CAPITOLUL 1

SISTEMELE MICROELECTROMECANICE

Sistemele microelectromecanice (Microelectromechanical Systems – prescurtat

MEMS) se referă la dispozitivele care au o lungime caracteristică mai mică de 1 mm dar

mai mare de 1 micron, ce combină componente electrice şi mecanice şi sunt fabricate

folosind tehnologia de prelucrare în serie a circuitelor integrate. Tehnicile curente de

fabricare ale MEMS includ microprelucrare la suprafaţa a siliciului (surface

micromachining), microprelucrarea siliciului în volum („bulk micromachining”), litografie,

electrodepunere, prelucrare prin descărcări electrice. Domeniul multidisciplinar a fost

martor la o creştere explozivă în timpul ultimei decade iar tehnologia progresează la o rată

ce o depăşeşte pe cea a înţelegerii fenomenelor fizice implicate. Actuatori electrostatici,

magnetici, electromagnetici, pneumatici şi termici, motoare, vane, mecanisme cu roţi

dinţate, diafragme şi foarfece cu dimensiuni sub 100 de microni au fost deja fabricate.

Acestea au fost folosite ca senzori pentru presiune, temperatură, debit, viteză, sunet şi

compoziţii chimice, ca şi actuatori pentru mişcări liniare şi unghiulare sau ca simple

componente pentru sisteme complexe cum ar fi roboţi, laborator-pe-un-cip (lab-on-a-chip),

micromotoare de caldură şi micropompe de caldură. Laboratorul-pe-un-cip, în particular,

promite să automatizeze biologia şi chimia în aceeaşi măsură în care circuitul integrat a

permis automatizarea la scară largă a tehnicii de calcul.

1.1. Introducere în microprelucrarea de suprafaţă

Microprelucrarea în volum („bulk micromachining”) înseamnă gravarea

caracteristicilor în trei dimensiuni în volumul materialelor cristaline si necristaline. În

contrast caracteristicile microprelucrate la suprafaţă sunt construite, strat cu strat, pe

suprafaţa unui substrat (ex. foiţa de siliciu). Gravarea uscată defineşte caracteristicile

suprafeţei în planul x, y, iar cea umedă le separă de plan prin subtăiere. În microprelucrarea

suprafeţelor, formele din planul x, y nu sunt restricţionate de cristalografia substratului.

Pentru ilustrare, în Figura 1.1.1., se compară un senzor de presiune absolută realizat din

polisiliciu prin microprelucrarea suprafeţei cu unul microprelucrat în volum dintr-un singur

Pagina 3

cristal de siliciu. Ceea ce nu este reflectat în figură este faptul că dispozitivele

microprelucrate la suprafaţă ajung să fie mult mai mici decât replicile acestora

microprelucrate în volum. Natura proceselor de depunere implicate determină înalţimea

maximă a structurilor microprelucrate la suprafaţă (Hal Jerman, de la EG&G’s IC Sensors,

le-a denumit structuri 2.5 D)1. Ca şi exemplu, peliculele din siliciu policristalin (poli-Si)

realizate prin depunere de vapori chimici la joasă presiune (LPCVD) au în general o

înalţime de caţiva microni (z mic), faţă de microprelucrarea în volum umedă unde doar

grosimea foiţei limitează înalţimea structurii.

Figura 1.1.1.: Comparaţie între microprelucrarea în volum şi cea la suprafaţa a unui senzor de presiune absolută echipat cu elemente piezorezistive. Sus: Microprelucrarea în volum a unui singur

cristal de Si. Jos: Microprelucrarea la suprafaţă cu poli-Si.

Un z mic (înalţime) poate fi un neajuns pentru anumiţi senzori. De exemplu, ar fi

dificilă realizarea unei mase inerţiale mari pentru un accelerometru din plăcuţe de poli-Si

subţiri (un accelerometru comercial microprelucrat la suprafaţă, ADXL05, are o masă

1 Hal Jerman, “Bulk silicon Micromachining”, 1994, copia prezentării facută în Banff, Canada.

Pagina 4

inerţială de doar 0,3 grame). Nu doar ar trebui controlaţi foarte precis majoritatea

parametrilor în procesul LPCVD al polisiliciului cât şi, ulterior, călirea la temperaturi

înalte (de exemplu în jurul a 580°C) este necesară pentru transformarea siliciului amorf

depus în polisiliciu – materialul structural principal în microprelucrarea la suprafaţă. Chiar

şi cu un control al procesului cel mai bun cu putinţă, poli-Si are câteva dezavantaje ca

material faţă de Si monocristalin, printre care o mai mică piezorezistivitate2. O

caracteristică importantă a poli-Si este aceea că proprietăţile de material, cu toate că sunt

oarecum inferioare faţă de cele ale Si monocristalin, sunt cu mult superioare celor ale

peliculelor metalice, şi cea mai importantă este aceea că sunt izotrope. Incertitudinile

dimensionale pot fi mult mai importante decât problemele de material. Deşi toleranţele

dimensionale absolute obţinute prin litografie pot fi submicronice, toleranţele relative sunt

slabe, undeva la 1% pe o lungime de 100 µm a structurii. Situaţia devine şi mai critică

odată cu micşorarea dimensiunilor structurii. Cu toate că controlul dimensional relativ în

domeniul micronilor nu este specific microprelucrării la suprafaţă, nu există o

cristalografie pe care se poate baza un control dimensional îmbunătăţit ca în cazul

microprelucrării în volum umede. Mai mult, odată ce componentele mecanice în

microprelucrarea la suprafaţă tind să fie mai mici, sunt necesare mai multe ajustări post-

fabricare ale structurilor pentru obţinerea unor caracteristici reproductibile. În final,

procesul umed de eliberare a elementelor structurale de substrat tind să producă alipirea

structurilor suspendate de substrat, sau curbarea acestora, introducând astfel un alt

dezavantaj al microprelucrării la suprafaţă. Câteva din problemele enumerate mai sus

asociate microprelucrării la suprafaţă au fost rezolvate prin modificări ale procesului de

fabricaţie şi/sau proiectare alternativă, tehnica câştigând rapid interes comercial, în special

datorită faptului că este cel mai compatibil proces de microprelucrare cu procesul de

fabricare al circuitelor integrate dezvoltat până la ora actuală. Mai mult, în ultimii 10-15

ani, procese precum siliciu pe izolator (în special ceramica) (SOI)3, poli-Si articulat

(hinged)4, poli-Si turnat în matriţe de tip Keller la scară milimetrică5, poli-Si gros (10 µm şi

2 Berre, M.L., Kleinmann, P., Semmache, B., Barbier, D. şi Pinard, P. “Electrical and Piezoresistive Characterization of Boron-Doped LPCVD Polycrystalline Silicon under Rapid Thermal Annealing.”, 1996, Sensors and Actuators A-Physical 54, pag. 700–703.3 Diem, B., Delaye, M.T.,Michel, F., Renard, S., şi Delapierre, G., “SOI(SIMOX) as a Substrate for Surface Micromachining of Single Crystalline Silicon Sensors and Actuators”, 1993, in 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’93), Yokohama, pag. 233–36.4 Pister, K.S.J., “Hinged Polysilicon Structures with Integrated CMOS TFTs”, 1992, in Technical Digest: Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC, pag. 136–39.5 Keller, C., si Ferrari, M., “Milli-Scale Polysilicon Structures”, 1994, in Technical Digest: Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC, pag. 132–37.

Pagina 5

peste)6, tehnologia MEMS Sandia Ultraplanara Multistrat (Sandia’s Ultra-Planar Multi-

level MEMS Technology - SUMMIT)7 şi procesele LIGA precum şi cele asemănătoare

procesului LIGA au îmbogăţit arsenalul microprelucrării suprafeţei.

Structurile de siliciu cristalin, pot fi obţinute în gama fracţiunilor microni până la

100 µm prin microprelucrarea suprafeţei epi-siliciului sau aderarea stratului de siliciu prin

fuziune la foiţele SOI8. Elementele structurale făcute din aceste straturi de siliciu

monocristaline se concretizează în senzori cu o mai bună reproductibiliate şi fiabilitate.

Microprelucrarea SOI sau epi combină cele mai bune caracteristici ale microprelucrării

suprafeţei (ex. compatibilitate IC) cu cele mai bune ale microprelucrării în volum (calităţi

superioare ale siliciului monocristalin). Mai mult, microprelucrarea suprafeţei de tip SOI în

mod frecvent implică mai puţini paşi în procesul de creare şi oferă un control înbunătăţit

asupra grosimii blocurilor cruciale. Dată fiind reproductibilitatea scăzută ale proprietăţilor

mecanice şi în general caracteristicilor electronice slabe ale peliculelor de polisiliciu,

prelucrarea SOI poate surclasa tehnologia poli-Si pentru fabricarea dispozitivelor

performante.

Fabricarea structurilor din poli-Si planare pentru asamblarea pe verticală prin

rotaţie mecanică în jurul articulaţiilor microprelucrate cresc în mod dramatic proiectelor

fezabile cu polisiliciu4.

Keller, acum lucrând la MEMS Precision Instruments9, a introdus o combinaţie

între procesele de modelare de microprelucrarea la suprafaţă şi LIGA5 în procesul HEXSIL

(HEXagonal honeycomb polySILicon), o tehnologie ce permite crearea de structuri

tridimensionale înalte fără asamblare post-eliberare. Folosind procesele CVD, în general

doar peliculele subţiri (2 până la 5 µm) pot fi depuse pe suprafeţe plane dar cu această

metodă, structurile înalte asociate în mod normal procesului LIGA pot fi deasemenea

fabricate folosind procesul CVD pe polisiliciu.

Aplicând procedeul clasic LPCVD pentru obţinerea depunerii de poli-Si este un

proces lent. De exemplu, un strat de 10µm în mod normal necesită un timp de depunere de

6 Lange, P., Kirsten, M., Riethmuller, W., Wenk, B., Zwicker, G., Morante, J.R., Ericson, F., si Schweitz, J.-Å. “Thick Polycrystalline Silicon for Surface Micromechanical Applications: Deposition, Structuring, and Mechanical Characterization”, 1995, in 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’95), Stockholm, pag. 202–5.7 http:// mems.sandia.gov/scripts/index.asp8 Noworolski, J.M., Klaassen, E., Logan, J., Petersen, K., si Maluf, N., “Fabrication of SOI Wafers with Buried Cavities Using Silicon Fusion Bonding and Electrochemical Etchback”, 1995, in 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’95), Stockholm, pag. 71–74.4

9 http://www.memspi.com5

Pagina 6

10 ore. În consecinţă, majoritatea structurilor microprelucrate sau bazate pe grosimi ale

stratului de 2 până la 5 µm. Bazat pe chimia diclorosilanului (SiH2Cl2), Lange s.a. (1995)

au dezvoltat un proces CVD cu viteze de depunere de până la 0.55µm/min at 1000°C.

Procesul deţine timpi de depunere acceptabili pentru grosimi în gama de 10 µm. Peliculele

de poli-Si tip coloană sunt depuse pe straturi de sacrificiu din SiO2 şi prezintă tensiuni

interne joase, fiind potrivite pentru microprelucrarea la suprafaţă.

Straturile groase de poliamidă şi alţi compuşi translucizi la razele UV sunt în curs

de cercetare ca noi materiale folosite în procesul microprelucrării la suprafaţă. Datorită

transparenţei acestor materiale la expunerea luminii UV (ultravioletă), pot fi transformate

în structuri înalte prin procese LIGA. Deasemenea pot fi electroplacate şi micromodelate în

orice formă geometrică.

1.2. Istoric

Primul exemplu al microprelucrării suprafeţei pentru o aplicaţie electromecanică

consistă dintr-un fascicol grindă metalică subcorodată pentru un tranzistor rezonant

construită de Nathanson în 1967 (Figura 1.2.1.)10.

Figura 1.2.1.: Grindă oscilantă în tehnologie MEMS

Până în 1970, o primă idee de construcţie a unui micromotor metalic acţionat

magnetic a luat naştere11. Datoriă oboselii materialului, metalele nu se pot utiliza în mod

10 Nathanson, H.C., Newell,W.E.,Wickstrom, R.A., si Davis, J.R., “The Resonant Gate Transistor”, 1967, IEEE Trans. Electron Devices ED-14, pag. 117–33.11 Dutta, B., “Integrated Micromotor Concepts”, 1970, in Int. Conf. on Microelectronic Circuits and Systems Theory, Sydney, pag. 36–37.

Pagina 7

obişnuit ca şi componente mecanice. Metoda microprelucrării suprafeţei, aşa cum o ştim

astăzi, a fost demonstrată pentru prima oară de Howe şi Muller la începutul anilor 80 şi se

baza pe polisiliciu ca material de structură12. Aceşti pionieri împreună cu Guckel (1985), au

produs structuri de sine stătătoare din poli-Si cu ajutorul tehnicii LPCVD prin îndepărtarea

straturilor de oxizi pe care se formau structurile de polisiliciu.

Primul dispozitiv al lui Howe a constat dintr-un rezonator proiectat pentru a

măsura schimbarea unei mase sub absorbţia substanţelor chimice din aerul înconjurator.

Totuşi, acest senzor de gaz nu reprezintă o aplicaţie bună pentru o structură electrostatică

microprelucrată la suprafaţă, deoarece umiditatea şi praful înfundau microfantele

senzorului neîncapsulat, într-un timp foarte scurt. Mai târziu, structuri mecanice, în special

cele închise ermetic, au dovedit că tehnologia circuitelor integrate poate fi extinsă către

sistemele electromecanice13. În aceste structuri, direcţia z (înălţimea) este limitată la mai

puţin de 10 µm, de unde şi numele de microprelucrarea suprafeţei.

Primele studii cu privire la posibilele aplicaţii ale suprafeţelor microprelucrate din

polisiliciu au fost prezentate de Gabriel ş.a. în 1989. Componente mecanice şi optice

mobile, realizate la microscală, cum ar fi îmbinări punctuale, arcuri, roţi dinţate, bielete de

angrenare, mecanisme culisante şi multe altele au fost create în laborator14. Pentru o

perioadă, la începutul anilor 90, se părea că fiecare grup de cercetare în MEMS din Statele

Unite încerca să realizeze micromotoare microprelucrate la suprafaţă. Chiar dacă

micromotoarele nu au o utilitate practică, acestea au motivat comunitatea de cercetători de

a explora cu ardoare miniaturizarea unei varietăţi largi de senzori mecanici şi actuatori. În

1991, Analog Devices, în Norwood, Massachusetts, a anunţat primul produs comercial

bazat pe microprelucrarea suprafeţei, în speţă senzorul ADXL-50, un accelerometru de 50

g pentru activarea exploziei air-bag-urilor15. Până în anul 2001, Analog Devices construia 2

milioane de accelerometre microprelucrate la suprafaţă pe lună (la un preţ de 4$ pe

dispozitiv la achiziţionarea în volum). Un al doilea succes comercial pentru

microprelucrarea la suprafaţă s-a bazat pe dispozitivul digital microoglindă de la Texas

Instruments (Digital Micromirror Device™ sau DMD). Această oglindă mobilă din

12 Howe, R.T., si Muller, R.S., “Polycrystalline Silicon Micromechanical Beams”, 1982, in Spring Meeting of the Electrochemical Society, Montreal, pag. 184–85.13 Howe, R.T., “Recent Advances in Surface Micromachining”, 1995, in Technical Digest: 13th Sensor Symposium, Tokyo, pag. 1–8.14 Muller, R.S., “From ICs to Microstructures: Materials and Technologies”, 1987, in Proceedings: IEEE Micro Robots and Teleoperators Workshop, Hyannis, MA, pag. 2/1–5.; Fan, L.-S., Tai, Y.C., si Muller, R.S., “Pin Joints, Gears, Springs, Cranks, and Other Novel Micromechanical Structures”, 1987, in 4th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’87), Tokyo, pag. 849–52.15 “Analog Devices Combine Micromachining with BICMOS”, 1991, Semicond. Int. 14, pag. 17.

Pagina 8

aluminiu, microprelucrată, este un comutator digital ce controlează precis o sursă de

lumină pentru videoproiectoare şi retroproiectoare16. Acceptul comercial al acestei aplicaţii

a confimat rămânearea pe piaţa de desfacere a dispozitivelor microprelucrate la suprafaţă.

Microprelucrarea la suprafaţă este un proces de fabricaţie folosit de către companii

prestigioase, cum ar fi: Cronos, Research Triangle Park (acum parte integrantă a companiei

JDS Uniphase Company), North Carolina şi Robert Bosch, Stuttgart, Germania.

1.3. Procese de microprelucrare la suprafaţă

1.3.1. Secvenţa de bază a procesului

O secvenţă din procesul de microprelucrare la suprafaţă pentru crearea unei punţi

de sine stătătoare din polisiliciu este arătată în Figura 1.3.1.1.17. Un strat de sacrificiu,

desemenea denumit strat de spaţiere sau bază, este depus pe un substrat de siliciu acoperit

cu un strat dielectric ca strat de izolare/tampon, Figura 1.3.1.1.(A). Sticla cu fosfosilicaţi

(PSG: Phosphosilicate Glass) depusă prin tehnica LPCVD, este folosită ca cel mai bun

material pentru stratul de sacrificiu deoarece se corodează mai repede în acid fluoric decât

SiO2. Pentru a obţine o rată uniformă de corodare, peliculei PSG trebuie să i se mărească

densitatea prin încălzirea peliculei la temperaturi între 950-1100°C într-un cuptor. Cu o

primă mască aplicată, baza arată că în Figura 1.3.1.1.(B). Se crează ferestre în stratul de

sacrificiu, apoi se depune pelicula microstructurală subţire (alcătuită din polisiliciu, metal-

aliaj sau un material dielectric) ca în Figura 1.3.1.1.(C). Prin recoacere în cuptor, în cazul

polisiliciului la o temperatură de 1050°C în azot pentru o oră, se reduce stresul intern şi

creşterea în grosime a stratului. Cu o a doua mască, stratul microstructural este modelat de

obicei prin corodare uscată în plasma de CF4 _ O2 sau CF3Cl _ Cl2, Figura 1.3.1.1.(D)18.

La final, o corodare umedă selectivă a stratului de sacrificiu, să spunem într-o soluţie de

49% HF, lasă o structură micromecanică de sine stătătoare Figura 1.3.1.1.(E). Tehnica de

microprelucrare a suprafeţei se aplică combinaţiilor de pelicule subţiri şi dimensiunilor

laterale, unde stratul de sacrificiu poate fi corodat fără o corodare semnificativă sau un atac

chimic asupra microstructurii, dielectricului sau a substratului. În mod tipic, o stivă pentru

16 Hornbeck, L.J., “Projection Displays and MEMS: Timely Convergence for a Bright Future”, 1995, in Micromachining and Microfabrication Process Technology (Proceedings of the SPIE), Austin, pag. 2.17 Howe, R.T., si Muller, R.S., “Polycrystalline Silicon Micromechanical Beams”, 1983, J. Electrochem. Soc. 130, 1420–23.; Howe, R.T.,“Polycrystalline Silicon Microstructures”, 1985, in Micromachining and Micropackaging of Transducers, Fung, C.D., Cheung, P.W., Ko, W.H., and Fleming, D.G., eds., Elsevier, New York, pag. 169–87.18 Adams, A.C., “Dielectric and Polysilicon Film Deposition”, 1988, in VLSI Technology, Sze, S.M. ed., McGraw-Hill, New York.

Pagina 9

microprelucrarea suprafeţei poate conţine un total de patru cinci straturi de sacrificiu (dar

poate conţine şi mai multe); procesul de prelucrare a suprafeţei de polisiliciu la Sandia

SUMMIT, de exemplu, foloseşte o stivă de până la cinci straturi de polisiliciu şi cinci

straturi de oxid.

Figura 1.3.1.1.: Secvenţe ale procesului de microprelucrare a suprafeţei.(A) Depunearea stratului de spaţiere (stratul dielectric subţire de izolare nu este arătat). (B) strat de bază la care i s-a aplicat masca 1. (C) Depunerea stratului microstructurii.

(D) Strat de bază la care i se aplică masca 2. (E) Corodarea selectivă a stratului de spaţiere.

1.3.2. Fenomenul de sticţie - “Stiction”

Folosirea straturilor de sacrificiu oferă posibilitatea creării unor structuri mobile din

polisiliciu microprelucrate la suprafaţă foarte complexe. O limitare importantă creării unor

astfel de forme din polisiliciu este aceea că structurile de suprafaţă mare tind să se îndoaie

datorită gradienţilor de stres intern sau tensiunii de suprafaţă induse de lichidele captate,

lipindu-se de subtratul/stratul izolator în pasul final de clătire şi uscare, un fenomen al

sticţiei ce poate fi relaţionat cu valenţa hidrogenului sau contaminarea reziduală. În

prezent, mari eforturi sunt realizate pentru întelegerea şi prevenirea acestui fenomen.

Îndepartarea stratului de sacrificiu urmată de o lungă şi minuţioasă clătire în apă

deionizată şi uscarea sub o lampă cu infraroşii în general reprezintă ultimii paşi în secvenţa

microprelucrării la suprafaţă. Pe masură ce placuţa se usucă, tensiunea de suprafaţă a apei

de clătire trag delicat microstructura înspre substrat unde o combinaţie de forte, probabil

Pagina 10

forţe van der Waals şi valenţa hidrogenului, o menţin strâns lipită Figura 1.3.2.1.19 Odată ce

structura este ataşată substratului prin acest fenomen, forţa mecanică necesară dislocării

este de obicei destul de mare încat să distrugă structura micromecanică. Acelaşi fenomen

se presupune a fi responsabil în alipirea plăcuţelor la temperatura camerei. O lucrare de

referinţă asupra acestui fenomen o reprezintă :”Theoretical and experimental analysis of

the mechanical stability and adhesion of microstructures under capillary forces” scrisă de

Mastrangelo (1993a; 1993b)20.

Figura 1.3.2.1. Fenomenul de “stiction” în microprelucrarea suprafeţei şi efectul tensiunii de suprafaţă în structurile micromecanice. (A) Fascicol neeliberat.

(B) Fascicol eliberat înaintea uscării. (C) Fascicol eliberat atras înspre substrat datorită forţelor de capilaritate pe masură ce apa se evaporă.

Prin crearea unor amortizoare îndepartate sub placuţa de polisiliciu21 şi adaugarea

unor microstructuri sub forma de menisc la perimetrul microstructurii reprezintă mijloace

mecanice ajutatoare pentru reducerea alipirii, o altă metodă mecanică este aceea de a

consolida temporar microstructura cu substratul cu ajutorul unor legături. Aceste structuri

rigide de consolidare nu sunt afectate de forţele de tensiune la suprafaţă ale lichidului iar

legăturile sunt tăiate apoi cu un inpuls de curent de înalta intensitate imediat după

terminarea procesului potenţial distructiv (clătire si uscare). O altă metodă pentru evitarea

fenomenului de sticţie implică folosirea unor coloane suport, de sacrificiu, din polimer. O

porţiune a stratului de sacrificiu este înlocuită de un distanţier din polimeri, intreţesut

19 Core, T.A., Tsang, W.K., si Sherman, S.J., “Fabrication Technology for an Integrated Surface-Micromachined Sensor”, 1993, Solid State Technol. 36, pag. 39–47.20 Mastrangelo, C.H., si Hsu, C.H., “Mechanical Stability and Adhesion of Microstructures under Capillary Forces: Part 1. Basic Theory, ” 1993a , J. Microelectromech. Syst. 2, pag. 33–43.; Mastrangelo, C.H., si Hsu, C.H., “Mechanical Stability and Adhesion of Microstructures under Capillary Forces: Part 2. Experiments”, 1993b, J. Microelectromech. Syst. 2, pag. 44–55.21 Tang,W.C.K., Electrostatic Comb Drive for Resonant Sensor and Actuator Applications, 1990, Ph.D. thesis, University of California, Berkeley.; Fan, L.-S., “Integrated Micromachinery: Moving Structures on Silicon Chips”, 1989, Ph.D. thesis, University of California, Berkeley.

Pagina 11

imediat după corodarea parţială a oxidului de sticlă. După completarea coradării oxidului,

distanţierul din polimer impiedică fenomenul de sticţie în timpul uscării prin evaporare. La

sfârşit o plasmă din oxigen izotrop înlatură polimerul în vederea eliberării structurii22.

Ideal, în vederea unei producţii ridicate, contactul dintre elementele de structură şi

substrat ar trebuii evitate în timpul prelucrării. Într-un mediu lichid, totuşi, aceasta este

imposibilă datorită efectelor tensiunilor de suprafaţă. În consecinţă majoritatea soluţiilor

pentru problema sticţiei implică reducerea tensiunilor de suprafaţă ale soluţiei de clătire

finală prin metode fizico-chimice. Lober ş.a. (1988a)23 de exemplu, au încercat cu vapori de

acid fluoric (HF), iar Guckel ş.a. (1989, 1990)24 au folosit amestecuri apa-metanol prin

criodesicare25. Îngehatarea şi purificarera lichidului de clătire într-un mediu de joasă

presiune produc rezultate îmbunăţite..

Takeshima (1991)26 a folosit criodesicarea cu alcool t-butilic. Deoarece punctul de

înghet al acestui alcool se află la 25,6°C, este posibilă criodesicarea fără un echipament

special de răcire. Cu acestă tehnică lichidul de clătire este deplasat cu ajutorul unui alt

lichid ce poate fi antrenat într-o fază supercritică sub înaltă presiune. Această fază super

critică nu prezintă tensiuni de suprafaţă, ceea ce permite uscarea microstructurilor fără

apariţia fenomenului de sticţie. În general este folosit CO2 la 35°C şi 1100 psi

(aproximativ 75, 84 bari).

Kozlowski (1995)27 a înlocuit HF (acid floric) în paşii succesivi de prelucrare cu

monomerul divinilbenzen pentru microfabricarea unor punţi şi grinzi din polisiciu foarte

subţiri (500 nm). Monomerul a fost polimerizat sub lumina ultravioletă (UV) la

temperatura camerei şi înlaturat apoi cu plasma de oxigen. Analog Devices a aplicat o

tehnică proprie ce implică doar tehnologia de proces standard a circuitelor integrate în

22 Mastrangelo, C.H., si Saloka, G.S., “A Dry-Release Method Based on Polymer Columns for Microstructure Fabrication”, 1992, in Proceedings: IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS ’93), Fort Lauderdale, pag. 77–81.23 Lober, T.A., si Howe, R.T., “Surface Micromachining for Electrostatic Microactuator Fabrication”, 1988a, in Technical Digest: 1988 Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC.24 Guckel, H., Sniegowski, J.J., Christenson, T.R., Mohney, S., si Kelly, T.F., “Fabrication of Micromechanical Devices from Polysilicon Films with Smooth Surfaces”, 1989, Sensor. Actuator. 20, pag. 117–21.; Guckel, H., Sniegowski, J.J., Christenson, T.R., si Raissi, F., “The Application of Fine-Grained, Tensile Polysilicon to Mechanically Resonant Transducers”, 1990, Sensor. Actuator. A A21, pag. 346–51.25 Criodesicare = Uscare prin inghet.26 Takeshima, N., Gabriel, K.J., Ozaki, M., Takahashi, J., Horiguchi, H., si Fujita, H., “Electrostatic Parallelogram Actuators”, 1991, in 6th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’91), San Francisco, pag. 63–66.27 Kozlowski, F., Lindmair, N., Scheiter, T., Hierold, C., si Lang, W., “A Novel Method to Avoid Sticking of Surface Micromachined Structures”, 1995, in 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’95), Stockholm, June, pag. 220–23.

Pagina 12

fabricarea unui micro-accelometru pentru eliminarea prierderilor mari datorate

fenomenului de sticţie28.

28 Core, T.A., Tsang, W.K., si Sherman, S.J., “Fabrication Technology for an Integrated Surface- Micromachined Sensor”, 1993, Solid State Technol. 36, pag. 39–47.

Pagina 13