Tecnologías de fabricación
Los tres rasgos característicos de las tecnologías de fabricación de MEMS son la miniaturización, la multiplicidad, y la microelectrónica. La miniaturización permite la producción de dispositivos compactos y de respuesta rápida. La multiplicidad se refiere a la fabricación por lotes inherentes en el procesamiento de semiconductores, que permite que miles o millones de componentes a ser fácil y al mismo tiempo fabricado. Microelectronics proporciona la inteligencia para MEMS y permite que el monolítico la fusión de sensores, actuadores, y la lógica de la construcción de cerrado bucle de realimentación componentes y sistemas. El éxito de la miniaturización y la multiplicidad de los sistemas tradicionales de la electrónica no hubiera sido posible sin la tecnología de fabricación de CI. Por lo tanto, la tecnología de fabricación de CI, o de microfabricación, ha sido hasta ahora la tecnología que permite primaria para el desarrollo de MEMS. Microfabricación proporciona una poderosa herramienta para el procesamiento por lotes y la miniaturización de los sistemas mecánicos en un dominio tridimensional no es accesible por mecanizado convencional () técnicas. Por otra parte, microfabricación proporciona una oportunidad para la integración de sistemas mecánicos con la electrónica para desarrollar de alto rendimiento de circuito cerrado control de MEMS.
Los avances en la tecnología LED en la última década han aportado progresos correspondientes en los procesos de fabricación de MEMS. Procesos de fabricación que permiten la integración monolítica de las estructuras de microelectromecánicos con la conducción, control y electrónica de procesamiento de señal. Esta integración se compromete a mejorar el rendimiento de los dispositivos micro mecánicos, así como reducir el coste de fabricación, envasado, y la instrumentación de estos dispositivos [7].
A. Fabricación de IC
Cualquier discusión de MEMS requiere un entendimiento básico de la tecnología de fabricación de CI, o de microfabricación, la tecnología que permite primaria para el desarrollo de MEMS. Los principales pasos en la tecnología de fabricación de CI son crecimiento de la película, el dopaje, la litografía, el aguafuerte, cortado en dados, y embalajes.
Crecimiento de la película: Por lo general, una lámina pulida Si se utiliza como sustrato, en la que se produce una película delgada. La película, que puede ser epitaxial Si, SiO2, nitruro de silicio (Si3N4), Si policristalino (polisilicio), o metal, se utiliza para construir componentes activas y pasivas y las interconexiones entre los circuitos.
Dopaje: Para modular las propiedades de la capa de dispositivo, un nivel bajo y controlable de una impureza atómica puede ser introducido en la capa de de difusión térmica o la implantación de iones.
Litografía: un patrón de una máscara se transfiere a la película por medio de un fotosensible (es decir, productos químicos sensibles a la luz) conocida como una fotosensible. El proceso de generación de patrones y la transferencia se llama fotolitografía. Una máscara típica consiste en una placa de vidrio cubierta con un patrón de cromo (Cr) de cine.
Grabado: Lo siguiente es la eliminación selectiva de las regiones no deseadas de una película o sustrato sobre el trazado de patrones. Químicos por vía húmeda o seca de grabado puede ser utilizado. Etch-máscara de materiales se utilizan en las distintas etapas en el proceso de eliminación selectiva para evitar que las porciones del material de ser grabado. Estos materiales incluyen SiO2, Si3N4, y duro -horno fotosensible.
Cortado de: La lámina de acabado se corta a máquina o en pequeños cuadros, o dados, de la que los componentes electrónicos se pueden hacer.
Embalaje: Las secciones individuales están embalados luego, un proceso que implica la localización física, la conexión, y la protección de un dispositivo o componente. De diseño de MEMS está fuertemente ligada a los requisitos de embalaje, que a su vez son dictadas por el entorno de aplicación.
B. Bulk Micromachining y Wafer Bonding
Micro a granel es una extensión de la tecnología LED para la fabricación de estructuras en 3D. Micro granel de Si utiliza húmeda y seca-las técnicas de grabado, en relación con las máscaras de etch y deja de grabar para esculpir los dispositivos de micromecánica del sustrato Si. Las dos funciones clave que hacen a granel microfabricación una tecnología viable son:
1) Grabadores anisotrópico de Si, como el etileno-diamina y pirocatecol (EDP), hidróxido de potasio (KOH), y la hidracina (N2H4). Estos solo cristal preferentemente etch Si a lo largo de planos de cristal dado.
2) las máscaras de Sarge y dejar de técnicas de grabado que se pueden utilizar con decapantes Si anisotrópico selectivamente a prevenir las regiones de Si de ser grabado. Máscaras etch buenos son proporcionados por SiO2 y Si3N4, y algunas películas metálicas delgadas como el Cr y Au (oro).
Un inconveniente de grabado anisotrópico húmeda es que la geometría de la microestructura se define por la estructura cristalina interna del sustrato. En consecuencia, la fabricación de múltiples, las estructuras interconectadas micromecánica de la geometría de forma libre es a menudo difícil o imposible. Dos nuevas técnicas de tratamiento han ampliado la gama de la tecnología tradicional de mayor micro: en el fondo de grabado en seco anisotrópico y la vinculación de obleas. Plasmas de gas reactivo pueden llevar a cabo profundas de grabado en seco anisotrópico de obleas de Si, hasta una profundidad de unos cientos de micras, manteniendo al mismo tiempo suave perfiles laterales verticales. La otra tecnología, la vinculación de obleas, los permisos de un sustrato de Si que se adjunta a otro sustrato, generalmente Si o vidrio. Utilizado en combinación, grabado anisotrópico y técnicas de unión de obleas pueden construir microestructuras en 3D complejas, como microvalves y microbombas [3].
C. Superficie Micromachining
Micromecanizado de superficie permite la fabricación de estructuras complejas de componentes múltiples integrados micromecánica que no sería posible con micro tradicionales a granel. Esta técnica encierra específicos partes estructurales de un dispositivo en capas de un material de sacrificio durante el proceso de fabricación. La lámina de sustrato se utiliza principalmente como apoyo mecánico en el que múltiples capas alternas de materiales de construcción y de sacrificio se depositan y patrones para realizar las estructuras de micromecánica. El material de sacrificio se disuelve en un reactivo de ataque químico que no ataque a las partes estructurales. El más utilizado la técnica micromecanizado de superficie, micromecanizado de superficie de polisilicio, utiliza SiO2 como el material de sacrificio y de polisilicio como material estructural.
En la Universidad de Wisconsin en Madison, la superficie de la investigación de polisilicio micro comenzó en la década de 1980 en un esfuerzo para crear sensores de alta precisión de micro presión. El control de la tensiones internas de una película fina es importante para la fabricación de estructuras microelectromecánicos. La industria de fabricación de microelectrónica crece normalmente polisilicio, nitruro de silicio, y las películas de dióxido de silicio por medio de recetas que minimizan el tiempo. Desafortunadamente, un proceso de depósito que está optimizada para la velocidad no siempre crear una película de baja tensión interna. De hecho, la mayoría de estas películas tienen tensiones internas que son muy a la compresión (que tiende a contrato). Una placa independiente de polisilicio de alta compresión que se celebra en todas sus aristas se hebilla (es decir, el colapso o dar forma). Esto es altamente indeseable. La solución es modificar el proceso de deposición de película para controlar la tensión interna por lo que es libre de estrés o ligeramente tracción.
Una forma de hacerlo es la droga de la película con boro, fósforo o arsénico. Sin embargo, una película de polisilicio dopado es conductor, y esta propiedad puede interferir con los dispositivos mecánicos incorporado la electrónica. Otro problema con polisilicio dopado es que es rugosa en ácido fluorhídrico (HF), que es comúnmente utilizado para las secciones libres del dispositivo mecánico final del sustrato. De polisilicio en bruto tiene diferentes propiedades mecánicas de polisilicio suave. Por lo tanto, la cantidad de rugosidad debe tenerse en cuenta al diseñar las partes mecánicas del dispositivo de micro.
Una mejor manera de controlar el estrés en polisilicio es a través de correo recocido, Que consiste en el depósito de puro, de grano fino, a la compresión (es decir, puede ser comprimido) de polisilicio. De recocido después de la deposición de polisilicio a temperaturas elevadas puede cambiar la película a ser libre de estrés o tensión. La temperatura de recocido establece la tensión final de la película. Después de esto, la electrónica puede ser incorporada en el cine a través de polisilicio dopaje selectivo, y el ácido fluorhídrico no va a cambiar las propiedades mecánicas del material [16].
La temperatura de deposición y el silicio de la película de nitruro de relación puede controlar el estrés de un nitruro de silicio (Si3N4) película. Las películas pueden ser depositados en la compresión, libre de estrés, o de la tensión [6].
Temperatura de depósito y recocido posterior puede controlar el dióxido de silicio (SiO2), el estrés película. Debido a que es difícil controlar el estrés de SiO2 con precisión, SiO2 no suele ser utilizado como material mecánico por sí mismo, sino como el aislamiento electrónica o como una capa de sacrificio en virtud de polisilicio.
D. Micromolding
En el proceso de micromolding, microestructuras se fabrican utilizando moldes para definir el depósito de la capa estructural. El material de construcción se deposita sólo en aquellos ámbitos que constituyen la estructura de microdispositivo, en contraste con el volumen y la superficie de micro, que muestran la deposición de la capa de material estructural seguida por el grabado a darse cuenta de la geometría del dispositivo final. Después de la deposición de la capa estructural, el molde se disuelve en un reactivo de ataque químico que no ataque a los materiales estructurales. Uno de los procesos micromolding más prominente es el proceso LIGA. LIGA es un acrónimo alemán de Litografia, galvanoformung, abformung und (litografía, galvanoplastia, y moldeado). Este proceso puede ser utilizado para la fabricación de altaaspectorelación de microestructuras en 3D en una amplia variedad de materiales, tales como metales, polímeros, cerámicas y vidrios. Fotosensible Poliimidas También se utilizan para la fabricación de moldes de planchas. El proceso de fotolitografía es similar a la litografía convencional, sólo que poliimida trabaja como negativos resistir.
CRF
Alberto J. Quiroz M
C.I: v-17.527.276
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