Capitolul 1-Dispozitive microelecromecanice
Transcript of Capitolul 1-Dispozitive microelecromecanice
CAPITOLUL 1
SISTEMELE MICROELECTROMECANICE
Sistemele microelectromecanice (Microelectromechanical Systems – prescurtat
MEMS) se referă la dispozitivele care au o lungime caracteristică mai mică de 1 mm dar
mai mare de 1 micron, ce combină componente electrice şi mecanice şi sunt fabricate
folosind tehnologia de prelucrare în serie a circuitelor integrate. Tehnicile curente de
fabricare ale MEMS includ microprelucrare la suprafaţa a siliciului (surface
micromachining), microprelucrarea siliciului în volum („bulk micromachining”), litografie,
electrodepunere, prelucrare prin descărcări electrice. Domeniul multidisciplinar a fost
martor la o creştere explozivă în timpul ultimei decade iar tehnologia progresează la o rată
ce o depăşeşte pe cea a înţelegerii fenomenelor fizice implicate. Actuatori electrostatici,
magnetici, electromagnetici, pneumatici şi termici, motoare, vane, mecanisme cu roţi
dinţate, diafragme şi foarfece cu dimensiuni sub 100 de microni au fost deja fabricate.
Acestea au fost folosite ca senzori pentru presiune, temperatură, debit, viteză, sunet şi
compoziţii chimice, ca şi actuatori pentru mişcări liniare şi unghiulare sau ca simple
componente pentru sisteme complexe cum ar fi roboţi, laborator-pe-un-cip (lab-on-a-chip),
micromotoare de caldură şi micropompe de caldură. Laboratorul-pe-un-cip, în particular,
promite să automatizeze biologia şi chimia în aceeaşi măsură în care circuitul integrat a
permis automatizarea la scară largă a tehnicii de calcul.
1.1. Introducere în microprelucrarea de suprafaţă
Microprelucrarea în volum („bulk micromachining”) înseamnă gravarea
caracteristicilor în trei dimensiuni în volumul materialelor cristaline si necristaline. În
contrast caracteristicile microprelucrate la suprafaţă sunt construite, strat cu strat, pe
suprafaţa unui substrat (ex. foiţa de siliciu). Gravarea uscată defineşte caracteristicile
suprafeţei în planul x, y, iar cea umedă le separă de plan prin subtăiere. În microprelucrarea
suprafeţelor, formele din planul x, y nu sunt restricţionate de cristalografia substratului.
Pentru ilustrare, în Figura 1.1.1., se compară un senzor de presiune absolută realizat din
polisiliciu prin microprelucrarea suprafeţei cu unul microprelucrat în volum dintr-un singur
Pagina 3
cristal de siliciu. Ceea ce nu este reflectat în figură este faptul că dispozitivele
microprelucrate la suprafaţă ajung să fie mult mai mici decât replicile acestora
microprelucrate în volum. Natura proceselor de depunere implicate determină înalţimea
maximă a structurilor microprelucrate la suprafaţă (Hal Jerman, de la EG&G’s IC Sensors,
le-a denumit structuri 2.5 D)1. Ca şi exemplu, peliculele din siliciu policristalin (poli-Si)
realizate prin depunere de vapori chimici la joasă presiune (LPCVD) au în general o
înalţime de caţiva microni (z mic), faţă de microprelucrarea în volum umedă unde doar
grosimea foiţei limitează înalţimea structurii.
Figura 1.1.1.: Comparaţie între microprelucrarea în volum şi cea la suprafaţa a unui senzor de presiune absolută echipat cu elemente piezorezistive. Sus: Microprelucrarea în volum a unui singur
cristal de Si. Jos: Microprelucrarea la suprafaţă cu poli-Si.
Un z mic (înalţime) poate fi un neajuns pentru anumiţi senzori. De exemplu, ar fi
dificilă realizarea unei mase inerţiale mari pentru un accelerometru din plăcuţe de poli-Si
subţiri (un accelerometru comercial microprelucrat la suprafaţă, ADXL05, are o masă
1 Hal Jerman, “Bulk silicon Micromachining”, 1994, copia prezentării facută în Banff, Canada.
Pagina 4
inerţială de doar 0,3 grame). Nu doar ar trebui controlaţi foarte precis majoritatea
parametrilor în procesul LPCVD al polisiliciului cât şi, ulterior, călirea la temperaturi
înalte (de exemplu în jurul a 580°C) este necesară pentru transformarea siliciului amorf
depus în polisiliciu – materialul structural principal în microprelucrarea la suprafaţă. Chiar
şi cu un control al procesului cel mai bun cu putinţă, poli-Si are câteva dezavantaje ca
material faţă de Si monocristalin, printre care o mai mică piezorezistivitate2. O
caracteristică importantă a poli-Si este aceea că proprietăţile de material, cu toate că sunt
oarecum inferioare faţă de cele ale Si monocristalin, sunt cu mult superioare celor ale
peliculelor metalice, şi cea mai importantă este aceea că sunt izotrope. Incertitudinile
dimensionale pot fi mult mai importante decât problemele de material. Deşi toleranţele
dimensionale absolute obţinute prin litografie pot fi submicronice, toleranţele relative sunt
slabe, undeva la 1% pe o lungime de 100 µm a structurii. Situaţia devine şi mai critică
odată cu micşorarea dimensiunilor structurii. Cu toate că controlul dimensional relativ în
domeniul micronilor nu este specific microprelucrării la suprafaţă, nu există o
cristalografie pe care se poate baza un control dimensional îmbunătăţit ca în cazul
microprelucrării în volum umede. Mai mult, odată ce componentele mecanice în
microprelucrarea la suprafaţă tind să fie mai mici, sunt necesare mai multe ajustări post-
fabricare ale structurilor pentru obţinerea unor caracteristici reproductibile. În final,
procesul umed de eliberare a elementelor structurale de substrat tind să producă alipirea
structurilor suspendate de substrat, sau curbarea acestora, introducând astfel un alt
dezavantaj al microprelucrării la suprafaţă. Câteva din problemele enumerate mai sus
asociate microprelucrării la suprafaţă au fost rezolvate prin modificări ale procesului de
fabricaţie şi/sau proiectare alternativă, tehnica câştigând rapid interes comercial, în special
datorită faptului că este cel mai compatibil proces de microprelucrare cu procesul de
fabricare al circuitelor integrate dezvoltat până la ora actuală. Mai mult, în ultimii 10-15
ani, procese precum siliciu pe izolator (în special ceramica) (SOI)3, poli-Si articulat
(hinged)4, poli-Si turnat în matriţe de tip Keller la scară milimetrică5, poli-Si gros (10 µm şi
2 Berre, M.L., Kleinmann, P., Semmache, B., Barbier, D. şi Pinard, P. “Electrical and Piezoresistive Characterization of Boron-Doped LPCVD Polycrystalline Silicon under Rapid Thermal Annealing.”, 1996, Sensors and Actuators A-Physical 54, pag. 700–703.3 Diem, B., Delaye, M.T.,Michel, F., Renard, S., şi Delapierre, G., “SOI(SIMOX) as a Substrate for Surface Micromachining of Single Crystalline Silicon Sensors and Actuators”, 1993, in 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’93), Yokohama, pag. 233–36.4 Pister, K.S.J., “Hinged Polysilicon Structures with Integrated CMOS TFTs”, 1992, in Technical Digest: Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC, pag. 136–39.5 Keller, C., si Ferrari, M., “Milli-Scale Polysilicon Structures”, 1994, in Technical Digest: Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC, pag. 132–37.
Pagina 5
peste)6, tehnologia MEMS Sandia Ultraplanara Multistrat (Sandia’s Ultra-Planar Multi-
level MEMS Technology - SUMMIT)7 şi procesele LIGA precum şi cele asemănătoare
procesului LIGA au îmbogăţit arsenalul microprelucrării suprafeţei.
Structurile de siliciu cristalin, pot fi obţinute în gama fracţiunilor microni până la
100 µm prin microprelucrarea suprafeţei epi-siliciului sau aderarea stratului de siliciu prin
fuziune la foiţele SOI8. Elementele structurale făcute din aceste straturi de siliciu
monocristaline se concretizează în senzori cu o mai bună reproductibiliate şi fiabilitate.
Microprelucrarea SOI sau epi combină cele mai bune caracteristici ale microprelucrării
suprafeţei (ex. compatibilitate IC) cu cele mai bune ale microprelucrării în volum (calităţi
superioare ale siliciului monocristalin). Mai mult, microprelucrarea suprafeţei de tip SOI în
mod frecvent implică mai puţini paşi în procesul de creare şi oferă un control înbunătăţit
asupra grosimii blocurilor cruciale. Dată fiind reproductibilitatea scăzută ale proprietăţilor
mecanice şi în general caracteristicilor electronice slabe ale peliculelor de polisiliciu,
prelucrarea SOI poate surclasa tehnologia poli-Si pentru fabricarea dispozitivelor
performante.
Fabricarea structurilor din poli-Si planare pentru asamblarea pe verticală prin
rotaţie mecanică în jurul articulaţiilor microprelucrate cresc în mod dramatic proiectelor
fezabile cu polisiliciu4.
Keller, acum lucrând la MEMS Precision Instruments9, a introdus o combinaţie
între procesele de modelare de microprelucrarea la suprafaţă şi LIGA5 în procesul HEXSIL
(HEXagonal honeycomb polySILicon), o tehnologie ce permite crearea de structuri
tridimensionale înalte fără asamblare post-eliberare. Folosind procesele CVD, în general
doar peliculele subţiri (2 până la 5 µm) pot fi depuse pe suprafeţe plane dar cu această
metodă, structurile înalte asociate în mod normal procesului LIGA pot fi deasemenea
fabricate folosind procesul CVD pe polisiliciu.
Aplicând procedeul clasic LPCVD pentru obţinerea depunerii de poli-Si este un
proces lent. De exemplu, un strat de 10µm în mod normal necesită un timp de depunere de
6 Lange, P., Kirsten, M., Riethmuller, W., Wenk, B., Zwicker, G., Morante, J.R., Ericson, F., si Schweitz, J.-Å. “Thick Polycrystalline Silicon for Surface Micromechanical Applications: Deposition, Structuring, and Mechanical Characterization”, 1995, in 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’95), Stockholm, pag. 202–5.7 http:// mems.sandia.gov/scripts/index.asp8 Noworolski, J.M., Klaassen, E., Logan, J., Petersen, K., si Maluf, N., “Fabrication of SOI Wafers with Buried Cavities Using Silicon Fusion Bonding and Electrochemical Etchback”, 1995, in 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’95), Stockholm, pag. 71–74.4
9 http://www.memspi.com5
Pagina 6
10 ore. În consecinţă, majoritatea structurilor microprelucrate sau bazate pe grosimi ale
stratului de 2 până la 5 µm. Bazat pe chimia diclorosilanului (SiH2Cl2), Lange s.a. (1995)
au dezvoltat un proces CVD cu viteze de depunere de până la 0.55µm/min at 1000°C.
Procesul deţine timpi de depunere acceptabili pentru grosimi în gama de 10 µm. Peliculele
de poli-Si tip coloană sunt depuse pe straturi de sacrificiu din SiO2 şi prezintă tensiuni
interne joase, fiind potrivite pentru microprelucrarea la suprafaţă.
Straturile groase de poliamidă şi alţi compuşi translucizi la razele UV sunt în curs
de cercetare ca noi materiale folosite în procesul microprelucrării la suprafaţă. Datorită
transparenţei acestor materiale la expunerea luminii UV (ultravioletă), pot fi transformate
în structuri înalte prin procese LIGA. Deasemenea pot fi electroplacate şi micromodelate în
orice formă geometrică.
1.2. Istoric
Primul exemplu al microprelucrării suprafeţei pentru o aplicaţie electromecanică
consistă dintr-un fascicol grindă metalică subcorodată pentru un tranzistor rezonant
construită de Nathanson în 1967 (Figura 1.2.1.)10.
Figura 1.2.1.: Grindă oscilantă în tehnologie MEMS
Până în 1970, o primă idee de construcţie a unui micromotor metalic acţionat
magnetic a luat naştere11. Datoriă oboselii materialului, metalele nu se pot utiliza în mod
10 Nathanson, H.C., Newell,W.E.,Wickstrom, R.A., si Davis, J.R., “The Resonant Gate Transistor”, 1967, IEEE Trans. Electron Devices ED-14, pag. 117–33.11 Dutta, B., “Integrated Micromotor Concepts”, 1970, in Int. Conf. on Microelectronic Circuits and Systems Theory, Sydney, pag. 36–37.
Pagina 7
obişnuit ca şi componente mecanice. Metoda microprelucrării suprafeţei, aşa cum o ştim
astăzi, a fost demonstrată pentru prima oară de Howe şi Muller la începutul anilor 80 şi se
baza pe polisiliciu ca material de structură12. Aceşti pionieri împreună cu Guckel (1985), au
produs structuri de sine stătătoare din poli-Si cu ajutorul tehnicii LPCVD prin îndepărtarea
straturilor de oxizi pe care se formau structurile de polisiliciu.
Primul dispozitiv al lui Howe a constat dintr-un rezonator proiectat pentru a
măsura schimbarea unei mase sub absorbţia substanţelor chimice din aerul înconjurator.
Totuşi, acest senzor de gaz nu reprezintă o aplicaţie bună pentru o structură electrostatică
microprelucrată la suprafaţă, deoarece umiditatea şi praful înfundau microfantele
senzorului neîncapsulat, într-un timp foarte scurt. Mai târziu, structuri mecanice, în special
cele închise ermetic, au dovedit că tehnologia circuitelor integrate poate fi extinsă către
sistemele electromecanice13. În aceste structuri, direcţia z (înălţimea) este limitată la mai
puţin de 10 µm, de unde şi numele de microprelucrarea suprafeţei.
Primele studii cu privire la posibilele aplicaţii ale suprafeţelor microprelucrate din
polisiliciu au fost prezentate de Gabriel ş.a. în 1989. Componente mecanice şi optice
mobile, realizate la microscală, cum ar fi îmbinări punctuale, arcuri, roţi dinţate, bielete de
angrenare, mecanisme culisante şi multe altele au fost create în laborator14. Pentru o
perioadă, la începutul anilor 90, se părea că fiecare grup de cercetare în MEMS din Statele
Unite încerca să realizeze micromotoare microprelucrate la suprafaţă. Chiar dacă
micromotoarele nu au o utilitate practică, acestea au motivat comunitatea de cercetători de
a explora cu ardoare miniaturizarea unei varietăţi largi de senzori mecanici şi actuatori. În
1991, Analog Devices, în Norwood, Massachusetts, a anunţat primul produs comercial
bazat pe microprelucrarea suprafeţei, în speţă senzorul ADXL-50, un accelerometru de 50
g pentru activarea exploziei air-bag-urilor15. Până în anul 2001, Analog Devices construia 2
milioane de accelerometre microprelucrate la suprafaţă pe lună (la un preţ de 4$ pe
dispozitiv la achiziţionarea în volum). Un al doilea succes comercial pentru
microprelucrarea la suprafaţă s-a bazat pe dispozitivul digital microoglindă de la Texas
Instruments (Digital Micromirror Device™ sau DMD). Această oglindă mobilă din
12 Howe, R.T., si Muller, R.S., “Polycrystalline Silicon Micromechanical Beams”, 1982, in Spring Meeting of the Electrochemical Society, Montreal, pag. 184–85.13 Howe, R.T., “Recent Advances in Surface Micromachining”, 1995, in Technical Digest: 13th Sensor Symposium, Tokyo, pag. 1–8.14 Muller, R.S., “From ICs to Microstructures: Materials and Technologies”, 1987, in Proceedings: IEEE Micro Robots and Teleoperators Workshop, Hyannis, MA, pag. 2/1–5.; Fan, L.-S., Tai, Y.C., si Muller, R.S., “Pin Joints, Gears, Springs, Cranks, and Other Novel Micromechanical Structures”, 1987, in 4th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’87), Tokyo, pag. 849–52.15 “Analog Devices Combine Micromachining with BICMOS”, 1991, Semicond. Int. 14, pag. 17.
Pagina 8
aluminiu, microprelucrată, este un comutator digital ce controlează precis o sursă de
lumină pentru videoproiectoare şi retroproiectoare16. Acceptul comercial al acestei aplicaţii
a confimat rămânearea pe piaţa de desfacere a dispozitivelor microprelucrate la suprafaţă.
Microprelucrarea la suprafaţă este un proces de fabricaţie folosit de către companii
prestigioase, cum ar fi: Cronos, Research Triangle Park (acum parte integrantă a companiei
JDS Uniphase Company), North Carolina şi Robert Bosch, Stuttgart, Germania.
1.3. Procese de microprelucrare la suprafaţă
1.3.1. Secvenţa de bază a procesului
O secvenţă din procesul de microprelucrare la suprafaţă pentru crearea unei punţi
de sine stătătoare din polisiliciu este arătată în Figura 1.3.1.1.17. Un strat de sacrificiu,
desemenea denumit strat de spaţiere sau bază, este depus pe un substrat de siliciu acoperit
cu un strat dielectric ca strat de izolare/tampon, Figura 1.3.1.1.(A). Sticla cu fosfosilicaţi
(PSG: Phosphosilicate Glass) depusă prin tehnica LPCVD, este folosită ca cel mai bun
material pentru stratul de sacrificiu deoarece se corodează mai repede în acid fluoric decât
SiO2. Pentru a obţine o rată uniformă de corodare, peliculei PSG trebuie să i se mărească
densitatea prin încălzirea peliculei la temperaturi între 950-1100°C într-un cuptor. Cu o
primă mască aplicată, baza arată că în Figura 1.3.1.1.(B). Se crează ferestre în stratul de
sacrificiu, apoi se depune pelicula microstructurală subţire (alcătuită din polisiliciu, metal-
aliaj sau un material dielectric) ca în Figura 1.3.1.1.(C). Prin recoacere în cuptor, în cazul
polisiliciului la o temperatură de 1050°C în azot pentru o oră, se reduce stresul intern şi
creşterea în grosime a stratului. Cu o a doua mască, stratul microstructural este modelat de
obicei prin corodare uscată în plasma de CF4 _ O2 sau CF3Cl _ Cl2, Figura 1.3.1.1.(D)18.
La final, o corodare umedă selectivă a stratului de sacrificiu, să spunem într-o soluţie de
49% HF, lasă o structură micromecanică de sine stătătoare Figura 1.3.1.1.(E). Tehnica de
microprelucrare a suprafeţei se aplică combinaţiilor de pelicule subţiri şi dimensiunilor
laterale, unde stratul de sacrificiu poate fi corodat fără o corodare semnificativă sau un atac
chimic asupra microstructurii, dielectricului sau a substratului. În mod tipic, o stivă pentru
16 Hornbeck, L.J., “Projection Displays and MEMS: Timely Convergence for a Bright Future”, 1995, in Micromachining and Microfabrication Process Technology (Proceedings of the SPIE), Austin, pag. 2.17 Howe, R.T., si Muller, R.S., “Polycrystalline Silicon Micromechanical Beams”, 1983, J. Electrochem. Soc. 130, 1420–23.; Howe, R.T.,“Polycrystalline Silicon Microstructures”, 1985, in Micromachining and Micropackaging of Transducers, Fung, C.D., Cheung, P.W., Ko, W.H., and Fleming, D.G., eds., Elsevier, New York, pag. 169–87.18 Adams, A.C., “Dielectric and Polysilicon Film Deposition”, 1988, in VLSI Technology, Sze, S.M. ed., McGraw-Hill, New York.
Pagina 9
microprelucrarea suprafeţei poate conţine un total de patru cinci straturi de sacrificiu (dar
poate conţine şi mai multe); procesul de prelucrare a suprafeţei de polisiliciu la Sandia
SUMMIT, de exemplu, foloseşte o stivă de până la cinci straturi de polisiliciu şi cinci
straturi de oxid.
Figura 1.3.1.1.: Secvenţe ale procesului de microprelucrare a suprafeţei.(A) Depunearea stratului de spaţiere (stratul dielectric subţire de izolare nu este arătat). (B) strat de bază la care i s-a aplicat masca 1. (C) Depunerea stratului microstructurii.
(D) Strat de bază la care i se aplică masca 2. (E) Corodarea selectivă a stratului de spaţiere.
1.3.2. Fenomenul de sticţie - “Stiction”
Folosirea straturilor de sacrificiu oferă posibilitatea creării unor structuri mobile din
polisiliciu microprelucrate la suprafaţă foarte complexe. O limitare importantă creării unor
astfel de forme din polisiliciu este aceea că structurile de suprafaţă mare tind să se îndoaie
datorită gradienţilor de stres intern sau tensiunii de suprafaţă induse de lichidele captate,
lipindu-se de subtratul/stratul izolator în pasul final de clătire şi uscare, un fenomen al
sticţiei ce poate fi relaţionat cu valenţa hidrogenului sau contaminarea reziduală. În
prezent, mari eforturi sunt realizate pentru întelegerea şi prevenirea acestui fenomen.
Îndepartarea stratului de sacrificiu urmată de o lungă şi minuţioasă clătire în apă
deionizată şi uscarea sub o lampă cu infraroşii în general reprezintă ultimii paşi în secvenţa
microprelucrării la suprafaţă. Pe masură ce placuţa se usucă, tensiunea de suprafaţă a apei
de clătire trag delicat microstructura înspre substrat unde o combinaţie de forte, probabil
Pagina 10
forţe van der Waals şi valenţa hidrogenului, o menţin strâns lipită Figura 1.3.2.1.19 Odată ce
structura este ataşată substratului prin acest fenomen, forţa mecanică necesară dislocării
este de obicei destul de mare încat să distrugă structura micromecanică. Acelaşi fenomen
se presupune a fi responsabil în alipirea plăcuţelor la temperatura camerei. O lucrare de
referinţă asupra acestui fenomen o reprezintă :”Theoretical and experimental analysis of
the mechanical stability and adhesion of microstructures under capillary forces” scrisă de
Mastrangelo (1993a; 1993b)20.
Figura 1.3.2.1. Fenomenul de “stiction” în microprelucrarea suprafeţei şi efectul tensiunii de suprafaţă în structurile micromecanice. (A) Fascicol neeliberat.
(B) Fascicol eliberat înaintea uscării. (C) Fascicol eliberat atras înspre substrat datorită forţelor de capilaritate pe masură ce apa se evaporă.
Prin crearea unor amortizoare îndepartate sub placuţa de polisiliciu21 şi adaugarea
unor microstructuri sub forma de menisc la perimetrul microstructurii reprezintă mijloace
mecanice ajutatoare pentru reducerea alipirii, o altă metodă mecanică este aceea de a
consolida temporar microstructura cu substratul cu ajutorul unor legături. Aceste structuri
rigide de consolidare nu sunt afectate de forţele de tensiune la suprafaţă ale lichidului iar
legăturile sunt tăiate apoi cu un inpuls de curent de înalta intensitate imediat după
terminarea procesului potenţial distructiv (clătire si uscare). O altă metodă pentru evitarea
fenomenului de sticţie implică folosirea unor coloane suport, de sacrificiu, din polimer. O
porţiune a stratului de sacrificiu este înlocuită de un distanţier din polimeri, intreţesut
19 Core, T.A., Tsang, W.K., si Sherman, S.J., “Fabrication Technology for an Integrated Surface-Micromachined Sensor”, 1993, Solid State Technol. 36, pag. 39–47.20 Mastrangelo, C.H., si Hsu, C.H., “Mechanical Stability and Adhesion of Microstructures under Capillary Forces: Part 1. Basic Theory, ” 1993a , J. Microelectromech. Syst. 2, pag. 33–43.; Mastrangelo, C.H., si Hsu, C.H., “Mechanical Stability and Adhesion of Microstructures under Capillary Forces: Part 2. Experiments”, 1993b, J. Microelectromech. Syst. 2, pag. 44–55.21 Tang,W.C.K., Electrostatic Comb Drive for Resonant Sensor and Actuator Applications, 1990, Ph.D. thesis, University of California, Berkeley.; Fan, L.-S., “Integrated Micromachinery: Moving Structures on Silicon Chips”, 1989, Ph.D. thesis, University of California, Berkeley.
Pagina 11
imediat după corodarea parţială a oxidului de sticlă. După completarea coradării oxidului,
distanţierul din polimer impiedică fenomenul de sticţie în timpul uscării prin evaporare. La
sfârşit o plasmă din oxigen izotrop înlatură polimerul în vederea eliberării structurii22.
Ideal, în vederea unei producţii ridicate, contactul dintre elementele de structură şi
substrat ar trebuii evitate în timpul prelucrării. Într-un mediu lichid, totuşi, aceasta este
imposibilă datorită efectelor tensiunilor de suprafaţă. În consecinţă majoritatea soluţiilor
pentru problema sticţiei implică reducerea tensiunilor de suprafaţă ale soluţiei de clătire
finală prin metode fizico-chimice. Lober ş.a. (1988a)23 de exemplu, au încercat cu vapori de
acid fluoric (HF), iar Guckel ş.a. (1989, 1990)24 au folosit amestecuri apa-metanol prin
criodesicare25. Îngehatarea şi purificarera lichidului de clătire într-un mediu de joasă
presiune produc rezultate îmbunăţite..
Takeshima (1991)26 a folosit criodesicarea cu alcool t-butilic. Deoarece punctul de
înghet al acestui alcool se află la 25,6°C, este posibilă criodesicarea fără un echipament
special de răcire. Cu acestă tehnică lichidul de clătire este deplasat cu ajutorul unui alt
lichid ce poate fi antrenat într-o fază supercritică sub înaltă presiune. Această fază super
critică nu prezintă tensiuni de suprafaţă, ceea ce permite uscarea microstructurilor fără
apariţia fenomenului de sticţie. În general este folosit CO2 la 35°C şi 1100 psi
(aproximativ 75, 84 bari).
Kozlowski (1995)27 a înlocuit HF (acid floric) în paşii succesivi de prelucrare cu
monomerul divinilbenzen pentru microfabricarea unor punţi şi grinzi din polisiciu foarte
subţiri (500 nm). Monomerul a fost polimerizat sub lumina ultravioletă (UV) la
temperatura camerei şi înlaturat apoi cu plasma de oxigen. Analog Devices a aplicat o
tehnică proprie ce implică doar tehnologia de proces standard a circuitelor integrate în
22 Mastrangelo, C.H., si Saloka, G.S., “A Dry-Release Method Based on Polymer Columns for Microstructure Fabrication”, 1992, in Proceedings: IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS ’93), Fort Lauderdale, pag. 77–81.23 Lober, T.A., si Howe, R.T., “Surface Micromachining for Electrostatic Microactuator Fabrication”, 1988a, in Technical Digest: 1988 Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC.24 Guckel, H., Sniegowski, J.J., Christenson, T.R., Mohney, S., si Kelly, T.F., “Fabrication of Micromechanical Devices from Polysilicon Films with Smooth Surfaces”, 1989, Sensor. Actuator. 20, pag. 117–21.; Guckel, H., Sniegowski, J.J., Christenson, T.R., si Raissi, F., “The Application of Fine-Grained, Tensile Polysilicon to Mechanically Resonant Transducers”, 1990, Sensor. Actuator. A A21, pag. 346–51.25 Criodesicare = Uscare prin inghet.26 Takeshima, N., Gabriel, K.J., Ozaki, M., Takahashi, J., Horiguchi, H., si Fujita, H., “Electrostatic Parallelogram Actuators”, 1991, in 6th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’91), San Francisco, pag. 63–66.27 Kozlowski, F., Lindmair, N., Scheiter, T., Hierold, C., si Lang, W., “A Novel Method to Avoid Sticking of Surface Micromachined Structures”, 1995, in 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’95), Stockholm, June, pag. 220–23.
Pagina 12
fabricarea unui micro-accelometru pentru eliminarea prierderilor mari datorate
fenomenului de sticţie28.
28 Core, T.A., Tsang, W.K., si Sherman, S.J., “Fabrication Technology for an Integrated Surface- Micromachined Sensor”, 1993, Solid State Technol. 36, pag. 39–47.
Pagina 13