Epitaksjalne nanostrukturalne warstwy α-kwarcowe na krzemie: od materiału do nowych urządzeń

Claire Jolly; David Sanchez-Fuentes; Ricardo Garcia-Bermejo; Dilek Cakiroglu; Adrian Carretero-Genevrier

doi:10.3791/61766

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Epitaksjalne nanostrukturalne warstwy α-kwarcowe na krzemie: od materiału do nowych urządzeń

4.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/61766

⸱

6 października 2020

Claire Jolly¹ , David Sanchez-Fuentes¹ , Ricardo Garcia-Bermejo¹ , Dilek Cakiroglu¹ , Adrian Carretero-Genevrier¹

¹Institut d'Electronique et des Systemes (IES), CNRS, Université de Montpellier

W tym artykule

Podsumowanie

Ta praca przedstawia szczegółowy protokół mikrowytwarzania nanostrukturalnego wspornika α-kwarcowego na podłożu w technologii Silicon-On-Insulator(SOI), zaczynając od epitaksjalnego wzrostu warstwy kwarcowej metodą powlekania zanurzeniowego, a następnie nanostrukturyzacji cienkiej warstwy za pomocą litografii nanoimprint.

Streszczenie

W tej pracy pokazujemy szczegółową ścieżkę inżynieryjną pierwszego piezoelektrycznego nanostrukturalnego epitaksjalnego mikrowspornika na bazie kwarcu. Wyjaśnimy wszystkie etapy procesu, począwszy od materiału, a skończywszy na produkcji urządzenia. Epitaksjalny wzrost filmu α-kwarcowego na podłożu SOI (100) rozpoczyna się od przygotowania zol-żelu krzemionkowego domieszkowanego strontem i kontynuuje osadzanie tego żelu w podłożu SOI w postaci cienkiej warstwy przy użyciu techniki powlekania zanurzeniowego w warunkach atmosferycznych w temperaturze pokojowej. Przed krystalizacją filmu żelowego nanostrukturyzacja jest przeprowadzana na powierzchni filmu za pomocą litografii nanoodciskowej (NIL). Wzrost filmu epitaksjalnego osiąga się w temperaturze 1000 °C, wywołując doskonałą krystalizację wzorzystego filmu żelowego. Wytwarzanie wsporników z kryształu kwarcu to czteroetapowy proces oparty na technikach mikrofabrykacji. Proces rozpoczyna się od ukształtowania powierzchni kwarcu, a następnie następuje osadzanie metalu pod elektrody. Po usunięciu silikonu wspornik jest uwalniany z podłoża SOI, eliminując SiO₂ między krzemem a kwarcem. Działanie urządzenia jest analizowane za pomocą bezdotykowego wibrometru laserowego (LDV) i mikroskopii sił atomowych (AFM). Spośród różnych wymiarów wspornika zawartych w wyprodukowanym chipie, nanostrukturalny wspornik analizowany w tej pracy wykazywał wymiar 40 μm dużego i 100 μm długości i został wytworzony z wzorzystą warstwą kwarcu o grubości 600 nm (średnica nanofilaru i odległość separacji odpowiednio 400 nm i 1 μm) epitaksjalnie wyhodowaną na warstwie urządzenia Si o grubości 2 μm. Zmierzona częstotliwość rezonansowa wynosiła 267 kHz, a szacowany współczynnik jakości Q całej struktury mechanicznej wynosił Q ~ 398 w warunkach niskiej próżni. Obserwowaliśmy zależne od napięcia przemieszczenie liniowe wspornika za pomocą obu technik (tj. pomiaru kontaktowego AFM i LDV). W związku z tym udowadnia, że urządzenia te mogą być aktywowane poprzez pośredni efekt piezoelektryczny.

Wprowadzenie

Nanomateriały tlenkowe o właściwościach piezoelektrycznych są kluczowe dla projektowania urządzeń, takich jak czujniki MEMS, mikrokombajny lub magazynowanie energii^1,²^,³. Wraz ze wzrostem postępu w technologii CMOS, monolityczna integracja wysokiej jakości epitaksjalnych warstw piezoelektrycznych i nanostruktur w krzem staje się przedmiotem zainteresowania w celu rozszerzenia nowych urządzeń⁴. Ponadto do osiągnięcia wysokich osiągów wymagana jest większa kontrola nad miniaturyzacją tych urządzeń⁵^,⁶