Phénomène où une microstructure mobile de MEMS se colle au substrat sous l'effet de la tension superficielle ou des forces d'adhésion de surface et ne bouge plus. Fréquent lors du séchage après retrait de la couche sacrificielle.
Nom japonais: スティクション
« Stiction (adhérence) » apparaît dans 15 questions d'entraînement réparties sur 8 thèmes, dont MEMS et capteurs, Dépôt (CVD et PVD), Lithographie.
Domaine: MEMS et capteurs
La stiction est une conséquence de la réduction d'échelle. Les forces d'adhésion, comme les forces capillaires dues aux films liquides, l'attraction de van der Waals, l'attraction électrostatique due aux charges piégées et les liaisons hydrogène entre surfaces hydrophiles, croissent avec la surface de contact. La force de rappel d'une poutre ou d'une membrane mince et souple est comparativement faible, et l'entrefer sous une structure MEMS libérée ne fait souvent qu'environ un micromètre. Des surfaces grandes, planes et lisses séparées par de si faibles entrefers sont donc facilement mises en contact et, une fois qu'elles se touchent, l'adhésion peut dépasser la force de ressort censée les séparer.
Le cas classique survient lors de la libération. Une couche sacrificielle, souvent du SiO2, est retirée par gravure dans du HF liquide puis rincée. Lorsque le liquide de rinçage s'évapore de l'entrefer étroit, son ménisque attire la structure vers le substrat, et les surfaces restent collées après séchage. Le remède consiste à éviter toute interface liquide-gaz. Le séchage au CO2 supercritique passe de l'état liquide à l'état gazeux sans ménisque, le HF en phase vapeur retire l'oxyde sans liquide, et le gaz XeF2 grave de façon isotrope les couches sacrificielles en silicium sans plasma, avec une sélectivité supérieure à 1000 vis-à-vis de l'oxyde, du nitrure et de nombreux métaux.
La stiction peut aussi apparaître une fois le composant livré. La masse sismique d'un accéléromètre peut heurter ses butées lors d'un choc, les contacts d'un commutateur RF MEMS se ferment des millions de fois, et l'humidité ou des charges piégées peuvent faire qu'un contact qui se libérait reste collé. Les concepteurs réduisent la surface de contact par de petites bosses (dimples) sur la partie mobile, appliquent des revêtements hydrophobes en monocouches auto-assemblées qui abaissent l'énergie de surface, conçoivent des butées offrant une force de rappel suffisante et scellent le composant dans un boîtier hermétique et sec afin que l'humidité ne puisse pas former de ponts capillaires.
La stiction est souvent confondue avec le pull-in, une instabilité électrostatique. Dans un actionneur électrostatique à plaques parallèles, dès que l'électrode mobile a parcouru environ un tiers de l'entrefer, la force électrostatique croît plus vite que la force de ressort et l'électrode se plaque brusquement ; cela se produit même avec des surfaces parfaitement propres et non adhésives. Le pull-in est réversible lorsque la tension est supprimée, sauf si les surfaces adhèrent alors l'une à l'autre, auquel cas le composant a défailli par stiction. Le pull-in dépend de la tension, de l'entrefer et de la raideur ; la stiction dépend des forces de surface.
Réponse : C. Gravure en phase vapeur par vapeur d’acide fluorhydrique (HF)
Si la couche sacrificielle est retirée à l’acide fluorhydrique liquide, la tension superficielle du liquide restant entre la partie mobile et le substrat lors du séchage peut attirer la structure et la coller. La gravure en phase vapeur par vapeur de HF n’utilise pas de liquide et ne produit donc pas cette force. On contrôle la réaction en ajoutant un peu d’humidité ou d’alcool, et on gère la température pour que l’eau produite par la réaction ne se condense pas. Le séchage au dioxyde de carbone supercritique, qui supprime l’interface liquide-gaz, prévient aussi ce problème.
Stiction est une contraction de l'anglais static friction (frottement statique). Dans les MEMS, il désigne plus largement toute adhésion qui maintient une partie mobile contre une surface et l'empêche de se déplacer librement.
Lors de la libération, on utilise des méthodes sans liquide ou sans ménisque comme le HF en phase vapeur, la gravure au XeF2 et le séchage au CO2 supercritique. En fonctionnement, des bosses (dimples), des revêtements anti-stiction hydrophobes et un boîtier hermétique sec empêchent les surfaces de coller.
Les forces de surface varient avec la surface, alors que les forces d'inertie et de rappel varient avec le volume et la raideur : à l'échelle du micromètre, les forces de surface dominent. Dans les grandes machines, ces mêmes forces sont négligeables devant le poids et les forces de ressort.
Les parties mobiles des MEMS sont si petites que leur surface est grande par rapport à leur masse ; elles peuvent adhérer au substrat sous l’effet de la tension superficielle lors du séchage du liquide de rinçage, des forces électrostatiques, des forces intermoléculaires ou de l’adhérence due à l’humidité.
Comment s’appelle le phénomène par lequel une microstructur…On dépose donc d'abord du Ti pour réduire la résistance de contact avec le silicium, puis du TiN qui assure l'adhérence et bloque le fluor, avant de remplir de tungstène.
Quelle est la principale raison de déposer un film mince co…De plus, l'énergie des atomes incidents, de quelques eV à quelques dizaines d'eV, est supérieure à celle de l'évaporation (environ 0,1 eV), d'où un film dense, une bonne adhérence et un dépôt uniforme sur de grandes surfaces.
Quel est l'avantage de la pulvérisation par rapport à l'éva…On améliore d'abord l'adhérence par un traitement HMDS, on enduit le film antireflet et la résine, et le pré-recuit (environ 100 °C) évapore le solvant.
Quel est l'ordre général correct des étapes de lithographie…Un traitement à la vapeur de HMDS (hexaméthyldisilazane) remplace les groupes OH de surface par des groupes triméthylsilyle, rendant la surface hydrophobe et améliorant l'adhérence de la résine.
Quel est le principal objectif du traitement de la surface …MEMS Contact ESD (décharge électrostatique) CVD Précurseur Érosion Évaporation sous vide Recuit TRIM Couche antireflet (BARC)