실시간 DC-동적 바이어스 방법 심각하게 부족 감쇠 프린 징 필드 정전기 MEMS 엑츄에이터에서 시간 개선을 전환하기위한

Summary

본질적으로 낮은 스퀴즈 필름 댐핑 조건으로 긴 정착 시간에 프린 징 필드 MEMS 정전 작동기 결과 견고한 장치 설계는 종래의 공정을 사용하여 바이어스 스위칭 동작을 수행 할 때. 간에 전환 할 때 DC-동적 파형과 시간 개선 스위칭 실시간 언저리 필드의 안정화 시간을 감소 MEMS 액추에이터로 다운 - 업 및 다운으로 가동 상태.

Abstract

기계적으로 부족 감쇠 정전 언저리 필드 MEMS 액추에이터 잘 단위 스텝 입력 바이어스 전압에 응답하여 자신의 고속 스위칭 동작에 공지되어있다. 그러나, 개선 된 스위칭 성능 트레이드 오프는 다양한인가 된 전압에 응답하여 각각의 갭 높이에 도달하는 비교적 긴 안정 시간이다. 과도 바이어스 파형은 높은 기계적 품질 인자 정전 프린 징 필드 MEMS 액추에이터에 대한 스위칭 시간 감소를 용이하게하기 위해 사용된다인가. 낮은 기계적 댐핑 환경이 필요한 프린 징 필드 액츄에이터의 기본 기판을 만듭니다 제거하면 효과적으로 개념을 테스트합니다. 하부 기판의 제거는 또한 스틱 션에 의한 고장에 관해서 장치의 신뢰성 성능에 상당한 향상을 갖는다. DC 바이어스가 동적 안정 시간을 개선하는데 유용하지만, 전형적인 MEMS 장치를위한 필요한 슬 루율 전하 P 공격적인 요구를 게재에 대한 umps는 온 - 칩 디자인을 완벽하게 통합. 또한, 백 - 엔드 - 오브 - 라인 광고 CMOS 처리 단계로, 기판 제거 공정을 통합하는 문제가있을 수있다. 종래의 단계 부세 결과에 비해 제조의 액추에이터 실험 검증은 스위칭 시간에서의 50X 개선을 보여준다. 이론적 인 계산과 비교하여, 실험 결과는 잘 일치하는 것을 알 수 있었다.

Introduction

마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS)의 기계적 변위를 달성하기 위해 여러 가지 작동 메커니즘을 이용한다. 가장 인기있는 열, 압전, 정 자기 및 정전기입니다. 짧은 전환 시간의 경우, 정전 작동 가장 인기있는 기술 ^{1, 2입니다.} 실제로, 비판적으로 댐핑 기계 설계 초기 상승 시간과 정착 시간의 최고의 타협을 제공합니다. DC 바이어스를인가하고 풀다운 전극쪽으로 막을 작동시, 안정화 시간은 아래로 스냅 유전체 코팅 된 작동 전극에 부착되는 막과 같은 심각한 문제가 아니다. ^{8 -} 여러 응용 프로그램은 상기 정전 작동 디자인 ^3에서 혜택을. 그러나, 유전체 코팅 풀다운 전극의 존재는 유전체 충전 및 스틱 션에 액츄에이터 예민한 만든다.

MEMS 막은 U 활용할 수nderdamped 기계 설계는 초기 빠른 상승 시간을 달성하기 위해. 부족 감쇠 기계 설계의 예는 (EFFA) MEMS 작동 정전 언저리 필드이다. 이 토폴로지는 정전 기반 설계 ^9-20을 괴롭히는 전형적인 고장 메커니즘에 훨씬 적은 취약점을 전시하고있다. 평행 한 대향 전극 및 그에 평행 전기장의 부재는 이러한 MEMS 적절히 "프린 징 필드"작동 (도 1)라고하는 이유이다. EFFA 디자인, 풀다운 전극이 위치하는 측 방향으로 완전하게 장치의 가동과 고정 부분 사이의 오버랩을 없애 이동 막으로 오프셋되어 두 개의 전극들로 분할된다. 그러나, 가동 막 아래로부터 기판을 제거함으로써 상당히 안정 시간을 증가 성분을 감쇠 스퀴즈 필름을 줄인다.도 2b는 STANDAR에 응답하여 정착 시간의 예D 단계 바이어스. 일시, 또는 DC-동적 안정 시간 ^20-26을 향상하는 데 사용될 수있는 실시간 바이어스인가. 2C 및 2D는 질적 시변 파형 효과적으로 울림을 취소 할 수있는 방법을 도시한다. 이전 연구 노력은 스위칭 시간을 개선하기 위해, 입력 바이어스 전압과 정확한 타이밍을 계산하기 위해 수치 적 방법을 활용한다. 이 연구에있어서, 상기 입력 바이어스 파형 파라미터를 계산하도록 콤팩트 폐쇄 형태 표현들을 사용한다. 또한, 이전의 작품은 평행 판 작동에 초점을 맞추었다. 구조가 부족 감쇠 할 수 있도록 설계되어 있지만, 스퀴즈 필름 댐핑은 여전히​​이 구성에서 사용할 수 있습니다. 이 연구에서 제시된 구동 방법은 프린 징 필드 액츄이다. 이 구성에서 스퀴즈 필름 댐핑이 효과적으로 제거된다. 이것은 MEMS 빔의 기계적 감쇠가 매우 낮은 극단적 인 경우를 나타낸다. 이 논문은 EFFA MEMS 데브을 제조하는 방법에 대해 설명합니다빙과 실험적 파형 개념의 유효성을 검사 할 수있는 측정을 수행합니다.

Protocol

EFFA MEMS의 1 제조는 빔 (요약 프로세스 그림 3 참조) - 고정 고정

1. UV 리소그래피와 완충 불화 수소산 (주 ^27)과 이산화 규소의 화학적 습식 에칭.
   1. 산화, 낮은 저항 실리콘 기판을 사용합니다.
   2. (샘플 잠수함 충분히) 아세톤 ^(28)와 유리 비커 채우기, 물 목욕 초음파 분쇄기에서 5 분 동안 아세톤 가득 비커에 샘플 및 초음파 처리를 놓습니다.
   3. 건조하지 않고, 직접 물에 목욕 초음파 분쇄기에서 5 분 동안 이소 프로필 알코올 ^(29)와 초음파 처리로 가득 비커에 아세톤 비커에서 샘플을 전송합니다.
   4. 질소로 샘플을 건조 (이소 프로필 알코올 표면에서 증발하는 것을 허용하지 않는다).
   5. 건조 (탈수 빵) 10 분 동안 150 ° C로 설정 열판에 샘플. 탈수 빵이 완료되면 샘플이 RT에 도달 할 수 있습니다.
   6. 포토 레지스트 회 전자의 척에 샘플을 놓습니다.피펫 및 직경 25mm (주 ³⁰⁾ 당 헥사 메틸 디 실라 잔 1 ㎖ (HMDS)를 분배. 30 초 동안 3,500 rpm에서 Spincoat. 피펫 및 직경 25mm (주 ³¹⁾ 당 긍정적 인 포토 레지스트 1 ㎖를 분배. 30 초 동안 3500 rpm에서 샘플 Spincoat. 105에서 90 초간 소프트 베이크 포토 레지스트 열판에 C를 °.
   7. 350-450 nm의 파장을 갖는 UV 방사선에 시료를 노출시키는 마스크를 사용하는 노광 장치. 391 엠제이 / cm ² (주의 ^32)의 노출 에너지를 사용합니다.
   8. TMAH 기반 개발 (주 ^33)와 유리 비커를 입력하고 전체 샘플 잠수함 충분히 사용합니다.
   9. 신속 overdevelopment 않도록 발전을 정지 탈 이온수와 함께 유리 비커를 채운다.
   10. 12 ~ 20 초에 대한 샘플을 개발한다. 조심스럽게 침수 샘플을 교반.
   11. 신중하고 빠르게 개발 비이커로부터 샘플을 제거하고 10 초 동안 세정 수 비이​​커에 잠기.
   1-2 분 동안 탈 흐르는 물에 싱크대 샘플을 씻어.
   12. 조심스럽게 질소로 샘플을 건조 날려 (탈 물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   13. 현미경으로 샘플을 검사합니다.
   14. 필요한 경우 overdevelopment을 피하기 위해 시간 조절과 함께 개발 절차를 반복한다.
   15. 표면의 젖음성을 향상시키기 위해 표면을 거칠게하는 플라즈마 반응성 이온 에칭 (RIE)을 사용한다. 100 sccm의 아르곤, 100 W RF 전력, 50의 MT 챔버 압력, 1 분 : RIE ^34을 초기 설정.
   16. 샘플을 커버하는 완충 산화물 에칭 (BOE)의 충분한 양의 테플론 비커를 입력합니다.
   17. 샘플의 중간 린스 탈 이온수로 다른 테플론 비커를 입력합니다.
   18. BOE의 샘플을 담근다. 에칭 속도는 90 ~ 100 nm의 / 분이다.
   19. 식각이 완료되면 10 초 동안 탈 이온수있다 테플론 비이커에 헹군다. 그런 다음 1~2m에 출마 탈 이온수에서 싱크대 샘플을 씻어인치
   20. 질소로 샘플을 건조 (탈 물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   21. 현미경으로 샘플을 검사합니다.
   22. 에칭을 반복하고, 포토 레지스트의 오버 에칭 및 언더 컷팅을 방지하기 위해 시간 조정에 대한 필요에 따라 단계를 헹군다.
   23. 포토 레지스트 마스크를 제거합니다.
   24. (샘플 잠수함 충분히) 아세톤 유리 비커 채우기, 5 분 동안 물에 목욕 초음파기의 아세톤 채워진 비커 및 초음파 처리에 샘플을 배치합니다.
   25. 직접 아세톤 커에서 샘플을 채취하고 물 목욕 초음파 분쇄기에서 5 분 동안 이소 프로필 알콜 가득 비커 및 초음파 처리에 넣습니다.
   26. 질소로 샘플을 건조 (이소 프로필 알코올 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
2. 중량의 테트라 메틸 암모늄 하이드 록 사이드 (TMAH) 25 %의 실리콘의 습식 에칭 화학 (주 ^35).
   1. 깨끗한 사 L 비이커를 사용합니다.
   2. thermoc와 핫 플레이트를 사용하여ouple. 샘플을 유지 핸들의 끝 부분에 훅을 갖는 테프론 바스켓을 사용한다. 벌크 에칭 공정 중에 방출되는 수소 기포의 실리콘 표면을 완화하기 위해 적절한 교반 자기 교반 막대를 사용한다.
      참고 : 열전대과 열판 사이의 피드백은 적절한 온도가 에칭에 걸쳐 일정하게 유지 보장합니다. 수소가 방출 표면으로부터 제거되지 않는 경우, TMAH에서 하부 실리콘 마스크있다.
   3. 비커의이 L 마크까지 중량 TMAH 25 %를 붓는다.
   4. 용액에 열전대를 놓고 80 ° C로 예열. 가능하면, 사용자 정의 조명기를 사용하거나 자기 교반 막대의 회전과 간섭을 방지하기 위해 열전대를 보유하는 클램프.
   5. 용액을 필요한 온도에 도달하면, 테플론 바구니에 샘플을 배치하고 비커 립으로부터 매달려 의해 용액에서 바구니를 배치했다. 바구니 휴식하지 않습니다 있는지 확인하십시오자기 교반 막대가 회전하기위한 공간을 확보하기 위해 비커의 바닥.
   6. 400 rpm으로 자기 교반 막대의 회전 속도를 설정합니다.
   7. 용액의 에칭 속도가 300 ~ 350 나노 미터 / 분이다. 필요한 에칭 깊이는 4 ~ 5 μm의입니다.
   8. 필요한 시간은 식각을 완료 경과하면, 용액으로부터 샘플을 제거하고 1-2 분 동안 탈 이온수로 헹군다.
   9. 질소로 샘플을 건조 (탈 물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   10. 단차를 측정 프로파일로를 사용한다.
   11. 단차에 도달하지 않은 경우, 다시 원하는 단차를 달성하기 위해 용액에 샘플을 배치.
3. 열적으로 모든 _{기판에서의} SiO2 및 화학적 습식 에칭은 _SiO2로 또 500 nm의 성장.
   1. 볼륨 (주의 ^36)에 의해 불화 수소산 49 %와 테플론 비커를 입력합니다. 샘플을 커버하기에 충분한 양을 사용한다.
   2. 샘플을 세척시 탈 이온수로 테플론 비커를 입력합니다. 샘플을 커버하기에 충분한 양을 사용한다.
   3. 불산 에칭 샘플. _SiO2로 모두까지 용액에서 샘플을 남기기가 제거된다. 용액을 고도로 농축되기 때문에, 에칭은 상대적으로 빠르게 발생할 것이다.
   4. 탈 물이 가득 테플론 비커에 10 ~ 20 초 동안 씻어.
   5. 1-2 분 동안 완전히 싱크 탈 흐르는 물 샘플을 씻어.
   6. H ₂ O ₂ (황산 : 과산화수소, 피라냐 청소) 1 : 1 비율로 테프론 비커 (주 ^37)의 H ₂ SO _4의 용액을 혼합한다. 샘플을 커버하기에 충분한 사용합니다.
   7. 샘플을 세척시 탈 이온수로 테플론 비커를 입력합니다.
   8. H ₂ SO _4의 샘플을 담근다 : 7 ~ 10 분 H ₂ O _2.
   9. 간략하게, 10 초, 헹굼물 비커에 샘플을 헹군다.
   10. 철저하게 1 ~ 2 분 동안 탈 흐르는 물에 싱크대 샘플을 씻어.
   11. 질소로 샘플을 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오) 건조.
   12. 그런가 _2의 500 nm의 성장 습식 열 산화를 수행합니다.
4. _SiO2로는 고정 된 고정 빔의 최종 방출을위한 희생 층으로서 기능하는 실리콘을 노출 패턴에 UV 리소그래피와 습식 에칭 화학 물질.
   1. (샘플 잠수함 충분히) 아세톤 유리 비커 채우기, 5 분 동안 물에 목욕 초음파기의 아세톤 채워진 비커 및 초음파 처리에 샘플을 배치합니다.
   2. 직접 아세톤 커에서 샘플을 채취하고 5 분 동안 물에 목욕 초음파 분쇄기에 이소 프로필 알코올을 가득 비커 및 초음파 처리에 넣습니다.
   3. 질소로 샘플을 건조 (이소 프로필 알코올 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   4. 건조 (탈수 빵) 10 분 동안 150 ° C로 설정 열판에 샘플. t 허용그 탈수 베이크가 완료되면 RT에 도달하는 샘플.
   5. 30 초 동안 3,500 rpm에서 샘플에 포토 레지스트 스핀 코터, spincoat HMDS 사용. 포토 레지스트를 스핀 코터를 사용하여, 30 초 동안 3500 rpm에서 샘플에 포지티브 포토 레지스트를 spincoat. 핫 플레이트에서 105 ° C에서 90 초 동안 포토 레지스트를 소프트 베이크.
      참고 : 샘플 직경의 모든 25mm 당 1 ML을 사용합니다.
   6. 350-450 nm의 파장을 갖는 UV 방사선에 시료를 노출시키는 마스크를 사용하는 노광 장치. 391 엠제이 / cm ^2의 노출 에너지를 사용합니다.
   7. TMAH 기반하여 개발자가 유리 비커를 입력하고 전체 샘플 잠수함 충분히 사용합니다.
   8. 신속 overdevelopment 방지 발전을 정지 탈 이온수와 함께 유리 비커를 채운다.
   9. 12 ~ 20 초에 대한 샘플을 개발한다.
   10. 신중하고 빠르게 개발 비이커로부터 샘플을 제거하고 10 초 동안 세정 수 비이​​커에 잠기.
   11. w 탈 흐르는 싱크대 샘플을 씻어1-2 분의 ater.
   12. 조심스럽게 건조 질소로 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   13. 현미경으로 샘플을 검사합니다.
   14. 필요한 경우 overdevelopment을 피하기 위해 시간 조절과 함께 개발 절차를 반복한다.
   15. 표면의 젖음성을 향상시키기 위해 표면을 거칠게하는 플라즈마 RIE를 사용한다. RIE 설정 : 100 sccm의 아르곤, 100 W RF 전력, 50의 MT 챔버 압력, 약 1 분.
   16. 샘플을 충당하기 위해 BOE의 충분한 양의 테플론 비커를 입력합니다.
   17. 샘플의 중간 린스 탈 이온수로 테플론 비커를 입력합니다.
   18. BOE의 샘플을 담근다. 에칭 속도는 90 ~ 100 nm의 / 분이다.
   19. 식각이 완료되면 10 초 동안 탈 이온수있다 테플론 비이커에 헹군다. 그 후 1-2 분 동안 탈 싱크에 흐르는 물 샘플을 헹군다.
   20. 질소로 샘플을 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오) 건조.
   21. microscop에서 샘플을 검사전자.
   22. 에칭을 반복하고, 포토 레지스트의 오버 에칭 및 언더 컷팅을 방지하기 위해 시간 조정에 대한 필요에 따라 단계를 헹군다.
   23. (샘플 잠수함 충분히) 아세톤 유리 비커 채우기, 5 분 동안 물에 목욕 초음파 분쇄기에 아세톤 가득 비커에 샘플 및 초음파 처리를 놓습니다.
   24. 직접 아세톤 커에서 샘플을 채취하고 5 분 동안 물에 목욕 초음파 분쇄기에 이소 프로필 알코올을 가득 비커 및 초음파 처리에 넣습니다.
   25. 질소로 샘플을 건조 (이소 프로필 알코올 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
5. 입금보기이 20 nm의 Ti와 Au를 100 nm의 스퍼터. 이 필름은 이후의 전기 도금 공정을위한 전기 도금의 시드 층 역할을한다. 스퍼터링 매개 변수는 다음과 같습니다 100 W의 DC 전원, 8 만 T의 증착 압력, 아칸소의 100 SCCM, 기본 압력 3 × 10 ^-6 T.
   1. 대기 프로세스 챔버 또는로드 락 벤트.
   2. 에 샘플을로드프로세스 챔버 또는로드 락.
   3. 진공으로 프로세스 챔버 또는로드 록을 펌프.
   4. 프로세스 챔버는 3 × ^10-6 T.의 기본 압력을 달성 할 때까지 기다리
   5. 증착을위한 적절한 위치에 샘플을 배치합니다.
   6. 시스템에 아르곤을 흘려 8 (MT)에 대한 챔버 압력을 설정합니다. 정확한 유량을 사용하는 시스템의 타입에 크게 의존 8 만 T를 달성 할 필요가 있었다. 본 작업에 사용되는 스퍼터링 도구는 100 sccm의 유량을 사용했다.
   7. 티타늄 대상으로 소스를 활성화합니다.
   8. 20 분 동안 300 W에서 Presputter 티탄.
   9. 100 W. 증착의 정확한 시간이 20 nm의 티탄을 스퍼터링 시스템 사용의 종류에 크게 의존한다. 이 연구에서 사용 된 스퍼터링 도구, 5 분 내지 20을 달성 할 필요가있다.
   10. 티타늄 스퍼터링 타겟과 소스를 비활성화합니다.
   11. 골드 대상으로 소스를 활성화합니다.
   12. 2 분 동안 100 W에서 Presputter 금.
   13. 스퍼터100 W. 정확한 증착시의 100 nm의 금이 사용되는 스퍼터링 도구에 크게 의존한다. 이 연구에서 사용 된 스퍼터링 도구, 10 분의 100 nm의 금을 제공하기에 충분하다.
   14. 금 스퍼터링 타겟과 소스를 비활성화합니다.
   15. Ar 가스 밸브를 닫습니다.
   16. 프로세스 챔버 또는로드 락 벤트.
   17. 프로세스 챔버 또는로드 락 분위기 도달하면 샘플 언로드.
   18. 고 진공으로 다운로드 록 챔버 또는 프로세스 펌프.
6. 자외선 리소그래피는 고정 고정 빔의 형상을 정의하는 포토 레지스트 금형을 만들 수 있습니다.
   1. (샘플 잠수함 충분히) 아세톤 유리 비커 채우기, 5 분 동안 아세톤 가득 비커에 샘플을 배치합니다.
   2. 직접 아세톤 커에서 샘플을 채취하고 5 분 동안 이소 프로필 알코올 가득 비커에 넣습니다.
   3. 질소로 샘플을 건조 (이소 프로필 알코올 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   <리> 건조 (탈수 빵) 10 분 동안 150 ° C로 설정 열판에 샘플. 탈수 빵이 완료되면 샘플이 RT에 도달 할 수 있습니다.
   4. 30 초 동안 3,500 rpm에서 샘플에 포토 레지스트 스핀 코터, spincoat HMDS 사용. 포토 레지스트를 스핀 코터를 사용하여, 30 초 동안 2000 rpm에서 샘플에 포지티브 포토 레지스트를 spincoat. 핫 플레이트에서 105 ° C에서 90 초 동안 포토 레지스트를 소프트 베이크.
      참고 : 샘플 직경의 모든 25mm 당 1 ML을 사용합니다.
   5. 정렬 및 350-450 nm의 파장을 갖는 UV 방사선에 시료를 노출시키는 마스크를 사용하는 노광 장치. 483 엠제이 / cm ^2의 노출 에너지를 사용합니다.
   6. TMAH 기반하여 개발자가 유리 비커를 입력하고 전체 샘플 잠수함 충분히 사용합니다.
   7. 신속 overdevelopment를 방지하기 위해 개발의 종료 탈 이온수 유리 비커를 채운다.
   8. 12 ~ 20 초에 대한 샘플을 개발한다.
   9. 신중하고 빠르게 개발하고 비커 subm로부터 샘플을 제거10 초간 헹굼 물을 비이커에 erge.
   10. 1-2 분 동안 탈 흐르는 물에 싱크대 샘플을 씻어.
   11. 질소로 샘플을 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오) 건조.
   12. 현미경으로 샘플을 검사합니다.
   13. 필요한 경우 overdevelopment을 피하기 위해 시간 조절과 함께 개발 절차를 반복한다.
7. 전기 도금 금 MEMS 빔.
   1. 1 L 비커 유리 비커를 사용합니다.
   2. 열판에 시판, 즉시 사용 가능한 골드 도금 용액 (주 ³⁸⁾ .Place 가득 비커 700 ml의 비커를 입력합니다.
   3. 60 ° C에서 열판을 설정합니다. 용액이 원하는 온도에서 유지되도록 열전대를 사용한다. 용액이 원하는 온도에 도달하면, 양극, 공작물 (샘플), 및 열전대를 보유 고정구에 샘플을 부착.
   4. 엑스포에 따라 적절한 진폭에 전류 공급을 설정합니다샘플의 SED 금속 화 된 영역입니다. 2mA의 정전류 밀도는 / cm ^2가 사용됩니다.
   5. 스테인레스 스틸 음극이 사용됩니다.
   6. 양극과 샘플 땅에 라이브를 연결합니다.
   7. 증착 속도는 250 ~ 300 나노 미터 / 분이다. 고정 - 고정 빔의 최종 두께는 0.5 μM이다. 대략 4 고려 : 1 비율 (스퍼터링 된 시드 층을 제거 할 때)에 전기 도금, 스퍼터링 된 금의 에칭 속도에 존재 빔은 1 ㎛, 전기 도금된다.
   8. 필요한 시간이 경과하면, 양극과 공작물의 리드를 분리, 현재 공급 장치를 끄 샘플을 제거하고, 1 분 동안 싱크대에 탈 흐르는 물에 충분히 헹군다.
   9. 질소로 샘플을 바람을 불어 건조 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   10. 전기가 완료되었는지 확인하기 위해 현미경 및 프로파일로 사용합니다.
8. 포토 레지스트 에칭 금형.
   1. 예열 g110 °의 C (주의 ^39)에 열판의 전용 포토 레지스트 스트리퍼 가득 아가씨 커. 1 시간 동안 용액에 샘플을 담근다.
   2. 열판에서 비커를 제거하고 솔루션을 허용하고 RT에 도달하는 샘플.
   3. 철저하게 1 ~ 2 분 동안 싱크대에 흐르는 물에 샘플을 씻어.
   4. 5 분 동안 아세톤으로 가득 비커에 샘플을 담근다.
   5. 5 분 동안 이소 프로필 알코올로 채워진 비커에 샘플을 담근다.
   6. 질소로 샘플을 건조 (이소 프로필 알코올 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오).
   7. 샘플을 현미경 검사하고 프로파일로하여 전해 금의 단차를 측정한다. 필요한 경우 청소 단계를 반복합니다.
9. 화학적 습식 에칭의 Ti / Au로 시드 층.
   1. 장소 플라즈마 RIE 샘플 다음과 같은 매개 변수를 사용 아르곤의 100 SCCM, 100 W, 30 초 동안 50 만 T를.
   2. 금에 천트 (주 ^40)와 테프론 또는 유리 비커를 입력합니다. enoug 사용시간은 전체 샘플을 포함합니다.
   3. 탈 이온수로 테프론 또는 유리 비커를 입력합니다. 이 비커 신속 금 에칭을 종료하는 중간 린스 비커이 될 것입니다.
   4. 금에 천트의 샘플을 담근다. 에칭 매개 변수 - RT, 7-8 nm의 / 초, 교반. 식각이 완료되면, 헹굼 물을 비이커에 시료를 담그고 10 내지 20 초 동안 부드럽게 교반한다.
   5. 1-2 분 동안 완전히 싱크 탈 흐르는 물 샘플을 씻어.
   6. 질소 타격 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오) 건조.
   7. 필요한 경우 모든 금이 노출 된 지역에서 제거 될 때까지 반복, 현미경으로 에칭을 검사합니다.
   8. 다음 매개 변수를 사용하여 샘​​플에 다시 플라즈마 RIE를 수행 아르곤의 100 SCCM, 100 W, 30 초 동안 50 만 T를.
   9. (샘플 잠수함 충분히) BOE와 테플론 비커를 입력합니다.
   10. 샘플을 세척시 탈 이온수로 테플론을 입력합니다.
   11. RT에서 BOE의 샘플을 담근다.에칭 시간은 15 ~ 18 nm의 완료 / min.When, 비커로부터 샘플을 제거하고 10 ~ 20 초 동안 린스 비커로 잠수 속도를 에칭한다.
   12. 1-2 분 동안 완전히 싱크 탈 흐르는 물 샘플을 씻어.
   13. 질소 타격 (물이 표면에서 증발하는 것을 허용하지 마십시오) 건조.
   14. 필요한 경우 모든 티타늄이 노출 된 지역에서 제거 될 때까지 반복, 에칭을 검사합니다. 뜻 깊은 언더컷을 방지하기 에칭 시간을 줄입니다.
10. 선택적으로 실리콘을 제거하고 금 고정 고정 빔을 방출 건조 등방성 _XEF이 에칭 (주 ^41)을 수행합니다.
    1. 대기 프로세스 챔버 환기.
    2. 공정 챔버에서 샘플을로드합니다.
    3. 진공까지 펌핑 시스템.
    4. 에칭 시간은 강하게 노출 영역 및 사용 에칭 시스템의 유형에 의존한다. 이 샘플은 30 초 주기로 3 T의 압력이 사용됩니다. 10 사이클이 사용됩니다. (110-1)의 에칭 속도20 nm의은 / 분을 추출한다.
    5. 에칭 파라미터는 시스템에서 설정되면, 실리콘 희생 층을 에칭.
    6. 에칭은 유독 가스를 보장하기 위해 필요한 정화 단계를 완료 수행하면 대기 시스템을 배출하기 전에 제거됩니다. 이 연구에서 시스템이 자동으로이 퍼지 단계를 수행하는 프로세스를 가지고있다.
    7. 대기 프로세스 챔버 환기.
    8. 조심스럽게 샘플을 제거합니다.
    9. 진공까지 처리 챔버 펌프.

동적 파형의 2 실험 검증

1. DC 프로브 스테이션로드 샘플.
   1. DC 프로브 스테이션의 척에 샘플을 놓습니다.
   2. 샘플을 유지하는 척 진공을 활성화합니다.
   3. MEMS 교량의 바이어 싱 패드에 텅스텐 프로브 팁의 위치를​​ DC 프로브 팁 조종 장치를 사용합니다.
   4. 텅스텐 프로브 팁의 정확한 위치를 확인하기 위해 DC 프로브 스테이션의 현미경을 사용DC들 위에 소자의 패드를 가압. 풀다운 전극이 접지 프로브 팁과 프로빙하는 동안 고정 된 고정 빔은 라이브 신호 프로브 팁으로 프로빙한다.
2. 함수 발생기에서 프로그램 동적 바이어스 신호.
   1. 초기 파에 대한 사용 계산 된 값은 ^{20 매개} 변수.
   2. 동적 파형을 생성하는 함수 발생기에 임의 파형 함수를 선택.
   3. 입력 파형의 시간 파라미터. (0 마이크로 초와는 대조적으로) 함수 발생기의 유형에 따라, 처음으로 파라미터는 몇 마이크로 초 후에 시작한다. 제 1 및 제 2 시간 파라미터 간의 간격은 오버 슈트의 간극에 도달하는 빔을 산출 할 시간이 될 것이다. 두 번째 및 세 번째 시간 파라미터 간의 간격은 빔 완전히 최소 발진와 평형에 도달 할 수 있도록 충분한 시간이어야한다. 풀-DO로부터 (역방향으로 작동 시간 파라미터를 입력 할 때에는) 릴리즈 할 WN, 오버 슈트 갭 시간이 제 3 시간 파라미터와 오프 사이의 시간 간격을 결정한다. 다섯 번째 시간 간격이 파도를 다시 시작해야 할 것이다. 이 간격 허가 충분한 시간 동안 빔이 사이클을 다시 시작하기 전에 평형에 도달 할 수.
   4. 입력 전압 파형의 파라미터. 이 신호는 선형 증폭기를 통과하므로 전압은 빔에인가 실제 전압의 일부분이 될 것이다. 이 연구 함수 발생기에 프로그래밍 된 값은 실제 전압의 1/20이었다.
   5. 고속 고전압 증폭기에 선형 함수 발생기의 출력을 연결한다.
   6. 300 MHz의 샘플링 레이트를 갖는 디지털 오실로스코프에 선형 증폭기의 출력을 연결한다. 오실로스코프는 임의 파형 발생기로부터 출력 된 신호를 확인하는 데 사용된다.
   7. DC 조작기에 선형 증폭기의 출력을 연결합니다. 함수 발생기가 있는지 확인이 단계를 수행하는 동안 끕니다.
3. 설치 및 레이저 도플러 진동계로 측정 (LDV)
   1. 샘플을 통해 LDV를 보유하고 머리를 놓습니다.
   2. 레이저의 전원을 켭니다.
   3. 측정하기 원하는 빔을 찾기 위해 LDV와 통합되어 현미경을 사용합니다.
   4. MEMS 다리의 중심에 레이저 초점을 맞 춥니 다. 이것은 최대 편향의 포인트입니다.
   5. 레이저 빔의 반사 강도가 정확한 측정을 보장하기에 충분하다.
   6. 적절한 샘플링 속도의 샘플링 시간을 설정합니다. 이 측정은 5.1 MHz의 샘플링 레이트를 사용한다.
   7. LDV의 변위 대 시간 출력을 선택합니다.
   8. 연속 측정 모드를 선택합니다.
   9. MEMS 다리에 바이어스 신호를 적용합니다. LDV는 실시간 링잉 효과를 포착 할 것이다.
   10. 조정 함수 발생기에 타이밍과 전압 파라미터는 풀다운 및 방출에 미치는 빔 발진을 실현작업.
   11. 발견 된 최적 값은 바이어스 신호를 해제하면.
   12. 연속 LDV 측정 모드를 끕니다.
   13. 바이어스 패드에서 DC 프로브 팁을 들어 올립니다.
   14. LDV 하드웨어 인터페이스의 트리거 출력 함수 발생기의 트리거 입력에 연결. 이 연구를 위해 BNC 케이블이 연결에 사용됩니다.
   15. LDV 시스템에서 외부 트리거를 인정하는 함수 발생기를 설정합니다.
   16. 측정 스캔 모드가 시작될 때, 함수 발생기를 트리거 LDV 소프트웨어를 설정한다.
   17. 단일 스캔 모드로 LDV 소프트웨어를 설정합니다. 시간 단일 스캔은 파형의 지속 시간이 될 것입니다.
   18. MEMS 다리의 바이어스 패드에 다시 아래로 DC 프로브 팁을 삭제합니다.
   19. LDV의 측정 모드를 활성화하여 스캔 신호를 캡처.
   20. 시간 데이터에 비해 변위를 저장합니다.

Results

그림 4의 설치는 MEMS 교량의 시간 특성에 비해 편향을 캡처하는 데 사용됩니다. 그 연속 측정 모드에서 레이저 도플러 진동계를 이용하여, 정확한 전압 및 시간 매개 변수는 원하는 갭 높이의 최소 빔 진동 발생하는 것으로 할 수있다. 5 60 V 갭 높이에 대응하는 예시적인 빔 편향을 도시 한 도표. 그것은 거의 모든 진동이 제거되어 있는지 알 수있다. 하나의 갭 높이에 유용한 동적 파형이지만, 갭 가능한 높이의 모든.뿐만 이것은 각각도 6 및 풀다운 및 릴리스 모두에 대한 연산도 7에 설명된다. 이전 도면에서 측정을 달성하기 위해 사용되는 계산과 측정 된 동적 파형은 각각,도 8 및도 9에 제시되어있다.

Discussion

낮은 잔류 응력의 Au 막을 증착하고 XEF ₂ 건조 방출 장치의 성공적인 제조에 결정적 요소이다. 평행 판들 액츄에이터에 비해 정전 프린 징 필드 액추에이터는 비교적 낮은 힘을 제공한다. > 60 MPA는 일반적인 MEMS 박막의 응력은 잠재적으로 EFFA MEMS의 신뢰성을 손상시킬 수 과도하게 높은 구동 전압 발생합니다. 이 때문에 전기 제조법 신중 낮은 BI-축 평균 응력 박막을 수득하는 것을 특징으로한다. 또한이 연구는 열 사이클을 필요로 프로세스 단계 중에 의한 신축 (포토 레지스트에 비해)의 상대적 부족에 희생 층 유형으로 실리콘을 사용한다. 마지막으로, XEF ₂ 드라이 릴리스 단계는 사실상 정지 마찰을 제거하여 고 수율의 처리를 용이하게한다.

원하는 빔 갭 높이 오버 슈트 갭 높이에 대응한다 (도 2B 강한 편의 제 ²⁰ 단계에 응답. 빔이 오버 슈트 ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
<강한>화학
완충 산화물 에칭	Mallinckrodt Baker	1178	이산화규소 에칭, Ti 에칭
아세톤	Mallinckrodt Baker	5356	웨이퍼 클린
이소프로필 알코올	Honeywell	BDH-140	웨이퍼 클린
Hexamethyldisilizane	Mallinckrodt Baker	5797	접착 프로모터
Microposit SC 1827 포지티브 포토레지스트	Shipley Europe Ltd	44090	패턴, 전기 도금
Microposit MF-26A 개발자	Shipley Europe Ltd	31200	SC 1827
테트라메틸암모늄 하이드록사이드	Sigma-Aldrich	334901	Bulk Si 에칭
황산	Sciencelab.com	SLS2539	웨이퍼 클린
개발과산화수소	Sciencelab.com	SLH1552	웨이퍼 클린
트란센 아황산염 골드 TSG-250	Transense	110-TSG-250	Au 전기 도금 솔루션
베이커 PRS-3000 포지티브 레지스트 스트리퍼	Mallinckrodt 베이커	6403	포토레지스트 스트리퍼
골드 에칭 타입 TFA	Transense	060-0015000	Au 에칭
장비
마스크 얼라이너		Karl Suss MJB-3	패턴 포토레지스트
스퍼터 코터		Perkin Elmer 2400 스퍼터러	증착 금속
열 산화로		발열성 산화로	성장 이산화 규소 반응
성 이온 에칭		Plasmatech RIE	플라즈마 애쉬
크세논 이불화물 건조 에칭		Xactix 크세논 디플루오라이드 에칭	선택적 건식 등방성 실리콘 에칭
표면 조면계		알파 스텝 IQ	단계 높이 측정
프로브 링		Signatone	DC 프로브 매니퓰레이터 보유
DC 매니퓰레이터		Signatone S-900 시리즈 마이크로 포지셔너	장치에 전위차 적용
레이저 도플러 진동계		Polytec OFV-551/MSA-500 마이크로 시스템 분석기	스위칭 시간 측정
디지털 함수 발생기		애질런트 E4408B 함수 발생기	DC 동적 파형 생성
고전압 선형 증폭기		단일 채널 고전압 선형 증폭기 A400	고전압
디지털 오실로스코프		애질런트 DS05034A 디지털 오실로스코프	지원동적 파형 매개변수 확인