微系统设计制造中的工程科学

1、微系统设计制造中的工程科学 -物质中的原子结构-离子和离子化-物质的分子理论和分子间力- 半导体搀杂- 扩散工艺- 等离子物理- 电化学- 电液动力学- 量子物理学普通物理内容: 不熟悉的话请复习!自学!半导体搀杂: 通过植入一定的外来夹杂物的方法来降低半导体的电阻率.-在MEMS中的作用: a) 提高电导率; 提高压阻系数. b) 改变材料在腐蚀中的抵抗力.-类型: P型(掺硼), N型(掺砷或磷)-方式: 高温扩散, 离子注入电阻率随搀杂浓度的变化情况见图3-8扩散工艺: 见p73-79辉光放电与等离子体 溅射的基本过程(以DC作用下的溅射为例)。在下图的真空系统中，靶材是需要溅射的材料，

2、它作为阴极，相对于阳极的衬底加有数千伏的电压。阳极可以是接地的，也可以处于浮动电位或处于一定的正负电位。在对系统预抽真空之后，充入适当压力的惰性气体，例如Ar作为气体放电的载体，压力一般处于10-1-10Pa的范围内。在正负电极高压的作用下，极间的气体原子被大量电离。电离过程使Ar原子变成Ar+离子和可以独立运动的电子，其中电子飞向阳极，而带正电的Ar+离子则在高压电场的作用下高速飞向作为阴极的靶材，并在与靶材的撞击过程中释放处其能量。离子高速撞击的结果之一就是相当多的原子获得高能量，使其可以脱离靶材而飞向衬底。 相对而言，溅射过程比蒸发过程要复杂得多，其定量描述也要困难得多。等离子物理辉光放

3、电的物理基础如图示直流气体放电系统，电极之间由电动势E的直流电源提供电压V和电流I，并以电阻R作为限流电阻。系统中各电参数之间的关系V=E-IR使真空容器中Ar的压力保持为1Pa，并逐渐提高两个电极之间的电压。在开始时电极之间几乎没有电流流过。因为这时气体原子大多处于中性状态，只有极少数的原子受到高能宇宙射线的激发产生电离，他们在电场的作用下作定向运动，在宏观上表现处很微弱的电流，如图曲线的开始阶段。随着电压的升高，电离粒子的运动也随之加快，即放电电流随电压增加而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而升高，即电流达到一个饱和值，它取决于气体中原来已经电离的原子数。当电压继

4、续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加，电子的碰撞开始导致气体分子电离，同时离子对阴极的碰撞也将产生二次电子发射，这些均导致产生新的离子与电子，即碰撞过程导致离子与电子数目呈雪崩式的增加。这时，随着放电电流的增加，电压变化不大。这种放电过程叫Townsend discharge。在汤生放电的后期，放电开始进入电晕放电阶段。这时，在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电晕光斑，因此这一阶段被称为电晕放电(Corona discharge)；返回1返回2辉光放电(续) 在汤生放电之后，气体突然发生放电

5、击穿现象(Breakdown)。电路的电流大幅度增加，同时放电电压显著下降。这时由于这时的气体已经被击穿，因而气体的内阻将随着电离度的增加而显著下降，放电区由原来的只集中与阴极边缘和不规则处变成向整个电极上扩展。在这一阶段，导电离子的数目大大增加，在碰撞过程中的能量也足够高，因此辉产生明显的辉光。(正常辉光放电区) 电流的继续增加将使得辉光区域扩展到整个放电长度上，辉光亮度提高，电流增加的同时电压也开始上升。这时由于放电已扩展至整个电极区域以后，再增加电流就需要相应地提高外电压。(异常辉光放电区)。异常辉光放电区是一般溅射方法常采用地放电形式。 随着电流的继续增加，放电电压将再次突然大幅度下降，电流剧烈增加。这时，放电现象进入电弧放电区。溅射现象:溅射仅是离子对物体表面轰击时所可能发生的物理过程之一。每一种物理过程的相对重要性取决于入射离子的能