Thạc Sĩ Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng chế tạo hệ vi cơ - điện cảm biến áp suất ( mems )

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi cơ điện tử (MEMS), việc phát minh ra các linh kiện mới có kích thước vô cùng nhỏ với tính năng ứng dụng cao đã trỏ thành một xu thế tất yếu của công nghệ điện tử hiện đại. Các linh kiện đã được tích hợp theo quy trình sản xuất theo công nghệ cao góp phần thu gọn các sản phẩm điện tử. Công nghệ vi cơ điện tử đã được phát triển mạnh ở nhiều nước và vẫn đang được được đầu tư phát triển vì trong tương lai công nghệ này sẽ góp phần vào việc phát triển ngành công nghệ điện tử với những ưu điểm của nó. Trong “Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam đến năm 2010”đã đưa ra một số hướng cơ điện tử mới, có triển vọng, đó là: hệ vi cơ điện tử (MEMS) và hệ nano cơ điện tử (NEMS).
Việc nghiên cứu MEMS cảm biến áp suất loại áp trở được thực hiện bằng thiết kế mô hình với thông số cụ thể cho một ứng dụng cụ thể. Ngoài việc mô phỏng đặc tính của mô hình với thông số đề ra, tác giả đồng thời cũng nghiên cứu đề suất qui trình chế tạo và mô phỏng quá trình chế tạo cảm biến áp suất loại áp trở.
Nội dung của luận văn được trình bày tóm lược thành các phần như sau:
Chương 1: Tìm hiểu tình hình nghiên cứu MEMS trong và ngoài nước nói chung và lĩnh vực đề tài nói riêng, tổng quan về MEMS, mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài.
Chương 2: Giới thiệu về một số công đoạn chế tạo và kỹ thuật MEMS
Chương 3: Giới thiệu và phân loại về các loại cảm biến áp suất được chế tạo theo công nghệ MEMS
Chương 4: Xây dựng mô hình và qui trình chế tạo cảm biến áp suất loại áp trở
Chương 5: Mô phỏng đặc tính cảm biến - cơ, nhiệt và điện. Đồng thời mô phỏng chế tạo và đề suất bộ mặt nạ cho quá trình chế tạo thử nghiệm tại phòng sạch.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến chân thành của quý thầy cô và các bạn cho việc nghiên cứu và phát triển đề tài được hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
LỜI MỞ ĐẦU
Chương 1 - GIỚI THIỆU
1.1. Tình hình nghiên cứu Hệ vi cơ – điện (MEMS) trong và ngoài nước nói chung và lĩnh vực đề tài nói riêng
1.1.1. Ngoài nước
1.1.2. Trong nước
1.2. Tổng quan MEMS và một số ứng dụng
1.2.1. Giới thiệu tổng quan MEMS
1.2.2. Lịch sử MEMS .
1.2.3. Một số ứng dụng .
1.3. Phòng sạch và một số thiết bị phòng sạch .
1.3.1. Giới thiệu phòng sạch .
1.3.2. Tiêu chuẩn phòng sạch .
1.3.3. Một số thiết bị trong phòng sạch
1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.4.1. Mục tiêu
1.4.2. Nhiệm vụ
-ii-
Chương 2 - MỘT SỐ CÔNG ĐOẠN CHẾ TẠO VÀ KỸ THUẬT MEMS
2.1. Một số công đoạn chế tạo
2.1.1. Vật liệu và cấu trúc tinh thể màng
2.1.1.1. Cấu trúc tinh thể
2.1.1.2. Chế tạo vật liệu bán dẫn
2.1.1.3. Chế tạo màng mỏng .
2.1.1.4. Xác định trục tinh thể
2.1.1.5. Một số tính chất của vật liệu .
2.1.2. Lắng đọng bốc bay vật lý (PVD)
2.1.2.1. Phương pháp bốc bay
2.1.2.2. Phương pháp phún xạ
2.1.3. Lắng đọng bốc bay hóa học
2.1.4. Công đoạn khắc
2.1.4.1. Khắc ướt
2.1.4.2. Khắc Plasma
2.1.5. Kỹ thuật quang khắc .
2.2. Kỹ thuật MEMS
2.2.1. Vi cơ khối .
2.2.1.1. Ăn mòn ướt
2.2.1.2. Ăn mòn khô .
2.2.2. Vi cơ bề mặt
2.2.3. LIGA .
Chương 3 - GIỚI THIỆU CẢM BIẾN ÁP SUẤT
3.1. Giới thiệu .
3.2. Một số ứng dụng của cảm biến áp suất .
3.3. Phân loại cảm biến áp suất
3.3.1. Cảm biến áp suất kiểu tụ .
3.3.2. Cảm biến áp suất cộng hưởng .
3.3.3. Cảm biến áp suất áp điện
3.3.3. Cảm biến áp suất áp trở
3.3.3.1. Nguyên lý hoạt động và phân loại .
3.3.3.2. Cấu tạo .
Chương 4 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ QUI TRÌNH CHẾ TẠO CẢM BIẾN ÁP SUẤT LOẠI ÁP TRỞ
4.1. Thiết kế mô hình
4.1.1. Các thông số cần quan tâm .
4.1.2. Sự ảnh hưởng bởi hình dạng màng .
4.1.3. Sự ảnh hưởng bởi áp trở .
4.1.3.1. Ứng suất và sức căng .
4.1.3.2. Sự thay đổi trong điện trở
4.1.3.3. Hiệu ứng áp trở trong vật liệu Silic .
4.1.3.4. Cách phân bố áp trở trên màng .
4.1.3.5. Mạch cầu Wheatstone .
4.1.4. Tính toán thông số cho mô hình cảm biến với thông số quan tâm
4.1.4.1. Xác định thông số màng
4.1.4.1. Xác định thông số áp trở .
4.2. Qui trình chế tạo
4.2.1. Qui trình chế tạo .
4.2.2. Thiết kế mặt nạ - MASK
Chương 5 - MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
5.1. Mô phỏng thuộc tính cảm biến
5.1.1. Mô phỏng thuộc tính cơ
5.1.1.1. Giới thiệu và đánh giá phần mềm mô phỏng
5.1.1.2. Phân tích độ uốn cong của màng và xét sự thay đổi của các yếu tố
5.1.1.3. Phân tích tần số cộng hưởng của màng .
5.1.2. Mô phỏng đặc tính điện
5.1.2.1. Xét ảnh hưởng của việc chia lưới
5.1.2.2. Xét ảnh hưởng của tỉ số L/H đối với điện thế ngõ ra
5.1.2.3. Xét phân bố áp trở trên màng
5.1.2.4. Mối quan hệ giữa áp suất và điện thế ngõ ra .
5.1.2.5. Xét ảnh hưởng của áp trở
5.1.2.6. Đánh giá ảnh hưởng bởi điện thế nguồn nuôi .
5.1.3. Mô phỏng đặc tính nhiệt .
5.2. Mô phỏng chế tạo cảm biến
5.2.1. Chi tiết hóa qui trình chế tạo
5.2.2. Thiết kế mặt nạ cho đơn cảm biến
-v-
5.2.3. Một số kế quả mô phỏng chế tạo bằng phần mềm Intellisuite .
5.2.4. Đề suất bộ mặt nạ cho wafer 4 inch
Chương 6 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1. Kết luận .
6.2. Kiến nghị .
DANH MỤC CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC