JP2022521415A - マイクロシステム及びマイクロシステムの作成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・強誘電体層の周辺領域は、(例えば、上部電極に平行な平面に垂直な方向に上から見た場合)強誘電体層の上部電極で覆われていない領域として定められる。
・下部電極層の周辺領域は、(例えば、上部電極に平行な平面に垂直な方向に上から見た場合)強誘電体層で覆われていない下部電極の領域として定められる。
・基板の周辺領域は、(例えば、上部電極に平行な平面に垂直な方向に上から見た場合)下部電極で覆われていない基板の領域として定められる。
導電性貴金属、特に、Au、Pt、Ag、Rh、Zr;及び/又は
導電性窒化物、特に、TiN、TaN、WN、TiAlN、SiTiAlN、SiAlNを含む群の少なくとも一つ;及び/又は
導電性酸化物、特にRuOx及びIrOxを含む群の少なくとも一つを含む。
これらの物質は、腐食に対して都合良い耐性がある。例えば、水素はこれらの物質に浸透できない。従って、マイクロシステムは耐食性が高く、寿命が長い。上部電極が本質的に導電性窒化物、特にTiN、TaN、WN及びTiAlNを含む群の少なくとも一つ、及び/又は上部電極が本質的に導電性酸化物、特に、RuOx、InOx、IrOxを含む群の少なくとも一つであることが想定できる。
吸収層10は、上部電極5と電気的に接続するために、平面内の周の周りで、基板表面に平行に、吸収層10と絶縁層6との間の基板表面に平行な平面内の周の一位置に配置される第1の導体経路7を除いて完全に絶縁層6に接触する。図6a・図6bを参照して以下でより詳細に述べるように、吸収層10が絶縁層6の上に延在することが想定できる。吸収層は、白金ブラック、金ブラック、銀ブラック、カーボンナノチューブ、二次元導電層、金属薄膜、多孔質薄膜(多孔質薄膜は、PVD斜め蒸着法によって付着したNiCrでもよい)、貴金属(上部電極上又は直上に配置してもよい)、有機層(好ましくは、耐水性を有する有機層、例えば、ポリイミド、パリレンなど)、貴金属及び誘電体を含む多層スタック材料(例えば、Pt/TiO2、Au/Al2O3、Pt/PZT、Ag/SiO2、Pt/SiCなど)、貴金属及び有機層の多層スタック(好ましくは、耐水性を有する有機層、例えば、ポリイミド、パリレンなど)を含む群の少なくとも一つを含むことが想定できる。
・基板12を準備する(図3のステップa))。
・下部電極3を基板12上に付着する。
・強誘電体層4を下部電極3上に付着する。
・上部電極5を強誘電体層4上に付着する。
・上部電極5から基板12まで延在する絶縁層6を強誘電体層4上に付着する(図3のステップb))。
・フォトレジスト13を絶縁層6上に付着する(図3のステップc))。
・フォトレジスト13が上部電極5の領域にフォトレジストスルーホールを有するようにフォトレジスト13を形成する(図3のステップd))。
・フォトレジストスルーホールに対応するスルーホール11が中央部に位置するリング形状を絶縁層6が有するように、マイクロシステム1をエッチングする(図3のステップe))。
・フォトレジスト13を除去する(図3のステップf))。
・基板12を準備する(図4のステップa))。
・下部電極3を基板12上に付着する。
・強誘電体層4を下部電極3上に付着する。
・上部電極5を強誘電体層4上に付着する。
・リフトオフフォトレジスト14を上部電極5上に付着する(図4のステップb))。
・リフトオフフォトレジスト14が、上部電極5の領域のみに残るように、リフトオフフォトレジスト14を形成する(図4のステップd))。
・絶縁層6をリフトオフフォトレジスト14上に付着する。ここで、絶縁層6は、リフトオフフォトレジスト14から基板12まで延在し、電気的に絶縁する(図4のステップe)。
・構成後のリフトオフフォトレジスト14に対応するスルーホール11が中央部に位置するリング形状を絶縁層6が有するように、リフトオフフォトレジスト14を剥離する(図4のステップf))。
・リフトオフフォトレジスト14に追加のレジスト15を付着する(図4のステップc))。
・上部電極5上に赤外線放射を吸収するための吸収層10を付着する。
・絶縁層6を付着した後、基板12を最高温度50℃に冷却する。
参考文献[2]:V.J Gokhale, 0. Shenderova, G.E. McGuire, M Rais-Zadeh, "Infrared Absorption Properties of Carbon Nanotube/Nanodiamond Based Thin Film Coatings", Journal of Microelectromechanical Systems 23(1) : 191-197.
参考文献[3]:Volkmar Norkus, , Marco Schossig, , Gerald Gerlach, , Reinhard Kohler, , "A 256-pixel pyroelectric linear array with new black coating", Proc. SPIE 8012, Infrared Technology and Applications XXXVII, 80123V (21 May 2011); doi: 10.1117/12.883107.
参考文献[4]:C-C. Chan, M-C. Kao and Y-C Chen, "Effects of Membrane Thickness on the Pyroelectric Properties of LiTa03 Thin Film IR Detectors", Jpn. J. Appl . Phys . , Vol. 44, No. 2 (2005) 04R07036-41.
参考文献[5]:W. Lang, K. Kiihl, H. Sandmaier "Absorbing layers for thermal infrared detectors", Sensors and Actuators A: Physical, Volume 34, Issue 3, September 1992, Pages 243-248.
参考文献[6]:Liu, X; Padilla, WJ; Dynamic Manipulation of Infrared Radiation with MEMS Metamaterials, Advanced Optical Materials 1, 559 (2013) .
参考文献[7]:H. Tao, N.I. Landy, C.M. Bingham, X. Zhang, R.D. Averitt, W.J. Padilla A metamaterial absorber for the terahertz regime: Design, fabrication and characterization Opt. Express, 16 (2008), pp . 7181-7188.
2 メンブレン
3 下部電極
4 強誘電体層
5 上部電極
6 絶縁層
7 第1の導体パス
8 第2の導体パス
9 膜支持体
10、10b 吸収層
11 スルーホール
12 基板
13 フォトレジスト
14 リフトオフフォトレジスト
15 追加フォトレジスト
16 キャビティ
17 凹部
Claims (20)
- 基板(12)、前記基板(12)上に配置される下部電極(3)、前記下部電極(3)上に配置される強誘電体層(4)、前記強誘電体層(4)上に配置される上部電極(5)、及び前記上部電極(5)上に配置され、前記上部電極(5)から前記基板(12)まで延在し、電気的に絶縁する絶縁層(6)を備えるマイクロシステム(1)であって、
前記絶縁層(6)は、前記下部電極(3)、前記強誘電体層(4)、及び前記基板(12)を前記上部電極(5)の全周の周りの領域で覆い、
前記絶縁層(6)は、前記上部電極(5)の領域に配置されるスルーホール(11)が中央部に位置するリング形状であるマイクロシステム。 - 基板(12)、前記基板(12)上に配置される下部電極(3)、前記下部電極(3)上に配置される強誘電体層(4)、前記強誘電体層(4)上に配置される上部電極(5)、及び前記上部電極(5)上に配置され、前記上部電極(5)から前記基板(12)まで延在し、電気的に絶縁する絶縁層(6)を備えるマイクロシステム(1)であって、
前記絶縁層(6)は、前記下部電極(3)、前記強誘電体層(4)、及び前記基板(12)を前記上部電極(5)の全周の周りの領域で本質的に覆い、
前記絶縁層(6)は、前記上部電極(5)の領域に配置されるスルーホール(11)が中央部に位置するリング形状であるマイクロシステム。 - 請求項1又は2に記載のマイクロシステムであって、
前記強誘電体層(4)が備わる領域内で、前記基板(12)内の基板応力は、前記絶縁層(6)内の絶縁層応力とが逆向きであるマイクロシステム。 - 請求項1から3のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記絶縁層(6)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より低く、かつ、前記基板(12)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より高い、又は、
前記絶縁層(6)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より高く、かつ、前記基板(12)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より低いマイクロシステム。 - 請求項1から4のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記マイクロシステム(1)は、前記絶縁層(6)上に少なくとも部分的に配置される、及びその中に埋め込まれるの少なくともいずれかであり、前記上部電極(5)と電気的に接続される第1の導体経路(7)を有するマイクロシステム。 - 請求項1から5のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記絶縁層(6)は、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、又は不透水性有機層を含むマイクロシステム。 - 請求項1から6のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記強誘電体層(4)は、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムストロンチウム、ニオブ酸カリウムナトリウム、チタン酸マンガンニオブバリウム、チタン酸バリウムカリウム、及びニオブ酸バリウムストロンチウムを含む群の少なくとも一つを含むマイクロシステム。 - 請求項1から7のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記上部電極(5)は、
導電性貴金属又は不活性金属、特にAu、Pt、Ag、Rh、Zr;及び/又は、
導電性窒化物、特にTiN、TaN、WN、TiWN、TiAlN、SiTiAlN、SiAlNを含む群の少なくとも一つ;及び/又は、
導電性酸化物、特にRuOx、IrOxを含む群の少なくとも一つを含むマイクロシステム。 - 請求項1から8のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記マイクロシステム(1)は、赤外線を吸収するように構成され、前記上部電極の上及び/又は前記強誘電体層の直上に配置される吸収層(10)を備えるマイクロシステム。 - 請求項9に記載のマイクロシステムであって、
前記吸収層は、前記絶縁層(6)のスルーホール(11)にのみ配置されるマイクロシステム。 - 請求項9に記載のマイクロシステムであって、
前記吸収層は、前記上部電極(5)、前記下部電極(3)、前記強誘電体層(4)、及び前記絶縁層(6)のそれぞれの上に配置されるマイクロシステム。 - 請求項11に記載のマイクロシステムであって、
前記吸収層は、前記上部電極(5)、前記下部電極(3)、前記強誘電体層(4)、及び前記絶縁層(6)の実質的に全体を覆うマイクロシステム。 - 請求項9から12のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記吸収層(10)は、白金ブラック、金ブラック、銀ブラック、カーボンナノチューブ、一つ又は複数の二次元導電層、金属薄膜、多孔質薄膜、貴金属、有機層、貴金属と誘電体材料を含む多層スタック、貴金属と有機層の多層スタックを含む群のうちの少なくとも一つを含むマイクロシステム。 - 請求項1から13のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記基板(12)は、前記下部電極(3)が配置される薄膜(2)を有し、特に前記薄膜(2)の厚さが10nmから10μmであるマイクロシステム。 - 請求項1から14のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記下部電極(3)の厚さは1nmから200nmであり、前記強誘電体層(4)の厚さは1nmから10μmであり、前記上部電極(5)の厚さは1nmから1000nmであり、前記絶縁層(6)の厚さは1nmから10μmであるマイクロシステム。 - 請求項1から15のいずれか一つに記載のマイクロシステムであって、
前記絶縁層(6)は、赤外線放射を透過し、前記上部電極(5)を覆うマイクロシステム。 - マイクロシステム(1)の作成方法であって、
・基板(12)を準備し、
・下部電極(3)を前記基板(12)上に付着し、
・強誘電体層(4)を前記下部電極(3)上に付着し、
・上部電極(5)を前記強誘電体層(4)上に付着し、
・前記上部電極(5)から前記基板(12)まで延在する絶縁層(6)を前記強誘電体層(4)上に付着し、
・フォトレジスト(13)を前記絶縁層(6)上に付着し、
・フォトレジスト(13)が前記上部電極(5)の領域にフォトレジストスルーホールを有するようにフォトレジスト(13)を構成し、
・前記絶縁層(6)が前記フォトレジストスルーホールに対応するスルーホール(11)が中央部に位置するリング形状となるように、マイクロシステム(1)をエッチングする、ステップを含む作成方法。 - マイクロシステム(1)の作成方法であって、
・基板(12)を準備し、
・下部電極(3)を前記基板(12)上に付着し、
・強誘電体層(4)を前記下部電極(3)上に付着し、
・上部電極(5)を前記強誘電体層(4)上に付着し、
・リフトオフフォトレジスト(14)を前記上部電極(5)上に付着し、
・前記リフトオフフォトレジスト(14)が、前記上部電極(5)の領域のみに残るように前記リフトオフフォトレジスト(14)を構成し、
・前記リフトオフフォトレジスト(14)から前記基板(12)まで延在し、電気的に絶縁する絶縁層(6)を前記リフトオフフォトレジスト(14)上に付着し、
・構成後に、前記絶縁層(6)が、前記リフトオフフォトレジスト(14)に対応するスルーホール(11)が中央部に位置するリング形状となるように、前記リフトオフフォトレジスト(14)を剥離する、ステップを含む作成方法。 - 請求項17又は18に記載の方法であって、
赤外線を吸収する吸収層(10)を前記上部電極(5)上に付着するステップを含む作成方法。 - 請求項17又は18に記載の方法であって、
前記絶縁層(6)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より低く、かつ、前記基板(12)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より高い、又は、
前記絶縁層(6)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より高く、かつ、前記基板(12)の熱膨張係数は、前記強誘電体層(4)の熱膨張係数より低いものであって、
前記強誘電体層(4)及び前記絶縁層(6)の付着中に、前記基板(12)を少なくとも350℃の温度に加熱し、
前記絶縁層(6)の付着後、前記基板(12)を最高温度50℃に冷却するステップを含む作成方法。
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