MEMS文献综述报告

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MEMS加速度传感器的研究报告

MEMS加速度传感器的研究报告

MEMS加速度传感器的研究摘要:微传感器因其尺寸微小,测量准确度和灵敏度高而广泛应用于工程、医学、生物等各个领域。

本次报告中,我们将对MEMS技术在惯性传感器件应用——加速度传感器作为讨论学习的主要内容。

本报告选取电容式加速度传感器为例,分别从原理、工艺、检测电路、应用等几个方面展开说明,涉及MEMS电容式加速度传感器的各个方面,较为全面。

很多都是自己的理解,因此也易于接受。

关键词:MEMS 加速度传感器检测电路0 引言随着微机械系统和微加工技术的发展,微型传感器也随之迅速发展。

惯性系统已广泛用于航天、航空、航海和许多民用领域,成为目前各种航行体上应用的一种主要导航设备,能够提供比较精确的姿态与多种导航信息。

我们利用惯性敏感元件和初始位置就可以确定载体的动态位置、姿态和速度。

而加速度计作为惯性系统的一个核心敏感器件,虽然较陀螺仪发明较晚,但是发展速度很快。

各个较大的半导体公司如MOTOROLA和Analog Devices Inc. 等都在MEMS加速度计的研发生产中取得了很大的成就。

因此,此次对于MEMS加速度传感器的研究对于了解专业发展前沿和激发自己的学习兴趣都有很大的帮助。

根据原理不同,MEMS加速度传感器可以分为压阻式、压电式、电容式、谐振式和隧穿式等几大类,为了突出重点,对MENS传感器的原理、工艺及应用有个全面的了解,我们在此选择了其中的一种——电容式加速度传感器做深入研究。

1 电容式加速度传感器的原理1.1 基本原理电容式传感器是电容值随环境参数变化而发生改变的传感器。

根据平板电容器的表达式C=εS/d可知,S和d的变化都会导致电容的变化,因此电容式加速度计的测量原理又可分为变面积式和变间距式,由于变间距式在制造工艺上的优越性,因此当今大部分电容式加速度计都是采用变间距来改变电容进而来测量加速度。

电容式加速度传感器的结构示意如图1所示。

微电容式加速度传感器的工作原理是:当传感器的质量块受到加速度作用的时候,会产生惯性力,这个惯性力会使梁发生变形。

微机电系统文献综述

微机电系统文献综述

基于Galerkin法分析微梁的动态响应一、课题研究背景1.MEMS的概念MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)的英文缩写,是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体,形成同时具有“传感-计算(控制)-执行”功能的智能微型装置或微型系统[1]。

随着技术的兴起和发展,MEMS已成为继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。

MEMS通过力、电、磁等能量的转换来实现自身的特有功能,涉及多种物理场的互相耦合,因此它是一个多能量域耦合作用的极其复杂的系统。

2.MEMS的特点一般地说MEMS具有以下几个非约束性的特征:(1)MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。

尺寸在毫米到微米范围之内,区别于一般宏(Macro),即传统的、大于1cm 尺度的“机械”,并非进入物理上的微观层次。

(2)以硅为主要材料,机械电器性能优良:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度类似于铝,热传导率接近钼和钨。

基于(但不限于)硅微加工技术制造。

(3)批量生产大大降低了MEMS 产品成本。

用硅微加工工艺在一片硅片上同时可制造出成百上千个微型机电装置或完整的MEMS,批量生产使性能价格比比之传统“机械”制造技术大幅度地提高。

(4)集成化。

可以把不同功能、不同敏感方向的多个传感器或执行器集成于一体,或形成微传感器阵列、微执行器阵列,甚至把多种功能器件集成在一起,形成复杂的微系统。

微传感器、微执行器和微电子器件集成在一起可制造成可靠性、稳定性很高的MEMS。

3.MEMS的研究领域作为一门交叉学科,MEMS的研究和开发更是为了在微观领域探索新原理、开发新功能、制造新器件。

由于MEMS具有体系小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化程度高等一系列优点,MEMS的研究领域不仅与微电子学密切相关,而且还广泛涉及到机械、材料、光学、流体、化学、热学、声学、磁学、自动控制、仿真学等学科,技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域[2-5],所以MEMS技术是一门多学科的综合技术。

MEMS传感器行业分析报告

MEMS传感器行业分析报告

MEMS传感器行业分析报告
摘要:
本报告对MEMS传感器行业进行了全面分析,主要包括行业概述、市
场规模与趋势、应用领域、竞争格局以及发展前景等方面。

通过对现有数
据的整理与分析,报告得出了以下结论:MEMS传感器行业具有广阔的市
场前景,但也面临挑战,需要通过技术创新和产业协同来突破。

1.行业概述
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)全称为微机电系统,是
一种集成电子、机械、微机电以及光学等多种技术的集合体。

MEMS传感
器是MEMS技术的应用之一,主要用于感知环境中的各种物理量,并将其
转化为电信号。

2.市场规模与趋势
3.应用领域
MEMS传感器在各个领域都有广泛的应用。

其中,在智能手机领域,MEMS传感器主要用于加速度计、陀螺仪和磁力计等功能;在汽车领域,MEMS传感器用于气囊安全、车载导航系统以及座椅姿态控制等;而在医
疗领域,MEMS传感器被广泛应用于心率监测、血糖监测以及呼吸监测等。

4.竞争格局
5.发展前景
为了促进MEMS传感器行业的健康发展,相关政府部门和企业应该加
强合作,加大对研发和创新的支持力度;同时,注重人才培养与引进,提
高行业整体水平。

此外,注重产品质量和标准化也是行业发展的重要方向。

结论
本报告对MEMS传感器行业进行全面概述与分析,指出MEMS传感器行业具有巨大的市场前景和发展空间。

然而,该行业也面临一系列的挑战,包括技术创新、标准化以及成本控制等。

只有通过不断的努力和创新,行业才能实现可持续发展,并在物联网等领域发挥更大的作用。

微谐振器——文献综述

微谐振器——文献综述

微谐振器——文献综述毕业设计(论文)文献综述毕业设计(论文)题目微谐振器的动态特性分析文献综述题目带有低噪音低功耗放大器的单片CMOS-MEMS三轴加速器学院专业姓名班级学号指导教师微谐振器的动态特性分析和研究一.前言:随着信息技术的高速发展,人类的生产生活得到了极大地改善。

微电子技术和传感技术的发展是信息技术的发展历程中两个十分重要的组成部分,有着十分关键的作用。

信息的采集对信息系统至关重要,而传感器作为信息采集的主要器件,其性能情况直接决定着信息系统能否正常工作,因此传感器系统是整个系统的核心组成部分。

在已知的自然界中存在着各式各样的信号,如速度、加速度、振动、声音、压力、重力、摩擦力等,这些信号都是非电学信号,在现有的科技条件下,是没办法直接进行处理控制的,因此在处理这些自然信号时,通常都是先将自然信号通过相对应的传感器,使之转化为可受控制的电学信号,然后再通过相应的电路系统进行识别,进而处理和控制这些自然信号。

传感器自诞生以来就对人类的科技进歩发挥着重大的影响,传统的传感器由于制作工艺的不成熟,使得其体积大、成本高、精度低,经过技术不断的提高和改进,现在的新型传感器已经向着微型化、低成本、高精度的方向发展,其中MEMS传感器是典型的新型传感器系统。

在传统的传感器系统中,传感器、执行器、信号处理电路、控制电路是分散开来的,但是MEMS传感器使用了最先进的微机械加工技术,将它们集成在了一起,因此获得了具有很高分辨率和很微型体积的新型传感器。

MEMS传感器的这些特点,使得它在于电路系统的集成过程中十分便利,因而在很大程度上扩展了传感器技术的应用深度和应用领域。

MEMS传感器与传统传感器相比具有可靠性高、稳定性强、体积小、成本低、重量轻和智能化等优势[5]。

MEMS( micro electromechanical system) 是指采用微机械加工技术可以批量制作的、集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体的微型器件或微型系统[1]。

针对集成电路设计的各种技术,进行文献调研,写出综述报告

针对集成电路设计的各种技术,进行文献调研,写出综述报告

针对集成电路设计的各种技术,进行文献调研,写出综述报告第一章研究的背景与意义全球IC的快速发展,对IC的研究也越来越多,跨国公司直接投资进入对东道国市场结构效应的影响成为国际投资研究的重要前沿领域之一。

外商直接投资对东道国市场结构的影响在很大程度上取决于外资进入方式的选择。

不同的进入方式对东道国市场结构的影响是不同的,跨国公司与东道国本土企业之间的利益分配也是不同的。

跨国公司纷纷进入中国集成电路产业,投资建厂,充分利用本地资源优势,本土企业与跨国公司并存的情况下,本土企业面临着发展的机遇和挑战。

新世纪IC产业的变迁为中国IC产业的崛起带来了机遇,如果我们能抓住这一有利时机,中国不仅能成为IC产业的新兴地区,更能成为世界IC强国。

在世界IC产业风云骤变之际,相对薄弱的中国IC产业蕴含着潜龙腾空的契机。

第二章集成电路产业的国际比较美国于19xx年由国防部高级研究计划局(DARPA)开始了MOSIS 计划。

该计划除了提供多项目晶片(MPW)服务外还订出了一套与厂家无关的设计规则和元件库,符合MOSIS规则的设计将可以在所有支持MOSIS规则的厂家进行生产。

美国国家安全局(MOSA)和国家科学基金会(NSF)从1985年开始介入该计划。

支持该计划的厂商有IBM、AMI、安捷伦、惠普、TSMC、SUPERTEX、PEREGRINE等,已经可以支持0.13微米的设计和制造。

由于MOSIS计划的实施卓有成效,其他国家纷纷效仿。

欧洲一直在跟踪美国的MOSIS计划。

欧盟发起的EURO PRACTICE 是一个面向工业界的类似美国MOSIS的集成电路组织,德国、比利时、意大利、法国、荷兰、挪威、丹麦、英国、西班牙、瑞典、瑞士、爱尔兰等十一个国家的61个生产、设计和培训机构提供多种统一标准的包括多项目晶片在内的服务。

韩国的IDEC(IC DESIGN EDUCATIN CENTER)是在韩国政府和主要的半导体工业界与1995年成立的以培养人才为主的支持机构。

MEMS加速度传感器的研究报告

MEMS加速度传感器的研究报告

MEMS加速度传感器的研究报告MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)加速度传感器是一种基于微纳技术制造的传感器,用于测量物体加速度的工具。

它具有小尺寸、低成本、高精度等优点,被广泛应用于汽车安全系统、移动设备、航空航天等领域。

本文主要对MEMS加速度传感器的原理、制造工艺、应用以及发展趋势进行研究和分析。

首先,MEMS加速度传感器的原理是基于微机械系统的振动原理。

当传感器受到加速度作用时,会引起传感器内部的微结构振动。

通过测量这种振动信号的变化,即可获得物体的加速度信息。

通常,MEMS加速度传感器采用谐振质量块和弹性支撑等微结构来实现。

其次,MEMS加速度传感器的制造工艺主要包括光刻、离子刻蚀、薄膜沉积等步骤。

首先,利用光刻技术在硅片上形成所需的结构图案。

然后,通过离子刻蚀方法将不需要的部分去除,形成谐振质量块和弹性支撑等微结构。

最后,通过薄膜沉积技术在微结构上形成感应电极,完成传感器的制造。

MEMS加速度传感器在众多领域有着广泛的应用。

在汽车安全系统中,它可以检测到车辆的碰撞或急刹车等情况,从而触发安全气囊的部署。

在移动设备中,它可以用于屏幕自动旋转、运动跟踪等功能。

在航空航天领域,它可以用于飞机的姿态稳定和导航系统的精确定位等。

随着技术不断发展,MEMS加速度传感器也呈现出一些新的趋势。

首先,尽管MEMS加速度传感器已取得很大进展,但其精度仍有提高的空间。

未来的研究将集中于提高传感器的精度和稳定性,以满足更高精度的应用需求。

其次,为了应对多种复杂环境下的应用需求,MEMS加速度传感器还需要增强其抗干扰能力和适应性。

此外,随着物联网技术的快速发展,MEMS加速度传感器将与其他传感器相结合,为更广泛的应用提供数据和支持。

综上所述,MEMS加速度传感器是一种重要的微纳技术应用,具有广泛的应用前景。

通过对其原理、制造工艺、应用和发展趋势的研究,可以更好地理解和推动该技术的发展,为相关领域的应用提供更好的解决方案。

卢志鑫文献综述

卢志鑫文献综述

基于全光网络中的光开关技术及应用摘要随着网络化时代的到来,人们对光纤通信的要求也在不断的提高,同时也就促进了光纤通信技术的发展,我国是一个通信的大国,光纤通信技术也正向着高速、超长传输距离、超大容量以及全光网的方向迅速发展。

本课题是全光网络中的光开关技术及应用,在整个光纤通信系统中,光开关是较为重要的光无源器件,在光网络系统中可对光信号进行选择性操作。

光开关的研究日益成为全光通信领域关注的焦点发展前景很好,全光开关是解决“电子瓶颈”问题,实现全光网络(all optical network,AON)的关键元件。

因此近些年一直倍受人们关注,本文中讨论了热光开关的结构和原理,以及常见的几种热光开关。

如:微电子机械光开关,液晶光开关,数字热光开关,而且例举了热光开关的应用并简要分析其市场前景。

关键词:全光网络;光开关1 主题部分1.1国内外研究现状对比分析随着光纤通信技术的发展和密集波分复用( DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing))系统的应用,光联网( OTN(Oracle Technology Network))已经成为网络发展的趋势,光开关技术已经成为未来光联网的关键技术之一。

对比国内外光开关技术的发展,目前,在光传送网中各种不同交换原理和实现技术的光开关被广泛地提出。

不同原理和技术的[1]光开关具有不同的特性,适用于不同的场合。

依据不同的光开关原理,光开关可分为:机械光开关、磁光开关、热光开关、电光开关和声光开关。

依据光开关的交换介质来分,光开关可分为:自由空间交换光开关和波导交换光开关。

传统机械光开关的工作原理:通过热、静电等动力,旋转微反射镜,将光直接送到或反射到输出端。

特点是开关速度比较慢、性价比好,在很多领域有市场前景,但体积大、不易规模集成的缺点限制了其在未来光通信领域的应用。

在此基础上,近几年发展很快的是MOEMS光开关,它是微机电系统和传统光技术相结合的新型开关,特别是具有光信号的数据格式透明、与偏振无关、差损小、可靠性好、速度快、容易集成的优点。

完整版)MEMS传感器行业分析报告

完整版)MEMS传感器行业分析报告

完整版)MEMS传感器行业分析报告MEMS传感器是一种微型机电系统传感器,它利用微加工技术将传感器和微机电系统集成在一起,具有体积小、功耗低、精度高、可靠性强等优点。

MEMS传感器是传统传感器的未来,它已经被广泛应用于手机、汽车、医疗、环保、安防等领域。

二)MEMS传感器市场前景MEMS传感器市场规模不断扩大,预计到2020年将达到250亿美元。

其中,加速度传感器、压力传感器、陀螺仪等是MEMS传感器市场的主要产品。

随着物联网、智能家居、智能穿戴等领域的快速发展,MEMS传感器市场前景广阔。

三)MEMS传感器应用领域MEMS传感器应用领域广泛,包括手机、汽车、医疗、环保、安防等。

在手机领域,MEMS加速度传感器、陀螺仪等已经成为标配,随着智能手机的普及,MEMS传感器市场需求将进一步增加。

在汽车领域,MEMS传感器被广泛应用于车身稳定性控制、安全气囊、车载导航等方面。

在医疗领域,MEMS传感器被应用于医疗设备、生命体征监测等方面。

在环保领域,MEMS传感器被应用于空气质量监测、水质监测等方面。

在安防领域,MEMS传感器被应用于智能门锁、智能监控等方面。

四)MEMS传感器市场竞争格局MEMS传感器市场竞争格局较为分散,主要厂商包括STMicroelectronics、Bosch、InvenSense、Knowles、XXX、Murata等。

其中,STMicroelectronics和Bosch是市场份额最大的两家厂商,占据了MEMS传感器市场的大部分份额。

随着市场竞争的加剧,MEMS传感器厂商将加大技术创新和产品研发力度,以提高产品性能和市场竞争力。

微机电系统(MEMS)是一种小型智能装置,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通信和电源等于一体。

它是微电子技术和精密机械加工技术相互融合的产物,将微电子与机械融为一体的系统。

MEMS内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统。

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微机电系统(MEMS)的主要工艺姓名:曹光浦班级:02321202学号:1120120403指导老师:何光前言微电子机械系统(MEMS)的出现,极大地扩展了微电子领域的研究空间。

从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整系统。

MEMS主要包含了微型传感器、执行器及相应的处理电路三部分。

作为输入信号的自然界的各种信息,首先通过传感器转化成各种电信号,经过信号处理以后,再通过微执行器对外部世界发生作用。

传感器可以把能量从一种形式转化成另一种形式,从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化成系统可以处理的信号(如电信号)。

执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的操作。

信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。

微机电系统(MEMS)的主要工艺1、体加工工艺1.1腐蚀工艺腐蚀是指一种材料在它所处的环境中由于另一种材料的作用而造成的缓慢的损害的现象。

然而在不同的科学领域对腐蚀这一概念则有完全不同的理解方式。

在微加工工艺中,腐蚀工艺是用来“可控性”的“去除”材料的工艺。

大部分的微加工工艺基于“Top-Down”的加工思想。

“Top-Down”加工思想是通过去掉多余材料的方法,实现结构的加工。

(雕刻——泥人)作为实现“去除”步骤的腐蚀工艺是形成特定平面及三维结构过程中,最为关键的一步。

腐蚀工艺简介图1.2湿法腐蚀湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。

所谓湿法腐蚀,就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀,在腐蚀过程中,腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。

用于化学腐蚀的试剂很多,有酸性腐蚀剂,碱性腐蚀剂以及有机腐蚀剂等。

根据所选择的腐蚀剂,又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀剂。

各向同性腐蚀的试剂很多,包括各种盐类(如CN基、NH 基等)和酸,但是由于受到能否获得高纯试剂,以及希望避免金属离子的玷污这两个因素的限制,因此广泛采用HF—HNO3腐蚀系统。

各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。

基于这种腐蚀特性,可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。

各向异性腐蚀剂一般分为两类,一类是有机腐蚀剂,包括EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等,另一类是无机腐蚀剂,包括碱性腐蚀液,如KOH、NaOH、NH4OH 等。

1.3干法腐蚀干法腐蚀是指利用高能束与表面薄膜反应,形成挥发性物质,或直接轰击薄膜表面使之被腐蚀的工艺。

干法腐蚀能实现各向异性刻蚀,即纵向的刻蚀速率远大于横向刻蚀的速率,保证了细小图形转移后的高保真性。

但工艺设备昂贵,不适用于生产。

就湿法和干法比较而言,湿法的腐蚀速率快、各向异性差、成本低,腐蚀厚度可以达到整个硅片的厚度,具有较高的机械灵敏度。

但控制腐蚀厚度困难,且难以与集成电路进行集成。

湿法腐蚀和干法腐蚀的优缺点比较2、硅片键合工艺硅片键合技术是指通过化学和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其它材料紧密地结合起来的方法。

硅片键合往往与表面硅加工和体硅加工相结合,用在MEMS 的加工工艺中。

常见的硅片键合技术包括金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合以及玻璃焊料烧结等。

2.1阳极键合阳极键合又称场助键合或静电键合。

阳极键合技术是Wallis和Pomerantz于1969年提出的。

它可以将玻璃与金属、合金或半导体键合在一起而不用任何粘结剂。

这种键合温度低、键合界面牢固、长期稳定性好。

阳极键合中,静电引力起着非常重要的作用。

在比较高的温度下,紧密接触的硅/玻璃界面会发生化学反应,形成牢固的化学键,如Si-O-Si键等。

如果硅接电源负极,则不能形成键合,这就是“阳极键合”名称的由来。

2.2硅-硅直接键合两硅片通过高温处理可以直接键合在一起,不需要任何粘结剂和外加电场,工艺简单。

这种键合技术称为硅-硅直接键合技术。

直接键合工艺是由Lasky首先提出的。

硅-硅直接键合工艺如下:(1)将两抛光硅片(氧化或未氧化均可)先经含OH-的溶液浸泡处理;(2)在室温下将两硅片抛光面贴合在一起;(3)贴合好的硅片在氧气或氮气环境中经数小时的高温处理,这样就形成了良好的键合。

直接键合工艺相当简单。

键合的机理可用三个阶段的键合过程加以描述。

第一阶段,从室温到200°C,两硅片表面吸附OH团,在相互接触区产生氢键。

在200°C时,形成氢键的两硅片的硅醇键之间发生聚合反应,产生水及硅氧键,即Si-OH+HO-Si→Si-O-Si+H2O。

到400°C时,聚合反应基本完成。

第二阶段温度在500~800°C范围内,在形成硅氧键时产生的水向SiO2中的扩散不明显,而OH团可以破坏桥接氧原子的一个键使其转变为非桥接氧原子,即:HOH+Si-O-Si=2 +2Si- 。

第三阶段,温度高于800°C后,水向SiO2中扩散变得显著,而且随温度的升高扩散量成指数增大。

键合界面的空洞和间隙处的水分子可在高温下扩散进入四周SiO2中,从而产生局部真空,这样硅片会发生塑性变形使空洞消除。

同时,此温度下的SiO2粘度降低,会发生粘滞流动,从而消除了微间隙。

超过1000°C 时,邻近原子间相互反应产生共价键,使键合得以完成。

在键合前,对硅片进行表面处理,使其表面吸附是至关重要的。

对于热氧化的镜面抛光的硅片而言,热氧化的SiO2具有无定型的石英玻璃网格结构。

在SiO2膜的表面和体内,有一些氧原子处于不稳定状态。

在一定条件下,它们可得到能量而离开硅原子,使表面产生悬挂键。

有许多种方法可以增加热氧化的硅表面的悬挂键。

等离子体表面活化处理就是一种方法。

对于原始抛光硅片,纯净的的硅片表面是疏水性的,若将其浸入在含有氧化剂的溶液中,瞬间会在硅片表面吸附一层单氧层。

随着溶液温度的提高(75°C~110°C),单氧层会向一氧化物、二氧化物过渡。

由化学溶液形成的硅氧化物表面有非桥键的羟基存在,所以这有利于硅片的室温键合。

常用的亲水液有硫酸双氧水、稀硝酸、氨水等。

键合良好的硅片,其键合强度可高达12MPa以上,这需要良好的键合条件。

首先是温度,两硅片的键合最终是靠加热来实现的,因此,温度在键合过程中起着关键的作用。

其次是硅片表面的平整度。

抛光硅片或热氧化硅片表面并不是理想的镜面,而总是有一定的起伏和表面粗糙度。

如果硅片有较小的粗糙度,则在键合过程中,会由于硅片的弹性形变或者高温下的粘滞回流,使两键合片完全结合在一起,界面不存在孔洞。

若表面粗糙度很大,键合后就会使界面产生孔洞。

最后,就是表面的清洁度。

如果键合工艺不是在超净环境中进行的,则硅片表面就会有一些尘埃颗粒,尘埃颗粒是键合硅片产生孔洞的主要根源之一。

例如,若硅片厚350μm,颗粒直径1μm,则引起的孔洞直径为4.2mm。

可见,粘污粒子对键合的影响程度。

此外,室温下贴合时陷入界面的气体也会引起孔洞。

硅-硅直接键合工艺不仅可以实现Si-Si、Si-SiO2和SiO2-SiO2键合,而且还可以实现Si-石英、Si-GaAs或InP、Ti-Ti和Ti-SiO2键合。

另外,在键合硅片之间夹杂一层中间层,如低熔点的硼硅玻璃等,还可以实现较低温度的键合,并且也能达到一定的键合强度,这种低温键合可与硅半导体器件常规工艺兼容。

2.3金属共熔键合金硅共熔键合常用于微电子器件的封装中,用金硅焊料将管芯烧结在管座上。

1979年这一技术用在了压力变送器上。

金硅焊料是金硅二相系(硅含量为19at.%),熔点为363°C,要比纯金或纯硅的熔点低得多(见图1)。

在工艺上使用时,它一般被用作中间过渡层,置于欲键合的两片之间,将它们加热到稍高于金硅共熔点的温度。

在这种温度下,金硅混合物将从与其键合的硅片中夺取硅原子以达到硅在金硅二相系中的饱和状态,冷却以后就形成了良好的键合。

利用这种技术可以实现硅片之间的键合。

然而,金在硅中是复合中心,能使硅中的少数载流子寿命大大降低。

许多微机械加工都是在低温下处理的,一般硅溶解在流动的金中,而金不会渗入到硅中,硅片中不会有金掺杂。

这种硅-硅键合在退火以后,由于热不匹配会带来应力,在键合中要控制好温度。

金硅共熔中的硅-硅键合工艺是,先热氧化P型(100)晶向硅片,后用电子束蒸发法在硅片上蒸镀一层厚30nm的钛膜,再蒸镀上一层120nm的金膜。

这是因为钛膜与SiO2层有更高的粘合力。

最后,将两硅片贴合放在加热器上,加一质量块压实,在350~400°C温度下退火。

实验表明,在退火温度365°C,时间10分钟,键合面超过90%。

键合的时间和温度是至关重要的。

除金之外,Al、Ti、PtSi、TiSi2也可以作为硅-硅键合的中间过渡层。

3、LIGA技术3.1 LIGA技术的基本原理LIGA是德文Lithographie,Galvanoformung和Abformung三个词,即光刻、电铸和注塑的缩写。

LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术(工艺流程如图所示),主要包括X光深度同步辐射光刻,电铸制模和注模复制三个工艺步骤。

由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱,使LIGA 技术能够制造出高宽比达到500、厚度大于1500 μm、结构侧壁光滑且平行度偏差在亚微米范围内的三维立体结构。

这是其它的微制造技术所无法实现的。

LIGA 技术被视为是微纳米制造技术中最有生命力、最有前途的加工技术。

利用LIGA 技术,不仅可制造微纳尺度结构,而且还能加工尺度为毫米级的Meso结构。

3.2LIGA技术工艺流程3.2.1X射线深度光刻将光刻胶涂在有很好的导电性能的基片上,然后利用同步X射线将X光掩模上的二维图形转移到数百微米厚的光刻胶上。

刻蚀出深宽比可达几百的光刻胶图形。

X光在光刻胶中的刻蚀深度受到波长的制约。

若光刻胶厚度10-1000微米应选用典型波长为0.1-1纳米的同步辐射源。

3.2.2显影将曝光后的光刻胶放到显影液中进行显影处理,曝光后的光刻胶如(PMMA)分子长键断裂,发生降解,降解后的分子可溶于显影液中,而未曝光的光刻胶显影后依然存在。

这样就形成了一个与掩模图形相同的三维光刻胶微结构。

3.2.3电铸制模利用光刻胶层下面的金属薄层作为阴极对显影后的三维光刻胶微结构进行电镀。

将金属填充到光刻胶三维结构的空隙中,直到金属层将光刻胶浮雕完全覆盖住,形成一个稳定的、与光刻胶结构互补的密闭金属结构。

此金属结构可以作为最终的微结构产品,也可以作为批量复制的模具。

对显影后的样品进行微电铸, 就可以获得由各种金属组成的微结构器件。

微电铸的原理是在电压的作用下,阳极的金属失去电子, 变成金属离子进入电铸液, 金属离子在阴极获得电子, 沉积在阴极上, 当阴极的金属表面有一层光刻胶图形时, 金属只能沉积到光刻胶的空隙中, 形成与光刻胶相对应的金属微结构。

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