Характеристики микромеханических реле на основе тонких слоистых исполнительных элементов
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
осаждения. Качество покрытий, их физико-химические и механические свойства во многом зависят от режимов гальванического осаждения. В работе исследованы режимы по плотности тока, температуре и времени осаждения, обеспечивающие воспроизводимое формирования балочных подвижных элементов. Гальваническим осаждением можно формировать как нижние электроды микрореле, так и верхний подвижный элемент.
.Фотолитография. При экспонировании пятен нанометровых размеров ток луча приходится понижать (из-за эффектов объемного заряда и электронно оптических аббераций), что приводит к относительному увеличению времени экспонирования субмикронных элементов фоторезиста (Время экспонирования единичного пятна обычно не превышает 0.1 с при плотности тока до 50 А/см2). Современная литография продолжает развиваться, и уже превзошла ранее предсказанные пределы по разрешающей способности: оптическая литография - 100 нм, рентгеновская литография - 80 нм, электронная литография - 50 нм, ионно-лучевая литография - 10 нм [11]. В настоящее время, в промышленном масштабе, удается устойчиво получать структуры разрешением 500 нм, что свидетельствует о том, что реальная ситуация в фотолитографической технике пока еще отстает от показателей в источнике [11].
.Жидкостное травление. Удаление защитных слоев.
Рассмотрим технологический маршрут производства микромеханических реле методом поверхностной микрообработки кремния.
.Химическая обработка.
Кремниевые пластины проходят гидромеханическую очистку, очистку в перекисно-серном растворе (растворе Каро) После этого пластина попадает на трехкаскадную промывку в деионизованной воде с удельным сопротивлением не менее 18 Мом. Далее, промывка в аммиачно-перекисном растворе (состав: вода, аммиак, перекись водорода). И, наконец, повторная промывка в деионизованной воде.
После химической обработки получаем специально подготовленную кремниевую пластину с полированной рабочей стороной. Пластина готова к формированию микроструктур.
2.Нанесение изоляционного слоя SiO2 методом термического осаждения.
Рис. 1.10. Кремниевая подложка с изоляционным слоем SiO2
3.Формирование нижнего электрода методом вакуумного напыления и многослойного гальванического осаждения.
Рис. 1.11. Образец с нижним электродом
4.Формирование опор для балочного подвижного элемента методом гальванического осаждения.
.Нанесение полиимидной пленки (3..5) мкм. центрифугированием (n = 2000 об/мин; t = 40 c).
Рис 1.12. Кремниевая подложка, защищенная слоем полиимида.
6.Термоимидизация. Подсушивание в два этапа: 30 мин при 400 К; 30 мин. при 600 К.
.Контроль. (Измерение толщины плёнки.)
.Напыление вспомогательного слоя (ванадий - никель).
Толщина пленки ванадия - 100 нм, толщина пленки никеля - 300 нм.
. Химическая обработка поверхности перед фотолитографией №2.
. Гальваника. Нанесение слоя или нескольких слоев металлов разной толщины.
. Измерение толщины осаждённого никеля.
. Формирование технологических отверстий.
. Травление металла (ванадия - никеля).
Рис.1.13. Образец с никелевой мембраной после формирования технологических отверстий
14. Плазмохимическое сухое травление полиимидной плёнки.
Рис 1.14. Конечный продукт.
15. Контроль.
Таким образом:
. Рассмотрены явления, протекающие в исполнительных элементах микромеханических реле в процессе работы.
. Рассмотрены основные типовые конструкции исполнительных элементов (см. рис. 1.1, 1.3 и 1.5)
. Показано, что микросистемы, изготовленные по поверхностной технологии обладают рядом преимуществ по сравнению с микроустройствами, изготовленными по объемной технологии. Дана классификация материалов, применяемых при поверхностной микрообработки, перечислены основные технологические операции в процессе формирования подвижных элементов.
. Показано, что свойства УМСТ зависят от типа конструкции и технологии изготовления. Процесс изготовления микрореле может насчитывать более полусотни операций. Некоторые операции могут накладывать технологические ограничения на изготовления исполнительных элементов, а принцип работы и свойства материалов - физические ограничения на устройство в целом.
В связи с этим, необходимо рассмотреть физико-технологические ограничения при изготовлении микромеханических реле и проанализировать пути их частичного или полного устранения.
1.3 Физико-технологические ограничения при изготовлении исполнительных элементов микромеханических реле, полученных методом гальванического осаждения
Интеграция микромеханических реле в УМСТ сопряжена с рядом практических трудностей. Для улучшения функциональных возможностей микрореле необходимо преодалеть физико-технологические ограничения основного элемента конструкции - исполнительного механизма.
В состав исполнительного механизма микрореле входят упругие элементы (подвесы - см. рис. 1.6), которые деформируются под действием сил различного характера, что приводит к изменению их потенциальной энергии. Эти изменения энергии в микросистемах могут использоваться различным образом. В настоящее время существует несколько основных типов упругих элементов, которые получили широкое применение в микросистемной технике. Выбор конфигурации упругого элемента в значительной мере зависит от технологии изотовления и от функциональной задачи микр