Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

Mikrosenzory a mikromechanické systémy 174 Základy mikroelektronických technologiíCíle kapitoly: V domácnosti, průmyslu, lékařství, vojenství, zemědělství, … - téměř vevšech oborech lidské činnosti se běžně používá mikrosenzorová technika. Pro pochopenísprávné funkce a vlastností jednotlivých mikrosenzorů je však nutné nejprve seseznámit s technologiemi, jimiž se mikrosenzory vyrábějí. Student si zopakuje principytechnologie tenkých a tlustých vrstev a také některé procesy z technologií výrobypolovodičů, pozná technologie elektrochemické depozice a sol-gel depozice.4.1 Technologie výroby senzorůZákladem mnoha senzorových systémů byly v počátcích rozvoje senzorové technikymechanické, mechanicko-elektrické a fotoelektrické systémy. Tvoří skupinu klasických prvkůstaré generace. Tyto senzory jsou vyráběny v menších sériích, jsou robustní, drahé, ale lze jevyrobit velmi přesně a kvalitně. Tato skupina byla později miniaturizována pomocítechnologií známých z výroby integrovaných obvodů. Skupina miniaturizovaných senzorůbyla rozšířena o senzory, které jinými než mikroelektronickými technologiemi vyrobit nelze(např. senzory, které pracují na principech jevů v polovodičích - Hallův jev, aj).Obecně lze pod pojem mikroelektronické technologie zahrnout oblast návrhu,konstrukčního řešení, výrobních procesů a použitých materiálů a součástekmikroelektronických zařízení. V užším významu jsou pod pojmem mikroelektronickétechnologie chápány výrobní procesy a technologie výroby mikroelektronických zařízení.Tohoto významu bude dále použito v této učebnici. Mikroelektronické technologie lzerozdělit na polovodičové a vrstvové, které se dále dělí na technologii tlustých vrstev atechnologii tenkých vrstev.Polovodičové (monolitické) senzory se vyrábějí běžnými postupy používanými přivýrobě integrovaných obvodů na substrátu monokrystalického křemíku. Základem je tzv. Sitechnologie (oxidace povrchu, fotolitografie, epitaxe, iontová implantace, metalizace).Doplňkem Si technologie je GaAs technologie, která je vhodná pro aplikace nad 150 °C.Tenkovrstvá technologie při výrobě senzorů spočívá ve vytváření monokrystalických,polykrystalických a i amorfních vrstev křemíku, izolantů a kovů o tloušťce 1 nm až 1µm.Vrstvy kovů a některých jejich oxidů se nanášejí vakuovým nebo katodovým napařováním nazákladní vrstvu ze skla, oceli, křemíku nebo umělé hmoty a fotolitografií a selektivnímleptáním se vytvářejí prvky pasivní sítě obvodu senzoru. Vrstvy oxidů lze vytvářet i oxidacíkovů. Technologie tenkých vrstev zajišťuje u senzorů vysokou přesnost (nastavovánílaserovým paprskem), stabilitu, malou časovou konstantu, spolehlivost, malé rozměry ahmotnost a relativně levnou sériovou výrobu s možnou integrací s Si integrovanými obvody.Tlustovrstvová technologie využívá při výrobě vodičů, rezistorů, kapacitorů a speciálníchsenzorových součástek pasty vhodného složení, které se postupně přes síta nanášejí nakeramickou nebo umělohmotnou vrstvu, a pak se suší a vypalují. Podobně jako utenkovrstvové technologie lze takto vyrobené senzory doplňovat integrovanými obvody, a tozapouzdřenými nebo ve formě čipu. Integrované senzory umožňují podstatné zmenšenírozměrů, a tím dochází kromě minimalizace parazitních impedancí a šumů k nárůstu rychlostizpracování signálu, možnosti bezchybné výměny senzorů a snížení výrobních nákladů.Integrace může být rozšířena o integrovanou optiku, u níž jsou zdroje a detektory zářenívčetně zesilovačů a dalších obvodů na jediném čipu s optickými součástkami (vazebnímičleny, modulátory). Integrovanou optikou lze dosáhnout spolehlivého přenosu vláknovými