GaAs基微机械加工技术

　　1 引言

　　由于 MEMS 器件和数字集成电路一样具有小型化、低成本、可靠性和重复性等特点，所以近年来逐渐吸引了各国科学研究人员的兴趣。传统的微机械电子系统是把硅或聚合体材料，通过标准的IC工艺制作出各种各样的微流体、微加速度计和微陀螺仪等器件。在微型、低功耗与高可靠性等方面有很大的提高。然而由于硅压敏材料的压阻效应受温度影响较大，一定程度上限制了其灵敏度的提高，所以有待于寻找一种新的材料来突破硅微机电器件的极限，而 GaAs 材料最有可能成为这种材料因为它具有一些比硅更加优越的特性。

　　首先 GaAs 材料能制备成半绝缘的高阻单晶衬底，利用分子束外延(MBE，molecular beamepitaxy)能生长出平整的界面和厚度具有原子层级精度器件的能力，且晶格匹配使生长的外延薄膜具有的残余应力很小。更重要的是 GaAs 是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点;这就使它在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势[1]，制作的各种各样的有源和无源光学器件使GaAs基材料的光学和机械特性能直接结合起来。同时 GaAs 用于 MEMS 的另外一个重要优点是 GaAs具有更加富足的化学物，GaAs众多的化合物和腐蚀方法能用来释放 MEMS 结构，而硅只有较少的化合物和腐蚀方法(通常SiO2或BPSG做牺牲层，H F 或 B O E 做腐蚀液)[ 2 ]。另外，基于 GaAs/AlGaAs 共振隧穿二极管 RTD(resonanttunneling diode)的介观压阻效应形成的MEMS器件其灵敏度有望比传统的硅微压阻型传感器提高一个数量级[3]。GaAs 材料的这些优越特性使它被用来制作更高性能的 M E M S 器件成为可能，虽然G a A s 材料的机械强度比不上硅，但足够满足MEMS 的应用[4]，所以有必要开展 GaAs 基 MEMS的研究工作。本文对 GaAs 基微机械加工技术进行了论述和探讨，列举了国内外 GaAs 基微结构制作实例，对 GaAs MEMS 的工艺发展将起到指导作用 。

　　2 GaAs 基微机械加工中的刻蚀技术

　　G a A s 微机械加工的刻蚀技术研究是 G a A sMEMS 研究的先驱，目前，已经发展了许多 GaAs基微机械加工刻蚀工艺，包括异质结和同质结的腐蚀阻止层技术、刻蚀选择比超过 108的牺牲层技术、各向同性和各向异性的湿法和干法刻蚀。

　　选择性刻蚀是通过刻蚀选择比来描述的，刻蚀选择比被定义微结构材料(慢速刻蚀)和牺牲层材料(快速刻蚀)刻蚀速率的比率。在一些材料系统中，能实现完全的选择性刻蚀，获得真正的腐蚀阻止材料。常用于 GaAs/AlGaAs 异质结构的选择性刻蚀系统，在Hjort K[5]和Collins S D[6]的论文中进行了论述。同时，不仅对于不同的材料，而且对不同的掺杂浓度和损伤区的同种材料也能表现出阻止层或牺牲层。