소개글
MEMS 기술에서 발생하는 점착현상의 원인과 해결 방안을 제시하였다.
목차
2.7 점착(Stiction)
2.7.1 점착 현상
2.7.2 점착 현상의 해결법
본문내용
2.7 점착(Stiction)
일반적으로 빔이나 판 등의 부양된 마이크로 구조체는 압력, 그리고 가속도 센서를 제조하는데 사용된다. 마이크로 기전 시스템 요소들은 상대적으로 큰 면적을 가졌으나, 매우 작은 강성을 가졌다. 동시에 이런 요소들은 기저층에서 단지 수 마이크로 이하로 떨어져 부양되어 있으므로 표면력[1]에 매우 민감하다.
2.7.1 점착 현상
그 처짐력이 충분히 강하다면, 그 탄성체들은 기저층에 완전히 접착되어 버리고 이는 실패한 디바이스가 된다. 이를 점착 현상(stiction, adhesion phenomena)이라고 하고, 이는 디바이스 제작과정이나 일반적인 사용에서 일어난다.
그림 1. 두 접촉면[사진 from N. Tas, et al.]
장치의 제작과정에서 점착은 부양된 구조체가 액체로 세척과 건조가 이루어질 때 일어난다. 구조체와 기저층의 매우 작은 틈은 액체가 증발하면서 강한 인력의 모세관 힘이 작용되고 이는 구조체의 붕괴와 접착(pinning)을 야기한다. 또한 모세관의 응축을 야기하는 높은 습도 조건[2-3]이나 수직하중을 받도록 계획된 배치 혹은 우연한 충격의 외부적인 힘에 의해서도 구조체의 점착 현상은 일어난다.
2.7.1.1 모세관력
그림 2 탄성 구조체 시스템
그림 2에서는 부양된 구조체의 면과 강성을 표현한 스프링, 그리고 기저면 사이의 틈에 특정한 체적으로 차있는 액체를 하나의 시스템으로 그려서, 기계적 안정성과 모세관의 당김에 대한 일반적인 성향을 이해하는데 유용하다.
기저면은 고정되어 있고, 그 위의 부양된 구조체는 k의 강성을 가지고 있다. 구조체 자체의 무게를 무시할 만큼 작다고 가정한다.
모세관력은 액체와 고체의 경계 면에서 생성되고, 액체가 건조되는 동안 액체와 공기의 경계 면에서의 압력의 차이로 발생한다. 이는
(1)
이 된다.
여기서 는 액체와 공기의 경계면 압력차이고, 는 액체와 공기의 경계 면의 표면 장력이고, 는 액체의 메니스커스(meniscus)의 반지름이다.
참고 자료
[1]H. C. Nathanson and J. Guldberg, “ Topologically structured thin films in semiconductor device operation,” physics of Thin films, vol. 8, 251, 1975
[2]J. N. Isaraelachvili, Intermolecular and Surface Forces. New York: Academic Press, 1985
[3]M. P. de Boer, P. J. Clews, B. K. Smith, and T. A. Michalske, “Adhesion of polysilicon microbeams in controlled humidity ambients,” in Mat. Res. Soc. Symp. Pro.,vol.518,pp131,1995
[4]E. W. Flosdorf, Freeze Drying: Drying by Sublimation. Ann Arbor, MI: Univ. Microfilms International, 1982
[5]R. O. Holler, Freeze-Drying Biological Specimens. Washington, DC: Smithsonian Institution Press, 1979.
[6]H. Guckel and D. W. Burns, “Fabrication of micromechanical devices from polysilicon films with smooth surfaces,” Sensors and Actuators, vol. 20, pp. 117, 1989.
.....
MS 워드 
