【摘 要】
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物联网“Internet of Things（IoT）”是引领全球电子信息产业发展的新引擎,在过去的几年里,物联网及物联网传感器的市场容量及贸易规模一直保持着快速增长。物联网传感器由于其应用场景和特殊结构对制造工艺提出了新的要求,比如MEMS加速度和陀螺仪惯性传感器由于其内部包含可移动悬臂梁质量块,这些质量块微结构具有高的表面积/体积比,表面作用力对这些微结构的影响会显著增加,微结构表面作用力主要
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物联网“Internet of Things（IoT）”是引领全球电子信息产业发展的新引擎,在过去的几年里,物联网及物联网传感器的市场容量及贸易规模一直保持着快速增长。物联网传感器由于其应用场景和特殊结构对制造工艺提出了新的要求,比如MEMS加速度和陀螺仪惯性传感器由于其内部包含可移动悬臂梁质量块,这些质量块微结构具有高的表面积/体积比,表面作用力对这些微结构的影响会显著增加,微结构表面作用力主要包括毛细引力、静电力、范德华力、氢键。在微结构的腐蚀、清洗、干燥过程中,微结构中液体的表面张力会产生毛细力,过大的毛细力将导致可动结构发生粘附现象。降低微结构表面的表面能,可以显著的降低微结构表面的范德华力,降低发微结构发生粘附的概率。有两种薄膜在降低表面能的应用方面表现了出巨大的潜力:①利用原子层沉积（Atomic Layer Deposition,ALD）技术生长的金属氧化物薄膜;②以类氟代有机硅烷为代表的自组装单分子膜。ALD技术通过前驱体沉积的表面反应可以按顺序控制原子层的排列,此涂覆方法可以在最复杂的纳米级几何形状上形成优质的薄膜。自组装单分子膜（SAM）是指在无外界干扰的情况下,能自发地将前驱体分子组装成有序结构。在自组装的过程中不需要其他特别的介入和干预,整个过程是原子、分子、分子聚合物与基体材料自动结合形成排列有序的功能实体的过程;是功能分子通过分子间以及衬底材料间的物理和化学键作用自发形成的;它是一种具有一定热稳定,排列规则有序的单分子层。其中类氟代有机硅烷具有低的表面能,高的耐热性、自去污、抗摩擦、抗粘附及抗菌性能,得到了广泛的应用。本文主要工作和创新性成果如下:（1）利用ALD-200P原子层淀积设备制备出了Al2O3薄膜,研究了Al2O3薄膜的膜厚均匀性、工艺颗粒、成膜一致性、疏水性。研究发现Al2O3薄膜的均匀性与淀积的循环数相关,腔体颗粒在50-200颗之间。同时,在深槽刻蚀样片、MEMS传感器悬臂梁结构淀积500循环的Al2O3薄膜,发现薄膜具有良好的膜厚一致性。最后,通过接触角的测试,间接评估Al2O3薄膜的表面能,发现ALD淀积的Al2O3薄膜不是一种理想的防粘附材料。（2）分析SAM薄膜工艺的控制要素,对ALD-100P原子层沉积设备进行改造,成功在ALD设备上实现了 SAM膜淀积工艺,制备出FDTS自组装单分子膜。研究了 FDTS自组装单分子膜的疏水性与淀积时间、淀积温度、前驱体的配比等因素无关。试验证明随着FDTS单分子自组装膜的烘烤温度的增加,FDTS自组装单分子膜的水接触角急剧下降。为了解决FDTS自组装单分子膜的热稳定性,研究了用SiCl4/H2O淀积SixOy的工艺,发现以SixOy为种子层的Al2O3/SixOy/FDTS复合膜具有良好的热稳定性。在烘烤温度达到500℃情况下,Al2O3/SixOy/FDTS复合膜的水接触角依旧>100°。证明了Al2O3/SixOy/FDTS复合膜是一种在晶圆级封装领域较为理想的防粘附膜。
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