DISPOSITIVOS DE ESTADO SOLIDO

Autor: BENMESSAOUD ALI.
Año: 2001.
Universidad: AUTÓNOMA DE BARCELONA [www.uab.es].
Centro de lectura: CENTRO NACIONAL DE MICROELECTRÓNICA.
Centro de realización: ESCUELA DE DOCTORADO Y DE FORMACIÓN CONTINUADA.

Resumen: Se ha escogido la técnica PECVD para obtener depósitos de subóxido de silicio, SiOx, de espesores del orden de la micra, sobre substratros de Si de dos pulgadas. Hemos logrado depósitos con contenildos de oxígeno entre 1.3 y 2.0, y un intervalo de índices de refracción comprendidos entre 1.96 (próximo al Si2N4) y 1.46 (SiO2). La estructura (en particular, la porosidad), uniformidad y tensión de las capas son mejores cuanto menor es el contenido de oxígeno. Además, las capas crecidas contienen impurezas en forma de enlaces Si-H, N-H, Si-OH y H2O. El contenido de impurezas varia de forma gradual desde capas pobles en oxígeno con una gran cantidad de enlaces Si-H y N-H, y nulo contenido de Si-OH H2O, y capas de estructura próxima al óxido estequiométrico, con nulo contenido de enlaces Si-H y N-H, y alto contenido de Si-OH y H2O. Se ha investigado las condiciones de temperatura, potencia y presión de los procesos de depósito, susceptibles de mejora de la calidad de las capas crecidas. El aumento de la temperatura de depósito (hasta 350ºC) y de la potencia (hasta 50 W, límite impuesto por la disminución de uniformidad), disminuye el contenido de impurezas de las capas; sin embargo, el aumento gradual de la tensión con el aumento del contenido del oxígeno de las capas, aconseja que los depósitos se crezcan a menores valroes de temperatura y potencia en la obtención de capas ricas en oxígeno. Por lo que se refiere a la presión, valores bajos (100 m Torr), favorecen la disminución de impurezas; sin embargo, el aumento del orden estructural que comporta el aumento de la presión (hasta 300 m Torr), inhibe el acomodo de impurezas en capas ricas en oxígeno, por lo que la calidad de los depósitos se verá favorecida procedimiento a un aumento de la presión a medida que se crezcan capas con un previsible mayor contenido de Si-OH y H2O. La mejora de las condiciones de depósito no soluciona dos problemas fundamentales; por un lado, no se han podido suprimir las impurezas ni las tensiones de las capas y, por otro, las capas ricas en oxígeno son inestables frente a la humedad. El estudio de la acción de la humedad y los esfuerzos posteriores para estabilizar las capas, al proceder a un recocido térmico a una temperatura inferior a 350ºC, dan resultados paraciales, siendo los efectos reversibles. Como solución se ha propuesto proceder a un recocido térmico rápido a alta temperatura (950ºC) de las capas. Las capas tratadas son estructuralemente compactas e insensibles a la acción exterior de la humedad, no contienen cantidades de impurezas apreciables, excepto un bajo contenido de enlaces Si-H en entornos O3-SiH; además, el nivel de tensiones desaparece en capas ricas en Si y aumenta gradualmente con el contenido de oxígeno, llegando a ser un 50% inferior al de las capas depositadas sin un tratamiento posterior. El índice de refracción se amplia al intervalo 2.32-2.00.

Autor: AMIROLA SANZ JORGE.
Año: 2004.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [www.upc.edu].
Centro de lectura: aula de telensenyament, edifici B3, campus nord.
Centro de realización: C4 Despatx Direcció nord.

Resumen: Durante los últimos tiempos ha aparecido el concepto de los Sistemas Micro-Electro-Mecánicos (MEMS). Este tipo de sistemas pueden dar solución a múltiples problemas de dimensiones (miniaturización), de consumo, etc, pero a su vez constituyen una fuente enorme de nuevas soluciones y aplicaciones. Entre las estructuras más versátiles dentro del mundo de los MEMS se encuentran los voladizos (o cantilevers) y los puentes suspendidos. Este tipo de estructuras se han demostrado como muy útiles para un gran número de aplicaciones tanto como de sensado como de actuación. En el trabajo desarrollado en esta tesis se han diseñado y fabricado diferentes estructuras tipo cantilever y puente mediante procesos de fabricación desarrollados expresamente en este trabajo. Uno de los campos en los que se han desarrollado más esfuerzos desde la aparición de este tipo de estructuras es el de sensado de gases, por ello en este trabajo se han demostrado el funcionamiento de los dispositivos fabricados para esta aplicación. Se presenta en primer lugar un estudio del estado del arte tanto desde el punto de vista de la estructura en si mismo, como de los sensores de gases en general. A continuación se realiza un repaso de los fundamentos teóricos en los que se basa el comportamiento electro-mecánico de los dispositivos que se pretenden fabricar. Estos son cantilevers tanto resonantes como no resonantes en los que el sensado de gases se basará en su funcionalización mediante una capa de polímero sensible. Los principios de detección propuestos son: por variación de la frecuencia de resonancia debido a la absorción (dispositivos resonantes, detección electrostática) y por deflexión debida al estrés diferencial de superficie inducido por la absorción (dispositivos no resonantes detección electrostática (variación de capacidad) o piezoresistiva). Se presenta, un estudio mediante simulaciones de las prestaciones teóricas de dichos dispositivos a fin de poder dimensionarlos correctamente a la hora de fabricarlos. Se presenta un nuevo método de excitación para cantilevers resonantes basado en un acoplamiento electromecánico, el cual nos permitirá obtener buenos niveles de señal a partir de dispositivos con un bajo factor de calidad. En el capítulo dedicado a la fabricación se presentan los diferentes procesos desarrollados en este trabajo. Las principales diferencias de todos ellos radican en el tipo de micromecanización empleada (volumen o superficie), el tipo de detección empleado en el dispositivo (electrostática o piezoresistiva), y el tipo de obleas empleadas en su fabricación (normales con ataque por paro electroquímico o BESOI). Se describen detalladamente todos los procesos así como el desarrollo de los mismos. A continuación se presentan las técnicas de medida propuestas para la aplicación de sensado de gases así como la caracterización de los dispositivos fabricados. Seguidamente se describe el sistema de medida empleado así como el sistema de depósito de polímero desarrollado en este trabajo. A continuación se exponen las medidas realizadas tanto como con gases como con humedad relativa, así como los resultados obtenidos y su análisis. Los Límites de Detección obtenidos, así como los tiempos de respuesta y su linealidad, están dentro del estado del arte actual para el tipo de gases medidos, llegándose a medir concentraciones muy por debajo de los niveles peligrosos para la salud. Finalmente se presentan las conclusiones de la tesis así como un planteamiento de líneas futuras de trabajo para mejorar los resultados obtenidos. Las vías de investigación más destacables serían la de la eliminación de la deriva de la medida con la temperatura mediante su sustracción o la inclusión de un cantilever de referencia, y la implementación de arrays de cantilevers para la detección de mezclas de gases.