Основные особенности технологии микросистемной техники и отличия от технологии микроэлектроники.
Микросистемная техника (МСТ)
Микроэлектроника
Особенности
Интеграция механики, электроники и других областей: МСТ включает элементы микромеханики, микрооптики, микрофлюидики, биосенсоры и другие миниатюрные системы. Она объединяет механические, электрические и химические процессы.
Микроэлектромеханические системы (МЭМС): Часто используются для создания микроскопических устройств, таких как акселерометры, гироскопы, датчики давления и другие системы, способные выполнять механические функции.
Материалы: Для МСТ применяются не только полупроводники, но и различные материалы, такие как кремний, кварц, металлы, полимеры и керамика.
Производственные технологии: Используются процессы, заимствованные из микроэлектроники (фотолитография, травление), но также добавляются технологии объёмной и поверхностной микромеханики.
Применения:
Автомобильная промышленность (датчики ускорения, давления).
Биомедицина (биосенсоры, имплантаты).
Телекоммуникации (оптические коммутаторы).
Потребительская электроника (гироскопы для смартфонов).
Открытость элементов МСТ внешним воздействиям и потокам
Фокус на электронных устройствах: Основное внимание уделяется разработке интегральных схем (ИС), транзисторов, микропроцессоров и других компонентов для обработки, хранения и передачи электрических сигналов.
Основной материал — кремний: Технологии микроэлектроники в основном основаны на кремнии, хотя могут использоваться и другие материалы (например, арсенид галлия для высокочастотных устройств).
Технологии производства:
Фотолитография, ионное травление, диффузия, осаждение тонких плёнок.
Высокая степень миниатюризации, достигнутая благодаря законам масштабирования (например, закон Мура).
Применения:
Компьютеры, мобильные устройства.
Цифровая и аналоговая электроника.
Устройства обработки сигналов и памяти
Отличия
Предметная область:
объединяет разные физические процессы, такие как механические, оптические и химические.
занимается исключительно обработкой и передачей электронных сигналов.
Степень интеграции:
интегрирует элементы, выполняющие различные функции, например, датчики и актюаторы.
сосредоточена на интеграции транзисторов и других электронных компонентов.
Применение материалов:
применяет более широкий спектр материалов.
в основном использует кремний.
Примеры продуктов:
гироскопы, датчики давления, микрофлюидные устройства.
микропроцессоры, чипы памяти, логические схемы.
Основные принципы технологии «объёмной микромеханики».
Объёмная микромеханика — это технология микросистемной техники, используемая для создания микромеханических структур в объёмных материалах, таких как кремний. Основное отличие этой технологии от других методов (например, поверхностной микромеханики) заключается в том, что обработка происходит глубоко в материале, а не только на его поверхности. Вот основные принципы и особенности:
Основные принципы объёмной микромеханики
Использование объёма материала:
Обработка происходит в толще материала (обычно кристаллического кремния), что позволяет создавать трёхмерные структуры, такие как каналы, полости, мембраны, балки и иглы.
Подход обеспечивает высокую механическую прочность и стабильность изготавливаемых компонентов.
Глубокое анизотропное травление:
Травление зависит от кристаллографической ориентации материала (например, в кремнии). Например, химические растворы (KOH, TMAH) травят разные кристаллографические плоскости с различной скоростью, что позволяет создавать чёткие геометрические формы (например, пирамидальные структуры).
Изотропное травление:
Применяется для создания закруглённых или сферических полостей. Здесь скорость травления одинакова во всех направлениях, что даёт плавные и округлые структуры.
Комбинация фотолитографии и травления:
Фотолитография используется для нанесения защитных масок (например, из SiO2, SiC, Si3N4), которые определяют области, подлежащие травлению.
Маски предотвращают травление защищённых областей, позволяя точно формировать структуры.
Механическая обработка:
Для некоторых применений используются механические методы обработки, такие как шлифовка, сверление или лазерная резка.
Полирующие травители – поверхностные реакции идут быстрее, чем диффузионные.
Двухстороннее совмещение???
Электрохимическое травление:
Применяется для формирования пористых или полых структур. Электрохимический процесс позволяет контролировать пористость и размер создаваемых пор.
Преимущества объёмной микромеханики
Высокая точность:
Позволяет создавать структуры с высокой степенью повторяемости и точности.
Механическая прочность:
Изделия сохраняют механическую устойчивость благодаря использованию всего объёма материала.
Глубокие структуры:
Методика позволяет создавать глубокие каналы и полости, недоступные для поверхностной микромеханики.
Подходит для крупных структур:
Объёмная микромеханика лучше всего подходит для относительно больших микроструктур, таких как датчики давления или расходомеры.
Применения
Датчики давления:
Мембраны, формируемые методом объёмной микромеханики, используются для измерения давления в различных средах.
Микрофлюидика: Создание каналов и полостей для управления жидкостями на микроуровне.
Акселерометры и гироскопы:
Механические структуры, чувствительные к ускорению и угловым скоростям, используются в автомобилях, смартфонах и других устройствах.
Оптические компоненты:
Микрозеркала, диафрагмы и линзы.
Ограничения