एमईएमएस: Difference between revisions
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एमईएमएस प्रसंस्करण में | एमईएमएस प्रसंस्करण में आधारभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स में से एक एक माइक्रोमीटर से लगभग 100 माइक्रोमीटर के बीच कहीं भी मोटाई वाली सामग्री की पतली फिल्मों को जमा करने की क्षमता है। एनईएमएस प्रक्रिया समान है, यद्यपि फिल्म जमाव का माप कुछ नैनोमीटर से लेकर एक माइक्रोमीटर तक होता है। निक्षेपण प्रक्रियाएँ दो प्रकार की होती हैं, जो इस प्रकार हैं। | ||
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भौतिक वाष्प जमाव | भौतिक वाष्प जमाव में एक ऐसी प्रक्रिया होती है जिसमें एक सामग्री को लक्ष्य से हटा दिया जाता है, और सतह पर जमा कर दिया जाता है। ऐसा करने की तकनीकों में [[स्पटरिंग]] की प्रक्रिया सम्मिलित है, जिसमें एक आयन बीम एक लक्ष्य से परमाणुओं को मुक्त करता है, जिससे उन्हें मध्यवर्ती स्थान के माध्यम से स्थानांतरित करने और वांछित सब्सट्रेट पर जमा करने की अनुमति मिलती है, और वाष्पीकरण (निक्षेपण), जिसमें एक पदार्थ से एक सामग्री वाष्पित हो जाती है। एक निर्वात प्रणाली में गर्मी (थर्मल वाष्पीकरण) या एक इलेक्ट्रॉन बीम (ई-बीम वाष्पीकरण) का उपयोग करके लक्ष्य। | ||
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भूतल micromachining सब्सट्रेट की सतह पर जमा परतों का उपयोग संरचनात्मक सामग्री के रूप में करता है, बजाय सब्सट्रेट का उपयोग करने के।<ref name="surface">{{Cite journal|vauthors=Bustillo JM, Howe RT, Muller RS|date=1998|title=माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम्स के लिए सरफेस माइक्रोमशीनिंग|url=http://www.ee.nthu.edu.tw/sclu/surface_micromachining.pdf|journal=[[Proceedings of the IEEE|Proc. IEEE]]|volume=86|issue=8|pages=1552–1574|citeseerx=10.1.1.120.4059|doi=10.1109/5.704260}}</ref> एक ही सिलिकॉन वेफर पर एमईएमएस और एकीकृत सर्किट के संयोजन के लक्ष्य के साथ, प्लेनर एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी के साथ अधिक संगत सिलिकॉन की माइक्रोमशीनिंग को प्रस्तुत करने के लिए 1980 के दशक के अंत में सरफेस माइक्रोमशीनिंग बनाई गई थी। मूल सतह माइक्रोमशीनिंग अवधारणा पतली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन परतों पर आधारित थी जो जंगम यांत्रिक संरचनाओं के रूप में प्रतिरूपित थी और अंतर्निहित ऑक्साइड परत के बलिदान नक़्क़ाशी द्वारा जारी की गई थी। इंटरडिजिटल कंघी इलेक्ट्रोड का उपयोग इन-प्लेन बलों का उत्पादन करने और कैपेसिटिव रूप से इन-प्लेन मूवमेंट का पता लगाने के लिए किया गया था। इस एमईएमएस प्रतिमान ने उदाहरण के लिए कम लागत वाले एक्सेलेरोमीटर के निर्माण को सक्षम किया है। ऑटोमोटिव एयर-बैग सिस्टम और अन्य अनुप्रयोग जहां कम प्रदर्शन और/या उच्च जी-रेंज पर्याप्त हैं। [[एनालॉग डिवाइस]]ेज ने सरफेस माइक्रोमशीनिंग के औद्योगीकरण का बीड़ा उठाया है और एमईएमएस और इंटीग्रेटेड सर्किट के सह-एकीकरण को महसूस किया है। | भूतल micromachining सब्सट्रेट की सतह पर जमा परतों का उपयोग संरचनात्मक सामग्री के रूप में करता है, बजाय सब्सट्रेट का उपयोग करने के।<ref name="surface">{{Cite journal|vauthors=Bustillo JM, Howe RT, Muller RS|date=1998|title=माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम्स के लिए सरफेस माइक्रोमशीनिंग|url=http://www.ee.nthu.edu.tw/sclu/surface_micromachining.pdf|journal=[[Proceedings of the IEEE|Proc. IEEE]]|volume=86|issue=8|pages=1552–1574|citeseerx=10.1.1.120.4059|doi=10.1109/5.704260}}</ref> एक ही सिलिकॉन वेफर पर एमईएमएस और एकीकृत सर्किट के संयोजन के लक्ष्य के साथ, प्लेनर एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी के साथ अधिक संगत सिलिकॉन की माइक्रोमशीनिंग को प्रस्तुत करने के लिए 1980 के दशक के अंत में सरफेस माइक्रोमशीनिंग बनाई गई थी। मूल सतह माइक्रोमशीनिंग अवधारणा पतली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन परतों पर आधारित थी जो जंगम यांत्रिक संरचनाओं के रूप में प्रतिरूपित थी और अंतर्निहित ऑक्साइड परत के बलिदान नक़्क़ाशी द्वारा जारी की गई थी। इंटरडिजिटल कंघी इलेक्ट्रोड का उपयोग इन-प्लेन बलों का उत्पादन करने और कैपेसिटिव रूप से इन-प्लेन मूवमेंट का पता लगाने के लिए किया गया था। इस एमईएमएस प्रतिमान ने उदाहरण के लिए कम लागत वाले एक्सेलेरोमीटर के निर्माण को सक्षम किया है। ऑटोमोटिव एयर-बैग सिस्टम और अन्य अनुप्रयोग जहां कम प्रदर्शन और/या उच्च जी-रेंज पर्याप्त हैं। [[एनालॉग डिवाइस]]ेज ने सरफेस माइक्रोमशीनिंग के औद्योगीकरण का बीड़ा उठाया है और एमईएमएस और इंटीग्रेटेड सर्किट के सह-एकीकरण को महसूस किया है। | ||
वेफर बॉन्डिंग में एक समग्र संरचना बनाने के लिए दो या दो से अधिक सबस्ट्रेट्स (सामान्यतः एक ही व्यास वाले) को एक दूसरे से जोड़ना सम्मिलित है। कई प्रकार की वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं हैं जिनका उपयोग माइक्रोसिस्टम्स के निर्माण में किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं: डायरेक्ट या फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग, जिसमें दो या दो से अधिक वेफर्स एक साथ बंधे होते हैं जो सामान्यतः सिलिकॉन या कुछ अन्य सेमीकंडक्टर सामग्री से बने होते हैं; एनोडिक बॉन्डिंग जिसमें बोरॉन-डोप्ड ग्लास वेफर सेमीकंडक्टर वेफर, सामान्यतः सिलिकॉन से जुड़ा होता है; थर्मोकंप्रेशन बॉन्डिंग, जिसमें वेफर बॉन्डिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए एक मध्यस्थ पतली-फिल्म सामग्री परत का उपयोग किया जाता है; और यूटेक्टिक बॉन्डिंग, जिसमें दो सिलिकॉन वेफर्स को जोड़ने के लिए सोने की एक पतली-फिल्म परत का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में से प्रत्येक का परिस्थितियों के आधार पर विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं सफलतापूर्वक बॉन्डिंग के लिए तीन | वेफर बॉन्डिंग में एक समग्र संरचना बनाने के लिए दो या दो से अधिक सबस्ट्रेट्स (सामान्यतः एक ही व्यास वाले) को एक दूसरे से जोड़ना सम्मिलित है। कई प्रकार की वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं हैं जिनका उपयोग माइक्रोसिस्टम्स के निर्माण में किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं: डायरेक्ट या फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग, जिसमें दो या दो से अधिक वेफर्स एक साथ बंधे होते हैं जो सामान्यतः सिलिकॉन या कुछ अन्य सेमीकंडक्टर सामग्री से बने होते हैं; एनोडिक बॉन्डिंग जिसमें बोरॉन-डोप्ड ग्लास वेफर सेमीकंडक्टर वेफर, सामान्यतः सिलिकॉन से जुड़ा होता है; थर्मोकंप्रेशन बॉन्डिंग, जिसमें वेफर बॉन्डिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए एक मध्यस्थ पतली-फिल्म सामग्री परत का उपयोग किया जाता है; और यूटेक्टिक बॉन्डिंग, जिसमें दो सिलिकॉन वेफर्स को जोड़ने के लिए सोने की एक पतली-फिल्म परत का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में से प्रत्येक का परिस्थितियों के आधार पर विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं सफलतापूर्वक बॉन्डिंग के लिए तीन आधारभूत मानदंडों पर निर्भर करती हैं: बॉन्ड किए जाने वाले वेफर्स पर्याप्त रूप से फ्लैट होते हैं; वेफर सतहें पर्याप्त रूप से चिकनी होती हैं; और वेफर सतहें पर्याप्त रूप से साफ हैं। वेफर बॉन्डिंग के लिए सबसे कड़े मानदंड सामान्यतः डायरेक्ट फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग होते हैं क्योंकि एक या एक से अधिक छोटे कण भी बॉन्डिंग को असफल बना सकते हैं। इसकी तुलना में, मध्यस्थ परतों का उपयोग करने वाले वेफर बॉन्डिंग तरीके अक्सर अधिक क्षमाशील होते हैं। | ||
सेंसर, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग दोनों का उपयोग किया जाता है। लेकिन कई मामलों में इन दोनों के बीच का अंतर कम हो गया है। एक नई नक़्क़ाशी तकनीक, [[गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी]], ने बल्क माइक्रोमशीनिंग के विशिष्ट प्रदर्शन को कंघी संरचनाओं और सतह माइक्रोमशीनिंग के इन-प्लेन ऑपरेशन के साथ जोड़ना संभव बना दिया है। जबकि सरफेस माइक्रोमशीनिंग में संरचनात्मक परत की मोटाई 2 माइक्रोमीटर की सीमा में होना सामान्य है, एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में मोटाई 10 से 100 माइक्रोमीटर तक हो सकती है। HAR सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली सामग्री मोटी पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन होती है, जिसे एपि-पॉली के रूप में जाना जाता है, और बंधुआ सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (SOI) वेफर्स यद्यपि बल्क सिलिकॉन वेफर के लिए प्रक्रियाएं भी बनाई गई हैं (SCREAM)। ग्लास फ्रिट बॉन्डिंग, एनोडिक बॉन्डिंग या एलॉय बॉन्डिंग द्वारा दूसरे वेफर को एमईएमएस संरचनाओं की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। एकीकृत सर्किट सामान्यतः एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग के साथ संयुक्त नहीं होते हैं। | सेंसर, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग दोनों का उपयोग किया जाता है। लेकिन कई मामलों में इन दोनों के बीच का अंतर कम हो गया है। एक नई नक़्क़ाशी तकनीक, [[गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी]], ने बल्क माइक्रोमशीनिंग के विशिष्ट प्रदर्शन को कंघी संरचनाओं और सतह माइक्रोमशीनिंग के इन-प्लेन ऑपरेशन के साथ जोड़ना संभव बना दिया है। जबकि सरफेस माइक्रोमशीनिंग में संरचनात्मक परत की मोटाई 2 माइक्रोमीटर की सीमा में होना सामान्य है, एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में मोटाई 10 से 100 माइक्रोमीटर तक हो सकती है। HAR सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली सामग्री मोटी पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन होती है, जिसे एपि-पॉली के रूप में जाना जाता है, और बंधुआ सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (SOI) वेफर्स यद्यपि बल्क सिलिकॉन वेफर के लिए प्रक्रियाएं भी बनाई गई हैं (SCREAM)। ग्लास फ्रिट बॉन्डिंग, एनोडिक बॉन्डिंग या एलॉय बॉन्डिंग द्वारा दूसरे वेफर को एमईएमएस संरचनाओं की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। एकीकृत सर्किट सामान्यतः एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग के साथ संयुक्त नहीं होते हैं। | ||
Revision as of 23:13, 3 August 2023
एमईएमएस (माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम) सूक्ष्म उपकरणों की ऐसी तकनीक है जिसमें विद्युतकीय और गतिशील दोनों भाग सम्मिलित होते हैं। एमईएमएस आकार में 1 और 100 माइक्रोमीटर के बीच के घटकों से निर्मित होती हैं, और इन उपकरणों का आकार सामान्यतः 20 माइक्रोमीटर से एक मिलीमीटर (अर्थात, 0.02 से 1.0 मिमी) तक होता है। यद्यपि ऐरे में व्यवस्थित घटक ( उदाहरण के लिए, डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस) 1000 मिमी से अधिक हो सकते हैं[1] उनमें सामान्यतः एक केंद्रीय इकाई होती है जो डेटा (एक एकीकृत सर्किट चिप जैसे माइक्रोप्रोसेसर) को संसाधित करती है[2]
MEMS के बड़े सतह क्षेत्र के अनुपात के कारण, परिवेशीय वैद्युतिकी (जैसे कि इलेक्ट्रोस्टेटिक चार्ज और चुंबकीय क्षण), और फ्लूइड गतिकी (जैसे कि सतह तनाव और द्रव्यता) बड़े स्तर के यांत्रिक उपकरणों से अधिक महत्वपूर्ण डिज़ाइन परिवेशन के लिए होते हैं। MEMS प्रौद्योगिकी को आणविक नैनोटेक्नोलॉजी या आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स से भिन्न किया जाता है क्योंकि इन दोनों को सतह रसायन भी ध्यान में रखना आवश्यक होता है।
इन सूक्ष्म यंत्रों की क्षमता को तभी समझा जा चुका था, जब उन्हें निर्मित करने की तकनीक उपलब्ध नहीं थी (उदाहरण के लिए, रिचर्ड फेयनमैन के प्रसिद्ध 1959 के व्याख्यान "देयर इज प्लेन्टी ऑफ रूम ऐट दी बाटम" को देखें)। जब MEMS को संशोधित सेमीकंडक्टर उपकरण निर्माण तकनीकों का उपयोग करके निर्मित किया गया, तब वे व्यावहारिक हो गए। इन तकनीकों का उपयोग सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण में होता है।[3] इसमें मोल्डिंग और प्लेटिंग, वेट इचिंग (के.ओ.एच., टी.एम.एच.), और ड्राई इचिंग (आर.आई.ई. और डीआरआईई), विधुत विद्युत मशीनिंग (ईडीएम), और छोटे उपकरण निर्माण मे सक्षम अन्य तकनीकें शामिल हैं।
वे नैनोस्केल के स्तर पर नैनोइलेक्ट्रोमैकैनिकल सिस्टम (NEMS) और नैनोटेक्नोलॉजी में मिल जाते हैं।
इतिहास
एमईएमएस डिवाइस का एक प्रारंभिक उदाहरण रेजोनेन्ट-गेट ट्रांजिस्टर है, जो MOSFET का एक अनुकूलन है, जिसे 1965 में हार्वे सी. नैथनसन द्वारा विकसित किया गया था।[4] एक अन्य प्रारंभिक उदाहरण रेज़ोनिस्टर है, जो 1966 और 1971 के मध्य रेमंड जे. विलफ़िंगर द्वारा एकस्व कराया गया एक विद्युतयान्त्रिकी मोनोलिथिक रेजोनेन्ट यंत्र है।[5][6] 1970 से 1980 के दशक के समय, भौतिक, रासायनिक, जैविक और पर्यावरणीय मापदंडों को मापने के लिए कई MOSFET माइक्रोसेंसर विकसित किए गए थे।[7]
एमईएमएस शब्द 1986 में प्रस्तुत किया गया था। एससी जैकबसेन (पाइ) और जे ई वुड (को-पाइ) ने डीएआरपीए (15 जुलाई 1986) को एक प्रस्ताव के माध्यम से "एमईएमएस" शब्द का प्रारंभ किया, जिसका शीर्षक माइक्रो इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम्स (एमईएमएस) था। यूटा विश्वविद्यालय को प्रदान किया गया। आईईईई माइक्रो रोबोट्स एंड टेलीऑपरेटर्स वर्कशॉप, हयानिस, एमए नवंबर 9-11, 1987 में "एमईएमएस" शब्द को एससी जैकबसेन द्वारा "माइक्रो इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम्स (एमईएमएस)" शीर्षक से एक आमंत्रित वार्ता के माध्यम से प्रस्तुत किया गया था। "MEMS" शब्द का प्रकाशन एक पेपर के माध्यम से हुआ था, जिसके लेखक जे.ई. वुड, एस.सी. जेकॉबसन, और के.डब्ल्यू. ग्रेस थे। इस पेपर का शीर्षक था "SCOFSS: एक स्मॉल कैंटिलीवर्ड ऑप्टिकल फाइबर सर्वो सिस्टम", और यह आईईई प्रोसीडिंग्स माइक्रो रोबोट्स और टेलिओपरेटर्स वर्कशॉप, हायनिस, मासाचुसेट्स, 9 से 11 नवंबर, 1987 को प्रकाशित हुआ था।[8]
प्रकार
एमईएमएस स्विच तकनीक के दो मूल प्रकार हैं: संधारित्र और ओमिक संपर्क। एक चलती प्लेट या सेंसिंग तत्व का उपयोग करके एक संधारित्रीय एमईएमएस स्विच विकसित किया जाता है, जो संधारित्र को परिवर्तित करता है।[9] ओमिक स्विच विद्युतस्थितिकी रूप से नियंत्रित कैंटिलीवर द्वारा नियंत्रित होते हैं।[10] ओमिक एमईएमएस स्विच एमईएमएस एक्ट्यूएटर (कैंटिलीवर) की धातु और संपर्क धारण से विफल हो सकते हैं, क्योंकि कैंटिलीवर समय के साथ ख़राब हो सकते हैं।[11]
सामग्री
सेमीकंडक्टर उपकरण फैब्रिकेशन में प्रक्रिया तकनीक से एमईएमएस का निर्माण विकसित हुआ है, अर्थात मूल तकनीक सामग्री स्तरों का जमाव हैं, फोटोलिथोग्राफी द्वारा पैटर्निंग और आवश्यक आकृतियों का उत्पादन करने के लिए प्रारूप तैयार किया जाता है।[13]
- सिलिकॉन
- सिलिकॉन वह सामग्री है जिसका उपयोग आधुनिक उद्योग में उपभोक्ता इलैक्ट्रॉनिक्स उद्योग उपयोग किए जाने वाले अधिकांश एकीकृत सर्किट बनाने के लिए किया जाता है। पैमाने की अर्थव्यवस्थाएं, सस्ती उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री की तत्काल उपलब्धता, और इलेक्ट्रॉनिक कार्यक्षमता को सम्मिलित करने की क्षमता सिलिकॉन को विभिन्न प्रकार के एमईएमएस अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बनाती है। सिलिकॉन के अपने भौतिक गुणों के माध्यम से महत्वपूर्ण लाभ भी हैं। एकल क्रिस्टल रूप में, सिलिकॉन लगभग पूर्ण हूक का नियम पदार्थ है, जिसका अर्थ है कि जब इसे मोड़ा जाता है तो वास्तव में कोई हिस्टैरिसीस नहीं होता है और इसलिए लगभग कोई ऊर्जा अपव्यय नहीं होता है। अत्यधिक दोहराने योग्य गति बनाने के साथ-साथ, यह सिलिकॉन को बहुत विश्वसनीय बनाता है क्योंकि यह बहुत कम थकान (सामग्री) को झेलता है और बिना टूटे 1000000000 (संख्या) से 1000000000000 (संख्या) चक्रों की सीमा में सेवा जीवनकाल हो सकता है। सिलिकॉन पर आधारित सेमीकंडक्टर नैनोस्ट्रक्चर विशेष रूप से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और एमईएमएस के क्षेत्र में बढ़ते हुए महत्व प्राप्त कर रहे हैं। सिलिकॉन के थर्मल ऑक्सीकरण के माध्यम से निर्मित सिलिकॉन नैनोवायर, नैनोवायर बैटरी और फोटोवोल्टिक सिस्टम सहित इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री रूपांतरण और भंडारण में और रुचि रखते हैं।
- पॉलिमर
- भले ही इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग सिलिकॉन उद्योग के लिए पैमाने की अर्थव्यवस्था प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन अभी भी एक जटिल और अपेक्षाकृत महंगी सामग्री है। दूसरी ओर पॉलिमर को बड़ी मात्रा में भौतिक विशेषताओं की एक बड़ी विविधता के साथ उत्पादित किया जा सकता है। एमईएमएस उपकरणों को पॉलिमर से अंतः क्षेपण ढलाई , एम्बॉसिंग (निर्माण) या स्टीरियोलिथोग्राफी जैसी प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जा सकता है और विशेष रूप से डिस्पोजेबल रक्त परीक्षण कारतूस जैसे microfluidic अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।
- धातुएँ
- एमईएमएस तत्वों को बनाने के लिए धातुओं का भी उपयोग किया जा सकता है। जबकि धातुओं में यांत्रिक गुणों के संदर्भ में सिलिकॉन द्वारा प्रदर्शित कुछ फायदे नहीं होते हैं, जब उनकी सीमाओं के भीतर उपयोग किया जाता है, तो धातु बहुत उच्च स्तर की विश्वसनीयता प्रदर्शित कर सकते हैं। धातुओं को इलेक्ट्रोप्लेटिंग, वाष्पीकरण और स्पटरिंग प्रक्रियाओं द्वारा जमा किया जा सकता है। सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली धातुओं में सोना, निकल, एल्यूमीनियम, तांबा, क्रोमियम, टाइटेनियम, टंगस्टन, प्लैटिनम और चांदी सम्मिलित हैं।
- चीनी मिट्टी की चीज़ें
- सिलिकॉन, एल्यूमीनियम और टाइटेनियम के साथ-साथ सिलिकन कार्बाइड और अन्य सिरेमिक के नाइट्राइड भौतिक गुणों के लाभप्रद संयोजनों के कारण एमईएमएस निर्माण में तेजी से लागू होते हैं। एल्यूमीनियम नाइट्राइड वर्टज़ाइट संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है और इस प्रकार pyroelectricity और पीज़ोइलेक्ट्रिकिटी गुण दिखाता है जो सेंसर को सक्षम करता है, उदाहरण के लिए, सामान्य और कतरनी बलों की संवेदनशीलता के साथ।[14] दूसरी ओर, टाइटेनियम नाइट्राइड, एक उच्च विद्युत चालकता और बड़े लोचदार मापांक प्रदर्शित करता है, जिससे अल्ट्राथिन बीम के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक एमईएमएस एक्चुएशन योजनाओं को लागू करना संभव हो जाता है। इसके अलावा, बायोकोरोसियन के खिलाफ टीआईएन का उच्च प्रतिरोध बायोजेनिक वातावरण में अनुप्रयोगों के लिए सामग्री को योग्य बनाता है। चित्र एक TiN ग्राउंड प्लेट के ऊपर 50 एनएम पतली मोड़ने योग्य TiN बीम के साथ एक एमईएमएस बायोसेंसर की इलेक्ट्रॉन-सूक्ष्म तस्वीर दिखाता है। दोनों को एक संधारित्र के विपरीत इलेक्ट्रोड के रूप में संचालित किया जा सकता है, क्योंकि बीम विद्युत रूप से अलग-थलग दीवारों में तय किया गया है। जब किसी तरल पदार्थ को गुहा में निलंबित किया जाता है तो इसकी चिपचिपाहट बीम को ग्राउंड प्लेट पर विद्युत आकर्षण से झुकने और झुकने के वेग को मापने से प्राप्त हो सकती है।[12]
आधारभूत प्रक्रियाएं
निक्षेपण की प्रक्रिया
एमईएमएस प्रसंस्करण में आधारभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स में से एक एक माइक्रोमीटर से लगभग 100 माइक्रोमीटर के बीच कहीं भी मोटाई वाली सामग्री की पतली फिल्मों को जमा करने की क्षमता है। एनईएमएस प्रक्रिया समान है, यद्यपि फिल्म जमाव का माप कुछ नैनोमीटर से लेकर एक माइक्रोमीटर तक होता है। निक्षेपण प्रक्रियाएँ दो प्रकार की होती हैं, जो इस प्रकार हैं।
भौतिक निक्षेप
भौतिक वाष्प जमाव में एक ऐसी प्रक्रिया होती है जिसमें एक सामग्री को लक्ष्य से हटा दिया जाता है, और सतह पर जमा कर दिया जाता है। ऐसा करने की तकनीकों में स्पटरिंग की प्रक्रिया सम्मिलित है, जिसमें एक आयन बीम एक लक्ष्य से परमाणुओं को मुक्त करता है, जिससे उन्हें मध्यवर्ती स्थान के माध्यम से स्थानांतरित करने और वांछित सब्सट्रेट पर जमा करने की अनुमति मिलती है, और वाष्पीकरण (निक्षेपण), जिसमें एक पदार्थ से एक सामग्री वाष्पित हो जाती है। एक निर्वात प्रणाली में गर्मी (थर्मल वाष्पीकरण) या एक इलेक्ट्रॉन बीम (ई-बीम वाष्पीकरण) का उपयोग करके लक्ष्य।
रासायनिक निक्षेपण
रासायनिक जमाव तकनीकों में रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) सम्मिलित है, जिसमें वांछित सामग्री को विकसित करने के लिए स्रोत गैस की एक धारा सब्सट्रेट पर प्रतिक्रिया करती है। तकनीक के विवरण के आधार पर इसे और श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए LPCVD (कम दबाव वाला रासायनिक वाष्प जमाव) और PECVD (प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव)। ऑक्साइड फिल्मों को थर्मल ऑक्सीकरण की तकनीक से भी उगाया जा सकता है, जिसमें सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली सतह परत विकसित करने के लिए (सामान्यतः सिलिकॉन) वेफर को ऑक्सीजन और/या भाप के संपर्क में लाया जाता है।
पैटर्निंग
एमईएमएस में पैटर्निंग एक सामग्री में एक पैटर्न का स्थानांतरण है।
लिथोग्राफी
एमईएमएस संदर्भ में लिथोग्राफी सामान्यतः प्रकाश जैसे विकिरण स्रोत के चयनात्मक एक्सपोजर द्वारा एक सहज सामग्री में एक पैटर्न का स्थानांतरण है। एक सहज सामग्री एक ऐसी सामग्री है जो विकिरण स्रोत के संपर्क में आने पर अपने भौतिक गुणों में परिवर्तन का अनुभव करती है। यदि एक सहज सामग्री को विकिरण के लिए चुनिंदा रूप से उजागर किया जाता है (उदाहरण के लिए कुछ विकिरण को मास्क करके) सामग्री पर विकिरण के पैटर्न को उजागर सामग्री में स्थानांतरित कर दिया जाता है, क्योंकि उजागर और अप्रकाशित क्षेत्रों के गुण भिन्न होते हैं।
इस उजागर क्षेत्र को तब हटाया जा सकता है या अंतर्निहित सब्सट्रेट के लिए एक मुखौटा प्रदान किया जा सकता है। फोटोलिथोग्राफी का उपयोग सामान्यतः धातु या अन्य पतली फिल्म जमाव, गीली और सूखी नक़्क़ाशी के साथ किया जाता है। कभी-कभी, किसी भी प्रकार की पोस्ट नक़्क़ाशी के बिना संरचना बनाने के लिए फोटोलिथोग्राफी का उपयोग किया जाता है। एक उदाहरण SU8 आधारित लेंस है जहां SU8 आधारित वर्ग ब्लॉक उत्पन्न होते हैं। फिर फोटो प्रतिरोध करना को पिघलाकर एक अर्ध-गोला बनाया जाता है जो लेंस के रूप में कार्य करता है।
इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (अक्सर ई-बीम लिथोग्राफी के रूप में संक्षिप्त) एक फिल्म के साथ कवर की गई सतह (प्रतिरोध कहा जाता है) पर पैटर्न वाले फैशन में इलेक्ट्रॉनों के बीम को स्कैन करने का अभ्यास है।[15] (प्रतिरोध को उजागर करना) और प्रतिरोध (विकास) के उजागर या गैर-उजागर क्षेत्रों को चुनिंदा रूप से हटाना। फोटोलिथोग्राफ़ी की तरह इसका उद्देश्य रेजिस्टेंस में बहुत छोटी संरचनाओं का निर्माण करना है, जिन्हें अक्सर नक़्क़ाशी द्वारा सब्सट्रेट सामग्री में स्थानांतरित किया जा सकता है। यह एकीकृत परिपथों के निर्माण के लिए विकसित किया गया था, और इसका उपयोग नैनोटेक्नोलॉजी आर्किटेक्चर बनाने के लिए भी किया जाता है। इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी का प्राथमिक लाभ यह है कि यह प्रकाश की विवर्तन सीमा को पार करने और नैनोमीटर रेंज में विशेषताएं बनाने के तरीकों में से एक है। मुखौटा रहित लिथोग्राफी के इस रूप में फोटोलिथोग्राफी में उपयोग किए जाने वाले photomask बनाने, सेमीकंडक्टर घटकों के कम मात्रा में उत्पादन, और अनुसंधान एवं विकास में व्यापक उपयोग पाया गया है। इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी की प्रमुख सीमा थ्रूपुट है, यानी, पूरे सिलिकॉन वेफर या ग्लास सब्सट्रेट को उजागर करने में बहुत लंबा समय लगता है। एक लंबा एक्सपोजर समय उपयोगकर्ता को बीम बहाव या अस्थिरता के प्रति संवेदनशील बनाता है जो एक्सपोजर के समय हो सकता है। इसके अलावा, यदि पैटर्न दूसरी बार नहीं बदला जा रहा है, तो फिर से काम करने या फिर से डिजाइन करने के लिए टर्न-अराउंड समय अनावश्यक रूप से लंबा हो जाता है।
यह ज्ञात है कि फ़ोकस-आयन बीम लिथोग्राफी में निकटता प्रभाव के बिना अत्यंत महीन रेखाएँ (50 एनएम से कम रेखा और स्थान प्राप्त किया गया है) लिखने की क्षमता है।[16] यद्यपि, क्योंकि आयन-बीम लिथोग्राफी में लेखन क्षेत्र काफी छोटा है, छोटे क्षेत्रों को एक साथ जोड़कर बड़े क्षेत्र पैटर्न बनाए जाने चाहिए।
आयन ट्रैक तकनीक एक डीप कटिंग टूल है जिसकी रिज़ॉल्यूशन सीमा लगभग 8 एनएम है जो विकिरण प्रतिरोधी खनिजों, ग्लास और पॉलिमर पर लागू होती है। यह बिना किसी विकास प्रक्रिया के पतली फिल्मों में छिद्र उत्पन्न करने में सक्षम है। संरचनात्मक गहराई को या तो आयन रेंज या सामग्री मोटाई द्वारा परिभाषित किया जा सकता है। पहलू अनुपात कई 10 तक4 तक पहुंचा जा सकता है। तकनीक परिभाषित झुकाव कोण पर सामग्री को आकार और बनावट दे सकती है। रैंडम पैटर्न, सिंगल-आयन ट्रैक स्ट्रक्चर और अलग-अलग सिंगल ट्रैक्स से युक्त एक लक्षित पैटर्न उत्पन्न किया जा सकता है।
एक्स-रे लिथोग्राफी एक प्रक्रिया है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उद्योग में एक पतली फिल्म के कुछ हिस्सों को चुनिंदा रूप से हटाने के लिए किया जाता है। यह सब्सट्रेट पर एक ज्यामितीय पैटर्न को मास्क से हल्के-संवेदनशील रासायनिक फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित करने के लिए या बस विरोध करने के लिए एक्स-रे का उपयोग करता है। रासायनिक उपचारों की एक श्रृंखला फिर उत्पादित पैटर्न को फोटोरेसिस्ट के नीचे की सामग्री में उकेर देती है।
नैनोडायमंड्स की सतह पर उन्हें नुकसान पहुँचाए बिना पैटर्न बनाने या बनाने का एक सरल तरीका फोटोनिक उपकरणों की एक नई पीढ़ी को जन्म दे सकता है।[17] डायमंड पैटर्निंग हीरा एमईएमएस बनाने की एक विधि है। यह हीरे की फिल्मों के लिथोग्राफिक अनुप्रयोग द्वारा सिलिकॉन जैसे सब्सट्रेट के लिए प्राप्त किया जाता है। पैटर्न एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड मास्क के माध्यम से चयनात्मक जमाव द्वारा, या जमाव के बाद माइक्रोमशीनिंग या केंद्रित आयन मिलिंग मशीन द्वारा बनाया जा सकता है।[18]
नक़्क़ाशी प्रक्रिया
नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं की दो मूल श्रेणियां हैं: नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन) और सूखी नक़्क़ाशी। पूर्व में, रासायनिक घोल में डुबोए जाने पर सामग्री घुल जाती है। उत्तरार्द्ध में, प्रतिक्रियाशील आयनों या वाष्प चरण वगैरह का उपयोग करके सामग्री को थूक या भंग कर दिया जाता है।[19][20]
गीला नक़्क़ाशी
गीले रासायनिक नक़्क़ाशी में एक सब्सट्रेट को एक घोल में डुबो कर सामग्री को चयनात्मक रूप से हटाना होता है जो इसे घोल देता है। इस नक़्क़ाशी प्रक्रिया की रासायनिक प्रकृति एक अच्छी चयनात्मकता प्रदान करती है, जिसका अर्थ है कि लक्ष्य सामग्री की नक़्क़ाशी दर मास्क सामग्री की तुलना में काफी अधिक है यदि सावधानी से चुना गया हो। गीला नक़्क़ाशी या तो आइसोट्रोपिक गीला etchants या अनिसोट्रोपिक गीला etchants का उपयोग करके किया जा सकता है। लगभग समान दरों पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन की सभी दिशाओं में आइसोट्रोपिक वेट वगैरह नक़्क़ाशी। अनिसोट्रोपिक वेट एच्चेंट्स अन्य विमानों की तुलना में तेज गति से कुछ क्रिस्टल विमानों के साथ अधिमानतः खोदते हैं, जिससे अधिक जटिल 3-डी माइक्रोस्ट्रक्चर को लागू किया जा सकता है। गीले अनिसोट्रोपिक एच्चेंट्स का उपयोग अक्सर बोरॉन ईचेंट स्टॉप के संयोजन के साथ किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन की सतह को बोरॉन के साथ भारी रूप से डोप किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सिलिकॉन सामग्री परत होती है जो गीले एच्चेंट्स के लिए प्रतिरोधी होती है। उदाहरण के लिए MEWS प्रेशर सेंसर निर्माण में इसका उपयोग किया गया है।
नक़्क़ाशी सभी दिशाओं में समान गति से आगे बढ़ती है। एक मुखौटा में लंबे और संकीर्ण छेद सिलिकॉन में वी-आकार के खांचे का उत्पादन करेंगे। इन खांचों की सतह परमाणु रूप से चिकनी हो सकती है यदि नक़्क़ाशी सही ढंग से की जाती है, आयाम और कोण बेहद सटीक होते हैं।
कुछ एकल क्रिस्टल सामग्री, जैसे कि सिलिकॉन, में सब्सट्रेट के क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास के आधार पर अलग-अलग नक़्क़ाशी दर होगी। इसे अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी के रूप में जाना जाता है और सबसे आम उदाहरणों में से एक KOH (पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड) में सिलिकॉन की नक़्क़ाशी है, जहाँ Si <111> विमान अन्य विमानों (क्रिस्टलोग्राफी) की तुलना में लगभग 100 गुना धीमी गति से खोदते हैं। इसलिए, एक (100)-सी वेफर में एक आयताकार छेद को नक़्क़ाशी करने से 54.7° दीवारों के साथ एक पिरामिड के आकार का नक़्क़ाशी का गड्ढा होता है, न कि आइसोट्रोपिक नक़्क़ाशी के साथ घुमावदार साइडवॉल वाले छेद के बजाय।
हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल सामान्यतः सिलिकॉन डाइऑक्साइड के लिए एक जलीय वशीकरण के रूप में प्रयोग किया जाता है (SiO
2, जिसे SOI के लिए BOX के रूप में भी जाना जाता है), सामान्यतः 49% केंद्रित रूप में, 5:1, 10:1 या 20:1 BOE (बफ़र्ड ऑक्साइड वगैरह) या BHF (बफ़र्ड HF)। वे पहली बार कांच की नक़्क़ाशी के लिए मध्ययुगीन काल में उपयोग किए गए थे। गेट ऑक्साइड को पैटर्न करने के लिए आईसी फैब्रिकेशन में इसका इस्तेमाल किया गया था जब तक कि आरआईई द्वारा प्रक्रिया चरण को बदल नहीं दिया गया। हाइड्रोफ्लोरिक एसिड को साफ कमरा में अधिक खतरनाक एसिड में से एक माना जाता है। संपर्क में आने पर यह त्वचा में प्रवेश कर जाता है और सीधे हड्डी में फैल जाता है। इसलिए, जब तक बहुत देर नहीं हो जाती, तब तक नुकसान महसूस नहीं होता है।
सिलिकॉन के डोपेंट-चयनात्मक हटाने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल नक़्क़ाशी (ईसीई) स्वचालित करने बफर ऑक्साइड नक़्क़ाशी को नियंत्रित करने की एक सामान्य विधि है। एक सक्रिय पी-एन डायोड जंक्शन की आवश्यकता होती है, और किसी भी प्रकार का डोपेंट ईच-प्रतिरोधी (ईच-स्टॉप) सामग्री हो सकता है। बोरॉन सबसे आम ईच-स्टॉप डोपेंट है। जैसा कि ऊपर वर्णित है, गीले अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी के संयोजन में, ईसीई का उपयोग व्यावसायिक पीज़ोरेसिस्टिव सिलिकॉन दबाव सेंसर में सिलिकॉन डायाफ्राम मोटाई को नियंत्रित करने के लिए सफलतापूर्वक किया गया है। चुनिंदा रूप से डोप किए गए क्षेत्रों को या तो इम्प्लांटेशन, डिफ्यूजन या सिलिकॉन के एपीटैक्सियल डिपोजिशन द्वारा बनाया जा सकता है।
सूखी नक़्क़ाशी
क्सीनन difluoride (XeF
2) सिलिकॉन के लिए एक शुष्क वाष्प चरण आइसोट्रोपिक नक़्क़ाशी है जो मूल रूप से 1995 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स में एमईएमएस के लिए लागू किया गया था।[21][22] मुख्य रूप से सिलिकॉन को कम करके धातु और ढांकता हुआ संरचनाओं को जारी करने के लिए उपयोग किया जाता है, XeF
2 में गीले वगैरह के विपरीत stiction -फ़्री रिलीज़ का लाभ है। सिलिकॉन के लिए इसकी नक़्क़ाशी चयनात्मकता बहुत अधिक है, जिससे यह फोटोरेसिस्ट के साथ काम कर सकता है, SiO
2, सिलिकॉन नाइट्राइड, और मास्किंग के लिए विभिन्न धातुएँ। सिलिकॉन के लिए इसकी प्रतिक्रिया प्लास्मलेस है, विशुद्ध रूप से रासायनिक और सहज है और अक्सर स्पंदित मोड में संचालित होती है। नक़्क़ाशी कार्रवाई के मॉडल उपलब्ध हैं,[23] और विश्वविद्यालय प्रयोगशालाएँ और विभिन्न व्यावसायिक उपकरण इस दृष्टिकोण का उपयोग करके समाधान प्रदान करते हैं।
आधुनिक वीएलएसआई प्रक्रियाएं गीली नक़्क़ाशी से बचती हैं, और इसके बजाय प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग करती हैं। प्लाज़्मा एचर्स प्लाज़्मा के मापदंडों को समायोजित करके कई मोड में काम कर सकते हैं। साधारण प्लाज्मा नक़्क़ाशी 0.1 और 5 Torr के बीच संचालित होती है। (दबाव की यह इकाई, सामान्यतः वैक्यूम इंजीनियरिंग में उपयोग की जाती है, लगभग 133.3 पास्कल के बराबर होती है।) प्लाज्मा ऊर्जावान मुक्त कण पैदा करता है, न्यूट्रली चार्ज होता है, जो वेफर की सतह पर प्रतिक्रिया करता है। चूंकि तटस्थ कण सभी कोणों से वेफर पर हमला करते हैं, यह प्रक्रिया आइसोट्रोपिक है। प्लाज्मा नक़्क़ाशी आइसोट्रोपिक हो सकती है, यानी, एक पैटर्न वाली सतह पर एक लेटरल अंडरकट रेट का प्रदर्शन, लगभग इसकी डाउनवर्ड ईचिंग दर के समान, या अनिसोट्रोपिक हो सकता है, यानी, इसकी डाउनवर्ड ईच रेट की तुलना में एक छोटे लेटरल अंडरकट रेट का प्रदर्शन। इस तरह के अनिसोट्रॉपी को गहरी प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी में अधिकतम किया जाता है। प्लाज्मा नक़्क़ाशी के लिए अनिसोट्रॉपी शब्द का उपयोग अभिविन्यास-निर्भर नक़्क़ाशी का जिक्र करते समय उसी शब्द के उपयोग के साथ नहीं किया जाना चाहिए। प्लाज्मा के लिए स्रोत गैस में सामान्यतः क्लोरीन या फ्लोरीन से भरपूर छोटे अणु होते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन टेट्राक्लोराइड (CCl4) सिलिकन और एल्युमिनियम बनाता है, और ट्राइफ्लोरोमीथेन सिलिकन डाइऑक्साइड और सिलिकन नाइट्राइड बनाता है। ऑक्सीजन युक्त एक प्लाज्मा का उपयोग ऑक्सीकरण (राख) फोटोरेसिस्ट करने और इसे हटाने की सुविधा के लिए किया जाता है।
आयन मिलिंग, या स्पटरिंग, कम दबावों का उपयोग करता है, अक्सर 10 जितना कम होता है-4 टॉर (10 एमपीए)। यह महान गैसों के ऊर्जावान आयनों के साथ वेफर पर बमबारी करता है, अक्सर Ar+, जो संवेग स्थानांतरित करके सब्सट्रेट से परमाणुओं को दस्तक देता है। क्योंकि नक़्क़ाशी आयनों द्वारा की जाती है, जो लगभग एक दिशा से वेफर तक पहुंचते हैं, यह प्रक्रिया अत्यधिक अनिसोट्रोपिक है। दूसरी ओर, यह खराब चयनात्मकता प्रदर्शित करता है। प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी (RIE) स्पटर और प्लाज़्मा नक़्क़ाशी (10 के बीच–3 और 10-1 टोर्र)। डीप रिएक्टिव-आयन ईचिंग (DRIE) गहरी, संकीर्ण विशेषताओं का उत्पादन करने के लिए RIE तकनीक को संशोधित करता है।[citation needed]
प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) में, सब्सट्रेट को रिएक्टर के अंदर रखा जाता है, और कई गैसों को प्रस्तुत किया जाता है। एक आरएफ शक्ति स्रोत का उपयोग करके गैस के मिश्रण में एक प्लाज्मा मारा जाता है, जो गैस के अणुओं को आयनों में तोड़ देता है। आयन उत्कीर्णित की जा रही सामग्री की सतह की ओर गति करते हैं और उसके साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे एक और गैसीय पदार्थ बनता है। इसे प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी के रासायनिक भाग के रूप में जाना जाता है। एक भौतिक भाग भी है, जो स्पटरिंग डिपोजिशन प्रक्रिया के समान है। यदि आयनों में पर्याप्त उच्च ऊर्जा होती है, तो वे रासायनिक प्रतिक्रिया के बिना खोदी जाने वाली सामग्री से परमाणुओं को बाहर निकाल सकते हैं। रासायनिक और भौतिक नक़्क़ाशी को संतुलित करने वाली सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं को विकसित करना एक बहुत ही जटिल कार्य है, क्योंकि समायोजित करने के लिए कई पैरामीटर हैं। संतुलन को बदलकर नक़्क़ाशी के अनिसोट्रॉपी को प्रभावित करना संभव है, क्योंकि रासायनिक भाग आइसोट्रोपिक है और भौतिक भाग अत्यधिक अनिसोट्रोपिक है, संयोजन साइडवॉल बना सकता है जिसमें गोलाकार से लंबवत आकार होते हैं।
गहरी प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (DRIE) RIE का एक विशेष उपवर्ग है जो लोकप्रियता में बढ़ रहा है। इस प्रक्रिया में, लगभग ऊर्ध्वाधर साइडवॉल के साथ सैकड़ों माइक्रोमीटर की नक़्क़ाशी गहराई हासिल की जाती है। प्राथमिक प्रौद्योगिकी तथाकथित बॉश प्रक्रिया पर आधारित है,[24] जर्मन कंपनी रॉबर्ट बॉश के नाम पर रखा गया, जिसने मूल एकस्व दायर किया, जहां रिएक्टर में दो अलग-अलग गैस रचनाएं वैकल्पिक थीं। वर्तमान में, DRIE के दो रूप हैं। पहली भिन्नता में तीन अलग-अलग चरण होते हैं (मूल बॉश प्रक्रिया) जबकि दूसरी भिन्नता में केवल दो चरण होते हैं।
पहले बदलाव में, नक़्क़ाशी चक्र इस प्रकार है:
(मैं) SF
6 आइसोट्रोपिक नक़्क़ाशी;
(द्वितीय) C
4F
8 पैसिवेशन;
(iii) SF
6 फर्श की सफाई के लिए अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी।
दूसरी भिन्नता में, चरण (i) और (iii) संयुक्त हैं।
दोनों विविधताएं समान रूप से कार्य करती हैं। वह C
4F
8 सब्सट्रेट की सतह पर एक बहुलक बनाता है, और दूसरी गैस संरचना (SF
6 और O
2) सब्सट्रेट खोदता है। पॉलिमर तुरंत नक़्क़ाशी के भौतिक भाग से दूर हो जाता है, लेकिन केवल क्षैतिज सतहों पर और न कि साइडवॉल पर। चूंकि बहुलक केवल नक़्क़ाशी के रासायनिक भाग में बहुत धीरे-धीरे घुलता है, यह किनारे की दीवारों पर बनता है और उन्हें नक़्क़ाशी से बचाता है। नतीजतन, 50 से 1 के नक़्क़ाशी पहलू अनुपात प्राप्त किया जा सकता है। प्रक्रिया आसानी से एक सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से पूरी तरह से खोदने के लिए इस्तेमाल की जा सकती है, और गीली नक़्क़ाशी की तुलना में नक़्क़ाशी की दर 3-6 गुना अधिक होती है।
एक वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) पर बड़ी संख्या में एमईएमएस उपकरण तैयार करने के बाद व्यक्तिगत डाई (एकीकृत सर्किट) को अलग करना होता है, जिसे सेमीकंडक्टर तकनीक में डाई तैयारी कहा जाता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, वेफर की मोटाई को कम करने के लिए वेफर पृष्ठभूमि द्वारा पृथक्करण से पहले किया जाता है। वेफर डाइसिंग तब या तो कूलिंग लिक्विड या वेफर डाइसिंग#स्टील्थ डाइसिंग नामक सूखी लेजर प्रक्रिया का उपयोग करके देखा जा सकता है।
विनिर्माण प्रौद्योगिकियां
थोक माइक्रोमशीनिंग सिलिकॉन-आधारित एमईएमएस का सबसे पुराना प्रतिमान है। सूक्ष्म यांत्रिक संरचनाओं के निर्माण के लिए एक सिलिकॉन वेफर की पूरी मोटाई का उपयोग किया जाता है।[20]सिलिकॉन को विभिन्न #नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं का उपयोग करके मशीनीकृत किया जाता है। 1980 और 90 के दशक में सेंसर उद्योग को बदलने वाले उच्च प्रदर्शन दबाव सेंसर और accelerometer को सक्षम करने के लिए बल्क माइक्रोमशीनिंग आवश्यक है।
भूतल micromachining सब्सट्रेट की सतह पर जमा परतों का उपयोग संरचनात्मक सामग्री के रूप में करता है, बजाय सब्सट्रेट का उपयोग करने के।[25] एक ही सिलिकॉन वेफर पर एमईएमएस और एकीकृत सर्किट के संयोजन के लक्ष्य के साथ, प्लेनर एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी के साथ अधिक संगत सिलिकॉन की माइक्रोमशीनिंग को प्रस्तुत करने के लिए 1980 के दशक के अंत में सरफेस माइक्रोमशीनिंग बनाई गई थी। मूल सतह माइक्रोमशीनिंग अवधारणा पतली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन परतों पर आधारित थी जो जंगम यांत्रिक संरचनाओं के रूप में प्रतिरूपित थी और अंतर्निहित ऑक्साइड परत के बलिदान नक़्क़ाशी द्वारा जारी की गई थी। इंटरडिजिटल कंघी इलेक्ट्रोड का उपयोग इन-प्लेन बलों का उत्पादन करने और कैपेसिटिव रूप से इन-प्लेन मूवमेंट का पता लगाने के लिए किया गया था। इस एमईएमएस प्रतिमान ने उदाहरण के लिए कम लागत वाले एक्सेलेरोमीटर के निर्माण को सक्षम किया है। ऑटोमोटिव एयर-बैग सिस्टम और अन्य अनुप्रयोग जहां कम प्रदर्शन और/या उच्च जी-रेंज पर्याप्त हैं। एनालॉग डिवाइसेज ने सरफेस माइक्रोमशीनिंग के औद्योगीकरण का बीड़ा उठाया है और एमईएमएस और इंटीग्रेटेड सर्किट के सह-एकीकरण को महसूस किया है।
वेफर बॉन्डिंग में एक समग्र संरचना बनाने के लिए दो या दो से अधिक सबस्ट्रेट्स (सामान्यतः एक ही व्यास वाले) को एक दूसरे से जोड़ना सम्मिलित है। कई प्रकार की वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं हैं जिनका उपयोग माइक्रोसिस्टम्स के निर्माण में किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं: डायरेक्ट या फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग, जिसमें दो या दो से अधिक वेफर्स एक साथ बंधे होते हैं जो सामान्यतः सिलिकॉन या कुछ अन्य सेमीकंडक्टर सामग्री से बने होते हैं; एनोडिक बॉन्डिंग जिसमें बोरॉन-डोप्ड ग्लास वेफर सेमीकंडक्टर वेफर, सामान्यतः सिलिकॉन से जुड़ा होता है; थर्मोकंप्रेशन बॉन्डिंग, जिसमें वेफर बॉन्डिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए एक मध्यस्थ पतली-फिल्म सामग्री परत का उपयोग किया जाता है; और यूटेक्टिक बॉन्डिंग, जिसमें दो सिलिकॉन वेफर्स को जोड़ने के लिए सोने की एक पतली-फिल्म परत का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में से प्रत्येक का परिस्थितियों के आधार पर विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं सफलतापूर्वक बॉन्डिंग के लिए तीन आधारभूत मानदंडों पर निर्भर करती हैं: बॉन्ड किए जाने वाले वेफर्स पर्याप्त रूप से फ्लैट होते हैं; वेफर सतहें पर्याप्त रूप से चिकनी होती हैं; और वेफर सतहें पर्याप्त रूप से साफ हैं। वेफर बॉन्डिंग के लिए सबसे कड़े मानदंड सामान्यतः डायरेक्ट फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग होते हैं क्योंकि एक या एक से अधिक छोटे कण भी बॉन्डिंग को असफल बना सकते हैं। इसकी तुलना में, मध्यस्थ परतों का उपयोग करने वाले वेफर बॉन्डिंग तरीके अक्सर अधिक क्षमाशील होते हैं।
सेंसर, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग दोनों का उपयोग किया जाता है। लेकिन कई मामलों में इन दोनों के बीच का अंतर कम हो गया है। एक नई नक़्क़ाशी तकनीक, गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी, ने बल्क माइक्रोमशीनिंग के विशिष्ट प्रदर्शन को कंघी संरचनाओं और सतह माइक्रोमशीनिंग के इन-प्लेन ऑपरेशन के साथ जोड़ना संभव बना दिया है। जबकि सरफेस माइक्रोमशीनिंग में संरचनात्मक परत की मोटाई 2 माइक्रोमीटर की सीमा में होना सामान्य है, एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में मोटाई 10 से 100 माइक्रोमीटर तक हो सकती है। HAR सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली सामग्री मोटी पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन होती है, जिसे एपि-पॉली के रूप में जाना जाता है, और बंधुआ सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (SOI) वेफर्स यद्यपि बल्क सिलिकॉन वेफर के लिए प्रक्रियाएं भी बनाई गई हैं (SCREAM)। ग्लास फ्रिट बॉन्डिंग, एनोडिक बॉन्डिंग या एलॉय बॉन्डिंग द्वारा दूसरे वेफर को एमईएमएस संरचनाओं की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। एकीकृत सर्किट सामान्यतः एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग के साथ संयुक्त नहीं होते हैं।
अनुप्रयोग
एमईएमएस के कुछ सामान्य व्यावसायिक अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं:
- इंकजेट प्रिंटर, जो कागज पर स्याही जमा करने के लिए piezoelectric ्स या थर्मल बबल इजेक्शन का उपयोग करते हैं।
- एयरबैग परिनियोजन और इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण सहित बड़ी संख्या में उद्देश्यों के लिए आधुनिक कारों में एक्सेलेरोमीटर।
- जड़त्वीय माप इकाइयाँ (IMU):
- एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर
- रिमोट नियंत्रित, या स्वायत्त, हेलीकाप्टरों, विमानों और मल्टीरोटर्स (ड्रोन के रूप में भी जाना जाता है) में एमईएमएस जाइरोस्कोप, रोल, पिच और यॉ की उड़ान विशेषताओं को स्वचालित रूप से संवेदन और संतुलन के लिए उपयोग किया जाता है।
- एमईएमएस चुंबकीय क्षेत्र संवेदक ( चुंबकत्वमापी ) को दिशात्मक शीर्षक प्रदान करने के लिए ऐसे उपकरणों में भी सम्मिलित किया जा सकता है।
- यव, पिच और रोल का पता लगाने के लिए आधुनिक कारों, हवाई जहाजों, पनडुब्बियों और अन्य वाहनों की एमईएमएस जड़त्वीय नेविगेशन प्रणाली (आईएनएस); उदाहरण के लिए, एक हवाई जहाज का ऑटो-पायलट ।[27]
- उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों जैसे गेम कंट्रोलर (निंटेंडो Wii), व्यक्तिगत मीडिया प्लेयर/सेल फोन (लगभग सभी स्मार्टफोन, विभिन्न एचटीसी पीडीए मॉडल) में एक्सेलेरोमीटर[28] और कई डिजिटल कैमरे (विभिन्न कैनन डिजिटल IXUS मॉडल)। क्षति और डेटा हानि को रोकने के लिए फ्री-फॉल का पता चलने पर हार्ड डिस्क हेड को पार्क करने के लिए पीसी में भी उपयोग किया जाता है।
- एमईएमएस बैरोमीटर
- पोर्टेबल उपकरणों में एमईएमएस माइक्रोफोन, जैसे, मोबाइल फोन, हेड सेट और लैपटॉप। स्मार्ट माइक्रोफोन के बाजार में स्मार्टफोन, पहनने योग्य उपकरण, स्मार्ट होम और ऑटोमोटिव एप्लिकेशन सम्मिलित हैं।[29]
- सटीक तापमान-मुआवजा अनुनादक वास्तविक समय की घड़ियों में।[30]
- सिलिकॉन प्रेशर सेंसर जैसे, कार टायर प्रेशर सेंसर और डिस्पोजेबल रक्तचाप सेंसर
- प्रदर्शन उपकरण जैसे, डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण तकनीक पर आधारित प्रोजेक्टर में डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस (DMD) चिप, जिसमें कई लाख माइक्रोमिरर या सिंगल माइक्रो-स्कैनिंग-मिरर के साथ एक सतह होती है, जिसे microscanner भी कहा जाता है
- ऑप्टिकल स्विचिंग तकनीक, जिसका उपयोग डेटा संचार के लिए स्विचिंग तकनीक और संरेखण के लिए किया जाता है
- प्रयोगशाला-ऑन-अ-चिप, बायोसेंसर, रसायनग्राही के साथ-साथ चिकित्सा उपकरणों के एम्बेडेड घटकों सहित चिकित्सा और स्वास्थ्य संबंधी प्रौद्योगिकियों में जैव-एमईएमएस अनुप्रयोग जैसे। स्टेंट।[31]
- उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में इंटरफेरोमेट्रिक मॉड्यूलेटर डिस्प्ले (IMOD) अनुप्रयोग (मुख्य रूप से मोबाइल उपकरणों के लिए प्रदर्शित), इंटरफेरोमेट्रिक मॉड्यूलेशन बनाने के लिए उपयोग किया जाता है - मिरासोल डिस्प्ले में पाई जाने वाली परावर्तक डिस्प्ले तकनीक
- द्रव त्वरण, जैसे कि माइक्रो-कूलिंग के लिए
- पीजोइलेक्ट्रिक सहित सूक्ष्म पैमाने पर ऊर्जा संचयन,[32] इलेक्ट्रोस्टैटिक और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक माइक्रो हार्वेस्टर।
- माइक्रोमशीन अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर।[33][34]
- एमईएमएस-आधारित लाउडस्पीकर इन-ईयर हेडफ़ोन और श्रवण यंत्र जैसे अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करते हैं
- माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम ऑसिलेटर
- परमाणु बल माइक्रोस्कोपी सहित एमईएमएस आधारित स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी
उद्योग संरचना
माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम के लिए वैश्विक बाजार, जिसमें ऑटोमोबाइल एयरबैग सिस्टम, डिस्प्ले सिस्टम और इंकजेट कार्ट्रिज जैसे उत्पाद सम्मिलित हैं, 2006 में ग्लोबल एमईएमएस/माइक्रोसिस्टम्स मार्केट्स एंड ऑपर्च्युनिटीज के अनुसार कुल $40 बिलियन था, SEMI और योल डेवलपमेंट की एक शोध रिपोर्ट और इसका अनुमान है 2011 तक 72 अरब डॉलर तक पहुंच गया।[35] मजबूत एमईएमएस प्रोग्राम वाली कंपनियाँ कई आकारों में आती हैं। बड़ी फर्में ऑटोमोबाइल, बायोमेडिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे अंतिम बाजारों के लिए उच्च मात्रा वाले सस्ते घटकों या पैकेज्ड समाधानों के निर्माण में विशेषज्ञ हैं। छोटी फर्में नवीन समाधानों में मूल्य प्रदान करती हैं और उच्च बिक्री मार्जिन के साथ कस्टम निर्माण के खर्च को अवशोषित करती हैं। नई एमईएमएस प्रौद्योगिकी का पता लगाने के लिए बड़ी और छोटी दोनों कंपनियां सामान्यतः अनुसंधान एवं विकास में निवेश करती हैं।
2006 में दुनिया भर में एमईएमएस उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों और उपकरणों का बाजार 1 अरब डॉलर तक पहुंच गया। सामग्री की मांग सबस्ट्रेट्स द्वारा संचालित होती है, जो बाजार के 70 प्रतिशत से अधिक, पैकेजिंग कोटिंग्स और रासायनिक यांत्रिक योजनाकरण (सीएमपी) के बढ़ते उपयोग से प्रेरित होती है। जबकि एमईएमएस निर्माण में उपयोग किए गए सेमीकंडक्टर उपकरण का वर्चस्व बना हुआ है, 200 मिमी लाइनों में माइग्रेशन होता है और कुछ एमईएमएस अनुप्रयोगों के लिए ईच और बॉन्डिंग सहित नए टूल का चयन होता है।
यह भी देखें
- ब्रैकट (सूक्ष्म प्रौद्योगिकी)
- इलेक्ट्रोमैकेनिकल मॉडलिंग
- इलेक्ट्रोस्टैटिक मोटर
- केल्विन जांच बल माइक्रोस्कोप
- एमईएमएस सेंसर पीढ़ी
- एमईएमएस थर्मल एक्ट्यूएटर
- माइक्रोऑप्टोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम
- माइक्रोऑप्टोमैकेनिकल सिस्टम
- माइक्रोपावर
- गोजर स्मृति * तंत्रिका धूल
- नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम
- फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग
- स्क्रैच ड्राइव एक्ट्यूएटर
संदर्भ
- ↑ Gabriel K, Jarvis J, Trimmer W (1988). Small Machines, Large Opportunities: A Report on the Emerging Field of Microdynamics: Report of the Workshop on Microelectromechanical Systems Research. National Science Foundation (sponsor). AT&T Bell Laboratories.
- ↑ Waldner JB (2008). नैनोकंप्यूटर और स्वार्म इंटेलिजेंस. London: ISTE John Wiley & Sons. p. 205. ISBN 9781848210097.
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अग्रिम पठन
- Journal of Micro and Nanotechnique
- Microsystem Technologies, published by Springer Publishing, Journal homepage
- Geschke, O.; Klank, H.; Telleman, P., eds. (2004). Microsystem Engineering of Lab-on-a-chip Devices. Wiley. ISBN 3-527-30733-8.
बाहरी संबंध
- Chollet, F.; Liu, HB. (10 August 2018). A (not so) short introduction to MEMS. ISBN 9782954201504. 5.4.
