NO870525L - RESONANCE SENSOR AND PROCEDURE FOR PRODUCING THE SAME. - Google Patents
RESONANCE SENSOR AND PROCEDURE FOR PRODUCING THE SAME.Info
- Publication number
- NO870525L NO870525L NO870525A NO870525A NO870525L NO 870525 L NO870525 L NO 870525L NO 870525 A NO870525 A NO 870525A NO 870525 A NO870525 A NO 870525A NO 870525 L NO870525 L NO 870525L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- resonance
- sensor element
- piezoelectric
- resonance structure
- element according
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 100
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 52
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 28
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 22
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 15
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims 2
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims 1
- 238000003491 array Methods 0.000 claims 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims 1
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 18
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 8
- 229960001296 zinc oxide Drugs 0.000 description 8
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 7
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N butyl acetate Chemical compound CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000488925 Thesium Species 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000212342 Sium Species 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- SWGZHHCRMZDRSN-BTJKTKAUSA-N (Z)-but-2-enedioic acid 1-phenoxypropan-2-ylhydrazine Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O.NNC(C)COC1=CC=CC=C1 SWGZHHCRMZDRSN-BTJKTKAUSA-N 0.000 description 1
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 108020005544 Antisense RNA Proteins 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100252357 Caenorhabditis elegans rnp-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241001600451 Chromis Species 0.000 description 1
- 241000320892 Clerodendrum phlomidis Species 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012369 In process control Methods 0.000 description 1
- 229910017852 NH2NH2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150063303 Piezo1 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 235000002492 Rungia klossii Nutrition 0.000 description 1
- 244000117054 Rungia klossii Species 0.000 description 1
- 241001116459 Sequoia Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000005576 amination reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N beryllium copper Chemical compound [Be].[Cu] DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical compound [Cd]=S CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- GHZFPSVXDWJLSD-UHFFFAOYSA-N chromium silver Chemical compound [Cr].[Ag] GHZFPSVXDWJLSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 230000008570 general process Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000010965 in-process control Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000002674 ointment Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Fire-Detection Mechanisms (AREA)
- Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
- Burglar Alarm Systems (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår området for mikrominiatyr-resonatorstrukturer, spesielt bånd-, tråd-, bjelke-, hulbjelke-, og utkrager-hulbjelke-, og dobbe 1tbje1ke-resonatorstrukturer og mer spesielt kombinasjonen av slike strukturer med piezoe1 ektr i ske driv/- dateksjcnsmetoder og -anordninger og fremstillingsmåter for å The invention relates to the field of microminiature resonator structures, especially ribbon, wire, beam, hollow beam, and cantilever-hollow beam, and double beam resonator structures and more particularly the combination of such structures with piezoelectric drive/data detection methods and - devices and manufacturing methods for
laga slike miniatyr- og rni kromi ni atyr-resonatorstrukturer. Det piezoelektri ske materiale avsettes som et tynnskikt og kan aktiveres elektrisk eller optisk. made such miniature and rni chromi ni atyr resonator structures. The piezoelectric material is deposited as a thin layer and can be activated electrically or optically.
Den siste utvikling innen mikrofabrikasjonsmetoder, herunder rni kr omask i ner i ng anvendt på diskret halvledere og på integrerte kretser <IC-r) har ført til store forandringer i den elektroniske industri og har rettet oppmerksomheten på mindre, mer effektive komponenter som kan fremstilles i stor skala med lav kostnad. The latest developments in microfabrication methods, including rni cr omask i ner i ng applied to discrete semiconductors and to integrated circuits (IC-r) have led to major changes in the electronic industry and have focused attention on smaller, more efficient components that can be manufactured in large scale with low cost.
Mi krofabri kasjon og mi kromaski ner ing omfatter metodene forP1anartekno1ogi, våtkjemisk etsing og andre etsemetoder, meta 1 1 i ser i ng og rneta 1 1 avsetni ng. Planartekno 1 ogi omfatter de forskjellige metoder benyttet i integrert kretsproduksjon, slik som f o to 1 i tograf i , oksi detsi ng, termisk diffusjon, i onei rnp 1 antering, kjemisk pådaraping og tsj.-rp 1 asrnaetsi ng. Microfabrication and micromachining include the methods of planar technology, wet chemical etching and other etching methods, meta 1 1 in ser ing ng and rneta 1 1 deposition ng. Planar technology also includes the various methods used in integrated circuit production, such as photography, oxidation, thermal diffusion, i onei rnp 1 antering, chemical application and tsj.-rp 1 asrnaetsi ng.
Anerkjennelse av behovet for å utvikle rni kr osensorer rned fotooptiske fiber og mikrokomponent kommunikasjons- og kontroll-metoder i prosesskontro11 industri en har skapt et uoppfylt behov for utvikling av kompatible nye komponenter i danna industri. Recognition of the need to develop rni kr osensors rned photooptical fiber and microcomponent communication and control methods in the process control industry has created an unfulfilled need for the development of compatible new components in this industry.
For formålene til denne begrensede beskrivelse omfatter "prosesskontro11" både individuelle variable prosesser og komplekse multivariable prosesser sorn omfatter et stort antall styrte prosessbetingelser (eller "målestørrelser") slik som flytstrøm-ning, str ørnni ngshasti ghet, temperatur, trykk, nivå og lignende. "Stasjon" refererer generelt til en plass, sted, basa, installa-sjon, punkt eller lokalitet. "Resonansstruktur" refererer her generelt til bånd, tråd, bjelke, hulbjelke, utkragerbje1ke og utkragerhu1bjeike og dobbeltbjelkeprodukter og deres make som kan bringes til resonans ved spesielle osci1lasjonsfrekvenser. Som her benyttet refererer "laminær" til morfologikarakterisertav en eller flere relativt tynne skikt sammenlignet med lengden og/e 11 er bredden av en gjenstand eller element. Ved beskrivelse av prosesstri nn kan komponenten som fremstilles bli referert til scrn et "arbeidsstykke". For the purposes of this limited description, "process control" includes both individual variable processes and complex multivariable processes that include a large number of controlled process conditions (or "measured quantities") such as flow rate, size change rate, temperature, pressure, level and the like. "Station" generally refers to a place, place, base, installation, point or locality. "Resonant structure" here generally refers to ribbon, wire, beam, hollow beam, cantilever beam and cantilever beam and double beam products and their like that can be brought into resonance at particular oscillation frequencies. As used here, "laminar" refers to morphology characterized by one or more relatively thin layers compared to the length and/or width of an object or element. When describing process steps, the component being produced can be referred to as a "work piece".
Industrielt prosesskontro1lutstyr og -metoder har utviklet seg over en rekke år fra relativt enkle, individuelle variable pneumatiske regulatorer for særskilte, henholdsvis pr osessbet i ri-ge Iser til meget store integrerte systemer som omfatter analogt og digitalt behandlingsutstyr med sofistikerte kornmuni kas j onsmetoder (telemetri) for fjernoverfør ing av multiple prosesskontro 1 lsi gnåler til og f ra. stedet for p.r qsesskontr.o 1 laktuatoren som ofte er en ventil, bryter, kobl.ing, bremse, sonoid, relé, motor eller ser vorne to r eller sensor. Industrial process control equipment and methods have developed over a number of years from relatively simple, individual variable pneumatic regulators for special, respectively, processes in rich ices to very large integrated systems that include analogue and digital processing equipment with sophisticated grain communication methods (telemetry ) for remote transfer of multiple process controls 1 lsi needles to and from. instead of the p.r qsesskontr.o 1 the actuator which is often a valve, switch, coupling, brake, sonoid, relay, motor or ser vorne two r or sensor.
Kornmunikasjon/talemetriprosessen kan omfatte pneumatiske, elektriske, fiberoptiske eller forskjellige andre kornmuni ka-sjonsmi ddel tekni kker. Omforming av kornmuni kas jensdata til energi for å frembringe forandring av de prosesskontro1 Ivar iable omfatter ofte sammenknytning av forskjellig energi- og kornmuni-kasjonsmetoder. Historisk sett var slike systemer store og uhåndterlige og benyttet ofta betydelige energi mengder. The grain communication/telemetry process may include pneumatic, electrical, fiber optic or various other grain communication media techniques. Transforming grain communication data into energy to produce changes in the process controllable often includes linking different energy and grain communication methods. Historically, such systems were large and unwieldy and often used significant amounts of energy.
Metoder for fremstilling av visse resonanse 1 ernenter lik de ved den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i P.W. Barth, "Silicon Sensors Meet Integrated Circuits", CHEMTECH, november1382, 666-673. Methods of making certain resonance 1 ernents similar to those of the present invention are described in P.W. Barth, "Silicon Sensors Meet Integrated Circuits", CHEMTECH, November1382, 666-673.
Andre publikasjoner av interesse som angår fabri kasjonsmetodene benyttet ved dan foreliggende oppfinnelse omfattar: "Cadmium Sulphide and Zinc Oxide Thin Film Transducers", av N.F. Foster Other publications of interest relating to the fabrication methods used in the present invention include: "Cadmium Sulphide and Zinc Oxide Thin Film Transducers", by N.F. Foster
et al, IEEE Transactions on Sonics" Reactive Magnetron Sputtering of ZnO", av B.T. Khuri-Yakub et al, J. AppI. Phvs. 52 (7), juli 1981, s. 4772-4774, "Zinc Oxide Film Transducers", av N.R. Foster et al, Applied Physics Letters, Vol. S, nr. 9, 1. et al, IEEE Transactions on Sonics "Reactive Magnetron Sputtering of ZnO", by B.T. Khuri-Yakub et al, J. Appl. Phvs. 52 (7), July 1981, pp. 4772-4774, "Zinc Oxide Film Transducers", by N.R. Foster et al, Applied Physics Letters, Vol. S, No. 9, 1.
mai 1966, s. 221-223, "Preparation of ZnO Thin Films by Sputtering of the Compound in Oxygen and Argon", av S.A. Rosgony et al, Applied Physics Letters, Vol. S, nr. 9, 1. mai 1966, s. 220- May 1966, pp. 221-223, "Preparation of ZnO Thin Films by Sputtering of the Compound in Oxygen and Argon", by S.A. Rosgony et al, Applied Physics Letters, Vol. S, No. 9, May 1, 1966, pp. 220-
221, "Monolotich Integratad Zinc-Oxida on Silicon Pyroelectric Anernometer ", av D.L. Pol la et al, IEEE IEDM S3, CH 1973-7/83/000-0639, s. 639-642, "Thin Zinc-Oxide Film Array for Pr ogramrnab 1 e Filter and Scanned Receiving Transducers", C.T. Chung et al, IEEE 1979 LMtrasonics Symposium, IEEE CH1432-9/79/0000-0915, s. 915-920; "Heat and Strain-Sensiti ve Thin-Film Transducers", R.S. Muller, Sensors and Actuators, 4 (Elsevier Sequoia, Nederland, 1983), s. 173-182, "Piezoelectricity in Thin Film Materials", N.F. Foster, J. Acoust. Soc. Am. 70 (6), desember 1981, s. 1609-1614, "Thin-Film Integrated Sensors Respond Down to 0,1 Hz", s. 15, 17, "The Piezoelectric Crystal as an Air Pollution Monitor", G.G. Guilbault, Plenary Lecture, s. 637-643, og "Structure and Properties of Vacuurn-Deposi ted Thin Film: A Naw Basic Re 1 ationship", P.S. Vincent et al, Journal og Applied Physics, Vol. 48, nr. 9, september 1977, s. 3800-3806. 221, "Monolotich Integratad Zinc-Oxida on Silicon Pyroelectric Anernometer", by D.L. Pol la et al, IEEE IEDM S3, CH 1973-7/83/000-0639, pp. 639-642, "Thin Zinc-Oxide Film Array for Pr ogramrnab 1 e Filter and Scanned Receiving Transducers", C.T. Chung et al, IEEE 1979 LMtrasonics Symposium, IEEE CH1432-9/79/0000-0915, pp. 915-920; "Heat and Strain-Sensiti ve Thin-Film Transducers", R.S. Muller, Sensors and Actuators, 4 (Elsevier Sequoia, The Netherlands, 1983), pp. 173-182, "Piezoelectricity in Thin Film Materials", N.F. Foster, J. Acoust. Soc. Am. 70 (6), December 1981, pp. 1609-1614, "Thin-Film Integrated Sensors Respond Down to 0.1 Hz", pp. 15, 17, "The Piezoelectric Crystal as an Air Pollution Monitor", G.G. Guilbault, Plenary Lecture, pp. 637-643, and "Structure and Properties of Vacuurn-Deposited Thin Film: A Naw Basic Re 1 ationship", P.S. Vincent et al, Journal and Applied Physics, Vol. 48, No. 9, September 1977, pp. 3800-3806.
Den foreliggende oppfinneri ske konsept omfatter grunnleggende miniatyr- og rni kromi ni atyr resonansstrukturer i forskjellige utforrninger og fremgangsmåter til fremstilling av disse. De foretrukne alternative utførelser av den foreliggende oppfinnelse retter seg rnot behovet for rni ni atyr-resonansstrukturer sorn kan lett stimuleres til oscillasjon og som kan masseproduseres ved å anvende rni kr ornask i ner i ngs- og rni kr of abr i kas j onsmetoder for hal vi edere. The present inventive concept includes basic miniature and rni chromium resonance structures in various designs and methods for producing them. The preferred alternative embodiments of the present invention address the need for rni ni atyr resonance structures that can be easily stimulated into oscillation and that can be mass produced by using rni kr ornask i ner i ngs and rni kr of abr i cation methods for hal we eder.
Disse resonansstrukturer kan ha form av et bånd, tråd, hulbjelke eller hulutkragerbje1ke, dobbe 1tbja 1keresonatorer og tilsvarende. Strukturene kan fremstilles i store mengder ved halv--1 eder rna to der. Generalt omfattar f rems ti 1 1 i ngsrnetcden trinn for å avsette et tynnskikt av piezoe1 ektr isk materiale og de sammen-koblende strukturer på én eller flere overflate av resonansstrukturer! under fremstillingen av denne. Metodene benyttet i fremstillingen av hu 1bje1ke-resonansstrukturer er f.eks. vist i US Patentsøknad nr. 709.870, fullmektigs saksnr. TM.002, ved Paul M. Zavracky, Richard Morrison og Stephan Senturia, søkt 13. rnars 1985, og hvis lære er innbefattet her ved henvisning. En eller flere piezoelaktri ske tynnskikt avsettes på overflateom-rådene til resonansstrukturen for å tillate driving av resonans strukturen til oscillasjon. Spesielt fordelaktig ved den foreliggende oppfinnelse er fremgangsmåtene for å fremstille resonansstrukturen med de nødvendige tynnskiktspiezoe1ektr i ske områder og om ønsket de elektriske kontakt 1edere til de piezoelektriske områder. Elektroniske kretser kan også innbefattes i noen resonatorpakker. Osei 1 lasjon av resonanse 1ementet kan igangsettes og detekteres enten elektrisk eller optisk. These resonance structures can take the form of a band, wire, hollow beam or hollow collar beam, double tbja 1keresonators and the like. The structures can be produced in large quantities at half--1 hour to two days. In general, the process includes first steps to deposit a thin layer of piezoelectric material and the interconnecting structures on one or more surfaces of resonant structures! during the production of this. The methods used in the production of hu 1bje1ke resonance structures are e.g. shown in US Patent Application No. 709,870, assignee's case no. TM.002, by Paul M. Zavracky, Richard Morrison and Stephan Senturia, filed Mar. 13, 1985, the teachings of which are incorporated herein by reference. One or more piezoelectric thin layers are deposited on the surface areas of the resonance structure to allow the resonance structure to be driven into oscillation. Particularly advantageous in the present invention are the methods for producing the resonance structure with the necessary thin-layer piezoelectric areas and, if desired, the electrical contacts for the piezoelectric areas. Electronic circuits can also be included in some resonator packages. Osei 1 lation of the resonance 1ement can be initiated and detected either electrically or optically.
En rekke variasjoner i materialene og strukturene vil være innlysende for fagfolk på området prosesskontrollsensorer. Søkerene har med hell frembragt virksomme eksperimentelle resonansbåndstrukturer som omfatter elektriske strømløp til de piezoelektriske elementer og i hvilke et tynnskikt av zinkoksid (ZnO) tjener som det pi ezoel ektr i ske element.' A number of variations in the materials and structures will be apparent to those skilled in the art of process control sensors. The applicants have successfully produced effective experimental resonance band structures that include electric currents to the piezoelectric elements and in which a thin layer of zinc oxide (ZnO) serves as the piezoelectric element.
Det er en hensikt og en fordel ved den foreliggende oppfinnelse å fremstille an rekke av disse resonansstrukturer med tynnskikts piezoe1 ektr i ske områder på et enkelt substrat for derved å muliggjøre hurtige, billige, høyvolums produksjon av disse resonariskomporienter. It is a purpose and an advantage of the present invention to produce a number of these resonance structures with thin-layer piezoelectric areas on a single substrate to thereby enable fast, cheap, high-volume production of these resonator components.
En annen fordel ved denne oppfinnelse er at fremstilling krever at bare Gt begrenset antall standard programmerbare mikrominiatyr-resonarisstrukturkomponeriter rnå produseres for et stort antall typer av prosesskontrollsensorer. Another advantage of this invention is that manufacturing requires only a limited number of standard programmable microminiature resonator structure components to be manufactured for a large number of types of process control sensors.
Ytterligere hensikter og fordeler ved oppfinnelser"! vil være innlysende fra dan følgende detaljerte beskrivelse av de foretrukne alternative utførelser i forbindelse med den ledsa-gende tegn i ng. Further purposes and advantages of inventions will be obvious from the following detailed description of the preferred alternative embodiments in connection with the accompanying sign in ng.
En rekke trekk ved oppfinnelsen beskrevet her vil være innlysende ved gransking av de mange figurer som utgjør en del av den. På alle figurer viser de samme henvisningsta11 tilsvarende deler. A number of features of the invention described here will be obvious when examining the many figures that form part of it. In all figures, the same reference numerals show corresponding parts.
Fig. 1 viser et forenklet tverrsnitt av en resonansbåndstruktur som omfatter et piezoelektrisk drivområde og elektriske kontakter for dette og viser grunnelementene for oppfinnelsen på den Fig. 1 shows a simplified cross-section of a resonant band structure comprising a piezoelectric drive area and electrical contacts for this and shows the basic elements of the invention on it
enk lesta form,simple read form,
fig. 2 viser en medsvingende hu 1bje1ke-resonansstruktur i henhold til den foreliggende oppfinnelse sett i forenklet tvarrsni tt, fig. 2 shows a co-oscillating block resonance structure according to the present invention seen in a simplified cross-section,
fig. 3a og 3b viser.en dobbelt stemmegaffe1-resonansstruktur i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 3a and 3b show a double tuning fork resonance structure according to the present invention,
fig. 4a til 4g viser lami nasjonsprosessen for å fremstille hovedsakelig flate resonansstrukturer, slik som bånd eller doble sternrnegaf 1 er, fig. 4a to 4g show the lamination process for producing essentially flat resonant structures, such as ribbon or double sternnegaf 1's,
fig. 5a til 5f viser plater ingsprosessen for fremstilling av hovedsakelig flate resonansstrukturer, slik som bånd eller doble stemmegaf1 er, fig. 5a to 5f show the plating process for producing essentially flat resonant structures, such as ribbons or double tuning forks,
fig. 6a til 6k viser prosessen for å fremstille tredimensjonale resonansstrukturer og spesielt en hul utkragerbjeike-resonansstruktur, fig. 6a to 6k show the process for fabricating three-dimensional resonant structures and in particular a hollow cantilever beam resonant structure,
fig. 7a til 71 viser forskjellige foreslåtte plasseringer i pi ezoe1 ektr i ske tynnsk i ktbe1 agg, fig. 7a to 71 show various proposed placements in pi ezoe1 ektr i ske tynsk i ktbe1 agg,
fig. Sa og Sb viser foreslåtte elektriske driv- og deteksjons-kretser, og fig. Sa and Sb show proposed electrical drive and detection circuits, and
fig. 9 viser optisk driving/deteksjon for en resonansstruktur i henhold til den foreliggende oppfinnelse;. fig. 9 shows optical driving/detection for a resonant structure according to the present invention;.
På grunn av de mange mi krof abr i kasjonsrnetoder og de rnange anvendelser som mi kromekaniske resonatorer i henhold til dan foreliggende oppfinnelse kan benyttes til, inkluderes her en rakke spesifikke utførelser av oppfinnelsen cg eksempel på hvordan de fremstilles for å illustrere oppfinnelsens ramme. Fig. 1 viser billedlig de vesentlige elementer av en første utførelse av oppfinnelsen, hvori resonansstrukturen er et båndelement dannet som et hele ved mi krofabr i kasj onsprosessen. Fig. 2 viser en hulbjelkestruktur i henhold til an annan utførelse av oppfinnelsen. Fig. 3a og 3b viser en dobbelt stemmegaffel. Et forenklet tverrsnitt av en vibrerende båndresonator 10 i henhold til denne oppfinnelse er vist på fig. 1, hvor et båndelement 37 er spent mellom spennelementer 34, 38 ved en ende [det skal forstås at lignende anordning forekommer (ikke vist) på den motsatte ende for å strekke båndelernentet 371 og hengt over en bærestruktur aller substrat 31. Et isolerende skikt 32 dekkar utvalgte partier av den øvre overflate av bånde 1 ernentet 37. På et ønsket sted båndes et område av piezoelektrisk materiale 33 til et blottlagt overflateområde av bånde1ernentet 37. Et meta11 i ser ihgsski kt 36 skaffer en elektrisk forbindelse mellom det øvre spenne 1ement 34 og den øvre hovedoverf 1ate av det piezoe1 ektr i ske materiale 33, mens dat metalliske båndale-mant 37 i oq for seg skaffer et elektrisk strsmløp til den andre hovedoverf1ate av det piezoelektr i ske materiale 33. Ved å benytte en periodisk elektrisk puls via nedre klemme 33 og å forbinde ledningen 35 til det piezoe1ektri ske materiale, kan bånde1ernentet 37 stimuleres til osci1lasjon. Tilsvarende kan frekvensen ti 1 et osci 1 lerende båndelernant 37 detekteres ved å måte frekvensen av et signal frembragt ved stimulering av det piezoelektr i ske matar i ale via forbinde1 ses 1adningen 35 og den nedre klemme 38. Bemerk at det isolerende skikt 32 skaffer en elektrisk isolasjon mellom bånda 1 ernentet 37 og meta 1 1 i ser i ngs-skiktet 36. Due to the many microphones in cation networks and the many applications for which micromechanical resonators according to the present invention can be used, a number of specific embodiments of the invention and examples of how they are produced are included here to illustrate the scope of the invention. Fig. 1 graphically shows the essential elements of a first embodiment of the invention, in which the resonance structure is a band element formed as a whole by microfabrication in the cation process. Fig. 2 shows a hollow beam structure according to another embodiment of the invention. Fig. 3a and 3b show a double tuning fork. A simplified cross-section of a vibrating band resonator 10 according to this invention is shown in fig. 1, where a band element 37 is tensioned between tension elements 34, 38 at one end [it should be understood that a similar device occurs (not shown) on the opposite end to stretch the band element 371 and suspended over a support structure of the substrate 31. An insulating layer 32 cover selected portions of the upper surface of the band element 37. At a desired location, an area of piezoelectric material 33 is bonded to an exposed surface area of the band element 37. A metal interface layer 36 provides an electrical connection between the upper tension element 34 and the upper main surface of the piezoelectric material 33, while the metallic strip element 37 in itself provides an electric current to the other main surface of the piezoelectric material 33. By using a periodic electric pulse via the lower clamp 33 and connecting the line 35 to the piezoelectric material, the band element 37 can be stimulated to oscillate. Correspondingly, the frequency of an oscillating band element 37 can be detected by measuring the frequency of a signal produced by stimulation of the piezoelectric feed through the connection 35 and the lower clamp 38. Note that the insulating layer 32 provides an electrical insulation between the band 1 ernent 37 and meta 1 1 in ser i ngs layer 36.
På fig. 3a og 3b er der vist en resonator av den typa som vanligvis kalles an dobbelt stemmegaf fa 1 12, vist f. eks. på at par av endeunder1 ag eller substrater 58, 61. Disse substrater er ikke nødvendige. Essensielt strekker et par av langstrakte langsgående elementer 59 og 62 seg fra underlagene, slik at osci1lasjon er mulig i hver retning normalt på lengderetningen av de langsgående elementer eller "tinner" 59, 62. Doble stemmegafler i henhold til den foreliggende oppfinnelse er lik resonansbåndene. In fig. 3a and 3b there is shown a resonator of the type that is usually called an double tuning fork fa 1 12, shown e.g. on that pair of end sub1 ag or substrates 58, 61. These substrates are not necessary. Essentially, a pair of elongated longitudinal members 59 and 62 extend from the substrates so that oscillation is possible in each direction normal to the longitudinal direction of the longitudinal members or "tins" 59, 62. Dual tuning forks according to the present invention are similar to resonant bands.
Det ble funnet nyttig å inkludere et motstandsskikt som et resi stivt strørr.begrensende eller -blokkerende skikt 65 i elektrisk serie med forbinde1 ses 1edningene til det piezoelektriske skikt. For denne beskrivelses formal vil dette generelt bli vist mellom det pi ezoe 1 ek tr i ske materiale og et metall ise-ringsskikt inkludert som en strøm 1 eder til/fra det piezcelekt-ri ske materiale. It was found useful to include a resistive layer such as a rigid size limiting or blocking layer 65 in electrical series with the connections to the piezoelectric layer. For the purposes of this description, this will generally be shown between the piezoelectric material and a metallization layer included as a current to/from the piezoelectric material.
På fig. 3a og 3b kan et under 1 agsornråde 53 inkluderes som ønsket for å bære gaf f e 1 e 1 ementene 59 (62 er skjult). Et pi ezoe lektrj sk.... materiale 54 er anbragt på en overflate av stemmegaffe 1 en ved et ønsket sted omtalt nedenunder ved mi krofabri kasjonsmetoder. Passende motstandsskikt 65 er avsatt på den øvre overflate av In fig. 3a and 3b, a bottom 1 agsornråde 53 can be included as desired to carry the gaf f e 1 e 1 ements 59 (62 is hidden). A piezoelectric material 54 is placed on a surface of tuning fork 1 at a desired location discussed below under microfabrication methods. Appropriate resist layer 65 is deposited on the upper surface of
det lille område av. p i "ezoe lek tri sk. materiale på den doble stemmegaffels topplate, og deretter er et isolasjonsmateriale 60 dannet for å dekke hoveddelen av overf 1atearaa1 et ved enden av resonator'en 12. På fig. 3b er i so 1 asjonsmater i alet angitt ved henvisningsta11 et 60. Et meta11 i ser ingsskikt 66 skaffer forbindelse 50, 51, 52, 56 mellom det strørnbegrensede pi ezoe 1 ek tr i ske areal til eventuelle ytre kretser etter behov. Metal1 i ser ingsom-rådene som danner lederne 50 på fig. 3a, 3b avsettes på et i so 1atorunderskikt som beskrevet og isolerer således substratet 53 fra kontaktflatene 51, 56, hvor utvendige forbindelser kan utføres for dr iv/detsksjonskretsane. En kanal 53 skiller de to gaffel elementer 59, 62 i den doble stemmegaffe 1 12. Plater te kontakter 51, 52 skaffer ohms kontakt til det piezoelektri ske materiale. Når den doble stemmegaffe 1s tinner 59, 62 dannes på the small area of. on the top plate of the double tuning fork, and then an insulating material 60 is formed to cover the main part of the surface at the end of the resonator 12. In Fig. 3b, the isolation material is indicated by reference ta11 et 60. A meta11 in the viewing layer 66 provides connection 50, 51, 52, 56 between the size-limited piezoe 1 ectric area to any external circuits as needed. 3a, 3b is deposited on an isolator sublayer as described and thus isolates the substrate 53 from the contact surfaces 51, 56, where external connections can be made for the drive/detection circuits. A channel 53 separates the two fork elements 59, 62 in the double tuning fork 1 12 Plate contacts 51, 52 provide ohmic contact to the piezoelectric material. When the double tuning fork 1s tines 59, 62 are formed on
et elektrisk ledende materiale, må kontak tåpni nge:- 55, 57 åp nas i overf latei so latorski ktet for å tillate ohms kontakt rned gaf fe lal ernentet. Flere pi ezoe 1 ak tr i ske områder kan dann as for å lex te driving/deteksjon i komponenten.. Mår resonatcrelernentet utføres av ikke-1edande materiale må at underliggande ledande meta11 i ser ingsski kt (ikke vist) innbefattes for å skaffe et annet strømløp til det piazoelektriske materiale 54. an electrically conductive material, the contact pin must be:- 55, 57 opened in the surface of the solar layer to allow ohmic contact rned the gaf fe lal ernent. Several piezoelectric areas can be formed to facilitate driving/detection in the component. If the resonant response must be made of non-conductive material, the underlying conductive metal in the viewing layer (not shown) must be included to provide another current flow to the piezoelectric material 54.
Det følgende er en general i sert prosess for å fremstille piezoe1ektrisk drevne mikrominiatyr resonansstruktursenscrkompo-nenter i henhold til visse utførelser inkludert i denne beskrivelse. Seneralt skisserer prosedyren de nødvendige trinn for å fremstille en resonansstruktursensor ifølge 1 ami ner i ngsrnetoden for tynt metallfolie i henhold til den foreliggende oppfinnelse. En rekke variasjoner vil være innlysende for en ordinær fagmann på området mikrofabrikasjon. En etterfølgende, mer detaljert prosedyre er innbefattet og beskriver hvordan båndresonator-strukturer er blitt fremstilt med hell i henhold til to spesielle prosesser, én f o 1 i elarni ner i ngsprosess og en platerings-prosess. The following is a general process for fabricating piezoelectrically driven microminiature resonant structure sensor components according to certain embodiments included in this disclosure. In general, the procedure outlines the necessary steps to produce a resonance structure sensor according to 1 amines in the thin metal foil manufacturing method according to the present invention. A number of variations will be obvious to an ordinary person skilled in the field of microfabrication. A subsequent, more detailed procedure is included and describes how band resonator structures have been successfully fabricated according to two special processes, one f o 1 i elarni ner i ng process and a plating process.
1. Valg og forbehandling av et passende substrat.1. Selection and pretreatment of a suitable substrate.
2. Festing av metallskiktet til substratet.2. Attaching the metal layer to the substrate.
3. Rensing av blottlagt meta11overf1ate.3. Cleaning of exposed meta11overf1ate.
4. Fotomaskering av en første resi st for resonansstrukturen ved konvensjonelle metoder. 4. Photomasking of a first resist for the resonance structure by conventional methods.
5. Avskumming.5. Skimming.
6. Etsing av resonansstrukturen ved hjelp av vanlige metoder. 6. Etching of the resonance structure using common methods.
7. Rensing og brenning av arbeidsstykke.7. Cleaning and firing of the workpiece.
S. Avsette ønsket piezoelektrisk skikt og deretter et resi stivtstrømb1okkerende skikt. 9. Masking av sperre- og piezoelektriske skikt og etsing med vanlige metoder. S. Deposit the desired piezoelectric layer and then a rigid current-blocking layer. 9. Masking of barrier and piezoelectric layers and etching with usual methods.
10. Sky 1 1 i ng.10. Cloud 1 1 in ng.
11. Påføring av et isolerende skikt og masking av samme rn ed van 1 i ge metoder. 12. Avsette et ledende rneta 1 1 i ser i ngssk i k t, maskin og etsing. 11. Application of an insulating layer and meshing using the same rn ed van 1 i ge methods. 12. Set aside a conductive rneta 1 1 in se i ngsk i k t, machine and etching.
13. Fjern resonatoren.13. Remove the resonator.
Tynne rneta 1 1 f o 1 i er (herunder nikkel, kobber, kr orn, gull, sølv, platina, legeringer av samme, og andre) har både mekaniske og metallurgiske egenskaper på grunn av fremstillings- og produk-sjonsmetodene for folie. Flytegrensen i foliensFlan er hcy F-å grunn av at korngrensene er orientert parallelt til planets overflate. Praktiske meta11 tykke 1 ser benyttet i fremstillingen av resonansbånd varierer fra 2 ju ti 1 1 mm, med et typisk verdi på 10 ju. Foliar tykkere enn 5xlO~^M behøver ikke lamineres til stivt substrat. De følgende prosesstrinn beskriver fremstillingen av et par av tynne, parallelle båndresonatorer av beryliurn-kobber (BeCu) metallfclie i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Se fig. 4. 1) Substratpreparering: Fer å fremstille kornp onen ter ved hjelp av p1 anarteknikker, er det nødvendig å ha et stivt eksemp-lar. Foliene (f.eks. mindre enn 5x10"^ m) er ikke stive, darfor alene ikke egnet. For å overvinne dette problem, benyttes at stivt substrat. Substratet kan vere av ethvert materiale som har god di mensjonsstabi1 i tet, som kan motstå temperaturer på. inntil 200°C og som er i alt vesentlig bestandig overfor alle etsemidler benyttet i prosessen. Glass er et billig og lett tilgjengelig materiale og fås i den foretrukne form: 75-150 mm (3-6 inch) diameters skiver. I eksperimentelt arbeide for den foreliggende oppfinnelse ble,,0211M dekkglass, 0,25 mm (10 mil) tykt, skaffet fra Corning Glass Company, benyttet og funnet egnet. 2) Lami ner i ngsp ro sess (fig. 4a): Metal lfoliet 72 må lamineres til substratet. Vad den foreliggende eksperimentelle fremstilling av oppfinnelsen ble epoksid 71 påført senteret av substratets 70 overflate og deretter spredt ut ved å presse 0,013 mrn (0,5 mil) be 1 y 1 i umkobber (BeCu) folie 72 mellom den av epoksid 71 dekkede substrat 70 og en flat overflate. Mer sofistikerte metoder kunne benyttes. Forsøk på å fåføre epoksidet jevnt ved "screening" var vellykket, men når folie ble bragt i kontakt, var bob 1edanne1 se en kiIda til vansker."Fem-minutters" epoksid fra Devcon Co. ble benyttet, men en rekke tokomponents, epoksider som herder ved romtemperatur vi Ile også kunne brukes. Forsøk på å bånde ved forhøyde temperaturer bar unngås på grunn av mulig svikt på grunn av termisk fei 11i 1pasning mellom substratet og folien (f.eks. laminatet kan krølle ved r orn temper a tu r).Thin rneta 1 1 f o 1 i er (including nickel, copper, chromium, gold, silver, platinum, alloys of the same, and others) have both mechanical and metallurgical properties due to the manufacturing and production methods for foil. The yield strength in the Flan of the foil is hcy F-å because the grain boundaries are oriented parallel to the surface of the plane. Practical meta11 thicknesses used in the manufacture of resonant bands vary from 2 ju to 1 1 mm, with a typical value of 10 ju. Foliar thicker than 5xlO~^M does not need to be laminated to a rigid substrate. The following process steps describe the manufacture of a pair of thin, parallel band resonators of beryllium copper (BeCu) metal foil according to the present invention. See fig. 4. 1) Substrate preparation: In order to produce grain particles using p1 anar techniques, it is necessary to have a rigid specimen. The foils (e.g. less than 5x10"^ m) are not rigid, therefore not suitable on their own. To overcome this problem, a rigid substrate is used. The substrate can be of any material that has good dimensional stability, which can withstand temperatures of up to 200°C and which is essentially resistant to all etching agents used in the process. Glass is a cheap and readily available material and is available in the preferred form: 75-150 mm (3-6 inch) diameter discs. I experimental work for the present invention, 0211M cover glass, 0.25 mm (10 mil) thick, obtained from the Corning Glass Company, was used and found suitable. 2) Laminates in ngsp ro sess (Fig. 4a): The metal foil 72 must be laminated to the substrate. In the present experimental preparation of the invention, epoxide 71 was applied to the center of the substrate 70 surface and then spread out by pressing 0.013 mrn (0.5 mil) be 1 y 1 i um copper (BeCu) foil 72 between the of epoxide 71 covered substrate 70 and a flat surface More sophis labeled methods could be used. Attempts to apply the epoxy evenly by "screening" were successful, but when the foil was brought into contact, there was some difficulty. "Five-minute" epoxy from Devcon Co. was used, but a number of two-component, epoxides which harden at room temperature could also be used. Attempts to bond at elevated temperatures should be avoided due to possible failure due to thermal mismatch between the substrate and the foil (e.g. the laminate may curl at poor temperatures).
Andre k leberni dde 1 typer forsøkt omfattet øyeblikkslirn og cyanoakry1 at 1 im. Påføring og herding av disse materialer kan by på problemer. Lirnet må være i stand til å holde seg upåvirkat under de benytteda høyternperatur-prosesser (200°C). Epoksid ble testet med hell og funnet egnet. En rekke epoksi df orrnuler i nger kan tape sine k lebeegenskaper ved forhøyde temperaturer. Epoksidet bør derfor velges omhyggelig for å tilstrekkelig feste folien til substratet, men ikke så effektivt at det hindrer slipp av de enkelte strukturene. Other k leberni dde 1 types tried included instant lirn and cyanoakry1 at 1 im. Application and curing of these materials can present problems. The yarn must be able to remain unaffected during the high-temperature processes used (200°C). Epoxy was successfully tested and found suitable. A number of epoxy resins can lose their adhesive properties at elevated temperatures. The epoxy should therefore be chosen carefully to sufficiently attach the foil to the substrate, but not so effectively that it prevents the individual structures from being released.
Etter 1aminer ingstrinnet renses meta11 fo1 i ets 72 overflate. Disse rensetrinn kan f.eks. omfatte neddykking i an ultralyds renseopp 1 øsni ng, etterfulgt av ultralyds va r rna v - ionisert vasking, en overf1ateetsing i fortynnet saltsyre, og deretter skylling. 3) Metal letsi ng (se fig. 4b og 4c): Deretter blir rneta 1 1 f o 1 i et 72 i bånde1ementane 75, 76 vasket og etset for seg for å danne den ønskede resonansstruktur. Resi ste 73, 74, påføres og eksponeres ti 1 en første maske for å danne den ønskede resonatorforrn og deretter fremkalt (flg. 4b). Andre konvensjonelle vask ingsmetoder kan substitueres. Et planart etsetrinn kan foretas for å rense me ta 11ovetf 1 aten. Metalletsemiddelet kan ha en uheldig virkning på de andre sk i k tene av komponenten. Ved å etse rneta 1 1 båndet først (se fig. 4c og 4d) unngås slike problemer. For båndmatari a le av bary 1 i urn-kobber (BeCu) kan f er r i c-k 1 or i d (FeC 1 3) benyttes som etsemiddel. Enten skål-, tank- ellar sprøyteetsing ville vara passende til bruk i et kommersielt produksjons-miljø i stor skala. Det er i tillegg mulig å benytta en P1 asrnaetsernetode, slik som i onestrå 1 efresi ng eller sprut-ets i ng for å minske underskjæring på bekostning av en langsommere etsehastighet og derfor produksjon. After the 1amination step, meta11 fo1 in its 72 surface is cleaned. These cleaning steps can e.g. include immersion in an ultrasonic cleaning solution, followed by ultrasonic war rna v - ionized washing, a surface etching in dilute hydrochloric acid, and then rinsing. 3) Metal etching (see fig. 4b and 4c): Next, the lines 1 1 f o 1 in a 72 in the band elements 75, 76 are washed and etched separately to form the desired resonance structure. Resists 73, 74 are applied and exposed to a first mask to form the desired resonator pattern and then developed (fig. 4b). Other conventional washing methods can be substituted. A planar etching step can be performed to further clean the surface. The metal etch can have an adverse effect on the other parts of the component. By etching the rneta 1 1 band first (see fig. 4c and 4d) such problems are avoided. For strip material of barium 1 i urn-copper (BeCu) f er r i c-k 1 or i d (FeC 1 3) can be used as etchant. Either bowl, tank or spray etching would be suitable for use in a large-scale commercial production environment. In addition, it is possible to use a P1 asrna etch electrode, such as in onestra 1 efresi ng or spray etch i ng to reduce undercutting at the expense of a slower etch rate and therefore production.
Fig. 4d-4g viser et tverrgåenda snitt tatt langs linjen D-D på fig. 4c og viser et enkelt bånde 1 ernent 75 etter lengden, med midtpartiene fjernet for å lette visningen. 4) Pi ezoe lektr i sk rnaterialavsetning: Pi ezoelektr i sk materiale 76 avsattes på båndet 75. Tykkelsen av dette skikt vil påvirke effektiviteten av dr i vanordni ngen. Området for praktiske tykkelser går fra 100 nm til 100 m, med et typisk verdi på rundt 4 ju. a) Zi nkoksi d (ZnO)-avsetni ng: Spruting (f.eks. RF-spruting) er den foretrukne metode for ZnO-avsetning, kjemisk pådamping (CVD) er en alternativ prosessmetode. Ekvivalente metoder kan også benyttes. Temperaturen for spruteprosessen er lav - 200-400°C, f.eks. mindre enn 400°C, og fortrinnsvis mindre enn 300°C. Pådamping kan benyttes med hell, rn en denne prosedyre krever omhyggelig kontroll av et oksygen-baktrykk og av substratternperaturen under avsetning. b) Kadrni umsu 1 f i d (CdS)-avsetni ng: Spruting er den foretrukne metode for kadrni umsul f i davsetni ng, kjemisk dampavsetni ng er en alternativ metode. Ekvivalenter kan også benyttes. Under spruting holdes et svovelbaktrykk ved innføring av hydro-gensulfid (H23) under avsetningen. Kontroll av hydrogen-sulfidets baktrykk påvirker støkiometri en til det avsatte ski kt. 5) Zi nkoksi drnode 1 1 er i ng (se også trinn 6 nedenfor): Modellering av zinkoksidet oppnås ved vanlige metoder. Det utreres i en skål rned bruk av en oppløsning av hydr ogenk 1 or i d (HC1) og vann. Modeller ingstrinnet kan inkluderes i trinn 6. Det kan sprøyteetses for å minske underskjæring. Igjen kan tørretseprosesser benyttes. Foreslåtte mønstre er vist på fig. 7. 6) Resistivt sperre- eller i so 1atorski kt (se fig. 4e) : Et tynt (typisk 10-200 nm) si 1 i siumdioksid (SiO2)-ski kt eller andre resi stantsk i kt på toppen av zinkoksidet (eller kadrni umsul - fi det) kan avsettes for å frembringe et "sperreski kt" 77 for å begrense den elektriske strøm. Tykkelsen av dette skikt bør velges slik at den ikke i for stor grad begrenser veksa Istrsmrr.en til komponenten ved resonans. Andre isolatorer kan benyttes, herunder sorn i kke-begrensende eksempel si 1 i si umni tr i d (Si^N^) , aluminiumoksid (AI2O3) eller lignende, og organiske isolatorer som polyirnid, paralen og polytetraf1ouroetylen. Fig. 4d-4g shows a transverse section taken along the line D-D in fig. 4c and shows a single band 1 ernen 75 along its length, with the middle portions removed for ease of viewing. 4) Piezoelectric material deposition: Piezoelectric material 76 is deposited on the band 75. The thickness of this layer will affect the efficiency of the disorder. The range of practical thicknesses goes from 100 nm to 100 m, with a typical value of around 4 ju. a) Zinc oxide (ZnO) deposition: Sputtering (eg RF sputtering) is the preferred method for ZnO deposition, chemical vapor deposition (CVD) is an alternative process method. Equivalent methods can also be used. The temperature for the spraying process is low - 200-400°C, e.g. less than 400°C, and preferably less than 300°C. Vapor deposition can be used successfully, but this procedure requires careful control of an oxygen back pressure and of the substrate temperature during deposition. b) Carbon dioxide (CdS) deposition: Spraying is the preferred method for carbon dioxide deposition, chemical vapor deposition is an alternative method. Equivalents can also be used. During spraying, a sulfur back pressure is maintained by introducing hydrogen sulphide (H23) during the deposition. Control of the hydrogen sulphide back pressure affects the stoichiometry of the deposited layer. 5) Zinc oxide drnode 1 1 is i ng (see also step 6 below): Modeling of the zinc oxide is achieved by usual methods. It is carried out in a bowl using a solution of hydrogen peroxide (HC1) and water. The modeling step can be included in step 6. It can be spray etched to reduce undercutting. Again, drying processes can be used. Suggested patterns are shown in fig. 7. 6) Resistive barrier or so 1ator layer (see fig. 4e): A thin (typically 10-200 nm) silicon dioxide (SiO2) layer or other resistive layer on top of the zinc oxide (or kadrni umsulf - fi it) can be deposited to produce a "barrier layer" 77 to limit the electric current. The thickness of this layer should be chosen so that it does not limit the increasing Istrsmrr.en of the component at resonance to a large extent. Other insulators can be used, including non-limiting example si 1 i si umni tr i d (Si^N^) , aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or the like, and organic insulators such as polyirnide, paralene and polytetrafluoroethylene.
Si 1 i si urndi oksi d, som lett kan behandles i laboratoriet, kan anten avsettes ved spruting eller elektronstrålepådamping. Det etses i en løsning av fluorsyre (HF) og vann. Zinkoksidet og si 1 i siumdioksidet kan avsettes i den samme tynnskiktsykel, modelleres én gang med vanlige metoder og deretter etses med fluorsyreopp1øsning (for si 1 i siumdioksid) først, etterfulgt av etsing av zinkoksidet i en Si 1 i si urndi oxy d, which can be easily processed in the laboratory, can either be deposited by spraying or electron beam deposition. It is etched in a solution of hydrofluoric acid (HF) and water. The zinc oxide and si 1 in the sium dioxide can be deposited in the same thin-film cycle, patterned once by conventional methods and then etched with hydrofluoric acid solution (for si 1 in sium dioxide) first, followed by etching the zinc oxide in a
oppløsning av saltsyre (HC1) og vann.solution of hydrochloric acid (HC1) and water.
7) Isolasjonsskikt. (fig. 4f og 4g) : Skiktet av isolerende materiale 73 rna avsettes slik at det etterfølgende øvre meta 1 1 i ser i ngssk i kt (strørnløp for kontaktf orbi ndelser) kan forhindres fra å frembringe uønsket elektrisk kontakt til dat ledende materiale i bandet 75 eller til den nedre elektrode (båndmetallet kan benyttes som den nedre elektrode) . Polyirnid har blitt benyttet som en Isolator på grunn av dets evne ti 1 .å dekke tr i nn og fordi, det kan avsettas vad de lavere temperaturer avgjørende for 1aminer ingspro-sassan. Imidlertid bør andre materialer som kunna avsattes ved en p 1 asrnak jerni sk pådarnpi ngspr osess, slik sorn SiO-2°9SigNij. fungere like bra som et isolerende skikt. Det 7) Insulation layer. (fig. 4f and 4g) : The layer of insulating material 73 is deposited so that the subsequent upper meta 1 1 i se i ngssk i kt (current flow for contact connections) can be prevented from producing unwanted electrical contact to that conductive material in the band 75 or to the lower electrode (the strip metal can be used as the lower electrode) . Polyurethane has been used as an insulator because of its ability to cover wood and because it can be deposited at the lower temperatures essential for the amination process. However, other materials that can be deposited by a p 1 asrnak iron deposition process should be assessed, such as SiO-2°9SigNij. work just as well as an insulating layer. The
isolerende skikt 7S er generelt relativt tykt (10 v) , slik at det reduserer blind- eller shunt kåpasi tans i komponenten. Eksperimentelle resonansstrukturer ble fremstilt med du Font P12555 po 1 y i rni d-i so 1 as j on, forvarmet ved 90°C i 15 minutter. Polyimidet etses ved vanlige metoder under insulating layer 7S is generally relatively thick (10 V), so that it reduces the blind or shunt cover capacitance in the component. Experimental resonance structures were prepared with du Font P12555 po 1 y i rni d-i so 1 as j on, preheated at 90°C for 15 minutes. The polyimide is etched by the usual methods below
fremkal 1 ingscykelen for- den positive resi st. Det strippes deretter for rasist som n-butylacetat og herdes ved omtrent 200°C i 1 time. developing the 1 ing cycle before the positive resi st. It is then stripped of rasist as n-butyl acetate and cured at about 200°C for 1 hour.
3) Strøm 1 øprnetal 1 i ser i ng (se fig. 4g) : Hvor et elektrisk strørnløp til det p i ezoe 1 ek tr i ske materiale 76 behøves (som ved eiektr i sk aktivering/deteksjon) , er aluminium (fil) blitt benyttet til at ledende meta11 i sar ingsski kt 79. Andre materialer kan også benyttes, eksempler omfatter: krorn-sølv 3) Current 1 open number 1 in ser i ng (see fig. 4g): Where an electrical current to the electrical material 76 is needed (as in electrical activation/detection), aluminum (file) has been used to make conductive metal in layer 79. Other materials can also be used, examples include: chromium-silver
(Cr/Ag), ti tani um-wc 1 f ram-gu 1 1 (Ti/W/Au), platina (Pt), krom (Cr) og titan (Ti). Ved fremstilling av de eksperimentelle resonansstrukturer bla omtrent et mikron av aluminium avsatt for 1 ederrneta 1 1 i ser i ngen. Etter vanlig modellering av 1ederrneta11 i sari ngen 79, etses den i et vanlig alumi-ni urnetserni dde 1, idet etsingen lettes ved en noe forhøyet temperatur, f.eks. 50°C. Det er viktig at det benyttede (Cr/Ag), ti tani um-wc 1 f ram-gu 1 1 (Ti/W/Au), platinum (Pt), chromium (Cr) and titanium (Ti). During the production of the experimental resonance structures, approximately one micron of aluminum was deposited for 1 ederrneta 1 1 in ser i nge. After usual modeling of the 1ederneta11 in section 79, it is etched in a normal aluminum urnetserni dde 1, the etching being facilitated at a somewhat elevated temperature, e.g. 50°C. It is important that it used
etsemiddel til modellering av det valgte metall ikke angriper andre deler av komponenten. etchant for modeling the selected metal does not attack other parts of the component.
Etter etsetrinnet fjernes resi sten og komponenten (e) rensas og skylles i avi oni sert vann. 9) Fjerning av komponentene: Komponentene fjernes fra substratet 70 og epoksidet 71 ved å skrelle dem bort fra substratet med passende pinsetter. For noen epoksidlami nater kan substratene varmes opp ti 1 omtrent 100°C for å lette fjerningsprosessen. Dette reduserer adhesjonen av epoksidet og tillater at komponentene skrelles bort lett. After the etching step, the residue is removed and the component(s) are cleaned and rinsed in deionized water. 9) Removal of the components: The components are removed from the substrate 70 and the epoxy 71 by peeling them away from the substrate with suitable tweezers. For some epoxy laminates, the substrates can be heated to about 100°C to facilitate the removal process. This reduces the adhesion of the epoxy and allows the components to be peeled away easily.
I en alternativ prosess kan metallet p1 ateres eller avsettas Få annen måte for å danne underlaget for fremstilling av'båndresonatorer. Prosedyren er daratter lik dan som benytter laminerta foI i er. In an alternative process, the metal p1 can be etched or deposited in some other way to form the substrate for the manufacture of band resonators. The procedure is thus similar to that which uses laminated foil.
En rekke materialer (herunder sorn i-kke-begrensende eksempel nikkel, kobber, bery1 ium-kobberleger ing, krom, gull, salv, platina) som kunne benyttes til resonansbånd kan avsettes ved metoder som platering, vakuumpådamping eller spruting. Hoved-ulempen til slikt materiale er at krysta 11 grensene har en tendens til å orientera sag selv perpendikulært på planet av det avsatte materiale. Flytegrensen til metallet i planet kan således ventes å være lavere enn det dat kunne være om korngrcn-sene var parallelle til spenningen. Fordelene ved denne metode omfatter imidlertid høyere prosesstemperatur. A number of materials (including, but not limited to, nickel, copper, berylium-copper alloys, chrome, gold, salve, platinum) that could be used for resonant bands can be deposited by methods such as plating, vacuum deposition or spraying. The main disadvantage of such material is that the crystal boundaries tend to orient the saw itself perpendicular to the plane of the deposited material. The yield strength of the metal in the plane can thus be expected to be lower than it could be if the grain lines were parallel to the stress. The advantages of this method, however, include a higher process temperature.
En prosedyre for p 1 eter i ng/avsetni ngsrnetoden for fremstilling av mi kromi ni atyrresonansstrukturar føIger: 1) Substratva1g: For å fremstille resonansstrukturer ved hjelp av f 1anarmetoder er dat ønskelig å ha et stivt arbeidsstykke. Et stivt substrat benyttes til å skaffe passende stivhet for stykket. Substratet kan fremstilles fra ethvert egnet materiale sorn har god di mens j onsstabi 1 i tet, kan motstå temperaturer innti1 200°C og er bestandig overfor etsemidlene benyttet i prosessen. Glass er et billig, lett tilgjengelig materiale og kan fås i den ønskede form: 75-115 mm (3-6 i nch) diameters skiver. 0,25 rnrn (10 mil) tykt "0211" dekkglass fra Corning Glass Company kan benyttes. 2) Substratpreparering: Substratet må prepareres for påføring av metal1 i ser ingsskiktet. Et slikt middel av en eller annen type kan benyttes, slik at det endelige produkt kan fjernes fra substratet i uskadd ti 1 stand. For å gjøre dette ble et tynt (100 nanometer) skikt av kobber benyttet eksperimentelt. Kobber er egnet fordi det fester seg til glasset tilstrekkelig bra til å overleve alle prosesstrinnene, men ikke så godt at lett fjerning av de ferdige komponenter fra substratene forhindres. Kobber er også ledende, noe som tillater at det kan pletteres uten behov for ytterligere ledende skikt. Alternativt kan et materiale med dårlig mekanisk holdbarhet, slik sorn kobber oksi d, benyttes som sl i perniddel. Germanium (Ge) representerer også et brukbart alternativ, fordi det er oppløselig i mange syrer og baser og har god mekanisk holdbarhet under prosessen. Det må metalliseres hvis plettering er midlet for avsetning av resonatormateri a 1 et. Endelig kan et materiale som et polymer aller til og med en uorganisk forbindelse påføres og senere oppløses fra undersiden av komponentene. 3) Meta 1 1 avsetni ng (se fig. 5a): Tykkelsen til det avsatte båndmateriale selv er avhengig av geometrien cg forventet spenning i komponenten. Meta11skiktet avsettes på substratet med bruk av ar.hvar passende avsetn i ngsmatoda, herunder f. eks. spruting, kjemisk pådamping (CVD) , termisk pådarn-ping, elaktronstrålepådampi ng og p 1 asrnast i mu 1 er t kjemisk pådamping. Plettering og kjemisk pådamping opptil flere hundre n i tykkelse er mulig mans pådamping (både elektron-stråle og termisk) og spruting er begrenset til omtrent 10 ju maksimal tykkelse. Jc høyere materialets flytegrense, dess større arbei dsf rekvensornråde. Ni kke 1 p 1 etter i ng kan bedre A procedure for the p 1 ether in ng/deposition method for the production of mi chrominium resonance structures follows: 1) Substrate weight: In order to produce resonance structures using photonic methods, it is desirable to have a rigid workpiece. A rigid substrate is used to provide suitable rigidity for the piece. The substrate can be made from any suitable material that has good ion stability, can withstand temperatures up to 200°C and is resistant to the etchants used in the process. Glass is a cheap, readily available material and can be obtained in the desired shape: 75-115 mm (3-6 in nch) diameter discs. 0.25 rnrn (10 mil) thick "0211" cover glass from Corning Glass Company may be used. 2) Substrate preparation: The substrate must be prepared for the application of metal1 in the viewing layer. Such a means of one type or another can be used, so that the final product can be removed from the substrate in an undamaged condition. To do this, a thin (100 nanometer) layer of copper was used experimentally. Copper is suitable because it adheres to the glass well enough to survive all the processing steps, but not so well as to prevent easy removal of the finished components from the substrates. Copper is also conductive, which allows it to be plated without the need for additional conductive layers. Alternatively, a material with poor mechanical durability, such as copper oxide, can be used as a pernid part. Germanium (Ge) also represents a useful alternative, because it is soluble in many acids and bases and has good mechanical durability during the process. It must be metallized if plating is the means of depositing resonator material a 1 et. Finally, a material such as a polymer or even an inorganic compound can be applied and later dissolved from the underside of the components. 3) Meta 1 1 deposition (see fig. 5a): The thickness of the deposited tape material itself depends on the geometry and expected stress in the component. The meta layer is deposited on the substrate with the use of suitable deposition methods, including e.g. spraying, chemical vapor deposition (CVD), thermal deposition, electron beam deposition and p 1 asrnast i mu 1 er t chemical vapor deposition. Plating and chemical vapor deposition up to several hundred n in thickness is possible man's vapor deposition (both electron beam and thermal) and sputtering is limited to about 10 ju maximum thickness. Jc higher the material's yield point, the greater the work dsf regensornåre. Nik kke 1 p 1 after i ng can better
flytegrensen til metalliske materialer.yield strength of metallic materials.
Eksperimentelt ble et tynt skikt av kobber 91 avsatt på et 75 mm (3 inch) diameters 0211 Corning glassubstrat 90. Substratet 90 ble modellert [modellering kan oppnås ved vanlige metoder med et hvilket sorn helst av en rekke resi stmater i a ler kjent av fagfolk i rni kr of abr i kas jons teknikken, både positive (AZ1300 serie) og negativ resi st er blitt benyttet med helli. Se fig. 5b. En positiv resi st, slik sorn AZ1375 ble benyttet og spunnet på med lav hastig-het (2.000 orne r.ei ni nger/mi n.) . Resi sten ble eksponert og utviklet slik at den dannet en rekke bånd r es i strnønstre 92 på det kobberbelagte substrat. To er vist. Resi sten manglet i de områder hvor de pletterte bånd skulle dannes. Se fig. 5b og c. Fig. 5c er et snitt i tverretningen tatt langs linjen C-C på fig. 5b og viser et enkelt båndelernent 94 etter lengden, med midtpartiene fjernet for å lette visningen. Fletter.ing ble utført i en tank rned bruk av kommersielt tilgjengelig Techn i cs Watts-nikkelpletterings-oppløsning og strømtetthet og temperaturbetinge1ser anbefalt av leverandøren. Plettering fortsettes til en tykkelse på omtrent 12 ji. Etter plettering ble resi sten fjernet (i aceton), andre vanlige metoder og materialer kunne benyttes etterfulgt av en metanol- eller isopropanol Experimentally, a thin layer of copper 91 was deposited on a 75 mm (3 inch) diameter 0211 Corning glass substrate 90. The substrate 90 was patterned [patterning can be accomplished by conventional methods with any of a variety of resists known to those skilled in the art. rni kr of abr in the cation technique, both positive (AZ1300 series) and negative resistors have been used successfully. See fig. 5b. A positive resist, such as AZ1375, was used and spun on at low speed (2,000 turns per minute). The resist was exposed and developed so that it formed a series of bands of lines 92 on the copper-clad substrate. Two are shown. Resist stone was missing in the areas where the plated bands were to form. See fig. 5b and c. Fig. 5c is a section in the transverse direction taken along the line C-C in fig. 5b and shows a single strip element 94 along its length, with the center portions removed for ease of viewing. Plating was performed in a tank using commercially available Technics Watts nickel plating solution and current density and temperature conditions recommended by the supplier. Plating is continued to a thickness of about 12 ji. After plating, the residue was removed (in acetone), other common methods and materials could be used followed by a methanol or isopropanol
(eller lignende) sky 1 lemiddel, fulgt av en vannkaskadesky1-1 i ng rned avi oni sert vann. Stykket var deretter klart for piezoe1ektrisk avsetning. Se fig. 5d. (or similar) cloud 1 liquid, followed by a water cascading cloud1-1 in ng rned avi oni serted water. The piece was then ready for piezoelectric deposition. See fig. 5d.
Prosessen fortsetter med det piezoe1 ektr i ske materiale 95 cg motstands- eller sperresk i kt 96 som i den ovennevnte prosess i del; rn an fortsetter fra dennes trinn 4. Se fig. 5e og 5f. Et isolerende skikt 97 påføres sorn på fig. 4, etterfulgt av en egnet 1 ederrneta 1 1 i ser i ng 93. Se fig. 3e o^f. Igjen kan ferdige resonansstrukturer fjernes ved rorritern<p>eratur ved hjelp av spisse pinsetter eller en kniv for å løfte hjørnet i en ende. Straks det er løftet kan resonatoren lett skrelles av substratet. The process continues with the piezo1 ectr i ske material 95 cg resistance or barrier i kt 96 as in the above mentioned process in part; rn an continues from its step 4. See fig. 5e and 5f. An insulating layer 97 is applied as shown in fig. 4, followed by a suitable 1 ederrneta 1 1 in ser i ng 93. See fig. 3rd o^f. Again, finished resonance structures can be removed by rorritern<p>erature using pointed tweezers or a knife to lift the corner at one end. As soon as it is lifted, the resonator can be easily peeled off the substrate.
b) Bje 1 kestruk turerb) Bje 1 kestruk tours
Piezoe1 ektr isk drevne og avfølte resonansstrukturer slik som Piezo1 ectrically driven and sensed resonant structures such as
enkelt- og dobbeltendes dobbe 1tbje1ke-resonansstrukturer (f.eks. enkelt- og dobbeltendes stemmegaffelstrukturer) kan utføres i henhold til den følgende generelle metode: single-ended and double-ended double-beam resonance structures (eg single-ended and double-ended tuning fork structures) can be made according to the following general method:
1. Resonansstrukturen fremstilles av det ønskede materiale. 2. Piezoe1 ektr isk materiale avsettes09modelleres deretter og etses for å fjerne uønsket piezoe1ektrisk materiale fra resten av arbeidsstykket. 3. Et isolerende lag kan, om nødvendig, avsettes og mode 11eres. 4. Et tynnrnetal lski kt avsettes og defineres for å skaffe elektriske forbinde1sespunkter for den piezoelektri ske krets. 5. Et tykt metallskikt avsettes deretter og defineres om ønskes. 1. The resonance structure is made of the desired material. 2. Piezoelectric material is deposited, then modeled and etched to remove unwanted piezoelectric material from the rest of the workpiece. 3. An insulating layer can, if necessary, be deposited and fashioned. 4. A thin metallic layer is deposited and defined to provide electrical connection points for the piezoelectric circuit. 5. A thick metal layer is then deposited and defined if desired.
6. Et isolerende skikt kan orn ønskes avsettes.6. An insulating layer can be deposited if desired.
Mer spesielt kan piezoelektrisk drevne og avfølta hulutkrager-bje 1 ke-resonanse 1 ernenter av silisium fremstilles i henhold til den følgende detaljert prosedyre: (se fig. 6a til 6k) 1. Si 1 i si urnsk i vernater i a 1 e av N-typen [1001 polert på begge sider er et passende materiale for substratet 110. Se fig. 6a. Et maskelag 111 av si 1 i si urndi oksi d (S i O2) dyrkes termisk (eller ekvivalent) på begge sider (foran cg bak) av første og andre områder (bara ett er vist) på en valgt si 1 i si urn (Si)-sk i ve 110 til en tykkelse på fra 0,3 til 1,0 m, og fortrinnsvis omtrent 0,3 u. Maskeskiktet 111 kan også dannes ved kjemisk pådamping (CVD) , e 1 ek trcnstrå 1 e (E-strå 1 a) -pådampi ng, ved spruting eller ved en ekvivalent frerngangsmåte. Innretti ngsrnerker maskes ved konvensjonelle metoder på den motsatte side (ikke vist). Forsidens oksid!ag 111 på hver skiveflate modelleres ved vanlige metoder for å skaffe en bje1kefordypning 112, en elektronikkhette 114 cg en kontakthette 115 på frontcvarf1 aten, og blir deretter etset ved de vanlige våte eller tørre metoder More specifically, piezoelectrically driven and sensed hollow collar-bje 1 ke resonance 1 ernents of silicon can be fabricated according to the following detailed procedure: (see Figs. 6a to 6k) 1. Si 1 i si urnsk i vernate i a 1 e of N- the type [1001 polished on both sides is a suitable material for the substrate 110. See fig. 6a. A mask layer 111 of si 1 i si urndi oxy d (S i O 2 ) is thermally grown (or equivalent) on both sides (front and back) of first and second regions (only one is shown) on a selected si 1 i si urn ( Si)-sk i ve 110 to a thickness of from 0.3 to 1.0 m, and preferably about 0.3 u. The mask layer 111 can also be formed by chemical vapor deposition (CVD), e 1 ek trcnstra 1 e (E- straw 1 a) -steaming, by spraying or by an equivalent process. Alignment markers are masked by conventional methods on the opposite side (not shown). The front oxide layer 111 on each wafer surface is modeled by conventional methods to provide a bank recess 112, an electronics cap 114 and a contact cap 115 on the front surface, and is then etched by conventional wet or dry methods
[våtrnetoder omfatter f luorsyre (HF) , tørrrnetoder omfatter plasmaetsing] , fortrinnsvis i fluorsyre (HF) for å etterlate presist anbragte justeringsrnerker på baksidene av hver skiveoverflate og for å definere [wet electrodes include hydrofluoric acid (HF), dry electrodes include plasma etching] , preferably in hydrofluoric acid (HF) to leave precisely positioned alignment marks on the backs of each disc surface and to define
kornponentelernentf ormene pa frontoverf 1 åtene av hver skivef1ate. Frontoverf 1 aten av hver skiveflate har deretter en bje1kefordypning 112, en elekronikkhette 114 og en kontakthette 115 påetset, ved bruk av ka 1 i urnhydr oksi d (KOH) eller et ekvivalent anisotropt etsemiddel. Fordypningene etses til dat korrekte maskeomri ss, f.eks. fordypningsmaskeomrisset 113. Elektronikkhetten 114 og/eller kontakthetten 115 kan sløyfes om de ikke behøves. 2. Se fig. 6c, 6d og 6e. Si 1 i siumdioksidmaskeskiktet 111 strippes deretter fra de respektive skiveflater med fortynnet fluorsyre (HF) og dyrkes på ny termisk til en tykkelse fra omtrent 0,5 til omtrent 1,5 a, fortrinnsvis omtrent 0,7 ju- Det nye oksi dmaskesk i kte 111 kan også dannes ved CvD, E-strå1epådamping aller ved spruting. Dette si 1 i si urndi oksi dsk i k te 111 modelleres ved vanlige metoder på hver skiveflate og etsas på vanlig måte i fortynnet fluorsyre (HF) for å skaffe en si 1 i si umdi oksi drnaske for p+-dopetr i nnet. Et udopet område 1IS (fig. 6c) etterlates for senere atsing for å frigjøre bjelken. Bor (B) , bornitrid (BN) , boroksid (E2O3) eller ioneimp 1antering, f.eks. diborangass (B2Hg) og ekvivalente forbindelser kan benyttes i p + - dopingtrinnet. De dopede områder 116 er vist på fig. 6e. Denne maske 117 beskytter e1 ektronikkområdet og de tilstøtende hatteområder 114, 115 på skiven, og definerer også p+-dopi ngen av den N-tvpa [1003 si 1 i si umornr i ss av b ja 1 kaf ormen. Ornr i ssdef i ni s jonen av b j e 1 k e f o r men u rn f a te r vegg tv k k e I se, stø 11 e f 1 0 y 0 m r åde r, bja1ketatningsgrenser osv. Se US Patentsøknad 709.870. 3. Si 1 i si urndi oksi ddopemaskesk i k tet 111 strippes fra begge skiveflater ved hjelp av f 1uorsyre (HF)-ets ing, og at nytt si 1 i si urndi oksi d 111 dyrkes termisk over begge skiveområder til en tykkelse på fra omtrent 0,2 til omtrent 0,6 ju, fortrinnsvis omtrent 0,2 ju. Det nye dioksidski kt kan alternativt dannes ved kjemisk pådamping, E-strå1epådamping eller ved spruting. 4. Slike e lek tr oni kki-etser (se fig. 6c og 6e) sorn ønsket er på den første skivens frontoverf 1ate for å danne et e 1 ek troni kkrnaskeornråde 117. Spesifikke kretser og masker for slike er kjent av den vanlige fagmann innen teknikken for fremstilling av integrerte kretser og kan i ethvert tilfelle variere i henhold til den tenkte bruk av sensoren. Trinnet for å danne elektronikken kan også sløyfes når det ikke behøves. 5. Dette nye si 1 i siumdioksidmaskeskikte 111 (begge frontoverf1 åtene av skiven) modelleres (se fig. 6f, 6g og 6h) med en maske ved vanlige metoder, etses i fluorsyre (HF) eller lignende, slik at det åpnes en kontaktåpning til det p+<->dopede område 120 inne i fordypningen 112, og slik at en kontaktåpning 119 til den p+<->dopede frontoverflate av skiven åpnes i kontaktområdet. Se fig. 6f, 6g og 6h. 6. Dernest avsettes det piezoe1ektri ske materiale ved hjelp av vanlige maskings- og mode 11 er ingsmetoder cg etses slik at det piezoe1 ektr i ske materiale 121 bare blir tilbake i . de.t ønskede fordypningsområde av de respektive skiveområder. Se fig. 6f, 6g og 6h. Eksempler på passende piezoelektri ske materialer omfatter zinkoksid (ZnO), som kan etses i fortynne-!saltsyre (HC1) , kadm i urnsu 1 f i d (CdS) og blyoksid (PbO) . 7. Etter at overflødig piezoe1 ektr isk materiale 121 er etset bort, avsettes et tynnmeta11skikt 122 med omtrent 0,03 til omtrent 0, 1 ju tykkelse, f or tr i nnsvi s nær 0, 1 ju tykkelse selektivt på hver f rontoverf late av skiven (etter definisjon) rned bruk av vanlige "lift-off"-metoder for fotorasist. Mata 11skiktet blir the grain components form the front over the edges of each disc face. The front surface of each disc surface then has a recess 112, an electronics cap 114 and a contact cap 115 etched on, using potassium hydroxide (KOH) or an equivalent anisotropic etchant. The recesses are etched to the correct mesh outline, e.g. the recess mask outline 113. The electronics cap 114 and/or the contact cap 115 can be omitted if they are not needed. 2. See fig. 6c, 6d and 6e. Si 1 in the sium dioxide mask layer 111 is then stripped from the respective wafer surfaces with dilute hydrofluoric acid (HF) and regrown thermally to a thickness of from about 0.5 to about 1.5 µm, preferably about 0.7 µm. 111 can also be formed by CvD, E-beam vaporization especially by spraying. This si 1 i si urndi oxy dsk i k te 111 is modeled by usual methods on each disk surface and etched in the usual way in dilute hydrofluoric acid (HF) to obtain a si 1 i si umdi oxy drnask for p+-dopetr i nnet. An undoped area 1IS (Fig. 6c) is left for later etching to release the beam. Boron (B), boron nitride (BN), boron oxide (E2O3) or ion implantation, e.g. diborane gas (B2Hg) and equivalent compounds can be used in the p + - doping step. The doped regions 116 are shown in fig. 6th. This mask 117 protects the e1 electronics area and the adjacent hat areas 114, 115 on the wafer, and also defines the p+ doping of the N-tvpa [1003 si 1 i si umornr i ss of b ja 1 kaf orm. Ornr i ssdef i ni s ion of bj e 1 k e for men u rn f ater wall tv k k e I see, sto 11 e f 1 0 y 0 m r råde r, bja1ketatation limits, etc. See US Patent Application 709,870. 3. Si 1 i si urn di oxy d dope mask i k ted 111 is stripped from both wafer surfaces with the help of hydrofluoric acid (HF) etching, and that new si 1 i si urni oxid d 111 is thermally grown over both wafer areas to a thickness of from approximately 0.2 to about 0.6 ju, preferably about 0.2 ju. The new dioxide layer can alternatively be formed by chemical vaporisation, E-beam vaporisation or by spraying. 4. Such electronics etch (see Figs. 6c and 6e) as desired on the front surface of the first wafer to form an electronics circuit board 117. Specific circuits and masks for such are known to those of ordinary skill in the art. within the technique of manufacturing integrated circuits and may in any case vary according to the intended use of the sensor. The step to form the electronics can also be skipped when not needed. 5. This new si 1 in the sium dioxide mask layer 111 (both front over1 sides of the wafer) is modeled (see fig. 6f, 6g and 6h) with a mask by usual methods, etched in hydrofluoric acid (HF) or the like, so that a contact opening is opened to the p+<->doped area 120 inside the recess 112, and so that a contact opening 119 to the p+<->doped front surface of the disc is opened in the contact area. See fig. 6f, 6g and 6h. 6. Next, the piezoelectric material is deposited using normal masking and etching methods and is etched so that the piezoelectric material 121 only remains in the . the desired indentation area of the respective disc areas. See fig. 6f, 6g and 6h. Examples of suitable piezoelectric materials include zinc oxide (ZnO), which can be etched in dilute hydrochloric acid (HCl), cadmium i urnsu 1 f i d (CdS) and lead oxide (PbO). 7. After excess piezoelectric material 121 is etched away, a thin metal layer 122 of about 0.03 to about 0.1 ju thickness, approximately 0.1 ju thick, is selectively deposited on each front surface of the disc (by definition) rned using common "lift-off" methods for photo-racist. Mata 11 the layer becomes
fortrinnsvis dannet av aluminium (Al), titan (Ti), nikkel (Ni), platina (Pt), sølv (Ag) eller kobber (Cu) , eller legeringer av disse, eller lignende, materialer som kan behandles ved lavere temperaturer foretrekkes. Dette rneta 1 1 sk i k te 122 vil bli benyttet preferably formed of aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), platinum (Pt), silver (Ag) or copper (Cu), or alloys of these, or similar, materials that can be processed at lower temperatures are preferred. This rneta 1 1 sk i k te 122 will be used
sorn en forbinde Ises ledning for de pi ezoe 1 ektr i ske områder (om nødvendig) og for forbindelser 123, 124 til elektronikkpakken 117 (om nødvendig). Fotoresisten fjernes med aceton, N-butylacatat eller lignende. sorn en connect Ise's wire for the piezoe 1 ectr i ske areas (if necessary) and for connections 123, 124 to the electronics package 117 (if necessary). The photoresist is removed with acetone, N-butyl acetate or the like.
S. Frontoverf 1 aten av skiven blir deretter dekket av et avsatt høymo tstands [si 1 i si umni tr i d (S 131^4.) eller si 1 i siumdiokdis (Si 02)3 i so 1 asjonsski kt 125. Se fig. 6f, 6g og 6h. Et skikt med omtrent 0, 1 ti 1 1 ju, fortrinnsvis omtrent 0,1 ju tykkelse er passende. S. The front surface of the disk is then covered by a deposited high resistance [si 1 i si umni tr i d (S 131^4.) or si 1 i sium diokdis (Si 02)3 i so 1 ation layer kt kt 125. See fig. 6f, 6g and 6h. A layer of about 0.1 to 1 1 µm, preferably about 0.1 µm, thickness is suitable.
9. Kontaktåpninger 126, 127, 123 åpnes gjennorn høyrnot-standsskiktet 125 ved vanlig maskings og etsing 9. Contact openings 126, 127, 123 are opened in the same way as the groove-supporting layer 125 by normal masking and etching
(vanlige våt- eller tørrrnetoder) til kontaktplåtene og et tykt metallskikt 129 (fli, Ti, Ni, P+, Ag, Cu) avsettas derattar til en tykkelse fra omtrent 0,5 til omtrent 2 n og etses på vanlig måte atter ønske. Se fig. 6f, 6g og 6h. Dette tykke metallskikt 129 skaffar kontaktplater 119, 127, 123 i kontaktornrådet og forbindes til det tynne metallskikt 122, 123, 124 og definerer også formen av den piezoe1 ektr i ske elektrode. 10. Si 1 i si urndi oksi dsk i k tet 111 på baksiden blir deretter modellert ved vanlige metodar for å skaffe den endelige etsernaske. Se fig. 6 i og 6j. Et båndemate-riale avsattas deretter på frontoverf 1atan av begge skiveflater. Passende båndernater i a 1 er er beskrevet i US Patentsøknad 709.397. 11. Frontoverf 1 aten av de to partier av skiven blir presist justert og båndet sammen ifølge juster i ngsrner-kene på baksiden, og deretter etset ved hjelp av et passenda anisotropt etsemiddel for å frigjøra hu lbjel-ken og kontaktornrådene. US Patentsøknad nr. 709.870. Passenda etsernidler omfatter ka 1 i umhydroksi d (KOH) , h<y>drazin (N2H4eller NH2NH2) , etendi arni npyr okatekal (ordinary wet or dry electrodes) to the contact plates and a thick metal layer 129 (fli, Ti, Ni, P+, Ag, Cu) is then deposited to a thickness of about 0.5 to about 2 n and etched in the usual way as desired. See fig. 6f, 6g and 6h. This thick metal layer 129 provides contact plates 119, 127, 123 in the contactor region and is connected to the thin metal layer 122, 123, 124 and also defines the shape of the piezoelectric electrode. 10. Si 1 i si urndi oxi dsk i k tet 111 on the back is then modeled by usual methods to obtain the final etching ash. See fig. 6 i and 6 j. A tape material is then deposited on the front surface of both disc surfaces. Suitable ribbons in a 1 are described in US Patent Application 709,397. 11. The front surface of the two parts of the disc is precisely aligned and bonded together according to adjust in the ngsrners on the back, and then etched using a suitable anisotropic etchant to release the hollow beam and contactor tips. US Patent Application No. 709,870. Suitable etchants include ca 1 i um hydroxy d (KOH) , h<y>drazine (N2H4or NH2NH2) , etendi arni npyr ocatechal
(EDP) eller natr i umhydroksi d og vann (NaOH og H2O) . (EDP) or sodium hydroxide and water (NaOH and H2O).
Båndetrinnet forsegler hermetisk e1 ektronikkpakken. The ribbon stage hermetically seals the e1 electronics package.
Endelig renses komponenten (etter etsing) i et vannsky 11emiddel og tørkes deretter i alkohol. En lett forhøyet temperatur letter tørk i ngen. Finally, the component is cleaned (after etching) in a water mist agent and then dried in alcohol. A slightly elevated temperature facilitates drying in the meadow.
Områdene av det følsomme piezoe1ektri ske materiale kan plasseres på hvilke som helst .av en rekke steder (og kombinasjoner av steder) på resonansstrukturoverf1 aten, herunder innvendige overflater i hule strukturer. I tillegg kan det piezoelektriske matar i a 1 e drives med elektrisk eller optisk energi, sorn beskrevet nedenfor. For den følgende beskrivelse vil "eksitasjon" av de piezoelektriske mater i a 1 områdene bli forstått sorn at det omfatter enten elektrisk eller fotooptisk stimulering/deteksjon, eller begge, e11 er kombi nasjoner av begge. The regions of the sensitive piezoelectric material can be placed at any of a number of locations (and combinations of locations) on the resonant structure surface, including interior surfaces of hollow structures. In addition, the piezoelectric feeder in a 1 e can be driven with electrical or optical energy, as described below. For the purposes of the following description, "excitation" of the piezoelectric mater in the a 1 areas will be understood to include either electrical or photo-optical stimulation/detection, or both, or combinations of both.
På fig. 7a og 7b vises en enkelt bjelke (f.eks. at bånd)-resonariskomporient 10 i grunnriss. Enkle 150 eller doble 151 (f.eks. para!leilanordnede) piezoelektriske mater i a 1 områder kan avsettes ved den ene eller begge ender (fig. 7a, 7b eller i midten (ikke vist)). Hvert områda eller dobbeltcmråde kan tjene enten som et drivområde eller et deteksjonsområde [piezoelektriske materialer erkarakterisert vedegenskaper som: a) dannelse av en spenning når det utsettes for mekanisk påkjanning og b) det dannas mekanisk spanning når det utsettes for en spenning]. Ved å benytte elektrisk- eller strålingsenergi for å drive eksitasjon ut av fase med hvilke som helst av da piezoelektriske områder eller dobbe 11områder (eller pargruppe) 151, kan båndresonatoran 10 på fig. 7b oscilleres i en retning parallellt til den på dette grunnriss. Hvilke som helst av de resterende områder ellar pargrupper kan benyttes til å generera et elektrisk signal til deteksjon av resonanse 1ementfrekvensen som en indikasjon på strekket på båndet. Frekvensen kan også detekteres optisk. Det skal bemerkes av driving/deteksjon også kan oppnås ved en initial eksitasjonspu1s av energi som har an varighet sorn er betydelig kortere enn resonansfrekvensens, og deratter deteksjon av resonansfrekvensen i resten av cyklen eller over mer enn én diskret osci1lasjonscykel. Disse metoder er generelt kjent av vanlige fagfolk innen området prcsesskont-ro11 instrumentering og godt forstått. In fig. 7a and 7b, a single beam (eg ribbon) resonator component 10 is shown in plan view. Single 150 or double 151 (e.g. para!leilarranged) piezoelectric mats in a 1 areas can be deposited at one or both ends (Fig. 7a, 7b or in the middle (not shown)). Each region or dual region can serve as either a drive region or a detection region [piezoelectric materials are characterized by properties such as: a) generation of a voltage when subjected to mechanical stress and b) generation of mechanical stress when subjected to a voltage]. By using electrical or radiation energy to drive excitation out of phase with any of the piezoelectric regions or double 11 regions (or pair group) 151, the band resonator 10 in fig. 7b is oscillated in a direction parallel to that in this ground plan. Any of the remaining areas or groups of pairs can be used to generate an electrical signal for detecting the resonance frequency as an indication of the stretch on the tape. The frequency can also be detected optically. It should be noted that driving/detection can also be achieved by an initial excitation pulse of energy whose duration is significantly shorter than that of the resonance frequency, and thus detection of the resonance frequency for the remainder of the cycle or over more than one discrete oscillation cycle. These methods are generally known to those of ordinary skill in the field of process control instrumentation and well understood.
En dobbeltendes eller dobbel tbø 1 -ges komponent, f.eks. en såkalt dobbelt stemmegaffe 1 12, kan også drives til osci1lasjon og detekteres i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved selektivt å anordne piezoelektriske mater i a 1avsetninger i skår på forgreningene som vist på venstre side av fig. 7, én for avføling og én for deteksjon. Piezoelektriske pargruppeornråder kan plasseres langs forgreningene, som vist på høyre side av fig. 7 eller 7d for mer effektiv driving/deteksjon. En enkel stemmegaffel 14 kan eksiteres og detekteres ved enhver av disse metoder, fig. 7j. A double-ended or double tbø 1 -ges component, e.g. a so-called double tuning fork 1 12, can also be driven to oscillate and detected according to the present invention by selectively arranging piezoelectric mats in a 1deposits in shards on the branches as shown on the left side of fig. 7, one for sensing and one for detection. Piezoelectric pair array antennas can be placed along the branches, as shown on the right side of fig. 7 or 7d for more efficient driving/detection. A simple tuning fork 14 can be excited and detected by any of these methods, fig. 7y.
På fig. 7f til 7k er det vist foreslåtte steder for avsetting av de piezoelektrisk drevne områder 152 på en utkraget bjelkereso-nator (ikke en hu 1bje1keresonator) , i hvilken flere avsetninger gjøres på de øvre og/eller nedre planare overflater av bjelken, slik at bjelken avbøyes under eksitasjon, idet eksitasjonen frembringer mekanisk spenning for å generera en spenning i det resterende piezoelektriske område 153. In fig. 7f to 7k show proposed locations for deposition of the piezoelectrically driven areas 152 on a cantilever beam resonator (not a hollow beam resonator), in which multiple deposits are made on the upper and/or lower planar surfaces of the beam, so that the beam is deflected during excitation, the excitation producing mechanical stress to generate a voltage in the remaining piezoelectric region 153.
I tillegg til en rekke andre utforminger av anordningen av avsatt resonansstruktur/piezoelektr isk materiale skal det bemerkes at torsjonssvigning av en langstrakt struktur kan oppnås ved å plassere langstrakte piezoelektriske områder diagonalt langs en bjelke (eller andre resonator)-overflata, som vist på fig. 7e. In addition to a number of other designs of the deposited resonant structure/piezoelectric material arrangement, it should be noted that torsional buckling of an elongated structure can be achieved by placing elongated piezoelectric regions diagonally along a beam (or other resonator) surface, as shown in Fig. 7e.
I tillegg kan membrantrykksensorer 15, slik sorn den vist i tverrsnitt på fig. 71, drives til osci1lasjon og deretter detekteres ved å anordne piezoelektriske områder 150 nar membrancmradet 15. Membranen 15 er opp lagret over et membran-baresubstrat 142 og utsatt for et trykk F. In addition, membrane pressure sensors 15, as shown in cross-section in fig. 71, is driven to oscillate and then detected by arranging piezoelectric areas 150 in the membrane area 15. The membrane 15 is stored over a membrane-bare substrate 142 and exposed to a pressure F.
Resonansstrukturene beskrevet her kan også drives og avfales ved metoder og apparater svarende til de som benyttes ved større resonansstrukturer kjent av vanlige fagfolk i prosesskontro11-i ns tr urnen ter i ngstekni kken. The resonance structures described here can also be operated and disposed of by methods and devices similar to those used for larger resonance structures known to ordinary professionals in process control engineering.
I kanskje den enkleste form (se fig. 3b) kan et resonansbånd 10 strekkes mellom fastspenningsendene av en enkel innretning av et materiale som har en høy varrneutvi de 1 seskoef f i si ent slik som ternperatursensor-understrukturen 140, som vist på fig. Sb. Tilsvarende kan et resonanselement 16 (fig. Sa), som kan være et bånd, en dobbelt stemmegaffe 1 eller andre resonansstrukturer i henhold til denne oppfinnelse henges under strekk mellom et fast punkt 141 og et fleksibelt element 142 sorn, i et ikke-begrensende eksempel kan være en membran eller belg som avføler en trykkrnå 1 everdi (P) som vist på fig. Sa. Hu 1 bje 1 kestrukturer kan fylles med et variabelt trykk relatert til en måleverdi Ctrykk, di fferensia 1 trykk, temperatur (via en fylt termisk sensor) eller annen kraft! , for derved å forandre resonansfrekvensen av hu 1bje1kestrukturen. In perhaps the simplest form (see Fig. 3b), a resonant band 10 can be stretched between the clamping ends of a simple device of a material that has a high coefficient of variation such as the temperature sensor substructure 140, as shown in Fig. Sb. Correspondingly, a resonant element 16 (Fig. Sa), which can be a band, a double tuning fork 1 or other resonant structures according to this invention can be suspended under tension between a fixed point 141 and a flexible element 142 sorn, in a non-limiting example can be a membrane or bellows that senses a pressure value (P) as shown in fig. So. Hu 1 bje 1 ke structures can be filled with a variable pressure related to a measured value Cpressure, differential 1 pressure, temperature (via a filled thermal sensor) or other force! , thereby changing the resonance frequency of the memory structure.
Elektrisk eksitasjon oppnås på mange måter, og avhenger hovedsakelig av utformingen og anordningen av det piezoelektri ske materiale. Fig. Sa viser en basisk osci11atorkrets, inklusiv en faseski ftkrets 143 og et vindingstrinn 144 og har en utgang ved 0. Fig. Sa viser en enkel oscillator sorn både benytter driv- og detektorpiezoelektri ske avsetninger 160, 161 på en enkel båndsensor 10 forbundet mellom et fast punkt 141 og en membran 142 som utsettes for et trykk P. Electrical excitation is achieved in many ways, and depends mainly on the design and arrangement of the piezoelectric material. Fig. Sa shows a basic oscillator circuit, including a phase shift circuit 143 and a winding stage 144 and has an output at 0. Fig. Sa shows a simple oscillator that uses both drive and detector piezoelectric deposits 160, 161 on a simple band sensor 10 connected between a fixed point 141 and a membrane 142 which is subjected to a pressure P.
På fig. 3b skaffer kondensatorer 147 og 143 fasesk i ft, og vindingstrinnene 146 skaffer den ønskede forsterkning, mens det piezoelektriske element 160 skaffer den ønskede oscillerende tilbakekobling. I noen situasjoner kan det være ønskelig å drive resonanse 1 ernentet i et annet plan enn perpendikulært på planet av det avsatte piezoelektriske materiale. I en slik situasjon kan par av piezoelektriske mater i a 1 områder anordnet og grupperes (derfor "pargrupper") for å skaffe tvarrosci1lasjon, porsjons-osci1lasjon eller osci1lasjon i en annen mode. De enkelte piezoelektriske områder av en særskilt pargruppe blir ganske enkelt drevet ut av fase for å oppnå den ønskede piezoelektriske spenning. For avf ø 1 i ngsf orrnål skaffer detektor området av det piezoelektriske materiale en spenning sorn varierer regelmessig med den mekaniske spenning i resonansstrukturen. Denne virkning kan benyttes til å tilbakekoble og vedlikeholde osci11asjon, såvel som å skaffe et resonansutgangssigna1, eller et separat piezoe1 ektr isk område kan benyttes til å generere resonansut- In fig. 3b provides capacitors 147 and 143 in phase in ft, and the winding stages 146 provide the desired gain, while the piezoelectric element 160 provides the desired oscillating feedback. In some situations, it may be desirable to operate the resonance 1 ernent in a plane other than perpendicular to the plane of the deposited piezoelectric material. In such a situation, pairs of piezoelectric mats in a 1 areas can be arranged and grouped (therefore "pair groups") to provide tvarrosci11lation, portion-oscillation or oscillation in another mode. The individual piezoelectric areas of a particular pair group are simply driven out of phase to achieve the desired piezoelectric voltage. For the first time, the detector provides the area of the piezoelectric material with a voltage that varies regularly with the mechanical tension in the resonant structure. This effect can be used to feedback and maintain oscillation, as well as providing a resonant output signal, or a separate piezoelectric region can be used to generate resonant output
gangssignålet.the turn signal.
Fig. 9 illustrerer på enkel måte en enkel utkragerbje1keresona-tor IS, i hvilken bjelken 171 er festet ved én ende til et fast punkt 142, og den andre ende er fri. En første fiberoptisk vei 172 drives på avstand med en avbrudt strål ingsenergistråle Bjsom eksiterer det piezoelektriske område 173 og får utkrager-bjelken 171 til å oscillere. En annen, ste strål ingsenergistråle B2sendes ned en annen fiberoptisk leder 174. Strålen B2blir vekselvis reflektert avhengig av osci1lasjonene av utkragerbje1-ken 171 og returnerer via den annen optiske fiber 174 til et fjerndeteksjonssted (ikke vist). Bemerk at en enkelt fiberoptisk leder kan settes i stedet for ledere 172, 174 ved å benytte separate bølgelengder med begrenset spektra 1 spredning for hver funksjon - driving av det piezoelektriske område 173 og reflek-sjon via osci 1lasjon av utkragerbje1 ken 171. US Patentsøknad 330.637 innlevert 22. februar 19S2 av A.C. GiIby et al beskriver enkelt- og f lerlederfctooptisk driving- og deteksjonsmetoder. Fig. 9 illustrates in a simple way a simple cantilever beam resonator IS, in which the beam 171 is fixed at one end to a fixed point 142, and the other end is free. A first fiber optic path 172 is driven remotely with an interrupted radiant energy beam B which excites the piezoelectric region 173 and causes the cantilever beam 171 to oscillate. A second radiation energy beam B2 is sent down another fiber optic conductor 174. The beam B2 is alternately reflected depending on the oscillations of the cantilever beam 171 and returns via the second optical fiber 174 to a remote detection location (not shown). Note that a single fiber optic conductor can be substituted for conductors 172, 174 by using separate wavelengths with limited spectral dispersion for each function - driving the piezoelectric area 173 and reflection via oscillation of the cantilever beam 171. US Patent Application 330,637 filed February 22, 19S2 by A.C. GiIby et al describe single and multi-conductor optical driving and detection methods.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/743,255 US4764244A (en) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | Resonant sensor and method of making same |
| PCT/US1986/001249 WO1986007507A1 (en) | 1985-06-11 | 1986-06-05 | Resonant sensor and method of making same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO870525L true NO870525L (en) | 1987-02-11 |
Family
ID=26773723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO870525A NO870525L (en) | 1985-06-11 | 1987-02-11 | RESONANCE SENSOR AND PROCEDURE FOR PRODUCING THE SAME. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3680462D1 (en) |
| NO (1) | NO870525L (en) |
-
1986
- 1986-06-05 DE DE8686903988T patent/DE3680462D1/en not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-02-11 NO NO870525A patent/NO870525L/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3680462D1 (en) | 1991-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4764244A (en) | Resonant sensor and method of making same | |
| EP1299946B1 (en) | Filter and method for manufacturing the same | |
| US6507983B1 (en) | Method of making tunable thin film acoustic resonators | |
| JP4126004B2 (en) | Manufacturing method of flexible MEMS transducer | |
| US7819015B2 (en) | Silicon carbide piezoresistive pressure transducer and method of fabrication | |
| US20130292783A1 (en) | Mems element and method for manufacturing same | |
| KR101744107B1 (en) | Magnetoelectric sensor and method for the production thereof | |
| CN112073025A (en) | Self-supporting air gap type bulk acoustic wave resonator based on porous silicon and preparation method thereof | |
| US20030174041A1 (en) | Temperature sensor | |
| CN110417374A (en) | Film bulk acoustic resonator and preparation method thereof | |
| KR100432465B1 (en) | Thin film piezoresistive sensor and method of making the same | |
| JP2006135443A (en) | Surface acoustic wave device and method of manufacturing surface acoustic wave device | |
| US20240275352A1 (en) | Baw filter structure and preparation method thereof | |
| Zhang et al. | Highly flexible piezoelectric MEMS resonators encapsulated in polymer thin films | |
| US11865580B2 (en) | Method of manufacturing an integrated capacitor structure using a donor substrate for transferring layers to a receiver substrate | |
| NO870525L (en) | RESONANCE SENSOR AND PROCEDURE FOR PRODUCING THE SAME. | |
| JP7217876B2 (en) | Electronic elements, temperature sensors, magnetic sensors, vibration sensors and acceleration sensors | |
| CN116391459A (en) | Composite structure for MEMS applications including deformable layer and piezoelectric layer and related fabrication method | |
| Matzke et al. | Wafer level thin-film solder bonding of a hybrid sensor for interfacial force microscopy | |
| JP2002236067A (en) | Pressure sensor and method of manufacturing the same | |
| JP2866216B2 (en) | Cantilever manufacturing method | |
| KR100456771B1 (en) | Piezoelectric switching device for high frequency | |
| JPS63120236A (en) | Preparation of pressure sensor | |
| CN113804726A (en) | Manufacturing method of vibration-temperature measurement composite resonant moisture-sensing chip for dew point measurement | |
| JPH0786656A (en) | Piezoelectric thin film element |