微砌筑的3D添加剂Micromanufacturing

摘要

本文介绍了一种3D添加剂micromanufacturing策略（称为“微砌体'）的微机电系统（MEMS）的结构和设备的柔性制造。这种方法涉及与快速热退火功能材料粘接技术相结合转移印花为主的微/纳米材料组装。

摘要

转印是一种方法来从在那里它们被通过利用弹性体邮票产生一个不同的衬底上的衬底转移固体微/纳米级材料（在本文中被称为“油墨”）。转移印花使异质材料的集成制造被发现在最近的先进设备，如灵活和可拉伸的太阳能电池和LED阵列，无可比拟的结构或功能系统。而转移印花表现出料组件能力的独特功能，利用粘接剂层或表面改性，例如自组装单层（SAM）在基板上用于增强印刷工艺沉积阻碍了其广泛适应于微组装微机电系统（MEMS）结构和设备。为了克服这一缺点，我们开发了转移印花的先进模式，确定性仅仅通过控制表面的接触面积组装个人微尺度物体没有任何表面变化。由于没有粘接剂层或其它修饰和随后的材料键合过程中确保不仅机械结合，但组装材料之间还热和电的连接，从而进一步打开以适应不同的应用在构建寻常的MEMS器件。

引言

微机电系统（MEMS），如大型普通三维机器的小型化，是必不可少的通过提供增强性能和降低制造成本的^1,2推进现代技术。但是，不能维持在MEMS技术进步的现行税率不连续创新的制造技术^3-6。常见的单片微加工主要依赖层 - 层过程的集成电路（IC）的制造开发。这种方法已经在使批量生产高性能的MEMS器件相当成功的。但是，由于其复杂的层 - 层和电化学性质减色，制造多样形状的3D MEMS结构和设备，同时便于在宏观世界，是非常具有挑战性的，以实现使用这种单片微加工。为了让更多的灵活的三维微细加工用量少过程的复杂性，我们德韦大步三维添加剂micromanufacturing策略（称为“微/纳米砖石'），它涉及的微/纳米材料的转移印花为基础的组装与快速热退火功能材料粘接技术相结合。

转印是一种方法，从那里它们被使用的弹性体邮票控制干附着力产生或生长到不同衬底上的衬底转移固体微尺度材料（ 即，“固体墨”）。微砌体的典型过程开始转移印花。预制的固体油墨转印用微针戳即弹性邮票的一种高级形式，并在印刷结构被采用快速热退火（RTA），以提高油墨的油墨和油墨 - 基底粘附随后退火打印。该制造方法能够使异常微尺度结构和设备不能使用其他现有METHO收容的结构DS ^7。

微砖石提供了不存在在其他方法中的一些吸引人的特点：（一）整合异种材料的功能和结构的固体油....

方案

1，设计面膜供体基板的制作

1. 设计具有所需几何形状的面具。为了制作100微米×100微米见方的硅个别单位，画出100微米×100微米的正方形阵列。
2. 设计第二掩模具有相同的几何形状，与各侧延伸出额外的15微米。为100微米×100微米的正方形阵列，绘制的130微米×130微米的正方形可以覆盖的平方在步骤1.1的阵列。
3. 设计锚几何。得出4个20微米×40微米的矩形，每个沿着正方形的一边为中心。放置的结构，使得第一15μm的覆盖原来的100微米×100微米的正方形，在步骤1.1和向外剩余的25微米的延伸（ 如图2）。
   注意：任何形状和尺寸可以作为长期被用作锚接点的图案化的材料和基片。这种锚的一端覆盖的起源在步骤1.1，将另一端几何人应该延伸出的几何形状，在步骤1.2。

2，准备打捞供体基板

1. 准备上绝缘体（SOI）晶片的p型掺杂的硅用3微米的器件层的厚度，具有1-20Ω•厘米和框氧化物层的1微米厚的薄层电阻。注：对于不同的应用中，这些参数都可以修改。
2. 旋涂光致抗蚀剂（AZ5214，3000 rpm离心30秒，1.5微米厚），并附加设计步骤1.1掩模。
3. 使用反应离子刻蚀（RIE）的仪器，图案的SOI晶片的器件层和除去光致抗蚀剂掩模。在此步骤之后，在RIE腐蚀区域暴露的框中氧化物层（ 图2A）。

结果

微砌体使异质材料结合产生的MEMS结构，是非常具有挑战性的或不可能实现的单片微加工工艺。为了说明其功能，结构（称为“微茶壶'）被制成仅通过微砌筑。 图4A是在一个施主衬底制造硅油墨的光学显微镜图像。所设计的墨是光盘与由单结晶硅的尺寸不同，它们是微茶壶的积木。一旦施主衬底被独立地准备，光盘是转移印刷到一个接收基板和层采用微尖戳， 如图4B退火层。微茶壶的内侧区域是中空如可以从各装配圆盘可以看出。此外，微砌筑工艺的精巧被转移印花和退火相当精致辐透也测试ONIC水晶血小板（ 图4C-E）。光子表面被第一图案化纳米压印光刻技术和在协议中所概述制成的施主衬底可转移油墨。一旦油墨被充分的准备，该光子晶体的血小板被转印到4的Si环厚度为50微米，形成像图4E中所示的配置的表。

除了 ​​在微砌筑硅油墨， 如图影像微砌筑5显示的例子采用组装薄金膜。 图5A是准备为.......

讨论

微砖石，在图4中提出的，涉及硅熔融键合在一材料粘接工序。硅熔融键合是通过将样品中的快速热退火炉（RTA炉）和样品加热至950℃保持10分钟来实现。这种退火条件是双方可采用习之-硅和硅- _二氧化硅结合^10,11。可替代地，结合有硅条如在图5C中发现的凹采用共晶键合，因此，该粘合温度是大约在Si-Au共晶体的温度（363℃）30分钟^8。以确保共晶键合之前，印刷油墨区上的硅带，该带材的Si需要进​​行彻底的与49％的HF清洗，以防止任何杂质，例如原生氧化层的Au与Si的界面。能够组装金薄膜微砖石巨大改善了微砖石生产计划正弦的适应面广Ë它引入了材料的金属类型。由于与硅的低接触电阻，也可以作为在厼等人提出可以用作在完成的MEMS器件的电极，以及一个悬膜弯曲^。9

开发了可转移的油墨量目前仅限于Si和Au和它们的相应的接收器基片的材料是Si和SiO ₂为硅，以及Au和Si为金。总体而言，在印刷.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Az 5214	Clariant		1.5 mm 厚光刻胶
Su8-100	Microchem		100 mm 光刻胶用于模具
Sylgard 184	Dow Corning		PDMS 混合制造印章
氢氟酸	霍尼韦		尔酸蚀刻氧化硅层
绝缘体上的硅	Ultrasil		供体衬底制造的
三氯氢硅	Sigma-Aldrich		Chemical 用于帮助从模具中剥离 PDMS