掩模偏转方向对硅尖形状的影响

为制备高纵横比的纳米硅尖,研究了掩模的偏转方向对硅尖形状的影响.设计了硅尖制备的工艺流程,采用KOH溶液湿法各向异性腐蚀(100)单晶硅的方法制备硅尖,根据实验结果和{411}晶面模型,分析了硅尖侧壁的组成晶面,讨论了掩模偏转方向对硅尖形状的影响,得到了制备高纵横比纳米硅尖的工艺参数.实验结果表明:当腐蚀溶液浓度和温度一定时,正方形掩模的方向并不影响快腐蚀晶面的类型,利用正方形掩模的偏转,可以制备出八面体和四面体的硅尖.当正方形掩模边缘沿〈110〉晶向时,在78 ℃、浓度为40%的KOH溶液中腐蚀硅尖,经980 ℃干氧氧化3 h进行削尖,可制备出纵横比＞2的八面体纳米硅尖阵列,硅尖侧壁由与(100)面夹角为76.37°的{411}晶面组成.     

掩模偏转方向对硅尖形状影响的研究

为制备高纵横比的纳米硅尖,研究了掩模的偏转方向对硅尖形状的影响。设计了硅尖制备的工艺流程,采用KOH溶液湿法各向异性腐蚀制备硅尖,将实验和{411}晶面模型相结合,分析了硅尖的成型机理,讨论了掩模偏转方向对硅尖形状的影响,得到制备高纵横比纳米硅尖的工艺参数。实验结果表明：硅尖侧壁是由与(100)面夹角为76.37°的{411}晶面组成;利用正方形掩模的偏转,可以制备出八面体和四面体的硅尖。当正方形掩模边缘沿<110>晶向时,在78℃、浓度40%的KOH溶液中腐蚀的硅尖,经980℃氧化削尖,可以得纵横比大于2的八面体纳米硅尖阵列。     

纳米粒子单层膜作掩模的纳米刻蚀技术研究

采用LB(langmuir-blodgett)排布技术制备了大面积高密度的FePt纳米粒子单层膜,利用纳米粒子单层膜作为掩模,通过反应离子刻蚀技术进行了纳米刻蚀研究.实验结果表明,采用纳米粒子单层膜作为掩模,通过控制反应离子刻蚀条件可以实现纳米级(小于50nm)的纳米点阵和纳米柱的刻蚀.     

模板微电铸工艺制备金字塔形镍纳米尖

为了获得可靠的金属纳米尖的制作方法,设计了基于模板微电铸工艺制备金字塔型纳米Ni尖的工艺流程并进行了实验验证。利用(100)型单晶硅的各向异性腐蚀特性在40%的KOH溶液中腐蚀以制备倒金字塔型的硅模具,采用磁控溅射与正胶剥离工艺获得了厚度为200 nm的Ni种子层薄膜并进行金属图形化,之后进行微电铸实验,最后,利用KOH腐蚀硅模具以释放金字塔型实体Ni纳米尖。实验结果表明:利用ICP干法刻蚀代替HF酸腐蚀SiO_2掩蔽窗口,可将模具制作的相对误差降低约9%;金字塔型Ni纳米尖的底部边长尺寸约为140μm,纳米尖最小曲率半径为54 nm;微电铸工艺复制精度约为99%。采用微电铸工艺并结合硅片自停止刻蚀技术,能够稳定可靠地制备出金字塔型Ni纳米尖,实现了金属纳米尖的批量化制备,从而降低了制造成本,为纳米尖的广泛应用奠定了基础。     

MEMS硅半球陀螺球面电极成形工艺

由于球面电极是曲面结构,电极各处的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀深度不一致,在加工过程中常发生球面电极还未刻蚀到位而谐振器已被破坏的现象,故本文提出了新的球面电极成形工艺。基于ICP刻蚀固有的lag效应,采用刻蚀窗口宽度由60μm渐变至10μm的V形刻蚀掩模调制电极各处的刻蚀速度,在电极各处获得了基本一致的归一化刻蚀速度(2.3μm/min)。利用台阶结构拟合球面电极的3D曲面结构,并保证通刻阶段的硅厚度基本一致为150μm来消除球面电极加工时最薄处已经刻穿阻挡层并破坏谐振器而最厚处还没有刻蚀到位的现象。结合台阶状的二氧化硅掩模对球面电极各点处的硅ICP刻蚀当量进行了调整,使其基本相等,通过一次ICP刻蚀即完成了对硅球面电极的加工。利用提出的方法成功制备出了具有功能性输出的微机电系统(MEMS)半球陀螺的硅球面电极,其最大半径可达500μm。     

基于AFM纳米机械刻蚀的分子动力学模拟研究

基于原子力显微镜AFM(atomic force microscope)的纳米机械刻蚀加工是扫描探针刻蚀加工技术( scanning probe lithography, SPL)的一个重要组成,目前已取得较大进展.但由于纳米机械刻蚀涉及原子的结构与运动,其加工机理尚有待于进一步研究.分子动力学模拟技术是近年来发展的继实验和理论研究后的又一重要研究方法.文章综述采用分子动力学模拟技术,研究基于AFM的纳米机械刻蚀加工的进展, 分析纳米尺度的加工机理,评述探针、刻蚀工艺、工件材料等因素对纳米机械加工过程的影响.文章最后指出今后研究的方向.     

NaOH对硅基薄膜体声波谐振器的背腔刻蚀研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通信领域具有十分广阔的发展和应用前景。该文主要针对薄膜体声波谐振器背腔湿法刻蚀工艺进行了研究。通过改变Na OH浓度以及刻蚀温度对硅进行了湿法刻蚀,研究了硅的刻蚀速率以及刻蚀表面的粗糙度Ra。研究表明硅刻蚀速率随温度呈指数变化,在Na OH质量分数为33%时刻蚀速率最快,同时刻蚀表面粗糙度最小。在此质量分数条件下,刻蚀速率可达1μm/min,刻蚀表面粗糙度小于5 nm。该刻蚀工艺可以满足谐振器背腔刻蚀过程中对硅以及支撑层表面质量的要求。     

〈111〉晶向标定方法及其在湿法刻蚀硅光栅中的应用

在利用单晶硅的各向异性腐蚀制作光栅的过程中,掩模与硅晶向的精密对准是获取大尺寸光栅结构的前提条件,高对准精度将显著降低光栅槽型侧壁粗糙度。设计并制作了一种扇形图案,通过以该图案为掩模的预刻蚀,可快速准确发现硅基底内晶格取向。通过此方法进行晶向标定,并利用紫外光刻与湿法刻蚀,成功研制了尺寸为15mm×15mm、高度为48.3μm、周期为5μm、高宽比为20的矩形光栅结构,线条侧壁粗糙度RMS值为0.404nm;利用全息光刻与湿法刻蚀成功研制了大高宽比深槽矩形光栅及三角形槽光栅。矩形槽光栅尺寸为50mm×60mm,高度为4.8μm,周期为333nm,高宽比为100,侧壁粗糙度RMS值为0.267nm。三角形槽光栅周期为2.5μm,侧壁粗糙度RMS值为0.406nm。     

动力学蒙特卡罗法体硅湿法刻蚀工艺仿真的研究与开发

对比分析了BKL、二叉树搜索以及树状结构搜索算法（KLS）3种动力学蒙特卡罗法的实现过程,讨论了它们在MEMS各向异性湿法刻蚀工艺仿真计算中的应用,阐述了应用特点。使用树状结构搜索算法实现了加工仿真程序,以（111）晶面的原子移除过程为例,解释了蒙特卡罗法在刻蚀中的计算特点。开发的系统模拟了（311）晶面在KOH刻蚀中表面形貌的演化过程,刻蚀面能够很好地再现出表面的微观特征。基于KLS的方法能对湿法硅微结构工艺进行仿真计算,不同刻蚀阶段的微结构能与实验结果相一致,较为合理准确。     

动力学蒙特卡罗法体硅湿法刻蚀工艺仿真的研究与开发

对比分析了BKL、二叉树搜索以及树状结构搜索算法(KLS) 3种动力学蒙特卡罗法的实现过程,讨论了它们在MEMS各向异性湿法刻蚀工艺仿真计算中的应用,阐述了应用特点.使用树状结构搜索算法实现了加工仿真程序,以(111)晶面的原子移除过程为例,解释了蒙特卡罗法在刻蚀中的计算特点.开发的系统模拟了(311)晶面在KOH刻蚀中表面形貌的演化过程,刻蚀面能够很好地再现出表面的微观特征.基于KLS的方法能对湿法硅微结构工艺进行仿真计算,不同刻蚀阶段的微结构能与实验结果相一致,较为合理准确.     

宽束离子束刻蚀快速加工金属纳米间隙结构

提出并演示了利用宽束离子束刻蚀方法一次性对多个杠铃形金属纳米结构进行“横向抽减”,形成极小纳米间隙,从而实现多个金属纳米间隙结构的快速加工。利用电子束曝光定义图形化抗蚀剂结构,通过传统的金属沉积和湿法剥离将抗蚀剂图案转移至杠铃形金属纳米结构,最后使用宽束离子束刻蚀进行修剪。实验表明,精确控制刻蚀时间可以使杠铃形结构的两个纳米天线间的间隙距离达到10 nm以下,通过结合基于HSQ负性抗蚀剂的图案化工艺,可在HSQ纳米模板上制得悬空金属纳米间隙结构。利用表面结构形貌表征获得刻蚀过程中纳米结构的形态演变规律,并通过系统的实验和模拟验证了悬空金属间隙结构用于表面增强拉曼散射的优势。该方案为多个极小金属纳米间隙结构的一次成型提供了新的思路,在大面积拉曼传感衬底的低成本高效制备方面具有可观的应用前景。     

硅基周期槽结构的刻蚀工艺研究

针对微电子机械系统(MEMS)湿法槽刻蚀技术,基于硅材料各向异性腐蚀特性研究了硅基周期槽的湿法刻蚀工艺,得出了优化的光刻参数。通过对比实验详细分析了搅拌在腐蚀过程中起到的重要作用,实验结果显示,搅拌可以增加腐蚀溶液的流通性,使硅表面不易产生气泡形成"伪掩膜"阻碍反应的进行,从而制备出表面光滑平整的周期槽结构。同时,在搅拌的条件下对槽深和腐蚀时间的关系也做出了相应的分析。为硅微机械加工技术的进一步研究提供了参考。     

AlN薄膜的制备与刻蚀工艺研究

采用直流磁控反应溅射法,在Si(100)和Pt/Ti/Si(100)上制备了具有较好(002)择优取向性的AlN薄膜.采用典型的半导体光刻工艺,利用刻蚀溶液成功地获得了AlN薄膜微图形.较好地解决了AlN薄膜制备与加工中存在的关键问题,为高品质硅基AlN薄膜滤波器的实现奠定了良好的工艺基础.     

闪耀全息光栅离子束刻蚀工艺模拟及实验验证

依据特征曲线法推导了非晶体表面的离子束刻蚀模拟方程,结合全息光栅的刻蚀特点开发出离子束刻蚀模拟程序,并通过实验数据分析并优化了非晶体材料刻蚀速率与离子束入射角的关系方程,最后利用离子束刻蚀实验对所开发的离子束刻蚀模拟程序进行了实验验证.调节掩模与基底材料的刻蚀速率比为2∶1至1∶2,制作了线密度为1 200 1/mm,闪耀角为～8.6°,非闪耀角为34°～98°的4种闪耀光栅,与刻蚀模拟程序的结果进行对比,模拟误差＜5％;控制离子束刻蚀时间为6～14 min,制作了线密度为1 200 1/mm,闪耀角为～8.6°,顶角平台横向尺寸为0～211 nm的6种光栅,与刻蚀模拟程序的模拟结果进行对比,模拟误差＜1％.比较实验及离子束刻蚀模拟结果表明,离子束刻蚀模拟程序获得的模拟刻蚀轮廓曲线与实际刻蚀轮廓曲线的误差＜5％;模拟刻蚀截止点与实际刻蚀截止点误差＜1％.实验表明,提出的模拟方程可以准确地描述不同工艺过程和工艺参数对最终刻蚀结果的影响,进而可预知和控制离子束刻蚀过程.     

梳齿型深硅刻蚀工艺研究

为实现Faims气体传感器梳齿型离子迁移区的设计,文中采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术进行大深宽比梳齿型结构的深硅刻蚀。影响刻蚀的工艺参数主要包括RF功率、腔室压力、气体流量等,通过调节刻蚀气体SF6流量、腔室压力等参数进行试验,分析工艺参数对刻蚀速率、表面形貌和侧壁垂直度的影响,选出最优工艺参数。根据选出的最优工艺参数,刻蚀出了侧壁光滑、垂直度为90°的梳齿型迁移区。     

基于解析分区法设计闪耀全息凹面光栅

研究了制备闪耀凹面光栅的离子束刻蚀工艺,提出了用“解析分区法”设计闪耀凹面光栅的衍射效率.该方法能通过确定离子束入射角,在实验前定量给出平行离子束刻蚀后光栅衍射效率的设计结果.经过理论设计计算出所需波长衍射效率较高的凹面闪耀光栅中心闪耀角,利用刻蚀模拟软件BLAZING计算出离子束刻蚀参数及光刻胶掩模参数;以计算结果为依据,利用全息-离子束刻蚀工艺制作出尺寸为45 mm×40 mm2,曲率半径为224 mm的凹面闪耀光栅,其中心闪耀角约为9.21°,峰值衍射效率为54.8％@300 nm,250 nm处衍射效率为50％,与“解析分区法”计算结果符合较好.实验结果表明,利用“解析分区法”进行凹面闪耀光栅衍射效率设计的方法简单易行,能够有效指导平行离子束刻蚀闪耀凹面光栅工艺,完成高衍射效率凹面闪耀光栅的制作.     

基于玻璃湿法刻蚀的微流控器件加工工艺研究

介绍了以玻璃为基体材料的微加工工艺流程,重点研究了玻璃湿法刻蚀工艺,选择多种不同成分的刻蚀剂进行了对比性刻蚀试验,同时研究了刻蚀温度、搅拌方式和清洗间隔时间等多种刻蚀条件对刻蚀效果的影响,研究主要以高刻蚀速率的深度刻蚀以及高表面质量的毛细管道刻蚀两种典型应用为目标。对比与分析了多种试验结果并对其适用范围进行了适当的评价,为基于玻璃材质的微流控器件加工工艺提供了基本选择方案及实际经验曲线。     

利用碳纳米管探针进行纳米加工的研究进展

碳纳米管具有小的半径、高的长径比、高的弹性模量和弯曲强度和导电特性,这使得它很适合做原子力显微镜探针进行高分辨率测试和纳米级加工,并使加工的纳米点、线和复杂图形在加工过程中保持比较一致的形状和高的纵横比.文中提出了一套制备碳纳米管探针的热丝化学气相沉积(HF-CVD)装置,叙述了HF-CVD的原理、装置以及在纳米加工上的应用.     

硅的准分子激光直写刻蚀微细加工特性研究

针对微机械三维结构对准分子激光直写微细加工的要求,在试验研究基础上,讨论了硅已加工表面形貌、加工热与热影响区等特性,得出了加工脉冲数、能量与刻蚀深度间的相互关系.     

宽波段全息-离子束刻蚀光栅的设计及工艺

设计和制作了一种在同一基底上具有多闪耀角的宽波段全息-离子束刻蚀光栅。提出了组合形成宽波段全息-离子束刻蚀光栅的分区设计方法,优化了3种闪耀角混合的宽波段全息光栅设计参数,并利用反应离子束刻蚀装置对该光刻胶掩模进行刻蚀图形转移,采用分段、分步离子束刻蚀技术开展了获得不同闪耀角的离子束刻蚀实验。最后在同一光栅基底上分区制作了位相相同,并具有9,18,29°3个不同闪耀角,口径为60mm×60mm,使用波段为200~900nm的宽波段全息光栅。衍射效率测试结果显示其在使用波段的最低衍射效率超过30%,最高衍射效率超过50%,实验结果与理论计算结果基本符合。与其它方式制作的宽波段光栅相比,采用宽波段全息-离子束刻蚀光栅不但工艺成熟,易于控制光栅槽形,而且光栅有效面积尺寸较大,便于批量复制。