Microprelucrarea Siliciului Monocristalin

Pentru ca motivul principal al micrometrizarii este acela al integrarii senzorilor in structuri comune cu sistemele electronice de prelucrare a semnalelor, unul din materialele cele mai utilizate pentru confectionarea lor este siliciul monocristalin.

Analog cu prelucrarile mecanice care transforma semifabricatele in piese de diferite forme si profile, tot asa microprelucrarea siliciului monocristalin permite obtinerea cavitatilor de diferite forme, a orificiilor deschise, sau inchise de membrane plane/profilate, de elemente elastice  de tipul arcurilor lamelare sau al arcurilor spirale plane duble.

Producerea acestor forme se bazeaza pe eroziune chimica umeda, selectiva, anizotropa si cu influentarea formei prin dopaj controlat al materialului din care sunt confectionate.

1.1 Anizotropia

Anizotropia este capacitatea materialelor cristaline de a prezenta comportari sau proprietati fizice diferite, functie de distributia preferentiala a atomilor sau moleculelor in spatiu.

In procesul configurarii unei microstructuri prin eroziune chimica cu diferite substante, comportarea materialului difera, putand oscila, teoretic, intre o izotropie si o anizotropie.

Figura 1.1 infatiseaza cele doua situatii ideale: cand A=0, pentru corodarea total izotropa si A=1, pentru corodare total izotropa.

Cateva notiuni de cristalografie sunt necesare, pentru ca intreaga tehnologie a structurilor micromecanice in siliciu monocristalin se bazeaza pe anizotropia cristalina a acestuia.

Este cunoscut faptul ca materialele cristaline sunt structurate in 14 retele tridimensionale de cristalizare, provenind din 7 sisteme cristaline de baza, a caror unica celula elementara este un poliedru cu 6 fete de forma unui patrulater, 12 muchii si 8 varfuri.

Pentru notarea varfurilor sau nodurilor retelei se foloseste sistemul de coordonare al celulei elementare, coordonatele nodurilor fiind exprimate in indici care arata valoarea raportului intre pozitia reala a nodului si constanta retelei, considerata ca valoare unitara.

Directiile cristaline sunt determinate de drepte care contin cel putin doua noduri. O directie cristalina este definita prin indici intregi corespunzatori coordonatelor nodului care prin unire cu originea celulei elementare determina directia; indicii sunt introdusi in [ ].

Planul cristalin este determinat de trei noduri ale retelei si este notat prin indicii Miller (h,k,l) introdusi in paranteze rotunde ( ).

Planele echivalente se noteaza cu acolade { }.

Profilele de corodare obtinute prin eroziune chimica pot fi diferite functie de corelarea anizotropiei substantei de atac cu anizotropia materialului de structurare.

Siliciul cristalizeaza in sitemul cubic si are structura diamantului. Eroziunea chimica anizotropa formeaza pe suprafata unei plachete debitata dupa planul (100), cavitati cu conturul unui patrulater cu unghiuri drepte, ai carui pereti laterali formeaza cu planul (100) unghiuri de 54,74º.