微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的制作方法

微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的制作方法一、引言微機(jī)械技術(shù)是一個應(yīng)用性很強的學(xué)科，它是在微紫外光范圍內(nèi)(0.1~10μm)對微小材料進(jìn)行研究，制備微小結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微小器件。微機(jī)械技術(shù)的出現(xiàn)，代表了人類對新材料、新技術(shù)領(lǐng)域的探索和科學(xué)技藝的提高。微機(jī)械技術(shù)可以應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，其中包括光電子學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥、機(jī)械等領(lǐng)域，對于國家和人民的發(fā)展與進(jìn)步，起著舉足輕重的作用。微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的裝置類型也很多，例如微型機(jī)械臂、關(guān)卡開關(guān)、溫度傳感器、加速度計和微型泵等。微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件有著細(xì)小、高靈敏和低截止頻率等特點，被廣泛應(yīng)用于傳感、控制、執(zhí)行、測試、檢測、調(diào)整和測量等領(lǐng)域。因此，微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的研發(fā)和制作方法非常重要，對于實現(xiàn)微機(jī)械器件的高精度、高性能、低成本，具有重要的影響。二、制作方法2.1光刻法2.1.1原理光刻法是一種微型加工技術(shù)，作為微加工領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。該方法通過將照明光線反射或透射到掩膜上，形成一個模板圖案。在次要透鏡的作用下，將模板上的字形圖案以某種方式反射或透射到感光材料上，然后根據(jù)光刻圖案中的圖形，通過抑制(蝕刻)或沉積的方法，將圖案轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的反應(yīng)層(金屬、氧化物、多晶硅等)上，最終形成微型結(jié)構(gòu)。2.1.2步驟掩膜設(shè)計：首先應(yīng)該對要加工的微型元件進(jìn)行掩膜設(shè)計。設(shè)計過程中應(yīng)該注重細(xì)節(jié)和精度，同時要將掩膜設(shè)計與加工技術(shù)及元器件的具體應(yīng)用場景相結(jié)合，確保設(shè)備的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性。掩膜制備：采用光刻工藝制備掩摸，先在硅片上附上一層鋁薄膜，再通過離子束蝕刻的方式雕刻出設(shè)計好的掩模圖案。曝光和顯影：將感光材料覆蓋到待加工的硅片表面，給定曝光時長后，將硅片浸入顯影藥液中。顯影液會依據(jù)曝光所反映的掩模圖案而進(jìn)行顯影，在暴露于曝光藥液的區(qū)域材料被部分溶解并卸除，從而根據(jù)掩模圖案在硅片上形成微型結(jié)構(gòu)，最終通過反應(yīng)層主動完成微型器件的制作。2.1.3優(yōu)缺點光刻法的優(yōu)點是制作原件尺寸精度高，一次加工量大，適用于高密度集成電路器件生產(chǎn)和觸發(fā)器、頻率發(fā)生器等超高精度的微型器件的制作。但缺點也很明顯，制作過程需要較高的成本和技術(shù)水平，并且無法處理加工樣品之間的缺陷，所以產(chǎn)品的不良率較高。2.2等離子體蝕刻法2.2.1原理等離子體刻蝕技術(shù)是一種將氣態(tài)或凝聚態(tài)材料通過化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為可移除的無機(jī)化合物的技術(shù)，是將化學(xué)反應(yīng)與物理作用結(jié)合在一起的技術(shù)，具有成本低、制備工藝靈活和加工尺寸小等優(yōu)點。等離子體刻蝕工藝的關(guān)鍵在于兩個部分：材料表面與等離子體的接觸，不同等離子體系統(tǒng)之間的能量傳遞途徑有所不同；化學(xué)反應(yīng)和材料移動。2.2.2步驟等離子體刻蝕的加工流程分為以下幾個步驟：樣品表面預(yù)處理：樣品表面應(yīng)盡量避免堆積或發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)行清洗、干燥和去污，以保證成品的高質(zhì)量和準(zhǔn)確性。準(zhǔn)備工藝控制氣體及真空環(huán)境：通過在預(yù)處理后的樣品表面上極化勻速附加化學(xué)反應(yīng)物，以將活性粒子嵌入樣品表面。等離子區(qū)的干燥和預(yù)處理：為保證樣品表面的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，需要進(jìn)行干燥和去離子處理。物質(zhì)刻蝕：通過化學(xué)反應(yīng)，將含有成分的材料轉(zhuǎn)化為可移除的無機(jī)化合物，最后通過物理作用將其去除。防止殘留：為避免殘留材料的存在，需要在樣品表面上噴灑純化制劑，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和善后處理。2.2.3優(yōu)缺點等離子體蝕刻法的優(yōu)點是加工尺寸小，制作復(fù)雜度低，遇有相應(yīng)設(shè)備的采用高科技能力建造成本相對較低，同時也具有加工規(guī)模高、使用范圍廣泛和受到實際工程用途的推崇等諸多優(yōu)點。不過，該方法的缺點也很明顯，其中最主要的兩個缺點是加工時間長和處理成本高，因此適用于產(chǎn)品加工中間期的篩選和評估過程。2.3壓電共振技術(shù)2.3.1原理壓電技術(shù)是一種將壓力和形變轉(zhuǎn)化為電信號或反之的技術(shù)，壓電元件中，當(dāng)施加壓力、振動或彎曲時，該材料的內(nèi)部電荷有輕微變化，因此，產(chǎn)生了微小的電位差，即頻率或幅度的變化，進(jìn)而形成了微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件。2.3.2步驟氧化熱處理：將氧化物熱處理到約800~900℃,然后在氫氣氣體流下將表面還原。這樣，就能獲得表面約為1mm厚度的單晶片或多晶片。表面玻璃化(氮化硅)：在氧化層上進(jìn)行表面揮發(fā)性涂層處理，接著進(jìn)行預(yù)制同軸電極陣列，在表面形成氮化硅或氮化二鋁壓電塊。浸泡化學(xué)溶液：將表面涂有壓電器結(jié)構(gòu)的晶體，在HF浸泡后，在有機(jī)溶劑中進(jìn)行封閉處理，并將電線連至壓電元件上方或結(jié)構(gòu)上放置張力電線。2.3.3優(yōu)缺點壓電共振技術(shù)的優(yōu)點是能夠廣泛應(yīng)用于微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的制作中，制作過程精度高，可重復(fù)性好，波動范圍較小，還能較好地適應(yīng)各種高溫、高濕、高壓環(huán)境；其缺點是成本較高，需要較高的技術(shù)水平，不易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。三、總結(jié)上述三種微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的制作方法，都有其各自的優(yōu)缺點和適用范圍，對于微機(jī)械器件的研究開發(fā)和制造具有重要的作用。制作微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的基本流程為預(yù)處理表面、確認(rèn)/創(chuàng)造元件模板、制作材料