Технология микросистемной техники. Часть 1. Методы микрообработки
Микросистемная техника: методы микрообработки
В данном учебном пособии, предназначенном для студентов приборостроительных специальностей, рассматривается технология микросистемной техники (МСТ), представляющая собой область, объединяющую механические и электрические компоненты для создания микроминиатюрных устройств. Эти устройства, размеры которых варьируются от микрометров до миллиметров, выполняют функции детектирования, управления и привода в микромасштабе, оказывая влияние на макроуровень. В пособии подробно анализируются методы микрообработки, материалы и процессы, необходимые для разработки и производства микросистем.
Материалы и основы микрообработки
Книга начинается с обзора материалов, используемых в МСТ, уделяя особое внимание кремнию как основному материалу для подложек. Подчеркиваются его преимущества, такие как доступность, высокое качество поверхности, способность образовывать тонкие пленки и возможность групповой обработки. Рассматриваются также другие материалы, включая металлы, стекло, кварц, керамику и полимеры, и их свойства, важные для применения в микросистемах. Далее следует описание аддитивных пленок и материалов, используемых для создания различных компонентов микросистем, таких как проводники, полупроводники и изоляторы. Особое внимание уделяется методам формирования оксидных пленок, в частности, термоокислению, а также осаждению диоксида и нитрида кремния, включая химическое осаждение из газовой фазы при различных условиях. Рассматриваются также ферроэлектрические тонкие пленки и их применение в микросистемах.
Методы микрообработки
Основное внимание уделяется трем основным методам микрообработки: объемной микрообработке, поверхностной микрообработке и технологии LIGA.
Объемная микрообработка предполагает создание микроструктур внутри подложки путем выборочного удаления материала. Рассматриваются различные методы травления, включая изотропное и анизотропное жидкостное травление, а также травление с использованием барьерных слоев. Подробно описываются особенности анизотропного травления кремния, а также методы создания барьерных слоев с помощью примесей и внутреннего окисления.
Поверхностная микрообработка предполагает построение микроструктур на поверхности подложки путем осаждения тонких пленок и последующего удаления защитных слоев. Описываются различные сочетания материалов, такие как поликремний/диоксид кремния, полиимид/алюминий, нитрид кремния/поликремний, вольфрам/диоксид кремния, и их применение в микросистемах.
Технология LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) представляет собой метод создания трехмерных микроструктур с высоким коэффициентом формы, включающий рентгеновскую литографию, гальванопластику и формовку. Рассматриваются этапы технологии LIGA и ее преимущества, а также ограничения.
Соединение слоев и заключение
В заключительной части рассматриваются методы соединения слоев внутри микросистем, включая анодное соединение, соединение с помощью вспомогательного слоя и прямое соединение. Подробно описываются принципы работы каждого метода и их применение в микросистемах.
В целом, учебное пособие предоставляет всесторонний обзор методов микрообработки, материалов и процессов, необходимых для разработки и производства микросистем, что делает его ценным ресурсом для студентов приборостроительных специальностей.
- ВО - Бакалавриат
- 12.03.01: Приборостроение
- 12.03.02: Оптотехника
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана ТЕХНОЛОГИЯ МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ В трех частях Часть 1. Методы микрообработки Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2010
УДК 621.38
ББК 32.85
Т38
Рецензенты: В.С. Кондратенко, Ю.Б. Цветков
Технология микросистемной техники : учеб. пособие / О.С. На-
Т38 райкин, В.В. Холевин, И.И. Данилов, В.А. Шалаев. – ч. 1 :
Методы микрообработки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Бау-
мана, 2010. – 36, [4] с. : ил.
Рассмотрены современные методы микрообработки, применяемые в технологии изготовления микросистем: объемная микрообработка, поверхностная микрообработка, технология LIGA. Приведены сведения о материалах, применяемых в микросистемной технике, и о методах соединения слоев микросистем.
Для студентов 5–6-го курсов приборостроительных специальностей.
УДК 621.38
ББК 32.85
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010
1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ В пособии рассматривается новая область технических разработок – микросистемная техника. Это технология, используемая для создания микроминиатюрных интегральных устройств или систем, в которых комбинируются механические и электрические компоненты. Они изготавливаются на основе групповой обработки интегральных схем (ИС) и могут иметь размеры от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Эти устройства (или системы) могут выполнять детектирование, управление и привод в микромасштабе (на микроуровне) и создавать эффекты в макромасштабе (на макроуровне). В настоящее время в мировой практике для обозначения фактически одного и того же направления наиболее часто используются понятия: в США – MEMS и MOEMS (микроэлектромеханические и микрооптомеханические системы); в Японии – MICROMACHINING (микрообработка); в европейских странах – MST (технология микросистем). В России с 1996 г. в «Перечне критических технологий Федерального уровня» официально используется термин «микросистемная техника», а в утвержденный Президентом России 30 марта 2002 г. «Перечень критических технологий Российской Федерации» микросистемная техника внесена как самостоятельная критическая технология, содержание которой определено следующим образом: «Сверхминиатюрные механизмы, приборы, машины с ранее недостижимыми массогабаритными, энергетическими показателями и функциональными параметрами, создаваемые интегрально-групповыми экономически эффективными процессами микро- и нанотехнологии». Микроэлектромеханическая система (МЭМС) состоит из меха нических микроструктур, микродатчиков, микроактюаторов и микроэлектроники, объединяемых на одном кремниевом чипе, взаимодействие которых иллюстрирует рис. 1. Микродатчики обнаруживают изменения в окружающей сис тему среде, измеряя механические, тепловые, магнитные, химические или электромагнитные величины. Микроэлектроника обраба
тывает эту информацию и сигнализирует микроактюаторам, чтобы они создали некоторые изменения по отношению к окружающей среде либо в самой системе. Рис. 1. Взаимосвязь между компонентами МЭМС Наиболее распространенными составными частями различных по назначению МЭМС являются следующие. Датчик – устройство, которое вырабатывает информацию об окружающей среде и обеспечивает электрический сигнал на выходе в ответ на измеренный параметр. Актюатор может входить в состав датчика. Актюатор – устройство, которое преобразует электрический сигнал или иную форму энергии в движение. Оно может создать силу, чтобы исполнить некоторую полезную функцию. Преобразователь – устройство, которое преобразует одну форму сигнала или энергии в другую. Термин «преобразователь» может использоваться применительно к датчикам и актюаторам. Совокупность преобразователей, объединенных в измеритель ную цепь, образует измерительный микроприбор. Микроприбор (микродатчик) может использоваться в различных энергетических областях, характеризующихся физическими величинами, некоторые из которых приведены в табл. 1.
Похожие