应用双埋层SOI工艺制备低g值微惯性开关

采用双埋层SOI( Silicon-On- Insulator)材料,结合KOH腐蚀工艺、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺、阳极键合以及喷雾式涂胶工艺,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关.利用二氧化硅KOH腐蚀/ICP刻蚀自停止的特点,平面矩形螺旋梁厚度的精度为±0.46 μm.分析了双埋层SO1材料的电学特性,采用等电位技术,实现了双埋层SOI与上下两层硼硅玻璃的阳极键合.采用玻璃无掩模湿法腐蚀技术,在玻璃封盖底部设计制作了大小为200 μm×200μm的防粘连凸台,解决了芯片在清洗干燥过程中的粘连问题.采用ICP刻蚀用硅衬片方法,解决了ICP刻蚀工艺中高温导致的金硅共晶合金问题.实验验证显示,提出的方法效果较好,芯片成品率得到较大提高,为大批量地研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础.     

MEMS硅半球陀螺球面电极成形工艺

由于球面电极是曲面结构,电极各处的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀深度不一致,在加工过程中常发生球面电极还未刻蚀到位而谐振器已被破坏的现象,故本文提出了新的球面电极成形工艺。基于ICP刻蚀固有的lag效应,采用刻蚀窗口宽度由60μm渐变至10μm的V形刻蚀掩模调制电极各处的刻蚀速度,在电极各处获得了基本一致的归一化刻蚀速度(2.3μm/min)。利用台阶结构拟合球面电极的3D曲面结构,并保证通刻阶段的硅厚度基本一致为150μm来消除球面电极加工时最薄处已经刻穿阻挡层并破坏谐振器而最厚处还没有刻蚀到位的现象。结合台阶状的二氧化硅掩模对球面电极各点处的硅ICP刻蚀当量进行了调整,使其基本相等,通过一次ICP刻蚀即完成了对硅球面电极的加工。利用提出的方法成功制备出了具有功能性输出的微机电系统(MEMS)半球陀螺的硅球面电极,其最大半径可达500μm。     

一种可用于Footing效应模拟的ICP刻蚀模型

电感耦合等离子体（ICP）刻蚀在目前的硅微机械加工中应用十分广泛。在这一加工过程中,存在着影响结构拓扑特性、被加工结构性能的一些效应,SOI结构中的Footing效应就是其中之一。本文在利用一种改进的复合交替深刻蚀（TMDE）模型对ICP刻蚀表面进行建模及数值模拟的基础上,根据Footing效应的实验表现特征,设定类高斯分布的表面描述方程。同时借助实验数据确定了表面描述方程中的参数,添加了一种简单有效的Footing效应模拟模块。最后对Footing效应刻蚀表面进行模拟,并得到与实验较为一致的表面模拟结果。     

自适应微反射镜阵列制作与性能测试

为了改善微反射镜存在的驱动电压高、驱动力小的缺点,基于双金属效应,制得可调焦微光学自适应阵列。以硅为基底,先后经过热氧化、光刻显影、HF酸刻蚀、KOH湿法刻蚀,溅射铝膜等微加工工艺,制得的4×4阵列,基底厚50μm,硅表面铝膜厚100nm。利用激光数字波面干涉仪对可调焦微反射镜的动态性能进行了测试。实验表明,在0~11V电压范围内,可产生最大7.91μm的连续变形。     

一种高效率低成本制作微透镜阵列的方法

通常采用的多次掩模光刻和离子束刻蚀制作微透镜阵列的方法不但制作效率低,而且易产生较大的制作误差。提出了一种在硅基底聚合物薄膜上热压制作微透镜阵列的工艺方法,并利用自制的热压印设备进行了热压制作衍射微透镜阵列的试验,讨论了影响压印精度的温度和压力等工艺参数,对压印的衍射微透镜阵列进行了轮廓测试和部分光学性能测试。测试结果表明,压印制作微透镜阵列的复形误差小于10%,衍射效率高于90%,为高效率低成本制作微透镜阵列提供了一种新的方法。     

碳纳米管压阻微悬臂梁红外热探测器的研究

研究了压阻复合层微机械悬臂梁红外探测器的热挠曲理论模型。利用IC工艺和微机械加工技术设计制作了一种硅/铝/碳纳米管三层微机械悬臂梁红外探测器,该探测器基于硅和铝两种材料热膨胀系数的差异,存在双物质效应,不同温度下梁的挠度不同,其形变可通过梁根部的压敏电桥检测。为提高探测器的红外吸收特性,实验探索出了在微机械悬臂梁上涂敷碳纳米管吸热层的工艺方法。实验研究了具有碳纳米管薄膜吸热层的三层微机械悬臂梁红外热探测器对红外辐射的响应规律,结果表明涂敷碳纳米管吸热层使响应灵敏度提高近一倍。     

多晶硅微构件拉伸破坏特性的测量

硅表面工艺是微型机械制造的重要工艺,而多晶硅是表面工艺中最常用的主要材料,它的力学特性直接关系到微型电子机械系统的可靠性和使用寿命,因此对其破坏特性的研究是非常有必要的。本文在概述了国外对体硅工艺和表面工艺制作的构件材料破坏特性研究情况的基础上,提出了利用旋转台对表面工艺制作的多晶硅微梁进行拉伸破坏实验的方法,并在制作的测量系统上进行了实验,得出多晶硅微梁的拉伸破坏强度大于2．0GPa。     

微加热板气体传感器的仿真及结构优化

针对微加热板气体传感器敏感薄膜上温度分布不均的缺点,在传统的微加热板传感器中加入了硅岛结构以均匀薄膜温度分布。利用有限元分析软件ANSYS对带有不同尺寸硅岛的传感器的温度分布进行了仿真和分析,得出了最佳的硅岛尺寸,并提出了一种新型的微加热板气体传感器结构设计,该传感器结构可以在性能不受影响的情况下简化制作工艺。     

多孔硅微机械加工温敏传感器的研究

本文在对阳极氧化反应形成多孔硅及艰多孔硅选择性生长机理、刻蚀研究的基础上做出到衬底距离大于５０μｍ的微桥结构。然后在微桥上溅射－铬电阻薄膜，形成温敏传感器微结构，并对其温度电阻特性，热响应时间进行了测量。利用该本文还设计出一种新型的温敏、气敏多功能传感结构。     

基于体硅工艺的静电致动微夹持器制作工艺分析

介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比梳状静电致动微夹持器的制作工艺。对微夹持器制作中的关键工艺进行分析,重点分析ICP蚀刻工艺的蚀刻时间对结构的影响,总结导致器件失效的原因,探讨了减少失效的方法。加工过程中采用分步加工的办法控制蚀刻时间,成功的释放了宽6μm,厚60μm,等效长度达5470μm的悬臂梁型微夹持臂。研制出一种良好性能的具有S形柔性结构夹持臂的梳状静电致动微夹持器。     

Development of microelectrodes for electrochemical micromachining

Electrochemical micromachining (EMM) has become more and more important in micro machining in recent years. Microelectrode as the tool of EMM is an essential cell in the machining process. In this study, microelectrodes with various end shapes are fabricated by different processing techniques. First, the different end shape forming methods for microelectrode, such as electrochemical etching, single electric discharge, and electrochemical micromachining are investigated. Second, microelectrodes with various end shapes fabricated above are simulated, analyzed, and then used in EMM process. At last, micro holes array with diameter of less than 10???m, three micro holes with no taper and a 3D microstructure are machined on metallic materials by above three types of microelectrodes.     

微细加工与装备技术进展

讨论微细加工与装备技术现状,介绍刻蚀技术、LIGA技术和准LIGA技术、微细特种加工等典型的微细加工工艺原理与技术特点,并指出各种加工方法的优缺点,分析微细加工技术的发展走向及装备技术的发展趋势。     

原子力显微镜传感器的微机械加工技术的研究

分析了现有的AFM力传感器的工艺特点及问题。在此基础上研究用KOH溶液两步法P+自停止腐蚀制作厚度精确可控的单晶硅悬臂梁;以SiO2为掩模,SF6刻蚀硅,用RIE与各向同性湿法化学腐蚀相结合使悬臂梁探针一次成形和用湿法腐蚀锐化探针,针尖半径约50nm.制定了适于批量生产的AFM力传感器加工工艺。     

微结构气敏传感器制造工艺的研究

本文主要介绍了微结构气敏传感器制造工艺中的关键技术,例如双面光刻、反应等离子刻蚀、硅的各向异性腐蚀、采用溶胶—凝胶镀膜技术制备ＷＯ３敏感薄膜。文中还给出ＷＯ３薄膜的ＸＲＤ和ＳＥＭ表面分析图。对结构和表面形貌进行了分析,并给出传感器的气敏特性曲线。最后对存在的问题进行了简单的讨论。     

A study on the fabrication of micro groove on SI wafer using chemical mechanical machining

Materials are either removed from or added to a device, usually in a selective manner with using thin and/or thick film manufacturing processes that transfer the lithographic patterns into integrated circuits (ICs) or three-dimensional micromachines. This study deals with material removal by chemically assisted mechanical micromachining. Two methods are used chemical mechanical machining method are introduced in this paper. One, mechanically assisted chemical etching, is applied to fabricate a micro beam such as cantilever, and another is chemically assisted mechanical micromachining to fabricate microstructure such as micropattern, microchannel. The results are discussed.     

特种微型机械加工技术

综述微型机电系统/微型机械的三维形状加工及极限尺寸加工的研究开发现状.相对硅微细加工和LIGA工艺,不采用掩膜版的特种微细加工技术,如微细激光成型、微细电火花加工以及微细机械加工等近年来取得较大进展,在三维微小机械结构成型上有独到优势;同时扫描隧道显微加工技术的开发将微型机械向极限尺寸领域推进.微型机电系统/微型机械的长足发展有赖于融合已有先进技术和交叉学科思想的微型机械加工技术的进一步研究开发.     

一种新型硅压阻式流速流向传感器的设计

本文设计了一种基于体微机械加工技术、SU-8-光刻胶工艺和压阻检测的新型硅压阻式流速流向传感器.该传感器由立柱和支撑梁构成,这种结构将流体的流速流向信息转化为立柱的倾斜和相应的梁的变形,通过4根正交梁端部的压阻应变计来测量梁的变形.通过测量压电电阻的阻值变化就可以得到流体的流速和流向.利用惠斯通电桥来获得正弦电压输出.理论分析了器件的结构变形和电压输出,并用有限元方法进行了验证.为该传感器设计了一套基于键合技术的体微机械加工工艺.     

Micro electrochemical milling of complex structures by using in situ fabricated cylindrical electrode

A micro electrochemical milling by layer process is presented in this paper. Because of no tool wear in electrochemical micromachining, a very thin tungsten electrode is used as the tool cathode. By applying ultrashort pulses, dissolution of a workpiece can be restricted to the region very close to the electrode. First, the mathematical model of micro electrochemical milling by layer is established to ensure a good shape precision. Second, the micrometer scale cylindrical electrode is fabricated in situ by electrochemical etching for the production of micro structures. And then, effects of machining parameters on the side gap variation in electrochemical milling process have been studied experimentally. Finally, some 2D micro shapes and 3D complex micro structures with physical dimension of several 10?μm have been obtained.     

采用微机械加工技术的微光学加速度

表面微机械加工技术是实现单片集成微光学系统的一种新方法。本文介绍一种新型的采用微机械加工技术的微型光学加速度计,包括设计、关键器件的加工和测试,它是基于光线和光闸相互作用引起通光量变化的工作原理。这一微光学加速度计包含一个2μm厚的多晶硅光闸,光闸采用微弹簧支撑在基片上,微弹簧是长度为200μm的多晶硅褶曲梁,硅基片和微结构之间所夹的牺牲层采用氢氟酸湿法刻蚀去除。光闸设计为一个质量弹簧系统,对加速度力产生响应。