《炬丰科技-半导体工艺》MEMS的外延氮化镓机械性

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：MEMS的外延氮化镓机械性能研究

编号：JFKJ-21-653

作者：炬丰科技

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摘要

本文介绍了硅衬底上分子束外延生长氮化镓薄膜力学参数的实验测定结果。测定了不同生长参数下氮化镓薄膜的杨氏模量和内应力值。通过接触和光学方法对形成的悬臂梁和梁微结构进行了研究。测量值可用于开发设计和评估基于氮化镓膜的微机电系统的特性。

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介绍

薄膜作为光电子学和高功率射频微电子学的材料在微电子工业中的广泛分布。然而，其压电特性、高化学、温度和辐射稳定性使其成为发展敏感和驱动微机电系统(MEMS)的有前途的材料。

这种传感器器件的设计需要开发高质量氮化镓层的生长和后处理技术。在这种情况下，所得薄膜的电学和弹性特性以及内应力将取决于其生长参数。因此，制造具有氮化镓结构层的微机电系统器件需要对机械性能进行初步测量，并评估工艺参数对其性能的影响。在这项工作中，我们研究了硅衬底上分子束外延生长氮化镓薄膜的杨氏模量和内应力。

从技术角度来看，开发了一种在硅衬底上通过分子束外延生长氮化镓膜以形成机械结构的后处理技术。该技术基于氮化镓结构层的等离子体化学蚀刻，随后释放机械结构。根据这项技术，微机械结构以悬臂和桥式元件阵列的形式生产。

样品制备技术

使用扫描电子显微镜(SEM) Supra 25蔡司研究了生长的样品的形态(见图1)。可以看出，氮化镓纳米柱的聚结过度生长使得可以获得连续的氮化镓层。样品具有相当光滑的表面形貌，氮化镓的总高度约为770纳米。样品的镓极性通过氢氧化钾水溶液中的湿法蚀刻得到证实。

根据测量结果和变形应变计算了薄膜结构的内应力值。对梁微结构的弧形轮廓的测量(图3a，c)显示存在0.006的纵向变形.基于应变数据和杨氏模量，可以确定结构的总纵向内应力。这些值在1. GPa的范围内，与分子束外延生长结构的文献数据非常一致[10]。悬臂型微结构轮廓的曲率对于不同长度(从200到1000微米)的梁阵列是均匀的，并且达到6.06毫米-1.基于获得的薄膜曲率数据和方法，在假设薄膜值线性变化的情况下，可以确定薄膜上下边界之间的内应力比。根据获得的结果，该比值为1.72。

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结论

发展了生长后干燥技术来形成氮化镓微机械结构。为了将外延膜用作微机电系统传感器的功能层，对外延膜的机械性能进行了实验评估。结果显示了这种材料作为微机电系统器件结构层的高前景。

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