Эпитаксисные наноструктурированные α-кварцевые фильмы о кремнии: от материала к новым устройствам

Резюме

Эта работа представляет собой подробный протокол для микрофабрики наноструктурированных α-кварцевой кантилевер на Силиконово-On-Insulator (SOI) технологии субстрата, начиная с эпитаксиального роста кварцевой пленки с методом погружения покрытия, а затем наноструктурации тонкой пленки с помощью наноимпринтной литографии.

Аннотация

В этой работе мы показываем детальный инженерный маршрут первого пьезоэлектрического наноструктурированного эпитаксиального кварцевого микрокантелевера. Мы объясним все этапы процесса, начиная от материала и до изготовления устройства. Эпитаксисный рост α-кварцевой пленки на субстрате SOI (100) начинается с подготовки стронция резаного кремнезема sol-gel и продолжается осаждением этого геля в субстрат SOI в тонкой форме пленки с использованием техники погружения в атмосферных условиях при комнатной температуре. Перед кристаллизацией гелеобразной пленки наноструктуризация выполняется на поверхности пленки с помощью наноимпринтной литографии (NIL). Эпитаксисный рост пленки достиг 1000 градусов по Цельсию, вызывая идеальную кристаллизацию узорчатой гелеобразной пленки. Изготовление кварцевых кристаллических кантилеверных устройств – это четырехстуастный процесс, основанный на методах микрофабрикции. Процесс начинается с формирования кварцевой поверхности, а затем за ней следует осаждение металла для электродов. После удаления силикона, кантилевер высвобождается из субстрата SOI, устраняя SiO_{2 между кремнием} и кварцем. Производительность устройства анализируется бесконтактным лазерным виброметром (LDV) и атомной силовой микроскопией (AFM). Среди различных размеров кантилевера, включенных в изготовленный чип, наноструктурированная кантилевер, проанализированная в этой работе, проставляла размер 40 мкм в длину и 100 мкм в длину и была изготовлена с 600-нм толстым узорчатым кварцевым слоем (диаметр нанопилляра и расстояние разделения 400 нм и 1 мкм, соответственно) эпитаксисом, выращенным на 2 м толщиной в слой Si. Измеренная частота резонанса составила 267 кГц, а расчетный коэффициент качества, в целом механическая структура, составила 398 евро в условиях низкого вакуума. Мы наблюдали напряжение-зависимое линейное смещение кантилевера с обоими методами (т.е., измерение контакта AFM и LDV). Таким образом, доказывая, что эти устройства могут быть активированы через косвенный пьезоэлектрический эффект.

Введение

Оксидные наноматериалы с пьезоэлектрическими свойствами имеют решающее значение для проектирования таких устройств, как датчики MEMS или микро-энергетические^{комбайны или хранилище 1,2,3.} По мере развития технологий CMOS, монолитная интеграция высококачественных эпитаксисных пьезоэлектрических пленок и наноструктур в кремний становится предметом интереса для расширения новых новых^{устройств 4}. Кроме того, для достижения высоких показателей^5,6 требуется больший контроль миниатюризации этих^{устройств.}

протокол

1. Подготовка раствора

1. Подготовь решение, содержащее предгидролизный тетраэтил ортозиликат (TEOS) за 18 ч до производства гелеобразуя в паровом капюшоне, в котором помещаются лабораторный баланс и магнитный мешалка.
   1. Добавьте 0,7 г гексадетилового эфира полиэтиленгликоль (Brij-58) и 23,26 г этанола в бутылку 50 мл и закройте крышку бутылки и перемешайте ее до полного растворения Бриджа.
   2. Добавьте 1,5 г HCl 35% в колбу в шаге 1.1.1, закройте ее и перемешайте на 20 с.
   3. Добавьте 4,22 г TEOS в колбу в шаге 1.1.2, закройте ее и дайте ей перемешать в течение 18 ч.
2. Подготовка 1 M aqueous раствор Sr^{2 "незадолго<....}

Результаты

Прогресс синтеза материала и изготовления устройства (см. рисунок 1) был изображен схематично, отслеживая различные шаги с реальными изображениями. После процессов микросхем мы наблюдали аспект наноструктурированных кантилеверов с помощью полевых изображений сканиру.......

Обсуждение

Представленный метод представляет собой сочетание подходов «снизу вверх» и «сверху вниз» для производства наноструктурированных пьезоэлектрических кварцевых микро-кантилеверов на технологии Si. Кварц/Si-MEMS предлагает основные преимущества перед навалом кварца с точки зрения размера.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetone	Honeywell Riedel de Haën	UN 1090
AZnLOF 2020 negative resist	Microchemicals	USAW176488-1BLO
AZnLOF 2070 negative resist	Microchemicals	USAW211327-1FK6
AZ 726 MIF developer	Merck	DEAA195539
BOE (7:1)	Technic	AF 87.5-12.5
Brij-58	Sigma	9004-95-9
Chromium	Neyco	FCRID1T00004N-F53-062317/FC79271
Dip Coater ND-R 11/2 F	Nadetec	ND-R 11/2 F
Hydrogen peroxide solution 30%	Carlo Erka Reagents DasitGroup	UN 2014
H2SO4	Honeywell Fluka	UN 1830
Isopropyl alcohol	Honeywell Riedel de Haën	UN 1219
Mask aligner	EV Group	EVG620
PG remover	MicroChem	18111026
Platinum	Neyco	INO272308/F14508
PTFE based container	Teflon
Reactive ion etching (RIE)	Corial	ICP Corial 200 IL
SEMFEG	Hitachi	Su-70
SOI substrate	University Wafer	ID :3213
Strontium chloride hexahydrate	Sigma-Aldrich	10025-70-4
SYLGARD TM 184 Silicone Elastomer Kit	Dow	.000000840559
SYLGARD TM 184 Silicone Elastomer Curring Agent	Dow	.000000840559
Tetraethyl orthosilicate	Aldrich	78-10-4
Tubular Furnace	Carbolite	PTF 14/75/450
Vibrometer	Polytec	OFV-500D
2D XRD	Bruker	D8 Discover	Equipped with a Eiger2 R 500 K 2D detector