Công nghệ mems xu hướng hiện tại trong ngành công nghệ cảm biến đang hướng đến các công nghệ vi tiểu hóa hoặc vi hệ thống, được gọi là mst

Vi gia công là tên gọi của các kỹ thuật được sử dụng để tạo ra các cấu trúc và bộ phận chuyển động được cho các thiết bị vi kỹ thuật.. • Laser Excimer là một loại laser cực tím có thể đư

Thành viên nhóm

Bùi Đức Phú Anh 21002185 Nguyễn Hữu Thắng 21002238 Nghiêm Đức Thắng 21002237

• C ô n g

n g h ệ

M E M S

• Xu hướng hiện tại trong ngành công nghệ cảm biến đang hướng đến các công nghệ vi tiểu hóa hoặc vi hệ thống, được gọi là MST.

• Một tập hợp con trong số này là được gọi là hệ thống vi cơ điện tử hay viết tắt là MEMS.

• Một tập hợp con khác được gọi là MEOMS viết tắt của hệ thống micro-electro-optical (vi - điện- quang).

• Hầu hết các cảm biến được chế tạo sử dụng MEMS hoặc MEOMS là các thiết bị ba chiều có kích thước micromet

Giới thiệu

Hai công nghệ cấu trúc của kỹ thuật vi mô là vi điện tử và gia công vi mô (vi gia công)

Vi điện tử, sản xuất mạch điện tử trên chip silicon, là một công nghệ rất phát triển

Vi gia công là tên gọi của các kỹ thuật được sử dụng để tạo ra các cấu trúc và

bộ phận chuyển động được cho các thiết bị vi kỹ thuật

Một trong những mục tiêu chính của kỹ thuật vi mô là có thể tích hợp các mạch

vi điện tử vào các cấu trúc được vi gia công, để sản xuất hệ thống tích hợp hoàn chỉnh (vi hệ thống)

• Hiện nay, có ba kỹ thuật vi gia công đang được

sử dụng hoặc đang được ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi

• Vi gia công silicon được coi là nổi bật nhất, vì đây là một trong những kỹ thuật vi gia công phát triển hơn

• Laser Excimer là một loại laser cực tím có thể được sử dụng để vi gia công một số lượng vật liệu mà không làm nóng chúng,

• LIGA sử dụng các quá trình in thạch bản, mạ điện và đúc để tạo ra các cấu trúc vi mô.

• Quang khắc là kỹ thuật cơ bản được sử dụng để định hình các cấu trúc đã qua gia công vi mạch.

• Kỹ thuật này về cơ bản là giống như được sử dụng trong ngành công nghiệp vi điện tử

• Quang khắc

• Hình A cho thấy một màng mỏng của một số vật liệu (ví dụ: silicon dioxide) trên một chất nền của một số vật liệu khác (ví dụ: silicon).

• Mục tiêu của quá trình là để loại bỏ có chọn lọc một phần silicon dioxide để nó chỉ còn lại các khu vực cụ thể trên đế silicon, Hình F.

• Quá trình bắt đầu với việc sản xuất một mặt nạ Đây thường

sẽ là một mẫu hình crom trên một tấm kính

• Đế silicon sau đó được phủ với một polyme nhạy cảm với tia cực tím, Hình B, được gọi là chất cảm quang

• Tia cực tím sau đó được chiếu qua mặt nạ lên chất cảm quang, Hình C

• Chất cảm quang sau đó được phát triển để chuyển mẫu hình trên mặt nạ cho lớp cản quang, Hình D

• Sau đó, một hóa chất (hoặc một số phương pháp khác) được

sử dụng để loại bỏ oxit lộ ra ngoài qua các lỗ trên cản quang, Hình E

• Cuối cùng cản quang được loại bỏ để lại oxit có mẫu hình, Hình F

2 Vi gia công silicon

• Có một số kỹ thuật cơ bản có thể được sử dụng để tạo mẫu hình cho các màng mỏng được lắng đọng trên đế silicon và để định hình chính tấm đế đó, để tạo thành một bộ vi cấu trúc cơ bản (vi gia công silicon số lượng lớn)

• Các kỹ thuật đông đặc và tạo mẫu hình cho các màng mỏng tạo khuôn có thể được sử dụng để tạo ra các vi cấu trúc phức tạp trên

bề mặt của đế silicon (vi gia công silicon bề mặt)

• Điện-hóa khắc là kỹ thuật vi gia công silicon cơ bản

• Kỹ thuật liên kết silicon cũng có thể được sử dụng để mở rộng các cấu trúc được tạo ra bởi vi gia công silicon kỹ thuật thành cấu trúc nhiều lớp

3 loại bỏ vật liệu bằng kỹ thuật ăn mòn khô

• kỹ thuật khác được sử dụng là đưa các tạp chất vào silicon để thay đổi thuộc tính của

nó (tức là pha tạp)

• Có một số kỹ thuật khác nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắng đọng hoặc hình thành các màng rất mỏng

• Những tấm màng này sau đó có thể được được tạo mẫu hình bằng kỹ thuật quang khắc và kỹ thuật khắc axit phù hợp

• Các vật liệu phổ biến bao gồm silicon dioxide, silicon nitride, đa tinh thể silicon (polysilicon hoặc poly) và nhôm

• Thông thường, chất cản quang không đủ cứng để chịu được quá trình ăn mòn trong trường hợp như vậy một màng mỏng của vật liệu cứng hơn được lắng đọng và được tạo khuôn bằng kỹ thuật quang khắc

2.2 Màng mỏng

2.3 Khắc ướt

• Khắc ướt là một tên chung bao gồm việc loại bỏ vật liệu bằng cách nhúng đế silicon trong bể chất lỏng của chất ăn mòn hóa học

• Chất khắc chia làm 2 loại chính chất khắc đẳng hướng và chất khắc dị hướng:

• Các chất ăn mòn đẳng hướng ăn mòn vật liệu được khắc với tốc độ như nhau theo mọi hướng

• Chất khắc dị hướng ăn mòn đế silicon ở các tốc độ khác nhau theo các hướng khác nhau

• Khắc đẳng hướng khả dụng cho oxit, nitrua, nhôm,

polysilicon, vàng, và silic

• Các chất ăn mòn dị hướng có sẵn để ăn mòn các mặt phẳng tinh thể khác nhau trong silicon ở tỷ lệ khác nhau

• Các cấu trúc đơn giản nhất có thể được hình thành bằng cách sử dụng KOH để khắc tấm đế silicon với hướng tinh thể phổ biến nhất Hình 19.14

• Cả oxit và nitrua ăn mòn chậm trong KOH

• Oxit có thể được sử dụng làm mặt nạ khắc trong thời gian ngắn trong dung dịch ăn mòn KOH

• Trong khoảng thời gian dài nitrua là mặt nạ ăn mòn tốt hơn vì nó ăn mòn chậm hơn trong KOH.

• KOH cũng có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc mesa, Hình 19.15a

• Chế tạo màng ngăn là một trong những quy trình cảm biến phổ biến nhất

• Nó được sử dụng sản xuất cảm biến gia tốc, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt hồng ngoại và nhiều thứ khác

• màng ngăn silicon từ dày khoảng 50 μm trở lên m trở lên

có thể được tạo ra bằng cách khắc xuyên qua toàn bộ tấm đế với KOH, Hình 19.16a.

• Độ dày được kiểm soát bằng cách định thời gian khắc, và đối tượng cũng vậy để lỗi.

2.4 Phương pháp khắc phụ thuộc vào nồng độ

• Màng mỏng hơn, dày tới khoảng 20 μm trở lên m, có thể được sản xuất bằng cách sử dụng

để thôi dung dịch KOH, hình 19.16b

• Độ dày của màng ngăn phụ thuộc vào độ sâu mà bo được khuếch tán vào silicon,

có thể được kiểm soát chính xác hơn so với việc đơn giản căn chỉnh thời gian khắc với KOH.

• Nồng độ cao của Bo trong silic sẽ làm giảm tốc độ mà nó được khắc trong KOH theo bậc độ lớn, ngăn chặn hiệu quả quá trình khắc của silic giàu Bo.

• Bên cạnh màng ngăn, nhiều cấu trúc khác có thể được xây dựng bằng phương pháp khắc phụ thuộc vào nồng độ

• Một mặt nạ oxit dày được hình thành trên tấm đế silicon và được tạo mẫu hình

để lộ ra bề mặt của tấm đế silicon nơi boron được pha vào, Hình 19.17a

• Tấm đế sau đó được đặt trong lò nung tiếp xúc với một nguồn khuếch tán boron Trong một khoảng thời gian các nguyên tử boron di chuyển vào tấm đế silicon Sau khi quá trình khuếch tán boron hoàn tất, mặt nạ oxit sẽ bị loại bỏ

2.5 Khắc khô

• Hình thức khắc khan phổ biến nhất cho các ứng dụng vi gia công

là khắc ion bị động (RIE- Reactive ion etching)

• Về nguyên lý, kỹ thuật RIE là một kỹ thuật khắc dị hướng, dựa trên việc gia tốc các ion về phía vật liệu cần được khắc, và phản ứng khắc được tăng cường theo hướng di chuyển của ion

• Đặc biệt, không giống như phương pháp khắc ướt dị hướng, RIE không bị giới hạn bởi các mặt phẳng tinh thể trong silicon Qua đó,

ta có thể kết hợp phương pháp khắc khô & khắc ướt đẳng hướng

• Đầu tiên, một cột với các cạnh thẳng đứng được

khắc đi bằng RIE, Hình 19.18a

• Một bước khắc ướt sau đó được sử dụng, cắt xén mặt nạ khắc để lại một điểm rất nhọn , Hình

19.18b

• Mặt nạ khắc sau đó được gỡ bỏ và để lại những

điểm rất nhọn như trên

Kết hợp khắc khô và khắc ướt đẳng hướng

• Hình 19.19 minh họa một số ứng dụng của dầm chìa vi mô

• Ví dụ bao gồm các dầm chìa vi mô được

phát triển theo các kích thích khác nhau (e),

sự hấp thụ không đồng đều về nhiệt (b) và

lực tĩnh điện (j)

3 Vi gia công cầu nối & dầm chìa

3 Vi gia công cầu nối & dầm chìa

Phương pháp chế tạo cầu nối và dầm chìa :

4 Phương pháp Lift-Off - “Loại bỏ”

• Phương pháp gồm 5 bước chính

• Với kỹ thuật này, một màng mỏng của vật liệu

hỗ trợ được đông đặc 1 lớp cản quang được phủ lên trên lớp này và được tạo hình mẫu, giống như đối với phương pháp quang khắc, để lộ ra oxit theo mẫu mong muốn cho kim loại, Hình a

• Oxit sau đó được khắc ướt để cắt xén cản quang, Hình b

- Kim loại sau đó được đông đặc trên

đế, điển hình bởi một quá trình được

gọi là bay hơi, Hình c

- Mẫu hình kim loại được khắc một

cách hiệu quả thông qua các khoảng

trống trong cản quang, sau đó lớp cản

quang được loại bỏ bằng cách nhấc ra

kim loại không mong muốn cùng với

nó, Hình d

- Lớp hỗ trợ sau đó cũng bị loại bỏ,

để nguyên mẫu kim loại, Hình e

4 Phương pháp Lift-Off - “Loại bỏ”

5 Kỹ thuật wafer bonding - "Liên kết đế

silic"

Với phương pháp liên kết anốt (liên kết tĩnh

điện), một tấm thủy tinh được liên kết trên một

kênh được khắc khô vào một tấm đế silicon cho

thấy ở Hình 19.22

Ngoài ra, ta cũng có thể liên kết trực tiếp các

tấm silicon với nhau bằng áp suất nhẹ, trong môi

trường nước (liên kết silic trực tiếp)

Các phương pháp liên kết khác bao gồm sử

dụng một lớp dính, chẳng hạn như kính, hoặc

chất cản quang

• Phương pháp LIGA có khả năng tạo ra các cấu trúc vi mô được định hình rất tinh vi, có thể cao tới 1000 μm trở lên m Các tia

X từ nguồn synchrotron được chiếu qua một mặt nạ đặc biệt lên một lớp cản quang dày bao phủ một lớp chất nền dẫn điện, như Hình 19.23a

• Cản quang này sau đó biến đổi hóa học (Hình 19.23b).

• Mẫu hình hình thành sau đó được mạ điện bằng kim loại, Hình 19.23c

6 Phương pháp LIGA