Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах (стр. 8 из 24)
R=VПАВ* 2Τи. мин =3409.52*74*10-9=252,3(мкм)
Возьмем наиболее простой способ кодировки данный включением-выключением импульса. В этом случае наличие отражателя на заданном фиксированном промежутке будет восприниматься как 1, отсутствие как 0. Покажем также возможность одновременного опроса нескольких меток при передвижении массива отражателей на расстояние от 1 до 10 мм. Изобразим это в виде диаграммы, представленной на рисунке 2.10.
Рисунок 2.10 –временная диаграмма положения отражателей при перемещении массива относительно приемо-передающего ВШП
Таким образом, как видно из диаграммы, имеется возможность исключить наложения сигналов перемещением массива отражателей относительно приемо-передающего ВШП при одновременном опросе сразу нескольких меток.
2.2.6 Определение габаритных размеров проектируемой метки
Определяем длину звукопровода [15].
Lд = Lвх + Lотр + L1 + 2L2
где Lвх – длина входного преобразователя; Lотр – длина массива отражателей; L1 = 1…10 мм – расстояние между приемо-передающим ВШП и первым отражателем массива; L2 = 5…10 мм – расстояние между крайним электродом преобразователя и торцевой гранью звукопровода.
Длина входного преобразователя:
Lвх = 17*18/16 λ +16*10/16λ=71,72+37,5=109,22(мкм).
Длина массива отаражателей:
Lотр=Σai+(20-1)R=5172,67(мкм).
Тогда:
Lдmax=109,22+5172,67+10000+5000=20282 мкм≈20,3(мм).
Ширина звукопровода, мм:
Lш = Wвх + 2(L3 + L4)=0,3+2(5+0,00093)=10,3.
где L3 = 5…10 мм – расстояние между общей шиной решетки преобразователя и продольной гранью звукопровода; L4 = 2d – ширина общей шины решетки преобразователя.
Толщина звукопровода выбирается около 20λ для уменьшения влияния объемных волн. В нашем случае толщина звукопровода составляет 75 мкм.
2.3 Технологические этапы изготовления РЧИД-метки на ПАВ
2.3.1 Стадия предварительной обработки поверхности подложек
При шлифовке рабочей поверхности звукопроводов используется асимптотический метод, т.е. последовательная обработка все более мелкими корундовыми шлифпорошками. Шлифовка начинается порошками №25 и №3, а затем микропорошками М20, М10 и М5. Это позволяет получить чистоту поверхности около
10 и глубину нарушенного слоя монокристалла 5-7 мкм [16].Обработка звукопроводов диаметром 76 мм производится свободным абразивом по групповому методу на шлифовальном станке планетарного типа. Во время процесса возможен также активный контроль толщины посредством измерения интенсивности пьезошумов.
Полировка рабочей поверхности звукопроводов из ниобата лития производится на полировальном станке типа В1М3.105.001 с использованием на начальном этапе алмазной пасты АСМ 715 или АСМ 5/3, на конечном этапе алмазной пастой АСМ 1/10.
2.3.2 Предварительная очистка подложек ниобата лития
Для получения хорошей адгезии и возпроизводимости электрофизических свойств наносимых на подложку электродов, поверхность звукопровода должна быть подвергнута тщательной очистке. Способ очистки во многом зависит от выбранного метода последующей металлизации.
Стадия предварительной очистки подложек ниобата лития состоит из следующих этапов [17].
Этап 1: промывка в трихлорэтилене (около 10 минут).
Этап 2: промывка в ацетоне (около 10 минут).
Этап 3: промывка в метаноле и воде.
Этап 4: погружение в смесь из трех частей воды, одной части концентрированной щелочи NH4OH и одной части 30 % - ной нестабильной перекиси водорода H2O2 на 10 минут при температуре 75○С.
Этап 5: ультразвуковая отмывка в ванне с моющим средством при температуре 65○С (примерно в течение 10 минут).
Этап 6: отмывка от моющего средства водой с удельным сопротивлением 18 МОм (при температуре 65○С.
Этап 7: промывка в проточной воде, имеющей удельное сопротивление 18 МОм в течение 30-60 минут при температуре 65○С.
Этап 8: сушка и оценка угла смачиваемости образца.
Этап 9: повторная промывка в воде и просушивание в потоке сухого азота.
Этапы 1, 2 и 3 предназначены для удаления легкорастворимых загрязнений, а на этапе 4 – труднорастворимых. На этапе 5 используется 1%-ный раствор основного моющего средства технической чистоты. Моющее средство может содержать ионные примеси, так как их наличие не имеет значения для технологии устройств на ПАВ.
На этапе 8 оценивается степень очистки поверхности по характеру смачивания поверхности образцов водой. Угол между поверхностью капли воды и поверхностью образца в большей степени зависит от загрязненности поверхности. Для определения этого угла образец фторопластовым вакуумным пинцетом вынимается из ванны с чистой водой. Так как вода и подложка подогреты, вода быстро испаряется и стягивается по направлению от краев пластины к ее центру. Если поверхность образца свободна от загрязнений, то поверхность воды на границе раздела образует острый угол с поверхностью подложки, и в тонком граничном слое воды отчетливо видны интерференционные кольца. В противном случае поверхность воды образует с поверхностью образца тупой угол и интерференционные кольца не наблюдаются. Малые локальные загрязнения приводят к различным значениям угла на разных участках границы.
2.3.3 Окончательная очистка подложек от загрязнений
Для окончательной очистки поверхности используют раствор следующего состава: натрий углекислый – 6 г, тринатрий фосфат – 8 г, метасиликат натрия – 10 мл, смачиватель ОП-10 – 3 мл, дистиллированная вода до 1 л.
Подложки помещаются в стакан с моющим раствором и нагреваются до 60±5° С. После этого производится обработка пластин в ультразвуковой ванне в течение трех минут при той же температуре. Затем производится промывка в нагретой до 60° С деионизированной воде и вновь подложки подвергаются ультразвуковой трехминутной обработке, но уже в дистиллированной воде при температуре 50° С. Для улучшения качества очистки промывку в поде повторяют несколько раз. В завершении звукопроводы кипятят в ацетоне в течение 3 минут. Сушка осуществляется в парах ацетона на расстоянии 1,5 – 2 см над его поверхностью в течение 45±15 с.
Использование ультразвуковой обработки позволяет удалить с поверхности звукопроводов остатки масел и мастик после шлифовки и полировки.
При промывке подложек и химической обработке применяется современная установка химической очистки «Лада-М», использование которой позволяет значительно сократить время проведения стадий предварительной и окончательной очистки подложек. Она имеет в своем составе технологический модуль изменяемой конфигурации, который содержит ванны для химической очистки, стоп-ванну, ванны финишной промывки. Блок подачи химических реактивов обеспечивает автоматизированную дозированную подачу реактивы в ванны из блоков химической подготовки растворов. Возможна также групповая кассетная обработка подложек. Управление технологическим процессом и контроль задаваемых параметров осуществляется с помощью ЭВМ.
2.3.4 Формирование электродных структур
Технология изготовления акустоэлектронных устройств на ПАВ сводится к формированию заданной конфигурации металлических электродов и контактных шин. При этом к качеству структур предъявляются жесткие требования. Не допускаются обрывы электродов, наиболее опасные в области центрального лепестка встречно-штыревой структуры. Не допускаются замыкания электродов в зоне их взаимного перекрытия, вне этой зоны возможно наличие не более трех – пяти дефектов типа «островок», замыкающих три-пять электродов преобразователя.
Также не допускаются сквозные царапины или поры на электродах или контактных площадках, обнажающих подложку, а также несквозные царапины или поры, уменьшающие сечение электродов либо контактных площадок более чем на 50%. Не допустимо наличие инородных частиц, соединяющих любые два пленочных элемента структуры и неудаляющихся при помощи обдува очищенным газом, а также наличие между электродами отдельных металлизированных участков в виде точек, имеющих диаметр более 50% зазора между электродами.
Допуски на размеры контактных шин и площадок, а также на расстояние между отдельными преобразователями составляют 5-10 мкм, т. е. сравнимы с допусками на размеры элементов тонкопленочных ИМС. Несоосность расположения втречно-штыревых структур относительно базовой кромки звукопровода или относительно друг друга допускается в пределах ±(5-20)′.
Допуски на размеры электродов ВШП почти на порядок жестче допусков на не размеры элементов тонкопленочных ИМС. Для получения затухания боковых лепестков АЧХ метки до αб=(50-60) дБ заданную ширину электродов необходимо выдерживать с точностью не хуже ±(0,5-0,8) мкм, а длину электродов и их шаг – соответственно не хуже ±(0,5-1,2) и ±(0,2-0,5) мкм.
Для формирования встречно-штыревых структур, отвечающих перечисленным требованиям, можно использовать те же методы, что и для получения заданной конфигурации элементов ИМС по планарной технологии: фотолитографию (с зазором, контактную, проекционную); голографию; лучевую обработку (пучком ионов, лучом лазера, рентгеновским лучом, растровую и проекционную обработку электронным пучком) и т. д.
В настоящее время наиболее перспективным методом для изготовления элементов нанометрового размера является наноимпринтлитография (НИЛ) с пошаговой штамповкой в жидкий мономер с последующим его отверждением УФ-излучением [18]. Выбор данного процесса изготовления встречно-штыревых структур во многом объясняется минимальными размерами ширины электродов ВШП (λ/4≈937 нм), а также необходимость точного соблюдения межэлектродного расстояния (в приемо-передающем ВШП оно достигает до 3/16λ≈703нм). Кроме того, стоимость установки для НИЛ сравнима со стоимостью систем для контактной фотолитографии.