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

Thành
viên

Bùi Đức Phú Anh 21002185

nhóm

Nguyễn Hữu Thắng 21002238
Nghiêm Đức Thắng 21002237

•
C
ô
n
g

Giới thiệu

• Xu hướng hiện tại trong ngành cơng 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.

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 mơ là có thể tích hợp các mạch
vi điện tử vào các cấu trúc được vi gia cơng, để sản xuất hệ thống tích hợp hoàn
chỉnh (vi hệ thống).

• Hiện nay, có ba kỹ thuật vi gia cơng đang được
sử dụng hoặc đang được ngành công nghiệp sử
dụng rộng rãi.

• Vi gia cơng 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 cơng một số lượng vật
liệu mà khơng làm nóng chúng,

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

• Quang khắc

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

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

• 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 q trình là để loại bỏ có chọn lọc một phần
silicon dioxide để nó chỉ cịn lại các khu vực cụ thể trên đế
silicon, Hình F.

• Q 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 đơng đặc và tạo mẫu hình cho các màng mỏng tạo
khn có thể được sử dụng để tạo ra các vi cấu trúc phức tạp trên
bề mặt của đế silicon (vi gia cơng silicon bề mặt).

• Điện-hóa khắc là kỹ thuật vi gia cơng 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.

2.1 Kỹ thuật cơ bản

• Có ba kỹ thuật cơ bản liên quan đến vi gia
cơng silicon. đó là:

1. lắng đọng của màng mỏng vật liệu,
2. loại bỏ vật liệu (tạo khn) bằng cách
làm ướt ăn mịn hóa học,
3. loại bỏ vật liệu bằng kỹ thuật ăn mòn khơ.

• kỹ thuật khác được sử dụng là đưa các tạp

chất vào silicon để thay đổi thuộc tính của
nó (tức là pha tạp).

2.2 Màng mỏng

• 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 nhơm.

• Thơng thường, chất cản quang không đủ cứng để
chịu được q trình ăn mịn. 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.

2.3 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
mịn hóa học.

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

• Các chất ăn mịn 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 mịn dị hướng có sẵn để ăn mịn 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 mịn chậm trong KOH.
• Oxit có thể được sử dụng làm mặt nạ khắc

trong thời gian ngắn trong dung dịch ăn mịn
KOH.
• Trong khoảng thời gian dài nitrua là mặt nạ ăn
mịn tốt hơn vì nó ăn mịn 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 lm 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 sốt 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 lm, có thể được sản xuất bằng cách sử dụng
để thơi 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 sốt 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 q 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 lị 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 q trình khuếch tán boron hồn tất, mặt nạ oxit sẽ bị loại bỏ



2.5 Khắc khơ

• 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