एमईएमएस: Difference between revisions

[[File:BioMEMS with X-shpaed cantilever.png|thumb|ग्राउंड प्लेट के ऊपर एक्स-आकार के टीआईएन किरण के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप चित्र (ऊंचाई अंतर 2.5 माइक्रोन)। बीच में क्लिप के कारण, जब किरण नीचे की ओर झुकती है तो एक बढ़ता हुआ रीसेट बल विकसित होता है। सही आंकड़ा क्लिप का आवर्धन दिखाता है।<ref name="JAP2013">{{cite journal | display-authors = 3 | author1 = M. Birkholz | author2 =  K.-E. Ehwald | author3 =  T. Basmer | author4 =  P. Kulse | author5=  C. Reich | author6 =  J. Drews | author7 =  D. Genschow | author8 =  U. Haak | author9 =  S. Marschmeyer | author10 =  E. Matthus | author11 =  K. Schulz | author12 =  D. Wolansky | author13 =  W. Winkler | author14 =  T. Guschauski | author15 =  R. Ehwald | title = पूरी तरह से एम्बेडेड बायोमाइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (बायोएमईएमएस) के साथ गीगाहर्ट्ज आवृत्तियों पर ग्लूकोज सांद्रता का पता लगाना| journal = J. Appl. Phys. | volume = 113 | issue = 24 | pages = 244904–244904–8 | year = 2013 | doi = 10.1063/1.4811351| pmid = 25332510 | pmc = 3977869 | bibcode = 2013JAP...113x4904B }}</ref>]]अर्द्धचालक उपकरण रचना में प्रक्रिया तकनीक से एमईएमएस का निर्माण विकसित हुआ है, अर्थात मूल तकनीक सामग्री स्तरों का संकलन हैं, [[फोटोलिथोग्राफी|प्रकाश अश्ममुद्रण]] द्वारा संरूपण और आवश्यक आकृतियों का उत्पादन करने के लिए प्रारूप तैयार किया जाता है।<ref>{{cite book|title=एमईएमएस सामग्री और प्रक्रिया पुस्तिका|vauthors=Ghodssi R, Lin P|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]]|year=2011|isbn=9780387473161|place=Berlin}}</ref>

; [[चीनी मिट्टी|मृत्तिका]]: सिलिकॉन, एल्यूमीनियम और टाइटेनियम के साथ-साथ [[ सिलिकन कार्बाइड | सिलिकन कार्बाइड]]  और अन्य सिरेमिक के [[नाइट्राइड]] भौतिक गुणों के लाभप्रद संयोजनों के कारण एमईएमएस निर्माण में तेजी से लागू होते हैं। [[एल्यूमीनियम नाइट्राइड]] [[वर्टज़ाइट संरचना]] में क्रिस्टलीकृत होता है और इस प्रकार [[pyroelectricity|तापविद्युत्]] और दाब वैद्युत् गुण प्रदर्शित करता है जो संकेतक को सक्षम करता है, उदाहरण के लिए, सामान्य और अपरुपण बलों की संवेदनशीलता के साथ सक्षम होता है।<ref name="PC2009">{{cite journal|vauthors=Polster T, Hoffmann M|date=2009|title=Aluminium nitride based 3D, piezoelectric, tactile sensors|journal=Procedia Chemistry|volume=1|issue=1|pages=144–7|doi=10.1016/j.proche.2009.07.036|doi-access=free}}</ref> दूसरी ओर, [[टाइटेनियम नाइट्राइड]], एक उच्च विद्युत चालकता और बड़े [[लोचदार मापांक]] प्रदर्शित करता है, जिससे अल्ट्राथिन किरण के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक एमईएमएस एक्चुएशन योजनाओं को लागू करना संभव हो जाता है। इसके अलावा, बायोकोरोसियन के खिलाफ टीआईएन का उच्च प्रतिरोध बायोजेनिक वातावरण में अनुप्रयोगों के लिए सामग्री को योग्य बनाता है। चित्र एक TiN ग्राउंड प्लेट के ऊपर 50 एनएम पतली विधा़ने योग्य TiN किरण के साथ एक एमईएमएस [[बायोसेंसर|जैवसंकेतक]] की इलेक्ट्रॉन-सूक्ष्म चित्र दिखाता है। दोनों को एक संधारित्र के विपरीत विद्युतग्र के रूप में संचालित किया जा सकता है, क्योंकि किरण विद्युत रूप से अलग-थलग दीवारों में तय किया जाता है। जब किसी तरल पदार्थ को गुहा में निलंबित किया जाता है तो इसकी श्यानता किरण को आधार प्लेट पर विद्युत आकर्षण से झुकने और झुकने के वेग को मापने से प्राप्त हो सकती है।<ref name="JAP2013" />

एमईएमएस प्रसंस्करण में आधारभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स में से एक एक माइक्रोमीटर से लगभग 100 माइक्रोमीटर के बीच कहीं भी मोटाई वाली सामग्री की पतली झिल्लीयों को जमा करने की क्षमता है। एनईएमएस प्रक्रिया समान है, यद्यपि झिल्ली निक्षेपण का माप कुछ नैनोमीटर से लेकर एक माइक्रोमीटर तक होता है। निक्षेपण प्रक्रियाएँ दो प्रकार की होती हैं, जो इस प्रकार हैं।

भौतिक वाष्प निक्षेपण में एक ऐसी प्रक्रिया होती है जिसमें एक सामग्री को लक्ष्य से हटा दिया जाता है, और सतह पर जमा कर दिया जाता है। ऐसा करने की तकनीकों में [[स्पटरिंग]] की प्रक्रिया सम्मिलित है, जिसमें एक आयन किरण एक लक्ष्य से परमाणुओं को मुक्त करता है, जिससे उन्हें मध्यवर्ती स्थान के माध्यम से स्थानांतरित करने और वांछित कार्यद्रव पर जमा करने की अनुमति मिलती है, और वाष्पीकरण (निक्षेपण), जिसमें एक पदार्थ से एक सामग्री वाष्पित हो जाती है। एक निर्वात प्रणाली में गर्मी (तापीय वाष्पीकरण) या एक इलेक्ट्रॉन किरण (ई-किरण वाष्पीकरण) का उपयोग करके लक्ष्य।

रासायनिक निक्षेपण तकनीकों में रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सीवीडी) सम्मिलित है, जिसमें वांछित सामग्री को विकसित करने के लिए स्रोत गैस की एक धारा कार्यद्रव पर प्रतिक्रिया करती है। तकनीक के विवरण के आधार पर इसे और श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए एलपीसीवीडी (कम दबाव वाला रासायनिक वाष्प निक्षेपण) और पीईसीवीडी (प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प निक्षेपण)। ऑक्साइड झिल्लीयों को तापीय ऑक्सीकरण की तकनीक से भी उगाया जा सकता है, जिसमें [[सिलिकॉन डाइऑक्साइड]] की एक पतली सतह परत विकसित करने के लिए (सामान्यतः सिलिकॉन) वेफर को ऑक्सीजन और/या भाप के संपर्क में लाया जाता है।

एमईएमएस में संरूपण एक सामग्री में किसी प्रारूप का स्थानांतरण है।

एमईएमएस संदर्भ में अश्ममुद्रण सामान्यतः प्रकाश जैसे विकिरण स्रोत के चयनात्मक एक्सपोजर द्वारा एक सहज सामग्री में एक प्रतिरूप का स्थानांतरण है। एक सहज सामग्री एक ऐसी सामग्री है जो विकिरण स्रोत के संपर्क में आने पर अपने भौतिक गुणों में परिवर्तन का अनुभव करती है। यदि एक सहज सामग्री को विकिरण के लिए चुनिंदा रूप से प्रकाशित किया जाता है (उदाहरण के लिए कुछ विकिरण को मास्क करके) सामग्री पर विकिरण के प्रतिरूप को प्रकाशित सामग्री में स्थानांतरित कर दिया जाता है, क्योंकि प्रकाशित और अप्रकाशित क्षेत्रों के गुण भिन्न होते हैं।

इस प्रकाशित क्षेत्र को तब हटाया जा सकता है या अंतर्निहित कार्यद्रव के लिए एक मुखौटा प्रदान किया जा सकता है। फोटोअश्ममुद्रण का उपयोग सामान्यतः धातु या अन्य पतली झिल्ली निक्षेपण, गीली और शुष्क निक्षारण के साथ किया जाता है। कभी-कभी, किसी भी प्रकार की पोस्ट निक्षारण के बिना संरचना बनाने के लिए फोटोअश्ममुद्रण का उपयोग किया जाता है। एक उदाहरण SU8 आधारित लेंस है जहां SU8 आधारित वर्ग ब्लॉक उत्पन्न होते हैं। फिर फोटो[[ प्रतिरोध करना | प्रतिरोध करना]] को पिघलाकर एक अर्ध-गोला बनाया जाता है जो लेंस के रूप में कार्य करता है।

[[इलेक्ट्रॉन]] किरण अश्ममुद्रण (प्रायः ई-किरण अश्ममुद्रण के रूप में संक्षिप्त) एक झिल्ली के साथ आच्छादित सतह (प्रतिरोध कहा जाता है) पर प्रतिरूप वाले प्रारूप में इलेक्ट्रॉनों के किरण को स्कैन करने का अभ्यास है।<ref name="mccord">{{cite book|title=माइक्रोलिथोग्राफी, माइक्रोमशीनिंग और माइक्रोफैब्रिकेशन की एसपीआईई हैंडबुक|vauthors=McCord MA, Rooks MJ|publisher=[[SPIE]]|year=1997|isbn=9780819497864|veditors=Choudhury PR|volume=1|location=London|chapter=Electron Beam Lithography|doi=10.1117/3.2265070.ch2|chapter-url=http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spietoc.html}}</ref> प्रतिरोध को प्रकाशित करना तथा प्रतिरोध के प्रकाशित या गैर-प्रकाशित क्षेत्रों को चुनिंदा रूप से हटाना भी इसका एक उदाहरण है। भाश्मलेखन की तरह इसका उद्देश्य अवरोध में बहुत छोटी संरचनाओं का निर्माण करना है, जिन्हें प्रायः निक्षारण द्वारा कार्यद्रव सामग्री में स्थानांतरित किया जा सकता है। यह एकीकृत परिपथों के निर्माण के लिए विकसित किया गया था, और इसका उपयोग नैनोटेक्नोलॉजी आर्किटेक्चर बनाने के लिए भी किया जाता है। इलेक्ट्रॉन किरण अश्ममुद्रण का प्राथमिक लाभ यह है कि यह प्रकाश की [[विवर्तन सीमा]] को पार करने और [[नैनोमीटर]] रेंज में विशेषताएं बनाने के तरीकों में से एक है। मुखौटा रहित अश्ममुद्रण के इस रूप में फोटोअश्ममुद्रण में उपयोग किए जाने वाले [[ photomask | photomask]] बनाने, अर्द्धचालक घटकों के कम मात्रा में उत्पादन, और अनुसंधान एवं विकास में व्यापक उपयोग पाया गया है। इलेक्ट्रॉन किरण अश्ममुद्रण की प्रमुख सीमा थ्रूपुट है, यानी, पूरे सिलिकॉन वेफर या ग्लास कार्यद्रव को प्रकाशित करने में बहुत लंबा समय लगता है। एक लंबा एक्सपोजर समय उपयोगकर्ता को किरण बहाव या अस्थिरता के प्रति संवेदनशील बनाता है जो एक्सपोजर के समय हो सकता है। इसके अलावा, यदि प्रतिरूप दूसरी बार नहीं बदला जा रहा है, तो फिर से काम करने या फिर से डिजाइन करने के लिए टर्न-अराउंड समय अनावश्यक रूप से लंबा हो जाता है।

यह ज्ञात है कि फ़ोकस-[[आयन बीम लिथोग्राफी|आयन किरण अश्ममुद्रण]] में निकटता प्रभाव के बिना अत्यंत महीन रेखाएँ (50 एनएम से कम रेखा और स्थान प्राप्त किया गया है) लिखने की क्षमता है।<ref>{{cite book | chapter-url=https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/beam-lithography | title=अगली पीढ़ी की लिथोग्राफी के लिए सामग्री और प्रक्रियाएं| chapter=Scanning helium ion beam lithography | year=2016 | pages=563–594 | publisher=Elsevier }}</ref> यद्यपि, क्योंकि आयन-किरण अश्ममुद्रण में लेखन क्षेत्र काफी छोटा है, छोटे क्षेत्रों को एक साथ जोड़कर बड़े क्षेत्र प्रतिरूप बनाए जाने चाहिए।

आयन ट्रैक तकनीक एक डीप कटिंग टूल है जिसकी रिज़ॉल्यूशन सीमा लगभग 8 एनएम है जो विकिरण प्रतिरोधी खनिजों, ग्लास और बहुलक पर लागू होती है। यह बिना किसी विकास प्रक्रिया के पतली झिल्लीयों में छिद्र उत्पन्न करने में सक्षम है। संरचनात्मक गहराई को या तो आयन रेंज या सामग्री मोटाई द्वारा परिभाषित किया जा सकता है। पहलू अनुपात कई 10 तक⁴ तक पहुंचा जा सकता है। तकनीक परिभाषित झुकाव कोण पर सामग्री को आकार और बनावट दे सकती है। रैंडम प्रतिरूप, सिंगल-आयन ट्रैक स्ट्रक्चर और अलग-अलग सिंगल ट्रैक्स से युक्त एक लक्षित प्रतिरूप उत्पन्न किया जा सकता है।

[[एक्स-रे लिथोग्राफी|एक्स-रे अश्ममुद्रण]] एक प्रक्रिया है जिसका उपयोग विद्युतकीय उद्योग में एक पतली झिल्ली के कुछ भागों को चुनिंदा रूप से हटाने के लिए किया जाता है। यह कार्यद्रव पर एक ज्यामितीय प्रतिरूप को मास्क से हल्के-संवेदनशील रासायनिक फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित करने के लिए या बस विरोध करने के लिए एक्स-रे का उपयोग करता है। रासायनिक उपचारों की एक श्रृंखला फिर उत्पादित प्रतिरूप को फोटोरेसिस्ट के नीचे की सामग्री में उकेर देती है।

नैनोडायमंड्स की सतह पर उन्हें हानि पहुँचाए बिना प्रतिरूप बनाने या बनाने का एक सरल तरीका प्रकाशकीय उपकरणों की एक नई पीढ़ी को उत्पन्न कर सकता है।<ref>{{Cite web|title=डायमंड पैटर्निंग तकनीक फोटोनिक्स को बदल सकती है|url=https://www.technologyreview.com/2014/03/26/112116/diamond-patterning-technique-could-transform-photonics/|access-date=2022-01-08|website=MIT Technology Review|language=en}}</ref> हीरा संरूपण, हीरा एमईएमएस बनाने की एक विधि है। यह हीरे की झिल्लीयों के अश्म मुद्रीय अनुप्रयोग द्वारा सिलिकॉन जैसे कार्यद्रव के लिए प्राप्त किया जाता है। प्रतिरूप एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड मास्क के माध्यम से चयनात्मक निक्षेपण द्वारा, या निक्षेपण के बाद सूक्ष्मयंत्रण या केंद्रित [[आयन मिलिंग मशीन]] द्वारा निर्मित किया जा सकता है।<ref>{{cite book|title=From MEMS to Bio-MEMS and Bio-NEMS: Manufacturing Techniques and Applications|vauthors=Madou MJ|publisher=CRC Press|year=2011|isbn=9781439895245|series=Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology|volume=3|location=Boca Raton|pages=252}}</ref>

{{Main|निक्षारण (सूक्ष्म रचना)}}

आद्र रासायनिक निक्षारण में एक कार्यद्रव को एक घोल में डुबो कर सामग्री को चयनात्मक रूप से हटाना होता है जो इसे घोल देता है। इस निक्षारण प्रक्रिया की रासायनिक प्रकृति एक अच्छी चयनात्मकता प्रदान करती है, जिसका अर्थ है कि लक्ष्य सामग्री की निक्षारण दर मास्क सामग्री की तुलना में काफी अधिक है यदि सावधानी से चुना गया हो। आद्र निक्षारण या तो आइसोट्रोपिक आद्र etchants या अनिसोट्रोपिक आद्र निक्षारक का उपयोग करके किया जा सकता है। लगभग समान दरों पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन की सभी दिशाओं में आइसोट्रोपिक वेट वगैरह निक्षारण। अनिसोट्रोपिक वेट एच्चेंट्स अन्य विमानों की तुलना में तेज गति से कुछ क्रिस्टल विमानों के साथ अधिमानतः खोदते हैं, जिससे अधिक जटिल 3-डी माइक्रोस्ट्रक्चर को लागू किया जा सकता है। आद्र अनिसोट्रोपिक एच्चेंट्स का उपयोग प्रायः बोरॉन ईचेंट स्टॉप के संयोजन के साथ किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन की सतह को बोरॉन के साथ भारी रूप से डोप किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सिलिकॉन सामग्री परत होती है जो आद्र एच्चेंट्स के लिए प्रतिरोधी होती है। उदाहरण के लिए MEWS दाब संकेतक निर्माण में इसका उपयोग किया गया है।

कुछ एकल क्रिस्टल सामग्री, जैसे कि सिलिकॉन, में कार्यद्रव के क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास के आधार पर अलग-अलग निक्षारण दर होगी। इसे अनिसोट्रोपिक निक्षारण के रूप में जाना जाता है और सबसे आम उदाहरणों में से एक KOH (पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड) में सिलिकॉन की निक्षारण है, जहाँ Si <111> विमान अन्य विमानों ([[क्रिस्टलोग्राफी]]) की तुलना में लगभग 100 गुना धीमी गति से खोदते हैं। इसलिए, एक (100)-सी वेफर में एक आयताकार छेद को निक्षारण करने से 54.7° दीवारों के साथ एक पिरामिड के आकार का निक्षारण का गड्ढा होता है, न कि आइसोट्रोपिक निक्षारण के साथ घुमावदार साइडवॉल वाले छेद के अतिरिक्त।

[[हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल]] सामान्यतः सिलिकॉन डाइऑक्साइड के लिए एक जलीय वशीकरण के रूप में प्रयोग किया जाता है ({{chem|SiO|2}}, जिसे SOI के लिए BOX के रूप में भी जाना जाता है), सामान्यतः 49% केंद्रित रूप में, 5:1, 10:1 या 20:1 BOE (बफ़र्ड ऑक्साइड वगैरह) या BHF (बफ़र्ड HF)। वे पहली बार कांच की निक्षारण के लिए मध्ययुगीन काल में उपयोग किए गए थे। गेट ऑक्साइड को प्रतिरूप करने के लिए आईसी फैब्रिकेशन में इसका इस्तेमाल किया गया था जब तक कि आरआईई द्वारा प्रक्रिया चरण को बदल नहीं दिया गया। हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल को [[ साफ कमरा |क्लीनरूम]] में अधिक खतरनाक अम्ल में से एक माना जाता है। संपर्क में आने पर यह त्वचा में प्रवेश कर जाता है और सीधे हड्डी में फैल जाता है। इसलिए, जब तक बहुत देर नहीं हो जाती, तब तक हानि महसूस नहीं होती है।