Geum.ru

Н. Э. Баумана Москва | 2007 Производственные наукоемкие технологии Ответы на экзаменационные билеты

Вид материалаЭкзаменационные билеты

Содержание


Схема установки для осаждения тонких пленок из SIO
Датчики излучения
Вопрос 1 Вопрос 2
Монтаж кремниевых компонентов методом сплавления.
Методы упаковки (корпусироавния) МЭМС устройств
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Вопрос 2


^ Схема установки для осаждения тонких пленок из SIO2 и Si3N4

Для формирования тонких пленок на подложке широко используются 3 метода осаждения, все из которых основаны на осаждении из газовой фазы:

1.Химическое осаждение из газовой фазы при атмосферном давлении.

2.Химическое осаждение из газовой фазы при низком давлении.

3.Плазменное химическое осаждение.

2. Процесс происходит при давлении от 0,2-2 Тор (мм.рт.ст.), поток газа от 1-10 см3/сек и температуре 300…900оС.

Химическое осаждение из газовой формы широко применяется для получения тонких пленок из SiO2 (SiN4) и поликремния. Однако пленки из SiO2, полученные методом химического осаждения не всегда могут заменить пленки, выращенные термическим способом, поскольку последние обладают более высокими электрическими и механическими свойствами, поэтому оксиды, осажденные в газовой фазе, часто сочетаются с пленками полученными методом термоокисления, т.е. вначале проводится термоокисление, а затем для получения более толстого слоя проводят осаждение из газовой фазы.

Пленки из SiO2 могут быть осаждены несколькими способами в результате реакции между различными газами. Наиболее распространен метод, основанный на реакции между силаном (SiН4) и кислородом



Аналогичным образом можно формировать пленки из SiN4 в установках химического осаждения при средних температурах и низком давлении или в установках плазменного химического осаждения



  1. Камера реактора
  2. Держатель подложек
  3. Трехзонная печь
  4. Подложки
- дихлорсилан


Билет 7
  1. Формирование тонких пленок из оксида кремния методом термоокисления
  2. Термокомпрессионная микросварка

Вопрос 1


  1. Камера реактора
  2. Держатель подложек
  3. Подложки
  4. Устройство нагрева
  5. Устройство контроля расхода газа
Т ермоокисление проводится в камере реактора в атмосфере кислорода при температуре 900-1100 °С или чистых паров воды. В процессе термоокисления оксидная пленка растет медленно из-за того, что затрудняется диффузия атомов кислорода, необходимых для окисления. Полученные пленки из SiO2 имеют очень высокую механическую и электрическую прочность, т.к. они очень плотные и беспористые.





Вопрос 2


Т
Р

Si (1)

Al (2)

Au (3)

4
ермокомпрессионная микросварка.
В термокомпрессионной микросварке используется инструмент в форме клина.

1 – кремниевая подложка
2 – контактная площадка
3 – золотая проволока
4 – инструмент
Чтобы осуществить приваривание, нужно очень точное позиционирование.
Параметры: P, T, t подбираются экспериментально.
P – такое, чтобы степень пластической деформации в зоне соединения
составляла около 75%, T для Si+Al+Au ≤ 400. t – несколько секунд.


В случае необходимости точного совмещения проволоки с инструментом и площадкой применяют инструмент с центральным/боковым капилляром. Проволоку продевают в капилляр, потом перерезают горелкой и подтягивают шарик к отверстию. В результате пластических деформаций сварное соединение приобретает вид шляпки гвоздя. Соединение не в нахлест. а во втык. Установки бывают 3 типов (с нагревом инструмента – термоудар, предметного столика, обоих - качество).


Билет 6
  1. Типы микроструктур, входящих в состав МЭМС
  2. Сварка давлением СКИН

В
МЭМС

МЭУ

ММУ
опрос 1



датчики

приводы





Структура может состоять из отдельного устройства, нескольких устройств, а может и из сотен или тысяч устройств. То есть существуют системы различного уровня и различной степени сложности.

Вопрос 2


Сварка давлением СКИН

СКИН – сварка с косвенным импульсным нагревом. Она бывает ручной, автоматизированной и механизированной.
Схема сварки:


1 – инструмент
2 – держатель
3 – Источник питания
4 – Реле времени

Площадь сечения внизу намного меньше площади на гранях V-образного инструмента, поэтому именно там выделяется основное количество тепла. Метод близок к термокомпрессионной микросварке – образование соединения вследствие импульсного нагрева. Т = до 560. Происходит теплопередача инструмент-проволока, которая пластифицируется и образуется соединение с металлической связью.


Билет 5
  1. Технология объемной микрообработки
  2. Датчики излучения

Вопрос 1


Объемная микрообработка
Это один из основных методов в МСТ, который впервые был применен в производстве различных датчиков (в первую очередь, датчиков давления). Он широко используется как независимо, так и в комбинации с другими методами.
Для создания объемных фигур в МСТ используют химическое травление (базовый метод), который можно классифицировать следующим способом:
1. По методу травления различают:
а) Жидкостное (путем погружения или пульверизации)
б) сухое (плазменное), когда травление происходит в камере, заполненной газами.
2. По степени анизотропии различают:
а) изотропное травление, когда скорость травления одинакова во всех направлениях.
б) анизотропное травление, когда скорость в разных направлениях разная.

Вопрос 2


^ Датчики излучения

Датчики излучений обычно предназначены для детектирования ионизирующих излучений, а также видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучений, рентгеновских излучений и высокоэнергетических частиц. Датчики подразделяются на датчики прямого (детектируют фотоны) и косвенного (преобразуют энергию излучения) действия.

1. Фотодиоды – датчики прямого действия, они детектируют фотоны и выдают электрический сигнал. Это полупроводниковые устройства для измерения интенсивности света, основанные на внутреннем фотоэффекте. Представляют собой фотоэлектроды с p-n переходом, в которых под действием света возникают дополнительные заряды и усиливается ток.

2. ПЗС (приборы зарядовой связи) – обычно изготавливаются в виде линейки/матрицы фотодиодов. Они состоят из металлического электрода (клапана), размещенного над диэлектриком и полупроводниковой подложкой. По сути это – конденсатор, заряд в котором создается в результате фотогенерации носителей заряда. Заряд может накапливаться и передаваться из ячейки в ячейку благодаря управляющим схемам и токопроводящим дорожкам.

3. Пироэлектрические оптические датчики косвенного действия. Их сущность – конденсаторы с изменяющимся зарядом под воздействием света или температуры.
Датчики излучений широко используются во многих областях: в металлургии, в системах наблюдения, в военно-промышленном комплексе и тд.


Билет 4
  1. Физические проблемы, возникающие на микроуровне
  2. Микроструйные мэмс-устройства
^

Вопрос 1

Вопрос 2




Билет 3
  1. Метод анодного соединения
  2. Поверхностная микрообработка

Вопрос 1


Этот метод был разработан одним из первых и использовался в производстве различных датчиков для соединения кристалла или чипа из кремния и с постаментом из боросиликатного стекла (у боросиликатного стекла и кремния близкие коэффициенты термического расширения, что важно, благодаря этому сведены к минимуму напряжения, которые при неправильно подборе пары могут привести к большим погрешностям, потери работоспособности или даже разрушению устройства).
Схема анодной посадки:


катод



150..1100 В

анод

Стекло

Si
Анодное соединение при t = 25-150 в течение 10-20 минут
(зависит от толщины кремния и стекла)


Вопрос 2


В этом методе на поверхность подложки наносятся аддитивные слои (как правило, слои наносятся тотально, на всю поверхность). Для этого используют методы: термического вакуумного напыления, химического осаждения из газовой фазы при низком давлении и термоокисления.
После нанесения каждого слоя проводится операция фотолитографии, при этом общее число операций фотолитографии равно числу слоёв в МЭМС. Все слои, нанесённые в процессе изготовления МЭМС, подразделяют на структурные (функциональные) и защитные (жертвенные).
В конце технологического процесса защитные слои удаляются путём химического жидкостного или сухого травления. При этом подвижные элементы МЭМС структуры освобождаются, что позволяет реализовать такие сложные структуры, как механические микроредукторы (микроприводы), матрицы микрозеркал в оптических переключателях.
Наиболее часто применяемые материалы в поверхностной микрообработке:
  • Поликремний
  • Нитрит кремния
  • Нитрит алюминия
  • Плёнки из металлов, полимеров и некоторых активных («умных») материалов

В качестве материала жертвенного слоя чаще всего используется SiO2.


Билет 2
  1. Реактивное ионно-плазменное травление
  2. Объемная микрообработка

Вопрос 1


Относится к сухому химическому травлению. В камеру реактора напускается смесь активных газов (например CCl4, CCl6, SF4)с инертными. Этот метод используется при необходимости получения глубоких отверстий (канавок) с высоким форматным отношением. Травление производится в высокочастотном электромагнитном поле.

SiO2

Ar удаляет реакционный слой



И так несколько циклов. SiO2 выполняет функции защитного слоя (этот слой наносят методом термоокисления).

Вопрос 2


Это один из основных методов в МСТ, который впервые был применен в производстве различных датчиков (в первую очередь, датчиков давления). Он широко используется как независимо, так и в комбинации с другими методами.
Для создания объемных фигур в МСТ исользуют химическое травление (базовый метод), который можно классифицировать следующим способом:
1. По методу травления различают:
а) Жидкостное (путем погружения или пульверизации)
б) сухое (плазменное), когда травление происходит в камере, заполненной газами.
2. По степени анизотропии различают:
а) изотропное травление, когда скорость травления одинакова во всех направлениях.
б) анизотропное травление, когда скорость в разных направлениях разная.


Билет №1
  1. Монтаж кремниевых компонентов методом сплавления;
  2. Методы упаковки (корпусироавния) МЭМС устройств.

1 вопрос


^ Монтаж кремниевых компонентов методом сплавления.

В микросистемной технике (МСТ) последние годы наблюдается тенденция создания приборов с использованием многослойных структур из нескольких подложек, соединенных каким-нибудь способом. Это обеспечивает повышение функциональных возможностей и степени интеграции (сейчас объединяют до шести подложек).

Для соединения подложек используют три основных метода:
  1. Анодное соединение
  2. Соединение с помощью вспомогательного слоя
  3. Метод сплавления

Рассмотрим метод сплавления. Он проводится при достаточно высоких температурах, но обеспечивает наивысшую вакуумную плотность и прочность соединения.

При комнатной температуре происходит «склеивание» подложек при помощи образования перекрестных связей между атомами водорода, входящих в состав хемосорбированных молекул воды. Далее, на стадии отжига происходит образование связей между атомами O и Si (Si-O-Si). Очевидно, что этот метод требует очень тщательной подготовки подложек (плоскостность менее 5мкм, шероховатость менее 5 нм):

- химико-механическое полирование

- жидкостная очистка

- сухое (полное) полирование

- планаризация

- гидрофильная очистка (для обеспечения плотного контакта между ними).

Процесс сплавления должен осуществляться в чистых комнатах.

После очистки подложки совмещаются и сдавливаются, причем, во избежание микропустот сдавливают сначала в центре, с плавным перераспределением давления от центра к периферии.

После обеспечения плотного контакта между кремниевыми пластинами при комнатной температуре проводят операцию высокотемпературного отжига, Т= 800-1100 °С, и образуется соединение, прочность которого практически равна прочности основного материала.


2 вопрос


^ Методы упаковки (корпусироавния) МЭМС устройств

Существуют два основных метода упаковки МЭМС устройств. Первый – использование корпусов. При этом использовались следующие типы корпусов:
  1. Металлостеклянные
  2. Керамические
  3. Пластиковые

Рассмотрим металлостеклянный корпус:

  1. Нижний полу корпус
  2. Верхний полу корпус
  3. Выводы
  4. Боросиликатное стекло
  5. Клеевая прослойка (припой)
  6. Чип
  7. Проволочные перемычки
  8. Контактные площадки

1 и 2 сваривают эл. лучем, микродуговой шовной или другим видом микросварки.





Так же широко используют и керамические корпуса (они легкие и недорогие), в менее ответственных случаях применяют пластмассовые (еще дешевле). Самая лучшая изоляция и герметичность у металлостеклянного корпуса. Некоторые сенсоры должны иметь открытые участки. В некоторых датчиках в закрытом объеме создается вакуум или он заполняется инертным газом.

Второй метод – использование канавок. ?