Geum.ru

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

Вид материалаЭкзаменационные билеты

Содержание


Процесс фотолитографии происходит так
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Вопрос 1


Английская аббревиатура “MEMS” (или по-русски “МЭМС”) расшифровывается как микроэлектромеханические системы. МЭМС представляют собой трехмерные микрообъекты и микромашины: моторы, насосы, турбины, микророботы, микродатчики или целые аналитические микро-лаборатории, выполненные на кремниевой подложке. Их размеры могут быть меньше спичечной головки, и поэтому использование МЭМС позволит резко уменьшить массу и объем традиционной электронной техники, а также значительно снизить ее стоимость.

Впервые о возможностях таких устройств заговорили еще в 1959 году. Но для превращения МЭМС из любопытных лабораторных “игрушек” в реальные изделия, пользующиеся спросом на рынке, потребовалось целых 40 лет. Только в конце 90-х началось освоение промышленного производства МЭМС, а сейчас МЭМС широко используются в самых различных сферах человеческой деятельности: в телекоммуникациях, медицине, транспорте и т.д. MEMS-системы на сегодняшний день являются ключевым фактором в развитии нанотехнологий. Именно на базе таких систем планируется создание наноманипуляторов и нанороботов, механических компьютеров и электроники.

Вопрос 2


Фотолитография — метод получения рисунка на тонкой пленке материала.

Для получения рисунка используется свет определенной длины волны. Минимальный размер деталей рисунка — половина длины волны (определяется дифракционным пределом Аббе).

Фоторезист — специальный материал, который изменяет свои физико-химические свойства при облучении светом.

Фотошаблон — пластина, прозрачная для видимого света, с рисунком, выполненным непрозрачным красителем.

^ Процесс фотолитографии происходит так:

На толстую подложку (в микроэлектронике часто используют кремний) наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится фоторезист.

Производится экспонирование через фотошаблон.

Облученные участки фоторезиста изменяют свою растворимость и их можно удалить химическим способом (процесс травления). Освобожденные от фоторезиста участки тоже удаляются.

Заключительная стадия — удаление остатков фоторезиста.

Если после экспонирования становятся растворимыми засвеченные области фоторезиста, то процесс фотолитографии называется негативным. Иначе — позитивным.

Существует альтернативный способ фотолитографии — «взрывной». При его использовании слой материала наносится на слой облученного и протравленного фоторезиста, после чего остатки фоторезиста удаляются, унося с собой области материала, под которыми он располагался.

Билет 22
  1. Материалы для микрообработки
  2. ЛИГА-технология.

1 вопрос


В микросистемах используется широкий спектр материалов, который можно разделить на 5 групп:

1. металлы

2. полупроводники

3. Диэлектрики

4. Полимеры

5. керамика и композиты

1. Металлы – хорошие проводники тепла и электричества, они довольно прочны при низких и сохраняют свою прочность при высоких температурах. В МСТ используют Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Pt, Au, Pb.

Металлизация – это процесс нанесения металлического слоя на поверхность подложки. Такие металлические пленки используются для создания электродов, внутренних соединений, контактов и т.д.

Основным способом нанесения тонких пленок толщиной 0,2- мкм является вакуумная металлизация, которая может быть выполнена методом термического вакуумного напыления и методом ионного распыления.

В настоящее время для некоторых микросистем требуется изготовление структур из толстых металлических пленок. Такие структуры формируют электролитическим способом или методом фотолитографии. Электролитический способ используется для нанесения пленок из Cu, Au, Ni.

Толстые металлические пленки применяются для формирования либо самих микроустройств, либо пресс-форм.

Для производства микросистем разработаны специальные металлические сплавы и соответствующие технологии их нанесения. Например, при изготовлении магнитных приводов в качестве магнитного материала используют тонкие пленки из CoNiM.

2. Полупроводники

В МСТ применяются различные полупроводники – кремний (например, подложки), германий, арсенит галлия (например, сверхскоростные схемы), углерод и т.д.

Кремний – главный среди этих материалов, т.к. он, при определенных условиях, может менять свои электромеханические оптические свойства, а так же является распространенным материалов и достаточно недорогим. Для электрических приложений кремний легируют элементами 3ей и 5ой группы. Для создания полупроводника p-типа (дырочная проводимость) используют бром (3 группа), n-типа (электронная проводимость) – фосфор (5 группа).

3. Диэлектрики

SiO2; Si3N4

SiO2 можно наносить двумя способами:
  1. Метод термоокисления
  2. Метод химического осаждения из газовой фазы при низком или атмосферном давлении.

Термоокисление 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.

Метод химического осаждения из газовой фазы при низком или атмосферном давлении имеет высокую производительность, но пленки получаются хуже. Поэтому при высоких требованиях применяют комбинированный метод: сначала термоокисление, потом осаждение.
  1. Полимеры

В МСТ применяются различные полимеры, и которых следует выделить негативный рентгенорезист sv-8, который может быть использован не только как рентгенорезист для получения фигур с высоким форматным отношением (LIGA-технология), но и как конструкционный материал, обладающий высокими физико-механическими свойствами. Так же используют смолы и другие полимеры (органические соединения), которые получаются из мономерных групп, например NH2 (амино-группа), COOH (карбоксидная), OH (гидроксильная). Количество функциональных групп в полимере называют функциональностью полимера. Полимеры бываю разной структуры:

  1. С короткими ответвлениями
  2. С длинными ответвлениями
  3. В виде звезды
  4. Сеточные (самые прочные)



  1. Керамика и Композиты

Используют для производства подложек и элементов МЭМС.