Конструктивно-технологические основы создания инерциальных микроэлектромеханических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, доктор наук Тимошенков Алексей Сергеевич

• Тимошенков Алексей Сергеевич
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Тимошенков Алексей Сергеевич

Содержание

Определения и сокращения

Введение и общая характеристика работы 6 Глава 1. Анализ современных технологических, схемотехнических и

конструкционных аспектов построения инерциальных МЭМС

1.1 Пути развития технологии изготовления элементов инерциальноймикромеханики

1.2 Электромагнитные и магнитоэлектрические преобразователи

1.3 Современные конструкционные тенденцииинерциальных МЭМС

1.4 Формирование критериальных оценок влияния различных факторов на характеристики и качество МЭМС, разработка научного подхода к созданию инерциальных МЭМС

1.5 Выводы по главе 79 Глава 2. Конструкционно-технологические принципы создания элементов инерциальных МЭМС

2.1 Конструкционные принципы создания ИММД

2.2 Вопросы проектирования и исследование конструктивных основ создания инерциальных МЭМС на примере некоторых конструкций

2.3 Технологические принципы создания ИММД

2.4 Анализ влияния геометрических погрешностей на параметры ЧЭ МЭМС

2.5 Выводы по главе 133 Глава 3. Схемотехнические принципы обработки сигнала элементов МЭМС

3.1 Схемотехническая модель вибрационого МЭМС с обратной связью

3.2 Конструкция и принципы обработки сигнала микрогироскопа с кольцевым резонатором

3.3 Уточнённая модель кольцевого ДУС с магнитоэлектрической системой возбуждения и электромагнитной индукционной системой съема сигнала

3.4 Анализ модели чувствительного элемента микрогироскопа с кольцевым резонатором при работе в режиме идеального датчика угловой скорости

3.5 Оценка предельных погрешностей ИММД

3.6 Выводы по главе 185 Глава 4. Функциональные и схемотехнические основы создания микромеханических инерциальных модулей

4.1 Инерциальная навигационная система

4.2 Комплексирование ИНС и СНС

4.3 Комплексирование ИНС и СНС с применением фильтра Калмана

4.4 Моделирование работы навигационной системы в среде 81шиНпк

4.5 Исследование точности работы навигационной системы в автономном режиме

4.6 Исследование зависимости ошибок определения навигационных параметров от точности инерциальных датчиков

4.7 Исследование точности работы навигационной системы в стационарном

режиме с коррекцией от СНС

4.8 Исследование работы предельной навигационной системы в режиме прямого интегрирования больших ускорений

4.9 Позиционная система для определения координат и скоростей предельной навигационной системы

4.10 Моделирование работы позиционной системы

4.11 Выводы поглаве 236 Глава 5. Методики тарировки калибровки и испытаний инерциальных микромеханических датчиков и модулей

5.1 Различные подходы к определению статической характеристики микромеханических инерциальных датчиков и ДУС в частности

5.2 Анализ параметров долговременного дрейфа микромеханических инерциальных датчиков

5.3 Анализ частотных характеристик инерциальных микромеханических датчиков

5.4 Цена ошибок калибровки для ИИМ при построении систем ориентации и навигации

5.5 Выводы по главе 291 Глава 6.Быстровращающаяся система ориентации

6.1 Линейная модель ошибок ДУС

6.2 Уравнения системы

6.3 Уравнения измерений

6.5 Моделирование работы алгоритма коррекции

6.6 Моделирование алгоритма с коррекцией от магнитометра

6.7 Моделирование алгоритма с коррекцией от оптического датчика

6.8 Экспериментальный стенд

6.9 Результаты натурных экспериментов

6.10 Выводы по главе 302 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 303 Библиографический список

Определения и сокращения

АЖХТ - анизотропное жидкостное травление;

АРУ- автоматическая регулировка усиления;

АТ - анизотропное травление;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

БВСО - быстровращающаяся система инерциальной ориентации;

БИС - большая интегральная схема;

БИНС - бесплатформенная инерциальная навигационная система;

БМК - базовый матричный кристалл;

ГНСС - глобальная навигационная спутниковая система;

ГУН - генератор, управляемый напряжением;

ДУС - датчик угловой скорости;

ЕСС - емкостная система съёма;

ЖХТ - жидкостное химическое травление;

ИИМ - инерциальный измерительный модуль;

ИЛТ - ионно-лучевое травление;

ИММД - инерциальный микромеханический датчик;

ИПТ - ионно-плазменное травление;

ИС -интегральная схема;

КМГ - кольцевой микромеханический гироскоп;

КМОП - комплементарная структура металл-оксид-полупроводник;

КНИ -кремний на изоляторе;

КТЛР -температурный коэффициент линейного расширения;

КЭ - конечный элемент;

ЛМР- линейная механика разрушения;

ММА - микромеханический акселерометр;

ММВГ - микромеханический вибрационный гироскоп;

ММГ - микромеханический гироскоп;

ММЭ - микромеханический элемент;

МНК - метод наименьших квадратов;

МЭМС - микроэлектромеханическая система;

НИР - научно-исследовательская работа;

ННЗ - неосновной носитель заряда;

НТКС -непосредственное термокомпрессионное сращивание;

НЭМС - наноэлектромеханическая система;

ОДГ - оптическая делительная головка;

ОКР - опытно-конструкторская работа;

ООС - отрицательная обратная связь;

ОС - обратная связь;

ОУ - операционный усилитель;

ПАВ - поверхностно-активные вещества;

ПИД - пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор;

ПК - переключаемый конденсатор;

ПТ - полевой транзистор;

ПХТ - плазмохимическое травление;

СБИС - сверхбольшая интегральная схема;

СД АЦП - сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь;

СДМ - сигма-дельта модулятор;

СНС - спутниковая навигационная система;

СПиУ - система питания и управления;

ТИОУ - трансимпедансный операционный усилитель;

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты;

ФНЧ - фильтр низких частот;

ФЧХ - фазочастотная характеристика;

ХМП - химико-механическое полирование;

ЧЭ - чувствительный элемент;

АТЕ - Automated Test Equipment;

MERIE - Magnetically Enhanced ReactiveIon Etching;

FoM - Figure of Merit;

ECR - Electron Cyclotron Resonance;

CMOS - complementary metal-oxide-semiconductor;

SOI - Silicon on insulator;

ICP - Inductively Coupled Plasma;

LIGA - Roentgen Lithography Galvanik Abformung;

RIE - Reactive Ion Etching.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструктивно-технологические основы создания инерциальных микроэлектромеханических систем»

Введение и общая характеристика работы

19 апреля 1965 года Гордон Мур (Gordon Moore) опубликовал статью в журнале Electronics под названием «Рост числа элементов в интегральных микросхемах» («Cramming more components into integrated circuits»). Публикация

и т-ч и

посвящалась анализу технологии производства микроэлектроники. В ней формулировалось простое наблюдение, ставшее впоследствии доминирующим направлением развития электроники и постулатом о фундаментальных возможностях полупроводниковых приборов во всём мире.

В том же году была опубликована статья Харви Натансона (Harvey Nathanson) из компании Westinhouse Labs, описывающая «Микроэлектронное частотно-избирательное устройство со стержневой колебательной системой и чувствительным элементом» («Microelectronic frequency selective apparatus with vibratory member and means responsive thereto»). Вероятно, это была первая в своём роде запатентованная микроэлектромеханическая система (МЭМС).

Развитие МЭМС идёт параллельно, и, в некотором смысле, «в ногу» с миниатюризацией транзисторов в логических интегральных схемах, только более осторожными и осмысленными шагами. Часто МЭМС и транзисторная логика производятся на одних и тех же заводах, по сходным технологическим процессам. Возникает естественное желание провести между ними параллель. Очевидно, что эволюция МЭМС не подчиняется закону Мура, она идёт с более сдержанными темпами роста, но значение развития этих систем сложно переоценить. Сегодня в отношении микросистемной техники есть предпосылки, предшествовавшие появлению закона Мура.

В отличие от технологий традиционной интегральной схемотехники для МЭМС не так актуальна масштабируемость, быстродействие и миниатюризация. Куда более важно распределение их применений в различные устройства и интеграция потребительски важных функций в систему. Сложно представить, что в одном устройстве, для одной задачи будут комплексно использоваться несколько миллионов однотипных инерциальных датчиков. Вряд ли это произойдёт, зато всё больший круг потребителей уже сегодня находит применение МЭМС во всё новых областях: микродвигатели, нагревательные микросистемы и оптические переключатели, хирургические инструменты, микрофлюидика, инерциальные датчики и т. д. [1].

Безусловно, ярким преимуществом МЭМС являются технологии массового производства микроэлектроники, развившиеся параллельно и, скорее всего, благодаря развитию КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) технологий. Эти технологии и удешевляют, и миниатюризируют продукт. Целесообразно не идти «по пути» или заодно с КМОП технологиями просто потому, что это дешевле и кажется современно, а намечать действительно нужные цели, ставить задачи и решать их со всем вниманием к техническим,

экономическим и технологическим вызовами индустрии. Мировая микроэлектронная промышленность в целом очень подвержена явлениям глобальной экономики, и не всегда развитие в ней происходит по оптимальному, наиболее выгодному с точки зрения технологий, экономики, и прогресса для человечества, пути. Очевидно политическое влияние на развитие микроэлектроники. Сегодня наиболее прогрессивные фабрики освоили топологические нормы изготовления транзисторов соизмеримые с размерами нескольких десятков атомов кремния (размер атома кремния составляет 0,2 нм, освоены производственные процессы с нормами 14 и 9 нм).

Примерно после 2010 года в обиходе стала употребляться аббревиатура НЭМС, обозначающая наноэлектромеханические системы. Но действительно ли так важен и актуален переход на наноразмерный уровень и для МЭМС? Актуально ли в качестве одного из критериев качества современных МЭМС использовать те же топологические нормы? Независимо от тенденций развития мировой микроэлектронной промышленности важно анализировать и осознавать значимость миниатюризации для МЭМС. Автор диссертационной работы уделил внимание этому вопросу применительно к инерциальным микромеханическим датчикам. Технологические и схемотехнические основы построения элементов инерциальных МЭМС на сегодня и в перспективе могут помочь правильно поставить цели и выбрать актуальные пути развития в этой области [2].

Человечество стремится к достижению всё более далёких рубежей, развивая микросистемную сенсорику и охватывая новые сферы применений. Разработчики непременно сталкиваются с новыми пределами измерения, новыми требованиями по точности, прочности и стойкости. В числе прочих вызовов появляются и производственные, административные и экономические требования. Все они в совокупности едва ли могут быть объективно собраны и удовлетворены. Но если сконцентрировать внимание на требованиях к функционалу инерциальных МЭМС, одновременно рассматривая вопрос миниатюризации и массовости, то можно попытаться понять, зачем и насколько эффективно делать всё более миниатюрные и массовые в производстве инерциальные датчики.

Прочность микроконструкций к предельным инерциальным воздействиям большая, чем у макроконструкций. Рассмотрев балку, закреплённую горизонтально с одной стороны, имеющую форму параллелепипеда, и квадратную в сечении, можно сделать важный вывод о прочности этой конструкции к собственному весу. Если в первоначальном состоянии балка была достаточно прочной, чтобы не ломаться под собственным весом в гравитационном поле, то с бесконечным увеличением габаритов балки и с сохранением пропорций неизбежно наступит момент, когда балка сломается. Произойдёт это по причине того, что масса балки растёт в кубе от её линейного размера, а прочность соответствует площади поперечного сечения, которая прирастает квадратично. Если рассматривать такую аналогию в микро масштабе, становится очевидным важное качество инерциальных МЭМС: они очень прочные к предельным перегрузкам. Благодаря

7

данному качеству с их помощью можно измерять высочайшие угловые скорости и перегрузки. Одновременно с этим можно сделать предположение о том, что точности инерциальных микромеханических датчиков зависят от габаритов чувствительных элементов прямо пропорционально, поскольку энергия полезного сигнала пропорциональна массе и моменту инерции, и резко падает с уменьшением размеров. В то же время, энергия шумов системы съема сигнала (наиболее распространена емкостная) пропорциональна квадрату характерного размера чувствительного элемента (ЧЭ) и убывает медленнее с уменьшением его габаритов. Таким образом, существует рад факторов, обуславливающих развитие и миниатюризацию инерциальных МЭМС. Их изучение крайне актуально для современной техники.

Анализ состояния современных МЭМС показал, что основные достижения в их развитии связаны в основном с отдельными экспериментальными исследованиями, имеющими скорее эмпирический, а не научный характер, уровень которых и направление, часто связан с возможностями технологической базы предприятия - разработчика, по существу отсутствует единый системный подход по выбору того или иного конструктивно-технологического параметра изделия и его схемотехнического обрамления.

Цель диссертационной работы:

разработка конструктивных и технологических основ создания инерциальных микромеханических элементов, исследование актуальных методических решений для построения приборов на основе МЭМС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих конструктивных и технологических особенностей чувствительных элементов, а также схемотехнических решений для обработки сигнала ёмкостных, магнитоэлектрических и электромагнитных сенсоров.

2. Выявить факторы, существенно лимитирующие и определяющие параметры создаваемых элементов микросистемной техники, предложить типовой набор технологических процессов, материалов, конструктивных решений и элементов, позволяющий создавать инерциальные МЭМС с требуемыми характеристиками.

3. Провести критериальную оценку влияния выявленных факторов на характеристики и технологичность инерциальных МЭМС.

4. Провести апробацию предлагаемых научных основ создания инерциальных МЭМС на примерах разработки пороговых акселерометров (датчиков удара), датчиков угловой скорости, линейного ускорения и инерциальных измерительных модулей, а также проанализировать ряд важнейших параметров и методов их определения, в частности:

- исследовать аспекты предельного уменьшения габаритов инерциальных микромеханических датчиков с механической и конструкционной точек зрения;

- сформулировать технологические основы получения сложнопрофильных кремниевых структур для элементов инерциальных МЭМС;

- численно оценить влияние погрешностей и ошибок калибровки первичных датчиков на функционирование инерциальных измерительных систем;

- провести оценку предельных погрешностей микромеханических гироскопов и микромеханических акселерометров, выявить основные наиболее значимые источники этих погрешностей;

- исследовать актуальные методические и технологические аспекты построения систем на основе инерциальных МЭМС (главным образом систем стабилизации, ориентации и навигации).

5. Разработать интегральные схемные решения для реализации схем обработки сигнала наиболее перспективных чувствительных элементов (ЧЭ) инерциальных МЭМС (ИМЭМС).

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Впервые предложен и научно обоснован принцип выбора конструктивных элементов, технологических процессов изготовления и схемотехнической инфраструктуры инерциальных МЭМС, основанный на критериальной оценке влияния значимых факторов на параметры элемента или системы. Получена комплексная взаимозависимость факторов точности, прочности и масштаба.

2. Экспериментально установлено и объяснено влияние разориентации кристаллографического базиса кремниевых пластин на качество и точность формирования трёхмерных структур, получаемых методом анизотропного жидкостного химического травления (АЖХТ). Обоснован критерий допуска угла разориентации для АЖХТ кремния с ориентацией (100), он составляет не более 10 угловых минут.

3. В результате численного и натурного моделирования процесса сведения частот двух колебательных контуров ЧЭ получены новые закономерности между

/ и \ с» и и

картиной (ориентацией) колебаний, геометрией, массой и частными упругими свойствами сегмента кольцевого резонатора. Сформулирован метод балансировки, основанный на снижении массы и изменении геометрии фрагмента ЧЭ, предложена методика балансировки частоты кольцевых резонаторов.

4. Показано, что для построения систем стабилизации двумерная АЧХ и ФЧХ не могут быть в полной мере информативными инструментами. Предложен новый метод исследования частотных характеристик инерциальных МЭМС, заключающийся в построении трёхмерной картины АЧХ и ФЧХ - амплитуда и фаза исследуемого элемента в зависимости от частоты и амплитуды входного воздействия.

5. Предложена эквивалентная электромеханическая модель двухконтурного ЧЭ с обратной связью, позволяющая находить аналитическое и численное решение для анализа параметров идеализированного кольцевого датчика угловой скорости.

6. Сформулирован критерий годности сигнала коррекции для быстровращающейся системы инерциальной ориентации (БВСО), заключающийся в отсутствии сингулярности, точки перегиба или смены вогнутости, не свойственных нормальной окружности, на двумерной калибровочной картине. Показано, что в качестве источника коррекции БВСО может выступать любой сигнал, модулируемый пропорционально частоте вращения.

Практическая значимость работы. В диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие практическую ценность:

1. Разработаны конструктивно-технологические и схемотехнические рекомендации, позволяющие системно проектировать и изготавливать инерциальные МЭМС.

2. Установлена причина возникновения критически важного технологического дефекта при глубоком жидкостном анизотропном травлении кремния. Она заключается в существенной разориентации положения сформированной маскирующей поверхности микромеханических элементов на поверхности пластины относительно кристаллографических плоскостей монокристаллического кремния. Показана необходимость применения специализированных материалов для изготовления трёхмерных микромеханических структур. Определена минимальная величина растрава кремния, достигаемая путем модернизации стандартных технологических процессов и применения специальных материалов. Улучшены процессы получения кремниевых микромеханических элементов толщиной до 600 мкм из стандартных кремниевых пластин диаметром 100 и 150 мм.

3. Обобщены и систематизированы типы схем обработки сигнала вибрационных МЭМС с обратной связью. Предложена классификация, состоящая из 4 типов архитектуры их построения: амплитудная, частотная, фазовая и амплитудно-фазовая типы демодуляции легли в основу одноимённых классов архитектур построения. Успешные результаты исследований воплощены в опытные образцы узлов схем вибрационных МЭМС и реализованы в интегральном исполнении в четырёх полузаказных БИС (БМК серии 5503 ХМ1 - 499, 503, 617, 609). БМК использованы в схеме обработки микромеханических датчиков угловой скорости (ДУС) и акселерометра, разработанных в ходе ОКР «Интерфейс-9».

4. Сформулированы основные подходы к построению инерциальных измерительных модулей на основе микромеханики в жёстких условиях эксплуатации. В их основе слабосвязанная схема комплексирования инерциальных навигационных данных, данных с предельных акселерометров, навигационных акселерометров и скоростных корректоров спутниковой навигационной системы (СНС). Проведено моделирование, лабораторные и натурные эксперименты. В сентябре 2017 года проведено успешное испытание блока бесплатформенной навигационной системы (БИНС) в составе объекта, совмещающего перегрузки более 1000g с последующем движением в более мягких динамических условиях.

10

Результаты работы блока БИНС, сконструированного коллективом под руководством автора, подтверждают правильность сформулированных подходов.

5. Предложен метод измерения АЧХ и ФЧХ ДУС при различных, в том числе предельных угловых скоростях на малых частотах, метод основан на перемене ориентации вращения с помощью двухосного поворотного стенда.

6. Произведена численная оценка влияния калибровки первичных инерциальных датчиков на характеристики инерциальных измерительных модулей. На основе полученных данных сформулированы критерии качества калибровки.

7. Сформулированы основные подходы к построению БВСО, для их подтверждения разработаны и изготовлены макетные образцы, проведена серия лабораторных и натурных испытаний, подтверждающая правильность использованных подходов и практическую возможность создания такой системы.

8. Практическая значимость работы подтверждается использованием её результатов в продукции компании «Лаборатория Микроприборов», и внедрением инерциальных датчиков в производственный процесс ряда российских предприятий, в частности ОАО МНПК «Авионика», АО «НПК Пеленгатор», ООО «Технологии Радиосвязи», ОАО Казанский завод «Электроприбор», ЗАО «МНИТИ» и др. Результаты так же использованы в ряде НИОКР : «МСТ-1.3-М», «База-МСТ-М», «Сокол-В-МИЭТ», «Микрос-2», «Интерфейс-9/1», «Микрос-И2». Акты внедрения приведены в диссертационной работе.

Достоверность научных и практических результатов подтверждается:

- использованием корректных математических приемов, сопоставлением аналитических результатов и данных, полученных в ходе математического моделирования с лабораторными, экспериментальными и натурными исследованиями;

- воспроизводимостью результатов исследования в различных условиях и прикладных областях применения;

- независимыми объективными испытаниями, потребителей и сторонних организаций.

На защиту выносится:

1. Научно обоснованный принцип разработки и создания инерциальных МЭМС.

2. Система критериальной оценки влияния значимых факторов на параметры микросистемных элементов, позволяющая находить оптимальные схемотехнические и конструктивно-технологические решения для создания инерциальных МЭМС.

3. Метод технологической балансировки частоты кольцевого резонатора, основанный на снижении массы и изменении геометрии фрагментов чувствительного элемента.

4. Метод измерения динамических характеристик ДУС, основанный на перемене ориентации вращения с помощью двухосного поворотного стенда и позволяющий получать данные для трёхмерной АЧХ и ФЧХ при различных, в том числе, предельных угловых скоростях на малых частотах.

5. Критерий годности сигнала коррекции для БВСО, заключающийся в отсутствии сингулярности, точки перегиба или смены вогнутости, не свойственных нормальной окружности на двумерной калибровочной картине.

Апробация работы. Результаты работы использованы при выполнении различных НИОКР, руководителем или ключевым исполнителем которых был автор. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы выполнялись совместно с ведущими предприятиями России: ОАО «НИИМЭ и Микрон», АО "КБточмаш им. А.Э.Нудельмана", ЗАО «МНИТИ» (Московский научно-исследовательский телевизионный институт), ОАО Казанский завод "Электроприбор", а также при выполнении работ по заказу Министерства образования и науки РФ, Министерства промышленности и торговли РФ, Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Результаты работы были использованы в учебном процессе МИЭТ при подготовке лекций, читаемых автором, и циклов лабораторных работ по данной теме.

Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором. Некоторые технические решения созданы в соавторстве с коллегами при решении совместных задач. Личный вклад автора включает формулировку целей и задач исследования, выбор путей их решения, выбор методик исследования, проведение измерений и обработку материалов. Основная часть материалов статей написана лично автором, совместные работы напечатаны после обсуждения с соавторами.

Публикации. Всего по тематике исследований автором опубликовано 56 работ, в том числе 1 монография, 3 учебных пособия, 15 статей в журналах входящих в перечень изданий, рекомендуемых ВАК РФ, 9 статей рецензируемых Scopus и Web of Science, 12 тезисов докладов, получено 5 патентов на изобретение, 3 патента на полезную модель. Основные положения диссертационного исследования представлены в опубликованных работах. Список основных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и библиографического списка из 153 наименований. Основная часть работы изложена на 315 страницах, включает 162 рисунка и 31 таблицу.

Глава 1. Анализ современных технологических, схемотехнических и конструкционных аспектов построения инерциальных МЭМС

1.1 Пути развития технологии изготовления элементов

инерциальноймикромеханики

1.1.1 Стандартные технологии получения элементов микромеханики

Параметры изготовленных элементов инерциальной микромеханики зависят не только от их конструкции, но и от выбора материалов и технологий, используемых для их изготовления. При производстве чувствительных элементов микромеханических датчиков применяют материалы с хорошими механическими свойствами (монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, плавленый кварц, пьезокристаллы).

С начала 80-х годов для изготовления малогабаритных и дешевых гироскопических датчиков была использована кварцевая технология. Выбор такой технологии объясняется стабильными характеристиками и малыми внутренними потерями на трение. Изготовителями ММГ по кварцевой технологии являются фирмы Systran Donner, Watson Industries, Sagem и другие [3-5].

Кварцевые ММГ имеют достаточно большие габариты и более высокую стоимость по сравнению с кремниевыми приборами. В дальнейшем Draper Laboratory разработала планарную конструкцию ММГ.

МЭМС преобразователи, имеющие в своем составе кремниевые исполнительные элементы, обладают рядом значительных преимуществ по сравнению с известными приборами того же функционального назначения, выполненными по традиционной технологии. Основным является использование материаловедческой и технологической баз современной твердотельной микроэлектроники.

Одним из подходов к микрообработке является процесс LIGA (Roentgen Lithography Galvanik Abformung, сокращение терминов рентгеновской литографии, гальваники и технологии микроформирования). Наряду с преимуществами технологии LIGA (возможность изготовления структур с высоким разрешением топографического изображения, разнообразие обрабатываемых материалов и др.) имеются и недостатки, связанные с высокой сложностью изготовления, дороговизной маски и экспонирования, рядом ограничений в возможности комбинирования с полупроводниковой технологией [6].

Традиционные технологии производства микросхем стали основой для получения элементов инерциальной микромеханики. Кремний является основным материалом при получении элементов инерциальной микромеханики. Методы микрообработки кремния позволяют изготавливать микросистемы, размеры которых составляют доли миллиметра. Существуют две технологии

микрообработки кремния: объемная микрообработкаи поверхностная микрообработка.

а) б)

Рис. 1.1.1.1 - Микроструктуры, сформированные с помощью разных методов

травления кремния: а - поверхностная микрообработка; б - объемная

микрообработка

Объемная технология является самым распространенным методом микрообработки. Преимуществом поверхностной технологии является возможность размещения на одной пластине и микроэлектронных устройств, и микросистем.

Основная технологическая схема производства микромеханических изделий МЭМС включает несколько различных процессов: конструирование элементов инерциальной микромеханики; разработка технологии изготовления; подготовка исходных материалов, изготовление структур; изготовление элементов конструкции; сборка элементов конструкции; испытание и аттестация элементов инерциальной микромеханики. На рис. 1.1.1.2 приведена упрощенная схема технологии получения элементов инерциальной микромеханики, которую используют многие производители. Технологические процессы взаимосвязаны, но в тоже время могут быть автономными, и располагаться на различных производственных площадях. Комплексное использование перечисленных технологических процессов позволяет организовать независимое, гибкое производство конкурентной продукции МЭМС. Принципиальное технологическое преимущество микроэлектроники перед другими направлениями техники -групповой способ производства [7].

Рис. 1.1.1.2 - Схема технологии получения элементов инерциальной

микромеханики.

Технология поверхностной микрообработки МЭМС позволяет изготавливать электромеханические устройства с применением технологических циклов, аналогичных производству обычных интегральных схем, в результате чего на общем кремниевом основании комбинируются механические элементы и электроника.

В микромеханикеприменяются и другие группы материалов: стекла, металлы, сплавы металлов, полимеры и др. [8]. В настоящее время для некоторых микросистем требуется формирование микроструктур из толстых металлических пленок. Толстые пленки применяются для изготовления либо самих микроустройств, либо шаблонов для изготовления деталей из керамики и полимеров. Полимеры широко используются в качестве структурных и функциональных материалов при производстве микросистем. В полупроводниковых устройствах и кремниевых микросистемах широко используются тонкие пленки из SiO2 и Si3N4. Производители очень часто используют стекла [9]. Самые точные микромеханические приборы изготавливают с применением стекла, поэтому разработчики уделяют пристальное внимание стеклам, применяемым в качестве конструкционного, диэлектрического, межслойного материала многослойных структур и элементов инерциальной микромеханики.

1.1.2 Современные материалы для структур КНИ и микромеханических элементов

Успешное развитие технологии МЭМС невозможно без развития технологий материалов и разработки специализированных технологий получения структур КНИ (кремний на изоляторе), стекол, кремниевых пластин и др. На рисунке 1.1.2.1 приведены тенденции затрат материалов на производство МЭМС [5,6].

Рис. 1.1.2.1 - Тенденции затрат на материалы при производстве МЭМС

Проведенный анализ литературных источников показывает, что в качестве основного материала ЧЭ лучше выбрать кремний и стекло [10-12]. Выбор монокристаллического кремния в качестве конструкционного материала обусловлен прежде всего его физико-механическими свойствами: удельная теплоемкость - 800 Дж/кг-К (при температуре 20-100°С); теплопроводность — 84126 Вт/(м-К); температура плавления - 1417°С, температура кипения - 2355°С; плотность 2330 кг/м [13]. Модули упругости кремния по разным кристаллографическим направлениям разные. Справедливы следующие соотношения:

Е[100]< Е[110]< Е[111](1,3-1011Н/м2< 1,68-Ю11 Н/м2< 1,87-Ю11 Н/м2)

0[Ш0]> а[110]> а[Ш](7,9-1010 Н/м2> 6,17-1010 Н/м2> 5,75-1010 Н/м2),

где E - модуль упругости первого рода, G - модуль упругости второго рода (модуль сдвига).

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Тимошенков Алексей Сергеевич, 2019 год

Библиографический список

1. Джексон Р.Г. Новейшие датчики // Перевод с английского под ред. Лучинина В.В. Москва. Техносфера. 2005. 384 с.

2. Северов Л.А. и др. Микромеханические гироскопы: конструкции, характеристики, технологии, пути развития // Известия вузов. Приборостроение. 1998. Т. 41. № 1-2. C. 57-73.

3. Лестев А.М., Попова И.В., Евстифеев М.И. и др. Разработка и исследование микромеханического гироскопа // Гироскопия и навигация. №2. 1999. С. 3-23.

4. Мир электроники. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам // Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева. Москва. Техносфера. 2005. 592 с.

5. VLSIResearchInc, https://www.vlsiresearch.com

6. Eloy JC. MIS'08 - Status of the MEMS Industry // Yole Development. 2008.

240p.

7. Barbour N. et al. Micro-Electromechanical Instrument and Systems Development at Draper Laboratory // 3rd Saint Petersburg International Conference of Integrated Navigation Systems. -SPb.: CSRI "Elektropribor". 1996. Part 1. P. 3-10.

8. MEMS handbook. // Edited by Gad el Hak M. CRC Press LLC, Boca Raton. London. New York. Washington, D.C. 2002. 1332 p.

9. Ачильдиев В.М., Дрофа В.Н. Комбинированный микромеханический гироскоп-акселерометр для инерциальных измерительных систем // Космонавтика и ракетостроение. №5. 1995. С.79-83.

10. Лысова О.М., Пересветов М.В., Нестеренко Т.Г. Микромеханический датчик угловой скорости широкого применения // Ползуновский альманах №3 Том 2, 2009

11. Geiger W. et al. A Silicon Rate Gyroscope with Decoupled Driving and Sensing Mechanisms MARS-RR // Symposium Gyro Technology. -- Germany, 1998.

12. Крысько А. В., Ярошенко Т. Ю., Жигалов М.В., Мицкевич С. А., Крысько В.А. Нелинейная динамика вибрационных микромеханических гироскопов. Часть 1. Обзор исследований. - Вестник СГТУ.- 2012. - 2(65), вып. 1. - С.18-24

13. В.И. Графутин, Е.П. Прокопьев, С.П. Тимошенков «Исследования методом позитронной аннигиляционной спектроскопии электронных свойств переходных металлов и сплавов на их основе». // Тезисы доклада XI Конференции по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям (11 - 15 марта 2013 г.). Институт физики высоких энергий и ядерной физики ННЦ ХФТ НАНУ (ИФВЭЯФ ННЦ ХФТИ).

14. Ioffe A.P., Regel A.R. In: Non-Crystalline Amorphous and Liquid Electronic Semiconductors // Progress in Semiconductors. London: Heywood Company Ltd. V.4. 1960. P.237-291.

15. Макушин М. Мировая микроэлектроника: Чем меньше размеры, тем крупнее игроки // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2007 №6. C. 104-112

16. О.А. Ежова, И.В. Куликова, И.Е. Лысенко, Н.К Приступчик Анализ влияния технологических погрешностей на работу наномеханического акселерометра // NanoTech-2015: сборник докладов молодежной научной конференции - Издательство ЮФУ, 2015. - С.101- 102.

17. Белоусов Е.О. Исследование и разработка методов и адаптивных интегральных схем обработки сигналов микроэлектромеханических инерциальных датчиков: Автореф. дис. канд. техн. наук. М. 2017

18. Тимошенков С.П., Борисов А.Г., Калугин В.В. Разработка технологических процессов изготовления кремниевого микромеханического вибрационного гироскопа // Тезисы доклада на Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика-2002». Часть 2. Москва. С. 68.

19. Bhardwaj J.K., Ashraf H. Advanced Silicon Etching Using High Density Plasmas // Proc. SPIE Micromachining and Microfabrication Process Technology. V. 2639. 1995. P.224-233.

20. Grafutin V.I., Prokopev E.P., Elnikova L.V., Timoshenkov S.P. Research of nanoobjects in technically important materials and advanced nanomaterials by methods of positron annihilation spectroscopy. // Researches in Science, 2013

21. Kranz hi. S., Fedder G.K. Micromechanical Vibratory Rate Gyroscopes Fabricated in Conventional CMOS // Simposium Gyro Technology, Germany 1997

22. М.А. Ломакин Особенности построения модели погрешности МЭМС-датчиков при решении навигационной задачи // Инженерный вестник Дона. 2014, №2.

23. В.И.Графутин, Е.П. Прокопьев, С.П.Тимошенков, Ю.В.Фунтиков. Возможные применения методов позитронной аннигиляционной спектроскопии для исследования наноявлений в нефтегазодобыче. // Научная сессия МИФИ-2013. Направление №1. Инновационные ядерные технологии. Секция 09. Функциональные ультрадисперсные (нано-) материалы в атомной отрасли

24. Микромеханические инерциальные чувствительные элементы. Микромеханические гироскопы / М.И. Евстифеев, А.И. Панферов, В.К. Пономарев и др. СПб.: СПбГУАП, 2007

25. Liang Xue, Lixin Wang, Tao Xiong, Chengyu Jiang and Weizheng Yuan Article Analysis of Dynamic Performance of a Kalman Filter for Combining Multiple MEMS Gyroscopes // Micromachines 2014, 5, 1034-1050

26. С.Ю. Иванов Разработка цифровой электронной подсистемы микромеханического гироскопа с кольцевым резонатором // ТРУДЫ МФТИ. 2016. Том 8, № 2

27. Simon Konge Koldbsk, Luminita-Cristiana Totu, Improving MEMS Gyroscope Performance using Homogeneous Sensor Fusion // Master's Thesis, May 2011

28. Жаркой М.Ф. Технологические основы производства полупроводниковых интегральных схем: учебное пособие // Балт. гос. техн. ун-т. - СПб., 2016

29. Doruk Senkal, Mohammad J. Ahamed, Sina Askari, Andrei M. Shkel MEMS micro-glassblowing paradigm for wafer-level fabrication of fused silica wineglass gyroscopes // EUROSENSORS 2014, the XXVIII edition of the conference series

30. Шахнович И. МЭМС-гироскопы - единство выбора // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2007. - No 1. - С. 76-85.

31. Minha Park and Yang Gao Error and Performance Analysis of MEMS-based Inertial Sensors with a Low-cost GPS Receiver // Sensors 2008, 8, 2240-2261

32. В.И.Графутин, О.В.Илюхина, Ю.Ф.Козлов, Г.Г.Мясищева, В.З.Петрова, Е.П Прокопьев, Г.И.Савельев, А.С.Тимошенков, С.П.Тимошенков, Ю.В.Фунтиков, Н.О.Хмелевский. Определение Природы, концентраций и размеров нанообъектов в технически важных материалах и наноматериалах методами позитронной аннигиляционной спектроскопии. // Труды международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО 2013». Пенза: Изд-во ПГУ, 2013.

33. Распопов В. Я. Микромеханические приборы // М.: Машиностроение, 2007. - 399 с.6.

34. C. Jiang, L. Xue, H. Chang, G. Yuan, and W. Yuan, Signal processing of MEMS gyro arrays to improve accuracy using a 1st order Markov for rate signal modeling // Sensors, vol. 12, pp. 1720-1737, 2012

35. О.А. Ежова, И.Е. Лысенко Разработка модели построения топологии микромеханического сенсора линейных ускорений // Материалы 23-ей всероссийской межвузовской научно- технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2016».- М.: МИЭТ.- 2016.- С.119.

36. А.В. Михеев Разработка и применение модели шумов датчиков первичной информации при математическом моделировании работы бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Вестник Саратовского государственного технического университета, 2009

37. В.И. Графутин, О.В. Илюхина, Ю.Ф. Козлов, И.Н. Мешков, Г.Г. Мясищева, Е.П Прокопьев., Г.И. Савельев, С.П. Тимошенков, Ю.А. Чаплыгин, Ю.В. Фунтиков, Н.О. Хмелевский, С.Л. Яковенко. Применение и развитие методов позитронной аннигиляционной спектроскопии для определения природы, концентраций и размеров нанообъектов в материалах и наноматериалах на основе кремния и железа. Обзор.

Электронный научно-техническийжурнал (Journal "European Researcher"), Institute European Researcher, 2012, Vol.(28), № 9-1, с.1323-1354.

38. Huikai Xie, Gary K. Fedder Fabrication, Characterization, and Analysis of a DRIE CMOS-MEMS Gyroscope // IEEE Sensors Journal, Vol. 3, № 5, 2003

39. Лысов А.Н. Винниченко Н.Т., Лысова А.А. Прикладная теория гироскопов. Часть 3. - Издательский центр Челябинск: ЮУрГУ, 2009. - 86 с.5.

40. Grafutin V.I., Prokopev E.P., Ilyukhina O.V., Ilyukhin V.A., Timoshenkov S.P., Petrova V.Z. Timoshenkov A.S, Simov A. Possibilities of study ingofnano objects in technically important materials and nanomaterials by PASmethod. // VII Международная научная конференция. Paper for «Фуллерены и наноструктуры в конденсированных средах» и III школа-семинар «Наноструктуры и наноматериалы: теоретические и прикладные аспекты», 2013 г., г. Минск.

41. Н.В. Моисеев, Я.А. Некрасов Анализ систем управления вторичными колебаниями современных микромеханических гироскопов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 7

42. Тимошенков С.П., Рубчиц В.Г., Шилов В.Ф., Плеханов В.Е., Тихонов В.А., Максимов В.Н. Перспективы создания и применения микромеханических вибрационных гироскопов// Сб. «ДДАТ-2003», Пенза 2003, С. 39.

43. Отчет К-БАЗА-ЭТ-04 «Отработка технологии и изготовление чувствительных элементов микромеханических датчиков», 2004г.

44. Зотов С. А., Бойко А. Н., Бритков О. М. Косвенный анализ жесткости подвеса чувствительного элемента микромеханического устройства// «XXXI Гагаринские чтения», М. 2005, с. 42-43

45. Petersen K.E. Silicon as a mechanical material.//Proceedings of IEEE, pp. 420457, 1982

46. Васильев А., Лучинин В., Мальцев П. Микросистемная техника. Материалы, технологии, элементная база.//Электронные компоненты, 2000, №4.

47. Тимошенков С.П.; Бритков О.М., Зотов С.А., Рубчиц В.Г., Калугин В.В., Прокопьев Е.П. Исследования и разработка технологических процессов изготовления элементов микромеханики. Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2006. №2. С.3-7.

48. Тимошенков С. П. Технология формирования структур «Кремний на изоляторе»// Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.: МИЭТ, 2004, с. 263.

49. Hunt C. E., Rouse G. V., Harendt C. and Green M. L. Highly selective etch stop by stress compensation for thin-film BESOI // Proceedings of the 1990 IEEE SOS/SOI Technology Conference. IEEE Press. P. 145-146.

50. Kranz M., Fedder G. K. Design, simulation, and implementation of two novel micromechanical vibratory-rate gyroscopes. // Department of Electrical and Computer Engineering. -- Carnegie Mellon University, 1998. Pp. 5-12.

51. W. Geiger, W..U Butt, A. Gaisser, J. Frech, M. Braxmaier, T. Link, A. Kohne, P. Nommensen, H. Sandmaier, W. Lang Decoupled microgyros and the design principle DAVED // Sensors and Actuators A: Physical, 2002

52. Navid Yazdi, Farrokh Ayazi and Khalil Najafi, Senior Member Micromachined Inertial Sensors // Proceedings of the IEEE Vol.86, No.8, August 1998, 5 p.1646, fig.7

53. Marc S. Weinberg, Paul A. Ward, Anthony S. Kourepenis emperature insensitive silicon oscillator and precision voltage reference formed therefrom // Patent No. 5783973, 1998

54. Графутин В.И., Прокопьев Е.П., Илюхина О.В., Илюхин И.А., Тимошенков С.П., Петрова В.З., Тимошенков А.С. Возможности изучения нанообъектов в технически важных материалах методом позитронной анигиляционной спектроскопии. // VII Международная научная конференция. Paperfor «Фуллерены и наноструктуры в конденсированных средах» и III школа-семинар «Наноструктуры и наноматериалы: теоретические и прикладные аспекты», 2013 г. , г. Минск.

55. V.I.Grafutin, E.P.Prokopev, L.V. Elnikova, S.P. Timoshenkov. Study of nanoobjects in technically important materials and advanced nanomaterials by methods of Positron Annihilation Spectroscopy. // Paper in Book (Canada, Toronto, 2013), in press. Paper in Book. 2013. Nanoobject sizes of Defects in porous systems and defective materials according ADAP method. International Conference on Nanomaterials Synthesis, Characterization and Applications (ICN 2012), 12-15 Januar, 2012 Centre for Nanoscience and Nanotechnology at Mahatma Gandhi

56. Графутин В.И., Илюхин В.А., Илюхина О.В., Мясищева Г.Г., Прокопьев Е.П., Тимошенков А.С., Тимошенков С.П., Фунтиков Ю.В. Исследования природы, размеров и концентраций нанообъектов в материалах на основе кремния методами позитронной аннигиляционной спектроскопии. // Исследования в области естественных наук. -Январь, 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2013/01/3260

57. В.Д. Вавилов Устранение вибрационных и шумовых погрешностей микроакселерометров // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева № 2(99), 2013

58. А.Г. Волченко, Д.В. Корнеев, В.Я. Бараш Анализ амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик датчиков вибрации и причин ограничения области рабочих частот // ЗиПМ №1 - 2013

59. Joseph W. Soucy, Thomas F. Marinis Aluminum Nitride Chip Carrier for Microelectromechanical Sensor Applications, 2002 MRS Fall Meeting, V. 741, P. 4-7.

60. Графутин В.И. Залужный А.Г, Прокопьев Е.П., Тимошенков С.П. Синергетические подходы к проблемам эволюции свойств материалов и наноматериалов на основе кремния и железа. // Тезисы докладов XIX Международной

конференции по химической термодинамике в России, RCCT-2013. Москва 2013 г. Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова (МИТХТ).

61. Тимошенков С.П., Калугин В.В., Зотов С.А., Рубчиц В.Г. Разработка процессов получения сложно-профильных чувствительных элементов МЭМС с учетом влияния технологических погрешностей // Тезисы докладов 5-ой международной конференции «Авиация и космонавтика-2006». 23-26 октября 2006 года. Москва. С. 203, 204.

62. D.W. de Lima Monteiro, O. Akhzar-Mehr, P.M. Sarro, G. Vdovin Single-mask microfabrication of aspherical optics using KOH anisotropic etching of Si // OPTICS EXPRESS. V. 11. No. 18. 2003. P. 2244-2252

63. Juan W.H., Pang S.W., "High aspect ratio silicon etching for microsensor fabrication'. J.Vac. Sci Technol. A13 (3). 1995. P. 834-838

64. Графутин В.И., Тимошенков С.П. и др. Исследование позитронных состояний и дефектов в кремнии, облученном протонами // Физика и химия обработки материалов. 2006. № 5. С. 5-12.

65. В.В. Бачурин, В.В. Полехов, А.И. Пыхтунова Применение анизотропного травления кремния в технологии изготовления полупроводниковых приборов. М.: ЦНИИ «Электроника». 1982. выпуск 3 (859).

66. Тимошенков С.П. Рубчиц В.Г. Моделирование процесса прецизионного травления вибрационной системы датчика угловой скорости // Микросистемная техника. №3. 1992.

67. В.И.Графутин, И.М. Бритков , С.С. Евстафьев, О.М. Бритков, В.А. Илюхин, О.В. Илюхина, Г.Г. Мясищева, Г.И. Савельев, Е.П. Прокопьев, А.С. Тимошенков, С.П. Тимошенков, Ю.В. Фунтиков. Методом УРАФ и ВРАФ определены размеры и концентрации нанодефектов в пористых и облученных материалах на основе кремния и железа. // Тезисы доклада Четвертой Международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к Наноиндустрии». 2013 г. Ижевск.

68. Джексон Р.Г. Новейшие датчики // Перевод с английского под ред. Лучинина В.В. Москва. Техносфера. 2005. 384 с.

69. MEMShandbook. // EditedbyGadelHakM. CRCPressLLC, BocaRaton. London. NewYork. Washington, D.C. 2002. 1332 p.

70. Sawyer W. D., Prince M. S., Brown G. J. SOI bonded wafer process for high precision MEMS inertial sensors // Journal of Micromechanics and Microengineering, 2005 № 15, p. 1588-1593.

71. Stamoulis K. Mechanics aspects of wafer thermocompression bonding // Massachusetts Institute of Technology. 2005. p. 81.

72. Jeung Sang Go, Young-Ho Cho. Experimental evaluation of anodic bonding process based on the Taguchi analysis of interfacial fracture toughness // Sensors and Actuators. V. 73. 1999. P. 52-57.

73. Брюхно Н.А., Жарковский Е.М., Концевой Ю.А., Сахаров Ю.Г. Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией для изделий микроэлектроники // Обзоры по ЭТ. Сер. 3. Микроэлектроника. Вып. 4 (1304). 1987.

74. Мальцев П.П., Чаплыгин Ю.А., Тимошенков С.П. Перспективы развития технологии кремний - на - изоляторе // Электроника. № 5. 1998. С. 5-10.

75. Роусон Г. Неорганические стеклообразующие системы // М.:Мир. 1970.

314с.

76. Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П., Дьячков С.А. Исследование процесса синтеза мелкодисперсных порошков оксидов и диэлектрического стекловидного материала SiO2 - Al2O3 - BaO в высокочастотной воздушной и аргон-кислородной плазме // Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России. №3. 2000. С.57-68.

77. Ермолаева А.И., Кошелев Н.И., Тимошенков С.П. Синтез в плазме ультрадисперсных стекловидных порошков для целей микроэлектроники // Микроматериаловедение: Материалы семинара ЦРДЗ. Москва. Знание. 1991. С.97-98.

78. Wilson L. ed. The National Technology Roadmap for Semiconductors: 1997 Edition // Semiconductor Industry Association. San Jose. California.

79. Ueki T. et al. Carbon in grown-in defects in Czochralski silicon and its influence on gate-oxide defects. // Jpn. J. Appl. Phys. V.38. 1999. P.5695-5699.

80. Istratov A.A., Hieslmair H., Weber E.R. Iron contamination in silicon technology. // Appl. Phys. A.70. №5. 2000. P.489-534.

81. Zorman C.A., Mehregany M. Materials for Microelectromechanical system // Peeters E. Process Development for 3D Silicon Microstructure with Application to Mechanical Sensor Design. KUL. Belgium. 1994.

82. Esashi M., Ura N., Matsumoto Y. Anodic bonding for integrated capacitive sensors. Proc. IEEE Workshop on Micro Electro Mechanical Systems, Travemunde. Germany. 1992. P. 43-48.

83. W.P. Maszara, G. Goetz, A. Caviglia, J.B. McKitterick. Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator // J. Appl. Phys. 64 (10). 1988, P. 4943-4950.

84. Barth P.W. Silicon fusion bonding for fabrication of sensors, actuators and microstructures // Sensors and Actuators. A21-A23. 1990. P. 919-926.

85. W.H. Ko, J.T. Suminto and G.J. Yeh. Bonding techniques for microsensors, in Micromaching and Micropackaging for Transducers // Elsevier Science. Amsterdam. 1985.

86. Tong Q.-Y., Lee T.-H., Reiche M., Ramm J., Beck E. The role of surface chemistry in bonding of standard silicon wafers // J.Electrochem.Soc. 1997. V. 144. No. 1. P. 384-389.

87. Kern W. The evolution of silicon wafer cleaning technology // Journal of the electrochemical society. V. 137. No. 6. Jun. 1990. P. 1887-1890.

88. Fernandes N. Emerging markets for wafer-cleaning technologies // Solid state technology. V. 42. No. 11. 1999. P.36-38.

89. Grudner M. Wet chemical treatments of Si surfaces: Chemical composition and morfology // Solid State Technology. V. 34. No. 2. 1991. P. 69-75.

90. Тимошенков С.П., Калугин В.В. Очистка пластин кремния в процессах полупроводникового производства // «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России». №2. 2000 г. С. 39-44.

91. Burkman D. Optimizing the cleaning procedure for silicon wafers prior to high temperature operations // Semiconductor International. V. 14. No. 14. Jul. 1981. P. 104-116.

92. Syverson D. An advanced dry/wet cleaning process for silicon surfaces // FSI International. Technical report dry cleaning/rinsing/drying. TR 369. Jun. 1. 1991. P. 3-7.

93. Was ritten by the semiconductor equipment assessment program, Hot processing with vapor phase cleaning // Semiconductor international. V. 22. No.12. Oct. 1999. P. 98102.

94. Орликовский А.А. Плазменные процессы в микро- наноэлектронике // Микроэлектроника. 1999.-Т.28, №5.-с.344-362.

95. Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing.-New York. Wiley. 1994.

96. Juan W.H., Pang S.W., "High aspect ratio silicon etching for microsensor fabrication'. J.Vac. Sci Technol. A13 (3). 1995. P. 834-838

97. Bhardwaj J.K., Ashraf H. Advanced Silicon Etching Using High Density Plasmas // Proc. SPIE Micromachining and Microfabrication Process Technology. V. 2639. 1995. P.224-233.

98. В.В. Бачурин, В.В. Полехов, А.И. Пыхтунова Применение анизотропного травления кремния в технологии изготовления полупроводниковых приборов. М.: ЦНИИ «Электроника». 1982. выпуск 3 (859).

99. Тимошенков С.П. Рубчиц В.Г. Моделирование процесса прецизионного травления вибрационной системы датчика угловой скорости // Микросистемная техника. №3. 1992.

100. Tong Q.-Y., Goesele U. Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology. Wiley, New York. 1998. 326 c.

101. Abe T., Takei T., Uchiyama A., Yoshizawa K., Nakazato Y. Silicon wafer bonding mechanism for silicon-on-insulator structures // Japanese Journal of Applied Physics. 29 (12). 1990. P.2311-2314.

102. Nese M., Hanneborg A. Anodic bonding of silicon to silicon wafers coaled with aluminium, silicon oxide, polysilicon or silicon nitride // Sensors and Actuators. A 37-38. 1993. P. 61-67.

103. H.J. Quenzer, W. Benecke and C. Dell. Low temperature wafer bonding for micromechanical applications // Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems, Travemunde. Germany. Feb. 1992. P. 49-55.

104. Furuhawa M. Silicon-to-Silicon direct bonding method // J.Appl.Phys.1986.v.60. N 8. P. 2987-2989.

105. Y. Kanda, K. Matsuda, C. Murayama, J. Sugaya, The mechanism of field-assisted silicon-glass bonding // Sensors and Actuators. A21-A23. 1990. P. 939.

106. K.B. Albaugh, P.E. Cade. Mechanisms of anodic bonding of silicon to pyrex // Solid-State Sensor and Actuator Workshop. 1988. P. 109-110.

107. T.R. Anthony. Dielectric isolation of silicon by anodic bonding // J. Appl. Phys. 58 (3). 1985. P. 1240-1247.

108. Thomas R. Anthony. Anodic bonding of imperfect surfaces // J. Appl. Phys. 54 (5). May 1983. P. 2419-2428.

109. Despont M., Gross H., Arrouy F., Stebler C., Staufer U. Fabrication of a silicon-pyrex-silicon stack by ac anodic bonding // Sensors and Actuators. A 55. 1996. P. 219-224.

110. Тимошенков С.П., Калугин В.В., Прокопьев Е.П. Получение приборных структур КНИ с использованием методов химической обработки и сращивания пластин кремния // Микроэлектроника. Том 33. №4. Июль-август 2004. С. 296-301.

111. Чаплыгин Ю.А., Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П., Калугин В.В. Проблема структур «кремний на изоляторе» (КНИ): перспективы применения // Сборник трудов первой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург. Том 3. 2005. С. 464-467.

112. Пятнышев Е. Н., Лурье М. С., Попова И. В., Казакин А. Н. Специфика технологии микроэлектромеханических устройств // Микросистемная техника. №6. 2001. C. 32-35

113. Berenschot J., Gardeniers J., Lanimerink T., Elwenspoek M. New applications of r.f.-sputtered glass films as protection and bonding layers in silicon micromachining // Sensors and Actuators. A 41-42. 1994. P. 338-343.

114. Калугин В.В., Гавриков А.А., Дьячков С.А., Смирнова Ю.А., Тимошенков С.П. Структуры кремний на изоляторе для применения в МЭМС // Тезисы доклада на научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Датчик-99). Гурзуф. С.186, 187.

115. Электронный журнал «РадиоЛоцман». 2014 (№12) .

116. Электронный журнал «Наука за рубежом». Июль, 2012 (№15).

117. В.А. Матвеев, В.И. Липатников, А.В. Алехин Разработка твердотельного волнового гироскопа

118. Analog Devices, "Op Amp Total Output Noise Calculations for Single-Pole System"

119. В.А. Матвеев, В.И. Липатников, А.В. Алехин Проектирование волнового твердотельного гироскопа,

120. Chia-Ou Chang, Guo-En Chang, Chan-Shin Chou, Wen-Tien Chang Chien, Po-Chih Chen "In-plane free vibration of a single-crystal silicon ring",

121. Справочник по программному пакету ANSYS 11.0, Ansys Inc.

122. А.Г. Волченко, Д.В. Корнеев, В.Я. Бараш Анализ амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик датчиков вибрации и причин ограничения области рабочих частот // ЗиПМ №1 - 2013

123. V.I.Grafutin, E.P.Prokopev, S.P.Timoshenkov. Studying of nanoobjects in technically important materials and nanomaterials. // 27th International Conference on Defects in Semiconductors, Bologna, 2013

124. В.И.Графутин, Е.П.Прокопьев, С.П.Тимошенков. Изучение методом позитронной аннигиляционной спектроскопии электронных свойств переходных металлов и сплавов на их основе. // Тезисы доклада 63 Международной конференции «Ядро 2013» «Фундаментальные проблемы ядерной физики и атомной энергетики». Москва, 2013 г.

125. Гольцова М., Юдинцев В. МЭМС - здесь, там, везде. Большие рынки малых устройств // Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2007 №1. C. 114-119.

126. Асеев А.Л., Попов В.П., Володин В.П., Марютин В.Н. Перспективы применения структур кремний-на-изоляторе в микро-, наноэлектронике и микросистемной технике // Мир электроники. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева. Москва. Техносфера. 2005. С. 305-315.

127. Борисов Ю., Суворов А. О Федеральной целевой программе "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники" на 2008-2015 годы // Электроника: Наука. Технология. Бизнес, 2008 №1. C. 8-12.

128. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сборник статей под редакцией д.т.н., профессора П.П. Мальцева. Москва: Техносфера, 2005. -592 с.

129. Лучинин В.В., Степанов Ю.И., Телец В.А. Микросистемная техника. Прикладные области применения: Учебно-методическая разработка /М.: ГОУ ВПО «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)», 2004.-100 с.

130. Шелепин Н.А. Элементная база и технология изготовления кремниевых микроэлек тромеханических систем. Диссертация доктр. техн. наук, 2002

131. Бритков О.М., Разработка конструкции микромеханического акселерометра. //Микроэлектроника и информатика - 2005 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. М.: МИЭТ, 2005. С 123

132. Топильский В.Б. Системотехника измерительных устройств: Учебное пособие. — М.: МИЭТ, 2005. — 200 с.

133. Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств: — М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. — 232 с.

134. Тимошенков С.П., Симонов Б.М. и др. Определение энтальпий образования вакансий в материалах электронной техники методом позитронной аннигиляционной спектроскопии // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2009. № 3. С. 33-37.

135. Тимошенков С.П., Калугин В.В. и др. Лазерно-термический метод осаждения пленок кремния в гидридном процессе // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2008. № 1. С. 41-44.

136. Калугин В.В., Тимошенков С.П. и др. Физико-химическая модель скорости роста пленок alpha-Si:H в силановых плазменных смесях пониженного давления. Новосибирск: Материалы конференции «Кремний 2009», 2009. С. 157.

137. Шурыгина В., Долгожданные МЭМС: технология малых форм//Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2002, №4, с. 8-13

138. Вавилов В.Д. Интегральные датчики //Учебник. - Нижегород. гос. техн. унт. Н. Новгород, 2003 - С. 270-315.

139. V.I. Grafutin, E.P. Prokopev, O.V. Ilyukhina, S.P. Timoshenkov, A.S. Timoshenkov, O.M. Britkov, I.M. Britkov, S.S. Evstafev. Possibilities of studying of nanoobjects in technically important materials and nanomaterials by pas method. // кн.: НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО. Труды международного симпозиума. Под ред.

A.Н. Андреева, В.И. Волчихина, Е.А. Мокрова, А.В. Блинова, Н.К. Юркова,

B.А. Трусова. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2013.

140. Будагян Б.Г., Айвазов А.А., Мейтин М.Н., Стряхилев Д.А., Радосельский А.Г., Попов А.А., Черномордик В.Д., Мальшаков В.Г., Бердников А.Е. Перспективный метод получения аморфного кремния. // Известия ВУЗов. Серия Электроника. № 2, 1997, с.44-48.

141. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств, М.: Радио и Связь. 1991. - 528 с.

142. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ. -М.: Мир,1985. - 496 с.

143. Тимошенков С.П., Зотов С.А., Калугин В.В. Разработка и изготовление чувствительных элементов микроэлектромеханических систем// «Известия ВУЗов -Электроника», №4-5, 2005. с. 125-130

144. Marchetti J., He Y., Than O., Akkaraju S. Efficient process development for bulk silicon etching using cellular automata simulation techniques, SPIE, 1998

145. Пятнышев Е. Н., Лурье М. С., Попова И. В., Казакин А. Н. Специфика технологии микроэлектромеханических устройств // Микросистемная техника, №6, 2001, с. 32-35

146. Коркишко Ю.Н., Борисов А.Г., Никитина Н.Г., Суханова Л.С., Петрова В.З. «Методы исследования состава и структуры материалов электронной техни-ки. Часть 1. Методы исследования состава материалов электронной техники». // М. МГИЭТ (ТУ). 1997. 256 с.

147. Мокров Е.А. Интегральные датчики. Состояние разработок и производства. Направления развития, объемы рынка // Датчики и системы.-2000.-№1.-С. 28.. .30.

148. Вавилов В.Д., Поздяев В.И. Конструирование интегральных датчиков. - М: Изд-во МАИ, 1993. - 68 с.

149. Козин С.А. и др. Размерное травление кремния при изготовлении интегральных чувствительных элементов преобразователей механических величин // Приборы и системы управления. - 1990 - № 10. - С. 42.43.

150. Графутин В.И., Козлов Ю.Ф., О.В. Илюхина, Г.Г. Мясищева, Прокопьев Е.П., С.П. Тимошенков, Ю.В. Фунтиков. Методы ПАС для исследований нанообъектов в пористых системах, дефектных материалах и наноматериалах на основе Si. Петербургский журнал электроники. №1(74). С.19-44. 2013.

151. В.И. Графутин, И.М. Бритков , С.С. Евстафьев, О.М. Бритков, В.А. Илюхин, О.В. Илюхина, Г.Г. Мясищева, Г.И. Савельев, Е.П. Прокопьев, А.С. Тимошенков, С.П. Тимошенков, Ю.В. Фунтиков. Исследования нанообъектов в материалах на основе кремния методами позитронной аннигиляционной спектроскопии. // Тезисы доклада Четвертой Международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к Наноиндустрии», 2013

152. Тимошенков С.П., Калугин В.В. и др. Лазерно-термический метод осаждения пленок кремния в гидридном процессе // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2008. № 1. С. 41-44.

153. Тимошенков С.П., Графутин В.И. и др. Возможности определения природы и плотности дислокаций в твердых телах методом позитронной аннигиляционной спектроскопии (обзор) // Материалы конференции «Первые московские чтения по проблемам прочности материалов». 2009. С. 15.

154. V.I.Grafutin, O.V.Ilyukhina, G.G.Myasischeva, E.P.Prokopev, G.I..Savelev, A.S.Timoshenkov, Yu.V.Funtikov. Nanoobject Sizes of Defects in porous Systems and defective Materials according ADAP Method. // 27th International Conference on Defects in Semiconductors