ТЕХНОЛОГИИ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ

А.Н. Казакин, М.С. Лурье, Е.Н. Пятышев, И.М. Комаревцев

СПбГПУ, Россия

Разработана технология создания кремниевых объемных МЭМС-устройств, основанная на применении жертвенных слоев макро- и микропористого кремния. Данная технология с успехом применяется в лаборатории МТ и МЭМС СПбГПУ для изготовления микромеханических гироскопов и акселерометров.

На протяжении ряда лет лаборатория МТ и МЭМС СПбГПУ участвует в проекте по созданию отечественных малогабаритных навигационных систем различного назначения, главной частью которых являются кремниевые датчики параметров движения. Навигационная система включает в себя три гироскопа и три акселерометра, основные конструкции и принципы действия которых достаточно подробно описаны в литературе [1].

Для изготовления инерциальных датчиков была выбрана технология "кремний на стекле". В настоящий момент разрабатывается несколько конструкций гироскопов и акселерометров, каждая из которых рассчитана на те или иные диапазоны и точности измерений. Общим для них является "трехмерность" кремниевого чувствительного элемента, характерная для так называемой объемной технологии микромеханики, и емкостной принцип съема сигнала. Поэтому все датчики изготовляются по единому технологическому маршруту [2], который включает в себя следующие операции:

1. Создание рабочего слоя толщиной 25 мкм в стандартной кремниевой пластине диаметром 76 мм (методом диффузии или эпитаксии).

2. Реактивно ионно-плазменное травление кремния (формирование вертикального рельефа с помощью оригинальной установки реактивного ионноплазменного травления (РИПТ) с индукционно-емкостным методом возбуждения плазмы в атмосфере SF₆; в настоящее время анизотропия РИПТ составляет 40:1 при скорости травления 0.3 мкм/мин, глубина травления достигает 70 - 80 мкм).

3. Селективное формирование жертвенного слоя на основе пористого кремния под элементами рабочих структур методом анодирования в растворах плавиковой кислоты.

4. Формирование опорных выступов на стекле и нанесение металлизации.

5. Анодная термодиффузионная сварка кремниевой и стеклянной заготовок.

6. Селективное химическое удаление жертвенного слоя.

Разработанная технология позволяет изготавливать инерциальные преобразователи широкого номенклатурного ряда, а также любые микромеханические датчики сходного принципа действия и конструкций. Точность измерения гироскопов, изготовленных по данной технологии, достигает 1 град/час, акселерометров - 5 мкg (при диапазоне 0...5 g). В настоящий момент ведется подготовка мелкосерийного выпуска данных приборов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Yazdi, N. Micromachined Inertial Sensors / N. Yazdi, F. Ayazi, K. Najafi // Proceeding of The IEEE. Vol. 86. - 1998. - № 8. - pp.115-122.

2. Казакин, А.Н. Кремниевый вибрационный микромеханический гироскоп / А.Н. Казакин, Е. Н. Пятышев // Тез. докл. Второй городской научной конференции студентов и аспирантов по физике полупроводников и полупроводниковой наноэлектронике. СПб.: СПбГТУ, 1998. - C.29.