高精度硅微简谐振子的设计与制作工艺

介绍了MOEMS加速度地震检波器中敏感元件——简谐振子的工作和设计原理，并详细讨论了影响简谐振子腐蚀质量的因素．在实验中采用硅各向异性腐蚀法，制作出了高精度的硅微简谐振子．改进浓度配比的腐蚀液，在80℃时，腐蚀速率控制在（0.53±0.2）μm．测试结果表明：SiO2控制精度达到0.1μm，可应用于光电集成加速度地震检波器的集成光学器件中．     

湿法腐蚀硅片并生长氧化锌纳米棒作为太阳能电池减反层研究

在硅基太阳能电池表面制备减反层可以有效降低硅表面的反射率, 提高吸收率, 从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率。本研究利用四甲基氢氧化铵(Tetramethyl Ammonium Hydroxide TMAH)溶液对(100)单晶硅进行各向异性腐蚀, 在表面腐蚀出金字塔结构, 得到了最低为6%左右的反射率。然后采用水热法在该衬底生长氧化锌纳米棒, 得到了最低小于3%的反射率, 比单采用腐蚀或者ZnO纳米棒生长的硅表面的反射率更低。这种减反方法工艺简单、高效, 有望得到应用。     

硅湿法磷酸体系中不锈钢的冲刷腐蚀研究

采用动态旋转冲刷腐蚀装置，在含硅湿法磷酸体系中，分别考察了不锈钢316L和904L在冲刷条件下浆体的组成、硅砂含量和硅砂粒度对材料冲刷腐蚀速率的影响，并在不同硅含量下讨论了流速对不锈钢的腐蚀规律。试验结果表明，316L以腐蚀为主，当硅砂质量百分含量达10％时，冲刷作用增强；而904L耐液相腐蚀性能优异，但在流速大于4m/s时，硅砂质量百分含量高于3％，粒度大于200μm时，冲刷腐蚀速度增加明显。     

MEMS中硅湿法深槽刻蚀工艺的研究

针对硅基MEMS湿法深槽刻蚀技术的难点,在硅材料各向异性腐蚀特性的基础上探索了湿法工艺。对腐蚀液含量、温度、添加剂含量对刻蚀速率及表面粗糙度的影响,掩膜技术等进行了实验研究,优化得到了最佳刻蚀条件。应用该技术成功地刻蚀出深度高达330μm的深槽,为MEMS元器件的加工提供了一种参考方法。     

乙二胺在单晶硅太阳能电池表面制绒中的应用

利用乙二胺(Ethylenediamine anhydrous,EDA)/异丙醇(Isopropyl alcohol,IPA)体系对单晶硅(100)面进行了各向异性腐蚀,研究了不同温度、不同反应时间条件下单晶硅表面的绒面结构和表面反射率。利用EDA/IPA体系得到的金字塔结构尺寸为8μm左右,但均匀性较差。在1.5%EDA、5%IPA体系中添加5%Na2SiO3,80℃反应15min后获得了平均反射率为11%、表面金字塔结构均匀且尺寸较小的单晶硅绒面。实验结果表明,Na2SiO3的引入使金字塔的尺寸从8μm左右降低至3μm左右,并且均匀度也得到改善。     

硅超薄可动悬空薄膜的弹性模量测试分析

利用纳米硬度计通过对超薄悬空薄膜的弯曲试验来测定硅可动悬空薄膜的弹性模量。硅悬空薄膜采用各向异性湿法腐蚀自停止技术制备。纳米硬度计测试方法精确测量了硅悬空薄膜的弯曲形变。试验研究表明,尺寸为2mm×1μm的硅悬空薄膜的弹性模量平均值为152GPa,差异为3.9%-6.8%。     

沉淀法制备高纯SiO_2粉体

采用分步沉淀法,以自制含硅溶液与氨水反应制备高纯SiO2粉体,分析溶液pH、氨水浓度及酸洗工艺对SiO2粉体纯度的影响。结果表明:除去含硅溶液在pH为7时的沉淀物后,继续与氨水反应的沉淀物经过酸洗,可得到常规金属杂质质量分数仅为1.8×10-6的超高纯纳米SiO2粉体。     

应用于微电子机械系统中多孔硅的研究

针对多孔硅在MEMS中作为牺牲层和绝热层的应用,主要研究了电化学腐蚀法制备多孔硅的实验条件与多孔硅深度及其孔隙率间的关系,实验发现电化学腐蚀法制备多孔硅的腐蚀速率在腐蚀前期阶段基本是一定值(电流密度为80mA/cm2时为1.3μm/min,电流密度为40 mA/cm2时为0.4μm/min),但到腐蚀后期阶段随着孔深的增加有所下降.同时发现对于不同的腐蚀电流密度,多孔硅的孔隙率都有随腐蚀时间的延长先增加后降低的趋势,用Beale模型可以很好的解释这一现象.最后,针对多孔硅在制备后易发生龟裂的现象,用拉曼光谱分析了多孔硅的内部应力情况,结果表明随多孔硅孔隙率的上升其内部残余应力有增加的趋势.     

金属阳极涂层在化工大气环境中的腐蚀行为

为了解化工大气环境对碳钢表面金属阳极涂层的腐蚀性,开展了热喷涂锌、铝、锌铝合金涂层以及热镀锌、渗锌钢在化工大气环境中的曝露腐蚀试验。通过试样的腐蚀形貌、腐蚀速率变化及电化学测试,考察了金属阳极涂层在石油炼化大气环境中的腐蚀行为。结果表明:化工大气环境腐蚀等级为C4级;喷铝层的腐蚀速率最低;渗锌层的耐蚀性优于热镀锌层。10μm厚热镀锌板耐腐蚀寿命约为4 a,40μm厚热镀锌和渗锌层寿命大于10 a,150μm的喷涂层耐蚀寿命大于30 a。     

含氯融雪盐对汽车用镀锌钢腐蚀行为的影响

目前,对热镀锌钢板在含氯融雪盐雪水溶液中的腐蚀行为研究不多。为此,采用浸泡和电化学方法研究了汽车用镀锌钢板及裸钢在不同氯离子含量的模拟融雪盐雪水溶液中的腐蚀行为。结果表明:含氯融雪盐的雪水溶液比纯雪水具有更强的腐蚀性,随着融雪盐含量的增加,汽车用镀锌钢腐蚀速率增加缓慢,腐蚀速率较祼钢降低了约1倍,耐蚀性显著提高。汽车用镀锌钢在含1%Cl-的雪水中发生腐蚀,表面沉积一层由Zn(OH)2和ZnO组成的二次腐蚀产物膜,对镀锌层的溶解起到一定的阻碍作用,但融雪盐中的Cl-破坏了膜的稳定性,使镀锌钢在成膜-破坏-再成膜-再破坏的反复中发生腐蚀。     

P型单晶硅片在KOH溶液中腐蚀行为的电化学研究

采用电化学极化测量技术研究了p(100)和p(111)硅片在碱性KOH溶液中的腐蚀行为,考察了KOH溶液浓度、温度和硅片表面缝隙等因素对腐蚀行为的影响.结果表明:在室温下当KOH浓度为5～6 mol/L时硅片腐蚀速率最大;随着KOH腐蚀液温度增加,腐蚀速率增大,在50℃左右腐蚀速率增加显著;硅片表面缝隙会加剧硅的局部腐蚀,在同等实验条件下缝隙腐蚀速率比均匀腐蚀快一个数量级.     

铸态和挤压态 AZ31 镁合金在 3.5%的 NaCl 溶液中的腐蚀性能比较

目的研究铸态和挤压态AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能。方法采用光学显微镜和X射线衍射分析了铸态AZ31镁合金挤压前后的显微组织。利用静态浸泡失重实验和电化学实验研究了铸态和挤压态AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能。结果热挤压可有效细化AZ31合金的晶粒,铸态试样的平均晶粒大小约为111μm,挤压态试样的平均晶粒大小约为9μm。AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀初期,合金表面没有发生钝化。挤压后合金的自腐蚀电位从铸态的-1.55 V提高到-1.52 V。浸泡72 h后,铸态试样的腐蚀速率为4.293 mm/a,挤压态试样的腐蚀速率为2.957 mm/a。结论挤压提高了AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能。     

碘过饱和KoH溶液腐蚀硅尖技术研究

氢氧化钾溶液腐蚀硅尖具有易于实现、设备简单、优异的纵向腐蚀均匀性等优点,但腐蚀均匀性差、纵向和横向腐蚀速率之比低、针形为不对称的八棱锥.通过在KOH溶液中添加过饱和的碘单质(I2),显著减小了快腐蚀面的削角速率,在较小的掩膜下腐蚀出高的硅尖.更为重要的是该腐蚀液腐蚀的硅尖异于常规的不对称八棱锥,而是一种半锥角很小的"火箭尖"形状,因此可望获得更好的扫描特性和隧道效应.     

钴钝化多孔硅的制备及其场发射特性研究

采用化学染色腐蚀法在Co(NO3)2 和HF酸组成的腐蚀液中制备了钴钝化多孔硅,其表面形貌由垂直于表面分布的尺度为0.5~1.5μm 的硅尖组成,部分硅尖顶端还有0.1~0.5μm的圆形孔洞,硅尖的面密度约为1.0×108 个/cm2,多孔硅层厚度约为2μm。XPS分析结果表明,钴原子仅存在于多孔硅表面非常薄的一层内。其场发射具有较好的可靠性和可重复性,开启场强一般为2.3V/μm 左右,场强为5.4V/μm时,亮点均匀而且密集,发射电流密度达到30μA/cm2 左右。     

BOE溶液腐蚀PN结N型区域现象

通过选择性离子注入，在硅片表面形成P区、N区紧密接触的PN结结构．实验发现，在黑暗条件下，PN结N型区域可被HF酸或BOE溶液选择性腐蚀；该腐蚀速率与HF酸溶液浓度有关，随环境温度升高而加快，腐蚀速率范围为0．25～3．5nm／min；腐蚀后硅片表面平整．对腐蚀机理进行了初步讨论．结合氧化硅蚀刻缓冲液（BOE溶液）氧化硅牺牲层腐蚀技术，发展出一套硅纳米线加工工艺；利用该工艺，加工出特征尺寸小于100nm的硅纳米线．     

L245钢在不同温度饱和CO_2的NaHCO_3水溶液中的腐蚀行为

碳钢作为运输管道的重要原材料,在油气采集运输中被大量使用,但其在含CO_2的Na HCO_3水溶液的环境中非常容易发生腐蚀。为了解L245钢管材在油气田采集运输中的腐蚀情况,通过浸泡法和电化学方法研究了L245钢在不同温度饱和CO_2的Na HCO_3水溶液中的腐蚀行为,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析了腐蚀产物的表面形貌和成分。结果表明:在饱和CO_2的Na HCO_3水溶液中,当温度从30℃升高至70℃时,L245钢的腐蚀电流密度从167.3μA/cm~2升至762.9μA/cm~2,电荷转移电阻从238.80Ω·cm~2减小到40.29Ω·cm~2,溶液温度的升高加快了物质传递速率,从而导致腐蚀速率增加。     

基于表面微机械和压电薄膜技术的新型微谐振器

一种基于表面微机械和压电薄膜技术的体声波器件新结构，是在多晶硅膜片上演积氧化锌（ZnO）压电薄膜。ZnO膜是在c轴采用S枪磁控反应溅射定向生长，而多晶硅膜片采用表面微机械技术制备。采用平面工艺，对氧化牺牲层化学蚀刻和照像腐蚀，制得表面微结构，其性能与在硅膜片上各向异性的传统制作工艺比较，在制作简易性、生产量和可靠性方面都有重大进展。已制成的微谐振器尺寸为15μm×150μm和250μm×250μm，其谐振频率为559．05MHz。     

海泥中SRB对纯锌阳极腐蚀行为的影响

测量锌阳极在海泥和含硫酸盐还原菌(SRB)海泥中构成的宏电池中的腐蚀,研究了SRB对海泥中纯锌阳极材料的腐蚀行为的影响.结果表明,SRB能快速破坏纯锌的表面钝化膜,提高锌阳极在海泥中的自腐蚀速率。在含SRB和无SRB海泥构成的宏电池体系中,含菌海泥中的锌试样为电偶对的阳极,腐蚀增大;无菌海泥中的试样为电偶对的阴极,腐蚀受到抑制。     

镍铬硅薄膜电阻层的磁控溅射及湿法刻蚀工艺研究

本文通过直流磁控溅射法在96氧化铝基板上沉积镍铬硅薄膜,然后采用光刻及湿法刻蚀工艺实现不同要求的电阻图形。图形化过程中,分别对比HNA刻蚀体系、TMAH刻蚀体系以及催化氧化刻蚀体系的刻蚀效果,从中优选最佳刻蚀体系,并进一步对其进行工艺参数优化。在CNA含量为30%的催化氧化刻蚀体系(CNA:HNO_3:H_2O)中,刻蚀温度50℃,刻蚀速率约为4nm/s时,刻蚀效果最佳,与设计尺寸偏差小,可实现镍铬硅薄膜图形刻蚀线宽(15±1)μm,满足高精度精密薄膜电阻的设计和生产要求。     

纯钛Mo-N共渗改性层在H2SO4溶液中的腐蚀行为研究

采用等离子表面合金化技术对纯钛进行Mo-N共渗.利用电化学腐蚀系统对改性层及基体在0.5 mol/L的H2SO4溶液中进行电化学对比实验.实验结果表明,纯钛表面Mo-N共渗可以得到致密、均匀的表面改性层,改性层由沉积层和扩散层组成,厚度为4μm;改性层表面由钼氮化合物Mo16-N7组成;Mo-N改性层提高了纯钛在0.5 mol/L的H2SO4溶液中的耐蚀性,并对改性层在稀硫酸介质中腐蚀机理进行了初步探讨.