Разработка и оптимизация конструктивных и технологических решений туннельных нанопреобразователей

• Автор: Балан, Никита Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.01, 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 186 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1 МИКРО И НАНОЭЛЕКТРОМ ПХ АНИ ЧЕСКИ Е СИСТЕМЫ МЭМС И НЭМС. ОБЗОРНОАНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТУННЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА.

1.1 Место технологий МЭМС И НЭМС в современном приборостроении

1.2 Основные работы по созданию преобразователей физических величин

на основе туннельного эффекта

Постановка задач исследований.

Глава 2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЫ1ЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТУННЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗОК.
2.1 Конечноэлементный расчет напряженнодеформированного состояния многослойных упругих чувствительных элементов туннельного преобразователя
2.1.1 Методика расчета динамического напряженнодеформированного состояния многослойных пластин.
2.1.2 Пример применения изложенной методики для расчета прогиба диафрагмы УЧЭ туннельного преобразователя под действием внешней нагрузки.
2.2 Анализ эффекта охлопывания электродов i iii электростатического актюатора УЧЭ туннельного преобразователя
2.2.1 Простейшая модель упругого элемента пластина на упругом подвесе
2.2.2 Упругий элемент диафрагма конечной толщины и произвольной
геометрии.
2. Особенности функционирования электростатических актюаторов с субмикронным межэлектродным зазором. Расчет отклонения диафрагменного актюатора под действием электрического поля.
Выводы по Главе
Глава З РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПОДВИЖНЫХ ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР ДИАФРАГМЕННОГО И БАЛОЧНОГО ТИПА
3.1 Первый этап разработки технологии изготовления УЧЭ. Эскизный технологический маршрут. Изготовление первой экспериментальной партии образцов. Специальные операции формирования рельефа иглы и платиновой металлизации.
3.1.1 Характеристики конструкции и технологического процесса изготовления первых образцов УЧЭ монолитного туннельного преобразователя.
3.1.2 Формирование кремниевого микрорельефа иглы
3.1.3 Результаты контроля экспериментальных образцов, изготовленных по эскизному технологическому маршруту первого этапа разработки.
3.1.4 Выводы по результатам разработки эскизного технологического маршрута изготовления УЧЭ туннельного преобразователя первог о этапа разработки и рекомендации к следующим этапам отработки технологического маршрута.
3.2 Второй этап разработки технолог ии изготовления УЧЭ. Отработка технологии нанесения рисунка металлизации
3.2.1 Общие характеристики топологии тестовых структур и технологического процесса второго этапа разработки
3.2.2 Разработка технологии формирования рисунка металлизации.
3.2.2.1 Разработка технологического процесса формирования рисунка металлизации на основе платины.
3.2.2.2 Разработка технологического процесса формирования рисунка металлизации па основе силицида платины
3.2.2.3 Исследование структурных и электрофизических характеристик электродов из силицида платины на различных стадиях технологического процесса
3.2.3 Результаты РЭМконтроля экспериментальных образцов, изготовленных по технологическому маршруту второго этапа разработки
3.2.4 Результаты электроизмерений экспериментальных образцов, изго
товленных по технологическому маршруту второго этапа разработки.
3.2.5 Закоротки и обрывы проводников. Механизмы возникновения и методы борьбы.
3.2.6 Выводы но результатам второго этапа разработки технологического маршрута изготовления УЧЭ туннельного преобразователя.
3.3 Рекомендации к выполнению третьего этапа разработки технологии
изготовления УЧЭ туннельного преобразователя.
Выводы по Главе
Глава 4 ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРО И НАНОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.
4.1 Интерференционные оптические методики контроля смещений диффузно отражающих микрообъектов.
4.2 Описание эксперимента и полученных результатов.
4.3 Применение методов голографической интерферометрии повышенной чувствительности для контроля микросмещеиий диффузно отражающих
элементов микро и наномеханических устройств
Выводы по Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Разработанные голографические методики позволяют бесконтактно с точностью до 0,1 мкм измерять смещения диффузно отражающих элементов микромеханических систем различного характера продольный, поперечный сдвиг, прогиб и Т. Теоретические и практические результаты работы внедрены в нракгику разработки полупроводниковых мпкро и наноустройств в НИИ микроэлектроники и информационноизмерительной техники, применяются при проведении научноисследовательских и технологических работ в НИИ перспективных материалов и технологий, а также используются в учебном процессе МИЭМ на кафедре Технологические системы электроники, что подтверждается соответствующими актами. Усовершенствованная математическая модель эффекта охлопывания электродов актюаторов мпкро и наноэлектромеханических систем с управлением электрическим полем, учитывающая как электрические, так и казнмировские силы. Результаты расчетов диапазона устойчивого прохода подвижного электрода для различных типов актюаторов, проведенных в рамках данной модели. Разработанные специальные технологические процессы и маршрут изготовления интегрального туннельного наноэлектромеханического преобразователя, включающий в себя эти процессы. Результаты экспериментов с использованием туннельной микроскопии, атомносиловой микроскопии с измерением сопротивления растекания, сканирующей электронной микроскопии по определению структурных и электрофизических свойств получаемых структур, проводимых на различных этапах отработки технологического маршрута. Методика голографического экспериментального исследования упругих свойств подвижных элементов микроэлектромеханических систем и результаты проведенных экспериментов. Всероссийской научной конференции студентовфизиков ВНКСФ в
на Международной конференции Фундаментальные проблемы опто и микроэлектроники АРСОМ в г. Международном форуме Голография. ЭКСПО в г. Международной конференции молодых ученых и специалистов Оптика в г. Международной конференции по микро и наноэлектронике 1СМ1ЧЕ
на 1ой Всероссийской конференции по многомасштабному моделированию процессов и структур в нанотехнологиях ММПСН в г. Международной конференции Опто, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы в г. Международной конференциисеминаре по микро, нанотехнологиям и электронным приборам ЕБМ в г. Международной конференции Аморфные и поликристаллические полупроводники АМ8 в г. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников, включающего 5 наименований, и приложения. Общий объем работы 6 страниц, из которых основная часть составляет 8 страниц, включая иллюстрации и 2 таблицы, приложение страниц, куда входят маршрутные листы технологии изготовления тестовых структур, послойная разбивка топологии тестовых структур и акты внедрения результатов работы. За рубежом существует множество фирм, разрабатывающих и серийно производящих подобные устройства. Большое число более 0 еще в году университетов и коммерческих компаний США и Японии, сконцентрировав усилия на развитии технологий МЭМС, открыли широчайший спектр их возможного применения 8. Темпы роста мировых продаж изделий микромеханики интенсивно увеличиваются с каждым годом, что ставит эту область деятельности в один ряд с так называемыми критическими технологиями, определяющими уровень развития экономики. Объем мировых продаж МЭМСизделий составлял на год 1 часть продаж изделий традиционной микроэлектроники, увеличившись по сравнению с годом более чем в два раза . Значительно вырос объем инвестиций в отрасль, которая еще относительно недавно существовала в основном на средства, выделяемые государством в . США они составили 3 млн. По данным Ii с года производственное и программное МЭМСподраздсленпе компании i, еще в конце х годов практически никаких инвестиций венчурного капитана в эту отрасль не производилось. В году компании, разрабатывающие МЭМСустройства, получили инвестиции в размере 0 млн. В году объем венчурного капитала, вложенного в развитие МЭМС, превысил эту сумму уже в первое полугодие, а количество компаний, занимающихся разработкой и созданием микроэлектромеханичеекпх приборов, достило 0. Эта технология привлекла внимание и таких крупнейших полупроводниковых производителей, как vi, x I, I, , i Г9.