Пассивные и активные мембраны для устройств микросистемной техники
Диссертация
Поскольку уменьшение остаточных механических напряжений в мембранных конструкциях приводит к значительному повышению чувствительности устройств, и эта задача не решается полностью технологическими методами, нами была сформулирована цель работы: разработать физико-технологическе основы проектирования и изготовления пассивных и активных микроэлектромеханических элементов мембранного типа… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Мембранные элементы микромеханических систем: конструкции и материалы
- 1. 1. Мембранные элементы в устройствах микромеханики
- 1. 1. 1. Формы мембран (однослойные, многослойные, гофрированные, перфорированные)
- 1. 1. 2. Пассивные и активные мембраны
- 1. 2. Материалы, применяемые в конструкциях сенсоров и актюаторов мембранного типа
- 1. 2. 1. Кремний
- 1. 2. 2. Оксид и нитрид кремния
- 1. 2. 3. Нитрид алюминия и карбид кремния
- 1. 3. Конструкции микромеханических датчиков и актюаторов мембранного типа
- 1. 3. 1. Микродатчики повышенного и пониженного давления
- 1. 3. 2. Акустические микродатчики
- 1. 3. 3. Актюаторы на основе активных мембран
- 1. 1. Мембранные элементы в устройствах микромеханики
- 2. 1. Осаждение слоев нитрида кремния
- 2. 2. Осаждение слоев нитрида алюминия и карбида кремния
- 2. 3. Анализ механических напряжений в слоях для микромеханических преобразователей
- 3. 1. Методы измерения и расчета встроенных механических напряжений в слоях и слоевых композициях
- 3. 1. 1. Расчет напряженно-деформированного состояния пластин и мембран
- 3. 1. 2. Анализ работы акустического преобразователя
- 3. 1. 3. Экспериментальная установка для исследования прогиба мембран в зависимости от внешних воздействий
- 3. 1. 4. Экспериментальные исследования влияния параметров процесса осаждения слоев Si3N4 на их механические свойства
- 3. 1. 5. Исследование внутренних механических напряжений в слоях нитрида алюминия в составе структур SisN^AlN
- 3. 2. Способы управления механическими напряжениями в мембранных слоевых структурах
- 3. 2. 1. Компенсация механических напряжений в двухслойных структурах
- 3. 2. 2. Релаксация механических напряжений в конструкциях с гофрированной мембраной
- 3. 2. 3. Технология изготовления чувствительного. элемента акустического датчика на основе гофрированных мембран
- 3. 2. 4. Технология изготовления микроэлектромеханического пьезоэлектрического преобразователя на основе нитрида алюминия
- 3. 2. 5. Активное управление механическими напряжениями в микромеханических структурах с пьезоэлектрическим слоем
- 4. 1. Акустический микрооптомеханический датчик на основе гофрированной мембраны
- 4. 2. Пьезоэлектрический микроактюатор мембранного типа на основе композиции слоев нитрида кремния и нитрида алюминия
- 4. 2. 1. Конструкция микроэлектромеханического пьезоэлектри-ческого актюатора на основе нитрида алюминия
- 4. 2. 2. Статические и динамические характеристики пьезоэлектрического микроэлектромеханического актюатора
Список литературы
- Вернер, В.Д. Технологии минитюризации «сверху-вниз» или «снизу-вверх» / В. Д. Вернер, ПЛ. Мальцев, А. Н. Сауров, Ю. А. Чаплыгин // МНСТ. -2005, № 1.-С. 5−9.
- Muralt, P. Ferroelectric thin films for micro-sensors and actuators: a review / P. Muralt // J. Micromech. Microeng. 2000, № 10, — P. 136−146.
- Гридчин, В.А. Физика микросистем: Учеб.пособие. В 2 ч. 4.1. / В. А. Гридчин, В. П. Драгунов // Новосибирск: НГТУ. 2004. — 416 с.
- Никитин, И.В. Теплофизические свойства микросистем на основе структур «карбид кремния на изоляторе» : дис.. канд. техн. наук: 05.27.01: / Никитин Илья Владимирович. С-Пб., 2002. — 162 с. — Библиогр.: с. 153−162.
- Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication / ed. P. Rai-Choudhury. v. 2. — SPIE Optical Engineering Press, The Institution of Electrical Engineers. — 1997. — 692 p.
- Chemical Non-uniformity of Thin Dielectric Films Prodused by Ammonolysis of Monosilane / V.I. Belyi, F.A. Kuznetsov, T.P. Smirnova et al. // Thin Solid Films. 1976, v. 37. — P. 439−442.
- Hentzell, H.T.G. Structure of AI-N films deposited by a quantitative dual ion beam process / H.T.G. Hentzell, J.M.B. Harper, J.J. Cuomo // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1984, v. 27. — P. 519
- Windischmann, H. Intrinsic stress in AIR prepared by dual ion-beam sputtering / H. Windischmann // Thin Solid Films. 1973, v. l54, N ½. — p. 159−170.
- Low-temperature growth of piezoelectric AIN film by the reactive planar magnetron sputtering / T. Shiosaki, T. Yamamoto et al. // Appl.Phys.Lett.-1980.- Vol.36, N 8. P.643−645.
- Rigo, S. Investigation of reactively sputtered silicon nitride films by complementary use of backscattering and nuclear-reaction microanalysis / S. Rigo,
- G. Amsel, M. Croset//J.Appi. Phys. 1976. — v. 47, N 7. — P. 2800−2810.
- Сейдман, JI.А. Низкотемпературное нанесение пленок нитридов кремния и алюминия реактивным распылением в вакууме / JI.A. Сейдман //Обзор по электр. техн. Сер. 7. Технология, организация производства и оборудование, 1990, вып. 5 (1519). С. 1- 52.
- Синтез текстурированных пленок нитрида алюминия / A.M. Ефременко, А. Н. Кривошеева, А. В. Корляков // Тезисы доклада IV Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии». Кисловодск. — 19−24 сентября 2004 г.
- Получение текстурированных слоев нитрида алюминия / A.M. Ефременко, С. А. Исаев, А. Н. Кривошеева, А. В. Корляков // Тезисы доклада. XI Национальная конференция по росту кристаллов. Москва. -2004 г.
- Изучение текстурированных слоев нитрида алюминия методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) / А. Н. Кривошеева, A.M. Ефременко,
- H.М. Коровкина, В. А. Ильин, В. В. Лучинин // Тезисы доклада. Седьмая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. СПб. — 5 — 9 декабря 2005 г. -С. 32.
- Kazuya Kusaka, Effect of nitrogen gas pressure on residual stress in A1N films deposited by the planar magnetron sputtering system / Kazuya Kusaka et all. //Thin Solid Films. 1996. — v. 281−282. — P. 340−343.
- Ohuehi, F.S., Russel P.E. AIN thin films with controlled, crystallographic orientations ana their microstructure / F.S. Ohuehi, P.E. Russel // J. Vac. Sci Technol. A. 1987.-Vol.5, К 4. — P. 1650−1654.
- Growth of AIN Film on Mo/Si02/Si (111) for 5 GHz-Band FBAR Using MOCVD / C.-M. Yang, et al // IEEE Ultrasonics Symposium. 2004
- AIN-based film bulk acoustic resonator devices with W/Si02 multilayers reflector for bandpass filter application / Sang-Hee Kim and Jong-Heon Kim // J. Vac. Sci. Technol. B: Microelectronics and Nanometer Structures. 2001, v. 19, Issue 4.-P. 1164−1168.
- Highly c-axis oriented thin AIN films deposited on gold seed layer for FBAR devices / Kok-Wan Tay, Cheng-Liang Huang, Long Wu // J. Vac. Sci. Technol. B. 2005, v. 23, Issue 4. — P. 1474−1479.
- Prof. Dr.-Ing. Manfred Kasper. Microsystem Engineering. Lecture notes. http://www.tu-harburg.de/mst/deutsch/lehre/mikrosystemtechnik/mst eng. shtml
- Лучинин B.B., Таиров Ю. М. Карбид кремния перспективный материал электронной техники // Известия высших учебных заведений". Электроника. Вып.1,1997, с. 10−38.
- Корляков А.В., Лучинин В. В., Мальцев П. П. Микроэлектромеханические структуры на основе композиции «карбид кремния нитрид алюминия» //Микроэлектроника. 1999, № 3, С.201−212.
- Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник / Дж. Фрайден // Москва. Техносфера, 2005. 592 с.
- Джексон, Р.Г. Новейшие датчики / Р. Г. Джексон // Москва: Техносфера. 2007. — 384 с.
- Варфоломеев, A.B. Теория и расчет электромеханических преобразователей на основе пленочных пьезоматериалов: Учеб. пособие / A.B. Варфоломеев, H.A. Ганенков, Г. Ф. Глинский, В. И. Закржевский, Н. С. Пщелко // ТЭТУ, СПб. 1997. — 52 с.
- Микроэлектромеханические структуры на основе композиции «карбид кремния нитрид алюминия» / A.B. Корляков, В. В. Лучинин, П. П. Мальцев //Микроэлектроника. — 1999. — № 3. — С. 201−212
- Silicon Carbid Aluminium Nitride: a New High Stability Composition for MEMS / V.V. Luchinin, A.V. Korlyakov, A.A. Vasilev // Proceedings of SPIE. Design, Test and Microfabrication of MEMS and MOEMS. — 1999. — V. 3680. -P. 783−791.
- Madow, M. Fundamentals of Microfabrication. CRC Press, Boca Raton. — London, New York, Washington D.C. — 1997. — 589 p.
- Белый, В.И. Нитрид кремния в электронике / В. И. Белый, JI.JI. Васильева, В. А. Гриценко и др. Новосибирск: Наука. — 1982. — 197 с.
- Вомпе, Г. А. Кинетика термического распада аммиака при высоких температурах / Г. А. Вомпе // Ж. физ. химии. 1973. — т. 47. — № 5. — С. 1269−1270.
- Optimization of Charge Storage in MNOS Memory Device / A.M. Goodman, E.S. Ross, M.T. Duffy // RCA Review. 1970. — v. 31. — p. 342−346.
- Hydrogen Content and Annealing of Memory Quality Silicon-Oxynitride Films / H.J. Stein // J. Electron. Mat. 1976. — v. 5. — № 2, — P. 161−177.
- Distribution and Role of N-H and Si-H Bonds in MNOS Structures /
- G. Stubnya, I.C. Szep, G. Hoffman et al. // Rev. de Physique Applique. 1978. -v. 13. P. 679−682.
- Chemicaly Bond Hydrogen in CVD Si3N4 Dependence on NH3/SiH4 Ratio and Annealing / H.J. Stein, H.A.R. Wegener // J. Electrochem. Soc. 1977. -v. 124.-№ 6.-P. 908−912.
- The Hydrogen Content of Plasma-deposited Silicon Nitride / W.A. Lonford, M.J. Rand // J. App. Phys. 1978. — v. 49. — № 4. — P. 2473−2477.
- SiKa X-ray Emission Spectra of Si, SiC, Si02 and Si3N4 / G. Graeffe,
- H. Iulslen, M. Karras // J. Phys., B: Atom. Molec. Phys. 1977. — v. 10. — № 16. -P. 3219−3227.
- Preparation of Definition du Nitride Silicon / M. Billy // An. Chime. -1959. v. 4. -№ 7−8. P. 795−851.
- Влияние примесей на рост кристаллов при рекристаллизации /
- B. Книппенберг, Г. Верспьюи // В кн. Карбид кремния, ред. Г. Хениш и Р. Рой. -М.:Мир.- 1972.-С. 119−140.
- Гетероэпитаксия карбида кремния на диэлектрической подложке /
- C.Н. Думченко, А. В. Корляков, В. В. Лучинин и др. // Тез. докл. VII конф. по процессам роста и синтеза полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск. 1986. — Т. 1.- С. 221−222.
- Reactive ion beam deposition of aluminum nitride thin films/ S. Bhat, S. Ashok // J. Electron Mater. 1988. — Vol. 14, № 4. — P. 407−418.
- Молекулярно-лучевая эпитаксия сильно рассогласованной по постоянной решетке гетеросистемы A1N/Si (l 11) для применения в приборах поверхностных акустических волн / Д. Г. Кипшидзе и др. // ФТП. 1999. -том 33. — выпуск 11.
- К. Dovidenko, S. Oktyabrsky, J. Narayan, M. Razeghi // J. Appl. Phys. -1996.-v. 79.-P. 2439.
- M.O. Aboelfotoh, R.F. Davis, S. Tanaka, R.S. Kern and C.I. Harris // Appl. Phis. Lett. 1996. — v. 69. — P. 2873.
- C. Deger, E. Born, H. Angerer, et al. // Appl. Phys. Lett. 1998. — v. 72. P. 2400.
- W.J. Meng, J.A. Sell, T.A. Perry, et all. // J. Appl. Phys. 1994. — v. 75. -P. 3446.
- Синтез твердотельных структур / В. Ф. Дорфман. М.: Металлургия.1986.
- Voltage controlled, reactive planar magnetron reactive sputtering / R. McMahon, J. Affinito, R.R. Parsons // Thin Solid Films. 1981. — Vol. 81, № 2. — P. 375−381.
- Костромин, C.B. Низкотемпературная технология получения эпитаксиальных структур карбид кремния на изоляторе на основе композиции «SiC-AIN»: дис. .канд. техн. наук: 05.27.06: / Костромин Сергей Викторович. СПб. — 1997.-210 с. -Библиогр.: с. 190−201.
- Пятышев, Е.Н. Специфика технологии микроэлектромеханических устройств / Е. Н. Пятышев, М. С. Лурье, И. В. Попова, А. Н. Казакин // Микросистемная техника. 2001, № 6. — с. 32 — 35.
- Tamulevicvius, S. Stress and strain in the vacuum deposited thin films / S. Tamulevic" ius // Vacuum. 1998. — v.5, n. 2. — p. 127−139.
- P. Riehemann, V. Fleischer and V. Martens // Journal of Alloys and Compounds. 1994. -v.3 211/212. — P. 596−599.
- C.A. Davis // Thin Solid Films. 1993. — v. 226. — P. 30.
- N.A. Marks, D.R. McKenzie and B.A. Pailthorpe // Physical Review, В. 1996. — v. 53(7).-P. 4117.
- D.A. Brighton and G.K. Hubler // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1987. — v. B28. — P. 527.
- Тимошенко, С.П. Пластинки и оболочки / С. П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. -М.: Наука. 1966.
- S. Karmann, H.P.D. Schenk, U. Kaiser, A. Fissel, Wo. Richter // Mater. Sei. Eng. B. 1997. — v. 50. — P. — 228.
- Андреева, JI.E. Упругие элементы приборов / JI.E. Андреева // M.: Машиностроение. -1981.
- Феодосьев, В.И. Упругие элементы точного приборостроения / В. И. Феодосьев // Оборонгиз. 1949.
- Совместимость технологий микросистемной техники с технологией микроэлектроники / В. В. Амеличев, В. Д. Вернер, A.B. Ильков, А. Н. Сауров // Нано- и микросистемная техника. 2006, № 11. — С. 10−14.
- Каплун, А.Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. Изд. 2-е, испр. М.: Едиториал УРСС. — 2004. — 272 с.
- ANS YS Release 9.0 Documentation.
- ANSYS Inc., Theory Reference.
- High Sensitive Touch Sensor With Piezoelectric Thin Film for Pipetting Works under Microscope / K. Motoo et all. // Sens. Actuators A. 2006. -v. 126.-P. 1−6.