Mikro- og nanoteknologilaboratoriet. Produksjon i rene omgivelser. Startmateriale. Oksidasjon av overflaten: passivering.

Transkript

1 Mikro- og nanoteknologilaboratoriet microbuilder An integrated modular service for microfluidics and mixed technologies (Ref: Ingelin Clausen) (Ref: Dr.ing. N. Peter Østbø) Mixed Technologies Combination and interaction of different technologies and competences Moulding of plastics Silicon and glass micromachining Packaging and system integration Actuators Electronics Surface functionalization and modification Produksjon i rene omgivelser 4 Startmateriale Oksidasjon av overflaten: passivering SiO 2 Silisium skive Silisium skiver 2-8, tykkelse 100 µm - 2 mm Restivitet: fra Ωcm 25% av jordskorpen er silisium Tørt oksid: Si + O 2 SiO 2 Vått oksid: Si + 2H 2 O SiO 2 + 2H 2 Temperaturer fra o C Oksid tykkelse: 2 nm - 2 µm 5 6 1

2 Ovner: Centrotherm, E1550 HT Ovner: Centrotherm, E1550 HT PECVD: AMS200 "I-speeder" Definere mønster: fotolitografi UV-light PECVD SiO2, Si3N4 & a-si Photomask Silisium SiO 2 CMOS: 0.18 µm linebredde MEMS: > 5 µm (?) Photoresist 9 10 Fotoresist Coater Suss, MA150 CC Aligner

3 Fotolitografi Automatisk inspeksjon Mekaniske strukturer: Etsing Våtets 54.7 o Silisium SiO 2 Etserater: µm/time F(temp, conc) Væsker: EDP, KOH, TMAH Gasser: SF 6, Cl 2, F Tørrets: AMS200 "I-speeder" Tørretsede strukturer Dyp tørrets: Bosch og Cryo Film tørrets SiO2, Si3N4, polysi, Al & polyimide

4 LP-A; sn01; FG-inst: 8Vp-pAC sinus 0Voffset; 25-45kHz(12,5-22,5); 200Hz (100Hz) mellan sampel; 7,8VDC; 1s mellan sampel; flat ingångsfilter; 100ms slutfilter; vektorrepresentation; mätning 7; rumstemperatur, 21,5 C; 31% RH; CO2; Frekvens (Hz) R Täta ( ) Begravde kanaler Metall p n-type silisium anisotropisk RIE isotropisk RIE SiO2 ets SiN LPCVD Metaller: Aluminium, Gull, Titan, Wolfram Diffusjonsbarrierer kan være nødvendig D strukturer: skivebonding Add-on processes piezoelectric thin films 21 Functional surfaces for resonating elements (cantilevers or diaphragms) or for pumps and actuators Attractive for chemical and biochemical sensors Piezorelectric film (PZT) on silicon To be used as stand-alone or to be combined with lab-on-chip systems Utsignal (10=50uV) Photo: MASCOT Prototype acoustic gas sensor in a ceramic package Frequency characteristics of the prototype acoustic gas sensor in CO 2 at room temperature Add-on Piezoelectric thin film prosess I- Wafer Level Processing Add-on Piezoelectric thin film prosess I- Wafer Level Processing On silicon: MEMS-pie PZT process steps including Material deposition and patterning On silicon: MEMS-pie AlN process steps: Or glass: Or glass: Full integration requires significant Process Developement Full integration moderate Process Developement

5 Add-on Piezoelectric thin film prosess II- Wafer Level Packaging Saging Silicon On Silicon: Glass-Silicon-Glass: (Plasma bonding) (Anodic bonding) Uttesting av ferdige komponenter Noen prosjekter Application Examples of piezo-mems Devices Automotive Example: SensoNor Sensors: Parking, Crash, Gas (Air quality-mascot) Tire Pressure Sensors Energy Harvesters (for wireless sensors) FBAR/ SAW-filters (RF) (Ferroelectric Memory) pmuts piezoelectric-micro-ultrasound Transducers Phased Arrays- phase shifters Actuators (micro-pumps, switches,...) Tunable optics Micro-focus lenses filters Lots of others!

6 RF-MEMS switch 1 RF-MEMS switch 2 Capacitive coupling Dielectric GHz frequency Bonded wafers Wafer level packaging Park et al., J. Micromech. Microeng. 16 (2006) Park et al., J. Micromech. Microeng. 16 (2006) Gas sensor Example: MASCOT in operation Per Gerhard Gløersen, SensoNor AS Bertil Hök, Hök Instrument AB Niels Peter Østbø, SINTEF Patents pending CO 2 Humidity Piezoelectric Actuator needed! The MASCOT project was co-financed by the IST programme of the European Commission under grant number IST Applications Example: Sonitor MEMS-pie test wafer design Ultrasound Transducer: Murata Sonitor-IPS Incl. RF-ID (Hök: Gas Sensors) >500 cantilevers, plates, bridges and membranes Sizes from 50 µm to 1.5 mm 15x15 mm squares for easy mounting 4-point bending samples Cantilever Plate 4 wafer design 4-point bending samples Bridges Cantilevers/plates Bridge Membrane Membranes

7 3rd generation test wafer Currently under processing Noen prosjekter Design Acoustic resonators Accelerometers Membrane Arrays Multi-purpose wafer (MPW) with other project Strålings-detektor Sensorer for eksperimenter som avslører naturens innerste hemmeligheter CERN Geneve SINTEFs detektorer er med og jakter på Quarkgluon plasma ved Brookhaven National Lab, USA

8 Silisium detektorer for medisinsk bruk Klarere bilde med silisium pixel detektorer (Mammografi, tannrøntgen) Gass sensor: Måler CO 2 innhold i luften i klasserommet Mikrovekt måler mikrogram Trykksensor for 2000 bar, høye trykk Sensorer for oljeutvinning Trykk-sensor som ikke påvirkes av temperaturforandringer

9 Sensorer for målinger i kroppen Diagnose-system på en chip CMUT. Ultralydtransducer for blodåre Air-bag vinkelhastighets-sensor. Ruller bilen over på siden? Utløs airbag fra siden Gyroskop ferdig pakket Detaljer av gyroskop De tynne bjelkene er 10 mikrometer brede

10 Gass-detektor brukt i Nordsjøen. Infrarød strålingskilde i silisium Inneholder infrarød strålingskilde i silisium Stabil i minst 15 år! Mikroinjeksjon av DNA i bananflue-embryo samarbeid med Stanford, USA Fingeravtrykk sensor Diffraktiv optikk