Sistema microeletromecânico (MEMS) refere-se a um micro-dispositivo ou sistema que pode ser fabricado em lotes e integra microestruturas, micro-sensores, micro-atuadores e processamento de sinal e circuitos de controle. Em primeiro lugar, o substrato de eletrodo interdigital preparado pela tecnologia MEMS tem espaçamento de eletrodo em escala micro nano, o que pode melhorar muito a razão sinal-ruído, reduzir o limite de detecção e facilitar uma resposta rápida em segundos; em segundo lugar, o substrato de microeletrodo com base na tecnologia MEMS. O aquecedor pode atingir um menor consumo de energia de aquecimento no nível de miliwatt e uma taxa de aumento-queda de temperatura no nível de milissegundos, o que conduz à aplicação do sensor no campo real. Com base na tecnologia MEMS, o tamanho do sensor pode ser bastante reduzido, o que é favorável à arquitetura da matriz do sensor e ao monitoramento da rede do sensor.

O processo de produção do substrato MEMS está relativamente maduro e a diferença entre o sensor é principalmente o método de integração do material sensível e o substrato, incluindo principalmente o método de deposição de camada atômica, método de galvanoplastia, método de oxidação térmica, método de gravação úmida, método de pulverização catódica magnetron e método de impressão da tela Aguarde.

(1) Método de deposição de camada atômica

A deposição de camada atômica (ALD) é um método no qual um precursor de fase gasosa é repetidamente passado através do reator e um filme depositado é formado no substrato. O precursor introduzido a cada vez será depositado na superfície do substrato e uma fina película será formada junto com a superfície de reação. Após limpeza e deposição repetidas, uma película fina da espessura alvo será produzida. A maioria dos filmes de óxido de metal e estruturas de núcleo-casca crescidas por deposição de camada atômica podem ser usados ​​para aplicações de detecção. Ao adotar este método, desde que haja uma lacuna através da qual o material formador de filme possa passar, a espessura do filme pode ser controlada no nível nanométrico. Um filme uniforme é formado durante o processamento.

(2) Método de galvanoplastia

Galvanoplastia é o processo de galvanização de outra camada de outros metais ou ligas na superfície de alguns metais usando o princípio da eletrólise. No processo de galvanoplastia, o metal de galvanização é usado como ânodo e o dispositivo alvo é usado como cátodo. Os cátions do metal de revestimento serão reduzidos na superfície da peça a ser revestida para formar uma camada de revestimento. A principal vantagem da tecnologia de galvanoplastia é que ela é uma tecnologia de preparação de filme extremamente barata. Além disso, a tecnologia de galvanoplastia pode ser usada para preparar ligas, filmes espessos de nível centimétrico e padrões complexos, e os filmes galvanizados têm boas características de tensão. A tecnologia de galvanoplastia é limitada por seu próprio princípio de deposição e geralmente requer uma fina camada de metal no substrato como uma semente (a chamada semente), portanto, isso limita os tipos de substratos em certa medida.

(3) Método de oxidação térmica

O principal processo do método de oxidação térmica: (1) o oxidante (O2 / H20) atinge a superfície do wafer de silício na forma gasosa; (2) o oxidante se difunde em Si no meio sólido (SiO2); (3) o oxidante reage com o Si. O filme preparado pelo método de oxidação térmica é mais denso do que o filme preparado por outros métodos. A oxidação térmica pode ser dividida em oxidação seca e oxidação úmida. A temperatura de reação é de 900 ~ 1200 O filme obtido por oxidação a seco é mais denso do que o da oxidação a úmido.

(4) Método de corrosão úmida

A corrosão úmida consiste em produzir topografia regular na superfície do material por meio de um gabarito e diferentes agentes de corrosão. Diferentes gravações anisotrópicas podem gravar diferentes topografias. Uma variedade de nanoestruturas tridimensionais de silício podem ser produzidas por corrosão úmida, como nanofios, nanopilares e nanocones, sensores, transistores verticais, etc. Na verdade, a maioria dessas estruturas são feitas por corrosão iônica reativa (RIE), que tem alta custos de processamento, baixo fluxo e alta poluição de flúor. Teoricamente, o ataque anisotrópico úmido tem características claras e controláveis, mas não foi bem realizado em aplicações práticas. A razão é em grande parte que o decapante químico corroerá uniformemente o substrato subjacente em todas as direções.

(5) Método de pulverização catódica magnetron

O princípio da pulverização catódica é bombardear a superfície do alvo com partículas de alta energia, bombardeando átomos ou moléculas na superfície do alvo e atingindo o substrato sob o controle de um campo magnético e um campo elétrico para depositar uma película fina. Magnetron sputtering é um tipo de deposição física de vapor (PVD), que é amplamente usado para preparar filmes finos de vários materiais, como metais, semicondutores e isoladores. Este método é simples de operar, fácil de controlar e tem as vantagens de forte adesão e grande área de revestimento. Desde seu primeiro desenvolvimento na década de 1970, a tecnologia de pulverização catódica de magnetrons tem sido gradualmente aplicada em aplicações industriais nas áreas de decoração, semicondutores e manufatura. Atualmente, a pulverização catódica por magnetron tornou-se uma das tecnologias mais amplamente utilizadas e em evolução no campo da deposição a vácuo. Comparada com outras tecnologias de pulverização catódica, a pulverização catódica por magnetron pode não apenas operar sob pressão mais baixa e taxa de deposição relativamente alta, mas também pode ser usada para sintetizar filmes densos com menos granulação.

Até agora, houve alguns exemplos de sensores MEMS baseados em filmes MOS pulverizados, incluindo sensores WO3 micromecânicos e filmes de detecção contendo heterojunções p-n: filmes SnO2-NiO têm alta sensibilidade a H2S em temperatura ambiente. No entanto, a sensibilidade da maioria dos filmes pulverizados ainda é muito menor do que a dos materiais MOS nanoestruturados sintetizados quimicamente convencionais. Isso ocorre porque a estrutura amorfa e de alta densidade limita a interação entre o material sensível e o gás circundante.

(6) Método de serigrafia

O desenvolvimento da tecnologia de impressão em tela tem uma longa história. É uma tecnologia de filme espesso que usa tinta camada por camada para sobrepor um material sólido e usa molduras ou molduras de tela para alterar os gráficos. Por causa de seu baixo custo e alta eficiência, a produção em massa e outras vantagens são amplamente utilizadas nas áreas de produção de publicidade, impressão de pôsteres, produção de processos e o uso de tecnologia de impressão em tela para preparar sensores se tornou um marco importante. Em comparação com os eletrodos em forma de bastão tradicionais, os eletrodos impressos em tela podem ser integrados em vários sistemas de teste portáteis devido ao seu tamanho pequeno e podem contatar e detectar objetos diretamente a serem detectados no ambiente, evitando operações como amostragem e transporte. O processo de preparação de eletrodos serigrafados consiste principalmente nos seguintes procedimentos operacionais, incluindo design gráfico, formulação do modelo, pré-tratamento do material, impressão e secagem do eletrodo. Os eletrodos são geralmente impressos de forma semi-automática em uma impressora de tela ou impressos manualmente.