Desenvolvimento de micropontas de silício com eletrodos integrados para dispositivos de emissão por efeito de campo.

• Main Author: Alex de Lima Barros
• Other Authors: Marcelo Nelson Paez Carreño
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2007
• Subjects: Emissão por efeito de campo; Materiais PECVD; Microeletrônica do vácuo; Micropontas de silício; Field emission; PECVD materials; Silicon microtips; Vacuum microelectronics
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-07012008-165629/

Este trabalho apresenta um método de fabricação de micropontas de silício que já contém os contatos elétricos integrados à sua estrutura. O processo de fabricação das microestruturas é o foco desta pesquisa e nossa motivação futura é desenvolver dispositivos para emissão eletrônica por efeito de campo (Field Emission Devices - FED. O método em questão baseia-se: (i) no underetch anisotrópico, que ocorre em substratos de silício (100) quando orientados de maneira conveniente, em solução de KOH; (ii) na utilização de filme de oxinitreto de silício (SiOxNy), que visa o mascaramento no processo de corrosão durante a formação das micropontas e também, o suporte mecânico para as trilhas metálicas que formam o eletrodo de polarização. Tal material, obtido por Deposição Química a Vapor assistida por Plasma (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition - PECVD), apresenta baixo stress interno e tem a função de isolar eletricamente os eletrodos do substrato de Si. Esse filme de SiOxNy viabilizou a obtenção de trilhas autosustentadas, planas e lisas, com dimensões de até 6 milímetros. Através de técnicas convencionais de fotolitografia construímos contatos elétricos de cromo auto-alinhados sobre as micropontas. Metodologicamente definimos e caracterizamos, por meio de microscopia óptica, diferentes etapas da formação das micropontas, determinamos suas respectivas taxas de corrosão e consequentemente o tempo total de sua formação, em função das dimensões iniciais da máscara. As estruturas foram fabricadas na forma de matrizes com 50, 98, 112 e 113 micropontas. O espaçamento entre elas varia de 130 a 450 ?m. O diâmetro do ápice e a altura são de aproximadamente 1 e 54 ?m respectivamente. A principal vantagem deste método de fabricação é a eliminação da necessidade de utilização de microposicionadores externos e de acionamento manual, para a integração de contatos elétricos à estrutura. Finalmente, o êxito deste método deveu-se essencialmente às propriedades exclusivas do filme de SiOxNy. === This work presents a fabrication method of silicon microtips with integrated electrical contacts into the structure. Our motivation is the future development of field emission devices - FED, however our focus in this research is the microstructure fabrication process. This method is based on: (i) anisotropic under-etch method that occurs in the silicon substrate (100), when it is oriented in convenient crystallographic direction, using KOH solution; (ii) the employment of silicon oxinitride films (SiOxNy) which aims to mask the corrosion process during the formation of the microtips, and also to give mechanically support for the metallic tracks of their electrodes. Such material, which is obtained by Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition - PECVD, exhibits internal low stress and was used to obtain electric insulation between the electrodes and the Si substrate. These SiOxNy films made possible the achievement of flat and smooth selfsustained tracks, whose dimensions can reach 6 millimeters. Through conventional photolitographic techniques, we built chromium self-aligned electrical contacts on those microtips. Methodologically, we define and characterize different stages of microtips formation, by means of optical microscopy, and we determine their respective etch rates. And consequently the entire formation time in function of the initial mask dimensions. Those structures had been manufactured in the shape of matrices with 50, 98, 112 and 113 microtips which distance between each other can vary from 130 to 450 ?m. Its diameter in the microtip apex and its height are about 1 and 54 ?m respectively. The main advantage of this fabrication method is the lack of the requirement of manual external micropositioners for the integration of electrical contacts to structure itself. Finally, this method succeeds due essentially to the SiOxNy exclusive film properties.