Разработка методов проектирования элементов МОЭМС, изготавливаемых по технологии поверхностной микрообработки

• Автор: Лысенко, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 277 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СЕНСОРНЫЕ И АКТЮАТОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МОЭМС.

1.1. Анализ принципов построения сенсорных и актюаторных

элементов МОЭМС

1.1.1. Технология объемной микрообработки.

1.1.2. ЬЮАтехнология.

1.1.3. Технология поверхностной микрообработки

1.1.4. МиМРБтехнология.

1.2. Обзор сенсорных элементов МОЭМС.

1.2.1. Сенсоры температуры

1.2.2. Сенсоры механических величин.
1.2.3. Сенсоры магнитного поля
1.2.4. Сенсоры излучений
1.2.5. Сенсоры химического состава
1.3. Обзор актюаторных элементов МОЭМС.
1.3.1. Механические микронасосы и микросмесители
1.3.2. Микрозеркала с электростатической активацией.
1.3.3. Микромеханические ключи
1.4. Выводы
1.5. Постановка задач диссертационной работы.
2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО СЕНСОРА МАГНИТНОГО ПОЛЯ.
2.1. Разработка интегральной консгрукции
сенсора магнитного поля
2.2. Моделирование сенсора магнитного поля.
2.3. Методика проектирования сенсора магнитного поля.
4.1.2. Моделирование интегрального микромеханического
4.1.3.Методика проектирования интегрального микромеханического ключа
4.2. Разработка и исследование логических элементов на основе интегральных микромеханических ключей.
4.3. Методика проектирования цифровых устройств на основе интегральных микромеханических ключей.
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Далее производится осаждение первого жертвенного слоя (oxl) и формирования в нем предохранителей (dimple), и контактов (якорей) первого структурного слоя (anchor 1) к подложке и/или polyO (рис. После нанесения первого структурного слоя (ро1у2), производится формирование механических частей элементов МОЭМС и нанесение второго жертвенного слоя (ох2). С помощью травления во втором жертвенном слое формируются контакт второго структурного слоя (anchor2) к подложке и/или polyO, и контакты второго структурного слоя к первому (Pl_P2_Via) (рис. Далее производится осаждение второго структурного слоя и формирования в нем различных частей элементов МОЭМС (рис. На последнем этапе процесса производится металлизация и освобождение структуры элементов МОЭМС с помощью удаления первого и второго жертвенных слоев (рис. По данной технологии изготавливается большинство планарных элементов МОЭМС. Anchor! Рис. МНМРз-технологии обосновывается тем, что данный материал обладает хорошими механическими свойствами. Оглаженные технология и методы фотолитографии позволяют создавать сенсорные и актюаторные элементы в одном технологическом процессе с микроэлектронными устройствами /,,/. Механические свойства материалов, используемых в качестве структурных слоев элементов МОЭМС, приведены в табл. Таблица 1. Недостатком данной технологии является невозможность изготовления элементов МОЭМС из другого материала, кроме как из поликремния. Достоинством МиМРБ-технологии (как и поверхностной микрообработки) является возможность создания большого количества различных по функциональному назначению элементов МОЭМС в одном процессе изготовления с незначительными изменениями, а также возможность интегрального создания микроэлектронных сенсорных и актюаторных элементов на одной подложке. Кроме того, планарные многоуровневые ак-тюаторные элементы имеют большую функциональность по сравнению с конструкциями тех же размеров, созданных с использованием объемной м и крообрабог ки. В настоящее время ведется разработка пятислойного процесса МЦМРз-технологии. Отличием пятислойного процесса МиМРБ-технологии от трехслойного, является использование четырех структурных слоев и наличие операции механической полировки. Операция мик-ромеханической полировки призвана снизить текстурирование поверхностей верхних структурных слоев поликремния /,/. Сенсорные элементы МОЭМС составляют один из классов твердотельных датчиков, чья основная особенность - конструктивнотехнологическая и функциональная интеграция на одном кристалле совместно с логическими устройствами /1-/. В настоящее время разработаны сенсоры для измерения температуры, механических величин, параметров магнитного поля и излучений. В качестве сенсорных элементов МОЭМС используются как элементы ИС (резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы), изготовленные по традиционным технологиям ИС, так и микромеханические структуры (мембраны, балки), изготовленные по технологиям МОЭМС. Сенсоры температуры. Для создания сенсоров температуры используются диоды и транзисторы с р-п-переходами, диффузионные или тонкопленочные резисторы и тонкопленочные термопары. С помощью этих сенсоров можно измерять температуру окружающей среды или кристалла, степень вакуума, скорость и направление потоков, мощность ИК-излучения /,-/. Влияние температуры на электрофизические параметры полупроводников в основном проявляется в изменении концентрации носителей заряда, что приводит к соответствующему изменению электрической проводимости. В диодах и транзисторах изменение концентрации носителей заряда приводит к изменению тока, протекающего через полупроводниковый прибор /,,/. В случае, когда сенсоры температуры используются для измерения скорости и направления потоков жидкости и газов, используются мембранные или консольные упругие элементы, в которых формируются резистивные термоиагреватели и сенсоры температуры (термопары) (см. Для изготовления сенсоров скорости и направления потока применяется технология объемной микрообработки. Сенсоры механических величин. Механические величины можно разделить на три группы /,,-/. К первой группе относятся линейные и угловые размеры.