Диссертация (1143641), страница 6
Текст из файла (страница 6)
На рисунке 1.2(а) показана идея этого метода. В этом случае используется обычнаякамера для ХОГФ. В качестве материала для нагревателя длиной 100 мкм и шириной 5 мкмиспользовался поликремний. На рисунке 1.2(б) показаны результаты осаждения УНТ.(а)(б)Рисунок 1.2 – Процесс локального осаждения УНТ: (а) схема устройства; (б) – СЭМизображения выращенных нанотрубок [62]Нанотрубки наиболее эффективно росли на расстоянии примерно 35 мкм от центранагревателя.Наблюдаемыйхарактерраспределенияростананотрубокопределялсяраспределения поля температуры на нагревателе.
Длина нанотрубок составляла около 5 мкмпри диаметре 10-50 нм, скорость роста около 0.25 мкм/мин.В работе [64] описан процесс локального осаждения углеродных нанотрубок вмикрореакторе для ХОГФ на металлическом катализаторе. Для пространственного ограниченияобласти осаждения выбрана технология локального нагрева, которая реализовывалась путемформирования на подложке титанового микронагревателя размером: 50х50 мкм и толщиной 0.5мкм. Электрические выводы сформированы золотой металлизацией. Толщина подложки 300мкм.Нарисунке1.3показанорасчетноераспределениетемпературывобластимикронагревателя, а также зависимости температуры от прилагаемого напряжения.Для реализации процесса локального осаждения из газовой фазы был сконструирован иреализован микрореактор, схема которого показана на рисунке 1.4.
Конструкция включаеткремниевую подложку с крышкой из стекла. Технология изготовления подложки совместно снагревателем показана на рисунке 1.5. Метод анодного бондинга применялся для соединения22кремния со стеклом. Изготовленные чипы кремния, стеклянной крышки и соединеннойструктуры показаны на рисунке 1.6.Рисунок 1.3 – Расчетное распределение температуры около нагревателя (а) и зависимостьмаксимальной температуры от приложенного напряжения (б) [64]Рисунок 1.4 – Схема микрореактора для локального осаждения УНТ [64](а)(б)Рисунок 1.5 – Схема технологического процесса изготовления микрореактора [64]: (а)кремниевая пластина; (б) – стеклянная пластинаРисунок 1.6 – Фотографии изготовленных частей и всего микрореактора в сборе [64]23В изготовленном микрореакторе проводились экспериментальные процессы осажденияуглеродных нанотрубок при следующих параметрах: расход H2 (10 ст.см3/мин), Ar (75ст.см3/мин), C2H2 (50 ст.см3/мин).
При этом наблюдалось локальное осаждение в областимикронагревателя размером около 30х30 мкм.Средний диаметр нанотрубок составлял 15.6 нм при длине около 100-200 нм. Основнаяидея работы заключалась в демонстрации метода локального роста нанотрубок. При такомрешениизадачи(сиспользованиеммикронагревателя),авторамудалосьизбежатьнеобходимости нагревать всю подложку. Это открывает возможность совмещать процессыизготовления полупроводниковых микросхем (с ограниченным тепловым бюджетом) спроцессом роста нанотрубок, который требует длительного высокотемпературного нагрева.Предполагается, что развитие этой технологии откроет возможности по созданию новыхэлектронных устройств с углеродными нанотрубками в качестве функциональных элементов.В обзоре [65] авторы исследовали вопросы технологического применения миниатюрныхплазменных разрядов.
На рисунке 1.7 показана форма газового микроразряда в зависимости отрасстояния между электродамиРисунок 1.7 – Тлеющий микроразряд разряд при атмосферном давлении [65]В такой конфигурации электродов характерный диаметр плазменного разряда составляетоколо 100 мкм. Иная конфигурация электродов использовалась для диэлектрических барьерныхразрядов. Известна микроструктура, изготовленная в кремнии, как это показано на рисунке 1.8.Для формирования топологии обратной пирамиды использовалась операция жидкостногоанизотропного травления.
Это позволяло изготовить структуры размером от 100х100 мкм до10х10 мкм. Поверхность кремния в заключительной стадии покрывалась слоем нитридакремния толщиной 2-4 мкм. Разряд зажигался на частоте 5-15 кГц. Была достигнута удельнаямощность разряда на уровне 250 кВ/см3, что является достаточно большим значением.24Рисунок 1.8 – Схема изготовления и фотографии созданных микроструктур для зажиганиялокального плазменного разряда [65]Пример использования микроплазменных разрядов такого же типа, в том числе и в«многоструйном» исполнении, описан в [65].
На рисунке 1.9 показаны схемы таких систем.Характерные размеры металлических капилляров составляют 200 мкм. Расстояние междукапилляром и электродом составляет от 0.1 до 1 мм.Рисунок 1.9 – Схема и фотография диэлектрических барьерных микроразрядов [65]Развитие таких систем вылилось в появление «плазменных игл» и «плазменныхкарандашей», которые предлагается использовать для самых разнообразных целей, в том числеи для работы с биологическими объектами.В работах [66, 67, 68] рассматривался процесс безмасочного травления кремния.Конструкция используемой экспериментальной установки схематично изображена на рисунке1.10(а). На рисунке 1.10(б) показаны формы получаемых микроразрядов.
В качестве анодаиспользовалась медная фольга толщиной 100 мкм, на поверхность которой наносиласьполиимидная пленка. Отверстия и линии размером 200 мкм формировались механически, послечего структура прижималась к кремниевой пластине. Вся система располагалась в вакуумнойкамере при давлении 10-50 Торр.
В качестве рабочих газов для травления выступала смесьCF4/Ar или SF6/Ar в соотношении (1/3). Скорость травления составляла около 7 мкм/мин. Нарисунке 1.11 показаны сформированные структуры в кремнии.25(а)(б)Рисунок 1.10 – Система для безмасочного травления кремния [68]: (а) Схема установки; (б) Видплазменных микроразрядовРисунок 1.11 – СЭМ изображение вытравленных в кремнии структур [68]Для проведения процесса осаждения нанокристаллов алмаза из газовой смеси CH4/H2использовалась экспериментальная установка, показанная на рисунке 1.12(а).
На рисунке1.12(б) дана фотография плазменных микроразрядов. В качестве катода использоваласьметаллическая трубка с внутренним диаметром 200 мкм, в качестве подложки и анодаиспользовалась молибденовая фольга, которая нагревалась до 800 ºС. В камере создавалосьдавление в диапазоне 100-500 Торр, расходы газов составляли 100 ст.см3/мин для H2 и от 0.1 до1 ст.см3/мин для СH4. В зависимости от расхода метана, давления и расстояния до подложкиосаждались кристаллические частицы субмикронного размера, показанные на рисунке 1.13.В работе [69] показано использование локального плазменного разряда для формированиянаноструктурированных материалов в гибридном реакторе с газовой и жидкой фазой.Применениеплазменныхповерхностибезмикроразрядовиспользованиямасок.можетобеспечиватьПоказаналокальнуювозможностьобработкупроведениятакихвзаимоисключающих процессов, как осаждение и травление. Указанная технология имеетпределы в части уменьшения диаметра обрабатываемой области или диаметра формируемогогазового разряда, поскольку с уменьшением линейного размера системы увеличивается рольграниц области распространения плазмы, на которых происходят процессы рекомбинациизарядов, что существенно уменьшает его стабильность.26(а)(б)Рисунок 1.12 – Система для плазменного осаждения наноалмазов [66]: (а) схема установки; (б)вид плазменных микроразрядовРисунок 1.13 – СЭМ изображение нанокристалла алмаза [66]В работе [70] рассмотрен процесс осаждения оксида алюминия по технологии ХОГФвнутриканаловхимическогомикрореакторадляреформингатоплива.Конструкциямикрореактора показана на рисунке 1.14(а).
На рисунке 1.14(б) представлена схема процессаосаждения оксида алюминия внутри микрореактора.Авторы предлагают новый метод формирования слоя оксида алюминия, который играетроль носителя катализатора, называя его «in-situ CVD». Метод предлагается для решенияпроблемы локального нанесения катализатора. Традиционные способы осаждения носителякатализатора покрывают им всю внутреннюю поверхность микроструктуры, в результате чегохимическая реакция протекает не только на мембране, но и в других местах, снижая общуюэффективность работы системы.
Известные печатные технологии нанесения катализатора, непозволяют получать слои с необходимыми свойствами, поэтому метод локального ХОГФ вмикроканалах видится авторам оптимальным решения проблемы. В качестве реагентов дляосаждения оксида алюминия использовался Al[(CH3)2CHO] 3, пары которого, разбавленныеазотом и кислородом подавались во внутреннюю части микросистемы. Область, где27необходимо проводить осаждение, имела предварительно сформированный нагревательныйэлемент, который поддерживал температуру мембраны на уровне 300 ºС.
Время осаждениясоставляло 10 минут. После этого во внутреннюю структуру подавали раствор [Pt(NH3)4]Cl2,который формировал на оксиде алюминия каталитический слой платины. Рисунок 1.15показывает СЭМ изображение сформированного покрытия на мембране.(а)(б)Рисунок 1.14 – Система для осаждения оксида алюминия [70]: (а) схема микрореактора; (б)схема процесса осаждения оксида алюминия внутри каналов по технологии ХОГФРисунок 1.15 – СЭМ изображение и схема расположения слоя оксида алюминия на мембране вмикрореакторе [70]Изучение функционирования структуры, в частности проведение процесса окисленияводорода показало, что сформированный таким методом слой катализатора имеет лучшуюработоспособность по сравнению со структурами, где катализатор формировался другимиметодами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
