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MEMS के लिए बल्क माइक्रोमैकेनिंग

1970
सिलिकॉन वेफर्स पर एमईएमएस निर्माण के लिए बल्क माइक्रोमशीनिंग प्रक्रिया।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

बल्क माइक्रोमशीनिंग एक घटाव आधारित निर्माण प्रक्रिया है जो बनाती है MEMS सिलिकॉन वेफर जैसी किसी सतह पर चुनिंदा नक्काशी करके संरचनाएं बनाई जाती हैं। इसमें गीली या सूखी नक्काशी तकनीकों का उपयोग करके मुख्य सामग्री को आकार दिया जाता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) जैसे विषमदैशिक नक्काशीकारक आम हैं, क्योंकि वे सिलिकॉन के विभिन्न क्रिस्टल तलों को अलग-अलग दरों पर नक्काशी करते हैं, जिससे सटीक V-आकार के खांचे और गुहाएं बनाना संभव होता है।

बल्क माइक्रोमशीनिंग, एमईएमएस बनाने की सबसे पुरानी और सबसे स्थापित विधियों में से एक है। एक सबट्रैक्टिव प्रक्रिया के रूप में, इसमें डिवाइस की विशेषताओं को सीधे सब्सट्रेट के बल्क से तराशा जाता है, जो आमतौर पर एक सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन वेफर होता है। यह तकनीक एचिंग पर बहुत अधिक निर्भर करती है, जिसे मोटे तौर पर वेट (रासायनिक) या ड्राई (प्लाज्मा-आधारित) में वर्गीकृत किया जा सकता है।

वेट एचिंग अधिक पारंपरिक विधि है। यह आइसोट्रोपिक हो सकती है, जिसमें सभी दिशाओं में एक ही दर से एचिंग होती है, जिसके परिणामस्वरूप गोल, अंडरकट आकृतियाँ बनती हैं। एमईएमएस के लिए आमतौर पर एनिसोट्रोपिक वेट एचिंग का उपयोग किया जाता है। यह विधि इस तथ्य का लाभ उठाती है कि एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन में एचिंग दर क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास पर निर्भर करती है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH), टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड (TMAH) और एथिलीनडायमाइन पायरोकैटेकॉल (EDP) जैसे एचेंट (100) और (110) क्रिस्टल तलों को (111) तलों की तुलना में बहुत तेजी से एच करते हैं। (100)-उन्मुख वेफर पर क्रिस्टल अक्षों के साथ मास्क पैटर्न को संरेखित करके, इस गुण का उपयोग कोणीय साइडवॉल वाली सटीक रूप से परिभाषित संरचनाएं बनाने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि फाइबर ऑप्टिक्स के लिए V-ग्रूव या पिरामिडनुमा गड्ढे। (111) तल प्राकृतिक एच-स्टॉप के रूप में कार्य करते हैं, जिससे अंतिम ज्यामिति पर उत्कृष्ट नियंत्रण संभव होता है। प्रेशर सेंसर के लिए डायाफ्राम एक क्लासिक अनुप्रयोग है, जिसे वेफर के पीछे की तरफ से तब तक नक़्क़ाशी करके बनाया जाता है जब तक कि एक नक़्क़ाशी-रोकने वाली परत (जैसे कि एक भारी मात्रा में डोप की गई बोरोन परत या एक पीएन जंक्शन पर एक इलेक्ट्रोकेमिकल स्टॉप) तक नहीं पहुंच जाता।

ड्राई एचिंग, विशेष रूप से डीप रिएक्टिव-आयन एचिंग (डीआरआईई), बल्क माइक्रोमशीनिंग की एक प्रमुख तकनीक बन गई है। डीआरआईई लगभग ऊर्ध्वाधर साइडवॉल वाली बहुत गहरी, उच्च-आस्पेक्ट-अनुपात वाली संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है, जो वेट एचिंग से संभव नहीं है। सबसे आम विधि "बॉश प्रक्रिया" है, जो एचिंग चरण (एसएफ6 जैसे प्लाज्मा का उपयोग करके) और एक के बीच बारी-बारी से होती है। निष्क्रियता इस प्रक्रिया में (C4F8 जैसी पॉलीमराइज़िंग गैस का उपयोग करके) एक चरण शामिल होता है। पैसिविशन परत पार्श्व दीवारों को उत्कीर्णन से बचाती है, जिससे उत्कीर्णन मुख्य रूप से ऊर्ध्वाधर दिशा में होता है। सैकड़ों माइक्रोन की गहराई प्राप्त करने के लिए यह चक्र सैकड़ों या हजारों बार दोहराया जाता है। आधुनिक उच्च-प्रदर्शन जड़त्वीय सेंसरों के निर्माण के लिए DRIE आवश्यक है। microfluidic 3डी चिप स्टैकिंग के लिए डिवाइस और थ्रू-सिलिकॉन वाया (टीएसवी)।

UNESCO Nomenclature: 3313
औद्योगिक इंजीनियरिंग

Type

रासायनिक प्रक्रिया

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • सिलिकॉन वेफर्स में क्रिस्टल अभिविन्यास का ज्ञान
  • सिलिकॉन के लिए रासायनिक एचेंट का विकास
  • पैटर्न निर्धारण के लिए फोटोलिथोग्राफी
  • ऐसे मास्किंग पदार्थ जो एनचैंट्स के प्रति प्रतिरोधी हों (जैसे, सिलिकॉन नाइट्राइड)

आवेदन

  • दबाव सेंसर डायाफ्राम
  • इंकजेट प्रिंटर नोजल
  • माइक्रोफ्लुइडिक चैनल
  • परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (एएफएम) कैंटिलीवर
  • ऑप्टिकल फाइबर संरेखण के लिए वी-ग्रूव

पेटेंट:

  • US4187139A
  • US5501893A

संभावित नवाचार विचार

  • उच्च-प्रदर्शन जड़त्वीय नेविगेशन इकाइयाँ जिनमें गहरे उत्कीर्ण प्रूफ द्रव्यमान होते हैं
  • पोर्टेबल बिजली उत्पादन के लिए माइक्रो-टर्बाइन
  • माइक्रो-चैनल हीट सिंक वाले सीपीयू के लिए उन्नत शीतलन प्रणाली
  • जटिल, गहन द्रव नेटवर्क वाले लैब-ऑन-ए-चिप उपकरण
  • सटीक रूप से उत्कीर्ण संरेखण विशेषताओं के साथ चिप पर ऑप्टिकल बेंच
  • 3डी एकीकृत परिपथ स्टैकिंग के लिए थ्रू-सिलिकॉन वाया (टीएसवी)
  • टाइमिंग अनुप्रयोगों के लिए उच्च-क्यू कारक वाले यांत्रिक अनुनादक
  • दर्द रहित दवा वितरण के लिए सूक्ष्म सुइयों की श्रृंखला
  • लघु द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर
  • ईंधन सेल components with high surface area electrodes
Related to: bulk micromachining, MEMS, etching, silicon, anisotropic etching, KOH, DRIE, deep reactive-ion etching, subtractive process, microfabrication.

ऐतिहासिक संदर्भ

MEMS के लिए बल्क माइक्रोमैकेनिंग

1970
1970
1970
1970
1972
1974
1975-06-01
1965-12-21
1970
1970
1970
1970
1974
1974
1978

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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