畢業(yè)論文翻譯任務(wù).txt

1、注意:初稿,加粗部分表示沒(méi)有把握 關(guān)于流體應(yīng)用的低能耗、微系統(tǒng)閥的各種設(shè)計(jì)的發(fā)展摘要自動(dòng)化，可控制流體輸送是在微全分析系統(tǒng)（TAS）的一項(xiàng)重要操作。已觸動(dòng)微型閥用于從已填滿(mǎn)的通道中分離加壓流體。該方案大大降低了移動(dòng)的流體所需的能量。一種設(shè)計(jì)思路——微制造和一系列一次性使用閥的性能，它構(gòu)成該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不可分割的一部分，已經(jīng)被提出。閥的可尋址的組成部分是一個(gè)薄金屬歐姆電阻器,電阻器的設(shè)計(jì)決定了驅(qū)動(dòng)電壓.該電阻上有圖案化的由氮化膜構(gòu)成的位于硅晶

2、體表面上的流動(dòng)屏障.快速加熱通過(guò)一個(gè)電脈沖在膜/電阻上產(chǎn)生熱應(yīng)力,這反過(guò)來(lái)阻止閥的打開(kāi).所選擇的處理步驟可使晶圓級(jí)設(shè)備按照標(biāo)準(zhǔn)的 MEMS 加工工具制造.不同尺寸的膜與各種厚度(1,2 和 3 米）進(jìn)行了測(cè)試。能承受高達(dá)五巴（3 毫米*3 毫米，3 米厚的硅氮化合物膜）的壓力差的閥被選擇為研究對(duì)象。當(dāng)電勢(shì)在 14 到 140V 之間變動(dòng)以及活化能在幾十到幾百毫焦耳之間時(shí)，調(diào)查閥被激活。 2007 Elsevier B.V. All ri

3、ghts reserved.關(guān)鍵詞：熱啟動(dòng)，單用，微閥1.介紹微流體已被列入能整合微觀尺度轉(zhuǎn)導(dǎo)的公認(rèn)有點(diǎn)的諸多分析計(jì)劃之一?；镜牧黧w運(yùn)行對(duì)于 TAS 和實(shí)驗(yàn)室用于控制每分鐘流量供應(yīng)的芯片來(lái)書(shū)是十分重要的。密封流體存儲(chǔ)和按需提供，即使是一個(gè)單一的使用操作，背后的目的是多方面的。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)普通的微流體的應(yīng)用程序包括提供的分析試劑的樣品用于誘導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)，提供采樣狀態(tài)信息，如目標(biāo)化學(xué)品的存在或濃度的[1,2]。在便攜式傳感器系統(tǒng)中，通過(guò)樣本的

4、攝入量來(lái)監(jiān)控水體是有利于自動(dòng)化流體運(yùn)輸[2,3]的又一個(gè)應(yīng)用。此外，自動(dòng)化流體輸送已通過(guò)將電解質(zhì)送入電化學(xué)電池 [4-6]的方式成為用來(lái)產(chǎn)生能量的“需求”的一種方式。許多文學(xué)作品中體現(xiàn)流體輸送機(jī)制，而此處文中提及的是一個(gè)小樣本[7-14]。氣動(dòng)或慣性驅(qū)動(dòng)流體設(shè)備因?yàn)槟芴峁└鼮閺V泛的流量范圍[10?14]的能力使得其優(yōu)于電動(dòng)控制?；陔x心強(qiáng)制動(dòng)作的基礎(chǔ)上，CD-風(fēng)格的平臺(tái)，是經(jīng)典的微流控計(jì)劃[11]的例子。體積膨脹材料是另一種選擇，誘導(dǎo)氣

5、動(dòng)差速器獲得微流[10,12-14]。涉及遠(yuǎn)程，無(wú)人值守的傳感器，無(wú)論是分析的目的或電力生產(chǎn)的應(yīng)用程序，有著挑戰(zhàn)直接摻入一些可用的微流體計(jì)劃的具體的要求。這些要求包括，除了可靠性：低功耗要求，一般很短的時(shí)間常數(shù)。一種低功率的移動(dòng)設(shè)備需要的流體輸送高效地進(jìn)行，從而提供更長(zhǎng)的運(yùn)行壽命的功率源和/或更多的操作裝置周期?？焖衮?qū)動(dòng)確保著精確控制所需的轉(zhuǎn)導(dǎo)。在傳感器方面，需要減少延時(shí)以保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效傳遞。建沖[15]等人提出一個(gè)有吸引力的流體輸

6、送驅(qū)動(dòng)：由閥包含的一個(gè)加壓儲(chǔ)液器，可控的致動(dòng)組件，該組件在打開(kāi)時(shí)，為所需的微通道提供流體。微閥，一般低功率即可激活，故而可以利用該方案。微閥的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)有很多報(bào)道，只有少數(shù)在本文提及 [16-27]。聚合物和塑料閥和通風(fēng)口是使用非硅為基礎(chǔ)處理[15,23-26]的創(chuàng)新微型閥的機(jī)制，。閥的制造方案中，使用傳統(tǒng)的制造工藝也很普遍[16,18,27,28]。傳統(tǒng)的硅基 MEMS 制造的優(yōu)勢(shì)來(lái)自集成電路產(chǎn)業(yè)，如高產(chǎn)量加工和晶圓級(jí)設(shè)備制造能力

7、的技術(shù)，使低成本生產(chǎn)成為可能。減少所需的驅(qū)動(dòng)分?jǐn)?shù)焦耳的能量是熱啟動(dòng)“突發(fā)插件”閥門(mén) Mueller 等人的報(bào)告 [27,28]。這里提出的設(shè)計(jì)，也是基于熱誘導(dǎo)應(yīng)力，與其他作品的不同在于，閥由被圖案化的薄的電阻膜組成（圖 1a）。相比于那些位于微通道和/或其他流體組件是固定的,這種設(shè)計(jì)提供了多樣性，如閥可制作成多種尺寸(保證閥實(shí)現(xiàn)各種功能的前提下)和多種晶圓。微流體技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)中常用的軟管和流體端口，可輕松連接在設(shè)備上，如圖所示。 1

8、B。為了實(shí)現(xiàn)高收益的目的,可精心選擇和使用常用的處理步驟。如果設(shè)施如圖 1b 得以運(yùn)行，則致動(dòng)的能量需求，取決于由閥機(jī)構(gòu)的消耗功率。在微閥的制造和實(shí)證研究設(shè)計(jì)的報(bào)告中，要注明低活化能的需求。2。實(shí)踐和理論閥設(shè)計(jì)：考慮2.1。在微閥制造材料的選擇方面薄膜電阻器上沉積氮化硅已經(jīng)實(shí)現(xiàn)各種傳感應(yīng)用（氣體和壓力傳感器）[29-34]。陶瓷類(lèi)的材料的熱性能和薄膜沉積的能力允許該裝置的熱質(zhì)量的降低,有利于許多傳感器的能源需求。白金由于與其他金屬[30

9、-33]相比有更高的電阻率使其成為常用的熱敏電阻。盡管氮化硅膜電阻得到一些應(yīng)用，但沒(méi)有報(bào)告表明其在尺寸和形狀上能與白金熱敏電阻相比。在這項(xiàng)工作中，用鉑和金微制造電阻器的多種設(shè)計(jì)思路被提出。這些設(shè)計(jì)中激活所需能量的影響已經(jīng)進(jìn)行了探討。此外一般準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)和制造需要不同的電源規(guī)范，以促進(jìn)其在便攜式傳感器的微型閥中潛在的整合，如圖所示。2.2。理論背景和電阻器的設(shè)計(jì)如果單次使用的閥（一個(gè)陣列被示于圖 1）是用于在存儲(chǔ)氣動(dòng)能量流體機(jī)制，兩個(gè)重要的

10、問(wèn)題必須加以考慮。一方面要有一種理想的有足夠機(jī)械強(qiáng)度的膜用于容納加壓流體，膜強(qiáng)度越高,它就可以承受越高的壓力差，以3.2。硅的蝕刻在晶體背面（空腔形成步驟在圖 3a）進(jìn)行硅的蝕刻之后可形成電阻圖案，并使用兩個(gè)路徑（標(biāo)記為 A 和 B在圖 3b 中）進(jìn)行。在路徑 A 中，第一步驟是背面的氮化硅層刻蝕，而這又可以用作在硅晶片上執(zhí)行成批處理化學(xué)蝕刻的掩膜。負(fù)光致抗蝕劑 NR 9-1500 PY（Futurrex 公司，富蘭克林，NJ），用于在

11、氮化硅在晶片的背面上的正方形適當(dāng)區(qū)域的掩模圖案。 NR 9-1500 PY 的沉積過(guò)程是，在 1000rpm 轉(zhuǎn)速下進(jìn)行 40 秒離心，然后在熱板 150?C 進(jìn)行 80 秒烘烤。 RD-6 被用作顯影劑，之前烘烤的熱板的溫度為 100?C 時(shí)烘烤 80 秒作為預(yù)熱。曝光時(shí)間為 20 秒，浸沒(méi)顯影時(shí)間為 15 秒。經(jīng)過(guò)以上工序得到的光阻厚度約 2.55 微米，可以與一個(gè)Tencor 的 P10（KLA Tencor 公司，圣何塞，加利福

12、尼亞州）接觸表面輪廓模型相比。經(jīng)過(guò)使用 RIE 工具（Uniaxis 790 系列，旅游 Pf?ffikonSZ）共進(jìn)行 115 分鐘處理后晶片中的的硅晶片的背面上所需的正方形區(qū)域上的氮化物就已完全去除。使用的氮化硅蝕刻配方是 CHF3 O2 的 45:5 體積比。該時(shí)間結(jié)束時(shí)，光致抗蝕劑層大大變薄，氮化硅與化學(xué)蝕刻產(chǎn)生激烈反應(yīng)。接下來(lái)，將硅晶片浸泡在 90?C 的 45％KOH 溶液（JTBaker 公司，新澤西州菲利普斯堡）中，以完

13、全蝕刻硅晶片。在一邊攪拌一邊在 250 rpm 的轉(zhuǎn)速下的 KOH 溶液中，經(jīng) 5 小時(shí)浸泡后即可得到 500 微米的通孔。報(bào)告中 1 0 0 導(dǎo)向的晶圓的速率是大約 100 微米/小時(shí)，溶液溫度為 90 度 [37]。在第二路徑（在圖 3b 中標(biāo)記為 B）中，膜制造以創(chuàng)建在晶片上的通孔的第一步驟，是從晶片的背面除去氮化硅。這是通過(guò)將晶片暴露到 25 分鐘/um 的沉積氮化硅反應(yīng)性腐蝕中實(shí)現(xiàn)的。鋁面具圖案，可以使用升降機(jī)或蝕刻技術(shù)，采用

14、這種技術(shù)與最終閥晶圓的產(chǎn)量和特點(diǎn)沒(méi)有明顯的差異。在第一種情況下 NR 9 1000 PY 的使用對(duì)晶片的背面上的貫通孔的形成有決定性作用。其次是使用 ATC 1800 系列濺射系統(tǒng)（AJA 北 Scituate 公司，馬薩諸塞州）進(jìn)行 15 分鐘的鋁濺射，能形成約 0.270 微米的厚度層。剝離圖案所需的鋁需浸沒(méi)在丙酮（JT Baker 公司 Phillipsburg 的，NJ）中 1 小時(shí) 15 分鐘。 其中鋁是通過(guò)蝕刻形成圖案的晶片

15、，該金屬首先要進(jìn)行如前面所述的沉積，然后進(jìn)行選擇性地蝕刻。酸性蝕刻（鋁蝕刻劑 JT貝克菲利普斯堡，NJ）消除了鋁。甲 1813 光致抗蝕劑的使用（與上述相同），用以掩蓋鋁。然后進(jìn)行一次三溶劑沖洗，然后進(jìn)行 1 分鐘的氧等離子體刻蝕一起刪除任何殘留物。然后晶片采用 DRIE 工具（Uniaxis shuttlelock 系統(tǒng)，PfaffikonSZ）進(jìn)行處理，當(dāng)晶片進(jìn)行到第 700 的博世處理周期后，硅就完全形成了3 毫米×3

16、毫米的正方形圖案化電阻下的晶片。圖 3b 顯示圖片的制作膜與尼康的 Eclipse L150 光學(xué)顯微鏡（日本神奈川縣），與 3.2.0 診斷儀器（斯特林高地，MI）數(shù)碼相機(jī)連接。所有的膜（每晶片裝置有 45 片膜）在每塊晶片使用路由 B 處理后都成功地完成化學(xué)蝕刻。對(duì)閥門(mén)的單晶片上使用化學(xué)蝕刻（路線 A），獲得96％的收益率，但這種處理讓晶圓變得過(guò)于脆弱。出于這個(gè)原因用路由 A 制造的方法被遺棄，即使它比路由 B的處理步驟更少.4。為

17、進(jìn)行測(cè)試所用的設(shè)備和協(xié)議的結(jié)果與討論4.1。壓力測(cè)試的膜可以通過(guò)膜的機(jī)械性能，預(yù)測(cè)所制造的膜的強(qiáng)度。但是眾所周知的是，淀積的膜具有的內(nèi)應(yīng)力與其沉積技術(shù)和條件有關(guān)。圖 4 示是由光學(xué)輪廓儀 NT3300 維柯（Veeco 公司，NY，USA）產(chǎn)生的圖形，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)所采用膜的彎曲是由于制造膜時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的。這些和其它具有不同的橫向尺寸的膜，D，將被用來(lái)測(cè)試他們能承受的最大壓力。這些圖表清楚地表明，LPCVD 沉積的確誘發(fā)制造的膜的內(nèi)應(yīng)

18、力。 雖然，如被眾多其他報(bào)告中所示 [34-37]，該膜強(qiáng)度足夠處理與晶片的其余部分小于 0.1GPa 的殘余應(yīng)力。為了流體可以?xún)?chǔ)存在估計(jì)的最高的壓力下，各種尺寸的膜（邊的長(zhǎng)度等于 1，1.5，2，2.5，3 和 4 毫米），和各種厚度（1，2，和 3 m 厚）的膜都進(jìn)行了制造。為了進(jìn)行測(cè)試，使用的是市售 NanoPorts（厄普丘奇 Scientific）。用于測(cè)量的最大壓力和獲得該傳感器的校準(zhǔn)曲線（MSP-型傳感器從測(cè)量專(zhuān)科公司）的

19、示意性的設(shè)置如圖 5 所示。這種裝置是通過(guò)壓縮泵（CSA 型號(hào) DOA-P704-AA，從飛世爾科技收購(gòu)）產(chǎn)生壓力。當(dāng)排氣閥開(kāi)放時(shí)，壓縮機(jī)被導(dǎo)通，這閥被慢慢關(guān)閉的過(guò)程中每一秒都會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采取，直到膜失效。圖 6 總結(jié)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)（用作數(shù)據(jù)標(biāo)志）是，在施加壓力的同時(shí)，發(fā)生的各種硅氮化膜的破損情況。在該圖中，它清楚地示出膜隨著尺寸減少充氣強(qiáng)度的急劇增加。連續(xù)線曲線代表適合于當(dāng)前實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型。由于只有最大的膜（D = 4）的厚度等于 3微米

20、爆發(fā)，此模型僅用于與 1 和 2 微米的厚度的膜進(jìn)行比較。該模型是公式（1）的一個(gè)簡(jiǎn)化。它假定施加均勻的壓力產(chǎn)生的壓力增量為 ΔP，最大剪切應(yīng)力為 τ，膜的尺寸為 D，公式 5k 項(xiàng)是一個(gè)表偏移量的參數(shù)，其中包括第 2.2 節(jié)中解釋的現(xiàn)象。如圖 6 所示，模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)值是相同的。如圖 6 所示，最大尺寸的膜（側(cè)面長(zhǎng)度 4.0 毫米）在 0.25 到 0.60 的低壓力下會(huì)遭到破壞。對(duì)于側(cè)面尺寸為 3毫米的膜，在 0.30 和 0.65