طراحي فرآيند ساخت ساده و كم‌هزينه جهت پياده‌سازي آرايه‌اي از تيرك‌هاي يك سر آزاد دو ماده‌اي بر اساس فناوري MEMS

Low cost and simple fabrication of bi-material micro cantilever Array based on MEMS technology

هدف اين مقاله، معرفي يك طراحي فرآيند ساخت ساده به منظور پياده سازي آرايه‌اي از ميكرو تيرك‌هاي يك سر آزاد دو ماده‌اي از جنس SiO2/Al است كه مبتني برپايه فناوري ميكرو ماشين‌كاري حجمي مي‌باشد. به كمك اين فرآيند مي-توان تيرك‌هاي دوماده‌ائي را در آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي با امكانات محدود پياده‌سازي نمود. از نتايج حاصل از اين مقاله مي‌توان براي ساخت حساسه‌ها بر پايه تيرك‌هاي يك سر آزاد از جنس SiO2/Al استفاده نمود. بزرگ‌ترين مشكل فني در ساخت اين نوع از تيرك‌ها به روش ميكرو ماشين‌كاري حجمي، حفاظت از Al در داخل زدايشگرهاي سيليكون از قبيل KOH، EDP و TMAH است كه در اين روش از زدايشگر سيليكون Dual doped TMAH استفاده‌شده است. اين فرآيند با سه عمليات ليتوگرافي يك‌طرفه و يك عمليات ليتوگرافي دوطرفه توسط دو ماسك كرمي و يك ماسك پلاستيكي شفاف تحقق‌يافته است. همچنين با استفاده از معلق سازي تيرك‌ها به روش رهاسازي‌تر در دماي محيط از پيچيدگي رهاسازي تيرك‌ها از لايه قرباني اجتناب شده است. با اين فرآيند، آرايه‌اي از تيرك‌هاي يك سر آزاد دو ماده-اي به طول‌هاي µm50، 100، 150، 200، 250، 300، 350 و 400 و به عرض‌هاي µm20 و 40 باضخامت µm1 براي SiO2 و nm200 براي Al ساخته شده‌اند.

The purpose of this paper is designing a simple fabrication process to construct Al/SiO2 micro cantilever array based on bulk micro-machining technology. By the help of this process, bi-material cantilevers is implemented in a research laboratory with limited facilities.The results of this paper can be considered as the basis of designing and fabricating for Al/SiO2 micro cantilever sensors. Protection of Al in KOH, EDP and TMAH silicon etchant is the biggest technical problem of this type of micro cantilevers using bulk micromachining technique. In this method, Dual doped TMAH is used to fabricate micro cantilever. This process is realized with three single sides and one-double side lithography processes using two-chrome metal and one plastic transparent photomasks. Complexity of releasing the sacrificial layer is avoided using wet releasing of micro cantilever at ambient temperature. Then, Al/SiO2 micro cantilever array is fabricated with 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 and 400μm lengths, 20 and 40μm widths and 1μm and 200nm thickness for SiO2 and Al, respectively.