Микро-электромеханическая система (МЭМС) относится к микроустройству или системе, которые могут производиться партиями и объединяют микроструктуры, микродатчики, микроприводы, а также схемы обработки сигналов и управления. Во-первых, подложка встречно-штыревого электрода, изготовленная с помощью технологии MEMS, имеет расстояние между электродами в микронано-масштабе, что может значительно улучшить отношение сигнал / шум, снизить предел обнаружения и облегчить быстрый отклик за секунды; во-вторых, подложка микроэлектрода на основе технологии MEMS. Нагреватель может обеспечить более низкое энергопотребление на уровне милливатт и скорость падения температуры на уровне миллисекунд, что способствует применению датчика в реальных условиях эксплуатации. На основе технологии MEMS размер датчика может быть значительно уменьшен, что способствует архитектуре матрицы датчиков и сетевому мониторингу датчика.

Процесс производства подложки MEMS в настоящее время является относительно зрелым, и разница между датчиком в основном заключается в методе интеграции чувствительного материала и подложки, в основном включая метод нанесения атомного слоя, метод гальваники, метод термического окисления, метод влажного травления, метод магнетронного распыления. и метод трафаретной печати Подождите.

(1) Метод нанесения атомного слоя

Осаждение атомного слоя (ALD) - это метод, при котором предшественник газовой фазы многократно пропускается через реактор, и на подложке формируется осажденная пленка. Каждый раз вводимый предшественник будет осаждаться на поверхности подложки, и тонкая пленка будет формироваться вместе с поверхностной реакцией. После многократной очистки и осаждения будет получена тонкая пленка заданной толщины. Большинство пленок оксидов металлов и структур ядро-оболочка, выращенных путем осаждения атомных слоев, можно использовать для сенсорных приложений. Используя этот метод, пока есть зазор, через который может проходить пленкообразующий материал, толщину пленки можно контролировать на нанометровом уровне. В процессе обработки образуется однородная пленка.

(2) Метод гальваники

Гальваника - это процесс нанесения другого слоя из других металлов или сплавов на поверхность некоторых металлов с использованием принципа электролиза. В процессе гальваники металлический слой используется в качестве анода, а целевое устройство используется в качестве катода. Катионы металлического покрытия будут уменьшены на поверхности детали, подлежащей гальванике, с образованием гальванического слоя. Основное преимущество технологии нанесения гальванических покрытий в том, что это чрезвычайно дешевая технология получения пленки. Кроме того, технология гальваники может использоваться для получения сплавов, пленок сантиметрового уровня и сложных рисунков, а гальванические пленки обладают хорошими характеристиками напряжения. Технология гальваники ограничена своим собственным принципом осаждения и обычно требует тонкого металлического слоя на подложке в качестве затравки (так называемой затравки), поэтому это в определенной степени ограничивает типы подложек.

(3) Метод термического окисления.

Основной процесс метода термического окисления: (1) окислитель (O2 / H20) достигает поверхности кремниевой пластины в газообразной форме; (2) окислитель диффундирует к Si в твердой среде (SiO2); (3) окислитель реагирует с Si. Пленка, полученная методом термического окисления, более плотная, чем пленка, полученная другими методами. Термическое окисление можно разделить на сухое окисление и влажное окисление. Температура реакции составляет 900 ~ 1200 Пленка, полученная при сухом окислении, более плотная, чем при влажном окислении.

(4) Метод влажного травления.

Мокрое травление - это создание регулярного рельефа на поверхности материала с помощью шаблона и различных травителей. Различные анизотропные травители могут травить разную топографию. Множество трехмерных кремниевых наноструктур могут быть получены путем влажного травления, такие как нанопроволоки, наностолбики и наноконусы, датчики, вертикальные транзисторы и т.д. затраты на обработку, низкий поток и высокое загрязнение фтором. Теоретически влажное анизотропное травление имеет четкие и контролируемые характеристики, но на практике оно пока не реализовано. Причина в значительной степени в том, что химический травитель будет равномерно разъедать основную подложку во всех направлениях.

(5) Метод магнетронного распыления.

Принцип распыления заключается в бомбардировке поверхности мишени частицами высокой энергии, бомбардировке атомами или молекулами на поверхности мишени и попадании на подложку под контролем магнитного поля и электрического поля для осаждения тонкой пленки. Магнетронное распыление - это тип физического осаждения из паровой фазы (PVD), который широко используется для получения тонких пленок из различных материалов, таких как металлы, полупроводники и изоляторы. Этот метод прост в использовании, легко контролируется и имеет преимущества сильной адгезии и большой площади покрытия. С момента своего первого развития в 1970-х годах технология магнетронного распыления постепенно применялась в промышленных приложениях в областях украшения, полупроводников и производства. В настоящее время магнетронное напыление стало одной из наиболее широко используемых и развивающихся технологий в области вакуумного напыления. По сравнению с другими технологиями распыления, магнетронное распыление может не только работать при более низком давлении и относительно высокой скорости осаждения, но также может использоваться для синтеза плотных пленок с меньшей зернистостью.

До сих пор было несколько примеров МЭМС-сенсоров на основе напыленных МОП-пленок, включая микромеханические сенсоры WO3 и сенсорные пленки, содержащие p-n-гетеропереходы: пленки SnO2-NiO обладают высокой чувствительностью к H2S при комнатной температуре. Однако чувствительность большинства напыленных пленок все еще намного ниже, чем у обычных химически синтезированных наноструктурированных МОП-материалов. Это связано с тем, что аморфная структура с высокой плотностью ограничивает взаимодействие между чувствительным материалом и окружающим газом.

(6) Метод трафаретной печати

Развитие технологии трафаретной печати имеет очень долгую историю. Это толстопленочная технология, в которой краска слой за слоем наносится на твердый материал, а для изменения графики используются рамы экрана или формы. Из-за низкой стоимости и высокой эффективности массовое производство и другие преимущества широко используются в области производства рекламы, печати плакатов, непрерывного производства, а использование технологии трафаретной печати для подготовки датчиков стало важной вехой. По сравнению с традиционными стержневыми электродами, электроды с трафаретной печатью могут быть интегрированы в различные портативные испытательные системы из-за их небольшого размера и могут напрямую контактировать с объектами, которые должны быть обнаружены в окружающей среде, и определять их, избегая таких операций, как отбор проб и транспортировка. Процесс подготовки электродов с трафаретной печатью в основном состоит из следующих рабочих процедур, включая графический дизайн, формулировку шаблона, предварительную обработку материала, печать и сушку электродов. Электроды обычно печатаются полуавтоматически с использованием трафаретного принтера или вручную.