Lehrbuch Mikrosystemtechnik Anwendungen,Grundlagen,Materialien und Herstellung von Mikrosysteinen von Norbert Schwesinger, Carolin Dehne und Frederic Adler Oldenbourg Verlag München
Inhalt 1 Einführung und Anwendungen 1 1.1 Was ist Mikrosystemtechnik? 1 1.2 Beispiele für Anwendungsgebiete 6 1.3 Aufbau des Buches 7 2 Mechanische Grundelemente 9 2.1 Balken und Stäbe; Lager 9 2.1.1 Mikrostrukturierte Si-Balken 19 2.1.2 Lager für mechanische Stellelemente 22 2.2 Platten und Membranen 25 2.3 Vertiefungen 31 2.4 MESA-Strukturen 36 3 Fluidische Grundelemente 39 3.1 Mikrokanäle 39 3.2 Berechnung mikrofluidischer Strukturen 44 3.3 Mikroventile und Mikropumpen 52 4 Wandler 65 4.1 Sensorische Wandler 65 4.1.1 Sensoren in der Mikrosystemtechnik 66 4.1.2 Wandler für Strahlung 67 4.1.3 Thermisch-elektrische Wandler 69 4.1.4 Magnetisch-elektrische Wandler 79 4.1.5 Mechanisch-elektrische Wandler 85 4.1.5.1 Piezoelektrische Wandler 85 4.1.5.2 Piezoresistive Wandler 89 4.1.5.3 Kapazitive Wandler 94 4.1.6 Chemisch-elektrische Wandler 97 4.1.7 Biologisch-elektrische Wandler 101 Inhalt VII
) 4.: 4.: 2.1 4.: 2.2 4. 3 4.3.1 4. 3.2 4. 4 4. 4.1 4. 4.2 4. 4.3 4..4.4 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 5.7 5.8 5.8.1 5.8.2 6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 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 246 250 Metallische Lote 250 Lote für Gläser 252 Herstellung der Mikrokomponenten 255 Verfahren zur Strukturübertragung 255 Maskenprozesse 255 Lackprozesse 9^2 Belichtungsprozess 266
6.1.4 Belichtungstechniken 272 6.1.5 Belichtungsdefekte 276 6.2 Prozesse zur Beeinflussung der Substrateigenschaften 281 6.2.1 Oxidationsprozesse 281 6.2.2 Diffusionsprozesse 292 6.3 Plasmaprozesse 303 6.3.1 Plasmaprozesse in der Mikrotechnik 303 6.3.1.1 Übersicht der Plasmaprozesse 303 6.3.1.2 Grundlagen der Plasmatechnik 304 6.3.2 Ladungsträger in Niederdruckgasentladungen 323 6.3.2.1 Gleichspannungsgasentladung 331 6.3.2.2 Hochfrequenzentladung 334 6.4 Schichtabscheidungsverfahren 341 6.4.1 Abscheideprozesse 341 6.4.2 Chemische Abscheidung aus der Gasphase 342 6.4.3 Zerstäuben im Plasma - Sputtern 360 6.4.4 Beschichtung durch Bedampfen 372 6.4.5 Schichtabscheidung aus der flüssigen Phase 387 6.4.5.1 Spin-on-Verfahren 387 6.4.5.2 Galvanische Schichtabscheidung 390 6.5 Strukturierungsverfahren 396 6.5.1 Isotrope Ätzprozesse 396 6.5.1.1 Reaktionen beim nasschemischen Ätzen 396 6.5.1.2 Nasschemisches Ätzen von Silizium in sauren Lösungsgemischen 399 6.5.2 Richtungsabhängiges nasschemisches Ätzen 409 6.5.2.1 Nasschemisches Ätzen von Silizium in basischen Lösungsgemischen 409 6.5.2.2 Ätzlösungen und Ätzverhalten 412 6.5.3 Trockenchemische Ätzprozesse 429 6.6 Alternative Mikrostrukturierungsverfahren 445 6.6.1 Spritzgießen 445 6.6.2 Heißprägen (Hot Embossing) 449 6.6.3 Laserstrukturierung 450 6.6.4 Funkenerosionsverfahren 454 6.6.5 Spanabhebende mikromechanische Strukturierungsverfahren 456 6.7 Aufstellen des Flowcharts 464 7 Konfektionierung der Mikrokomponenten 471 7.1 Aufbautechnik auf Waferlevel 471 7.1.1 Verbindungstechnik mit Hilfsstoffen 473 7.1.2 Verbindungstechniken ohne Hilfsstoffe 475 7.2 Aufbautechnik auf Chiplevel 482 7.2.1 Fixierungstechniken 482
7.2.2 Anschlusstechniken 484 7.2.3 Gehäusetechniken 491 7.3 Vereinzeln der MikroStrukturen 500 8 Mess- und Prüftechnik (Qualitätsicherungsmanagement) 505 8.1 Prozessmesstechnik 505 8.1.1 Defekte auf Oberflächen 507 8.1.2 Schichtdickenmessung 509 5.2 Charakterisierung von Schichtstrukturen 515 8.3 Charakterisierung von MikroStrukturen 516 8.4 Kontrolle der Funktion mikrostrukturierter Bauelemente 520 9 Entwurf neuartiger, mikrostrukturierter Bauelemente 523 9.1 Allgemeiner Entwurfsprozess 523 9.1.1 Ausgangslage 523 9.1.2 Wege der Lösungsfindung 529 9.2 Umsetzung des Wirkprinzips 542 9.2.1 Entwicklung einer dreidimensionalen, konstruktiven Lösung 542 9.2.2 Transformation des dreidimensionalen Design in ein zweidimensionales Layout.. 543 9.2.3 Verifikation der Lösung 549 9.3 Materialauswahl 554 Verzeichnis der Schlüsselbegriffe 559