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MEMS के लिए सरफेस माइक्रोमशीनिंग

1980
  • Richard S. Muller
  • Roger T. Howe
प्रयोगशाला में एमईएमएस उपकरण निर्माण के लिए सतही माइक्रोमैशिनिंग प्रक्रिया।.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

सतही माइक्रोमशीनिंग निर्माण MEMS सब्सट्रेट पर पतली फिल्मों को जमा करके और पैटर्न बनाकर उपकरणों का निर्माण किया जाता है। इसमें एक बलिदानी परत (जैसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड) जमा करना, उस पर पैटर्न बनाना, एक संरचनात्मक परत (जैसे पॉलीसिलिकॉन) जमा करना और अंत में यांत्रिक संरचना को मुक्त करने के लिए बलिदानी परत को हटाना शामिल है। यह प्रक्रिया वेफर की सतह पर सीधे जटिल, स्वतंत्र सूक्ष्म संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देती है।

सतही माइक्रोमशीनिंग, एमईएमएस निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, जो सिलिकॉन वेफर जैसे सब्सट्रेट पर जटिल यांत्रिक प्रणालियों के निर्माण को संभव बनाता है। यह प्रक्रिया योगात्मक है, जिसमें संरचनाओं का निर्माण परत दर परत किया जाता है, जो बल्क माइक्रोमशीनिंग की घटावात्मक प्रकृति से भिन्न है। एक सामान्य प्रक्रिया प्रवाह सब्सट्रेट पर सिलिकॉन नाइट्राइड जैसी एक पृथक्करण परत के जमाव से शुरू होता है। इसके बाद, कम दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (एलपीसीवीडी) का उपयोग करके एक बलिदानी परत, जो अक्सर फॉस्फोसिलिकेट ग्लास (पीएसजी) नामक सिलिकॉन डाइऑक्साइड का एक प्रकार होती है, जमा की जाती है। फिर इस परत को फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी का उपयोग करके पैटर्न किया जाता है, जिससे उन क्षेत्रों को परिभाषित किया जाता है जहां अंतिम संरचना सब्सट्रेट से जुड़ी होगी और गतिशील भागों के नीचे के अंतराल को भी परिभाषित किया जाता है।

इसके बाद, पैटर्न वाली बलि परत के ऊपर संरचनात्मक परत, जो आमतौर पर पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (पॉलीसिलिकॉन) होती है, जमा की जाती है। फिर इस पॉलीसिलिकॉन परत को वांछित यांत्रिक घटकों, जैसे बीम, गियर या झिल्ली, की ज्यामिति को परिभाषित करने के लिए पैटर्न किया जाता है। बलि और संरचनात्मक परतों को जमा करने और पैटर्न करने की इस प्रक्रिया को कई बार दोहराया जा सकता है ताकि अत्यधिक जटिल, बहु-स्तरीय संरचनाएं बनाई जा सकें। अंतिम, महत्वपूर्ण चरण "रिलीज़" प्रक्रिया है। वेफर को एक रासायनिक एचेंट, आमतौर पर हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (HF) में डुबोया जाता है, जो पॉलीसिलिकॉन संरचनात्मक परतों या सिलिकॉन नाइट्राइड अलगाव परत पर हमला किए बिना बलि PSG परतों को चुनिंदा रूप से हटा देता है। इससे पॉलीसिलिकॉन संरचनाएं अपने निर्धारित एंकरों द्वारा सब्सट्रेट के ऊपर निलंबित होकर स्वतंत्र रूप से हिलने-डुलने के लिए स्वतंत्र हो जाती हैं।

इस तकनीक का एक प्रमुख लाभ यह है कि यह मानक CMOS एकीकृत परिपथ निर्माण प्रक्रियाओं के साथ सहज रूप से संगत है। इससे MEMS उपकरणों को उनके नियंत्रण और सिग्नल प्रोसेसिंग इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एक ही चिप पर एकीकृत करना संभव हो जाता है, जिससे छोटे, सस्ते और उच्च-प्रदर्शन वाले सिस्टम बनते हैं। हालांकि, सतह माइक्रोमशीनिंग में कुछ चुनौतियां भी हैं। रिलीज के दौरान विफलता का मुख्य कारण 'चिपकना' है, जहां रिलीज की गई संरचनाएं, एक बार गीली होने पर, सूखने के दौरान केशिका बलों द्वारा सब्सट्रेट पर खींच ली जाती हैं और वैन डेर वाल्स आकर्षण जैसे अंतर-आणविक बलों के कारण स्थायी रूप से चिपक जाती हैं। इस गंभीर समस्या को कम करने के लिए सुपरक्रिटिकल CO2 सुखाने या विशेष सतह कोटिंग्स जैसी विभिन्न एंटी-चिपकने की रणनीतियां विकसित की गई हैं।

UNESCO Nomenclature: 3313
औद्योगिक इंजीनियरिंग

Type

रासायनिक प्रक्रिया

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • सेमीकंडक्टर उद्योग से फोटोलिथोग्राफी तकनीकें
  • पतली फिल्म के विकास के लिए रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सीवीडी)
  • गीली और सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रियाएँ
  • एकीकृत परिपथ (आईसी) निर्माण प्रौद्योगिकी

आवेदन

  • प्रोजेक्टरों में डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस (डीएमडी)
  • स्मार्टफ़ोन में जड़त्वीय सेंसर (एक्सेलरोमीटर और जाइरोस्कोप)
  • दबाव सेंसर
  • इंकजेट प्रिंटर हेड
  • आरएफ एमईएमएस स्विच

पेटेंट:

  • US4673455A
  • US5024723A

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: सतह माइक्रोमशीनिंग, एमईएमएस, निर्माण, पतली फिल्म, पॉलीसिलिकॉन, बलिदानी परत, नक़्क़ाशी, माइक्रोफैब्रिकेशन, लिथोग्राफी, स्टिक्शन।

ऐतिहासिक संदर्भ

MEMS के लिए सरफेस माइक्रोमशीनिंग

1980
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1980
1981
1986
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1984
1986
1986

(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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