Вопросы применения высокоустойчивых материалов в изделиях приборостроения

Abstract

Статья посвящена актуальным вопросам современной науки и промышленности — увеличению функциональных возможностей в направлении расширения температурного диапазона, повышению радиационной устойчивости и метрологической надежности. Рассмотрены и проанализированы различные конструктивные и функциональные материалы, используемые в микроэлектромеханических системах (МЭМС) и электронных компонентах (ЭК) изделий приборостроения, в том числе датчиков физических величин (ДФВ). Особое внимание уделено группе широкозонных полупроводниковых материалов, двойных и тройных полупроводниковых соединений, которые, в отличие от традиционного микроэлектронного материала — монокристаллического кремния (МК), позволяют существенным образом повысить рабочую температуру и ресурс МЭМС и ЭК. В качестве примеров использования высокотемпературных материалов приведены конструкции реальных МЭМС и ЭК: чувствительных элементов (ЧЭ) ДФВ, микроконденсаторов, индуктивностей, струн, двигателей.

The article is devoted to current issues of modern science and industry — expansion of functionality in the direction of expanding the temperature range, increasing radiation stability and metrological reliability. Various structural and functional materials used in microelectromechanical systems (MEMS) and electronic components (EC) of instrument engineering products, including physical quantity sensors (DPV), are considered and analyzed. Particular attention is paid to the group of wide-band semiconductor materials, double and triple semiconductor compounds, which, unlike the traditional microelectronic material — singlecrystal silicon (MK), significantly increase the operating temperature and resource of MEMS and EC. The main deterrents to the widespread use of these high-temperature materials in MEMS and EC are their complex technologies, which differ significantly from traditional silicon technology, as well as the high cost and low availability and small dimensions of the diamond working plates, silicon carbide aluminum nitride and so on. As an alternative to new single-crystal materials for MEMS and EC, it is suggested to use composite silicon-insulator-silicon semiconductor structures (CDC), for example, “silicon on sapphire” (CNS), as well as polycrystalline silicon (PC). There are also wide prospects for the use of diamond films formed during the gas-phase deposition of carbon-containing gases on various substrates. As examples of the use of high-temperature materials, the constructions of real MEMS and EC are given: sensitive elements (FE) of DFV, micro capacitors, inductances, strings, motors.