基于聚酰亞胺襯底的柔性MEMS技術(shù)及在傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士學(xué)位論文基于聚酰亞胺襯底的柔性MEMS技術(shù)及在傳感器中的應(yīng)用研究姓名：肖素艷申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)指導(dǎo)教師：李昕欣車(chē)錄鋒20071224用旋涂法，得到了小于10I_tm的各種不同厚度的PDMS薄膜；當(dāng)分別用三種不同的方法測(cè)量PDMS薄膜的厚度時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)相同的PDMS涂層試樣，采用臺(tái)階儀測(cè)量時(shí)，其探針施加lmg力時(shí)所測(cè)得的厚度與電子掃描顯微鏡測(cè)得的厚度相當(dāng)，而且得到的PD

2、MS薄膜的厚度與探針壓力的關(guān)系為近似的雙曲線(xiàn)；用光學(xué)輪廓儀測(cè)量時(shí)結(jié)果則偏小。(4)PDMS的濕法和干法刻蝕研究：濕法刻蝕采用甲基吡咯烷酮州MPC16H36FN)和四丁基氟化銨(TBAFC5H9NO)試劑的混合液腐蝕，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)側(cè)向腐蝕較嚴(yán)重，不能滿(mǎn)足MEMS應(yīng)用的精度要求；干法刻蝕在低溫感應(yīng)耦合等離子刻蝕系統(tǒng)(Alcatel601E)進(jìn)行，首次采用光刻膠AZ4620為掩模刻蝕PDMS，并得到比較理想的刻蝕參數(shù)：100％SF6，流速200

3、sccm，功率1500W，壓強(qiáng)為O02mbar，平均腐蝕速度為04201arn／min。(5)柔性器件釋放的新方法：首次在液態(tài)PI襯底和剛性載體之間引進(jìn)PDMS涂覆層作為中間分離層，利用熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的熱應(yīng)力，可輕易將PI柔性器件從載體上分離下來(lái)；在實(shí)驗(yàn)中，將PI結(jié)構(gòu)層的完全同化采用器件分離前和分離后兩個(gè)不連續(xù)的加熱方式完成，解決了PDMS不耐高溫的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了與MEMS兼容的丁藝。該制作方法與常規(guī)的犧牲層釋放的方法相比，不僅簡(jiǎn)

4、化了_T藝，降低了成本，而且提高了成品率。這種方法為其它基于液態(tài)PI襯底的MEMS器件的研究提供了非常有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。(6)柔性鉑薄膜電阻溫度傳感器的研制：分別以同態(tài)PI和液態(tài)涂覆PI為襯底成功研制出三種制作柔性鉑薄膜電阻溫度傳感器的方法。三種方法制作的鉑薄膜厚度依次為100rim、120nm和120nm，實(shí)驗(yàn)測(cè)得三者的電阻溫度系數(shù)分別約為O0023／。C、000291／(2和000280／(2，且均具有良好的線(xiàn)性。并且實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到：當(dāng)輸

5、入電流為10mA時(shí)，第二種方法制作的鉑薄膜電阻溫度傳感器的平均電阻靈敏度分別為112劍℃；當(dāng)輸入電流為8mA時(shí)，第三種制作的鉑薄膜溫度傳感器的平均電阻靈敏度為0781D／C。與硅基MEMS溫度傳感器相比，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和制作工藝，降低了制作成本，特別是減小了溫度傳感器的熱容，因而加快了熱響應(yīng)速度。(7)柔性電容式觸覺(jué)力傳感器的研制：以PI為襯底，成功研制出由多層薄膜組成的電容式觸覺(jué)力傳感器的制作方法。通過(guò)工藝優(yōu)化，在PDMS介電層上額外涂覆