Larson, L.E., 1999, Microwave MEMS technology for next-generation wireless communications-invited рарег , in IEEE MTT-S International Symposium Digest, IEEE, Washington. DC: 1073-1076.

Lee, K.H., Byun, H.J., Lee, H.K., Clio, I.J., Bu, J.U., Yoon, E., 2000, An audio frequency filter application of micromachined thermally-isolated diaphragm struc-tures , in 13th Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems MEMS 2000, IEEE, Washington, DC: 142-147.

Madden, J.D., Hunter. I.W., 1996, ((Three-dimensional microfabrication by localized electrochemical deposition*, Journal of Microelectromechanical Systems 5(1): 24-32.

Madou, M., 1997, Fundamentals of Microfahrication, CRC Press, Boca Raton, FL. Mehregany, M., Zorman, СЛ., Rajan. N., Wu. C.H., 1998, ((Silicon carbide MEMS

for harsh environments*, Proceedings of the IEEE 86(August): 1594-1610. Middelhoek, S., Audet. S.A., 1989, Silicon Sensors, Academic Press, London. Minami, K., Morishita, H., Esashi, M., 1999, А bellows-shape electrostatic microac-

tuator*, Sensors and Actuators A: Physical 723: 269-276. Mohr, J., Bley, P., Burabaum, C, Menz, W., Wallarabe, U., 1991, Fabrication of

microsensor and microactuator elements by the LIGA process. Transducers 91.

Proceedings of the International Conference Solid State Sens and Actuators. IEEE

Electron Dev Soc, pp. 607-609. Muralt, P., 2000, ((PZT thin films for microsensors and actuators: where do we stand?*,

IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 47: 903-

915.

Nakamura, N., Kazumi, M., Shimizu, H., 1977. ((SH-type and Rayleigh type surface waves on rotated Y-cut LiTa03*, in Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium, IEEE. Washington, DC: 819-822.

Ohta, A., Bhansali. S., Kishimoto, I., Umeda, A., 1998, ((Development of TiNi shape memory alloy film deposited by sputtering from separate Ti and Ni targets*, Proceedings of SPIE 3512(September 21-22): 138-145.

Pan, L.W., Lin, L.W., Ni, J., 1999, ((Cylindrical plastic lens array fabricated by a micro intrusion process*, in Proceedings of IEEE MEMS 99, IEEE, Washington, DC: 217-221.

Pelrine, R., Kornbluh, R.Joseph, J., Chiba, S., 1997, <(Electrostriction of polymer films for microactuators, in Proceedings of IEEE MEMS 97, IEEE. Washington. DC: 238-243.

Pelrine, R.E., Kornbluh, R.D., Joseph, J.P., 1998, ((Electrostriction of polymer dielectrics with compliant electrodes as a means of actuation*. Sensors and Actuators A: Physical 64: 77-85.

Petersen, K.E., 1982, ((Silicon as a mechanical material*, Proceedings of IEEE 70: 420-457.

Pilgrim, S.M., 2000, ((Electrostrictive ceramics for low-frequency active transducers*, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency control 47: 861-876.

Rai-Choudhury. P., 1997, Handbook of Microlithography, Micromachining and Micro-fabrication, Vol. 2: Micromachining and Microfabricaiion, SPIE Optical Engineering Press.

Riethmiiller, W., Benecke, W., 1988, Thermally excited silicon microactuators*, IEEE

Transactions on Electron Devices 35: 758-763. Romankiw, L.T., 1997, A path: from electroplating through lithographic masks in

electronics to LIGA in MEMS*, Electroclumica Acta 42(20-22): 2985-3005.

Rossi, M., 1988, Acoustics and Electroacoustics. Artech House, Norwood, MA. Ruiz, de Angulo. L., Ahell, J.S., Harris, I.R., 1996, ((Magnetostrictive properties of

polymer bonded Terfenol-D*, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 157-

158(May): 508-509.

Ruprecht, R., Hanemann, Т., Plotter, V., Husselt, J., 1998, Polymer materials for

microsystem technologies*. Microsystem Technologies 5: 44-48. Schomburg, W.K., Ahrens. R., Bacher, W., Coll, C. Meinzer, S., Quinte, A., 1998,

AM AND A - low-cost production of microiluidic devices*. Sensors and Actuators

A: Physical 70: 153-158. Seidel, H., 1990, IEEE Solid State sensors and Actuator Workshop, IEEE, Piscataway,

NJ, USA: pp. 86-91.

Shaw, K.W., Zhang, Z.E., MacDonald, N.C., 1994, SCREAM: a single mask, single-crystal silicon, reactive ion etching process for microelectromechanical structures*. Sensors and Actuators A: Physical 40: 63-70.

Shiokawa, S., Moriizumi, Т., 1987, ((Design of SAW sensor in Liquid*, Proceedings of 8th Symposium on Ultrasonic Electronics, Japan Society of Applied Physics. Tokyo.

Stix, G., 1992, ((Trends in micromechanics: micron machinations*. Scientific American, (November): 72-80.

Takagi, Т., Nakajimafi N., 1993, ((Photoforming applied to fine machining*, in Proceedings of IEEE MEMS 93, IEEE, Washington. DC: 173-178.

Takagi, Т., Nakajima, N., 1994, ((Architecture combination by micro photoforming process*, in Proceedings of IEEE MEMS 94. IEEE. Washington. DC: 211-216.

Tani, J., Esashi, M., (eds), 1995, Proceednigs of the International Symposium on Mi-crosvstems, Intelligent Materials and Robots Tohoku University, Katahira, Sendai, Japan.

Taylor, C.S., Cherkas, P., Hampton, H., Prantzen, J.J., Shah, B.O., Tiffany, W.B., Nanis, L., Booker, P., Salahieh, A., Hanson, R., 1994, А spatial forming - a three dimensional printing process*, in Proceedings of IEEE MEMS 94, IEEE, Washington, DC: 203-208.

Thornell, G., Johansson, S., 1998, ((Microprocessing at the fingertips*. Journal of Micromechanics and Microengineering 8: 251-262.

Tilmans, H.A.C., 1996, ((Equivalent circuit representation of electromechanical transducers: I. Lumped parameter systems*. Journal of Micromechanics and Microengineering 6: 157-176.

Varadan, V.K., (ed.), 1995, Smart Electromcs, SPIE Proceedings 2448, SPIE, Belhng-ham, WA.

Varadan, V.K. Varadan, V.V., 1995, 3D MEMS structures and their applications*, in Proceedings of the Internationcd Symposium on Microsystems, Intelligent Materials and Robots, Tohoku University, Katahira. Sendai. Japan.

Varadan-, VtK., Jiang, X., Varadan, V.V., 2001, Microstereolithography and other fabrication techniques for 3D MEMS, John Wiley, Chichester.

Varadan, V.K., Varadan, V.V., 1996, IDT. SAW and MEMS sensors for measuring deflection, acceleration and ice detection of aircraft*, SPIE 3046: 209-219.

Varadan, V.K., Varadan. V.V., 1996, Three dimensional polymeric and ceramic MEMS and their applications*, in Proceedings of SPIE 2722: 156-164.

Varadan, V.K., Varadan, V.V., 1997, ((Microsensors, actuators, MEMS, and electronics for smart structures*, in Rai-Choudhury. P. (ed.) Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication. Volume 2: Micromachining and Microfabrication, SPIE Optical Engineering Press: 617-688.

Witte, М., Gu, Н., 1992, Рогсе and position sensing resistors: an emerging technol-

ogy , in Proceedings of the International Conference on New Actuators, Bremen,

VDI/VDE-Technologiezentrum Informationstechnik, Berlin. Germany: 168-170. Wood, D., Burdess, J.S., Harris, A.J., 1996, Actuators and their mechanisms in

microengineering)), in Proceedings of the IEEE Colloquium on Actuator Technology:

Current Practice and New Developments 1996 110: 7/1-7/3. Wu, H.D., Harsh, K.F., Irwin, R.S., Zhang, W., Michelson, A.R. and Lee, Y.C., 1998,

<(MEMS designed for tunable capacitors*, in IEEE MTTS Symposium Digest IEEE,

Washington, DC: 129-130. Xia, Y., Whitesides, G.M., 1998, Soft lithography*, Angew. Chem. International Ed,

37: 550-575.

Zhang, X., Jiang, X.N., Sun. C, 1999, <(Micro-stereoUthography of polymeric and ceramic micro-structures*. Sensors and Actuators A: Phvsical 77(2): 149-156.

ГЛАВА 2

Hi I I -

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОСИСТЕМ

Материалы, используемые в микросистемах, можно разделить на пять групп: металлы, полупроводники, керамика, полимеры и композиты. В этой главе сначала приводятся свойства каждой группы материалов, а потом обсуждаются способы работы с ними.

2.1. Металлы

Большинство металлов являются хорошими проводниками тепла и электричества. Они довольно твердые при комнатной температуре и сохраняют свою прочность как при комнатной, так и повышенной температурах. В таблице 2.1 приведены данные о структуре кристаллов и характеристиках атомов 12 выбранных металлов. Как видно из таблицы, любой металл имеет один из трех основных типов кристаллических решеток.

Металлизация - процесс нанесения металлического слоя на поверхность подложки. Металлические пленки используются для внутренних соединений, омических контактов и т. д. Основным способом нанесения пленок из металла является вакуумная металлизация, которая может быть выполнена методами термовакуумного напыления и ионного распыления.

2.1.1. Термовакуумное напыление

На рис. 2.1 показано, как при помош;и нагревателя можно нанести на подложку тонкую металлическую пленку. Система напыления состоит из вакуумной камеры, насоса, держателя подложки, тигля и заслонки. Кусок металла, который необходимо распылить, помеш;а-ется в инертный тигель, после чего камера вакуумируется до давления 10~... 10~ Торр. По достижении требуемого уровня вакуума тигель начинают нагревать либо при помош;и вольфрамовой нити

Глава 2. Материалы и методы изготовления микросистем

накала, либо электронным лучом. Металл из тигеля испаряется и конденсируется на холодном образце. Толщина напыленной пленки определяется интервалом времени, в течение которого была открыта заслонка, и может быть измерена при помощи QMB-монитора. Скорость напыления зависит от давления паров металла. Поэтому металлы с низкой температурой плавления Ттр, например, алюминий {Ттр = 660 °С), напыляются довольно легко, в то время как тугоплавкие металлы, например, вольфрам {Ттр = 3422 °С), требуют более высоких температур, что может привести к повреждению полимерных и пластиковых элементов. Большинство напыленных пленок имеет сильно неупорядочненную структуру и высокое остаточное напряжение. По этой причине обычно напыляют только тонкие слои металлов. Процесс металлизации довольно медленный, его скорость составляет порядка нескольких нанометров в секунду.

Таблица 2.1. Характеристики атомов торых металлов

и кристаллических структур неко-

FCC - гранецентрированная кубическая решетка, ВСС - центрированная по основанию кубическая решетка, НСР - гексагональная плотноупакованная решетка

2.1.2. Ионное распыление

Ионное распыление состоит из двух процессов: ускорения ионов при помощи разности потенциалов и бомбардировки ими мишени или

2.1. Металлы

катода. При столкновении ускоренных ионов с атомами металлической мишени происходит передача кинетической энергии, позволяющей им оторваться от поверхности и в виде паров долететь до подложки. В результате этого на поверхности подложки формируется металлическая пленка.

Рис. 2.1. Термовакуумное напыление

виуншн камера

расплавленный материал для - напыления

держатель подложки

подложка

нагреваемый тигель

паромасляныи насос

На рис. 2.2 показана схема системы для ионного распыления. Она состоит из вакуумной камеры, мишени из металла для распыления, держателя образца и высоковольтного источника питания (постоянного напряжения или высокочастотного). После вакуумирования до давления 10~-10~ Торр камера заполняется инертным газом, наприм<;Т. гелием. По достижении в камере давления в несколько мТорр плазма инертного газа подогревается, и быстрые ионы начинают бомбардировать поверхность мишени. Энергии бомбардирующих ионов (~ кэВ) достаточно для того, чтобы заставить отдельные атомы мишени оторваться от поверхности. Некоторые из этих атомов долетают до поверхности подложки, формируя на ней тонкий слои. Такое покрытие обладает большей равномерностью, чем нанесенное методом термовакуумного напыления. При этом здесь нет таких строгих температурных ограничений.