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5-6-5マイクロマイクロメカニカルシステム(mems)とセンサー

5.炭化ケイ素技術

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5-6-5マイクロマイクロメカニカルシステム(mems)とセンサー

2018-01-08

この本のマイクロマシニングに関するheskethの章で説明されているように、シリコンベースのメモリの開発と使用は拡大し続けています。この章のこれまでのセクションでは、従来の半導体電子デバイス用のSICの使用を中心に説明しましたが、sicも新興memsアプリケーションで重要な役割を果たすことが期待されています。極度の硬度や低摩擦など機械的摩耗を低減し、腐食性雰囲気に対して優れた化学的不活性性などのシリコンベースの部材のいくつかの欠点に対処する優れた機械的特性を有する。シリコンの機械的特性が不十分であると思われる電気マイクロモーターやマイクロジェットエンジン発電源の長時間運転が可能であることから、優れた耐久性が検討されている。


残念なことに、シリコンより耐久性のあるものと同じ特性によって、マイクロマシンにはさらに困難なものとなる。現在までに得られたsic-mems結果の厳しい環境のmems構造を作るアプローチは、参考文献124,190で概説されている。湿った化学薬品による単結晶4h-および6h-sicの微細パターンエッチングを行うことができないという欠点5.5.4)は、この電子グレードの機械のマイクロマシニングをより困難にする。従って、今日までのマイクロマシニングの大部分は、シリコンウェーハ上に堆積された電気的に劣ったヘテロエピタキシャル3c型及び多結晶シリコン中に実装されている。バルクマイクロマシニング、表面マイクロマシニング、およびマイクロモールド技術の変形が、共振器およびマイクロモータを含む広範囲のマイクロメカニカル構造を製造するために使用されてきた。ウェハスペースと他のユーザとのコストを共有しながら、ユーザが独自のアプリケーション特有のマイクロマシンデバイスを実現することを可能にする、シリコンウェハマイクロメカニカル製造プロセスプロセスファウンドリサービスに関する標準化された発表が市販されている。


(5.6.2項で説明したような高温トランジスタを含む)シリコン上に堆積されたシリコン層では不可能な高温、低リーク電流を必要とするアプリケーション、4h / 6hシリコンウェハ上のmemとより多くの電子回路を集積するためのコンセプトエピレイヤーと共に提案されている。例えば、ジェットエンジンのより高い温度領域での使用のために開発された圧力センサは、主に、適切なセンサ動作を達成するために低接合リークが必要であるという事実のために、6時間で実施される。オンチップの4h / 6h集積トランジスタエレクトロニクスは、高温感知サイトでの信号調整を有利に可能にする。すべてのマイクロメカニカルベースのセンサーでは、センシング素子に熱機械的に誘発された応力(SICによって可能となるはるかに大きな温度スパンに亘る熱膨張係数の不一致に起因する)が課されるのを最小限に抑えるような方法でセンサーをパッケージ化することが不可欠です。したがって、(セクション5.5.6で前に述べたように)先進的なパッケージングは​​、過酷な環境でのmemの操作上の拡張を有効にするために、Sicを使用することとほぼ同じくらい重要です。


セクション5.3.1で議論したように、厳しい環境センサの主な用途は、汚染を低減しながら燃料効率を改善するために、燃焼機関システムの能動的監視および制御を可能にすることである。この目的のために、sicの高温性能は、触媒金属および金属絶縁体のプロトタイプのガスセンサー構造の実現を可能にし、排出モニタリングアプリケーションおよび燃料システムの漏れ検出に有望である。シリコンでは不可能なこれらの構造物の高温動作は、冷却を必要とせずにエンジンに邪魔にならないようにすることができる非常に小型のセンサにおいて、水素および炭化水素の含有量の変化を、100万分の1の感度で迅速に検出することを可能にする。しかし、これらのシステムが民生用の自動車や航空機に広く普及する準備が整う前に、信頼性、再現性、およびコストベースのガスセンサのさらなる改善が求められています。一般的には、ほとんどのメモリで同じことが言えます。これは、厳しい環境での高い信頼性が、さらなる技術開発によって保証されるまで、広く普及した有益なシステム挿入を達成しません。

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