无氨氮化硅薄膜在MEMS硅腐蚀中的应用

研究了等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)生长的无氨氮化硅薄膜作为掩蔽层在MEMS硅腐蚀工艺中的应用。比较了PECVD不同工艺条件(衬底温度和功率)以及不同四甲基氢氧化铵(TMAH)硅腐蚀液温度对无氨氮化硅薄膜硅腐蚀掩蔽效果的影响。通过优化无氨氮化硅薄膜生长条件和硅腐蚀液温度,得到了高质量的氮化硅薄膜,颗粒以及针孔密度较少,0.2μm以上颗粒度小于100,提高了硅腐蚀掩蔽选择比。实验结果显示优化生长条件的氮化硅薄膜(衬底温度350℃,功率30 W),在85℃的TMAH硅腐蚀液中,硅的腐蚀速率为68μm/h,氮化硅薄膜腐蚀速率为33.2 nm/h,硅与氮化硅的腐蚀选择比为2 048,满足MEMS体硅腐蚀工艺对于掩膜特性的要求。     

用于X射线闪烁屏的硅微通道阵列整形技术

为制备用于X射线闪烁屏的高开口面积比硅微通道阵列,研究了四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液温度和质量分数对硅(100)晶面和(110)晶面腐蚀速率的影响.通过金相显微镜观测硅微通道端面尺寸并计算腐蚀速率,分析了硅(100)晶面和(110)晶面腐蚀速率比对硅微通道阵列孔形的影响,探讨了TMAH溶液温度和质量分数与硅微通道阵列开口面积比的关系.研究表明,硅(100)晶面和(110)晶面的腐蚀速率比是影响硅微通道阵列开口面积比的主要因素.当硅(100)晶面与(110)晶面腐蚀速率比大于√2时,得到具有高开口面积比的正方形硅微通道阵列.使用质量分数为1％的TMAH溶液在40℃的溶液温度下,制备出开口面积比大于81％的正方形硅微通道阵列.通过高温填充CsI (TI)制备出基于硅微通道的X射线闪烁屏,X射线成像结果表明通道整形技术有助于提高闪烁屏的性能.     

Ar离子激光增强硅各向异性腐蚀速率的研究

研究了Ａｒ离子激光器与硅各向异性腐蚀技术相结合制造硅杯的方法。结果表明，激光照射能增强浸于ＫＯＨ溶液中硅的化学腐蚀速率，在入射光强为４．６Ｗ，ＫＯＨ溶液浓度为０．２２ｍｏｌ，温度为９０℃的条件下，得到＜１００＞硅的腐蚀速率为２１μｍ／ｍｉｎ，是无激光照射时硅各向异性腐蚀速率的多倍。进而讨论了硅在ＫＯＨ溶液中腐蚀速率对激光光强的依赖关系以及实验温度对腐蚀速率的影响问题。     

Cr薄膜电阻桥的湿法腐蚀工艺参数研究

采用直流磁控溅射法在Al2O3陶瓷基片上沉积了Cr薄膜,采用光刻–湿法腐蚀工艺对Cr薄膜图形化得到电阻桥。通过实验,详细研究了腐蚀液温度、pH值和硝酸铈铵[(NH4)2Ce(NO3)6]浓度对Cr薄膜电阻桥腐蚀效果的影响。实验结果表明,Cr薄膜电阻桥的最优腐蚀参数为:硝酸铈铵浓度1.16 mol/L,pH值4,30℃水浴恒温。采用该最佳工艺制备的Cr薄膜电阻桥的腐蚀速率为180 nm/min,侧蚀为400 nm,桥区边缘线条整齐,其在5A恒流作用下点火效果良好,点火时间约为27.4 ms。     

用于微传感器中PZT压电薄膜的制备和图形化

采用溶胶-凝胶法在Si/Si3N4/Poly-Si/Ti/Pt基片上制备PZT压电薄膜, 为了选择更适合微电子机械系统(MEMS)器件的压电薄膜,采用一般热处理和快速热处理对锆钛酸铅(PZT)压电薄膜进行干燥和结晶.首先,采用V(H2O):V(HCL):V(HF)＝280 mL:120 mL:4drops(4滴HF溶液)配比的腐蚀液在室温下对未结晶的PZT压电薄膜进行了湿法腐蚀微细加工;然后,对图形化好的压电薄膜进行再结晶的热处理,实验结果表明这种方法可用于压电薄膜微器件的制备.     

基于胶体球掩模板法制备图形化蓝宝石衬底

制备并研究了纳米级图形化蓝宝石衬底.采用磁控溅射技术在蓝宝石衬底上沉积 SiO2薄膜,利用自组装方法在SiO2薄膜上制备单层聚苯乙烯(PS)胶体球阵列,利用感应耦合等离子体干法刻蚀将周期性PS胶体球的图形转移到SiO2薄膜上,通过湿法腐蚀制备了纳米级图形化蓝宝石衬底.利用扫描电子显微镜对胶体球掩膜、SiO2纳米柱掩膜和图形化蓝宝石衬底结构进行了观察,研究了湿法腐蚀蓝宝石衬底的中间产物对刻蚀的影响,分析了腐蚀温度和腐蚀时间对蓝宝石衬底的影响.结果表明,湿法腐蚀的中间产物会降低蓝宝石衬底的刻蚀速率.蓝宝石衬底的腐蚀速率随着腐蚀温度的升高而加快;在同一腐蚀温度下,随着腐蚀时间的增加,图形尺寸进一步减小.     

硅各向异性浅槽腐蚀实验研究

通过实验分析,对比了异丙醇(IPA)和超声波对Si(100)面在KOH溶液和四甲基氢氧化氨(TMAH)溶液中的浅槽腐蚀速率及其表面形态的影响。实验结果表明,IPA能降低TMAH溶液的腐蚀速率,但IPA在KOH溶液中腐蚀速率降低不明显;IPA加入到较高浓度的KOH溶液中,会在Si表面产生较大小丘,恶化了Si腐蚀表面的质量,但在TMAH溶液中加入一定量的IPA会改善腐蚀表面的质量;超声波能加快腐蚀速率并能改善Si腐蚀表面质量,但对于加入IPA的较高浓度KOH溶液,超声波未能消除Si腐蚀表面的小丘,另外,超声波还能减弱腐蚀过程中微尺寸沟槽的尺寸效应;在腐蚀条件和配比一定情况下,TMAH溶液的腐蚀质量比KOH溶液好。     

Al膜的微孔阵列湿法腐蚀技术研究

微通道板(Microchannel Plate,MCP)是像增强器中实现电子倍增的关键器件。以硅为基体制备的微通道板相对于传统的微通道板在性能方面有很大的提高。在对硅进行反应离子深刻蚀(DRIE)前,需要对充当掩蔽层的金属铝膜进行湿法腐蚀。对于掩模图形为孔径10 m、孔间距5 m的大面阵的微孔阵列,在腐蚀过程中,微孔孔径较小导致溶液对流困难且反应生成物H2极易吸附在反应界面上,影响反应物质的输送和化学反应的进行。如果腐蚀参数不合适,阵列式微孔图形会出现随机腐蚀、不完全腐蚀、过腐蚀等现象。通过加入表面活性剂,减小溶液中表面应力,可以促使反应物H2排出。同时通过逐一控制变量,研究了腐蚀液浓度、腐蚀液温度和腐蚀时间对腐蚀结果的影响。结果表明,腐蚀速率与腐蚀液浓度、腐蚀液温度成正比。通过参数优化,得到了最佳的腐蚀参数。此时图形完整,尺寸准确,解决了微孔阵列的图形化问题。     

InAs/GaSb二类超晶格材料湿法腐蚀工艺研究

研究了不同腐蚀溶液体系下铟砷镓锑(InAs/GaSb)二类超晶格材料的湿法腐蚀工艺。根据腐蚀效果选择了由柠檬酸(C6H8O7)、磷酸(H3PO4)、过氧化氢(H2O2)构成的混合腐蚀液。这种腐蚀液对InAs/GaSb材料腐蚀速率稳定,腐蚀后表面光滑,且下切效应小。同时,研究了该成分腐蚀液不同腐蚀液温度、浓度和各成分配比等条件对InAs/GaSb材料腐蚀速率,形貌和钻蚀情况的影响。根据实验结果配制了体积比为1∶1∶1∶40的柠檬酸(50%):磷酸(85%):过氧化氢(31%):水的腐蚀溶液,室温(20 ℃)下腐蚀速率约为9.48 nm/s。     

10%TMAH硅湿法腐蚀技术的研究

研究了浓度为10%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液,在不同量的Si粉掺杂下,对铝膜及硅衬底的腐蚀及其pH值的变化。测试了在满足铝膜极低的腐蚀速率(<1nm/min)时,不同温度下该腐蚀液对硅(100)、(111)和(110)晶面及SiO2介质膜的腐蚀速率。还介绍了添加剂—过硫酸铵(APODS)和吡嗪的加入对腐蚀表面形貌及腐蚀速率的影响。研究结果表明,存在着一个临界的硅粉添加量,超过此量后铝膜的腐蚀速率急剧降低。90℃时,在10%TMAH溶液中加入1 5mol/L硅粉、3 0g/LAPODS和2g/L吡嗪可以实现铝膜不被腐蚀,同时硅(100)面约有1μm/min的腐蚀速率,腐蚀表面平整。腐蚀后的铝膜表面同硅铝丝键合良好,实现了腐蚀工艺同CMOS工艺的完全兼容。     

化学溶液法制备PbZr0.5Ti0.5O3／La0.5Sr0.5CoO3铁电多层薄膜的结构和光学性质研究

采用金属有机化学液相沉积法在Si衬底上制备了La0.Sr0.5CoO3(LSCO)导电金属氧化物薄膜，采用溶胶－凝胶法在LSCO导电金属氧化物薄膜上沉积了PbZr0.5Ti0.5O3（PZT）铁电薄膜，X－射线测量结果表明在700℃的退火温度下制备的PZT／LSCO铁电多层薄膜呈（110）取向的钙钛矿结构，谢乐公式估算铁电薄膜的晶粒尺寸为50－80nm，原子力显微镜观察结果显示：薄膜表面平整，均方根粗糙度（RMS）小于5nm，用拉曼光谱测量表明PZT薄膜呈拉曼活性，椭圆偏振光谱仪用来表征薄膜在400－1700nm波长范围的光学性质，用洛仑兹模型来描述PZT和LSCO薄膜的光学性质，获得PZT和LSCO薄膜的折射率，消光系数等光学常数谱。     

PbZr0.52Ti0.48O3薄膜红外椭圆偏振光谱研究

用磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2 /Si衬底上制备了PbZr0 .52 Ti0 .4 8O3(PZT)薄膜 .XRD结果表明经过退火后的PZT薄膜呈现多晶结构 .通过红外椭圆偏振光谱仪测量了λ为 2 .5～ 12 .6 μm范围内PZT薄膜的椭偏光谱 ,采用经典色散模型拟合获得PZT薄膜的红外光学常数 ,同时拟合得到未经处理的PZT薄膜和退火后PZT薄膜的厚度分别为 45 4.2nm和 45 0 .3nm .最后通过拟合计算得到结晶PZT薄膜的静态电荷值为 |q|=1.76 9± 0 .0 2 4.这说明在磁控溅射法制备的PZT薄膜中 ,电荷的转移是不完全的 .     

化学溶液分解法制备LaNiO3薄膜的研究

采用化学溶液分解法直接在单晶Si(100)衬底上制备了LaNiO3薄膜，研究了不同热处理气氛(空气和氧气)对薄膜的结晶性、晶粒尺寸、电阻率以及其上面生长的锆钛酸铅(PZT)薄膜的影响．结果发现二种气氛得到的LaNiO3薄膜的电阻率相差较大，其中在氧气中制备的薄膜电阻率仅为在空气中得到的1／2．对LaNiO3薄膜的导电机制进行了讨论．     

溶胶–凝胶法制备 Pb(Zrx, Ti1–x)O3 薄膜研究进展

Pb(Zrx, Ti1-x) (PZT)铁电薄膜因具有优良的铁电性、压电性、热释电性和声光性能而受到广泛关注,其电、光性能与其制备过程密切相关。简要介绍了 PZT 薄膜制备工艺流程,系统地从前驱体溶液、摩尔比 r(Zr:Ti)、热处理工艺、电极材料以及掺杂改性等五个方面概述了 sol-gel 法制备 PZT 薄膜的研究进展,并指出了目前 sol-gel 法制备 PZT 铁电薄膜研究中存在的一些问题以及未来的研究方向。     

硅基PZT压电薄膜微传感器的结构设计和实验研究

对硅基锆钛酸铅(PZT)压电薄膜微传感器进行了结构和版图设计.根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点,获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件.对PZT压电薄膜的制备和微细图形化进行了较为详细的实验研究,最后成功地制备出硅基PZT压电薄膜微传感器样品.这对集成化芯片系统的进一步发展打下了良好的实验基础.     

水热—溶胶凝胶法制备PZT薄膜

采用水热—溶胶凝肢法制备了锆钛酸铅( PZT)压电陶瓷薄膜.首先利用水热法处理Si基板,使之生成SiO2/Si层,然后采用旋涂法在处理好的Si基板上涂覆摩尔比r(Zr:Ti)为52:48的PZT前驱体溶胶.研究了基板处理方式、退火温度以及涂胶层数对PZT薄膜结晶性能、表面形貌及厚度的影响.结果表明:水热处理Si基板对P...     

Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3 memory capacitor on Si with a polycrystalline silicon/SiO_2 stacked buffer layer

Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3(PZT) thin films have been deposited on a p-type Si substrate separated by a polycrystalline silicon/SiO_2 stacked buffer layer.The X-ray diffraction peaks of the PZT thin films prepared on the polycrystalline silicon annealed at different temperatures were measured.In addition,the polarization of the Pt/PZT/polycrystalline silicon capacitor has been investigated.The memory capacitor of the metal/ferroelectric/polycrystalline silicon/SiO_2/semiconductor structure annealed at 650℃...     

硅基PZT铁电薄膜的制备与性能研究

用溶胶-凝胶（Sol-Gel）方法制备了硅基Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)铁电薄膜。分析了PZT铁电薄膜的表面形貌、晶化程度、界面状态等性质。基于上述分析结果提出并实现了低温退火处理制备有PT过渡层的PZT铁电薄膜的工艺流程。测试了低温制备的PZT铁电薄膜的C-V、漏电等电性能,发现在Sol-Gel法制备PZT铁电薄膜的工艺中加入PT过渡层,有助于提高PZT薄膜的品质。     

纳米尺度压电薄膜PZT的结构特征和性能

采用改进的溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备锆钛酸铅(PZT)纳米晶薄膜,研究了不同的热处理方式对PZT薄膜的晶粒结构、尺寸及电学性能的影响。X-射线衍射(XRD)分析表明:传统的热处理方式更有利于得到具有一定择优取向性的PZT薄膜。原子力显微镜(AFM)显示:快速热处理方式使PZT薄膜的晶粒具有自形晶结构,晶粒的排布更为有序,从而改善了薄膜的致密性。阻抗分析仪的测试结果表明:经快速热处理的薄膜,漏电流大约比传统热处理处理的薄膜的漏电流降低了20倍左右。     

脉冲激光沉积法制备的PZT铁电薄膜的残余应力

根据压电本构方程和细观力学统计平均法，采用X射线衍射（XRD）测量Pb（Zr0.52Ti0.48）O5（PZT）铁电薄膜的残余应力。考虑激光沉积生长过程中，薄膜相变应力、热应力和本征应力对自由能的贡献，分析薄膜晶胞在晶体坐标系上的应力应变状态。由坐标转换将晶胞残余应力从晶体坐标系转换到样品坐标系得到任意取向晶粒的残余应力，通过取向平均得到薄膜样品坐标系上的残余应力。用脉冲激光沉积法（PLD）制备了不同厚度的PZT薄膜。利用X射线衍射分别采用细观力学统计平均法和传统sin^2φ法测量了PZT薄膜的残余应力。结果表明，两种结果在数值上是比较接近的（绝对差范围0．3～16．6MPa），残余压应力随着膜厚的增加从96MPa左右减少到45MPa左右。最后讨论了细观力学统计平均法的优缺点。