新光刻工艺加持,硅基MEMS制造技术迎来新契机

有研究人员已经证明,通过现代新型光刻工艺处理的硅具有极高的弹性应变极限,有可能增强功能特性,从而产生更好的MEMS组件。

  6月16日消息,有研究人员已经证明,通过现代新型光刻工艺处理的硅具有极高的弹性应变极限,有可能增强功能特性,从而产生更好的MEMS组件。

  由于相对较低的成本和数量,硅被广泛用于微电子学中,并被描述为信息时代的“中坚力量”。然而,在环境温度下,硅的脆弱性限制了其在微机电系统(MEMS)组件中的使用。

  现在,据报道,苏黎世联邦理工学院的一个团队与Empa的材料与纳米结构力学实验室合作进行的新研究表明,在特定的受控条件下,硅可以被操纵得更坚固、更易变形, 它可以增强功能特性,从而产生更好的MEMS组件。

  该小组的研究历时10年,其重点是通过使用光刻技术来替代聚焦离子束生产方法,从而专注于硅组件的生产方法。以前尽管可以使用离子束方法将所需形状的铣削成硅片,但它会留下表面损伤和缺陷,从而使材料更容易破裂。

  作为替代方案,研究团队尝试了一种特殊类型的光刻技术。首先,使用气体等离子体从硅表面区域蚀刻掉未掩盖的材料,从而生产出所需的结构,如微小的支柱。

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电子显微镜下的千分尺硅柱。照片存入拉兹洛 Pethö /电子探针

  然后,研究团队测试了所生产的硅“支柱”的强度和塑性变形能力。根据研究团队的说法,他们达到了超高的弹性应变极限和接近理想的强度。据报道,使用新的光刻技术制成的柱子变形的大小比以前研究中记录的大10倍。

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  苏黎世联邦理工学院研究人员用于硅柱的生产过程。在氧化和清洁之前,通过抗蚀剂蚀刻柱。右图显示了在电子显微镜下的最终结果。

  最后,研究的结果不仅表明柱子变形的大小比以前看到的大十倍,而且柱子的强度也达到了以前认为仅仅是理想晶体的理论水平。根据研究人员的说法,在这里使支柱如此坚固的原因源于支柱表面的“绝对纯度”,这是通过最后的清洁步骤实现的。最终导致更少的表面缺陷,从这些表面缺陷中可以产生断裂并破坏材料。

  研究人员指出,首先,他的团队的研究结果可能会对硅MEMS的制造产生直接而深刻的影响:通过这种方式,可以将智能手机中用于检测设备旋转的陀螺仪做得更小、更坚固。其次,弹性硅的另一个优点是可以改善电性能,对硅施加大的应变可以提高电子的迁移率,除其他外,利用集成到半导体芯片中的结构可以缩短开关时间。

  当前,已经有业界使用了该团队研究的蚀刻和清洗相结合的方法,并且得到较好的结果,因此他们的工作可用于改善当前工艺,并可应用于晶体结构类似于硅的其他材料。

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