✖


Jump to content

МЭМС

(Перенаправлено с технологии микросистем )
Чтобы узнать о других значениях, см. МЭМС (значения) .
Микрокантилевер МЭМС, резонирующий внутри сканирующего электронного микроскопа
Предложение, поданное в DARPA в 1986 году, впервые вводило термин «микроэлектромеханические системы».

МЭМС ( микроэлектромеханические системы ) — это технология микроскопических устройств, включающих как электронные, так и движущиеся части. МЭМС состоят из компонентов размером от 1 до 100 микрометров (т. е. от 0,001 до 0,1 мм), а устройства МЭМС обычно имеют размеры от 20 микрометров до миллиметра (т. е. от 0,02 до 1,0 мм), хотя компоненты расположены в массивах ( например, цифровые микрозеркальные устройства ) может составлять более 1000 мм. 2 . [ 1 ] Обычно они состоят из центрального блока, обрабатывающего данные ( интегральной схемы , например микропроцессора ), и нескольких компонентов, взаимодействующих с окружающей средой (например, микросенсоров ). [ 2 ]

Из-за большого отношения площади поверхности к объему МЭМС силы, создаваемые окружающим электромагнетизмом (например, электростатическими зарядами и магнитными моментами ) и динамикой жидкости (например, поверхностное натяжение и вязкость ), являются более важными факторами при проектировании, чем в случае механических устройств большего размера. Технология MEMS отличается от молекулярной нанотехнологии или молекулярной электроники тем, что последние две также должны учитывать химию поверхности .

Потенциал очень маленьких машин был оценен до того, как появилась технология, позволяющая их создавать (см., например, знаменитую лекцию Ричарда Фейнмана 1959 года «Внизу много места »). МЭМС стали практичными, когда их можно было изготавливать с использованием модифицированных технологий изготовления полупроводниковых устройств , обычно используемых для производства электроники . [ 3 ] К ним относятся формование и покрытие, мокрое травление ( KOH , TMAH ) и сухое травление ( RIE и DRIE), электроэрозионная обработка (EDM) и другие технологии, позволяющие производить небольшие устройства.

На наноуровне они сливаются в наноэлектромеханические системы (НЭМС) и нанотехнологии .

История

[ редактировать ]

Ранним примером устройства МЭМС является транзистор с резонансным затвором, модификация МОП-транзистора , разработанная Харви К. Натансоном в 1965 году. [ 4 ] Другим ранним примером является резонатор, электромеханический монолитный резонатор, запатентованный Рэймондом Дж. Уилфингером между 1966 и 1971 годами. [ 5 ] [ 6 ] В период с 1970-х по начало 1980-х годов был разработан ряд микросенсоров MOSFET для измерения физических, химических, биологических параметров и параметров окружающей среды. [ 7 ]

Термин «МЭМС» был введен в 1986 году. С. К. Якобсен (PI) и Дж. Э. Вуд (Co-PI) представили термин «МЭМС» в виде предложения DARPA (15 июля 1986 г.) под названием «Микро электромеханические системы ( MEMS)», предоставленный Университету Юты. Термин «МЭМС» был представлен в ходе приглашенного доклада С.К. Якобсена под названием «Микроэлектромеханические системы (МЭМС)» на семинаре IEEE по микророботам и телеоператорам, Хайаннис, Массачусетс, 9–11 ноября 1987 года. Термин «MEMS» был опубликован в статье, представленной Дж. Э. Вудом, С. К. Якобсеном и К. В. Грейсом, под названием «SCOCFSS: небольшой консольный оптический волоконно-оптический сервопривод». Система» на семинаре IEEE Proceedings Micro Robots and Teleoperators Workshop, Хайаннис, Массачусетс, 9–11 ноября 1987 г. [ 8 ] КМОП-транзисторы производятся на основе МЭМС-структур. [ 9 ]

Типы

[ редактировать ]

Существует два основных типа технологии МЭМС-переключателей: емкостные и омические . Емкостный МЭМС-переключатель разработан с использованием подвижной пластины или чувствительного элемента, который изменяет емкость. [ 10 ] Омические переключатели управляются кантилеверами с электростатическим управлением. [ 11 ] МЭМС Омические переключатели МЭМС могут выйти из строя из-за усталости металла привода (консоли) и износа контактов, поскольку кантилеверы могут со временем деформироваться. [ 12 ]

Материалы

[ редактировать ]
Электронно-микроскопические снимки Х-образного пучка TiN над пластиной заземления (перепад высот 2,5 мкм). Благодаря зажиму посередине при изгибе балки вниз возникает возрастающая сила возврата. На рисунке справа показано увеличение клипа. [ 13 ]

Изготовление МЭМС развилось из технологического процесса изготовления полупроводниковых приборов , то есть основными методами являются нанесение слоев материала, нанесение рисунка с помощью фотолитографии и травление для получения требуемых форм. [ 14 ]

Кремний
Кремний — это материал, используемый для создания большинства интегральных схем , используемых в бытовой электронике в современной промышленности. Экономия на масштабе , доступность недорогих высококачественных материалов и возможность включения электронных функций делают кремний привлекательным для широкого спектра приложений MEMS. Кремний также имеет значительные преимущества, обусловленные свойствами его материала. В монокристаллической форме кремний представляет собой почти идеальный материал Гука , а это означает, что при его изгибе практически отсутствует гистерезис и, следовательно, почти отсутствует рассеяние энергии. Это не только обеспечивает высокую повторяемость движений, но и делает кремний очень надежным, поскольку он очень мало устает и может иметь срок службы от миллиардов до триллионов циклов без поломок. Полупроводниковые наноструктуры на основе кремния приобретают все большее значение в области микроэлектроники и, в частности, МЭМС. Кремниевые нанопроволоки , полученные термическим окислением кремния, представляют дополнительный интерес в электрохимическое преобразование и хранение, включая нанопроводные батареи и фотоэлектрические системы.
Полимеры
Несмотря на то, что электронная промышленность обеспечивает экономию за счет масштаба для кремниевой промышленности, кристаллический кремний по-прежнему остается сложным и относительно дорогим в производстве материалом. С другой стороны, полимеры могут производиться в огромных объемах с самыми разными характеристиками материалов. Устройства MEMS могут быть изготовлены из полимеров с помощью таких процессов, как литье под давлением , тиснение или стереолитография , и особенно хорошо подходят для микрофлюидных применений, таких как одноразовые картриджи для анализа крови.
Металлы
Металлы также можно использовать для создания элементов MEMS. Хотя металлы не обладают некоторыми преимуществами кремния с точки зрения механических свойств, при использовании в пределах своих ограничений металлы могут демонстрировать очень высокую степень надежности. Металлы можно наносить гальванопокрытием, испарением и распылением. Обычно используемые металлы включают золото, никель, алюминий, медь, хром, титан, вольфрам, платину и серебро.
Керамика
Нитриды кремния, алюминия и титана , а также карбид кремния и другие керамики все чаще применяются в производстве МЭМС благодаря выгодному сочетанию свойств материалов. AlN кристаллизуется в структуре вюрцита и, таким образом, проявляет пироэлектрические и пьезоэлектрические свойства, что позволяет использовать датчики, например, с чувствительностью к нормальным и сдвиговым силам. [ 15 ] TiN , с другой стороны, демонстрирует высокую электропроводность и большой модуль упругости , что позволяет реализовать электростатические схемы срабатывания МЭМС сверхтонкими лучами. Более того, высокая устойчивость TiN к биокоррозии позволяет использовать материал в биогенных средах. На рисунке показано электронно-микроскопическое изображение МЭМС- биосенсора с тонким гибким лучом TiN толщиной 50 нм над заземляющей пластиной TiN. Оба могут приводиться в действие как противоположные электроды конденсатора, поскольку луч фиксируется в электрически изолирующих боковых стенках. Когда жидкость подвешена в полости, ее вязкость можно определить путем изгиба балки за счет электрического притяжения к заземляющей пластине и измерения скорости изгиба. [ 13 ]

Основные процессы

[ редактировать ]

Процессы осаждения

[ редактировать ]

Одним из основных строительных блоков в обработке МЭМС является способность наносить тонкие пленки материала толщиной от одного микрометра до примерно 100 микрометров. Процесс NEMS тот же, хотя измерение осаждения пленки варьируется от нескольких нанометров до одного микрометра. Существует два типа процессов осаждения.

Физическое осаждение

[ редактировать ]

Физическое осаждение из паровой фазы («PVD») представляет собой процесс, при котором материал удаляется из мишени и наносится на поверхность. Методы для этого включают процесс распыления , при котором ионный луч высвобождает атомы из мишени, позволяя им перемещаться через промежуточное пространство и осаждать на желаемой подложке, и испарение , при котором материал испаряется из мишени, используя либо тепло (термическое испарение) или электронный луч (электронно-лучевое испарение) в вакуумной системе.

Химическое осаждение

[ редактировать ]

Методы химического осаждения включают химическое осаждение из паровой фазы (CVD), при котором поток исходного газа реагирует на подложку, выращивая желаемый материал. Его можно далее разделить на категории в зависимости от деталей метода, например, LPCVD (химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении) и PECVD ( химическое осаждение из паровой фазы с плазменным усилением ). Оксидные пленки также можно выращивать методом термического окисления , при котором пластина (обычно кремниевая) подвергается воздействию кислорода и/или пара для выращивания тонкого поверхностного слоя диоксида кремния .

Узоры

[ редактировать ]

Паттернирование – это перенос рисунка на материал.

Литография

[ редактировать ]

Литография в контексте МЭМС обычно представляет собой перенос рисунка на светочувствительный материал путем избирательного воздействия источника излучения, такого как свет. Светочувствительный материал — это материал, физические свойства которого изменяются при воздействии источника радиации. Если светочувствительный материал избирательно подвергается воздействию излучения (например, путем маскировки части излучения), картина излучения на материале передается на экспонируемый материал, поскольку свойства экспонированных и неэкспонированных областей различаются.

Эту открытую область затем можно удалить или обработать, создав маску для подложки. Фотолитография обычно используется с нанесением металлических или других тонких пленок, мокрым и сухим травлением. Иногда фотолитография используется для создания структуры без какого-либо последующего травления. Одним из примеров является линза на основе SU8, в которой генерируются квадратные блоки на основе SU8. Затем фоторезист плавится, образуя полусферу, выполняющую роль линзы.

Электронно-лучевая литография (часто называемая электронно-лучевой литографией) — это практика сканирования пучка электронов по шаблону по поверхности, покрытой пленкой (называемой резистом ). [ 16 ] («обнажение» резиста) и выборочное удаление экспонированных или неэкспонированных областей резиста («проявка»). Целью, как и в случае с фотолитографией , является создание в резисте очень маленьких структур, которые впоследствии можно перенести на материал подложки, часто путем травления. Он был разработан для производства интегральных схем , а также используется для создания нанотехнологических архитектур. Основное преимущество электронно-лучевой литографии заключается в том, что это один из способов преодолеть дифракционный предел света и создать детали в нанометровом диапазоне. Эта форма безмасочной литографии нашла широкое применение при фотомасок изготовлении , используемых в фотолитографии , мелкосерийном производстве полупроводниковых компонентов, а также в исследованиях и разработках. Ключевым ограничением электронно-лучевой литографии является производительность, т.е. очень долгое время, необходимое для экспонирования всей кремниевой пластины или стеклянной подложки. Длительное время экспозиции делает пользователя уязвимым к дрейфу луча или нестабильности, которые могут возникнуть во время экспозиции. Кроме того, время обработки или изменения дизайна увеличивается без необходимости, если образец не меняется во второй раз.

Известно, что литография сфокусированным ионным пучком позволяет писать чрезвычайно тонкие линии (достигнута длина линии и пространства менее 50 нм) без эффекта близости. [ 17 ] Однако, поскольку поле письма при ионно-лучевой литографии довольно мало, необходимо создавать узоры большой площади путем сшивания небольших полей.

Технология ионных треков — это инструмент глубокой резки с пределом разрешения около 8 нм, применимый к радиационно-стойким минералам, стеклам и полимерам. Он способен создавать отверстия в тонких пленках без какого-либо процесса проявления. Структурную глубину можно определить либо по диапазону ионов, либо по толщине материала. Соотношение сторон до нескольких 10 4 можно добраться. Эта техника позволяет формировать и текстурировать материалы под определенным углом наклона. Могут быть созданы случайные узоры, одноионные трековые структуры и направленный узор, состоящий из отдельных одиночных треков.

Рентгеновская литография — это процесс, используемый в электронной промышленности для выборочного удаления частей тонкой пленки. Он использует рентгеновские лучи для переноса геометрического рисунка с маски на светочувствительный химический фоторезист или просто «сопротивляться» на подложке. Затем в результате серии химических обработок полученный рисунок гравируется на материале под фоторезистом.

Нанесение ромбовидного рисунка — это метод формирования алмазных МЭМС. Это достигается путем литографического нанесения алмазных пленок на такую ​​подложку, как кремний. Узоры могут быть сформированы путем выборочного осаждения через маску из диоксида кремния или путем осаждения с последующей микрообработкой или фрезерованием сфокусированным ионным лучом . [ 18 ]

Процессы травления

[ редактировать ]

Существует две основные категории процессов травления: влажное травление и сухое травление . В первом случае материал растворяется при погружении в химический раствор. В последнем случае материал распыляется или растворяется с использованием реактивных ионов или парофазного травителя. [ 19 ] [ 20 ]

Мокрое травление

[ редактировать ]
Основная статья: Травление (микрообработка)

Мокрое химическое травление заключается в избирательном удалении материала путем погружения подложки в раствор, который его растворяет. Химическая природа этого процесса травления обеспечивает хорошую селективность, что означает, что скорость травления целевого материала значительно выше, чем скорость травления материала маски, если его тщательно выбирать. Мокрое травление можно проводить с использованием либо изотропных мокрых травителей, либо анизотропных мокрых травителей. Изотропное влажное травление травит кристаллический кремний во всех направлениях примерно с одинаковой скоростью. Анизотропные влажные травители предпочтительно травят вдоль определенных кристаллических плоскостей с большей скоростью, чем другие плоскости, тем самым позволяя реализовать более сложные трехмерные микроструктуры. Влажные анизотропные травители часто используются в сочетании с борными упорами для травления, в которых поверхность кремния сильно легирована бором, в результате чего слой кремниевого материала устойчив к влажным травителям. Это использовалось, например, при производстве датчиков давления MEWS.

Травление происходит с одинаковой скоростью во всех направлениях. Длинные и узкие отверстия в маске образуют V-образные канавки в кремнии. Поверхность этих канавок может быть атомарно гладкой, если травление выполнено правильно, с предельно точными размерами и углами.

Некоторые монокристаллические материалы, такие как кремний, имеют разную скорость травления в зависимости от кристаллографической ориентации подложки. Это известно как анизотропное травление, и одним из наиболее распространенных примеров является травление кремния в КОН (гидроксиде калия), где плоскости Si <111> травятся примерно в 100 раз медленнее, чем другие плоскости ( кристаллографические ориентации ). Таким образом, травление прямоугольного отверстия в пластине (100)-Si приводит к образованию ямки травления пирамидальной формы со стенками под углом 54,7° вместо отверстия с изогнутыми боковыми стенками, как при изотропном травлении.

Плавиковая кислота обычно используется в качестве водного травителя диоксида кремния ( SiO
2 , также известный как BOX для SOI), обычно в 49% концентрированной форме, 5:1, 10:1 или 20:1 BOE ( буферный оксидный травитель ) или BHF (буферный HF). Впервые их использовали в средневековье для гравировки стекла. Он использовался при изготовлении ИС для формирования рисунка оксида затвора до тех пор, пока этот технологический этап не был заменен на RIE. Плавиковая кислота считается одной из наиболее опасных кислот в чистых помещениях .

Электрохимическое травление (ECE) для селективного удаления кремния с примесями является распространенным методом автоматизации и избирательного управления травлением. активный p – n- диодный Требуется переход, и любой тип легирующей примеси может быть материалом, устойчивым к травлению («останавливающим травление»). Бор является наиболее распространенной добавкой, препятствующей травлению. В сочетании с мокрым анизотропным травлением, как описано выше, ECE успешно используется для контроля толщины кремниевой диафрагмы в коммерческих пьезорезистивных кремниевых датчиках давления. Селективно легированные области могут быть созданы путем имплантации, диффузии или эпитаксиального осаждения кремния.

Сухое травление

[ редактировать ]
Основная статья: Сухое травление

Дифторид ксенона ( XeF
2 ) представляет собой изотропное травление кремния в сухой паровой фазе, первоначально примененное для МЭМС в 1995 году в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. [ 21 ] [ 22 ] В основном используется для освобождения металлических и диэлектрических структур путем подрезания кремния, XeF.
2 имеет преимущество, заключающееся в отсутствии прилипания в отличие от влажных травителей. Его селективность травления кремния очень высока, что позволяет ему работать с фоторезистом SiO.
2 , нитрид кремния и различные металлы для маскировки. Его реакция на кремний «безплазменная», чисто химическая, спонтанная и часто протекает в импульсном режиме. Доступны модели травильного действия, [ 23 ] университетские лаборатории и различные коммерческие инструменты предлагают решения, использующие этот подход.

Современные процессы СБИС избегают влажного травления и вместо этого используют плазменное травление . Плазменные травители могут работать в нескольких режимах за счет регулирования параметров плазмы. Обычное плазменное травление работает при давлении от 0,1 до 5 Торр. (Эта единица давления, обычно используемая в вакуумной технике, равна примерно 133,3 паскаля.) Плазма производит энергичные свободные радикалы, нейтрально заряженные, которые реагируют на поверхности пластины. Поскольку нейтральные частицы атакуют пластину со всех сторон, этот процесс изотропен. Плазменное травление может быть изотропным, т.е. иметь скорость бокового подреза на поверхности с рисунком, примерно такую ​​же, как скорость травления вниз, или может быть анизотропным, т.е. иметь меньшую скорость бокового подреза, чем скорость травления вниз. Такая анизотропия максимизируется при глубоком реактивном ионном травлении. Использование термина «анизотропия» для плазменного травления не следует путать с использованием того же термина применительно к ориентационно-зависимому травлению. Исходный газ плазмы обычно содержит небольшие молекулы, богатые хлором или фтором. Например, четыреххлористый углерод ( CCl 4 ) травит кремний и алюминий, а трифторметан травит диоксид кремния и нитрид кремния. Плазма, содержащая кислород, используется для окисления («золы») фоторезиста и облегчения его удаления.

Ионное фрезерование или травление распылением использует более низкое давление, часто всего 10 −4 Торр (10 мПа). Он бомбардирует пластину энергичными ионами благородных газов, часто Ar+, которые выбивают атомы из подложки, передавая импульс. Поскольку травление осуществляется ионами, приближающимися к пластине примерно с одного направления, этот процесс сильно анизотропен. С другой стороны, он имеет тенденцию проявлять плохую избирательность. Реактивно-ионное травление (РИЭ) работает в условиях, промежуточных между распылением и плазменным травлением (между 10 −3 и 10 −1 Торр). Глубокое реактивно-ионное травление (DRIE) модифицирует метод RIE для создания глубоких и узких элементов. [ нужна ссылка ]

При реактивно-ионном травлении (РИЭ) подложку помещают внутрь реактора и вводят несколько газов. В газовую смесь с помощью источника радиочастотной энергии подается плазма, которая разбивает молекулы газа на ионы. Ионы ускоряются по направлению к поверхности травящегося материала и вступают в реакцию с ней, образуя другой газообразный материал. Это известно как химическая часть реактивного ионного травления. Существует также физическая часть, аналогичная процессу напыления. Если ионы имеют достаточно высокую энергию, они могут выбивать атомы из материала, подлежащего травлению, без химической реакции. Разработка процессов сухого травления, которые бы балансировали химическое и физическое травление, является очень сложной задачей, поскольку необходимо регулировать множество параметров. Изменяя баланс, можно влиять на анизотропию травления, поскольку химическая часть изотропна, а физическая часть сильно анизотропна, в результате чего комбинация может образовывать боковые стенки, имеющие форму от округлой до вертикальной.

Глубокое реактивное ионное травление (DRIE) — это особый подкласс RIE, популярность которого растет. В этом процессе достигается глубина травления в сотни микрометров при почти вертикальных боковых стенках. Основная технология основана на так называемом «процессе Боша». [ 24 ] назван в честь немецкой компании Robert Bosch, подавшей оригинальный патент, где в реакторе чередуются два разных газовых состава. В настоящее время существует два варианта DRIE. Первый вариант состоит из трех отдельных этапов (исходный процесс Боша), тогда как второй вариант состоит только из двух этапов.

В первом варианте цикл травления выглядит следующим образом:

(и) СФ
6 изотропное травление;
(ii) С
4 Ф
8 пассивация;
(iii) СФ
6 анизотропное травление для мытья полов.

Во втором варианте этапы (i) и (iii) объединены.

Оба варианта действуют одинаково. С ​
4 Ф
8 создает полимер на поверхности подложки, а второй газовый состав ( SF
6 и О
2 ) травит подложку. Полимер сразу же распыляется физической частью травления, но только на горизонтальных поверхностях, а не на боковых стенках. Поскольку в химической части травления полимер растворяется очень медленно, он накапливается на боковых стенках и защищает их от травления. В результате можно достичь соотношения сторон травления 50 к 1. Этот процесс можно легко использовать для полного травления кремниевой подложки, при этом скорость травления в 3–6 раз выше, чем мокрое травление.

После подготовки большого количества МЭМС-устройств на кремниевой пластине отдельные кристаллы необходимо разделить, что называется подготовкой кристаллов в полупроводниковой технологии . В некоторых случаях разделению предшествует шлифовка пластины с целью уменьшения ее толщины. Затем нарезку пластин кубиками можно выполнить либо путем распиливания с использованием охлаждающей жидкости, либо с помощью сухого лазерного процесса, называемого скрытой нарезкой кубиками .

Технологии производства

[ редактировать ]

Массовая микрообработка — старейшая парадигма МЭМС на основе кремния. Для создания микромеханических структур используется вся толщина кремниевой пластины. [ 20 ] Кремний обрабатывается с использованием различных процессов травления . Массовая микрообработка сыграла важную роль в создании высокопроизводительных датчиков давления и акселерометров , которые изменили индустрию датчиков в 1980-х и 1990-х годах.

При поверхностной микрообработке в качестве конструкционных материалов используются слои, нанесенные на поверхность подложки, а не сама подложка. [ 25 ] Поверхностная микрообработка была создана в конце 1980-х годов, чтобы сделать микрообработку кремния более совместимой с технологией планарных интегральных схем с целью объединения МЭМС и интегральных схем на одной кремниевой пластине. Первоначальная концепция микрообработки поверхности была основана на тонких слоях поликристаллического кремния, выполненных в виде подвижных механических структур и освобожденных путем жертвенного травления нижележащего оксидного слоя. Взаимопальцевые гребенчатые электроды использовались для создания плоскостных сил и емкостного обнаружения плоскостного движения. Эта парадигма МЭМС позволила производить недорогие акселерометры , например, для автомобильных систем подушек безопасности и других применений, где достаточны низкие характеристики и/или большой диапазон перегрузок. Компания Analog Devices стала пионером в индустриализации микрообработки поверхностей и реализовала совместную интеграцию МЭМС и интегральных схем.

Соединение пластин включает соединение двух или более подложек (обычно одинакового диаметра) друг с другом с образованием композитной структуры. Существует несколько типов процессов соединения пластин, которые используются при изготовлении микросистем, включая: прямое или плавление пластин, при котором соединяются вместе две или более пластин, которые обычно изготавливаются из кремния или какого-либо другого полупроводникового материала; анодное соединение, при котором стеклянная пластина, легированная бором, соединена с полупроводниковой пластиной, обычно кремниевой; термокомпрессионное соединение, при котором для облегчения соединения пластин используется промежуточный слой тонкопленочного материала; и эвтектическое соединение, при котором тонкопленочный слой золота используется для соединения двух кремниевых пластин. Каждый из этих методов имеет конкретное применение в зависимости от обстоятельств. Большинство процессов склеивания пластин основаны на трех основных критериях успешного соединения: склеиваемые пластины должны быть достаточно плоскими; поверхности пластин достаточно гладкие; и поверхности пластин достаточно чистые. Самым строгим критерием для соединения пластин обычно является соединение пластин прямым сплавлением, поскольку даже одна или несколько мелких частиц могут сделать соединение неуспешным. Для сравнения, методы соединения пластин, в которых используются промежуточные слои, зачастую гораздо более щадящие.

Микрообработка кремния как объемная, так и поверхностная используется при промышленном производстве датчиков, струйных сопел и других устройств. Но во многих случаях различие между этими двумя понятиями уменьшилось. Новая технология травления, глубокое реактивно-ионное травление , позволила совместить хорошую производительность, типичную для объемной микрообработки, с гребенчатыми структурами и работой в плоскости, типичной для поверхностной микрообработки . В то время как при микрообработке поверхности обычно толщина структурного слоя находится в диапазоне 2 мкм, при микрообработке кремния HAR толщина может составлять от 10 до 100 мкм. Материалы, обычно используемые в микрообработке кремния HAR, представляют собой толстый поликристаллический кремний, известный как эпи-поли, и пластины кремния на изоляторе (SOI), хотя также были созданы процессы для объемной кремниевой пластины (SCREAM). Для защиты МЭМС-структур используется приклеивание второй пластины посредством склеивания стеклянной фритты, анодного склеивания или склеивания сплавом. Интегральные схемы обычно не сочетаются с кремниевой микрообработкой HAR.

Приложения

[ редактировать ]
Чип DMD Texas Instruments для кинопроекции
Измерение механических свойств золотой полоски (шириной ~ 1 мкм) с использованием МЭМС внутри просвечивающего электронного микроскопа. [ 26 ]

Некоторые распространенные коммерческие применения MEMS включают:

Структура отрасли

[ редактировать ]

мировой рынок микроэлектромеханических систем, который включает в себя такие продукты, как автомобильные системы подушек безопасности, системы отображения и картриджи для струйной печати, в 2006 году составил 40 миллиардов долларов США. По данным Global MEMS/Microsystems Markets and Opportunities, исследовательского отчета компаний SEMI и Yole Development, достигнет $72 млрд к 2011 году. [ 39 ]

Компании с сильными программами MEMS бывают разных размеров. Более крупные фирмы специализируются на производстве недорогих компонентов или комплексных решений в больших объемах для таких конечных рынков, как автомобили, биомедицина и электроника. Небольшие фирмы обеспечивают ценность инновационных решений и берут на себя расходы на изготовление продукции по индивидуальному заказу, получая при этом высокую прибыль от продаж. Как крупные, так и малые компании обычно инвестируют в исследования и разработки для изучения новой технологии МЭМС.

В 2006 году рынок материалов и оборудования, используемых для производства устройств MEMS, во всем мире превысил 1 миллиард долларов. Спрос на материалы обусловлен подложками, составляющими более 70 процентов рынка, упаковочными покрытиями и растущим использованием химико-механической планаризации (CMP). В то время как в производстве МЭМС по-прежнему преобладает бывшее в употреблении полупроводниковое оборудование, наблюдается переход на линии диаметром 200 мм и выбор новых инструментов, включая травление и склеивание для определенных приложений МЭМС.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Габриэль К., Джарвис Дж., Триммер В. (1988). Маленькие машины, большие возможности: отчет о развивающейся области микродинамики: отчет семинара по исследованию микроэлектромеханических систем . Национальный научный фонд (спонсор). AT&T Bell Laboratories.
  2. ^ Вальднер Дж.Б. (2008). Нанокомпьютеры и роевой интеллект . Лондон: ISTE John Wiley & Sons . п. 205. ИСБН  9781848210097 .
  3. ^ Энджелл Дж.Б., Терри С.К., Барт П.В. (1983). «Кремниевые микромеханические устройства». наук. Являюсь. 248 (4): 44–55. Бибкод : 1983SciAm.248d..44A . doi : 10.1038/scientificamerican0483-44 .
  4. ^ Натансон Х.К., Викстром Р.А. (1965). «Кремниевый поверхностный транзистор с резонансным затвором и высокой добротностью в полосе пропускания». Прил. Физ. Летт. 7 (4): 84–86. Бибкод : 1965АпФЛ...7...84Н . дои : 10.1063/1.1754323 .
  5. ^ Патент США 3614677A , Уилфингер Р.Дж., «Электромеханический монолитный резонатор», выдан в октябре 1971 г., передан компании International Business Machines Corp.  
  6. ^ Уилфингер Р.Дж., Барделл П.Х., Чабра Д.С. (1968). «Резонистор: частотно-селективное устройство, использующее механический резонанс кремниевой подложки». IBM J. Res. Дев. 12 (1): 113–8. дои : 10.1147/rd.121.0113 .
  7. ^ Бергвельд, Пит (октябрь 1985 г.). «Воздействие датчиков на основе MOSFET» (PDF) . Датчики и исполнительные механизмы . 8 (2): 109–127. Бибкод : 1985SeAc....8..109B . дои : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN   0250-6874 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2021 г. Проверено 16 октября 2019 г.
  8. ^ Номер каталога IEEE. 87TH0204-8, Библиотека Конгресса №. 87-82657. Перепечатано в «Микромеханика и МЭМС: классические и основополагающие статьи до 1990 года» (под ред. У. С. Триммера, ISBN   0-7803-1085-3 ), стр. 231–236.
  9. ^ «МЭМС-транзистор, интегрированный в КМОП» . 6 декабря 2011 г.
  10. ^ Беливо, А.; Спенсер, GT; Томас, Калифорния; Роберсон, СЛ (1 декабря 1999 г.). «Оценка емкостных акселерометров MEMS». IEEE Проектирование и тестирование компьютеров . 16 (4): 48–56. дои : 10.1109/54.808209 .
  11. ^ Янначчи, Якопо (01 ноября 2017 г.). Введение в MEMS и RF-MEMS: от первых дней существования микросистем до современных пассивных RF-MEMS . дои : 10.1088/978-0-7503-1545-6ч1 . ISBN  978-0-7503-1545-6 . Проверено 6 августа 2019 г.
  12. ^ «Технология MEMS трансформирует матрицы переключателей высокой плотности» . Evaluationengineering.com . 24 июня 2019 г. Проверено 6 августа 2019 г.
  13. ^ Jump up to: а б М. Биркхольц; К.-Э. Эвальд; Т. Басмер; и др. (2013). «Измерение концентрации глюкозы на частотах ГГц с помощью полностью встроенной биомикроэлектромеханической системы (BioMEMS)» . Дж. Прил. Физ . 113 (24): 244904–244904–8. Бибкод : 2013JAP...113x4904B . дои : 10.1063/1.4811351 . ПМЦ   3977869 . ПМИД   25332510 .
  14. ^ Годси Р., Лин П. (2011). Справочник по материалам и процессам MEMS . Спрингер. ISBN  978-0-387-47316-1 .
  15. ^ Польстер Т., Хоффманн М. (2009). «3D пьезоэлектрические тактильные датчики на основе нитрида алюминия» . Процедия химии . 1 (1): 144–7. дои : 10.1016/j.proche.2009.07.036 .
  16. ^ МакКорд М.А., Рукс М.Дж. (1997). «Электронно-лучевая литография» . В Чоудхури PR (ред.). Справочник по микролитографии, микрообработке и микрообработке. Том 1: Микролитография . Том. 1. Лондон: SPIE . дои : 10.1117/3.2265070.ch2 . ISBN  978-0-8194-9786-4 . Архивировано из оригинала 19 августа 2019 г. Проверено 28 января 2011 г.
  17. ^ Ши, Сяоцин; Боден, Стюарт А. (2016). «17. Сканирующая гелиево-ионно-лучевая литография». В Робинсоне, Алекс; Лоусон, Ричард (ред.). Границы нанонауки . Том. 11. Эльзевир. стр. 563–594. дои : 10.1016/B978-0-08-100354-1.00017-X . ISBN  978-0-08-100354-1 .
  18. ^ Маду М.Дж. (2011). От МЭМС к Био-МЭМС и Био-НЭМС: производственные технологии и приложения . Основы микропроизводства и нанотехнологий. Том. 3. ЦРК Пресс. п. 252. ИСБН  978-1-4398-9524-5 .
  19. ^ Уильямс К.Р., Мюллер Р.С. (1996). «Скорость травления при микромеханической обработке» (PDF) . Журнал микроэлектромеханических систем . 5 (4): 256–269. CiteSeerX   10.1.1.120.3130 . дои : 10.1109/84.546406 . Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2017 г. Проверено 26 октября 2017 г.
  20. ^ Jump up to: а б Ковач Г.Т., Малуф Н.И., Петерсен К.Е. (1998). «Массовая микрообработка кремния» (PDF) . Учеб. ИИЭЭ . 86 (8): 1536–51. дои : 10.1109/5.704259 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 октября 2017 г.
  21. ^ Чанг Ф.И., Йе Р., Лин Г. и др. (1995). «Газофазная микрообработка кремния дифторидом ксенона». В Бэйли В., Мотамеди МЭ, Луо ФК (ред.). Микроэлектронные структуры и микроэлектромеханические устройства для оптической обработки и мультимедийных приложений . Том. 2641. Остин, Техас: SPIE . п. 117. дои : 10.1117/12.220933 . S2CID   39522253 .
  22. ^ Чанг, Флой И-Юнг (1995). Травление кремния дифторидом ксенона для МЭМС (МС). Лос-Анджелес: Калифорнийский университет. OCLC   34531873 .
  23. ^ Браззл Дж. Д., Докмечи М. Р., Мастранжело CH (2004). «Моделирование и характеристика жертвенного травления поликремния с использованием газофазного дифторида ксенона». 17-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам. Технический дайджест Маастрихтского MEMS 2004 . ИИЭЭ . стр. 737–740. дои : 10.1109/MEMS.2004.1290690 . ISBN  978-0-7803-8265-7 . S2CID   40417914 .
  24. ^ Лаермер Ф., Урбан А. (2005). «Основные этапы глубокого реактивного ионного травления». 13-я Международная конференция по твердотельным датчикам, исполнительным устройствам и микросистемам, 2005. Сборник технических статей. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ '05 . Том. 2. ИИЭР . стр. 1118–21. дои : 10.1109/SENSOR.2005.1497272 . ISBN  978-0-7803-8994-6 . S2CID   28068644 .
  25. ^ Бустилло Дж. М., Хоу Р. Т., Мюллер Р. С. (1998). «Поверхностная микрообработка микроэлектромеханических систем» (PDF) . Учеб. ИИЭЭ . 86 (8): 1552–74. CiteSeerX   10.1.1.120.4059 . дои : 10.1109/5.704260 .
  26. ^ Хоссейниан Э., Пьеррон ОН (2013). «Количественные испытания на растяжение TEM на месте нанокристаллических металлических ультратонких пленок». Наномасштаб . 5 (24): 12532–41. Бибкод : 2013Nanos...512532H . дои : 10.1039/C3NR04035F . ПМИД   24173603 . S2CID   17970529 .
  27. ^ Ачар С., Шкель А.М. (2008). Вибрационные гироскопы MEMS: структурные подходы к повышению надежности . Спрингер . п. 111. ИСБН  978-0-387-09536-3 .
  28. ^ Джонсон RC (2007). «МЭМС – это нечто большее, чем просто iPhone» . ЭЭ Таймс . Проверено 14 июня 2019 г.
  29. ^ Кларк П. (2016). «Появляется рынок интеллектуальных MEMS-микрофонов» . EE News Аналог . Проверено 14 июня 2019 г.
  30. ^ «DS3231m РТК» (PDF) . Техническое описание часов реального времени DS3231m . ООО «Максим», 2015 г. Проверено 26 марта 2019 г.
  31. ^ «Реализация проекции МЭМС с лазерным сканированием в автомобильных проекционных дисплеях» (PDF) . Корпорация Ренесас Электроникс.
  32. ^ «Марадин – проектирование будущего» . Марадин, ООО . Проверено 29 июня 2024 г.
  33. ^ «МЭМС-реле расширяют пределы мощности» . 22 октября 2019 г.
  34. ^ Ван, Ли-Фэн; Хуан, Цин-Ань; Хан, Лей (2018). «РЧ МЭМС-переключатель» . Микроэлектромеханические системы . Микро/Нано технологии. стр. 1039–76. дои : 10.1007/978-981-10-5945-2_34 . ISBN  978-981-10-5944-5 .
  35. ^ Луисос Л.А., Атанасопулос П.Г., Варти К. (2012). «Микроэлектромеханические системы и нанотехнологии. Платформа для следующей технологической эры стентов». Васк. Эндоваск. Хирург. 46 (8): 605–9. дои : 10.1177/1538574412462637 . ПМИД   23047818 . S2CID   27563384 .
  36. ^ Хаджати А., Ким С.Г. (2011). «Сбор пьезоэлектрической энергии со сверхширокой полосой пропускания». Прил. Физ. Летт. 99 (8): 083105. Бибкод : 2011ApPhL..99h3105H . дои : 10.1063/1.3629551 . hdl : 1721.1/75264 . S2CID   85547220 .
  37. ^ Хаджати А (2012). «Трехмерная микроэлектромеханическая система пьезоэлектрический преобразователь ультразвука». Прил. Физ. Летт. 101 (25): 253101. Бибкод : 2012ApPhL.101y3101H . дои : 10.1063/1.4772469 . S2CID   46718269 .
  38. ^ Хаджати А (2013). «Монолитные ультразвуковые интегральные схемы на основе микрообработанных полуэллипсоидальных пьезоэлектрических куполов». Прил. Физ. Летт. 103 (20): 202906. Бибкод : 2013ApPhL.103t2906H . дои : 10.1063/1.4831988 .
  39. ^ «К 2011 году мировой рынок МЭМС-систем, по прогнозам, достигнет 72 миллиардов долларов» . АЗоНано . 2007 . Проверено 5 октября 2015 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с MEMS .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MEMS&oldid=1231700547"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 346455603ee173e12e397c6fa3ec3126__1719678780
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/34/26/346455603ee173e12e397c6fa3ec3126.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
MEMS - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)