Lehrbuch Mikrosystemtechnik

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1 Lehrbuch Mikrosystemtechnik Anwendungen,Grundlagen,Materialien und Herstellung von Mikrosysteinen von Norbert Schwesinger, Carolin Dehne und Frederic Adler Oldenbourg Verlag München

2 Inhalt 1 Einführung und Anwendungen Was ist Mikrosystemtechnik? Beispiele für Anwendungsgebiete Aufbau des Buches 7 2 Mechanische Grundelemente Balken und Stäbe; Lager Mikrostrukturierte Si-Balken Lager für mechanische Stellelemente Platten und Membranen Vertiefungen MESA-Strukturen 36 3 Fluidische Grundelemente Mikrokanäle Berechnung mikrofluidischer Strukturen Mikroventile und Mikropumpen 52 4 Wandler Sensorische Wandler Sensoren in der Mikrosystemtechnik Wandler für Strahlung Thermisch-elektrische Wandler Magnetisch-elektrische Wandler Mechanisch-elektrische Wandler Piezoelektrische Wandler Piezoresistive Wandler Kapazitive Wandler Chemisch-elektrische Wandler Biologisch-elektrische Wandler 101 Inhalt VII

3 ) 4.: 4.: : Mehrstufige sensorische Wandler 105 Mehrstufige Wandlungsprinzipien 105 Mehrfachwandler 112 Aktorische Wandler H4 Direkte Wandler H5 Indirekte Wandler 125 Generatorische Wandler 145 Strahlungswandler 146 Thermogeneratoren 149 Mechanische Mikrogeneratoren 151 Chemische Energieerzeugung 158 Basis-/Substratmaterialien 163 Silizium 163 Herstellung von Silizium-Wafern 164 Charakterisierung von Silizium 173 Glas, Quarzglas 177 Keramiken und piezoelektrische Materialien 182 Differenzierung der Keramiken 183 Piezoelektrischer Effekt 185 Eigenschaften ausgewählter Piezoelektrika 190 Metalle 207 Polymere 213 Fotolacke 217 Mikrostrukturierbare polymere Feststoffe 225 Klebstoffe 227 Schichtwerkstoffe 231 Dotierte Schichten 232 Isolations-, Passivierungs- und Maskierungsschichten 233 Metalle und elektrisch leitende Schichten 238 Polymerschichten 239 Dotierstoffe Metallische Lote 250 Lote für Gläser 252 Herstellung der Mikrokomponenten 255 Verfahren zur Strukturübertragung 255 Maskenprozesse 255 Lackprozesse 9^2 Belichtungsprozess 266

4 6.1.4 Belichtungstechniken Belichtungsdefekte Prozesse zur Beeinflussung der Substrateigenschaften Oxidationsprozesse Diffusionsprozesse Plasmaprozesse Plasmaprozesse in der Mikrotechnik Übersicht der Plasmaprozesse Grundlagen der Plasmatechnik Ladungsträger in Niederdruckgasentladungen Gleichspannungsgasentladung Hochfrequenzentladung Schichtabscheidungsverfahren Abscheideprozesse Chemische Abscheidung aus der Gasphase Zerstäuben im Plasma - Sputtern Beschichtung durch Bedampfen Schichtabscheidung aus der flüssigen Phase Spin-on-Verfahren Galvanische Schichtabscheidung Strukturierungsverfahren Isotrope Ätzprozesse Reaktionen beim nasschemischen Ätzen Nasschemisches Ätzen von Silizium in sauren Lösungsgemischen Richtungsabhängiges nasschemisches Ätzen Nasschemisches Ätzen von Silizium in basischen Lösungsgemischen Ätzlösungen und Ätzverhalten Trockenchemische Ätzprozesse Alternative Mikrostrukturierungsverfahren Spritzgießen Heißprägen (Hot Embossing) Laserstrukturierung Funkenerosionsverfahren Spanabhebende mikromechanische Strukturierungsverfahren Aufstellen des Flowcharts Konfektionierung der Mikrokomponenten Aufbautechnik auf Waferlevel Verbindungstechnik mit Hilfsstoffen Verbindungstechniken ohne Hilfsstoffe Aufbautechnik auf Chiplevel Fixierungstechniken 482

5 7.2.2 Anschlusstechniken Gehäusetechniken Vereinzeln der MikroStrukturen Mess- und Prüftechnik (Qualitätsicherungsmanagement) Prozessmesstechnik Defekte auf Oberflächen Schichtdickenmessung Charakterisierung von Schichtstrukturen Charakterisierung von MikroStrukturen Kontrolle der Funktion mikrostrukturierter Bauelemente Entwurf neuartiger, mikrostrukturierter Bauelemente Allgemeiner Entwurfsprozess Ausgangslage Wege der Lösungsfindung Umsetzung des Wirkprinzips Entwicklung einer dreidimensionalen, konstruktiven Lösung Transformation des dreidimensionalen Design in ein zweidimensionales Layout Verifikation der Lösung Materialauswahl 554 Verzeichnis der Schlüsselbegriffe 559