ميكروالكترومكانيكال سيستم (MEMS)-مواد و مصارف

خواص مكانيكي بسيار عالي سيليسيم، مدول يانگ بالا، جرم حجمي كم و قابليت كوچكسازي در ساخت قطعات سيليسيمي منجر به ساخت حسگرهاي مجتمعسازي شده است. حسگرهاي فشار ميكروماشيني با استفاده از تكنولوژيهاي ميكروماشينكاري سطحي و تودهاي بهصورت مجتمعسازي شده و هايبريدي توليد ميشوند كه در آنها از خواص تغيير مقاومت نواحي نفوذ داده شده (پيزومقاومتها) بهواسطه ايجاد تنش، تغيير ظرفيت خازني ميان الكترودهاي ثابت و متحرك و خاصيت تشديدي المان مرتعش سيليسيمي براي تبديل متغير فيزيكي فشار به سيگنال الكتريكي استفاده ميشود. حسگر فشار ميكروماشيني از يك ديافراگم سيليسيمي تشكيل شده است. مزيتهاي اصلي اندازهگيري فشار با استفاده از پيزومقاومتها، سادگي فرايند توليد آنها، رابطه خطي عالي ميان ولتاژ خروجي از حسگر و فشار اندازهگيري است. از عيوب اصلي اين نوع حسگرها بايد به حساسيت دمايي و جريان نشتي آنها اشاره كرد.
بهدليل حساسيت كم پيزومقاومتها، قطعات پيزومقاومتي براي اندازهگيريهاي دقيق (فشارهاي بسيار كم) مناسب نيستند. شركت تويوتا در 1983 به كمك ادغام حسگر فشار پيزومقاومتي با تكنولوژي Bipolar توانست مدار جبرانساز دما، مدار توان و ... را در محل قرارگيري حسگر و روي يك ويفر سيليسيمي ايجاد كند. يكي از مراحل اصلي ساخت حسگر فشار، مرحله حكاكي وابسته به جهتگيري مرطوب سيليسيم است كه خصوصيات و چگونگي انجام آن بخوبي شناخته شده است. لذا، ادغام اين فرايند با فرايندهاي ساخت ICها، امكانپذير است. هماكنون فرايند توليد حسگر فشار پيزومقاومتي با فرايندهاي توليد NMOS و CMOS ادغام شده است. فرايند ساخت نمونه آزمايشگاهي حسگر فشار سيليسيمي پيزومقاومتي شامل مراحل اصلي: اكسيداسيون حرارتي به روش مرطوب با ضخامت اكسيد 7/1 ميكرون، نفوذ حرارتي و ايجاد نواحي مقاومتي نوع p با غلظت ناخالصي مشخص و به عمق 2 ميكرون در بستر سيليسيمي نوع n، فلز نشاني آلومينيم با ضخامت يك ميكرون (به روش تبخيري) Electron-Beam و حكاكي مرطوب عميق وابسته به جهتگيري از طرف پشت ويفر با دقت يك ميكرون در محلول هيدرواكسيد پتاسيم (با غلظت 30 درصد وزني و دماي 80 درجه سانتيگراد) است.
مزاياي ساختن MEMS
MEMS تكنولوژي بينهايت متنوعي است كه بر هر مقوله تجاري محصولات، تأثير بسياري دارد. نوع فناوري MEMS و تنوع آن در كاربردهاي مفيد، آن را بهطور بالقوه به فناوري فراگيرتري حتي از ميكروچيپهاي IC تبديل كرده است.
MEMS وجه تمايز بين سيستمهاي مكانيكي پيچيده و مدارهاي الكتريكي IC را از بين ميبرد.
از نظر تاريخي، حسگرها و محركها، گرانترين وغيرقابل اطمينانترين قسمت يك سيستم الكترونيكي حسگر - محرك، در مقياس بزرگ هستند. فناوري MEMS اجازه ميدهد كه اين سيستمهاي الكترونيكي پيچيده، بهمنظور استفاده در تكنيكهاي ساخت مجتمع توليد شوند. اين عمل، قابليت اطمينان حسگرها و محركها را تا حد برابري با دقت ICها، بر اجزاي سيستمهاي مقياس بزرگ (Macro Scale) پذيرفتني كرده است.
بهدليل حساسيت كم پيزومقاومتها، قطعات پيزومقاومتي براي اندازهگيريهاي دقيق (فشارهاي بسيار كم) مناسب نيستند. شركت تويوتا در 1983 به كمك ادغام حسگر فشار پيزومقاومتي با تكنولوژي Bipolar توانست مدار جبرانساز دما، مدار توان و ... را در محل قرارگيري حسگر و روي يك ويفر سيليسيمي ايجاد كند. يكي از مراحل اصلي ساخت حسگر فشار، مرحله حكاكي وابسته به جهتگيري مرطوب سيليسيم است كه خصوصيات و چگونگي انجام آن بخوبي شناخته شده است. لذا، ادغام اين فرايند با فرايندهاي ساخت ICها، امكانپذير است. هماكنون فرايند توليد حسگر فشار پيزومقاومتي با فرايندهاي توليد NMOS و CMOS ادغام شده است. فرايند ساخت نمونه آزمايشگاهي حسگر فشار سيليسيمي پيزومقاومتي شامل مراحل اصلي: اكسيداسيون حرارتي به روش مرطوب با ضخامت اكسيد 7/1 ميكرون، نفوذ حرارتي و ايجاد نواحي مقاومتي نوع p با غلظت ناخالصي مشخص و به عمق 2 ميكرون در بستر سيليسيمي نوع n، فلز نشاني آلومينيم با ضخامت يك ميكرون (به روش تبخيري) Electron-Beam و حكاكي مرطوب عميق وابسته به جهتگيري از طرف پشت ويفر با دقت يك ميكرون در محلول هيدرواكسيد پتاسيم (با غلظت 30 درصد وزني و دماي 80 درجه سانتيگراد) است.
مزاياي ساختن MEMS
MEMS تكنولوژي بينهايت متنوعي است كه بر هر مقوله تجاري محصولات، تأثير بسياري دارد. نوع فناوري MEMS و تنوع آن در كاربردهاي مفيد، آن را بهطور بالقوه به فناوري فراگيرتري حتي از ميكروچيپهاي IC تبديل كرده است.
MEMS وجه تمايز بين سيستمهاي مكانيكي پيچيده و مدارهاي الكتريكي IC را از بين ميبرد.
از نظر تاريخي، حسگرها و محركها، گرانترين وغيرقابل اطمينانترين قسمت يك سيستم الكترونيكي حسگر - محرك، در مقياس بزرگ هستند. فناوري MEMS اجازه ميدهد كه اين سيستمهاي الكترونيكي پيچيده، بهمنظور استفاده در تكنيكهاي ساخت مجتمع توليد شوند. اين عمل، قابليت اطمينان حسگرها و محركها را تا حد برابري با دقت ICها، بر اجزاي سيستمهاي مقياس بزرگ (Macro Scale) پذيرفتني كرده است.
+ نوشته شده در بیست و هشتم دی ۱۳۹۱ ساعت توسط مجید غفوری
به لطف خدا،metallurgydata کاملترین و پر بازدیدترین(آمار حقیقی و قابل باز دید)مرجع اطلاعات مواد و متالورژی با بیش از 1300 عنوان ،شامل هزاران متن،کتاب،تصوير،فيلم تخصصی