Abstrakti
Korkealaatuisten materiaaliominaisuuksiensa vuoksi piillä on viimeisten vuosikymmenten ajan ollut keskeinen asema mikromekaniikan kehityksen kärjessä. Tässä työssä arvioidaan piin syövytysmenetelmien ominaispiirteitä ja niitä hyödyntämällä valmistetaan antureita, jotka ovat äärimmäisen herkkiä mekaanisten voimien havainnoinnissa. Vakiintuneempiin tekniikoihin yhdistellään esimerkiksi atomikerroskasvatusta (ALD) ja kohdistetun ionisuihkun (FIB) avulla tapahtuvaa työstämistä uudenlaisten toiminnallisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.
Väitöskirjassa keskitytään valmistamaan komponentteja yksikiteisestä piistä. Kehitetyt prosessit perustuvat olennaisilta osin anisotrooppiseen tetrametyyliammoniumhydroksidi (TMAH) -märkäsyövytykseen. Työssä tutkitaan materiaalien käyttäytymistä ottamalla huomioon lähtösubstraatteihin, seostukseen ja ohutkalvoihin liittyvät ominaisuudet sekä valmistuksen aikana että lopullisissa rakenteissa. Lisäksi selvitetään sisäisten jäännösjännitysten syntymekanismia mikromekaanisissa laitteissa.
Saavutettuja tuloksia hyödyntämällä valmistettiin menestyksekkäästi mekaanisia antureita, joiden avulla voidaan havaita akustisia aaltoja suurella tarkkuudella. Silicon-on-insulator (SOI)-teknologian erityispiirteitä hyväksikäyttäen toteutettiin vapautettuja, kalvomaisia palkkirakenteita, jotka toimivat erittäin herkkinä mikrofoneina fotoakustisessa spektroskopiassa. Lisäksi ALD-ohutkalvopinnoituksesta todettiin olevan etua värähtelevien piiantureiden toiminnallisten ominaisuuksien muokkaamisessa. Koska yleisenä suuntauksena on tuottaa jatkuvasti yhä pienempikokoisia antureita, kehitettiin myös menetelmä, joka perustuu FIB-ioni-istutuksen käyttöön märkäsyövytysmaskina kolmiulotteisten nanorakenteiden valmistuksessa.
Osa työssä valmistetuista fotoakustisista antureista on käytössä kaupallisissa kaasuanalysattoreissa. Laajemmasta näkökulmasta katsottuna erityisen merkittäviä ovat jännitysten hallintaan liittyvät tulokset, sillä niiden avulla pystytään parantamaan monenlaisten mikro- ja nanomekaanisten laitteiden tuotannon luotettavuutta. Kaikki työssä käytetyt menetelmät ovat yhteensopivia integroitujen piirien (IC) valmistuksen kanssa, mikä mahdollistaa kehitettyjen prosessien yhdistelemisen elektroniikkakomponentteihin sekä siirtämisen teolliseen tuotantoon.
Julkaisun otsikon käännös | Yksikiteiseen piihin pohjautuvien antureiden mikrovalmistustekniikoita |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-5450-6 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-5451-3 |
Tila | Julkaistu - 2013 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- pii
- SOI
- mikromekaaniset laitteet
- anturit
- mikrovalmistustekniikat
- märkäsyövytys
- kohdistettu ionisuihku
- seostus