Технологические аспекты разработки тонкопленочных микромеханических волноводов упругих волн

УДК 539.3;539.8

Д.М. Никулин, В.В. Чесноков, Д.В. Чесноков СГГ А, Новосибирск

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ УПРУГИХ ВОЛН

D.M. Nikulin, V.V. Chesnokov, D.V. Chesnokov SSGA, Novosibirsk

TECHNOLOGICAL ASPECTS OF THIN-FILM MICROMECHANICAL ELASTIC WAVEGUIDES DEVELOPMENT

The results of the preliminary experiments are presented as concerns development of thin-film micromechanical elastic waveguides. The authors have developed and investigated the waveguides in the form of aluminium film strips (0.5 p,m thickness, 500 p,m width) with their ends fixed over the substrate. The feature of the development is that the waveguides were produced on the free nitrocellulose film which was removed afterwards.

Waveguide, elastic waves, thin-film microwaveguides, aluminium film.

При создании измерительных устройств часто используются твердотельные акустические датчики, работа которых основана на использовании поверхностных акустических волн (ПАВ) и на принципе детектирования механических вибраций в твердых телах [1]. Особенностью распространения таких волн в материале является, то, что они формируются на поверхности относительно толстой подложки. Известны также датчики, работающие на упругих волнах изгиба, возникающих в тонкой мембране.

В данной работе исследуются принципы изготовления тонкопленочных микромеханических волноводов упругих волн. Работа является развитием исследований [2, 3].

Последовательность получения тонкопленочных микромеханических волноводов показана на рис. 1. На подготовленную (стандартными методами [4]) стеклянную шайбу с круглым отверстием в центре наносится нитроцеллюлозная пленка таким образом, что над отверстием она находится в свободном натянутом состоянии (рис. 1а). Подложка помещается на дно сосуда с дистиллированной водой, после чего на ее поверхность наносят каплю (0,10-0,15 мл) не растворяющегося в воде раствора нитроцеллюлозы в бутилацетате. После высыхания на поверхности воды образуется твердая пленка нитроцеллюлозы толщиной примерно 0,8-1,2 мкм [5]. Стеклянная подложка медленно вынимается из воды, нитроцеллюлозная пленка ложится на ее поверхность, образуя натянутую мембрану над отверстием шайбы. Далее образец подвергается сушке в термошкафу при температуре 80-100°С.

Затем в вакуумной установке (ВУ-1А) из проволочного вольфрамового испарителя напыляется по диаметру шайбы узкая полоска алюминия, через маску со щелью (рис. 16). Алюминий имеет низкую температуру испарения и, следовательно, низкую температуру паров, поэтому рост слоя металла не

приводит к разрушению нитроцеллюлозной пленки. Подложка с нитроцеллюлозной пленкой при напылении дополнительному нагреву не подвергается.

Рис. 1. Схема операций получения тонкопленочного микромеханического

волновода:

После выноса напыленной структуры из вакуумной установки пленка нитроцеллюлозы удаляется. Полоска алюминия оказывается натянутой над отверстием стеклянной шайбы (рис. 1в).

Удаление нитроцеллюлозы производится в парах ацетона, так как в жидком ацетоне из-за неравномерности растворения нитроцеллюлозы полоска разрушается. Образец закрепляется над емкостью с ацетоном нитроцеллюлозной пленкой вниз. Расстояние от поверхности ацетона до шайбы составляет 80 мм. Емкость подогревается до температуры предзакипания ацетона. Пары ацетона, испаряясь, растворяют пленку нитроцеллюлозы. В начале процесса растворения наблюдалось сморщивание пленки нитроцеллюлозы, через некоторое время морщины расправлялись, а на следующем этапе в пленке нитроцеллюлозы появлялись разрывы в разных местах отверстия шайбы. Разрывы быстро разрастались, оставляя в конечном итоге полоску алюминия в свободном состоянии. Длительность процесса растворения пленки нитроцеллюлозы составляла в среднем 2-3 минуты. Начальный и конечный моменты процесса удаления нитроцеллюлозы иллюстрируются рис. 2а и 2б, соответственно.

Визуальное обследование образцов показало, что получаемый таким способом микроволновод находится в натянутом состоянии. Внешний вид полоски напоминает желоб. Выпуклость желоба образовывалась со стороны удаленной пленки нитроцеллюлозы. По мнению авторов, такая форма

микроволновода вызвана внутренними напряжениями микроволновода, появившимися при его напылении. Изменение формы микроволновода означает его деформацию, вследствие которой в месте касания полоски с краем отверстия шайбы в теле микроволновода образуется ступенька. Высота ступеньки достигает десяти микрометров. Исследования предполагается продолжить с целью выявления факторов, способствующих уменьшению этих паразитных эффектов и определения физико-эксплуатационных характеристик микроволноводов.

Рис. 2. Длина тонкопленочного микромеханического волновода - 4 мм, толщина - примерно 0,5 мкм, ширина в данном случае составила 0,5 мм

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

© Д.М. Никулин, В.В. Чесноков, Д.В. Чесноков, 2008