Wiskunde voorspelt foutjes in silicium

Van Veenendaal heeft zich beperkt tot het natte chemische etsproces, waarbij structuren in silicium worden aangebracht onder een oplosmiddel, en dan met name tot etsen met een in de industrie veelgebruikte oplossing van kaliumhydroxide. Deze techniek wordt overigens niet gebruikt voor het maken van halfgeleiderschakelingen, maar voor micromechanische onderdelen. Daarbij valt te denken aan aansluitingen voor glasvezelkabels, speciale sensoren voor de autoindustrie en dergelijke. Deze onderdelen worden gemaakt met een tolerantie die in de buurt ligt van de 10 micron. Op zo’n kleine schaal spelen atomaire processen al een rol. Zo kan het gebeuren dat tijdens het etsen een ongewenste kristalgroei optreedt, waardoor op het oppervlak van een te maken onderdeel plotseling een kleine piramide begint te groeien. Door de externe parameters van het etsproces, bijvoorbeeld de temperatuur van het bad, aan te passen, kan het ontstaan van die kleine piramides worden tegengegaan. Minieme afmetingen Inzicht in de juiste waarden van de externe paramaters is van groot belang. De aangegroeide kristallen zijn wel miniem van afmetingen, maar in vergelijking met het onderdeel waarop ze zich bevinden ligt dat heel anders. Bewegingssensoren die bijvoorbeeld worden toegepast in de auto’s om na een botsing het signaal te geven om de airbags op te blazen, bestaan uit een klein staafje silicium dat kan bewegen in een gootje. Een kleine uitstulping op het staafje silicium kan ervoor zorgen dat dit niet soepel meer kan bewegen. De micromechanische componenten worden in de toekomst ook gebruikt als middel om medicijnen geleidelijk toe te dienen. De kleine onderdelen vormen dan een pompje, dat een nauwkeurig afgestelde hoeveelheid medicijn kan doorgeven. Bij dergelijke toepassingen is de tolerantie van de onderdelen erg belangrijk. Het onderzoek naar de kristalgroei bij het etsen van silicium is uitgevoerd aan het laboratorium voor vaste stof chemie van de KUN, dat wordt geleid door professor E. Vlieg en dr. W.J.P. van Enckevort. Het lab heeft samengewerkt met de afdeling Micromechanische Transductietechniek van de Universiteit Twente. Voor het gedrag van het silicium tijdens het gehele etsproces is door Van Veenendaal een nieuwe notatie bedacht, waarbij het aantal variabelen tot een minimum is beperkt. Op die manier kan het rekenwerk binnen de grenzen worden gehouden wanneer een groot model moet worden doorgerekend. Ook spelen de berekeningen in op mogelijk afwijkingen in het kristalrooster en/of vreemde deeltjes die zich op het te etsen oppervlak hebben vastgehecht. Bij de simulatie van het etsproces wordt de zogeheten Monte­Carlomethode gebruikt, een statistische techniek die met minimale middelen toch een redelijk inzicht kan bereiken. Het gedrag van de echte wereld wordt daarbij gesimuleerd door een reeks toevalsgetallen. Via de computer kan een dergelijk model een groot aantal malen worden berekend.