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。     

基于硅各向同性腐蚀工艺的三维曲面壳体微谐振器制备技术

轴对称3D曲面壳体谐振器具有自身对称性好、耐冲击能力强、可靠性高的特点,是应用最为广泛的谐振器之一,但因制备工艺涉及薄壳结构的曲面成形过程,属于MEMS 3D工艺,很难进行批量化制备。基于硅各向同性湿法技术对多晶硅3D曲面壳体谐振器的批量化制备工艺进行了实验研究。设计了脱模法制备多晶硅3D曲面壳体结构的工艺流程,实验优选体积比为15∶10∶75的醋酸、氢氟酸、硝酸的混合液各向同性腐蚀制备硅半球腔模具,利用自制的水浴设备和水平度可调夹具,对刻蚀液温度和扩散速度进行了有效控制,减弱了反应放热和硅基片放置不水平对硅半球腔圆度与粗糙度的影响。制备了直径为0.8～1.3mm的多晶硅3D曲面壳体结构,测试对称性最好优于0.4%,多晶硅3D曲面壳体结构的表面粗糙度优于1nm。在0.2Pa的压强下,激光多普勒测试得到曲面壳体谐振器的谐振频率为28kHz,Q值为14 365,调节驱动电压和偏置电压可实现谐振器四波腹谐振模态的模式匹配,基频差趋于零。     

ICP快速大面积制备三维内部联通蜂窝状微孔阵列

内部联通蜂窝状结构在组织工程、细胞培养、流体扩散、材料热扩散和表面科学等领域都具有十分重要的应用。采用两步刻蚀的方法，即各向异性与各向同性刻蚀相结合的方法，通过控制刻蚀参数(气体流量、释放周期、刻蚀功率、内部压强、硅材料刻蚀温度)在接近10 mm²面积上得到数量在2.2×10⁵～9.5×10⁵内，不同间距的硅材料内部联通蜂窝结构。电感耦合等离子体(ICP)使用的Bosch刻蚀法用于各向异性硅蚀刻，通过在氟碳等离子体下表面沉积聚合物，可以降低侧壁刻蚀效率，使结构具有垂直侧壁的高展弦比。在不施加保护气等离子体的条件下，ICP可以作为气体各向同性刻蚀设备，基于ICP的各向同性刻蚀能力相对于各向异性刻蚀具有硅刻蚀率高、可控性好、刻蚀选择性高等优点。该方法可以实现对硅基材料上的内联通蜂窝结构制备，能够精确地控制蜂窝结构的间距，均一性良好，并且可以快速大面积制备，具有步骤简单、制备周期短等优点。     

应用双埋层SOI工艺制备低g值微惯性开关

采用双埋层SOI( Silicon-On- Insulator)材料,结合KOH腐蚀工艺、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺、阳极键合以及喷雾式涂胶工艺,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关.利用二氧化硅KOH腐蚀/ICP刻蚀自停止的特点,平面矩形螺旋梁厚度的精度为±0.46 μm.分析了双埋层SO1材料的电学特性,采用等电位技术,实现了双埋层SOI与上下两层硼硅玻璃的阳极键合.采用玻璃无掩模湿法腐蚀技术,在玻璃封盖底部设计制作了大小为200 μm×200μm的防粘连凸台,解决了芯片在清洗干燥过程中的粘连问题.采用ICP刻蚀用硅衬片方法,解决了ICP刻蚀工艺中高温导致的金硅共晶合金问题.实验验证显示,提出的方法效果较好,芯片成品率得到较大提高,为大批量地研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础.     

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.     

混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗MEMS单晶硅湿法刻蚀工艺模型

提出—种混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗湿法刻蚀新工艺模型和改进的表面原子移除概率函数.依据单晶硅典型晶面的刻蚀速度,新工艺模型能够自动获得基于原子模型的蒙特卡罗法能量参数.改进的表面原子移除概率函数采用四指数的表面原子配置分类法,更加精确地描述刻蚀反应中表面结构的变化过程,增强了蒙特卡罗模型的仿真能力.在多种刻蚀系统,不同浓度和温度条件下的计算结果与试验数据对比表明,任意(h,k,l)晶面的各向异性刻蚀速度曲线能够与试验结果一致.与现有方法相比,新的移除概率函数能够表示刻蚀速度各向异性曲线在Si(100)和Si(110)临近晶面同时出现局部最小点的情形,并且计算精度显著提高.通过对三维微结构刻蚀过程的准确模拟,验证了Metropolis蒙特卡罗工艺模型的有效性.     

〈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。     

多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真

探讨利用蒙特卡罗 (Monte Carlo, MC) 法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀的仿真,实现连续多次掩模,多步硅微加工工艺过程的仿真.介绍MC法的使用特点及其在湿法腐蚀硅微加工中的应用,仿真使用腐蚀概率方程确定表面原子适当的MC转移概率,模拟方法支持氧化硅和氮化硅掩模层作用下的各向异性腐蚀加工和多次掩模的传递过程.编制的仿真程序通过模拟一个原子力显微镜探针阵列多掩模连续6步工艺的硅微加工过程验证了MC法的正确性.     

原子力显微镜传感器的微机械加工技术的研究

分析了现有的AFM力传感器的工艺特点及问题。在此基础上研究用KOH溶液两步法P+自停止腐蚀制作厚度精确可控的单晶硅悬臂梁;以SiO2为掩模,SF6刻蚀硅,用RIE与各向同性湿法化学腐蚀相结合使悬臂梁探针一次成形和用湿法腐蚀锐化探针,针尖半径约50nm.制定了适于批量生产的AFM力传感器加工工艺。     

电动机用冷轧硅钢片的性能浅析

对冷轧硅钢片的磁性能和机械物理特性进行试验测试，并在中小型电机上应用验证，以掌握冷轧硅钢片的电磁性能和工艺特性。     

电化学制备多孔硅的工艺对其形貌的影响

采用电化学腐蚀方法,将不同比例的乙醇和质量分数为40%的氢氟酸混合,并以此混合液为腐蚀液,在光照条件下,制备了N型轻掺杂的多孔硅。讨论了不同电化学腐蚀条件对多孔硅结构的影响。研究表明,电流密度、腐蚀时间和氢氟酸质量分数越大时,制备的多孔硅越深,孔径也越大,当以上三者数值过大时会导致多孔硅机械强度急速减弱。由表面形貌可知,当多孔层孔径小于500nm时其机械强度良好,当孔径超过这一阈值尤其是大于800nm时,多孔层骨架则极易断裂。     

硅光电探测器的发展与应用

半导体光电探测器由于体积小、灵敏度商、响应速度快、易于集成,是最理想的光电探测器,典型的包括PIN光电二极管、雪崩二极管以及硅光电倍增管.论述了它们的工作原理,以及在光纤通信、传感系统、高能物理、核医学等领域的广泛应用.     

喷雾造粒技术在反应烧结SiC密封材料中的应用研究

研究了水基料浆喷雾造粒粉体在反应烧结SiC密封材料中的应用.通过对均匀、稳定分散的水基SiC C料浆进行喷雾干燥,制备的反应烧结碳化硅复合粉体与传统工艺相比流动性能得到明显改善,适用于连续自动干压成型,并且避免了传统工艺的热压成型.采用新工艺制备出密度为3.10 g/cm3,游离硅含量为8.22Wt%,硬度(HRA)90,抗折强度为434MPa的碳化硅密封材料,主要性能高于传统工艺和行业标准,可以与国外同类产品技术指标相比.     

Investigation of intrinsic crystalline Si(111) and amorphous silicon surfaces in air with STM

Crystalline (111) and amorphous silicon surfaces have been studied by scanning tunnelling microscopy. An orientated, reproducible, corrugated structure has been observed on Si(111) surfaces. The voltage dependence of the corrugation amplitude may be attributable to surface states. The surfaces of amorphous silicon thin films show some reproducible structure in the range of a few tens of ångströms, observable only when the applied voltage between the tip and sample is between ?1·3 and +0·4V.     

硅压力传感器的过载保护设计

通过测量硅膜片的结构设计和压力传感器外界保护结构设计,实现了压力传感器过载保护的目的。针对差压传感器表现为正负双腔和中心过载保护膜片联动保护的设计方案,即当过载压力达到超高差压之前,使高压侧膜片和基体贴合,低压侧膜片鼓出,阻止超高差压传入传感器内;对于表压和绝压传感器表现为测量端和过载保护膜片联动的设计方案,即当过载压力达到超高压之前,使测量端膜片和基体贴合,过载保护膜片鼓起,阻止超高压传入传感器内。     

Metal-induced reconstructions of the silicon(111) surface

We have used scanning tunnelling microscopy (STM) to study changes in the structure of the Si(111) surface induced by deposition of the group III metals In and Ga. For both metals, several different ordered reconstructions are seen as a function of coverage. The STM images provide new structural information on each of these reconstructions. With In metal deposition, we have seen the surface reconstructions √3×, √3, √31× √31, √7×√3 and 4×1 as the coverage increases. In the case of Ga on Si(111), we have studied structures that exist up to 0·7 ML. At 1/3 ML, there is a √3×√3 structure identical to that of In. Above 0·3 ML there is a different phase that may correspond to the (6·3times6·3) RHEED pattern reported in this coverage range. This surface tends to grow as triangular islands at higher coverages.     

连铸连轧生产电工钢板的工艺技术优势

论述我国钢板生产技术的现状,分析电工钢现有生产工艺技术关键及其所存在的问题.阐述连铸连轧工艺技术的发展情况,研究和分析采用中薄板坯连铸连轧生产电工钢的技术优势及可行性,提出连铸连轧生产电工钢的课题开发研究方向.     

Scanning tunnelling microscopy of B/Si(111) √3×√3 R(30°)

The √3 superstructure induced by boron outdiffusion at the surface of highly p doped Si(111) samples is studied by means of Auger, LEED and STM. Simultaneous double imaging at different voltages allows us to probe both filled and empty electronic states. A modification of the T₄ structural model of (Al, In, Ga)/Si(111) √3 is proposed for the B/Si(111) √3 superstructure.     

Microstructural studies of the temperature-dependence of deformation structures around hardness indentations in ceramics

Various light microscopy and SEM techniques have been used to study the temperature dependence of deformation structures around hardness indentations in highly brittle ceramics (including single crystals of silicon and silicon carbide and polycrystalline forms cf SiC, Si₃N₄ and B₄C). Nomarski differential interferometry has enabled slip steps to be resolved around high-temperature indentations, allowing identification of the dominant slip systems and measurement of the extent of surface plasticity as a function of temperature. The occurrence of indentation fracture as a function of both temperature and specimen microstructure was studied by SEM methods (including stereo imaging), Nomarski differential interferometry and polarized reflection light microscopy. Generally, radial and lateral crack sizes increased with increasing temperature, due to increasing residual stresses around indentations caused by increasing indentation plasticity. Examples of microstructural control of crack paths are given for various single crystal and polycrystalline materials.