Mikroelektromekaniska system

"MEMS" omdirigerar hit. För annan användning, se MEMS (disambiguation) .
Förslag inlämnat till DARPA 1986 som först introducerade termen "mikroelektromekaniska system"
MEMS mikrocantilever resonerar inuti ett svepelektronmikroskop

Mikroelektromekaniska system ( MEMS ), även skrivna som mikroelektromekaniska system (eller mikroelektroniska och mikroelektromekaniska system) och tillhörande mikromekatronik och mikrosystem utgör tekniken för mikroskopiska enheter, särskilt de med rörliga delar. De smälter samman på nanoskala till nanoelektromekaniska system (NEMS) och nanoteknik . MEMS kallas också för mikromaskiner i Japan och mikrosystemteknik ( MST ) i Europa.

MEMS består av komponenter mellan 1 och 100 mikrometer i storlek (dvs. 0,001 till 0,1 mm), och MEMS-enheter varierar i allmänhet i storlek från 20 mikrometer till en millimeter (dvs. 0,02 till 1,0 mm), även om komponenter är ordnade i arrayer ( t.ex. digitala mikrospegelanordningar ) kan vara mer än 1000 mm 2 . De består vanligtvis av en central enhet som bearbetar data (ett integrerat kretschip som mikroprocessor ) och flera komponenter som interagerar med omgivningen (som mikrosensorer ). På grund av det stora förhållandet mellan ytarea och volym hos MEMS är krafter som produceras av omgivande elektromagnetism (t.ex. elektrostatiska laddningar och magnetiska moment ) och vätskedynamik (t.ex. ytspänning och viskositet ) viktigare designöverväganden än med större mekaniska anordningar. MEMS-tekniken skiljer sig från molekylär nanoteknik eller molekylär elektronik genom att de två sistnämnda också måste beakta ytkemi .

Potentialen hos mycket små maskiner uppskattades innan tekniken fanns som kunde göra dem (se till exempel Richard Feynmans berömda föreläsning 1959 There's Plenty of Room at the Bottom ) . MEMS blev praktiskt när de kunde tillverkas med hjälp av modifierade för halvledarenheter, som normalt används för att tillverka elektronik . Dessa inkluderar formning och plätering, våtetsning ( KOH , TMAH ) och torretsning ( RIE och DRIE), elektrisk urladdningsbearbetning (EDM) och andra tekniker som kan tillverka små enheter.

Historia

Ett tidigt exempel på en MEMS-enhet är resonant-gate-transistorn, en anpassning av MOSFET, utvecklad av Harvey C. Nathanson 1965. Ett annat tidigt exempel är resonatorn, en elektromekanisk monolitisk resonator patenterad av Raymond J. Wilfinger mellan 1966 och 1971 Under 1970-talet till början av 1980-talet utvecklades ett antal MOSFET- mikrosensorer för att mäta fysikaliska, kemiska, biologiska och miljömässiga parametrar. Termen "MEMS" introducerades 1986.

Typer

Det finns två grundläggande typer av MEMS-switchteknik: kapacitiv och ohmsk . En kapacitiv MEMS-switch utvecklas med hjälp av en rörlig platta eller avkänningselement, som ändrar kapacitansen. Ohmiska omkopplare styrs av elektrostatiskt styrda konsoler. Ohmiska MEMS-omkopplare kan gå sönder på grund av metallutmattning av MEMS- ställdonet (cantilever) och kontaktslitage, eftersom konsoler kan deformeras med tiden.

Material för MEMS-tillverkning

Tillverkningen av MEMS har utvecklats från processteknologin inom tillverkning av halvledarenheter , dvs de grundläggande teknikerna är deponering av materialskikt, mönstring med fotolitografi och etsning för att producera de erforderliga formerna.

Kisel

Kisel är det material som används för att skapa de flesta integrerade kretsar som används inom konsumentelektronik i den moderna industrin. Stordriftsfördelarna , lättillgängligheten av billiga högkvalitativa material och möjligheten att integrera elektronisk funktionalitet gör kisel attraktivt för en mängd olika MEMS-applikationer . Kisel har också betydande fördelar som skapas genom dess materialegenskaper. I enkristallform är kisel ett nästan perfekt Hookean- material, vilket betyder att när det böjs finns det praktiskt taget ingen hysteres och därmed nästan ingen energiförlust. Förutom att göra för mycket repeterbara rörelser, gör detta också kisel mycket pålitligt eftersom det lider mycket lite utmattning och kan ha livslängder i intervallet från miljarder till biljoner cykler utan att gå sönder. Halvledarnanostrukturer baserade på kisel får allt större betydelse inom området mikroelektronik och MEMS i synnerhet. Kiselnannotrådar , tillverkade genom termisk oxidation av kisel, är av ytterligare intresse för elektrokemisk omvandling och lagring, inklusive nanotrådsbatterier och solcellssystem .

Polymerer

Även om elektronikindustrin ger stordriftsfördelar för kiselindustrin, är kristallint kisel fortfarande ett komplext och relativt dyrt material att tillverka. Polymerer å andra sidan kan produceras i stora volymer, med en stor variation av materialegenskaper. MEMS-enheter kan tillverkas av polymerer genom processer som formsprutning , prägling eller stereolitografi och är särskilt väl lämpade för mikrofluidapplikationer som engångsblodtestkassetter.

Metaller

Metaller kan också användas för att skapa MEMS-element. Även om metaller inte har några av de fördelar som kisel uppvisar när det gäller mekaniska egenskaper, när de används inom sina begränsningar, kan metaller uppvisa mycket höga grader av tillförlitlighet. Metaller kan avsättas genom elektroplätering, förångning och förstoftning. Vanligt använda metaller inkluderar guld, nickel, aluminium, koppar, krom, titan, volfram, platina och silver.

Keramik

Elektronmikroskopbilder av X-formad TiN-stråle över markplattan (höjdskillnad 2,5 µm). På grund av klämman i mitten utvecklas en ökande återställningskraft när balken böjs nedåt. Den högra bilden visar en förstoring av klippet.

Nitrider av kisel, aluminium och titan samt kiselkarbid och annan keramik används i allt större utsträckning i MEMS-tillverkning på grund av fördelaktiga kombinationer av materialegenskaper . AlN kristalliseras i wurtzite-strukturen och visar således pyroelektriska och piezoelektriska egenskaper som möjliggör sensorer, till exempel med känslighet för normal- och skjuvkrafter. TiN , å andra sidan, uppvisar en hög elektrisk ledningsförmåga och stor elasticitetsmodul , vilket gör det möjligt att implementera elektrostatiska MEMS-aktiveringsscheman med ultratunna strålar. Dessutom kvalificerar TiNs höga motståndskraft mot biokorrosion materialet för tillämpningar i biogena miljöer. Figuren visar en elektronmikroskopisk bild av en MEMS- biosensor med en 50 nm tunn böjbar TiN-stråle ovanför en TiN-jordplatta. Båda kan drivas som motsatta elektroder till en kondensator, eftersom strålen är fixerad i elektriskt isolerande sidoväggar. När en vätska är suspenderad i kaviteten kan dess viskositet härledas från att böja strålen genom elektrisk attraktion till markplattan och mäta böjningshastigheten.

MEMS grundläggande processer

Deponeringsprocesser

En av de grundläggande byggstenarna i MEMS-bearbetning är förmågan att avsätta tunna filmer av material med en tjocklek var som helst mellan en mikrometer, till cirka 100 mikrometer. NEMS-processen är densamma, även om mätningen av filmavsättning varierar från några nanometer till en mikrometer. Det finns två typer av deponeringsprocesser, enligt följande.

Fysisk avsättning

Fysisk ångavsättning ("PVD") består av en process där ett material avlägsnas från ett mål och avsätts på en yta. Tekniker för att göra detta inkluderar förstoftningsprocessen , där en jonstråle frigör atomer från ett mål, vilket gör att de kan röra sig genom det mellanliggande utrymmet och avsättas på det önskade substratet, och förångning , där ett material förångas från ett mål med antingen värme (termisk förångning) eller en elektronstråle (e-stråleförångning) i ett vakuumsystem.

Kemisk avsättning

Kemiska avsättningstekniker inkluderar kemisk ångavsättning (CVD), där en ström av källgas reagerar på substratet för att växa det önskade materialet. Detta kan ytterligare delas in i kategorier beroende på detaljerna i tekniken, till exempel LPCVD (lågtryckskemisk ångdeposition) och PECVD ( plasmaförstärkt kemisk ångdeposition ).

Oxidfilmer kan också odlas med termisk oxidationsteknik , där skivan (typiskt kisel) utsätts för syre och/eller ånga, för att växa ett tunt ytskikt av kiseldioxid .

Mönster

Mönster i MEMS är överföringen av ett mönster till ett material.

Litografi

Litografi i MEMS-sammanhang är typiskt överföringen av ett mönster till ett ljuskänsligt material genom selektiv exponering för en strålningskälla såsom ljus. Ett ljuskänsligt material är ett material som upplever en förändring i sina fysikaliska egenskaper när det utsätts för en strålningskälla. Om ett ljuskänsligt material selektivt exponeras för strålning (t.ex. genom att maskera en del av strålningen) överförs mönstret av strålningen på materialet till det exponerade materialet, eftersom egenskaperna hos de exponerade och oexponerade områdena skiljer sig åt.

Detta exponerade område kan sedan avlägsnas eller behandlas, vilket ger en mask för det underliggande substratet. Fotolitografi används vanligtvis med metall eller annan tunnfilmsavsättning, våt och torr etsning. Ibland används fotolitografi för att skapa struktur utan någon form av efteretsning. Ett exempel är SU8-baserad lins där SU8-baserade fyrkantiga block genereras. Därefter smälts fotoresisten för att bilda en halvsfär som fungerar som en lins.

Elektronstrålelitografi

Huvudartikel: Elektronstrålelitografi

Elektronstrålelitografi (ofta förkortat e-beam litografi) är metoden att skanna en elektronstråle på ett mönstrat sätt över en yta täckt med en film (kallad resist ), ("exponera" resisten) och att selektivt ta bort antingen exponerade eller icke-exponerade områden av resisten ("framkallande"). Syftet, liksom med fotolitografi , är att skapa mycket små strukturer i resisten som sedan kan överföras till substratmaterialet, ofta genom etsning. Den utvecklades för tillverkning av integrerade kretsar och används också för att skapa nanoteknologiska arkitekturer.

Den primära fördelen med elektronstrålelitografi är att det är ett av sätten att överträffa ljusets diffraktionsgräns och skapa funktioner i nanometerområdet . Denna form av masklös litografi har fått stor användning inom fotomasktillverkning som används inom fotolitografi , lågvolymproduktion av halvledarkomponenter och forskning och utveckling.

Den viktigaste begränsningen för elektronstrålelitografi är genomströmningen, dvs den mycket långa tiden det tar att exponera en hel kiselskiva eller glassubstrat. En lång exponeringstid gör användaren sårbar för strålavdrift eller instabilitet som kan uppstå under exponeringen. Dessutom förlängs omarbetningstiden för omarbetning eller omdesign i onödan om mönstret inte ändras andra gången.

Jonstrålelitografi

Det är känt att fokuserad jonstrålelitografi har förmågan att skriva extremt fina linjer (mindre än 50 nm linje och utrymme har uppnåtts) utan närhetseffekt. Men eftersom skrivfältet i jonstrålelitografi är ganska litet måste stora ytmönster skapas genom att de små fälten sys ihop.

Jonspårteknik

Jonspårteknik är ett djupskärande verktyg med en upplösningsgräns på cirka 8 nm som är tillämplig på strålningsbeständiga mineraler, glas och polymerer. Den kan generera hål i tunna filmer utan någon framkallningsprocess. Strukturellt djup kan definieras antingen av jonintervall eller av materialtjocklek. Bildförhållanden upp till flera 10 4 kan uppnås. Tekniken kan forma och strukturera material i en definierad lutningsvinkel. Slumpmässiga mönster, enkeljonspårstrukturer och ett riktat mönster bestående av individuella enkelspår kan genereras.

Röntgenlitografi

Röntgenlitografi är en process som används inom elektronikindustrin för att selektivt ta bort delar av en tunn film. Den använder röntgenstrålar för att överföra ett geometriskt mönster från en mask till en ljuskänslig kemisk fotoresist, eller helt enkelt "resist", på substratet. En serie kemiska behandlingar graverar sedan in det producerade mönstret i materialet under fotoresisten.

Diamantmönster

Ett enkelt sätt att skära eller skapa mönster på ytan av nanodiamanter utan att skada dem kan leda till en ny generation fotoniska enheter.

Diamantmönster är en metod för att bilda diamant MEMS. Det uppnås genom litografisk applicering av diamantfilmer på ett substrat som kisel. Mönstren kan formas genom selektiv deponering genom en kiseldioxidmask, eller genom deponering följt av mikrobearbetning eller fokuserad jonstrålefräsning .

Etsningsprocesser

Det finns två grundläggande kategorier av etsningsprocesser: våtetsning och torretsning . I den förra löses materialet när det nedsänks i en kemisk lösning. I den senare sputteras eller löses materialet med användning av reaktiva joner eller ett ångfasetsningsmedel.

Våtetsning

Huvudartikel: Etsning (mikrotillverkning)

Våtkemisk etsning består i selektivt avlägsnande av material genom att doppa ett substrat i en lösning som löser upp det. Den kemiska naturen hos denna etsningsprocess ger en god selektivitet, vilket innebär att etsningshastigheten för målmaterialet är avsevärt högre än maskmaterialet om det väljs noggrant. Våtetsning kan utföras med användning av antingen isotropa våtetsningsmedel eller anisotropa våtetsningsmedel. Isotropisk våtetsning i alla riktningar av det kristallina kislet med ungefär lika hastigheter. Anisotropa våtetsningsmedel etsar företrädesvis längs vissa kristallplan med snabbare hastigheter än andra plan, varigenom mer komplicerade 3D-mikrostrukturer kan implementeras.

Våta anisotropa etsmedel används ofta i samband med boretsningsstopp där kislets yta är kraftigt dopad med bor vilket resulterar i ett kiselmaterialskikt som är resistent mot de våta etsmedlen. Detta har till exempel använts vid tillverkning av MEWS trycksensorer.

Isotropisk etsning

Etsningen fortskrider med samma hastighet i alla riktningar. Långa och smala hål i en mask ger v-formade spår i kislet. Ytan på dessa spår kan vara atomärt slät om etsningen utförs korrekt, med dimensioner och vinklar som är extremt exakta.

Anisotropisk etsning

Vissa enkristallmaterial, såsom kisel, kommer att ha olika etsningshastigheter beroende på substratets kristallografiska orientering. Detta är känt som anisotropisk etsning och ett av de vanligaste exemplen är etsningen av kisel i KOH (kaliumhydroxid), där Si <111>-plan etsar ungefär 100 gånger långsammare än andra plan (kristallografiska orienteringar ) . Etsning av ett rektangulärt hål i en (100)-Si-skiva resulterar därför i en pyramidformad etsgrop med 54,7° väggar, istället för ett hål med böjda sidoväggar som vid isotropisk etsning.

HF etsning

Fluorvätesyra används vanligtvis som ett vattenhaltigt etsmedel för kiseldioxid ( SiO
2 , även känd som BOX för SOI), vanligtvis i 49 % koncentrerad form, 5:1, 10:1 eller 20:1 BOE ( buffrad oxidetsmedel ) eller BHF (Buffrad HF). De användes först under medeltiden för glasetsning. Den användes i IC-tillverkning för att mönstra gate-oxiden tills processsteget ersattes av RIE.

Fluorvätesyra anses vara en av de farligare syrorna i renrummet . Den penetrerar huden vid kontakt och diffunderar direkt till benet. Därför känns skadan inte förrän det är för sent.

Elektrokemisk etsning

Elektrokemisk etsning (ECE) för dopmedelselektivt avlägsnande av kisel är en vanlig metod för att automatisera och selektivt kontrollera etsning. En aktiv pn- diodövergång krävs, och båda typerna av dopningsmedel kan vara det etsresistenta ("etsningsstopp") materialet. Bor är det vanligaste ets-stopp dopmedlet. I kombination med våt anisotropisk etsning enligt beskrivningen ovan har ECE använts framgångsrikt för att kontrollera kiselmembranets tjocklek i kommersiella piezoresistiva kiseltrycksensorer. Selektivt dopade områden kan skapas antingen genom implantation, diffusion eller epitaxiell avsättning av kisel.

Torr etsning

Huvudartikel: Torr etsning
Ångasning
Xenondifluorid

Xenondifluorid ( XeF
2 ) är en isotropisk etsning i torr ångfas för kisel som ursprungligen användes för MEMS 1995 vid University of California, Los Angeles. XeF 2 används främst för att frigöra metall- och dielektriska strukturer genom att underskära kisel, och XeF
2 har fördelen av en stickningsfri frisättning till skillnad från våta etsmedel. Dess etsningsselektivitet mot kisel är mycket hög, vilket gör att den kan arbeta med fotoresist, SiO
2 , kiselnitrid och olika metaller för maskering. Dess reaktion på kisel är "plasmalös", är rent kemisk och spontan och drivs ofta i pulsat läge. Modeller av etsningsåtgärden finns tillgängliga, och universitetslaboratorier och olika kommersiella verktyg erbjuder lösningar med detta tillvägagångssätt.

Plasmaetsning

Moderna VLSI-processer undviker våtetsning och använder istället plasmaetsning . Plasmaetsare kan arbeta i flera lägen genom att justera plasmans parametrar. Vanlig plasmaetsning arbetar mellan 0,1 och 5 Torr. (Denna tryckenhet, som vanligtvis används inom vakuumteknik, motsvarar ungefär 133,3 pascal.) Plasman producerar energiska fria radikaler, neutralt laddade, som reagerar på ytan av skivan. Eftersom neutrala partiklar angriper skivan från alla vinklar är denna process isotrop.

Plasmaetsning kan vara isotropisk, dvs uppvisa en lateral underskärningshastighet på en mönstrad yta ungefär samma som dess nedåtgående etsningshastighet, eller kan vara anisotropisk, dvs. uppvisa en mindre lateral underskärningshastighet än dess nedåtgående etsningshastighet. Sådan anisotropi maximeras vid djup reaktiv jonetsning. Användningen av termen anisotropi för plasmaetsning bör inte förväxlas med användningen av samma term när man hänvisar till orienteringsberoende etsning.

Källgasen för plasman innehåller vanligtvis små molekyler rika på klor eller fluor. Till exempel etsar koltetraklorid ( CCl4 . ) kisel och aluminium, och trifluormetan etsar kiseldioxid och kiselnitrid En plasma som innehåller syre används för att oxidera ("aska") fotoresist och underlätta dess avlägsnande.

Jonfräsning, eller sputteretsning, använder lägre tryck, ofta så låga som 10 −4 Torr (10 mPa). Den bombarderar skivan med energiska joner av ädelgaser, ofta Ar+, som slår ut atomer från substratet genom att överföra momentum. Eftersom etsningen utförs av joner, som närmar sig skivan ungefär från en riktning, är denna process mycket anisotropisk. Å andra sidan tenderar den att visa dålig selektivitet. Reaktiv jonetsning (RIE) fungerar under förhållanden som ligger mellan sputter- och plasmaetsning (mellan 10 –3 och 10 −1 Torr). Deep reactive-ion etsing (DRIE) modifierar RIE-tekniken för att producera djupa, smala detaljer. [ citat behövs ]

Sputtering
Huvudartikel: Sputtering
Reaktiv jonetsning (RIE)
Huvudartikel: Reaktiv jonetsning

Vid reaktiv jonetsning (RIE) placeras substratet inuti en reaktor och flera gaser införs. En plasma träffas i gasblandningen med hjälp av en RF-kraftkälla, som bryter gasmolekylerna till joner. Jonerna accelererar mot, och reagerar med, ytan på materialet som etsas och bildar ett annat gasformigt material. Detta är känt som den kemiska delen av reaktiv jonetsning. Det finns också en fysisk del, som liknar förstoftningsprocessen. Om jonerna har tillräckligt hög energi kan de slå ut atomer ur materialet som ska etsas utan en kemisk reaktion. Det är en mycket komplex uppgift att utveckla torretsningsprocesser som balanserar kemisk och fysikalisk etsning, eftersom det finns många parametrar att justera. Genom att ändra balansen är det möjligt att påverka etsningens anisotropi, eftersom den kemiska delen är isotrop och den fysiska delen mycket anisotropisk kan kombinationen bilda sidoväggar som har former från rundade till vertikala.

Huvudartikel: Djup reaktiv jonetsning

Deep RIE (DRIE) är en speciell underklass av RIE som växer i popularitet. I denna process uppnås etsdjup på hundratals mikrometer med nästan vertikala sidoväggar. Den primära tekniken är baserad på den så kallade "Bosch-processen", uppkallad efter det tyska företaget Robert Bosch, som lämnade in det ursprungliga patentet, där två olika gassammansättningar alternerar i reaktorn. För närvarande finns det två varianter av DRIE. Den första varianten består av tre distinkta steg (den ursprungliga Bosch-processen) medan den andra varianten bara består av två steg.

I den första varianten är etsningscykeln som följer:



(i)
SF6 isotropisk etsning; ( ii) C4F8
-
passivering ; (iii) SF
6 anisotropisk etsning för golvrengöring.

I den andra varianten kombineras steg (i) och (iii).

Båda varianterna fungerar på liknande sätt. C4F8 )
skapar en polymer på ytan av substratet, och den andra och
gassammansättningen O2
(
SF6 etsar substratet . Polymeren sputteras omedelbart bort av den fysiska delen av etsningen, men endast på de horisontella ytorna och inte sidoväggarna. Eftersom polymeren bara löser sig mycket långsamt i den kemiska delen av etsningen, byggs den upp på sidoväggarna och skyddar dem från etsning. Som ett resultat kan etsningsförhållande på 50 till 1 uppnås. Processen kan enkelt användas för att etsa helt igenom ett kiselsubstrat och etsningshastigheterna är 3–6 gånger högre än våtetsning.

Matrisförberedelse

Efter att ha förberett ett stort antal MEMS-enheter på en kiselskiva måste enskilda stansar separeras, vilket kallas stansförberedelse inom halvledarteknik. För vissa tillämpningar föregås separationen av bakslipning av skivor för att minska skivans tjocklek. Tärning av skivor kan sedan utföras antingen genom att såga med en kylvätska eller en torr laserprocess som kallas stealth-tärning .

MEMS tillverkningsteknik

Bulk mikrobearbetning

Huvudartikel: Bulk mikrobearbetning

Bulk mikrobearbetning är det äldsta paradigmet för kiselbaserade MEMS. Hela tjockleken av en kiselskiva används för att bygga de mikromekaniska strukturerna. Kisel bearbetas med olika etsningsprocesser . Bulk mikrobearbetning har varit avgörande för att möjliggöra högpresterande trycksensorer och accelerometrar som förändrade sensorindustrin på 1980- och 90-talen.

Ytmikrobearbetning

Huvudartikel: Ytmikrobearbetning

Ytmikrobearbetning använder skikt avsatta på ytan av ett substrat som strukturmaterial, snarare än att använda själva substratet. Ytmikrobearbetning skapades i slutet av 1980-talet för att göra mikrobearbetning av kisel mer kompatibel med plan integrerad kretsteknologi, med målet att kombinera MEMS och integrerade kretsar på samma kiselskiva. Det ursprungliga ytmikrobearbetningskonceptet baserades på tunna polykristallina kiselskikt mönstrade som rörliga mekaniska strukturer och frigjordes genom offeretsning av det underliggande oxidskiktet. Interdigitala kamelektroder användes för att producera krafter i planet och för att detektera rörelse i planet kapacitivt. Detta MEMS-paradigm har möjliggjort tillverkning av lågkostnadsaccelerometrar för t.ex. bilkrockkuddesystem och andra applikationer där låg prestanda och/eller höga g-intervall är tillräckliga. Analog Devices har banat väg för industrialiseringen av ytmikrobearbetning och har realiserat samintegreringen av MEMS och integrerade kretsar.


Wafer Bonding

Waferbindning involverar sammanfogning av två eller flera substrat (vanligtvis med samma diameter) till varandra för att bilda en kompositstruktur. Det finns flera typer av waferbindningsprocesser som används vid tillverkning av mikrosystem inklusive: direkt- eller fusionswaferbindning, varvid två eller flera wafers är sammanbundna som vanligtvis är gjorda av kisel eller något annat halvledarmaterial; anodbindning varvid en bordopad glasskiva är bunden till en halvledarskiva, vanligtvis kisel; termokompressionsbindning, varvid ett mellanliggande tunnfilmsmaterialskikt används för att underlätta waferbindning; och eutektisk bindning, varvid ett tunnfilmsskikt av guld används för att binda två kiselskivor. Var och en av dessa metoder har specifika användningsområden beroende på omständigheterna. De flesta waferbindningsprocesser förlitar sig på tre grundläggande kriterier för framgångsrik bindning: de wafers som ska bindas är tillräckligt plana; waferytorna är tillräckligt släta; och waferytorna är tillräckligt rena. De strängaste kriterierna för waferbindning är vanligtvis den direkta fusionswaferbindningen eftersom även en eller flera små partiklar kan göra bindningen misslyckad. I jämförelse är metoder för waferbindning som använder mellanskikt ofta mycket mer förlåtande.

High aspect ratio (HAR) kiselmikrobearbetning

Både bulk- och ytkiselmikrobearbetning används i industriell produktion av sensorer, bläckstrålemunstycken och andra enheter. Men i många fall har skillnaden mellan dessa två minskat. En ny etsningsteknik, djup reaktiv jonetsning, har gjort det möjligt att kombinera god prestanda som är typisk för bulkmikrobearbetning med kamstrukturer och drift i planet som är typisk för ytmikrobearbetning . Även om det är vanligt vid ytmikrobearbetning att ha en strukturell skikttjocklek i intervallet 2 µm, kan vid HAR-kiselmikrobearbetning tjockleken vara från 10 till 100 µm. De material som vanligtvis används i HAR-kiselmikrobearbetning är tjockt polykristallint kisel, känt som epi-poly, och bundna kisel-på-isolator (SOI) wafers även om processer för bulk silicon wafer också har skapats (SCREAM). Limning av en andra wafer genom glasfritta-bindning, anodbindning eller legeringsbindning används för att skydda MEMS-strukturerna. Integrerade kretsar kombineras vanligtvis inte med HAR-kiselmikrobearbetning.


Ansökningar

Ett Texas Instruments DMD-chip för bioprojektion
Mätning av mekaniska egenskaper hos en guldremsa (bredd ~1 µm) med MEMS inuti ett transmissionselektronmikroskop .

Några vanliga kommersiella tillämpningar av MEMS inkluderar:

Branschstruktur

Den globala marknaden för mikroelektromekaniska system, som inkluderar produkter som bilkrockkuddesystem, displaysystem och bläckpatroner uppgick till 40 miljarder dollar 2006 enligt Global MEMS/Microsystems Markets and Opportunities, en forskningsrapport från SEMI och Yole Development och förväntas bli nå 72 miljarder dollar 2011.

Företag med starka MEMS-program finns i många storlekar. Större företag specialiserar sig på att tillverka billiga komponenter i hög volym eller paketerade lösningar för slutmarknader som bilar, biomedicin och elektronik. Mindre företag tillhandahåller värde i innovativa lösningar och absorberar kostnaden för specialtillverkning med höga försäljningsmarginaler. Både stora och små företag investerar vanligtvis i FoU för att utforska ny MEMS-teknik.

Marknaden för material och utrustning som används för att tillverka MEMS-enheter översteg 1 miljard USD över hela världen 2006. Materialefterfrågan drivs av substrat, som utgör över 70 procent av marknaden, förpackningsbeläggningar och ökande användning av kemisk mekanisk planarisering (CMP). Medan MEMS-tillverkning fortsätter att domineras av begagnad halvledarutrustning, sker en migrering till 200 mm linjer och välj nya verktyg, inklusive etsning och limning för vissa MEMS-applikationer.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microelectromechanical_systems&oldid=1139870714 "