실리콘에 에피 택시 나노 구조α 석영 필름: 재료에서 새로운 장치에

오늘날 석영 기반 센서는 소형화 공정과 이 물질을 실리콘에 모놀리식 통합으로 인해 제한됩니다. 이러한 병목 현상은 이제 고품질 마이크로캔틸레버의 형태로 에피택셜 요구 사항의 첫 번째 화학적 통합으로 극복됩니다. 기술적 관점에서 이 새로운 석영 장치는 무연 압전 산화물 재료에서 재생되고 품질 계수를 보존하면서 높은 힘과 질량 감도를 제공하는 비용 효율적인 능동 미세 전기 기계 시스템의 개발의 문을 엽니다.

저울의 비커에서 경화제의 한 부분과 엘라스토머 10부분을 혼합하는 것으로 시작합니다. 기포의 균일한 분포가 얻어질 때까지 이 혼합물을 유리 스틱으로 저어준 다음 마스터를 PDMS로 채우고 진공 챔버에서 기포를 제거합니다. PDMS와 실리콘 마스터를 섭씨 70도의 스토브에 2시간 동안 넣습니다.

원고에 설명된 대로 PDMS 솔루션을 사용하여 실리콘 마스터를 복제합니다. 다이아몬드 팁을 사용하여 2인치 P형 SOI 웨이퍼를 웨이퍼 플랫과 평행 또는 수직 방향으로 절단하여 2 x 6cm 크기의 기판을 준비하고, 실리콘 소자 층의 전도성이 센티미터당 1 및 10옴 사이가 되도록 합니다. 가능한 제조 폴리머를 제거하려면 이러한 기판을 피라냐 용액에 20분 동안 주입합니다.

준비된 SOI 기판을 딥 코더 암에 걸고 그 아래에 비커를 놓고 스트론튬 기반 용액으로 채웁니다. 균질한 실리카 필름을 얻으려면 딥 코더의 챔버를 상대 습도 40%와 섭씨 25도로 설정하십시오. 침지 및 인출 시 딥 코딩 시퀀스를 분당 300mm의 속도로 조정하고 40% 상대 습도에서 딥 프로세스를 시작합니다.

딥 코팅 후 SOI 기판을 섭씨 450도의 용광로에 5분 동안 주입하여 겔 필름을 200나노미터 두께로 통합합니다. 딥 코팅을 두 번 반복하여 약 600나노미터 두께의 필름을 만듭니다. 새로운 딥 코팅을 시작하고 준비된 PDMS 금형을 SOI 기판에 놓습니다.

장치를 섭씨 70도의 용광로에 1분 동안 넣은 다음 섭씨 140도에서 2분 동안 가열합니다. PDMS 몰드를 제거하여 SOI 기판에 마이크로 또는 나노 구조의 겔 필름을 얻은 다음 SOI 기판을 섭씨 450도의 용광로에 5분 동안 배치하여 패턴 겔 필름 높이를 600나노미터로 통합합니다. 세라믹 배에 있는 표본을 두고 1, 5 시간 동안 000 섭씨 온도에 로로 소개하십시오.

용광로를 덮고 공기로 포화시킵니다. 완료되면 프로그래밍된 램프 없이 퍼니스를 실온으로 냉각시킵니다. 석영 박막에 캔틸레버 모양을 패터닝하려면 먼저 샘플을 피라냐 용액 내부에 넣어 모든 유기 잔류물을 청소한 다음 섭씨 140도의 핫 플레이트에 올려 10분 동안 제습합니다.

4의 속도, 30 초 동안 분 당 000의 교체로 AZ 2070 부정적인 감광저항을 회전급강하거든, 그 후에 60 초 동안 115 섭씨 온도에 그것을 부드럽게 굽기 위하여 뜨거운 판에 표본을 두십시오. 샘플을 제곱센티미터당 37.5밀리줄의 자외선에 5초 동안 노출시키고 샘플을 다시 핫 플레이트에 올려 노출 후 베이킹합니다. Metal-Ion free 726 현상액에서 상온에서 100초 동안 샘플을 현상합니다.

탈 이온수로 헹구고 질소로 말리십시오. 5.5마이크로미터의 두께를 예상합니다. 샘플을 섭씨 125도의 핫 플레이트에 10분 동안 올려 놓고 포토레지스트를 열심히 굽습니다.

반응성 이온 에칭 시스템을 사용하여 텍스트 원고에 설명된 가스 유량 및 무선 주파수 전력 설정으로 석영을 실리콘 층에 에칭합니다. 5분 동안 분당 90 표준 입방 센티미터의 산소 유속으로 플라즈마로 청소합니다. 하단 및 상단 전극을 구현하기 위해 AZ 2020 네거티브 포토레지스트를 회전시키고 앞서 설명한 대로 소프트 베이크를 수행합니다.

샘플을 3초 동안 제곱센티미터당 23.25밀리그램의 자외선에 노출시키고 노출 후 베이킹을 위해 핫 플레이트에 올려 놓습니다. 현상하고, 헹구고, 텍스트 원고에 설명된 대로 샘플을 불어 건조합니다. 1.7마이크로미터의 두께를 예상합니다.

50나노미터의 크롬 금속과 120나노미터의 백금 금속을 각각 초당 4암페어와 초당 2.5암페어의 속도로 증착하고 전자빔은 10에서 음의 6밀리바까지 증착합니다. 금속 리프트오프가 성공할 때까지 샘플을 먼저 아세톤에 그대로 둔 다음 이소프로필 알코올에 그대로 둡니다. 실리콘 100 층을 식각하기 위하여 표본을 모방하기를 위해, 2의 속도로 AZ 2070 부정적인 감광저항을 회전시키고, 30 초 동안 분 당 000의 교체 및 60 초 동안 115 섭씨 온도에 연약한 굽기를 위한 뜨거운 판에 표본을 두십시오.

샘플을 제곱센티미터당 37.5밀리줄의 자외선에 5초 동안 노출시키고 샘플을 다시 핫 플레이트에 올려 노출 후 베이킹합니다. 텍스트 원고에 설명된 대로 샘플을 현상하고, 헹구고, 건조합니다. 5.9마이크로미터의 두께를 예상합니다.

샘플을 섭씨 125도의 핫 플레이트에 10분 동안 올려 포토레지스트를 굳게 굽습니다. 반응성 이온 에칭 시스템을 사용하여 텍스트 원고에 설명된 가스 유량 및 무선 주파수 전력 설정으로 실리콘층을 이산화규소층에 에칭합니다. 젖은 화학 에칭에 의하여 공가를 풀어 놓기 위하여는, 2의 속도로 AZ 2020 부정적인 감광저항을 회전시키고, 30 초 동안 분 당 000의 교체 및 60 초 동안 115 섭씨 온도에 연약한 굽기를 위한 뜨거운 판에 표본을 두십시오.

샘플을 제곱센티미터당 37.5밀리줄의 자외선에 5초 동안 노출시키고 샘플을 다시 핫 플레이트에 올려 노출 후 베이킹합니다. 텍스트 원고에 설명된 대로 샘플을 현상하고, 헹구고, 건조합니다. 2.3마이크로미터의 두께를 예상합니다.

샘플을 섭씨 125도의 핫 플레이트에 10분 동안 올려 레지스트를 열심히 굽습니다. 완충된 산화물 에칭 용액을 폴리테트라플루오로에틸렌 기반 용기에 넣고 모든 실리콘 산화물 층이 캔틸레버 아래에서 에칭될 때까지 샘플을 상온의 용액에 그대로 둡니다. 샘플을 물로 조심스럽게 청소하고 아세톤과 IPA로 수지를 제거합니다.

석영 필름의 합성 및 나노 구조화 단계와 석영 캔틸레버의 미세 가공은 실제 이미지로 여러 단계를 모니터링하여 개략적으로 묘사되었습니다. 캔틸레버 치수가 다른 나노 구조 석영 기반 칩의 측면과 SOI 기판의 단면 이미지가 여기에 나와 있습니다. 2D 마이크로 X선 회절은 캔틸레버의 서로 다른 적층층의 결정도를 제어했습니다.

그들의 두께는 회절 그램에 표시됩니다. 석영 기둥의 상세한 결정화는 전자 회절 기술과 후방 산란 전자 모드에서 FEGSEM 이미지를 사용하여 분석되었습니다. 단일 석영 기반 압전 나노 구조 캔틸레버의 더 깊은 구조적 특성화는 극 그림과 흔들리는 곡선을 기록하여 수행되었습니다.

석영 기반 압전 캔틸레버의 전기 기계적 반응은 레이저 도플러 진동계와 원자력 현미경을 사용하여 감지되었습니다. 캔틸레버 진폭과 인가된 AC 전압의 선형 의존성은 원자력 현미경의 광학 빔 편향 시스템으로 기록되었습니다. 이 공정에서 가장 중요한 것은 석영의 격리된 품질, 이 기계적 품질 요소에 대한 기능을 보장하는 것입니다.

이를 위해서는 세 가지가 필요합니다. 첫째, 캔틸레버가 방출되는 동안 산 침투를 피하기 위해 에칭 석영 층을 보호하는 것이 필수적입니다. 두 번째는 부드러운 방출을 허용하는 완충 용액을 사용하는 것입니다.

그리고 마지막은 더 긴 습식 에칭 시간을 허용하는 네거티브 포토레지스트의 두께를 증가시키는 것입니다. 이 프로세스는 크기, 전력 소비 및 통합 비용 측면에서 석영에 비해 큰 이점을 제공합니다. 이는 다중 주파수 장치를 위한 단일 칩 솔루션의 미래 제조를 용이하게 하는 동시에 소형화와 비용 효율적인 프로세스를 보존할 것입니다.