Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/111 Podstawowe sensory i ich technologia Mikrosensory półprzewodnikowe.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/111 Podstawowe sensory i ich technologia Mikrosensory półprzewodnikowe."— Zapis prezentacji:

1 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/111 Podstawowe sensory i ich technologia Mikrosensory półprzewodnikowe

2 Wykład 3, 2010/112 Plan 1.Dlaczego krzem? Własności i zjawiska wykorzystywane w sensoryce 2.Technologia – podstawowe procesy

3 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/113 Materiały używane w technologii mikromechanicznej Krzem i związane z nim materiały są podstawą mikrosystemów. Należy tu wymienić: krzem monokrystaliczny (SCS- single crystal silicon) multikrystaliczny krzem amorficzny krzem (a-Si) stopy krzemu z germanem amorficzny kwarc SiO 2 azotek krzemu Si 3 N 4 SOI-silicon on insulator

4 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/114 Rodzaj sensoraZjawisko fizyczneMateriał Sensory ciśnienia, przyspieszenia, siły Efekt piezorezystancyjny Efekt piezoelektryczny Si (mono lub polikryształ) SiO 2, ZnO Sensory temperatury Temperaturowa zależność rezystywności Temperaturowa zależność napięcia progowego złącza p-n Efekt termoelektryczny Si Si,Ge Sensory pola magnetycznego Efekt HallaSi, GaAs,InSb Sensory optyczneFotoefektSi, Ge, GaAs,PbS, PbSe, PbTe, PbSnTe,InSb,HgCdTe,CdS,Cd Se,CdTe Sensory chemiczne Efekt polowy Zmiana przewodnictwa elektrycznego Si Tlenki metalu (SnO 2, ZnO) BiosensoryEfekt polowySi

5 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/115 Dlaczego krzem? tani i dobrze scharakteryzowany materiał, łatwo dostępny (25.8% Si w skorupie ziemskiej, związany jako SiO 2 ) duża liczba i różnorodność technik wytwarzania i obróbki krzemu duży potencjał dla integracji z układami kontroli i przetwarzania sygnałów dobre własności: elektryczne, mechaniczne (anizotropia), termiczne tworzy stabilny tlenek (tzw. native oxide) SiO 2 – elektryczny izolator

6 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/116 WłasnośćKrzemStal nierdzewna KwarcAl Gęstość [g/cm 3 ]2,337, Moduł Younga [GPa] Granica plastyczności [GPa] 72,10.7- Twardość w skali Knoopa [kg/m 2 ] Współczynnik rozszerzalności termicznej [10 -6 / o C] 2,617,30.54 Przewodnictwo cieplne w 300K [W/cmK] 1,570, Temperatura topnienia [ o C]

7 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/117 SiGaAsGeJednostka Przerwa energetyczna (300 K) eV Strukturadiamentublendy cynkowej diamentu Stała sieci Å Koncentracja nośników samoistnych 1.5· · ·10 13 cm -3 Ruchliwość elektronów dziur cm -2 /Vs Stała dielektryczna Gęstość g/cm 3 Liniowy współczynnik rozszerzalności temperaturowej 2.6· · ·10 -6 K -1 Przewodnictwo termiczne W/cmK Temperatura topnienia oCoC

8 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/118 Parametr SiKwarcStalAlJednostka Gęstość g cm -3 Moduł Younga, E GPa Twardość GPa Maksymal na siła rozciągają ca GPa

9 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/119 Krzem Struktura diamentu E g = 1.12 eV

10 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1110

11 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1111

12 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1112

13 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1113 Technologia Metody wytwarzania można podzielić na: Metody top-down dotyczą usuwania materiału. Proces niszczy siły spójności pomiędzy elementami ciała stałego. Metody top-down to trawienie mokre i suche, obróbka mechaniczna, laserowa ablacja, plazmowe trawienie, fotolitografia, itp.. Metody bottom-up dotyczą tworzenia nowych struktur ze stopionej masy, stanu gazowego, ciekłego lub stałego. Metody bottom- up to np. samoorganizujące się struktury ale także cienkie warstwy (epitaksja z fazy ciekłej lub gazowej). Zastosowanie STM top-downbottom-up

14 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1114 Cienkie warstwy: -epitaksjalne Si -polikrystaliczne Si -SiO 2 -Si 3 N 4 -polikrystaliczne Si -metaliczne Główne etapy technologii IC Maski Litografia Trawienie Nanoszenie warstw Porcjowanie Pakowanie Cięcie Wzrost kryształu Domieszki

15 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1115 Litografia jest techniką polegającą na przenoszeniu wzoru (ang. pattern) z maski na warstwę lub podłoże przy użyciu materiału światłoczułego lub czułego na inne promieniowanie (X, elektrony, jony). Dla optycznej ekspozycji najczęściej używa się nazwy fotorezyst. Trawienie jest to selektywne usuwanie materiału z pewnych ustalonych obszarów warstwy lub podłoża. Rozróżnia się trawienie mokre i suche, a także anizotropowe i izotropowe. Najważniejsze procesy

16 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1116 Izotropowe czy anizotropowe trawienie?

17 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1117 Szybkość trawienia anizotropowego w Si zależy od kierunku krystalograficznego Rowek typu V (ang.V- groove) długi czas trawienia w Rowek typu U (ang. U-groove), krótki czas trawienia, h - głębokość wytrawiona w wowo Stosunek szybkości trawienia w kierunku i do trawienia w kierunku wynosi odpowiednio 400:1 i 600:1

18 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1118 Trawienie anizotropowe krzemu Najczęściej do trawienia anizotropowego krzemu używa się mieszaniny roztworu KOH w wodzie z alkoholem izopropylowym. Dla przykładu dla 34% wag. KOH w 70.9 o C szybkość trawienia wynosi: μm/min dla płaszczyzny (110), μm/min dla (100) i tylko μm/min dla (111)

19 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1119

20 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1120 SEM image of bulk micromachined cantilever fabricated by p+ etch stop and anisotropic etching Objętościowe struktury wykonane w technologii mikromechanicznej

21 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1121 Struktura sensora pojemnościowego Rezonujący w pionie sensor oparty na oscylacjach skrętnych wykonany w krzemie techniką mikromechaniczną objętościową

22 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1122 Trawienie plazmowe lub jonowe RIE (ang. reactive ion etching) DRIE (ang. deep reactive ion etching)

23 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1123 Przykładowe struktury

24 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1124

25 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1125 Surface micromachining – obróbka powierzchniowa sacrificial layer deposition – nanoszenie warstwy protektorowej trawienie w celu utworzenia kotwic (ang. anchor) i obszarów złączek (ang. bushing regions) usuwanie warstwy protektorowej (structural layer patterning) wolno-stojąca struktura (np. dźwignia, belka)

26 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1126

27 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1127 LIGA – technika wykorzystująca litografię, elektroplaterowanie (electroplating) i wypełnianie, formowanie (molding) Jest to technika stosowana do wytwarzania mikrostruktur w szeregu materiałach takich jak metale, polimery, ceramika i szkło. Mikrostruktury trójwymiarowe 3D charakteryzują się tzw. high-aspect-ratio.

28 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1128

29 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1129 LIGA ( Litograhie, Galvanoformung, Abformung) 1. Naświetlanie Promieniowanie synchrotronowe Struktura absorbująca Maska Fotorezyst Podstawa 2. Wywoływanie struktura fotorezystu

30 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/ Elektroformowanie Metal Struktura fotorezystu Przewodząca podstawa 4. Tworzenie formy Wnęka formy

31 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/ Wypełnianie formy 6. Usuwanie formy Substancja wypełniająca formę (np. plastik) Struktura w plastiku

32 Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/1132 Scanning Tunneling Microscope STM


Pobierz ppt "Mikrosensory półprzewodnikoweWykład 3, 2010/111 Podstawowe sensory i ich technologia Mikrosensory półprzewodnikowe."

Podobne prezentacje


Reklamy Google