnare un rettangolo come questo. Il passo successivo sarebbe quello di far crescere il biossido di silicio. Vi spiegherò come coltivare il biossido di silicio, non vi preoccupate. Il biossido di silicio siamo cresciuti usando una tecnica chiamata LPCVD se volete crescerla. Se si desidera depositare SiO2, allora è possibile utilizzare lo sputtering.
 
Si può anche andare per, se si desidera crescere, è possibile anche andare per PECVD. PECVD è deposizione di vapore chimico potenziato al plasma. LPCVD spicca per il degrado di vapore chimico a bassa pressione mentre se volete, questo è per il processo di crescita, in crescita SiO2. SiO2 è biossido di silicio. E si sa che il biossido di silicio è un materiale isolante, è isolante. O il silicio è semiconduttore. Come processo di partenza il substrato è di tipo n - tipo. Questo significa un wafer di silicio drogato con impurità pentavalenti. Ora voglio creare una giunzione P all'interno del wafer di silicio lato n. Per la creazione di una giunzione P all'interno del wafer di silicio di tipo n, dobbiamo creare una finestra. Perché questa finestra è obbligatoria? Perché se doppato materiale di tipo P, impurità di tipo P, cosa sono le impurità di tipo P? L'esempio di impurezza di tipo p sarà il borgo. Diciamo che se vuoi diffondere o doppare il boro all'interno del silicio, il boron non può passare attraverso il biossido di silicio.
 
Questa impurezza non può passare attraverso il biossido di silicio. Il biossido di silicio funziona come una maschera, agisce come una maschera. Maschera per prevenire il borgo per passarlo. Ed è per questo che dobbiamo eliminare il biossido di silicio usando la fotolitografia. Vedremo cosa è la fotolitografia; non vi preoccupate subito. Ho creato una finestra. Ora dopo aver creato una finestra, noi dopperemo il borgo. Se schivo il borgo, creerà uno strato all'interno del silicio di tipo n - tipo, n - type. Lasciamolo modellare così. Quindi sembra doti. Ora cosa faremo?
 
Se vedi lo schematico qui, cosa puoi vedere? Che si deve quindi rimuovere questo biossido di silicio. Perché quando fai il borgo, cosa accadrà? Sarà così. Anche Boron sarà qui così. Ma non vogliamo il borgo sulla superficie. Vogliamo solo il boro nell'area finestra, quest' area ciò che abbiamo mostrato. Quindi dobbiamo, e questo borgo in superficie diventerà ossido di boro o di boro. Quindi, questo ossido di borgo e biossido di silicio dobbiamo etarlo. Questo biossido di silicio e l'ossido di boro allo strato, alla superficie del silicio dobbiamo rimuoverlo. Rimozione di questa etching. Quindi useremo acido idrofluorico tampone, BHF. Se immergo questo wafer in BHF, cosa accadrà? Questo ossido di boro e il biossido di silicio si aggireranno. Le impurità che sono dopate all'interno del silicio saranno il borgo, all'esterno saranno l'ossido di borgo.
 
Il passo successivo sarebbe che crescerò un biossido di silicio come questo e poi creerò una finestra. Creerò una finestra per far fuori il contesto, così come questo, e dal backside così. P, n - silicio, metallo per scattare il contatto. Qui anche io avrò metallo depositato e schema per scattare il contesto. Questo è il tuo anodo e questo è il tuo catodo. Questo è il tuo anodo e catodo. Quindi il punto che sto facendo è se si conosce la fabricazione poi si può creare un, è possibile progettare un diodo di giunzione P-N. Allo stesso modo, è possibile progettare anche diversi altri dispositivi. Vediamo quindi un altro dispositivo.
 
Non entrerò nei dettagli su questo dispositivo e su come fabbricarlo. La fabbricazione sarà un modulo separato. Quindi se vedete questo particolare dispositivo, cosa vediamo qui? Abbiamo un MOSFET di canale N. Che cosa è MOSFET? Transistor a effetto campo semiconduttore di ossido di metallo. Ora, abbiamo substrato di silicio di tipo P. E siamo dopanti n plus, questo significa che stiamo dopando impurità pentavalenti all'interno del wafer di silicio creando finestre come ho mostrato in precedenza. La prenderemo come classe separata, dove vi mostrerò come progettare un flusso di processo per la creazione di un MOSFET. Tuttavia, proprio qui si concentra che si può dope n plus tipo di impurità all'interno di un substrato di tipo P e poi si ha una connessione in metallo che è questa linea nera qui, le scatole nere nere, queste scatole nere e si ha una sorgente e scarico.
 
Allo stesso, si ha un diossido di silicio sottile. Questo biossido di silicio è generalmente coltivato mediante processo di ossidazione a secco. Nel processo di ossidazione ci sono due processi. Una è l'ossidazione bagnata e un'altra è l'ossidazione secca. Ci sono vantaggi e svantaggi con bagnato e secco. L'ossidazione secca generalmente dà un'ottima qualità del film di biossido di silicio. E useremo, o generalmente, il biossido di silicio viene coltivato utilizzando la tecnica di ossidazione a secco. Su questo, abbiamo un cancello e che di nuovo, c'è un metallo. Quindi questo cancello è un solo metallo fine, diciamo P1. Questo canale, quando si applica un negativo rispetto alla fonte, il gate è il negativo rispetto alla fonte, cosa accadrà? Il gate è positivo rispetto alla fonte, cosa accadrà? Le impurità di tipo n formeranno un canale. Quando il gate è positivo rispetto alla fonte, le impurità di tipo n sono attratte verso il canale. Ed è per questo che questo diventerà un altro piatto, si può dire piatto 1, piatto 2, e c'è un ossido tra due piatti. Quindi se ce ne sono due, se ci sono due piatti separati da una dielettrica o aria, diventa un condensatore. Così si forma un ossido di gate capacitivo e il canale N che viene creato a causa del fatto che il gate è positivo rispetto alla fonte. Quindi il punto che sto facendo è che possiamo fabbricare N - canale MOSFET, possiamo fabbricare MOSFET a canale P. Possiamo fabbricare CMOS tutti utilizzando le tecniche di micro - fabbricazione.
 
Ora vediamo un'altra applicazione della tecnica di micro - fabbricazione. Un'altra applicazione è nei riscaldatori. E quando diciamo riscaldamento, stiamo parlando di microriscaldamenti. Ora, che cos' è il riscaldamento? Se hai un resistore e se riscaldi il resistore applicando una potenza, allora il tuo calore mi piazza R, che è il tuo riscaldamento dei joule. Ora, quale sarà la resistenza del rotolo? La resistenza del rotolo può essere misurata da rho l da A, dove rho è la resistività del materiale, l sarà la lunghezza del modello e A sarà la zona. Ecco quindi, se conosco lo spessore, se conosco la lunghezza, posso calcolare la resistenza del riscaldatore. Come fabbricare questo microriscaldatore?
 
Così possiamo vedere qui, al centro, c'è un wafer di silicio. E nel wafer di silicio ci sono 12 microriscaldatori. Vedi qui, 1, 2, 3, 4 e hai tre righe o tre colonne e quattro righe. Quindi si hanno 12 microriscaldatori fabbricati su un wafer di silicio a 2. Quindi se ho 4 - in silicone di silicio, se riduciamo la distanza tra due schemi, posso realizzare, posso fabbricare grandi quantità di micro riscaldatori sul singolo substrato. Quindi come fabbricare questo microriscaldatore? È molto semplice. Ti insegnerò in una della classe. Quindi un'altra applicazione della tecnica di micro - fabricazione o litografia è quella di fabbricare microriscaldatori. Il metallo per i microriscaldatori può essere platino, può essere oro, può essere nichel, nichrome, polisilico e così via. Quindi questo può essere diversi metalli che uno può utilizzare a seconda della disponibilità. Devi depositare il metallo sul wafer di silicio e se depositare un metallo su un wafer di silicio? Cosa accadrà? Diciamo che questo è un metallo e questo è un wafer di silicio. Diciamo che questo è platino. Cosa accadrà? Questo non formerà un modo giusto di fabbricare o questo non è un passo giusto per fabbricare microriscaldanti. Perché? Perché il metallo e il semiconduttore si accorciano, accorciando.
 
Così bisogna creare uno strato isolante tra semiconduttore e un metallo. Quindi cosa possiamo fare? Si può prendere il wafer di silicio; si può coltivare il biossido di silicio. Oltre il biossido di silicio, è possibile depositare il platino. Così questo sarà il tuo biossido di silicio. Oltre il biossido di silicio, è possibile depositare il platino. Ora questo non sarà breve perché il biossido di silicio è materiale isolante. Ecco perché potete vedere qui; il colore del wafer è verde a seconda di come avevamo fatto la fotografia. Ma perlopiù è verde e da qualche parte qui si può vedere il colore viola. Questo a causa del biossido di silicio depositato sul wafer di silicio. Ancora, come ho detto, vedremo nel dettaglio come possiamo fabbricare i microriscaldatori sul substrato di silicio.
 
Ora, fatemi fare un altro esempio. Quindi ora se volete avere due strati sullo stesso wafer, questo significa che volete avere microriscaldamenti sul substrato di silicio, sul substrato di silicio ossidato, come ho detto, non possiamo avere un microriscaldatore direttamente sul silicio, sarà breve. E poi oltre quello che vogliamo? Vogliamo uno strato isolante come questo e sullo strato isolante, vogliamo avere elettrodi interdigitati. Così potete vedere qui, ci sono quattro elettrodi interdigitati. Allora come possiamo creare questo? Questo è possibile anche utilizzando la tecnica della litografia. Quindi questi sono elettrodi interdigitati. Se vedete la, dal basso questo è il wafer di silicio, poi si dispone di un microriscaldatore. Le coppie del microriscaldatore sono qui, poi su quella, si ha materiale isolante. Su questo, hai i tuoi elettrodi interdigitati. Vedremo come possiamo fabbricare anche questo.
 
Facciamo un altro esempio. Possiamo anche fabbricare un microcantilino piezoresistivo. Cosa è il micro cantilever? Ora vediamo, se vedete una piscina e il trampolino di immersione della piscina, se qualche tuffo si immerge dal trampolino, cosa accadrà? Questo vibrerà. Questa vibrazione, così si tiene a una estremità, è aperta in un'altra estremità. Ed è per questo che vibra. Se prendi un righello e se lo tieni su un lato come me lo tengo su questo uno così e lo premi qui, che sarà vibrante. Così questo diventa un cantilever. Così microcantilever è un cantilever fabbricato a scala micron. Così possiamo fabbricare il microcantilever? Sì. E possiamo renderla piezoresistenza? Ora ho portato una parola chiamata piezoresistenza. Che cosa è piezoresistente? Piezoresistenza è una proprietà del materiale che quando si applica una pressione, si cambia resistenza. Mentre si sa anche cosa è piezoelettrico. Piezoelettrico è di nuovo una proprietà di materiale. Quando si applica una pressione, si cambia nella tensione. Piezoresistenza, cambio di resistenza; piezoelettrico, cambio di tensione, elettrico.
 
Quindi pressione all'elettrico, pressione alla resistenza; piezoresistenza, piezoelettrico. Ricorda molto bene questa cosa. Ora, se volete creare un resistore piezoresistico o piezo all'interno di un wafer di silicio, dobbiamo doppare in un certo modo il polisilicio con materiale di tipo p - tipo con p - tipo a forma di resistore. Indageremo che a un certo punto di tempo. In questo momento, quello che si può vedere sullo scivolo è un piezo resistore, uno schematico viene mostrato sul lato sinistro se si vede questo. Questa è la fotografia ottica. Questi sono il flusso elaborato per fabbricare un resistore piezo e si tratta di un'immagine SEM, microscopio a scansione. Scansione di microscopio elettronico a scansione di un microcantilever fabbricato mediante processo di micro - fabbricazione. E qui questa è una punta di SU8. C'è un piezo resistore che è questo ragazzo proprio qui, che non possiamo vedere qui, e questo è connesso così. Quindi si diffonde all'interno di questo sottile strato di silicio.
 
Che cos' è uno spessore di questo piezo resistore? Quindi lo spessore di questo cantilever, spessore del cantilever è di 2 micrometro. Qual è lo spessore di SU8, questa è una punta, SU8 è di circa 10 micrometri. Ora SU8 è molto leggero rispetto al silicio, ecco perché non si piega. E, ovviamente, ci siamo occupati degli effetti di stress utilizzando il nitruro di silicio. Ne discuteremo separatamente. E questo viene creato utilizzando una tecnica chiamata DRIE.
 
Così l'etching se vedete, fatemi cancellare solo questo. Se vedi tranne questo ragazzo, è come una bacheca. Vedi, qui c'è una trincea, vero? Quindi questo etching è fatto con l'ausilio di una tecnica di etching profonda reattiva. Il deep reactive ion etching è una tecnica di essiccazione a secco. L'etching sono due tipi, quindi umido umido e umido. Così deep reactive ion etching, D stand for deep, R stand for reactive, I stand for ion, E stand for etching. Deep reactive ion etching. Questa è una tecnica di essiccazione a secco. Così il silicio è stato inciso utilizzando una tecnica di incisione di ioni reattivi profonda. Quindi il punto è che possiamo fabbricare microcantilette piezoresistive. Possiamo fabbricare microriscaldamenti, possiamo fabbricare transistor, ovvero MOSFET, possiamo creare un diodo. Ora vediamo cos' altro possiamo creare.
 
Possiamo anche creare un sensore flessibile, microsensore flessibile. E il microsensore flessibile ha un misuratore di tensione, possiamo vedere qui, un misuratore di tensione. Questo misuratore di ceppo è fabbricato utilizzando PEDOT: PSS. PEDOT: PSS è un polimero che è piezoresistente in natura. E poi su quel polimero ci sono dei materiali isolanti, sopra ci sono i pad d'oro, su che c'è un pilastro SU8. Non devi preoccuparti di questo ora. Si capisce solo che se si conosce la fabbricabilità si possono anche creare sensori flessibili come mostrato qui in questa slide. (
 
Ora vediamo come, dove altro possiamo usare la nostra comprensione di fabbricazione per. Vedi EEG, devi capire questo termine, ECG, EMG, EEG, ECoG. ECG, elettrocardiogramma; EMG, elettromiogramma. Elettrocardiogramma per cuore; Myogram per i muscoli; poi EEG, elettroencefalogramma, scalp, i segnali cerebrali dal cuoio capellato; elettrocardiografia, ECoG, dal cervello quando si apre il cranio, posizionare il chip sul cervello, ECoG. Ora, comprendiamo ECG. E cosa mostra ECG? Mostra il funzionamento del nostro cuore. Generalmente, le pompe di cuori sono uniformemente, da 65 a 70 battiti al minuto. Se una persona corre, esercitando, il battito cardiaco aumenterebbe. Ma diciamo ad esempio, fatemi fare il mio esempio. Se subito sto dando, registrando questa lezione, il mio battito cardiaco non dovrebbe aumentare più di 75, 80. Perché non c'è motivo che il battito cardiaco aumenti. Ma se all'improvviso inizia ad aumentare senza alcun motivo, si chiama aritmia. E l'aritmia è una malattia cardiaca. Stesso modo, in un caso, il cuore inizia a battere o pompare in modo non uniforme. Questo pestaggio insindacabile è a causa del mal di fuoco dei segnali. E questo caso si chiama fibrillazione atriale.
 
Così come curare questa malattia del cuore? Quindi se vedete lo scivolo, quello che dimostra è che il primo schematismo che potete vedere qui, dimostra che il cuore, ovviamente, sappiamo che le malattie legate al cuore aumentano di giorno in giorno a causa di molte problematiche, il nostro stile di vita, le abitudini alimentari, il comfort che ci viene paragonato ai tempi precedenti e meno di esercizio fisico. Quindi le malattie legate al cuore sono in aumento. Un recente studio dimostra che questo si verificava in una popolazione numerosa del mondo e se non trattata, si tradurrebbe in accorciamento della vita, che conosciamo. Ora concentriamoci su questo schematismo. Mostra che si può vedere l'atrio e i ventricoli. Ora, quello che dimostra che la fibrillazione atriale è un'aritmia cardiaca in cui i segnali elettrici anormali iniziano nell'atria del cuore.
 
Questo è dovuto alla conduzione anomala dei segnali elettrici ai tessuti adiacenti. Quindi cosa succede se c'è un caso di rimodellamento dei tessuti cardiaci, rimodellamento, questo significa che il tessuto cardiaco si dannegherà. Si vede che si batte senza pari. Si può vedere sbattere impari. Secondo è dovuto alla coagulazione del sangue, potrebbe esserci la possibilità di coagulare. Che cosa è, come si cura? Primi sono farmaci giusti. Ma in alcuni casi i farmaci giusti non funzionano ed è per questo che il trattamento è con ablazione catetere. Il catetere è un tube-like che potete vedere qui e questo tubo è inserito dall'area groviera fino al vostro cuore e una volta che raggiunge il cuore, possiamo lasciarci dire che questo è il cuore e raggiunge il cuore, poi bisogna abbinare il cuore. Che cosa è l'ablazione? L'ablazione è riscaldamento. Il riscaldamento è ablativo. Ora che tipo di ablazione ci sono? C'è la crioablazione, c'è l'ablazione RF. La frequenza RF per riscaldare il cuore si chiama tecnica di ablazione RF. Crio è utilizzare l'azoto liquido. Così congelerà il tessuto. Entrambi creeranno in ablazione. Entrambi creeranno in una combustione del tessuto. Quindi se il tessuto viene bruciato, viene distrutto, smetterà di condurre, per quanto semplice.
 
Ora se voglio applicare la frequenza RF, questo significa che devo toccare il tessuto. Toccando il tessuto, questo significa che se tocco, se applico più forza, allora la zona rimanente sarebbe ablata o l'area più grande diversa da quella che decido o ciò che è necessario per abondare sarebbe ablata. Se la pressione o la forza è minore, allora l'area che deve essere ablata non si ablica completamente. Quindi in entrambi i casi, quello che stiamo vedendo è che richiediamo una forza ottimale per capire se l'ablazione è corretta o meno. Questo significa alla punta di questo tubo ciò che si richiede? Si richiede un sensore di forza. E questo sensore di forza possiamo fabbricare se conosciamo il processo di micro - fabbricazione. Quindi questo è un punto.
 
Ora, se si vede, questo un processo di cateterizzazione. E qui potete vedere come ho detto che il catetere è inserito attraverso il guidewire dalla zona groin qui ed è, raggiunge le camere del cuore e poi viene eseguita la procedura. E l'importanza di qualunque cosa abbiamo discusso è fin qui, che è la punta del catetere. Allora che cosa è?
 
Si vede questo è il meccanismo di manovra. Si può manovrare il catetere; si può spostare il catetere con l'ausilio del meccanismo di manovra. Ora quando si manovre il catetere, questo tubo andrà fino all'interno del cuore, e questa è la punta dove si applica la frequenza RF per abtardare. All'interno di questa punta c'è un sensore che misura la forza dal tessuto cardiaco.
 
Così, ci sono layout di maschera e poi come possiamo fabbricare il sensore, tutti i dettagli ci sono. Non lavoriamo, non preoccupatevi di quei dettagli a partire da ora. Quando noi, quando arriverà il momento, vi spiegherò come fabbricare questi sensori. Ora comprendiamo un'altra area di fabbricazione e che è sul lato sensore di gas. Quindi il sensore di gas è un sensore. Diciamo che hai elettrodo, e hai un materiale sensato su questi elettrodi. Così qui si può misurare la resistenza. Questo è un materiale sensing. Si tratta di due elettrodi di contatto. E cosa stai misurando? Si sta misurando la resistenza. La resistenza del sensore cambierebbe a seconda dello strato di sensing che si usa. Lo strato di sensing cambierebbe la resistenza a seconda che il gas abbia proprietà di ossidazione o di riduzione. Ora, cosa è l'ossidazione e la riduzione? Se la riduzione, se il VOC o un gas, quindi che cosa è VOC? VOC è composto organico volatile, composto organico volatile. Così il composto organico volatile sono composti che sono volatili in natura a temperatura ambiente. Ad esempio, etanolo, metanolo, acetone, propanolo, alcol isopropilico, cherosene, benzina, diesel, questi sono tutti i VOC. Mentre alcuni gas che dobbiamo affrontare, quindi i gas sono SO2, NO2, CO2, CO, questi sono tutti gas. Quindi, VOC e gas.
 
Ora se i VOC o i gas sono riduzione, avendo proprietà di riduzione o riduzione, stanno riducendo la natura, questo significa che quando c'è un, quando il VOC entra in contatto con lo strato di sensing, viene creato un elettrone extra se si riduce VOC, si riduce. E se sta ossidando VOC, ossidante gas, o VOC, poi l'elettrone sarà portato via dallo strato di sensing. Quindi ridurre il gas, l'elettrone è donato. Se il gas ossidante, l'elettrone viene portato via. Quindi, se l'elettrone viene donato, la conduttività aumenterebbe e la resistenza diminuirebbe. Se l'elettrone viene portato via, la conduttività diminuirebbe e la resistenza aumenterebbe. Questo cambiamento di resistenza possiamo misurare con l'aiuto di questo sensore.
 
Ora le applicazioni sono molte, discuteremo se il tempo lo consente. In questo momento, si vede solo che abbiamo un sensore fabbricato utilizzando due tecniche, una si chiama microlavorazione sfusa, microlavorazione sfusa. La seconda si chiama microlavorazione sfusa di superficie. Microlavorazione sfusa e microlavorazione sfusa di superficie. Ora, questi vengono elaborati per creare o fabbricare il sensore. Andiamo al prossimo argomento. Quindi, prima di passare all'argomento successivo, fatemi finire il modulo qui e fatemi iniziare il modulo successivo perché è legato alla comprensione degli strati all'interno della colonna corticale. Quindi, ci prenderemo come modulo separato. Finiamo questo modulo proprio qui sopra. Spero che tu capisca che la comprensione o l'apprendimento della fabbricazione ti aiuterebbe a progettare diversi sensori e può essere utilizzato per diverse applicazioni, può essere utilizzato come sensore di gas, può essere utilizzato come microriscaldatore, può essere utilizzato per i transistor, può essere utilizzato per i quattro sensing per l'ablazione RF, e molte altre piattaforme. Può essere utilizzato per il sensore flessibile. Così nel modulo successivo, quello che guarderemo, analizzeremo come creare un microneedle che si possa collocare all'interno della colonna corticale e comprendere i segnali che generano dalla colonna corticale. Quindi è legato a un cervello ed è per questo che discuteremo quel particolare argomento nel prossimo modulo. Fino ad allora si prende cura. Ciao.