Micropelucrarea Siliciului

Soluţiile constructive pentru senzorii şi traductorii micromecanici [1; 2;.3] se deosebesc de cele utilizate frecvent astăzi. Pentru că motivul principal al micrometrizării este acela al integrării senzorilor în structuri comune cu sistemele electronice de prelucrare a semnelor, unul din materialele cele mai utilizate pentru confecţionarea lor este siliciul monocristalin.

Analog cu prelucrările mecanice care transformă semifabricatele în piese de diferite forme şi profile, tot aşa microprelucrarea siliciului monocristalin permite obţinerea cavităţilor de diferite forme, a orificiilor deschise, sau închise de membrane plane/profilate, de elemente elastice - de tipul arcurilor lamelare sau al arcurilor spirale plane duble etc.

Producerea acestor forme se bazează pe eroziune chimică umedă, selectivă, anizotropă şi cu influenţarea formei prin dopaj controlat al materialului din care sunt confecţionate [4;5].

Selectivitatea şi anizotropia sunt exploatate în procesul tehnologic de realizare a microstructurilor în sensul capot fi "selectate" materialele straturilor de structurare şi soluţiile de atac, astfel încât acţiunile să fie convergente sau divergente; pe baza anizotropiei recunoscute a materialelor cristaline poate fi accentuată sau diminuată tendinţa de corodare, prin orientarea corespunzătoare a cristalului.

Anizotropia

Anizotropia este capacitatea materialelor cristaline de a prezenta comportări sau proprietăţi fizice diferite, funcţie de distribuţia preferinţială a atomilor sau moleculelor în spaţiu.

In procesul configurării unei microstructuri prin eroziune chimică cu diferite substanţe, comportarea materialului diferă, putând oscila, teoretic, între o izotropie şi o anizotropie totale sau ideale.

Anizotropia poate fi exprimată printr-o relaţie în care apare raportul dintre mărimea corodării pe direcţia de acţiune a substanţei de corodare, care reprezintă adâncimea corodării - h şi mărimea corodării pe direcţie perpendiculară, care reprezintă atacul lateral, e:

Figura 6.1 înfăţişează cele două situaţii ideale: când A=0, pentru corodarea total izotropă şi A = l, pentru corodare total anizotropă.

In realitate orice proces de corodare este caracterizat de un anume grad de anizotropie, deci :

Câteva noţiuni de cristalografie (fig.2) sunt necesare, pentru că întreaga tehnologie a structurilor micromecanice în siliciu monocristalin se bazează pe anizotropia cristalină a acestuia.

Este cunoscut faptul că materialele cristaline (majoritare în rândul corpurilor solide)

sunt structurate in 14 retele tridimensionale de cristalizare (Bravais), provenind din 7 sisteme cristaline de baza, a căror unică celulă elementară este un poliedru cu 6 feţe de forma unui patrulater, 12 muchii şi 8 vârfuri (fig. 2 a); cele 7 sisteme cristaline de baza provin din diferenţa care poate exista între laturile a, b, c, ale poliedrului - constantele reţelei, ca şi între unghiurile dintre laturi α, β, γ.

Pentru notarea vârfurilor sau nodurilor reţelei se foloseşte sistemul de coordonate al celulei elementare, coordonatele nodurilor fiind exprimate în indici care arată valoarea raportului între poziţia reală a nodului şi constanta reţelei, considerată ca valoare unitară - fig.2 b.

Exemple de noduri ale reţelei cristaline; 000, 100, 010, 001, 110, 101, 011, 111.

Sau, pentru reţeaua cubică cu feţe centrate, coordonatele centrelor celor şase feţe vor fi: 1/2 1/2 0, 1/2 0 1/2, 0 1/2 1/2, 1/2 1/2 1, 1/2 1 1/2, 1 1/2 1/2.

Direcţiile cristaline sunt determinate de drepte care conţin cel puţin două noduri. O direcţie cristalină este definită prin indici întregi corespunzători coordonatelor nodului care -prin unire cu originea celulei elementare - determină direcţia (fig. 2 c); indicii sunt introduşi în paranteze pătrate [ ].

Exemple de direcţii ale reţelei cristaline:

[111] este direcţia obţinută prin unirea originei celulei elementare cu nodul 111;

[111] este direcţia obţinută prin unirea originei celulei elementare cu nodul a cărui coordonată c este în sens contrar coordonatei de referinţă.

Totalitatea direcţiilor echivalente din reţeaua cristalină se notează cu paranteze unghiulare < >.

De exemplu, pentru sistemul cubic, diagonalele feţelor cubului formează mulţimea direcţiilor echivalente:

In figura 2 d poate fi văzută mulţimea direcţiilor echivalente ale diagonalelor <111> pentru celula elementară a sistemului cubic:

Planul cristalin este determinat de trei noduri ale reţelei şi este notat prin indicii Miller (h,k,l) introduşi în paranteze rotunde ( ).

Indicii Miller se obţin din raportul; l/Coordonata punctului în care planul cristalin intersectează axa sau axele celulei elementare.