М а т е р и а л ы X В с е р о с с и й с к о й н а у ч н о - п р а к т и ч е с к о й к о н ф е р е н ц и и
319
Ключевые слова:
акселерометр, кремний на изоляторе, химическое
травление, емкость
В
настоящее
время,
благодаря
достижениям
в
области
полупроводниковых производств, КНИ-пластины («кремний на изоляторе»)
стали общедоступным материалом для проектирования и изготовления
МЭМС-датчиков. Конструктивно КНИ-пластинасостоит из рабочего слоя
толщиной от десятков до сотен микрон, диэлектрический слой оксида кремния
толщиной от нескольких единиц до нескольких десятков мкм и рабочую
подложку толщиной несколько сотен мкм. Главное достоинство КНИ-структур
заключается в возможности изготовления в рабочем слое изолированных
объектов монокристаллического кремния, из-под которых потом оксидный
(жертвенный) слой должен быть частично или полностью вытравлен. При
этом, путем задания геометрических размеров объектов и времени травления
изоляционного слоя, должны быть одновременно сформированы однозначно
закрепленные, гальванически не связанные подложки и механически
подвижные элементы, т. е. вся структура МЭМС-датчика. Травление основного
слоя толщиной порядка сотен микрон происходит при помощи процесса
глубокого анизотропного плазмохимического травления в индуктивно
связанной плазме (АПХТ), или Bosch-процесса, обеспечивающего
воспроизводимое формирование элементов различной геометрии и близкие к
вертикальным стенки структуры. Получающийся в результате МЭМС-
сенсоробладает достаточно большой массой и большой емкостью,
реализованную в виде встречно-штыревого плоского конденсатора, и его
чувствительность к внешним силовым воздействиям значительно выше
чувствительности планарных чувствительных элементов, сформированных с
использованием классических кремниевых пластин и традиционных
жидкостных режимов травления.
Основные мировые компании-разработчики активно предлагают изделия
с применением МЭМС-сенсоров, изготовленных на КНИ-пластинах по
современным технологиям. Такие компании как Analogdevices[1],
STMicroelectronis [2], VTI Technogies [3] в мировых объемах производит
акселерометры, гироскопы, датчики измерения угла и другие преобразователи.
Приборы имеют конфигурацию, объединяющая сенсор и электронный
преобразователь с вычислительной схемой в одном малогабаритном, часто
штампованном корпусе, и имеют целый ряд применений, начиная с
диагностических систем автомашин и заканчивая сотовыми телефонами и
электронными гаджетами. Учитывая, что объемы производства МЭМС
датчиков составляют сотни миллионов штук (например, только компания
analogdeviсes 1985 года уже поставила более 1,2 млрд. МЭМС-акселерометров
и гироскопов [4]), потребность в таких приборах растет. Учитывая это,
особенно важным и необходимым является проведение собственных
разработок в области МЭМС-преобразователей и МЭМС-сенсоров с
применением в качестве КНИ-структур.
