За матеріалами сайту www.memx.com
МЕМС (мікроелектромеханічні системи) - нова технологія виготовлення мікроскопічних механізмів, що використовує старі інструменти і методи, розроблені для індустрії інтегральних схем. Такі механізми виготовляються на стандартних кремнієвих пластинах.
Реальна міць технології МЕМС полягає в можливості одночасного створення на поверхні пластини безлічі механізмів без єдиної складальної операції. Оскільки процес подібний до класичної фотолітографії, виготовити на підкладці мільйон механізмів так само просто, як і один.
Ці стають всюдисущими крихітні машини швидко пробили собі дорогу в безліч комерційних і військових програм.
При виготовленні МЕМС використовується кілька основних технологій, які ми розглянемо нижче.
Об'ємна мікрообробка - це виробничий процес, що йде від поверхні кремнієвої пластини вглиб, при якій хімічним травленням послідовно видаляються непотрібні ділянки кремнію, в результаті чого залишаються корисні механізми. Традиційним фотоспособом на пластині формується малюнок, захищає ті ділянки, які необхідно зберегти. Потім пластини занурюються в рідкий травитель, в якості якого може використовуватися гідроксид калію, «з'їдає» незахищені ділянки кремнію. Технологія об'ємної мікрообробки відносно проста і недорога, і добре підходить для не надто складних додатків, критичних до ціни.
Датчик тиску для особливо надійних авіаційних і промислових додатків
Практично всі датчики тиску виготовляються сьогодні з допомогою об'ємної мікрообробки. По ряду параметрів вони перевершують традиційні датчики тиску, так як набагато дешевші, виключно надійні, технологічні і мають хорошу відтворюваність параметрів.
У будь-якому сучасному автомобілі обов'язково є кілька мікромеханічних датчиків тиску. Типове приклад їх використання - вимірювання тиску у впускному колекторі двигуна.
Датчик тиску STMicroelectronics
Мініатюрність і висока надійність виготовлених об'ємної мікрообробки датчиків тиску роблять їх ідеальними компонентами також і для різних медичних програм.
На противагу об'ємної мікрообробки, суть якої полягає в пошаровому видаленні матеріалу з поверхні пластини за допомогою травлення, при поверхневій мікрообробки відбувається послідовне нарощування шарів матеріалу на кремній.
Полікремнієвих резонатор, зроблений методом поверхневої мікрообробки
Типовий процес поверхневої мікрообробки є повторювану послідовність нанесення на поверхню пластини тонких плівок, формування на плівці захисного малюнка методом фотолітографії і хімічного травлення плівки. Щоб створити рухливі, що функціонують механізми, в шарах чергують тонкі плівки конструкційний матеріал (зазвичай це кремній) і заповнювач, званого також абляціонним матеріалом (як правило, двоокис кремнію). З конструкційний матеріал утворюються механічні елементи, а абляціонний матеріал заповнює порожнечі між ними. На останньому етапі заповнювач видаляється травленням, і конструкційні елементи набувають рухливість і функціональність.
Полікремнієвих мікромотор, зроблений методом поверхневої мікрообробки
Якщо в якості конструкційного матеріалу використовується кремній, а заповнювачем служить двоокис кремнію, фінальний етап полягає в зануренні пластини в плавиковий кислоту, яка швидко витруює заповнювач, залишаючи кремній недоторканим.
Потім, в типовому випадку, пластини розрізаються на окремі кристали, які, в свою чергу, упаковуються в корпуси тієї чи іншої конструкції, відповідної необхідному додатком.
Поверхнева мікрообробка вимагає більшої кількості технологічних операцій, ніж об'ємна, і, відповідно, вона дорожча. Поверхнева мікрообробка використовується для створення більш складних механічних елементів.
LIGA (від німецького LItographie, Galvanoformung і Abformung - літографія, гальваностегія, формування) - це технологія, що дозволяє методами рентгенолітографія створювати невеликі елементи з відносно великим відношенням висоти до ширини. Процес виготовлення в типовому випадку починається з нанесення фотомаски на поверхню листа полиметилметакрилата (ПММА). Потім ПММА піддається експонування рентгенівськими променями високої енергії. Експоновані ділянки, не захищені маскою, видаляються за допомогою відповідного травителя, в результаті чого утворюються виключно точні мікроскопічні механічні елементи.
Висока шестерня з великим коефіцієнтом співвідношення сторін, створена за допомогою технології LIGA
Технологія LIGA відносно дешева і добре підходить для додатків, що вимагають більшого коефіцієнта співвідношення сторін, ніж можна отримати за допомогою поверхневої мікрообробки.
Глибоке реактивне іонне травлення
Від традиційної об'ємної мікрообробки глибоке реактивне іонне травлення (Deep Reactive Ion Etching - DRIE) відрізняється тільки тим, замість вологого хімічного травлення для створення фігур використовується полум'яне. Це дозволяє набагато гнучкіше управляти профілями травлення і істотно розширити асортимент виготовляються елементів. Виробниче обладнання для іонного травлення дуже дорого, тому й прилади, створені за технологією DRIE, як правило, дорожче приладів, зроблених з використанням традиційного вологого травлення.
МЕМС, сформована двостороннім глибоким реактивним іонним травленням
Інтегровані МЕМС технології
Оскільки для створення МЕМС використовується те ж обладнання і ті ж технології, що і для виготовлення інтегральних схем, ніщо не заважає формувати електронні схеми на одному кристалі з мікромеханізм. Це дозволяє забезпечувати мікромашини інтелектом і створювати дуже цікаві пристрої.
Датчик прискорення і схеми обробки сигналу сформовані на одному кристалі