Микроэлектромеханические системы - Microelectromechanical systems

"MEMS" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. МЭМС (значения).
Предложение отправлено DARPA в 1986 году впервые был введен термин «микроэлектромеханические системы»
Микрокантилевер MEMS резонирует внутри растровый электронный микроскоп

Микроэлектромеханические системы (МЭМС), также записываемый как микро-электромеханические системы (или микроэлектронные и микроэлектромеханические системы) и связанные с ними микромехатроника и микросистемы представляют собой технологию микроскопических устройств, особенно с движущимися частями. На наномасштабе они сливаются в наноэлектромеханические системы (NEMS) и нанотехнологии. МЭМС также называют микромашины в Японии и микросистемная техника (MST) в Европе.

МЭМС состоят из компонентов размером от 1 до 100 микрометров (т. Е. От 0,001 до 0,1 мм), а устройства МЭМС обычно имеют размер от 20 микрометров до миллиметра (т. Е. От 0,02 до 1,0 мм), хотя компоненты расположены в виде массивов ( например, цифровые микрозеркальные устройства ) может быть более 1000 мм2.[1] Обычно они состоят из центрального блока, обрабатывающего данные ( Интегральная схема чип, такой как микропроцессор ) и несколько компонентов, которые взаимодействуют с окружающей средой (например, микросенсоры ).[2] Из-за большого отношения площади поверхности к объему МЭМС силы, создаваемые окружающей средой. электромагнетизм (например, электростатические заряды и магнитные моменты ) и гидродинамика (например, поверхностное натяжение и вязкость ) являются более важными соображениями при проектировании, чем при использовании более крупных механических устройств. Технология MEMS отличается от молекулярная нанотехнология или же молекулярная электроника в том, что последний также должен учитывать химия поверхности.

Потенциал очень маленьких машин был оценен еще до того, как появилась технология, которая могла бы их производить (см., Например, Ричард Фейнман знаменитая лекция 1959 г. Внизу много места ). МЭМС стали практичными, когда их можно было изготовить с использованием модифицированных изготовление полупроводниковых приборов технологии, обычно используемые для создания электроника.[3] К ним относятся формование и покрытие, мокрое травление (КОН, TMAH ) и сухое травление (RIE и DRIE), электроэрозионная обработка (EDM) и другие технологии, позволяющие производить небольшие устройства.

История

Технология МЭМС уходит корнями в кремниевая революция, который можно проследить до двух важных кремниевых полупроводник изобретения 1959 года: монолитная интегральная схема (IC) чип Роберт Нойс в Fairchild Semiconductor, а МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник или МОП-транзистор) Мохамед М. Аталла и Давон Канг в Bell Labs. Масштабирование MOSFET, миниатюризация полевых МОП-транзисторов на микросхемах ИС, привела к миниатюризации электроника (как предсказано Закон Мура и Масштабирование Деннарда ). Это заложило основу для миниатюризации механических систем с развитием технологии микрообработки, основанной на технологии кремниевых полупроводников, поскольку инженеры начали понимать, что кремниевые чипы и MOSFET могут взаимодействовать и взаимодействовать с окружающей средой и обрабатывать такие вещи, как химикаты, движения и свет. Один из первых кремний датчики давления был изотропно микрообработан Honeywell в 1962 г.[4]

Ранним примером устройства MEMS является транзистор с резонансным затвором, адаптация полевого МОП-транзистора, разработанный Харви С. Натансон в 1965 г.[5] Другой ранний пример - резонистор, электромеханический монолитный резонатор запатентован Раймондом Дж. Уилфингером между 1966 и 1971 годами.[6][7] В течение 1970-х - начала 1980-х годов ряд полевых МОП-транзисторов микросенсоры были разработаны для измерения физических, химических, биологических и экологических параметров.[8]

Типы

Существует два основных типа технологии переключения MEMS: емкостной и омический. Емкостной переключатель MEMS разработан с использованием движущейся пластины или чувствительного элемента, который изменяет емкость.[9] Омические переключатели управляются электростатически управляемыми консолями.[10] Омические переключатели MEMS могут выйти из строя из-за усталости металла MEMS привод (консоль) и контактный износ, так как консоль со временем деформируется.[11]

Материалы для изготовления МЭМС

Производство МЭМС развилось из технологического процесса в изготовление полупроводниковых приборов, т.е. основные приемы отложение слоев материала, узорчатость фотолитография и травление для получения необходимых форм.[12]

Кремний

Кремний - это материал, используемый для создания большинства интегральные схемы используется в бытовой электронике в современной промышленности. В эффект масштаба, легкая доступность недорогих высококачественных материалов и возможность включать электронные функции делают кремний привлекательным для широкого спектра приложений MEMS. Кремний также имеет значительные преимущества, связанные с его свойствами материала. В монокристаллической форме кремний - почти идеальный Hookean материал, а это означает, что когда он изгибается, практически нет гистерезис и, следовательно, почти не рассеивается энергия. Это не только обеспечивает высокую повторяемость движения, но и делает кремний очень надежным, поскольку он очень мало страдает. усталость и может иметь срок службы в диапазоне миллиарды к триллионы циклов без поломки. Полупроводниковые наноструктуры на основе кремния приобретают все большее значение в области микроэлектроники и, в частности, MEMS. Кремниевые нанопроволоки, изготовленные через термическое окисление кремния, представляют дальнейший интерес в электрохимический преобразование и хранение, включая батареи с нанопроволокой и фотоэлектрический системы.

Полимеры

Несмотря на то, что электронная промышленность обеспечивает экономию масштаба для кремниевой промышленности, кристаллический кремний по-прежнему является сложным и относительно дорогим материалом для производства. С другой стороны, полимеры могут производиться в огромных количествах с большим разнообразием характеристик материалов. Устройства МЭМС можно изготавливать из полимеров такими способами, как литье под давлением, тиснение или же стереолитография и особенно хорошо подходят для микрофлюидный такие приложения, как одноразовые картриджи для анализа крови.

Металлы

Металлы также можно использовать для создания элементов МЭМС. Хотя металлы не обладают некоторыми преимуществами, которые демонстрирует кремний с точки зрения механических свойств, при использовании в рамках своих ограничений металлы могут демонстрировать очень высокую степень надежности. Металлы можно наносить с помощью процессов гальваники, испарения и распыления. Обычно используемые металлы включают золото, никель, алюминий, медь, хром, титан, вольфрам, платину и серебро.

Керамика

Электронно-микроскопические изображения X-образного луча TiN над заземленной пластиной (перепад высот 2,5 мкм). Благодаря зажиму в середине увеличивается усилие возврата, когда балка изгибается вниз. На правом рисунке показан клип в увеличенном масштабе. [13]

В нитриды кремния, алюминия и титана, а также Карбид кремния и другие керамика все чаще применяются в производстве MEMS из-за выгодного сочетания свойств материалов. AlN кристаллизуется в структура вюрцита и таким образом показывает пироэлектрический и пьезоэлектрический свойства, позволяющие, например, сенсоры с чувствительностью к нормальным и поперечным силам.[14] Банка, с другой стороны, демонстрирует высокий электрическая проводимость и большой модуль упругости, что позволяет реализовать схемы срабатывания электростатического МЭМС с ультратонкими лучами. Кроме того, высокая стойкость TiN к биокоррозии позволяет использовать этот материал в биогенных средах. На рисунке показано электронно-микроскопическое изображение МЭМС. биосенсор с тонким изгибаемым пучком TiN толщиной 50 нм над заземленной пластиной из TiN. Оба могут работать как противоположные электроды конденсатора, поскольку луч закреплен в электрически изолирующих боковых стенках. Когда жидкость находится во взвешенном состоянии в полости, ее вязкость может быть определена путем изгиба луча посредством электрического притяжения к пластине заземления и измерения скорости изгиба. [13]

Основные процессы МЭМС

Процессы осаждения

Одним из основных строительных блоков при обработке МЭМС является возможность нанесения тонких пленок материала толщиной от одного микрометра до примерно 100 микрометров. Процесс НЭМС такой же, хотя измерение осаждения пленки колеблется от нескольких нанометров до одного микрометра. Существует два типа процессов осаждения, а именно:

Физическое осаждение

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) представляет собой процесс, в котором материал удаляется с мишени и осаждается на поверхности. Методы для этого включают процесс распыление, в котором ионный пучок освобождает атомы от мишени, позволяя им перемещаться через промежуточное пространство и осаждаться на желаемой подложке, и испарение, в котором материал испаряется с мишени с использованием тепла (термическое испарение) или электронного луча (электронно-лучевое испарение) в вакуумной системе.

Химическое осаждение

Методы химического осаждения включают химическое осаждение из паровой фазы (CVD), при котором поток исходного газа реагирует на подложку для выращивания желаемого материала. Это может быть далее разделено на категории в зависимости от деталей метода, например LPCVD (химическое осаждение из паровой фазы под низким давлением) и PECVD (плазменное химическое осаждение из паровой фазы ).

Оксидные пленки можно также выращивать методом термическое окисление, в котором пластина (обычно кремниевая) подвергается воздействию кислорода и / или пара для роста тонкого поверхностного слоя диоксид кремния.

Узор

Создание рисунка в МЭМС - это перенос рисунка в материал.

Литография

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 меняются под воздействием источника излучения. Если светочувствительный материал избирательно подвергается воздействию излучения (например, путем маскировки части излучения), картина излучения на материале передается на экспонируемый материал, поскольку свойства экспонированных и необлученных областей различаются.

Затем эту открытую область можно удалить или обработать, создав маску для нижележащего субстрата. Фотолитография обычно используется при осаждении металлов или других тонких пленок, влажном и сухом травлении. Иногда фотолитография используется для создания структуры без какого-либо посттравления. Одним из примеров является линза на основе SU8, где генерируются квадратные блоки на основе SU8. Затем фоторезист плавится, образуя полусферу, которая действует как линза.

Электронно-лучевая литография

Основная статья: Электронно-лучевая литография

Электронно-лучевая литография (часто сокращенно называемая электронно-лучевой литографией) - это практика сканирования луча электроны узорчатым образом на поверхности, покрытой пленкой (называемой сопротивляться ),[15] («обнажение» резиста) и выборочное удаление открытых или неоткрытых участков резиста («проявление»). Цель, как и в случае с фотолитография, заключается в создании очень маленьких структур в резисте, которые впоследствии могут быть перенесены на материал подложки, часто путем травления. Он был разработан для производства интегральные схемы, а также используется для создания нанотехнологии архитектуры.

Основное преимущество электронно-лучевой литографии состоит в том, что это один из способов превзойти предел дифракции света и сделать особенности в нанометр классифицировать. Эта форма литография без маски нашла широкое применение в фотомаска -делки, используемые в фотолитография, мелкосерийное производство полупроводниковых компонентов, а также исследования и разработки.

Ключевым ограничением электронно-лучевой литографии является пропускная способность, то есть очень долгое время, необходимое для экспонирования всей кремниевой пластины или стеклянной подложки. Длительное время экспонирования делает пользователя уязвимым для дрейфа луча или нестабильности, которые могут возникнуть во время экспонирования. Кроме того, время оборачиваемости для переделки или перепроектирования без необходимости удлиняется, если рисунок не изменяется во второй раз.

Ионно-лучевая литография

Известно, что сфокусированные-ионно-лучевая литография имеет возможность писать очень тонкие линии (линия менее 50 нм и пробел) без эффекта близости.[нужна цитата ] Однако, поскольку поле записи в ионно-лучевой литографии довольно мало, узоры с большой площадью должны создаваться путем сшивания небольших полей.

Ионно-трековая технология

Ионно-трековая технология представляет собой инструмент для глубокой резки с пределом разрешения около 8 нм, применимый к радиационно стойким минералам, стеклу и полимерам. Он способен создавать отверстия в тонких пленках без какого-либо процесса проявления. Структурная глубина может определяться либо диапазоном ионов, либо толщиной материала. Соотношения сторон до нескольких 104 может быть достигнуто. Эта техника позволяет формировать и текстурировать материалы под определенным углом наклона. Могут быть сгенерированы случайный рисунок, одноионная трековая структура и направленный рисунок, состоящий из отдельных одиночных треков.

Рентгеновская литография

Рентгеновская литография - это процесс, используемый в электронной промышленности для выборочного удаления частей тонкой пленки. Он использует рентгеновские лучи для передачи геометрического рисунка с маски на светочувствительный химический фоторезист или просто «сопротивляется» на подложке. Затем серия химических обработок позволяет гравировать полученный рисунок на материале под фоторезистом.

Алмазный рисунок

Простой способ вырезать или создавать узоры на поверхности наноалмазов, не повреждая их, может привести к созданию новых фотонных устройств.[нужна цитата ]

Алмазный рисунок - это метод формирования алмазного МЭМС. Это достигается литографическим нанесением алмазных пленок на такую ​​подложку, как кремний. Узоры могут быть сформированы путем избирательного осаждения через маску из диоксида кремния или путем осаждения с последующей микрообработкой или сфокусированной ионно-лучевое измельчение.[16]

Процессы травления

Существует две основные категории процессов травления: мокрое 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.[17][18]

Мокрое травление

Основная статья: Офорт (микротехнология)

Влажное химическое травление заключается в выборочном удалении материала путем погружения подложки в раствор, который ее растворяет. Химическая природа этого процесса травления обеспечивает хорошую селективность, что означает, что скорость травления материала мишени значительно выше, чем скорость травления материала маски при тщательном выборе.

Изотропное травление

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

Анизотропное травление

Некоторые монокристаллические материалы, такие как кремний, будут иметь разные скорости травления в зависимости от кристаллографической ориентации подложки. Это известно как анизотропное травление, и одним из наиболее распространенных примеров является травление кремния в КОН (гидроксид калия), при котором плоскости Si <111> травятся примерно в 100 раз медленнее, чем другие плоскости (кристаллографические ориентации ). Следовательно, травление прямоугольного отверстия в пластине (100) -Si приводит к образованию ямки травления в форме пирамиды со стенками 54,7 ° вместо отверстия с изогнутыми боковыми стенками, как при изотропном травлении.

ВЧ травление

Плавиковая кислота обычно используется как водный травитель диоксида кремния (SiO
2, также известный как BOX для SOI), обычно в 49% концентрированной форме, 5: 1, 10: 1 или 20: 1 BOE (забуференный оксидный травитель ) или BHF (Буферизованная HF). Впервые они были использованы в средневековье для травления стекла. Он использовался в производстве ИС для формирования рисунка оксида затвора до тех пор, пока этап процесса не был заменен на RIE.

Плавиковая кислота считается одной из наиболее опасных кислот в мире. чистая комната. При контакте проникает через кожу и проникает прямо в кости. Поэтому ущерб не ощущается, пока не станет слишком поздно.

Электрохимическое травление

Электрохимическое травление (ECE) для селективного удаления примесей кремния является распространенным методом автоматизации и выборочного контроля травления. Активный п-п диод требуется соединение, и любой тип легирующей добавки может быть устойчивым к травлению ("травостойким") материалом. Бор - наиболее распространенная легирующая добавка, останавливающая травление. В сочетании с влажным анизотропным травлением, как описано выше, ECE успешно используется для управления толщиной кремниевой диафрагмы в коммерческих пьезорезистивных кремниевых датчиках давления. Селективно легированные области могут быть созданы путем имплантации, диффузии или эпитаксиального осаждения кремния.

Сухое травление

Основная статья: Сухое травление
Паровое травление
Ксенон дифторид

Ксенон дифторид (XeF
2) представляет собой сухое парофазное изотропное травление кремния, первоначально примененное для МЭМС в 1995 году в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.[19][20] В основном используется для снятия металлических и диэлектрических структур за счет подрезки кремния, XeF
2 имеет преимущество прикол -свободное высвобождение в отличие от влажных травителей. Его селективность травления кремния очень высока, что позволяет работать с фоторезистом, SiO
2, нитрид кремния и различные металлы для маскировки. Его реакция на кремний "беспламенна", носит чисто химический и спонтанный характер и часто работает в импульсном режиме. Имеются модели травления,[21] и университетские лаборатории и различные коммерческие инструменты предлагают решения, использующие этот подход.

Плазменное травление

Современные процессы СБИС исключают влажное травление и используют плазменное травление вместо. Плазменные травители могут работать в нескольких режимах, регулируя параметры плазмы. Обычное плазменное травление работает от 0,1 до 5 Торр. (Эта единица давления, обычно используемая в вакуумной технике, равна приблизительно 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, то есть показывать скорость бокового выреза на поверхности с рисунком примерно такую ​​же, как его скорость травления вниз, или может быть анизотропным, то есть показывать меньшую скорость бокового выреза, чем скорость травления вниз. Такая анизотропия максимальна при глубоком реактивном ионном травлении. Использование термина анизотропия для плазменного травления не следует путать с использованием того же термина, когда речь идет о травлении, зависимом от ориентации.

Исходный газ для 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 измельчение, 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, которые приближаются к пластине приблизительно с одного направления, этот процесс сильно анизотропен. С другой стороны, он имеет тенденцию к плохой селективности. Реактивное ионное травление (РИЭ) работает в условиях, промежуточных между распылением и плазменным травлением (от 10–3 до 10–1 Торр). Глубокое реактивно-ионное травление (DRIE) изменяет технику RIE для создания глубоких узких деталей.

Распыление
Основная статья: Распыление
Реактивное ионное травление (РИЭ)
Основная статья: Реактивное ионное травление

При реактивном ионном травлении (РИЭ) подложка помещается внутри реактора и вводится несколько газов. Плазма поражается газовой смесью с помощью высокочастотного источника энергии, который разбивает молекулы газа на ионы. Ионы ускоряются по направлению к поверхности протравливаемого материала и реагируют с ней, образуя другой газообразный материал. Это известно как химическая часть реактивного ионного травления. Есть также физическая часть, которая похожа на процесс напыления. Если ионы обладают достаточно высокой энергией, они могут выбивать атомы из материала, подлежащего травлению, без химической реакции. Разработка процессов сухого травления, которые уравновешивают 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, комбинация может образовывать боковые стенки, которые имеют форму от закругленной до вертикальной.

Основная статья: Глубокое реактивное ионное травление

Deep RIE (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 Bosch»,[22] назван в честь немецкой компании Robert Bosch, которая подала оригинальный патент, согласно которому в реакторе чередуются два разных газовых состава. В настоящее время существует два варианта DRIE. Первый вариант состоит из трех отдельных этапов (оригинальный процесс Bosch), а второй вариант состоит только из двух этапов.

В первом варианте цикл травления выглядит следующим образом:

(я) SF
6 изотропное травление;
(ii) C
4F
8 пассивация;
(iii) SF
6 анизоптропный травитель для мытья полов.

Во 2-м варианте этапы (i) и (iii) объединены.

Оба варианта работают аналогично. В C
4F
8 создает полимер на поверхности подложки, а второй газовый состав (SF
6 и О
2) протравливает подложку. Полимер немедленно разбрызгивается 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 может быть достигнуто соотношение сторон травления от 50 к 1. Этот процесс можно легко использовать для полного протравливания кремниевой подложки, а скорость травления в 3–6 раз выше, чем при влажном травлении.

Подготовка штампа

После подготовки большого количества устройств MEMS на кремниевая пластина, индивидуальный умирает должны быть отделены, что называется подготовка к штампу в полупроводниковой технике. Для некоторых приложений разделению предшествует шлифовка вафель чтобы уменьшить толщину пластины. Нарезка вафель затем может выполняться либо распиловкой с использованием охлаждающей жидкости, либо сухим лазерным процессом, называемым хитрость.

Технологии производства МЭМС

Объемная микрообработка

Основная статья: Объемная микрообработка

Массовая микрообработка - старейшая парадигма МЭМС на основе кремния. Вся толщина кремниевой пластины используется для построения микромеханических структур.[18] Кремний обрабатывается с использованием различных процессы травления. Анодное соединение стеклянных пластин или дополнительных кремниевых пластин используется для добавления функций в третьем измерении и для герметичного заключения. Массовая микрообработка играет важную роль в обеспечении высокой производительности датчики давления и акселерометры это изменило индустрию сенсоров в 1980-х и 90-х годах.

Микрообработка поверхности

Основная статья: Микрообработка поверхности

При поверхностной микрообработке в качестве конструкционных материалов используются слои, нанесенные на поверхность подложки, а не сама подложка.[23] Микрообработка поверхности была создана в конце 1980-х годов для того, чтобы сделать микромеханическую обработку кремния более совместимой с технологией планарных интегральных схем, с целью объединения МЭМС и интегральные схемы на той же кремниевой пластине. Первоначальная концепция поверхностной микрообработки была основана на тонких слоях поликристаллического кремния, сформированных в виде подвижных механических структур и высвобожденных путем протравливания нижележащего оксидного слоя. Встречно-штыревые гребенчатые электроды использовались для создания сил в плоскости и емкостного обнаружения движения в плоскости. Эта парадигма MEMS позволила производить недорогие акселерометры например, для автомобильные системы надувных подушек безопасности и другие приложения, в которых достаточно низкой производительности и / или высоких значений перегрузки. Аналоговые устройства является пионером индустриализации поверхностной микрообработки и реализовал совместную интеграцию МЭМС и интегральных схем.

Термическое окисление

Основная статья: Термическое окисление

Чтобы контролировать размер микро- и наноразмерных компонентов, часто применяют так называемые процессы без травления. Этот подход к производству МЭМС в основном основан на окислении кремния, как описано в Модель Дил-Гроув. Процессы термического окисления используются для производства разнообразных кремниевых структур с очень точным контролем размеров. Устройства, включая оптические частотные гребенки,[24] и кремниевые датчики давления MEMS,[25] были произведены с использованием процессов термического окисления для точной настройки кремниевых структур в одном или двух измерениях. Термическое окисление имеет особое значение при производстве кремниевые нанопроволоки, которые широко используются в системах MEMS как механические, так и электрические компоненты.

Микрообработка кремния с высоким соотношением сторон (HAR)

Микрообработка как объемного, так и поверхностного кремния используется в 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 хорошие характеристики, характерные для объемная микрообработка с гребенчатой ​​конструкцией и работой в плоскости, типичной для поверхностная микрообработка. В то время как при микрообработке поверхности обычно имеет толщину структурного слоя в диапазоне 2 мкм, при микрообработке кремния HAR толщина может составлять от 10 до 100 мкм. Материалы, обычно используемые при микрообработке кремния HAR, представляют собой толстый поликристаллический кремний, известный как эпиполи, и связанные пластины кремний-на-изоляторе (SOI), хотя также были созданы процессы для объемных кремниевых пластин (SCREAM). Склеивание второй пластины путем склеивания стеклянной фриттой, анодного скрепления или скрепления сплавом используется для защиты МЭМС-структур. Интегральные схемы обычно не комбинируются с кремниевой микрообработкой HAR.

Микросхема микромеханических систем, иногда называемая "лаборатория на чипе "

Приложения

А Инструменты Техаса Микросхема DMD для кинопроекций
Измерение механических свойств золотой полосы (ширина ~ 1 мкм) с помощью МЭМС внутри просвечивающий электронный микроскоп.[26]

Некоторые распространенные коммерческие приложения MEMS включают:

Структура отрасли

Согласно отчету Global MEMS / Microsystems Markets and Opportunities, глобальный рынок микроэлектромеханических систем, который включает в себя такие продукты, как автомобильные системы подушек безопасности, системы отображения и струйные картриджи, в 2006 году составил 40 миллиардов долларов. ПОЛУ и Yole Development, и, по прогнозам, к 2011 году она достигнет 72 миллиардов долларов.[35]

Компании с сильными программами MEMS бывают самых разных размеров. Более крупные фирмы специализируются на производстве недорогих компонентов или комплексных решений в больших объемах для конечных рынков, таких как автомобили, биомедицина и электроника. Небольшие фирмы ценят инновационные решения и покрывают расходы на изготовление на заказ с высокой прибылью от продаж. И крупные, и мелкие компании обычно инвестируют в НИОКР изучить новую технологию MEMS.

Мировой рынок материалов и оборудования, используемых для производства устройств MEMS, в 2006 году превысил 1 миллиард долларов. Спрос на материалы определяется субстратами, составляющими более 70 процентов рынка, покрытиями для упаковки и все более широким использованием химико-механической планаризации (CMP). В то время как в производстве МЭМС по-прежнему доминирует бывшее в употреблении полупроводниковое оборудование, наблюдается переход на линии диаметром 200 мм и выбор новых инструментов, включая травление и соединение для определенных приложений МЭМС.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Габриэль К., Джарвис Дж, Триммер В. (1988). Маленькие машины, большие возможности: отчет о новой области микродинамики: отчет семинара по исследованию микроэлектромеханических систем. Национальный фонд науки (спонсор). AT&T Bell Laboratories.
  2. ^ Waldner JB (2008). Нанокомпьютеры и Swarm Intelligence. Лондон: ISTE Джон Уайли и сыновья. п. 205. ISBN  9781848210097.
  3. ^ Энджелл Дж. Б., Терри С. К., Барт П. В. (1983). «Кремниевые микромеханические устройства». Sci. Являюсь. 248 (4): 44–55. Bibcode:1983SciAm.248d..44A. Дои:10.1038 / scientificamerican0483-44.
  4. ^ Рай-Чоудхури, П. (2000). Технология и приложения MEMS и MOEMS. SPIE Пресс. стр. ix, 3. ISBN  9780819437167.
  5. ^ Натансон ХК, Викстрем Р.А. (1965). "Кремниевый поверхностный транзистор с резонансным затвором и высокой добротностью полосы пропускания". Appl. Phys. Lett. 7 (4): 84–86. Bibcode:1965АпФЛ ... 7 ... 84Н. Дои:10.1063/1.1754323.
  6. ^ Патент США 3614677A, Wilfinger RJ, "Электромеханический монолитный резонатор", выпущенный в октябре 1971 года, передан International Business Machines Corp. 
  7. ^ Уилфингер Р.Дж., Барделл PH, Чхабра Д.С. (1968). «Резонистор: частотно-селективное устройство, использующее механический резонанс кремниевой подложки». IBM J. Res. Dev. 12 (1): 113–8. Дои:10.1147 / rd.121.0113.
  8. ^ Бергвельд, Пит (Октябрь 1985 г.). «Влияние датчиков на основе MOSFET» (PDF). Датчики и исполнительные механизмы. 8 (2): 109–127. Bibcode:1985SeAc .... 8..109B. Дои:10.1016/0250-6874(85)87009-8. ISSN  0250-6874.
  9. ^ Beliveau, A .; Spencer, G.T .; Thomas, K.A .; Роберсон, С. (1999-12-01). «Оценка емкостных акселерометров MEMS». Дизайн и тестирование компьютеров IEEE. 16 (4): 48–56. Дои:10.1109/54.808209.
  10. ^ «Введение в МЭМС и ВЧ-МЭМС: от первых дней микросистем до современных пассивных ВЧ-МЭМС». iop.org. 2017-11-01. Получено 2019-08-06.
  11. ^ «Технология MEMS преобразует матрицы переключателей высокой плотности». оценкаengineering.com. 2019-06-24. Получено 2019-08-06.
  12. ^ Годсси Р., Лин П. (2011). Справочник по материалам и процессам МЭМС. Берлин: Springer. ISBN  9780387473161.
  13. ^ а б М. Биркхольц; К.-Э. Эвальд; Т. Басмер; и другие. (2013). «Измерение концентрации глюкозы на частотах ГГц с помощью полностью встроенной биомикро-электромеханической системы (BioMEMS)». J. Appl. Phys. 113 (24): 244904–244904–8. Bibcode:2013JAP ... 113x4904B. Дои:10.1063/1.4811351. ЧВК  3977869. PMID  25332510.
  14. ^ Польстер Т, Хоффманн М (2009). «3D, пьезоэлектрические, тактильные датчики на основе нитрида алюминия». Химия процедур. 1 (1): 144–7. Дои:10.1016 / j.proche.2009.07.036.
  15. ^ МакКорд М.А., Грачи М.Дж. (1997). «Электронно-лучевая литография». В Чоудхури PR (ред.). Справочник SPIE по микролитографии, микрообработке и микротехнологии. 1. Лондон: SPIE. Дои:10.1117 / 3.2265070.ch2. ISBN  9780819497864.
  16. ^ Маду MJ (2011). От МЭМС к био-МЭМС и био-НЭМС: производственные методы и приложения. Основы микротехнологии и нанотехнологий. 3. Бока-Ратон: CRC Press. п. 252. ISBN  9781439895245.
  17. ^ Уильямс К. Р., Мюллер Р. С. (1996). «Скорости травления при микрообработке» (PDF). Журнал микроэлектромеханических систем. 5 (4): 256–269. CiteSeerX  10.1.1.120.3130. Дои:10.1109/84.546406.
  18. ^ а б Ковач Г.Т., Малуф Н.И., Петерсен К.Е. (1998). «Объемная микрообработка кремния» (PDF). Proc. IEEE. 86 (8): 1536–1551. Дои:10.1109/5.704259. Архивировано из оригинал (PDF) 27 октября 2017 г.
  19. ^ Чанг Ф.И., Йе Р., Лин Джи и др. (1995). «Газофазная микрообработка кремния дифторидом ксенона». В Бейли В., Мотамеди М.Э., Ло Ф. (ред.). Микроэлектронные структуры и микроэлектромеханические устройства для оптической обработки и мультимедийных приложений. 2641. Остин, Техас: SPIE. п. 117. Дои:10.1117/12.220933. S2CID  39522253.
  20. ^ Чанг, Флой И-Юнг (1995). Травление кремния дифторидом ксенона для МЭМС (РС.). Лос-Анджелес: Калифорнийский университет. OCLC  34531873.
  21. ^ Brazzle JD, Dokmeci MR, Mastrangelo CH (2004). «Моделирование и характеристика протравливания протравленного поликремния с использованием парофазного дифторида ксенона». 17-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам. Маастрихтский технический дайджест MEMS 2004. IEEE. С. 737–740. Дои:10.1109 / MEMS.2004.1290690. ISBN  9780780382657. S2CID  40417914.
  22. ^ Лаэрмер Ф, Урбан А (2005). «Вехи в области глубокого реактивного ионного травления». 13-я Международная конференция по твердотельным датчикам, исполнительным элементам и микросистемам, 2005 г. Сборник технических статей. ДАТЧИКИ '05. 2. IEEE. С. 1118–1121. Дои:10.1109 / ДАТЧИК.2005.1497272. ISBN  9780780389946. S2CID  28068644.
  23. ^ Бустилло Дж. М., Хау Р. Т., Мюллер Р. С. (1998). «Микрообработка поверхности для микроэлектромеханических систем» (PDF). Proc. IEEE. 86 (8): 1552–1574. CiteSeerX  10.1.1.120.4059. Дои:10.1109/5.704260.
  24. ^ Генерация частотных гребенок среднего инфракрасного диапазона на кремниевых кристаллах Природа, 2015.
  25. ^ Сингх, Кулвант; Джойс, Робин; Варгезе, Сони; Ахтар, Дж. (2015). "Изготовление электронно-лучевого физического датчика давления из поликремния из паровой фазы. Датчики и исполнительные механизмы A: физические. 223: 151–158. Дои:10.1016 / j.sna.2014.12.033.
  26. ^ Хоссейан Э., Пьерон О.Н. (2013). «Количественные испытания на усталость при растяжении на месте с помощью ПЭМ на нанокристаллических металлических ультратонких пленках». Наномасштаб. 5 (24): 12532–41. Bibcode:2013Nanos ... 512532H. Дои:10.1039 / C3NR04035F. PMID  24173603. S2CID  17970529.
  27. ^ Acar C, Шкель AM (2008). Вибрационные гироскопы с МЭМС: структурные подходы к повышению надежности. Springer Science. п. 111. ISBN  9780387095363.
  28. ^ Джонсон RC (2007). «MEMS - это нечто большее, чем iPhone». EE Times. Получено 14 июн 2019.
  29. ^ Кларк П. (2016). «Появляется рынок смарт-микрофонов MEMS». EE News Аналог. Получено 14 июн 2019.
  30. ^ "DS3231m RTC" (PDF). DS3231m RTC Лист данных. Maxim Inc. 2015. Получено 26 марта 2019.
  31. ^ Луизос Л.А., Афанасопулос П.Г., Варти К. (2012). «Микроэлектромеханические системы и нанотехнологии. Платформа для следующей технологической эры». Васк. Эндоваск. Surg. 46 (8): 605–609. Дои:10.1177/1538574412462637. PMID  23047818. S2CID  27563384.
  32. ^ Хаджати А., Ким С.Г. (2011). «Сбор пьезоэлектрической энергии со сверхшироким диапазоном частот». Appl. Phys. Lett. 99 (8): 083105. Bibcode:2011АпФЛ..99х3105Х. Дои:10.1063/1.3629551. HDL:1721.1/75264.
  33. ^ Хаджати А. (2012). «Трехмерная микроэлектромеханическая система пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь». Appl. Phys. Lett. 101 (25): 253101. Bibcode:2012АпФЛ.101г3101Н. Дои:10.1063/1.4772469. S2CID  46718269.
  34. ^ Хаджати А. (2013). «Монолитные ультразвуковые интегральные схемы на основе микромашинных полуэллипсоидных пьезоэлектрических куполов». Appl. Phys. Lett. 103 (20): 202906. Bibcode:2013АпФЛ.103т2906H. Дои:10.1063/1.4831988.
  35. ^ «По прогнозам, к 2011 году мировой рынок систем MEMS достигнет 72 миллиардов долларов». AZoNano. 2007. Получено 5 октября 2015.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка