Lees onderstaand artikel.
IC’s worden met meerdere tegelijk gemaakt door een ronde plaat te ‘belichten’. Zie figuur 3.
Dit proces heet lithografie. De IC’s worden daarna uit deze plaat gesneden. Voor het belichten wordt een stralingsbron gebruikt met een golflengte van 193 nm.
1) Tot welk deel van het elektromagnetisch spectrum behoort deze straling?
A gammastraling
B röntgenstraling
C UV-straling
D zichtbaar licht
C - UV-straling
| juiste antwoord | 1 punt |
Om IC’s nog kleiner te maken is straling nodig met een kortere golflengte dan 193 nm. Om deze straling te maken schiet men met een laser pulsen op een kleine hoeveelheid tin. Door verhitting vindt een faseovergang van het tin plaats. Tijdens deze faseovergang zendt het tin straling uit waarmee de plaat wordt belicht. Het tin heeft een begintemperatuur van 7·102 K en gaat over in de gasfase.
2) Geef de naam van de faseovergang die hier plaatsvindt. Licht je antwoord toe.
De begintemperatuur van het tin is hoger dan het smeltpunt. Het tin gaat dus van vloeibaar naar gasvormig. Er is dus sprake van verdampen.
| inzicht dat het tin bij aanvang vloeibaar is | 1 punt |
| consequente vermelding van de faseovergang | 1 punt |
In figuur 4 is een (P,t)-diagram gegeven van enkele pulsen van de laser waarmee het tin wordt beschoten.
Tijdens één puls draagt de laser 1,5·10-4 J over op het tin. Om de kleine hoeveelheid tin in de gasfase te krijgen moet er in korte tijd 2,5 J aan energie worden toegevoerd.
3) Bepaal met behulp van figuur 4 de tijd die nodig is om het tin in de gasfase te krijgen.
Er zijn $\frac{E_{totaal}}{E_{puls}}= \frac{2,5}{1,5\cdot 10^{-4}}= 1,67\cdot 10^{4}$ pulsen nodig.
Eén puls duurt 8,0·10-6 s, dit kun je aflezen in figuur 4.
De totale tijd van belichten is dan 1,67·104·8,0·10-6 = 0,13 s.
| inzicht dat $\frac{E_{totaal}}{E_{puls}}=n_{pulsen}$ | 1 punt |
| inzicht dat $t=n_{pulsen}\cdot t_{puls}$ met $t_{puls}=8,0\cdot 10^{-6}$ s | 1 punt |
| completeren van de bepaling | 1 punt |
Met de oude golflengte van 193 nm konden geleiders worden gemaakt met een breedte van minimaal 25 nm. De fotonen die worden uitgezonden door het tin hebben een energie van 1,47·10-17 J. Deze fotonen hebben een kleinere golflengte dan 193 nm. Aangenomen wordt dat de minimale breedte van de geleiders (en daarmee het minimale formaat van IC’s) recht evenredig is met de golflengte van de gebruikte straling.
4) Bereken de minimale breedte van een geleider die met de nieuwe, kortere golflengte kan worden gemaakt.
De golflengte van de nieuwe fotonen is:
$f= \frac{E_{f}}{h}$
h kun je opzoeken en dat levert op:
$f= \frac{1,47\cdot 10^{-17}}{6,63\cdot 10^{-34}}= 2,22^{16}\, \textup{Hz}$
Ook geldt:
$\lambda = \frac{c}{f}$
c kun je opzoeken en dat levert op:
$\lambda = \frac{3,00\cdot 10^{8}}{2,22\cdot 10^{16}}= 1,35\cdot 10^{-8}\, \textup{m}$
Voor de minimale breedte van een draad die met het nieuwe proces gemaakt kan worden, geldt:
$l_{nieuw}= \frac{\lambda{_{nieuw}} }{\lambda_{oud} }\cdot l_{oud}$
$l_{nieuw}= \frac{1,35\cdot 10^{-8}}{193\cdot 10^{-9}}\cdot 25\cdot 10^{-9}= 1,8\cdot 10^{-9}\, \textup{m}= 1,8 \, \textup{nm}$
| gebruik van $E_{f}=hf$ met opzoeken van h | 1 punt |
| gebruik van $c=f\lambda $ met opzoeken van c | 1 punt |
| inzicht dat $l_{nieuw}=\frac{\lambda _{nieuw}}{\lambda _{oud}}\cdot l_{oud}$ | 1 punt |
| completeren van de berekening | 1 punt |
bron figuur 1: Shutterstock stockillustratie-id: 142357873, fotograaf DeSerg
bron figuur 2: Shutterstock stockillustratie-id: 429155548, fotograaf luchschenF
bron figuur 3: Shutterstock stockillustratie-id: 727445440, fotograaf MS Mikel
