Hệ thống cơ điện tử vi mô (MEMS) đề cập đến một thiết bị hoặc hệ thống vi mô có thể được sản xuất theo lô và tích hợp các cấu trúc vi mô, cảm biến vi mô, bộ truyền động vi mô cũng như các mạch điều khiển và xử lý tín hiệu. Thứ nhất, đế điện cực liên kỹ thuật số được chuẩn bị bằng công nghệ MEMS có khoảng cách điện cực quy mô nano siêu nhỏ, có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, giảm giới hạn phát hiện và tạo điều kiện phản hồi nhanh trong vài giây; thứ hai, chất nền vi điện cực dựa trên công nghệ MEMS Máy sưởi có thể đạt được mức tiêu thụ điện năng sưởi ấm thấp hơn ở mức miliwatt và tốc độ tăng-giảm nhiệt độ ở mức mili giây, có lợi cho việc ứng dụng cảm biến trong thực tế. Dựa trên công nghệ MEMS, kích thước của cảm biến có thể được giảm đáng kể, điều này có lợi cho kiến ​​trúc mảng cảm biến và giám sát mạng của cảm biến.

Quy trình sản xuất chất nền MEMS hiện đã tương đối hoàn thiện và sự khác biệt giữa cảm biến chủ yếu là phương pháp tích hợp giữa vật liệu nhạy cảm và chất nền, chủ yếu bao gồm phương pháp lắng đọng lớp nguyên tử, phương pháp mạ điện, phương pháp oxy hóa nhiệt, phương pháp khắc ướt, phương pháp phún xạ magnetron và phương pháp in lụa Chờ.

(1) Phương pháp lắng đọng lớp nguyên tử

Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) là một phương pháp trong đó tiền chất pha khí được đi qua lò phản ứng nhiều lần và một lớp màng lắng đọng được hình thành trên chất nền. Tiền chất được đưa vào mỗi lần sẽ được lắng đọng trên bề mặt đế và một lớp màng mỏng sẽ được hình thành cùng với phản ứng bề mặt. Sau nhiều lần làm sạch và lắng đọng, một lớp màng mỏng có độ dày mục tiêu sẽ được tạo ra. Hầu hết các màng oxit kim loại và cấu trúc vỏ lõi phát triển bằng cách lắng đọng lớp nguyên tử có thể được sử dụng cho các ứng dụng cảm biến. Bằng cách áp dụng phương pháp này, miễn là có một khoảng trống mà vật liệu tạo màng có thể đi qua, độ dày của màng có thể được kiểm soát ở mức nanomet. Một bộ phim đồng nhất được hình thành trong quá trình xử lý.

(2) Phương pháp mạ điện

Mạ điện là quá trình mạ một lớp kim loại hoặc hợp kim khác lên bề mặt của một số kim loại bằng nguyên lý điện phân. Trong quá trình mạ điện, kim loại mạ được sử dụng làm cực dương và thiết bị mục tiêu được sử dụng làm cực âm. Các cation của kim loại mạ sẽ bị khử trên bề mặt phôi cần mạ để tạo thành lớp mạ. Ưu điểm chính của công nghệ mạ điện là nó là một công nghệ chuẩn bị màng cực kỳ rẻ. Ngoài ra, công nghệ mạ điện có thể được sử dụng để chuẩn bị hợp kim, màng dày cấp độ centimet và các mẫu phức tạp, và màng mạ điện có đặc tính ứng suất tốt. Công nghệ mạ điện bị hạn chế bởi nguyên lý lắng đọng của riêng nó và thường yêu cầu một lớp kim loại mỏng trên bề mặt làm hạt giống (cái gọi là hạt giống), vì vậy điều này hạn chế các loại giá thể ở một mức độ nhất định.

(3) Phương pháp oxy hóa nhiệt

Quá trình chính của phương pháp oxy hóa nhiệt: (1) chất oxy hóa (O2 / H20) đến bề mặt của wafer silicon ở thể khí; (2) chất oxi hóa khuếch tán thành Si trong môi trường rắn (SiO2); (3) chất oxi hóa phản ứng với Si. Màng được chế tạo bằng phương pháp oxy hóa nhiệt đặc hơn so với màng được chế tạo bằng các phương pháp khác. Quá trình oxy hóa nhiệt có thể được chia thành quá trình oxy hóa khô và oxy hóa ướt. Nhiệt độ phản ứng là 900 ~ 1200 Màng thu được bằng quá trình oxy hóa khô dày đặc hơn so với màng của quá trình oxy hóa ướt.

(4) Phương pháp khắc ướt

Khắc ướt là tạo ra địa hình đều đặn trên bề mặt vật liệu thông qua khuôn mẫu và các chất ăn mòn khác nhau. Các chất ăn mòn dị hướng khác nhau có thể khắc các địa hình khác nhau. Nhiều cấu trúc nano silicon ba chiều có thể được tạo ra bằng cách khắc ướt, chẳng hạn như dây nano, cột nano và nanocones, cảm biến, bóng bán dẫn dọc, v.v. Trên thực tế, hầu hết các cấu trúc này được tạo ra bằng cách ăn mòn ion phản ứng (RIE), có độ chi phí xử lý, thông lượng thấp và ô nhiễm flo cao. Về mặt lý thuyết, quá trình ăn mòn dị hướng ướt có các đặc tính rõ ràng và có thể kiểm soát được, nhưng nó vẫn chưa được nhận thức rõ ràng trong các ứng dụng thực tế. Lý do là ở một mức độ lớn, etchant hóa học sẽ ăn mòn đồng đều lớp nền bên dưới theo mọi hướng.

(5) Phương pháp phún xạ Magnetron

Nguyên lý của phún xạ là bắn phá bề mặt của mục tiêu bằng các hạt năng lượng cao, bắn phá các nguyên tử hoặc phân tử trên bề mặt của mục tiêu và đánh vào chất nền dưới sự điều khiển của từ trường và điện trường để tạo ra một màng mỏng. Phún xạ magnetron là một dạng lắng đọng hơi vật lý (PVD), được sử dụng rộng rãi để chuẩn bị các màng mỏng của các vật liệu khác nhau như kim loại, chất bán dẫn và chất cách điện. Phương pháp này vận hành đơn giản, dễ kiểm soát và có ưu điểm là độ bám dính chắc và diện tích phủ lớn. Kể từ lần phát triển đầu tiên vào những năm 1970, công nghệ phún xạ magnetron dần được ứng dụng vào các ứng dụng công nghiệp trong lĩnh vực trang trí, bán dẫn và sản xuất. Hiện nay, phún xạ magnetron đã trở thành một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi và phát triển nhất trong lĩnh vực lắng đọng chân không. So với các công nghệ phún xạ khác, phún xạ magnetron không chỉ có thể hoạt động dưới áp suất thấp hơn và tốc độ lắng đọng tương đối cao, mà còn có thể được sử dụng để tổng hợp các màng dày đặc với ít hạt hơn.

Cho đến nay, đã có một số ví dụ về cảm biến MEMS dựa trên màng MOS rải rác, bao gồm cảm biến WO3 vi cơ và màng cảm nhận có chứa dị liên kết p-n: Màng SnO2-NiO có độ nhạy cao với H2S ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, độ nhạy của hầu hết các màng phún xạ vẫn thấp hơn nhiều so với các vật liệu MOS cấu trúc nano tổng hợp hóa học thông thường. Điều này là do cấu trúc vô định hình và mật độ cao hạn chế sự tương tác giữa vật liệu nhạy cảm và khí xung quanh.

(6) Phương pháp in lụa

Sự phát triển của công nghệ in lụa có lịch sử rất lâu đời. Đây là một công nghệ phim dày sử dụng mực từng lớp để phủ lên một vật liệu rắn và sử dụng khung màn hình hoặc khuôn để thay đổi đồ họa. Do chi phí thấp và hiệu quả cao, sản xuất hàng loạt và các ưu điểm khác được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất quảng cáo, in áp phích, sản xuất quy trình, và việc sử dụng công nghệ in lụa để chuẩn bị cảm biến đã trở thành một cột mốc quan trọng. So với các điện cực hình que truyền thống, các điện cực in màn hình có thể được tích hợp trong các hệ thống thử nghiệm di động khác nhau do kích thước nhỏ của chúng và có thể tiếp xúc trực tiếp và cảm nhận các vật thể được phát hiện trong môi trường mà vẫn tránh được các thao tác như lấy mẫu và vận chuyển. Quá trình chuẩn bị điện cực in lụa chủ yếu bao gồm các quy trình vận hành sau, bao gồm thiết kế đồ họa, xây dựng khuôn mẫu, tiền xử lý vật liệu, in và làm khô điện cực. Các điện cực thường được in bán tự động bằng máy in màn hình hoặc in thủ công.