ВЫБОР РЕДАКЦИИ

Новый проект ЕС в области корпусирования оптики, фотоники и электроники

Умные очки следующего поколения от компании Bosch

Развитие рынка MEMS для аудиоприменений

Решение компании Nanusens устраняет узкие места в производстве MEMS

MEMS в линзе миниатюризирует лазерный микроскоп

Yole Développement: исследование рынка MEMS

Тенденции рынка пьезоэлектрических MEMS

Китайские поставщики материалов вместо японских – выбор южнокорейских изготовителей ИС

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

Некоторые аспекты развития 3D‑флэш-памяти NAND-типа

Современное состояние китайской микроэлектроники

Новый алгоритм оценки эффективности ускорителей искусственного интеллекта

Использование цифровых двойников в микроэлектронике

SIA и BCG оценили предполагаемые меры стимулирования развития микроэлектроники в США

ЕС выделяет 2 млрд евро на повышение квалификации занятых в микроэлектронной отрасли

Перспективные разработки в области пьезоэлектрических MEMS-датчиков

Перспективные разработки в области пьезоэлектрических MEMS-датчиков

Выпуск 17(6691) от 29 августа 2019 г.
РУБРИКА: МEMS/NEMS

В постоянно меняющейся конъюнктуре мирового рынка сектор MEMS демонстрирует перспективы высоких темпов развития. Согласно данным исследовательской фирмы Yole Développement (г. Лион, Франция), продажи в период с 2019 по 2024 гг. увеличатся на 8,3%, достигнув в 2024 г. 18,5 млрд долл. Наибольшая доля продаж – ​более 60% по конечному применению – ​придется на потребительский сектор. За ним с 20% потребления окажется автомобильная промышленность. Все большее значение на рынке MEMS приобретает пьезоэлектрическая технология. Несколько заводов по производству MEMS уже интегрировали ее в свой производственный процесс. Это, в частности, пьезоэлектрические датчики на основе цирконата-титаната свинца (PZT) и нитрида алюминия (AlN).

Все больше и больше гироскопов, фильтров объемной акустической волны и головок струйных принтеров создаются с применением пьезоэлектрической технологии. Разрабатываются микрофоны, микродинамики, устройства автофокусировки и пьезоэлектрические ультразвуковые преобразователи, изготовленные методом микрообработки (PMUT), для датчиков отпечатков пальцев, УЗ-датчиков и датчиков распознавания жестов. Оценка и прогноз рынка MEMS на период до 2025 г. выявляют бесспорных лидеров: это РЧ MEMS, датчики давления и различные технологии будущего (ультрамалые динамики, УЗ-датчики отпечатков пальцев и т. д.). В целом в 2025 г. емкость рынка сверхтонких пьезоэлектрических устройств, по прогнозам Yole Développement (Piezoelectric Devices: From Bulk to Thin-Film 2019 report & Status of the MEMS Industry 2019 report), превысит 6 млрд долл., что открывает как новые рыночные возможности, так и новые технологические проблемы (включая проблему выбора завода по производству MEMS (рис. 1).



Источник: Piezoelectric Devices: From Bulk to Thin-Film 2019 report & Status of the MEMS Industry 2019 report, Yole Développement, 2019

Рисунок 1. Ожидаемое время выхода на рынок пьезоэлектрических MEMS различного типа в период 2018–2025 гг.


Один из крупнейших разработчиков и производителей MEMS – ​фирма Bosch (г. Герлинген, земля Баден-Вюртемберг, ФРГ): на ее производственных мощностях ежедневно обрабатывается более 3,0 тыс. пластин диаметром от 150 до 200 мм. Основные направления разработки MEMS-датчиков и прочих датчиков в подразделении Bosch Automotive Electronics – ​создание новых технологий для крупносерийного производства пьезоэлектрических MEMS, а также разработка и маркетинг инновационных MEMS-датчиков для многочисленных автомобильных приложений. В частности, речь идет об оптических приборах, создаваемых путем взаимного наложения полупроводниковых пластин с заранее сформированными структурами (рис. 2).



Источник: Robert Bosch

Рисунок 2. Пример формирования оптического прибора с наложением нескольких пластин с заранее сформированными структурами


В настоящее время Bosch увеличивает мощности по производству MEMS на пластинах диаметром 150–200 мм. Цель – ​расширение MEMS-бизнеса за счет рынков, не являющихся традиционными рынками корпорации, таких, в частности, как производственное обслуживание новых клиентов. Например, Bosch более 12 лет предоставляет услуги по производству MEMS для корпорации SiTime (г. Санта-Клара, шт. Калифорния, США), одного из лидеров на рынке устройств измерения времени на основе MEMS. Основная задача – ​предоставление клиентам Bosch возможностей успешного выхода на новые рынки или развития существующего бизнеса за счет технологий нового поколения.

Bosch может ускорить развитие конкретных клиентов благодаря наличию широкого технологического портфеля в области MEMS. Клиентам предлагаются гибкие возможности в области НИОКР, обширные ноу-хау в области MEMS и производственные возможности, обеспечивающие высокое качество, надежность, большие объемы производства, возможности значительного наращивания выпуска продукции и долгосрочные гарантии поставок.

Технологические возможности:

KrF-литография (литография с использованием 248-нм источника излучения – ​эксимерного лазера на парах фторида криптона) для изготовления MEMS с топологическими нормами до 130 нм;

все стандартные процессы изготовления специализированных ИС (ASIC);

поверхностная и объемная микромеханическая обработка;

глубокое реактивное ионное травление (deep reactive ion etch, DRIE);

травление в паровой фазе оксида кремния фтороводородом (HF) и травление кремния дифторидом ксенона (XeF2);

травление гидроксидом калия (KOH);

формирование TSV в кремнии или слое металлизации;

устройства против «прилипания» магнитной головки к поверхности диска (приводящего к отказам накопителя) и атомно-слоевое осаждение покрытий (ALD);

пьезодатчики;

SiRiN (Sirin OS – ​инфраструктурная платформа для безопасных мобильных транзакций);

обработка пористого кремния;

операции по выравниванию и обработке обратной стороны пластины;

операции сборки и конечного тестирования корпусированных приборов.

В течение нескольких лет Bosch расширяет свой портфель процессов и материалов. Что касается пьезоэлектрических материалов, руководство корпорации решило представлять изделия на основе цирконата-титаната свинца (PZT) и нитрида алюминия (AlN) в собственных MEMS-корпусах. Оба материала наносятся на 200-мм пластину методом напыления. При этом одно из преимуществ PZT – ​возможность снижения температуры осаждения, что обеспечивает большую гибкость при интеграции пьезоэлектрического слоя поверх преобразователя.

Компания использует современное оборудование – ​например, для нанесения PZT применяются инструментальные средства ULVAC. В случае AlN Bosch использует инструментальное средство Sigma PVD корпорации SPTS Technologies, оснащенное функцией повышения воспроизводимости.

В период предварительной разработки пьезоэлектрических MEMS корпорация Bosch провела анализ потребностей потенциальных клиентов и сопоставление различных технологий осаждения, таких как золь-гель процесс, импульсное лазерное напыление (PLD), ионное напыление (ion sputtering) и т. д. В итоге специалисты Bosch остановились на ионном напылении. Инструментальные средства этого типа хорошо известны на заводах по обработке пластин, цепочка поставок мишеней и других расходных материалов отлажена. Все это обеспечивает контролируемость свойств процессов и материалов при поточно-массовом производстве. В рамках Совместных программ развития (JDP) с рядом заинтересованных фирм проводятся НИОКР по совершенствованию процесса, включая аспекты интеграции.

* * *

В силу того что MEMS активно продолжают расширять свое присутствие на существующих рынках и захватывать новые, разнообразие этих приборов резко увеличивается. Это касается в первую очередь оптических и медицинских приложений, систем связи, бытовой электроники, Интернета вещей и других областей, охватываемых Четвертой промышленной революцией. По мере расширения применения искусственного интеллекта прогнозируется и увеличение спроса на MEMS. Во всех этих областях технологии с использованием AlN и PZT будут играть значимую роль. При этом AlN в качестве дополнения к КМОП-технологии обладает существенными преимуществами – ​такими как совместимость, простота интеграции, низкая диэлектрическая проницаемость. Все это в сочетании с возможностями миниатюризации может обеспечить возможность формирования УЗ-изображений с высоким разрешением в малоформатных устройствах.

Следующий всплеск спроса на пьезоэлектрические MEMS может возникнуть благодаря MEMS-устройствам измерения времени, ультразвуковым преобразователям и т. п.


An Interview with Robert Bosch. The Piezoelectric Blessing Is Bestowed upon Many MEMS Devices. I–Micronews, July 12, 2019: https://www.i-micronews.com/the-piezoelectric-blessing-is-bestowed-upon-many-mems-devices-an-interview-with-robert-bosch/?utm_source=ZohoCampaigns&utm_campaign=i-MN_12July2019_Asia&utm_medium=email


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 16(6740) от 19 августа 2021 г. г.
Выпуск 8(6732) от 22 апреля 2021 г. г.
Выпуск 6(6730) от 25 марта 2021 г. г.