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Atualização: Sáb, 25 de Abril de 2009 às 13h16 | Por: Alessandro Ricardo de Oliveira | RSS
MEMS baseados em a-SiC:H PECVD
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Responsável: - Gustavo Pamplona Rehder
Coordenador: - Marcelo Nelson Páez Carreño

O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS) de carbeto de silício amorfo hidrogenado e outros materiais obtidos por PECVD, visando à obtenção de movimento controlado por efeito Joule induzido. Este estudo foi realizado junto ao Grupo de Novos Materiais e Dispositivos do Laboratório de Microeletrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. A motivação do desenvolvimento desta pesquisa é relacionada ao grande interesse tecnológico e econômico que os sistemas microeletromecânicos vêm adquirindo em diversas áreas. Estes sistemas possibilitam soluções inovadoras que não poderiam ser feitas de outra forma a não ser pela integração de estruturas mecânicas a dispositivos eletro-eletrônicos em um mesmo substrato.

Na primeira parte do trabalho foram fabricadas de Estruturas Estáticas de a-SiC:H. Foram fabricadas micropontes auto-sustentadas de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H), utilizando um processo totalmente baseado em PECVD a baixas temperaturas. Na etapa inicial do trabalho foram exploradas as geometrias das estruturas e as limitações do processo de fabricação. Neste processo, o a-SiC:H foi usado como máscara para a corrosão do silício em KOH e como material estrutural. Após 1,5 horas de corrosão em KOH, o a-SiC:H não apresentou alterações visíveis, possibilitando sua utilização como material de mascaramento para corrosões em KOH. Foi possível obter micropontes de 20 μm a 2 mm de comprimento com praticamente 100% de confiabilidade.

A segunda parte do trabalho demonstrou a obtenção de Movimento Controlado em micropontes auto-sustentadas e descreveu a fabricação e caracterização de sistemas microeletromecânicos de a-SiC:H e SiOxNy de um e dois níveis de metalização atuados termicamente através do efeito Joule induzido. Os dispositivos fabricados mostraram grande reprodutibilidade e resistência mecânica, suportando processos de fabricação agressivos com estruturas auto-sustentadas. Os dispositivos fabricados foram atuados para obter movimento controlado e sincronizado por computador, permitindo simular movimento ciliar em fileiras de cantilevers. Também foi observado que cantilevers possibilitam sua atuação, sem

diminuição na amplitude do movimento, com freqüências de até 150 Hz. Foi observado um deslocamento máximo de 31 μm para cantilevers de 500 μm de comprimento. A determinação da freqüência de ressonância de cantilevers possibilitou a obtenção do módulo de elasticidade do a-SiC:H, para o qual se obteve valores da ordem de 410 GPa, próximos aos valores relatados na literatura.

Este trabalho mostrou um importante desenvolvimento na área de sistemas microeletromecânicos de a-SiC:H e outros materiais depositados por PECVD atuados termicamente. Mostrou também a possibilidade da determinação de características de filmes finos, como o módulo de elasticidade e stress residual localizado, utilizando estruturas auto-sustentadas. E por fim, este trabalho abre caminho para a implementação de MEMS complexos com vários níveis de metalização e diversas camadas estruturais utilizando os processos descritos.

O processo desenvolvido para fabricação de MEMS ativos emprega os seguintes processos e materiais: corte e limpeza do substrato; deposição de a-SiC:H e SiOxNy por PECVD; corrosão de SiOxNy em HF; corrosão de a-SiC:H em plasma de O2 e CHF3; corrosão do Si em KOH; e evaporação do alumínio.,A Figura abaixo ilustra o processo de fabricação de matrizes de cantilevers de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H) obtidos por PECVD.

 

processo

  

O movimento controlado gerado aplicação controlada de corrente aos resistores integrados foi caracterizado utilizando o esquema ilustrado na figura abaixo.

 

frequencia

 

A Figura abaixo ilustra as diferentes matrizes fabricadas utilziando o processo descrito. Foram fabricados grupos de cantilevers de 300 e 500 mícrons de comprimento para atuação térmica induzida pelo efeito Joule.

 

matrizes

 

A amplitudo do movimento dos cantilever foi medida em função da frequência da corrente aplicada ao resistor integrado. A figura abaixo mostra a amplitude do movimento obtido em função da frequência de movimentação do cantilever. É possível notar que apartir de 150 Hz, o amplitude cai dasticamente, no entanto, é possível medir oscilações do cantilever até 7,5 kHz, sua frequência de ressonância.

 

grafico

Tags: MEMS, a-SiC:H, PECVD
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