畢業(yè)論文翻譯任務.txt

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

2、體表面上的流動屏障.快速加熱通過一個電脈沖在膜/電阻上產生熱應力,這反過來阻止閥的打開.所選擇的處理步驟可使晶圓級設備按照標準的 MEMS 加工工具制造.不同尺寸的膜與各種厚度(1,2 和 3 米）進行了測試。能承受高達五巴（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象。當電勢在 14 到 140V 之間變動以及活化能在幾十到幾百毫焦耳之間時，調查閥被激活。 2007 Elsevier B.V. All ri

3、ghts reserved.關鍵詞：熱啟動，單用，微閥1.介紹微流體已被列入能整合微觀尺度轉導的公認有點的諸多分析計劃之一?；镜牧黧w運行對于 TAS 和實驗室用于控制每分鐘流量供應的芯片來書是十分重要的。密封流體存儲和按需提供，即使是一個單一的使用操作，背后的目的是多方面的。舉例來說，一個普通的微流體的應用程序包括提供的分析試劑的樣品用于誘導轉導，提供采樣狀態(tài)信息，如目標化學品的存在或濃度的[1,2]。在便攜式傳感器系統(tǒng)中，通過樣本的

4、攝入量來監(jiān)控水體是有利于自動化流體運輸[2,3]的又一個應用。此外，自動化流體輸送已通過將電解質送入電化學電池 [4-6]的方式成為用來產生能量的“需求”的一種方式。許多文學作品中體現(xiàn)流體輸送機制，而此處文中提及的是一個小樣本[7-14]。氣動或慣性驅動流體設備因為能提供更為廣泛的流量范圍[10?14]的能力使得其優(yōu)于電動控制?；陔x心強制動作的基礎上，CD-風格的平臺，是經典的微流控計劃[11]的例子。體積膨脹材料是另一種選擇，誘導氣

5、動差速器獲得微流[10,12-14]。涉及遠程，無人值守的傳感器，無論是分析的目的或電力生產的應用程序，有著挑戰(zhàn)直接摻入一些可用的微流體計劃的具體的要求。這些要求包括，除了可靠性：低功耗要求，一般很短的時間常數(shù)。一種低功率的移動設備需要的流體輸送高效地進行，從而提供更長的運行壽命的功率源和/或更多的操作裝置周期?？焖衮寗哟_保著精確控制所需的轉導。在傳感器方面，需要減少延時以保證實時數(shù)據(jù)的有效傳遞。建沖[15]等人提出一個有吸引力的流體輸

6、送驅動：由閥包含的一個加壓儲液器，可控的致動組件，該組件在打開時，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。微閥的設計和制造已經有很多報道，只有少數(shù)在本文提及 [16-27]。聚合物和塑料閥和通風口是使用非硅為基礎處理[15,23-26]的創(chuàng)新微型閥的機制，。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)勢來自集成電路產業(yè)，如高產量加工和晶圓級設備制造能力

7、的技術，使低成本生產成為可能。減少所需的驅動分數(shù)焦耳的能量是熱啟動“突發(fā)插件”閥門 Mueller 等人的報告 [27,28]。這里提出的設計，也是基于熱誘導應力，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,這種設計提供了多樣性，如閥可制作成多種尺寸(保證閥實現(xiàn)各種功能的前提下)和多種晶圓。微流體技術的研究和開發(fā)中常用的軟管和流體端口，可輕松連接在設備上，如圖所示。 1

8、B。為了實現(xiàn)高收益的目的,可精心選擇和使用常用的處理步驟。如果設施如圖 1b 得以運行，則致動的能量需求，取決于由閥機構的消耗功率。在微閥的制造和實證研究設計的報告中，要注明低活化能的需求。2。實踐和理論閥設計：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實現(xiàn)各種傳感應用（氣體和壓力傳感器）[29-34]。陶瓷類的材料的熱性能和薄膜沉積的能力允許該裝置的熱質量的降低,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用，但沒有報告表明其在尺寸和形狀上能與白金熱敏電阻相比。在這項工作中，用鉑和金微制造電阻器的多種設計思路被提出。這些設計中激活所需能量的影響已經進行了探討。此外一般準則的設計和制造需要不同的電源規(guī)范，以促進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計如果單次使用的閥（一個陣列被示于圖 1）是用于在存儲氣動能量流體機制，兩個重要的

10、問題必須加以考慮。一方面要有一種理想的有足夠機械強度的膜用于容納加壓流體，膜強度越高,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）進行硅的蝕刻之后可形成電阻圖案，并使用兩個路徑（標記為 A 和 B在圖 3b 中）進行。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)行成批處理化學蝕刻的掩膜。負光致抗蝕劑 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區(qū)域的掩模圖案。 NR 9-1500 PY 的沉積過程是，在 1000rpm 轉速下進行 40 秒離心，然后在熱板 150?C 進行 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 時烘烤 80 秒作為預熱。曝光時間為 20 秒，浸沒顯影時間為 15 秒。經過以上工序得到的光阻厚度約 2.55 微米，可以與一個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。經過使用 RIE 工具（Uniaxis 790 系列，旅游 Pf?ffikonSZ）共進行 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。該時間結束時，光致抗蝕劑層大大變薄，氮化硅與化學蝕刻產生激烈反應。接下來，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 的轉速下的 KOH 溶液中，經 5 小時浸泡后即可得到 500 微米的通孔。報告中 1 0 0 導向的晶圓的速率是大約 100 微米/小時，溶液溫度為 90 度 [37]。在第二路徑（在圖 3b 中標記為 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。這是通過將晶片暴露到 25 分鐘/um 的沉積氮化硅反應性腐蝕中實現(xiàn)的。鋁面具圖案，可以使用升降機或蝕刻技術，采用

14、這種技術與最終閥晶圓的產量和特點沒有明顯的差異。在第一種情況下 NR 9 1000 PY 的使用對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在丙酮（JT Baker 公司 Phillipsburg 的，NJ）中 1 小時 15 分鐘。 其中鋁是通過蝕刻形成圖案的晶片

15、，該金屬首先要進行如前面所述的沉積，然后進行選擇性地蝕刻。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。然后進行一次三溶劑沖洗，然后進行 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）進行處理，當晶片進行到第 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蝕刻。對閥門的單晶片上使用化學蝕刻（路線 A），獲得96％的收益率，但這種處理讓晶圓變得過于脆弱。出于這個原因用路由 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、進行測試所用的設備和協(xié)議的結果與討論4.1。壓力測試的膜可以通過膜的機械性能，預測所制造的膜的強度。但是眾所周知的是，淀積的膜具有的內應力與其沉積技術和條件有關。圖 4 示是由光學輪廓儀 NT3300 維柯（Veeco 公司，NY，USA）產生的圖形，說明實驗所采用膜的彎曲是由于制造膜時產生的殘余應力導致的。這些和其它具有不同的橫向尺寸的膜，D，將被用來測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)制造的膜的內應

18、力。 雖然，如被眾多其他報告中所示 [34-37]，該膜強度足夠處理與晶片的其余部分小于 0.1GPa 的殘余應力。為了流體可以儲存在估計的最高的壓力下，各種尺寸的膜（邊的長度等于 1，1.5，2，2.5，3 和 4 毫米），和各種厚度（1，2，和 3 m 厚）的膜都進行了制造。為了進行測試，使用的是市售 NanoPorts（厄普丘奇 Scientific）。用于測量的最大壓力和獲得該傳感器的校準曲線（MSP-型傳感器從測量?？乒荆┑?/p>

19、示意性的設置如圖 5 所示。這種裝置是通過壓縮泵（CSA 型號 DOA-P704-AA，從飛世爾科技收購）產生壓力。當排氣閥開放時，壓縮機被導通，這閥被慢慢關閉的過程中每一秒都會進行數(shù)據(jù)采取，直到膜失效。圖 6 總結的實驗數(shù)據(jù)點（用作數(shù)據(jù)標志）是，在施加壓力的同時，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度的急劇增加。連續(xù)線曲線代表適合于當前實驗數(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 微米的厚度的膜進行比較。該模型是公式（1）的一個簡化。它假定施加均勻的壓力產生的壓力增量為 ΔP，最大剪切應力為 τ，膜的尺寸為 D，公式 5k 項是一個表偏移量的參數(shù)，其中包括第 2.2 節(jié)中解釋的現(xiàn)象。如圖 6 所示，模型計算與實驗值是相同的。如圖 6 所示，最大尺寸的膜（側面長度 4.0 毫米）在 0.25 到 0.60 的低壓力下會遭到破壞。對于側面尺寸為 3毫米的膜，在 0.30 和 0.65