Nghiên cứu thiết kế chế tạo cảm biến gia tốc điện trở ba bậc tự do trên cơ sở công nghệ vi cơ khối khô

- Phân loại cảm biến gia tốc 14 1.2.2.1.
- Cảm biến gia tốc áp điện trở 17 1.2.2.2.
- Cảm biến gia tốc áp điện 18 1.2.2.3.
- Cảm biến gia tốc cộng hởng 19 1.2.2.4.
- Cảm biến gia tốc điện từ 19 1.2.2.5.
- Cảm biến gia tốc nhiệt 20 1.2.2.6.
- Cảm biến gia tốc quang học 20 1.2.2.7.
- Cảm biến gia tốc xuyên ngầm 21 1.2.2.8.
- Cảm biến gia tốc kiểu tụ 22 1.3 Hiệu ứng áp điện trở 23 1.3.1.
- Giới thiệu về cụng nghệ ăn mũn khụ sõu 38 2.2.
- Hệ ăn mũn khụ tại ITIMS 40 2.3.
- Khảo sỏt sự ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệ tới chất lượng và tốc độ ăn mũn 40 2.3.1.
- Vi Cảm Biến (Microsensors.
- 9 cảm biến RF chiếm 0,8.
- Cấu trỳc cảm biến gia tốc kiểu ỏp điện trở.
- Cấu trỳc cảm biến gia tốc điện từ 20 1.2.2.5.
- Hỡnh 1.10 mụ tả cảm biến gia tốc nhiệt.
- Hỡnh 1.11 mụ tả cảm biến gia tốc quang học.
- Cảm biến gia tốc quang học 1.2.2.7.
- Vật liệu polymer nhạy quang cũn lại trờn bề mặt phiến được sử dụng làm lớp bảo vệ cho quỏ trỡnh ăn mũn.
- Trong cụng nghệ ăn mũn khụ, cú thể chia thành ăn mũn trờn cơ sở chựm ion và phúng điện hào quang.
- Trong 41 phương phỏp phúng điện hào quang cú cỏc loại: ăn mũn plasma, ăn mũn ion hoạt tớnh và ăn mũn phỳn xạ.
- Trờn hỡnh 1.25, biểu diễn sơ đồ khối phõn loại cỏc phương phỏp ăn mũn khụ cựng với cỏc đặc trưng như: cỏc loại hạt tham gia ăn mũn khụ, năng lượng cỏc hạt và ỏp suất trong quỏ trỡnh ăn mũn.
- Cỏc phương phỏp ăn mũn khụ.
- Trờn hỡnh 1.26, mụ tả cỏc cơ chế ăn mũn cựng với profile ăn mũn.
- Cấu trỳc hệ thống ăn mũn khụ 43 Trờn hỡnh 1.27 là sơ đồ cấu trỳc của một hệ ăn mũn khụ trờn cơ sở phúng điện hào quang tiờu biểu.
- Hệ ăn mũn khụ bao gồm một buồng phản ứng, trong đú cú anode và cathode.
- Sự khỏc biệt đú sẽ ảnh hưởng tới tớnh chọn lọc, tốc độ ăn mũn và profile ăn mũn như sẽ thấy trong cỏc thực nghiệm sau này.
- Trong cỏc hệ ăn mũn, plasma cú vai trũ tạo ra cỏc nhúm chức lắng đọng và ăn mũn (hỡnh 1.29).
- Ảnh hưởng của cỏc thụng số ăn mũn ion hoạt hoỏ tới kết quả được 45 tổng kết trong bảng 1.
- Hỗn hợp khớ sẽ quyết định đến tốc độ ăn mũn và profile ăn mũn.
- Áp suất làm việc cú thể ảnh hưởng rất mạnh tới tốc độ ăn mũn, profile ăn mũn và tớnh chọn lọc.
- Cựng với thụng số ỏp suất, cụng suất RF cũng quy định năng lượng của cỏc ion, do đú, ảnh hưởng tới tốc độ ăn mũn.
- Nhiệt độ đế ảnh hưởng tới profile và hoỏ học quỏ trỡnh ăn mũn, trong khi điện ỏp tự thiờn ỏp (self-bias) lại làm thay đổi tốc độ ăn mũn, profile ăn mũn và tớnh chọn lọc.
- α-step α-step là thiết bị quột bề mặt bằng phương phỏp cơ học, cho phộp xỏc định profile mặt của cỏc bậc ăn mũn.
- Để tạo đựơc cỏc cấu trỳc cú tỷ số cạnh cao và thành vỏch thẳng, phải dựng phương phỏp ăn mũn khụ sõu (DRIE).
- Cơ chế ăn mũn Bosch Cú hai loại cụng nghệ ăn mũn khụ sõu cơ bản là ăn mũn khụ ở nhiệt độ thấp (cryogenic DRIE) và ăn mũn khụ theo quy trỡnh Bosch.
- Trong phương phỏp ăn mũn ở nhiệt độ thấp, đế được làm lạnh xuống tới -110oC (163K).
- Nhiệt độ thấp làm chậm quỏ trỡnh ăn mũn hoỏ học đẳng hướng.
- Quy trỡnh Bosch tỏch bước lắng đọng và ăn mũn về mặt thời gian (hỡnh 2.1.a).
- Hệ ăn mũn khụ tại ITIMS Nắp buồng phản ứng Màn hỡnh điều khiển Thõn buồng Hỡnh 2.2.
- Hệ ăn mũn khụ RIE-10iP tại ITIMS.
- 55 Trờn hỡnh 2.2 là ảnh chụp hệ ăn mũn khụ ion hoạt tớnh sõu RIE-10iP.
- Sơ đồ buồng làm việc hệ ăn mũn khụ sõu được mụ tả trờn hỡnh 2.3.
- Sơ đồ buồng làm việc của hệ ăn mũn khụ Buồng làm việc hệ ăn mũn khụ sõu (DRIE) khỏc hẳn về nguyờn tắc với hệ ăn mũn ion hoạt tớnh (RIE) truyền thống.
- Ngoài ra, dạng hỡnh học xoắn chụn ốc của cuộn ICP (hỡnh 2.5) giỳp tạo plasma đồng đều theo phương song song bề mặt phiến, giỳp cải thiện tớnh đồng đều của cụng nghệ ăn mũn.
- Nhờ vậy, cú thể tăng tớnh dị hướng ăn mũn vỡ cỏc ion sẽ ớt bị tỏn xạ trờn đường chuyển động hơn.
- Phiến gỏ mẫu Lớp nhụm Mẫu cần ăn mũn Mask bảo vệ Hỡnh 2.6.
- Cụng thức (recipe) ăn mũn cài đặt sẵn trong thiết bị ăn mũn (bảng 2.2) cho kết quả khụng tốt.
- Bề mặt mẫu ăn mũn xuất hiện rất nhiều vi cỏ (micrograss) phõn bố dày đặc trong hốc ăn mũn.
- Cụng thức ăn mũn cài đặt sẵn trong thiết bị ăn mũn Bước Van CGV Pres (Pa) ICP (W) Bias (W) SF6 (sccm) C4F8 (sccm) Tlàm mỏt (oC) Ar (sccm) He (Pa) Time (s) Số bước lặp oC a) (b) Hỡnh 2.9.
- Vi cỏ xuất hiện trong hốc ăn mũn.
- 60 Cỏc nguyờn nhõn này cú thể loại trừ bằng cỏch thực hiện cỏc bước cụng nghệ trước khi ăn mũn một cỏch cẩn thận.
- Nguyờn nhõn thứ hai là do cỏc vi mặt nạ hỡnh thành trong quỏ trỡnh ăn mũn.
- Cỏc phần sau đõy sẽ khảo sỏt ảnh hưởng của một số thụng số thụng số cụng nghệ như nhiệt độ làm mỏt, lưu lượng SF6 và lưu lượng C4F8 tới sự hỡnh thành vi cỏ và tốc độ ăn mũn.
- Kết quả ăn mũn được lấy tại khe cú chiều rộng 50 àm.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ Trước tiờn, thực nghiệm được được bắt đầu bằng cụng thức ăn mũn cài đặt sẵn trong hệ ăn mũn..
- Tất cả cỏc thụng số ăn mũn trong bảng 2.3.
- Ở đõy, cần chỳ ý rằng nhiệt độ làm mỏt và nhiệt độ thực ngay trờn bề mặt mẫu ăn mũn là khỏc nhau.
- Cụng thức ăn mũn khi thay đổi nhiệt độ làm mỏt Bước Van CGV Pres (Pa) ICP (W) Bias (W) SF6 (sccm) C4F8 (sccm) Tlàm mỏt (oC) Ar (sccm) He (Pa) Time (s) Số bước lặp a) (b) (c) (d) Hỡnh 2.10.
- Ảnh SEM cỏc mẫu ăn mũn được cho trờn hỡnh 2.10.
- Kết quả cho thấy vi cỏ xuất hiện trong cả bốn mẫu ăn mũn.
- Chiều cao của vi cỏ giảm tương đối so với chiều sõu ăn mũn khi nhiệt độ tăng lờn.
- Tuy nhiờn tốc độ ăn mũn lại chịu ảnh hưởng mạnh của nhiệt độ.
- Kết quả ăn mũn cho thấy tốc độ ăn mũn trong bốn trường hợp lần lượt là 2,4 àm/phỳt.
- Cụng thức ăn mũn khi thay đổi lưu lượng SF6 Bước Van CGV Pres (Pa) ICP (W) Bias (W) SF6 (sccm) C4F8 (sccm) Tlàm mỏt (oC) Ar (sccm) He (Pa) Time (s) Số bước lặp oC Kờt quả ăn mũn được cho trờn hỡnh 2.11.
- Trong đú, cỏc mẫu ăn mũn ứng với cỏc lưu lượng SF6 khỏc nhau được chụp ảnh SEM và xỏc định tốc độ ăn mũn.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy khi giảm lưu lượng khớ xuống cũn 35 sccm, khụng cú vi cỏ trong khe ăn mũn.
- Cỏc kết quả ăn mũn cũng cho thấy, tốc độ ăn mũn cũng thay đổi mạnh theo lưu lượng khớ SF6.
- Sau đú tốc độ ăn mũn lại giảm.
- Ảnh SEM profile ăn mũn của khe 50 àm khi lưu lượng C4F8 là 150 sccm (a), 100 sccm (b), 75 sccm (c) 50 sccm (d), 35 sccm (e) và 25 sccm (e).
- Kết quả ăn mũn cho thấy trong cả ba trường hợp, vi cỏ đều khụng xuất hiện (hỡnh 3.12).
- Trong khi đú tốc độ ăn mũn cũng thay đổi rất ớt với cỏc giỏ trị tương ứng là 1.1 àm/min, 1.3 àm/min và 1.3 àm/min.
- Kết quả trờn cho thấy khi giảm lưu lượng C4F8 thỡ tốc độ ăn mũn tăng nhẹ sau đú gần như khụng đổi.
- Kết quả là tốc độ ăn mũn sẽ tăng lờn.
- Cấu trỳc ba chiều của cảm biến gia tốc: mặt trước (a), mặt sau (b).
- Cỏc ỏp điện trở được định dạng bằng cỏch quang khắc và ăn mũn SiO2 bằng axớt HF theo phản ứng: SiO2 + 6HF.
- Hốc này được tạo bằng cỏch quang khắc và ăn mũn trong dung dịch axớt HF.
- Hốc tiếp xỳc sau khi ăn mũn ụxớt cú dạng trờn hỡnh 4.4.
- Hốc tiếp xỳc được tạo thành sau khi ăn mũn lớp ụxớt - Bước 5.
- Lớp này được chế tạo bằng cỏch bốc bay (hoặc phỳn xạ), quang khắc và ăn mũn.
- Trờn hỡnh 4.5 là hỡnh dạng dõy dẫn và chõn hàn sau bước ăn mũn nhụm.
- Hỡnh dạng dõy dẫn sau khi ăn mũn nhụm Dòng điện (A)Điện áp (V Dòng điện (A)Điện áp (V) (a) (b) Hỡnh 4.6.
- Chế tạo cấu trỳc thanh dầm và khối gia trọng bằng cụng nghệ ăn mũn khụ sõu ion hoạt hoỏ (DRIE): Ăn mũn khụ là bước cụng nghệ quan trọng nhất trong toàn bộ quy trỡnh chế tạo cảm biến.
- Việc sử dụng cụng nghệ ăn mũn khụ là một bước tiến trong cụng nghệ MEMS ở Việt Nam núi chung và tại ITIMS núi riờng.
- Cụng nghệ ăn mũn khụ giứp tạo ra cỏc cấu trỳc cú tỷ số cạnh cao và cú thể thu nhỏ kớch thước cảm biến xuống nhiều so với khi dựng cụng nghệ ăn mũn ướt để chế tạo cỏc cấu trỳc cơ.
- Cấu trỳc thanh dầm được chế tạo bằng cỏch ăn mũn từ mặt trước sau khi quang khắc nhằm định dạng cấu trỳc (hỡnh 4.7).
- Vỡ chiều sõu ăn mũn chỉ là nhỏ nờn mặt nạ cảm quang được dựng để bảo vệ trong quỏ trỡnh ăn mũn.
- Quỏ trỡnh ăn mũn khụ dừng lại tại lớp ụxớt đệm.
- Ảnh quang học mặt sau sau khi ăn mũn tạo khe dao động Hỡnh 4.9.
- Ảnh quang học mặt sau sau khi ăn mũn khụ 93 Tương tự như quy trỡnh ăn mũn mặt trước, khe dao động cũng được chế tạo bằng cỏch ăn mũn mặt sau.
- Điều khỏc ở đõy là khụng cú lớp ụxớt dừng ăn mũn.
- Chiều sõu ăn mũn trong trường hợp này được xỏc định bằng thời gian ăn mũn dựa trờn việc xỏc định chớnh xỏc tốc độ ăn mũn.
- Ảnh quang học cấu trỳc cảm biến sau khi được chế tạo Tiếp theo, ăn mũn khụ sõu được tiến hành từ mặt sau.
- Màng này sau đú được quang khắc định dạng và ăn mũn.
- Kết quả ăn mũn mặt sau được thể hiện trờn hỡnh 4.9.
- Ảnh quang học phiến silic trờn đú chế tạo cảm biến gia tốc.
- Cụng nghệ ăn mũn khụ đó bước đầu được khảo sỏt tối ưu hoỏ - Cảm biến gia tốc ỏp điện trở ba bậc tự do kớch thước 1x1 mm2 đó được thiết kế và mụ phỏng trờn cở sở phần mềm ANSYS.
- Cảm biến gia tốc đó được chế tạo trờn cơ sở cụng nghệ ăn mũn khụ.
- Cỏc chủng loại cảm biến khỏc, trong đú cú sử dngj cấu trỳc kiểu răng lược cần được nghiờn cứu vỡ cụng nghệ ăn mũn khụ là phự hợp để chế tạo cỏc cấu trỳc này.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt