Aισθητήρες και Mικροαισθητήρες

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 1 Aισθητήρες και Mικροαισθητήρες Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ- µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 2

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 3 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠPOXΩPHMENEΣ ΣΠOY EΣ ΣTH ΦYΣIKH Θεµατική Ενότητα EΠIΣTHMH YΛIKΩN KAI IATAΞEΩN Τόµος Γ' Aισθητήρες και Mικροαισθητήρες HMHTPIOΣ TΣOYKAΛAΣ ιευθυντής Eρευνών, Iνστιτούτο Mικροηλεκτρονικής EKEΦE «ηµόκριτος» ΠATPA 2003

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 4 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠPOXΩPHMENEΣ ΣΠOY EΣ ΣTH ΦYΣIKH Θεµατική Ενότητα EΠIΣTHMH YΛIKΩN KAI IATAΞEΩN Τόµος Γ' AΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΚΑΙ MIKPOΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ Συγγραφή HMHTPIOΣ TΣOYKAΛAΣ ιευθυντής Eρευνών, Iνστιτούτο Mικροηλεκτρονικής EKEΦE «ηµόκριτος» Κριτική Ανάγνωση IΩANNHΣ ABAPITΣIΩTHΣ Kαθηγητής Tµήµατος Hλεκτρολόγων Mηχανικών & Mηχανικών Yπολογιστών, Eθνικό Mετσόβιο Πολυτεχνείο Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου APIΣTEI HΣ Z ETΣHΣ Καθηγητής Tµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Πατρών Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση IΩANNHΣ ΠAPΘENIOΣ Γλωσσική Επιµέλεια ΛOYIZA MΠANTH Tεχνική Επιµέλεια EΣΠI EK OTIKH E.Π.E. Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων ΟΜΑ Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / 1997 2003 ISBN: 960 538 253 9 Kωδικός Έκδοσης: ΠΣΦ 62/3 Copyright 2003 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, 26222 Πάτρα Τηλ: 2610 314094, 314206 Φαξ: 2610 317244 Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 5 ÂÚÈ fiìâó K º π 1 OÈ ÈÛıËÙ ÚÂ Î È Ë ÌÂÙÂÍ ÏÈÍ ÙÔ Û ÔÏÔÎÏËÚˆÌ Ó ÌÈÎÚÔÛ ÛÙ Ì Ù Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 9 1.1 Tα µικροσυστήµατα... 11 1.1.1 Tο πυρίτιο ως υλικό κατασκευής των µικροσυστηµάτων... 12 1.1.2 Πεδίο εφαρογών και µέγεθος της αγοράς... 13 1.2 Oρισµοί... 14 1.3 Βασικά χαρακτηριστικά αισθητήρων... 15 1.3.1 υναµικά χαρακτηριστικά... 16 1.3.2 Στατικά χαρακτηριστικά... 17 Σύνοψη... 23 Bιβλιογραφία... 23 Bιβλιογραφία περαιτέρω µελέτης... 23 K º π 2 º ÛÈÎ AÚ AÈÛıËÙ ÚˆÓ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 25 2.1 Xωρητικότητα... 27 2.1.1 ιηλεκτρική σταθερή... 28 2.1.2 ιηλεκτρικά υλικά... 31 2.2 Πιεζοηλεκτρικό φαινόµενο... 32 2.3 Πυροηλεκτρικό φαινόµενο... 33 2.4 Aντίσταση... 34 2.4.1 Πιεζοαντίσταση... 35 2.4.2 Tο φαινόµενο της πιεζοαντίστασης στο πυρίτιο... 37 2.5 Tο θερµοηλεκτρικό φαινόµενο... 38 2.5.1 Tο ηλεκτροθερµικό φαινόµενο ή φαινόµενο Peltier... 40 2.5.2 To φαινόµενο Thomson... 41 Σύνοψη... 42 Bιβλιογραφία... 42

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 6 6 Aπ ƒ π Mπ ƒ π ƒ K º π 3 È ÈÎ Û Â K Ù ÛΠMÈÎÚÔËÏÂÎÙÚÔÓÈÎÒÓ Î È MÈÎÚÔÌË ÓÈÎÒÓ È Ù ÍÂˆÓ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 43 3.1 Περιγραφή κατασκευαστικών διεργασιών για την παραγωγή ολοκληρωµένων κυκλωµάτων... 45 3.2 Θερµικές διεργασίες... 46 3.3 Oξείδωση... 46 3.3.1 Tο µοντέλο Deal Grove... 47 3.4 ιάχυση... 53 3.4.1 Bασικές αρχές... 54 3.4.2 Aνακατανοµή προσµίξεων κατά την οξείδωση... 56 3.5 Iοντική εµφύτευση... 58 3.5.1 Bασικές έννοιες... 59 3.5.2 Kατανοµή των προσµίξεων... 60 3.5.3 Aνόπτηση µετά την εµφύτευση... 61 3.6 Xηµική εναπόθεση ατµών (CVD)... 62 3.7 Eπιµετάλλωση... 63 3.7.1 Tεχνικές εναπόθεσης... 64 3.8 Λιθογραφία... 65 3.8.1 H οπτική λιθογραφία... 65 3.8.2 H ηλεκτρονική λιθογραφία... 66 3.8.3 H λιθογραφία ακτίνων X... 67 3.9 Eγχάραξη... 67 3.9.1 H υγρή εγχάραξη... 67 3.9.2 H ξηρή εγχάραξη... 67 3.9.3 Xαρακτηριστικά εγχάραξης... 69 3.10 Bασικές τεχνικές µικροµηχανικής... 71 3.10.1 Eγχάραξη πυριτίου... 72 3.10.2 Συγκόλληση δισκιδίων πυριτίου... 76 3.10.3 Tεχνολογία LIGA... 80 3.10.4 Eπιφανειακές µικροµηχανικές τεχνικές... 82 3.10.5 ιαδικασία συσκευασίας αισθητήρων... 85 Σύνοψη... 87

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 7 EPIEXOMENA 7 Bιβλιογραφία... 88 Bιβλιογραφία περαιτέρω µελέτης... 88 K º π 4 È Ù ÍÂÈ AÈÛıËÙ ÚˆÓ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 89 4.1 Θερµικοί αισθητήρες... 91 4.1.1 Aισθητήρες θερµοκρασίας... 91 4.1.2 Θερµοζεύγη... 91 4.1.3 Θερµοαντιστάσεις... 93 4.1.4 Θερµίστορς... 94 4.1.5 Θερµοδίοδοι... 94 4.1.6 Xρησιµοποίηση θερµικών αισθητήρων για µέτρηση της ροής... 96 4.2 Aισθητήρες πίεσης... 97 4.3 Aισθητήρες επιτάχυνσης... 99 4.4 Aνιχνευτές φωτός και ακτινοβολίας... 103 4.5 Bιοχηµικοί αισθητήρες... 104 4.5.1 Xηµοαντιστάτες... 105 4.5.2 Xηµοχωρητικότητες... 105 4.5.3 Χηµοτρανζίστορς... 105 4.6 Mαγνητικοί αισθητήρες... 107 4.6.1 Tο φαινόµενο Hall... 107 4.6.2 Mαγνητοαντίσταση... 109 Σύνοψη... 111 Bιβλιογραφία... 111 Bιβλιογραφία περαιτέρω µελέτης... 112 Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης... 113 Aπαντήσεις ραστηριοτήτων... 121

TÛÔ Î Ï (128Û.) 2/1/2004 14:03 ÂÏ 8