Использование нитевидных кристаллов кремния в тензорезистивных структурах
ВВЕДЕНИЕ
Тензорезистор (от латинского tensus — напряжённый и resisto — сопротивляюсь) служит для измерения уровня деформации – сжимания, растягивания, изгиба. Тензорезисторы предназначены для преобразования величины деформации в пропорциональную ей электрическую величину. В сравнении с механическим методом измерения, данному методу присущи некоторые преимущества. В частности:
Дистанционный контроль. К примеру, для выяснения параметров давления в магистрали нужно подойти к механическому манометру. Электрический преобразователь будет передавать эти данные в любую точку по радио либо обычным способом.
Высокая точность измерения. Преобразование позволяет проводить измерения с точностью, кратно выше точности измерений механическими методами.
Автоматизация. При помощи электрических преобразователей лешко автоматизировать процесс. Электроника при необходимости сама запустит компрессор, отключит нагреватель, изменит обороты двигателя, определит аварийный режим работы узла и др.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ7
1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР11
1.1.Тензорезистивный эффект в кремнии и особенности его реализации в наноструктурах11
1.2.Методика выращивания нановискера14
1.3.Методика обеспечения электрической изоляции конструкции25
2.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ28
2.1.Определение объекта моделирования28
2.2.Проектирование сенсоров методом конечных элементов в программе ANSYS29
2.3.Технологический маршрут производства30
2.4.Рассмотрение модели в ANSYS33
3.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ51
3.1.Основные правила51
3.2.Перед началом работы51
3.3.Во время работы52
3.4. В аварийных ситуациях52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] В.Г. Дубровский. Теоретические основы технологии полупроводниковых наноструктур. – СПб: Университет ИТМО, 2019. – 225 с.
[2] Сабельфельд К.К., Каблукова Е.Г. Стохастическая модель роста нановискеров методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Сиб. журн. вычисл. математики / РАН. Сиб. отд-ние. –– Новосибирск, 2017. –– Т. 20, № 2. –– С. 181–199.
[3] Федоров А.В., Баранов А.В., Маслов В.Г., Орлова А.О., Ушакова Е.В., Леонов М.Ю., Голубев В.Г. Физика наноструктур. Учебное пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2014. – 130 с. Рис. 62. Библ. 135.
[4] Chung S. Silicon nanowire devices / S. Chung, J. Yu, J. R. Heath // APL. – 2000.
[5] Дубровский В. Г. Кинетическая модель роста нанометровых нитевидных кристаллов по механизму "пар-жидкость-кристалл" / В. Г. Дубровский, Н. В. Сибирев, Г. Э. Цырлин // Письма в ЖТФ. 2004.
[6] С.П. Тимошенко, С. Войновский-Криггер Пластинки и оболочки. М., 1996 г., 636 с илл.
[7] A.V. Gridchin, V.A. Gridchin The four-tеrminal piezotransduccr: thеory and comparison with piezoresistive bridge. // Sensors and Actuators: A (phys.). - 1997.
[8] Gridchin, A.V. and A.V. Limorev, A Construction and Circuitry Realization of the Combined Pressure-Temperature Sensor Based on the Shear Piezoresistive Effect. //3rd Siberian Russian Workshop and Tutorials EDM’2002, Proc. – Novosibirsk, Russia. – 2002.
[9] Гридчин А.В. Разработка теоретических основ проектирования сенсоров давления с тензочувствительными элементами специальной формы. // Автореф. дисс. канд. техн. наук.– НГТУ, Новосибирск.– 1999.
[10] Гридчин В.А., Драгунов В.П. Физика микросистем. Учеб. пособие: Новосибирск, НГТУ, 2004
[11] M. Nie, Qing-An Huang Key Laboratory of MEMS of Ministry of Education Southeast University Nanjing, 210096, China.
[12] Toshiyuki Toriyama, Yasutada Tanimoto, and Susumu Sugiyama, Member, IEEE/ Single Crystal Silicon Nano-Wire Piezoresistors for Mechanical Sensors/ JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, VOL. 11, NO.
В равновесии скорости этих процессов равны Vdissol=Vcr. Из этого условия можно определить равновесную концентрацию Si(liq) в растворе SiAu. Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов.
Тогда скорость растворения равна Vdissol=Kdissol·CSi(s)·CAu, а кристаллизации – Vcr=Kcr·CSi(liq)· CSi(s), где Kdissol и Kcr – константы скорости прямой и обратной реакций. Kdissol и Kcr имеют экспоненциальную зависимость от температуры: kdissol/cr = K0 dissol/cr ·exp(- Edissol/cr/kT), где K0 – предэкспоненциальный множитель. Приравняв Vdissol и Vcr, получим выражение для CSi(liq) = K0 dissol/ K0 cr·exp[(Edissol - Ecr)/kT]·CAu. В соответствии с фазовой диаграммой для бинарной системы Si-Au, концентрация CSi(liq) должна возрастать с температурой, следовательно, должно выполняться соотношение Edissol > Ecr. Чтобы имитировать режим адсорбции роста, когда отсутствует диффузный приток вещества от подложки