Real-Time DC-dynamique Méthode de sollicitation pour Temps de commutation amélioration de franges champ gravement sous-amorti électrostatiques MEMS Actionneurs

L’objectif général de l’expérience suivante est d’améliorer le temps de stabilisation des actionneurs de micro-systèmes électromécaniques à champ de franges électrostatiques fortement sous amorti. Ceci est réalisé par la micro-fabrication de l’actionneur électrostatique MAMs Dans un deuxième temps, le substrat sous l’actionneur est gravé de manière sélective, ce qui réduit considérablement l’amortissement du film de compression et améliore considérablement les conditions d’amortissement. Ensuite, les formes d’onde de polarisation dynamique sont utilisées en temps réel afin de déterminer les paramètres de forme d’onde optimaux pour un temps de stabilisation rapide.

On obtient des résultats qui montrent une amélioration significative du temps de commutation par rapport à la polarisation unitaire typique. Bien que la méthode soit utilisée pour améliorer le temps de commutation des actionneurs de champ de franges électrostatiques, elle peut également être appliquée à des domaines tels que la micrométrologie pour extraire des paramètres de couche mince tels que le module de Young, le rapport de Pance et la contrainte de traction biaxiale. La première étape de la fabrication des faisceaux MEMS à champ frangeant électrostatique est la lithographie UV.

Commencez avec un substrat de silicium oxydé à faible résistivité correctement nettoyé, de 25 millimètres sur 50 millimètres et de 0,5 millimètre d’épaisseur. Dans cette vidéo, des représentations schématiques de la section transversale du substrat et de la vue de dessus montreront la progression de la fabrication. Placez le substrat sur le mandrin d’une couche de spin spinner photoresist, d’hexa méthyl dine, puis de photo positive.

Résistez à chacun à 3 500 tr/min pendant 30 secondes. Transférez l’échantillon sur une plaque chauffante réglée à 105 degrés Celsius et faites cuire doucement la résine photo pendant 90 secondes. Il s’agit de la vue schématique de l’échantillon à ce stade.

Une fois cela fait, déplacez l’échantillon dans un aligneur de masque. Utilisez l’appareil, masquez dont une version simplifiée est illustrée et exposez l’échantillon à un rayonnement UV d’une longueur d’onde de 350 à 450 nanomètres et d’une énergie d’exposition de 391 millijoules par centimètre carré. Ensuite, apportez la lame à deux béchers préparés, l’un avec un révélateur à base d’hydroxyde de tétraéthylammonium et l’autre avec de l’eau désionisée, chacun ayant un volume suffisant pour immerger l’échantillon, immergez l’échantillon exposé dans le révélateur pendant 12 à 20 secondes et agitez-le doucement.

Ensuite, retirez rapidement l’échantillon et plongez-le dans l’eau de rinçage pendant 10 secondes. Une fois que l’échantillon est soigneusement rincé puis séché à l’azote, inspectez-le au microscope pour voir si un développement supplémentaire est nécessaire. Cette figure représente l’échantillon lorsque le développement est terminé.

Procéder à la gravure humide avec de l’acide fluorhydrique tamponné pour enlever la couche d’oxyde. Retirez ensuite la résine photosensible à l’aide d’acétone et d’alcool isopropylique après avoir retiré la résine photosensible. L’étape suivante est une gravure chimique avec de l’hydroxyde de tétraéthylammonium.

Utilisez une plaque chauffante avec un couple thermique pour maintenir la température, une barre d’agitation magnétique, un piceur propre de quatre litres et un panier en téflon qui peut être soutenu dans le bécher. Versez du tétraéthylammonium à 25 % en poids jusqu’à la marque des deux litres du bécher et ajoutez le thermocouple à fixation de la barre d’agitation dans la solution. Ensuite, préchauffez la solution à 80 degrés Celsius une fois que la solution est à 80 degrés Celsius.

Placez l’échantillon dans le panier, suspendez le panier dans la solution à partir du rebord du bécher. Assurez-vous de laisser de la place pour que la barre d’agitation magnétique puisse tourner. Réglez la vitesse de rotation de la barre d’agitation à 400 tr/min et la gravure à une profondeur de quatre à cinq micromètres.

Après environ 15 minutes, rincez et séchez correctement l’échantillon et vérifiez la hauteur des marches avec un profilomètre. Cette figure représente l’échantillon lorsque la hauteur de pas a été atteinte. L’étape suivante consiste à éliminer le dioxyde de silicium.

Préparez un bécher en téflon avec de l’acide fluorhydrique, dont le volume est suffisant pour couvrir l’échantillon, et un bécher en téflon préparé de la même manière avec de l’eau désionisée. Placez l’échantillon dans l’acide fluorhydrique jusqu’à ce que tout le dioxyde de silicium soit éliminé en moins de 30 secondes. Transférez l’échantillon dans l’eau déminéralisée et laissez-le là pendant 10 à 20 secondes.

Poursuivez le rinçage et retirez également les résidus organiques de l’échantillon. Prenez l’échantillon propre et sec et effectuez une oxydation thermique humide pour faire croître 500 nanomètres de dioxyde de silicium à sa surface. Voici la représentation de l’échantillon après l’étape de croissance lorsque la couche de dioxyde de silicium est terminée, encore une fois, code de spin hexa méthyl xylazine suivi d’une photorésine positive sur l’échantillon.

Après la cuisson douce de la résine photo, utilisez un aligneur de masque pour exposer l’échantillon à un rayonnement UV de 350 à 400 nanomètres. Avec une énergie d’exposition de 391 millijoules par centimètre carré, le masque représenté est simplifié. Ensuite, j’ai développé un échantillon dans un révélateur à base d’hydroxyde de tétraéthylammonium.

Terminez la gravure avec de l’acide fluorhydrique tamponné et retirez la photo. L’échantillon est maintenant prêt pour le dépôt par pulvérisation cathodique du dépôt de la couche d’amorçage par électrodéposition. 20 nanomètres de titane suivis de 100 nanomètres d’or.

Il s’agit d’une représentation de l’échantillon une fois qu’il a été récupéré. Maintenant, essorez à nouveau avec de l’hexaméthyle DIY à 3, 500 tr/min pendant 30 secondes. Ensuite, appliquez une photorésine positive à 2000 tr/min pendant 30 secondes sur un aligneur de masque, alignez et exposez l’échantillon à des UV de 350 à 450 nanomètres.

Avec une énergie d’exposition de 483 millijoules par centimètre carré, développement d’un échantillon dans un révélateur à base d’hydroxyde de tétraéthylammonium. Après l’avoir rincé abondamment, inspectez l’échantillon au microscope pour déterminer si un développement supplémentaire est nécessaire. Une fois le développement terminé, galvanisez le faisceau de mems en or en remplissant d’abord un bécher en verre propre d’un litre avec 700 millilitres de solution de galvanoplastie d’or.

Placez le bécher sur une plaque chauffante et réglez la plaque chauffante à 60 degrés Celsius. Utilisez un thermocouple pour vous assurer que la température reste à la température souhaitée. Lorsque la température est de 60 degrés Celsius, fixez l’échantillon à un appareil qui contient également un thermocouple et une anode en acier inoxydable.

Galvaniser l’échantillon en utilisant une densité de courant de deux milliampères par centimètre carré jusqu’à ce que le temps nécessaire se soit écoulé. Environ deux minutes, coupez l’alimentation en courant et retirez les électrodes. Pour récupérer l’échantillon.

Vérifiez l’achèvement de la galvanoplastie. À l’aide d’un profilomètre et d’un microscope, gravez la photo. Résistez au moule en remplissant d’abord un haut-parleur en verre avec un décapant photo dédié.

Placez-le sur une plaque chauffante et réchauffez-le à 110 degrés Celsius. Lorsque la température est atteinte, immergez l’échantillon dans la solution pendant une heure. À la fin de l’heure, retirez le bécher de la plaque chauffante et laissez la solution et l’échantillon refroidir à température ambiante.

Ces croquis représentent ce qu’il faut voir après le nettoyage de l’échantillon. La région jaune à droite représente la couche d’or déposée. Les régions dorées représentent les faisceaux galvanisés.

Après avoir rendu la surface rugueuse, immergez l’échantillon dans un bécher en téflon avec gravure à l’or pendant 30 à 45 secondes. Une fois la fin terminée, terminez rapidement la gravure en immergeant l’échantillon dans de l’eau déminéralisée pendant 10 à 20 secondes lorsque tout l’or est éliminé, et après plus de rugosité, immergez l’échantillon dans une gravure à l’acide fluorhydrique tamponné à température ambiante pendant trois à six secondes, Rincez et inspectez la gravure pour vous assurer que tout le titane est retiré des zones exposées, comme illustré ici schématiquement. Comme dernière étape, effectuez un bord de xénon ou de fluorure isotrope sec. Cela supprimera sélectivement le silicium et libérera les faisceaux fixes et fixes en or.

Il s’agit de la configuration finale des poutres après la fabrication des poutres fixes. L’étape suivante est la validation expérimentale. Placez l’échantillon sur le mandrin d’une station de sonde CC et fixez-le.

Ensuite, utilisez le microscope de la station de sonde pour positionner avec précision les pointes de la sonde en tungstène. Placez l’extrémité de la sonde de signal en direct sur le tampon pour le faisceau fixe fixe. Placez la pointe de la sonde de masse sur le tampon pour les électrodes de traction sur les coussinets de polarisation CC de l’appareil.

Ensuite, définissez les paramètres de la forme d’onde sur le générateur de fonctions. Sur la base du calcul, transmettez la sortie du générateur de fonctions à un amplificateur linéaire haute vitesse et haute tension. Surveillez la sortie avec l’oscilloscope numérique avec une fréquence d’échantillonnage de 300 mégahertz.

Avec le générateur de fonctions éteint, connectez la sortie de l’amplificateur linéaire aux manipulateurs CC. Positionnez maintenant le baromètre laser Doppler sur l’échantillon et allumez le laser. Utilisez le microscope intégré pour identifier le faisceau souhaité et focaliser le laser sur son centre.

Sélectionnez la fréquence d’échantillonnage, la sortie et les modes de mesure Une fois les préparatifs terminés. Appliquez le signal de polarisation aux ponts MEMS. Commencez à régler les paramètres de synchronisation et de tension sur le générateur de fonctions Travaillez pour obtenir une oscillation minimale du faisceau lors des opérations de descente et de relâchement.

Une fois les valeurs optimales trouvées, désactivez le signal de polarisation et le mode de mesure du baromètre laser Doppler continu. Soulevez les pointes de la sonde des coussinets de polarisation. Exécutez ensuite l’appareil en mode de balayage unique à l’aide d’un viter comme décrit dans le protocole texte ci-joint.

Remettez les pointes de la sonde DC sur les pads de polarisation du pont MEMS. Activez le balayage du signal et capturez les données de déplacement en fonction du temps. Voici que les déviations du faisceau sont fonction du temps pour un pont MEMS en réponse à une polarisation d’entrée de 60 volts pour quatre conditions différentes.

Les réponses de relâchement par paliers sont indiquées en noir et présentent une oscillation. Les mesures de relâchement dynamique indiquées en rouge sont effectuées après le réglage des mesures de synchronisation et de tension. Ceux-ci montrent que les oscillations sont en grande partie supprimées.

Une fois trouvée, la forme d’onde dynamique est utile pour tous les espaces, pas seulement celui associé à un biais d’entrée de 60 volts. Ici, la réponse de traction est illustrée pour plusieurs hauteurs d’écart correspondant à différentes tensions de polarisation d’entrée. Dans chaque cas, les oscillations sont limitées.

De même, voici les réponses de libération dans chaque cas. Notez que pratiquement toutes les oscillations sont supprimées. N’oubliez pas que travailler avec des produits chimiques comme l’acide fluorhydrique et le TMAH peut être extrêmement dangereux.

Par conséquent, des précautions telles que le port d’un équipement de protection individuelle doivent être prises lors de l’exécution de cette procédure.