硅基高长径比微孔列阵及其应用

介绍了硅基高长径比微孔列阵形成的多路感应耦合等离子体刻蚀和电化学刻蚀等半导体工艺技术,给出了实验系统、原理、方法和实验结果,指出了工艺中出现的新现象和亟待解决的新问题,阐述了其在二维通道电子倍增器-微通道板中的应用。     

ICP刻蚀技术在MEMS器件制作中的应用

简单介绍了ICP刻蚀系统和刻蚀原理。通过实验分析了ICP刻蚀SiO2和Cr时,刻蚀速率随相关工艺参数变化而变化的几点规律。同时给出了用ICP刻蚀出的MEMS传感器Si基腔的表面形貌图和Cr电阻的显微镜照片。     

硅基微通道板微孔结构形貌的实验研究

硅基微通道板(MCP)的重要技术挑战之一就是如何在硅基上制作高深宽比的微孔阵列结构。采用光助电化学刻蚀方法研究硅基高深宽比微孔阵列制作技术。考虑到实际反应条件下的物质输送、刻蚀液浓度、光照条件、温度等因素的影响都体现在刻蚀电流与电压上,重点研究了电流、电压与微结构形貌之间的关系。通过空间电荷区的大小以及刻蚀电流与溶液浓度之间的关系,得到合理的刻蚀参数。在5inch(1inch=2.54cm)硅基上制作出深度达200μm以上的均匀深孔,得到大面积、高深宽比的均匀微孔阵列,满足微通道板对结构形貌的要求。     

硅微通道板电子倍增器

本文采用感应耦合等离子体刻蚀机(ICP)和低压化学气相淀积(LPCVD)技术制备了硅微孔列阵和连续打拿极,得到具有一定性能的硅微通道板.同时分析讨论了微孔列阵的表面形貌、反应离子刻蚀的尺寸效应以及电子增益系数等问题.与传统工艺相比,新工艺将微通道板基体材料与打拿极材料的选择分开、微孔列阵形成和连续打拿极制作过程分开,以MCP性能的突破找到了新途径.     

面向异质集成应用的BCB通孔刻蚀研究

针对基于外延层转移技术的InP HBT与Si COMS异质集成工艺中的器件互连问题,本文系统性地开展了ICP干法刻蚀BCB(苯并环丁烯)工艺研究.重点研究了射频功率、腔室压强和刻蚀气体SF6/O2体积比等条件对刻蚀速率、刻蚀通孔洁净度和通孔侧壁形貌的影响.在此基础上通过相关刻蚀工艺的合理优化,实现了孔深5μm、深宽比1...     

Si纳米线阵列波导光栅制备

采用绝缘层上Si(SOI)材料设计制备了3×5纳米线阵列波导光栅(AWG),器件大小为110μm×100μm。利用简单传输法模拟了器件的传输谱,并采用二维时域有限差分(FDTD)模拟中心通道输出光场的稳态分布,模拟结果表明,器件的通道间隔为11 nm,通道间的串扰为18 dB。通过电子束曝光(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀制备了所设计的器件,光输出谱测试分析表明,器件中心通道的片上损耗为9 dB,通道间隔为8.36～10.40 nm,中心输出通道的串扰为6 dB。在误差允许范围内,设计和测试的结果一致。     

利用P型(100)硅片制备二维光子晶体的工艺

采用电化学腐蚀法并结合光刻、反应离子刻蚀以及碱性腐蚀等技术,在p型(100)硅基底中制备了大深宽比的二维大孔硅光子晶体,其二维周期性结构的晶格常数为3.8μm,孔隙直径约3.0μm,孔隙深度超过80μm.在光刻、反应离子刻蚀及碱性腐蚀所刻印的V形尖坑阵列的基础上,采用优化的电化学腐蚀参数能制备出周期性好、深宽比大、表/侧面光滑的高品质光子晶体结构,并从理论上利用数值模拟的方法证明了该样品结构在归一化频率位于0.162～0.205ωa/(2πc)范围内存在光子带隙.     

碲镉汞深微台面列阵干法隔离的轮廓研究

文章报道了碲镉汞（HgCdTe）深微台面列阵干法隔离的轮廓研究的初步结果。采用诱导耦合等离子体（ICP）增强反应离子刻蚀（RIE）技术获得的HgCdTe深微台面列阵,在金刚刀解理后,通过扫描电子显微镜（SEM）观察了其干法刻蚀图形的剖面轮廓。进一步研究了刻蚀时间和刻蚀槽开口宽度对刻蚀图形轮廓的影响,获得了一些有助干深微台面芯片工艺设计的实验结果。     

利用p型（100）硅片制备二维光子晶体的工艺

采用电化学腐蚀法并结合光刻、反应离子刻蚀以及碱性腐蚀等技术，在p型（100）硅基底中制备了大深宽比的二维大孔硅光子晶体，其二维周期性结构的晶格常数为3.8μm，孔隙直径约3.0μm，孔隙深度超过80μm．在光刻、反应离子刻蚀及碱性腐蚀所刻印的V形尖坑阵列的基础上，采用优化的电化学腐蚀参数能制备出周期性好、深宽比大、表/侧面光滑的高品质光子晶体结构，并从理论上利用数值模拟的方法证明了该样品结构在归一化频率位于0.162～0.205ωa/（2πc）范围内存在光子带隙．     

Si深刻蚀光助电化学方法的研究

光助电化学刻蚀技术是目前获取高深宽比微纳结构的重要方法之一.由于其制作成本低、三维结构形貌可光控实现而受到重视.从实际应用出发,对Lehmann光照模型和电流密度经验公式进行了修正,并从理论和实验上研究了光照对电化学刻蚀过程和结构形貌的影响.着重分析了光照红移带来的正面效果和负面影响.理论分析和实验均证明,采用提出的修正模型,可以方便地实现对厚度为400～500μm的Si片深刻蚀,并可在刻蚀深度为150μm的情况下,实现壁厚在0.2μm到数微米的控制,Si片刻蚀面的直径可达5英寸(125 mm)或更大.为该技术的实现提供了修正的理论模型和实用化的工艺技术.     

硅微通道板像增强器的研究

微通道板作为电子倍增器件可以对电子、离子、紫外和软X射线进行探测和成像.传统微通道板制备是采用玻璃纤维拉制和氢还原等技术,提出分别采用半导体体微加工和电化学腐蚀制备硅微通道板的新技术.在干法刻蚀中采用 ICP 技术制备了孔径为 6～20 μm、间隔4～8 μm、长径比 15～30 的硅微通道板,初步试验结果为对于长径比为 16 的样品,电子增益为 102 数量级.同时,开展了湿法电化学腐蚀技术制作硅微通道板的研究,分析讨论了电化学腐蚀微通道板的机理.结果表明,干法和湿法刻蚀技术可以制备高长径比硅微通道板,与 ICP 技术型比,电化学腐蚀具有较低的成本.     

光电化学腐蚀法制备高长径比硅微通道

在高长径比硅微通道光电化学腐蚀中,需要根据通道尺寸要求实时修正腐蚀电流.研究了物质输运、暗电流对腐蚀电流控制的影响,并提出了腐蚀电流的控制曲线.根据电解液扩散方程和边界条件,推导出通道尖端处HF质量分数与通道长度的关系.根据腐蚀后的暗扫描I-V曲线计算出暗电流密度.与腐蚀电流密度相比,阴离子表面活性剂的暗电流可忽略不计,进而获得了腐蚀电流修正曲线.根据腐蚀电流修正曲线,通过控制光照强度制备出高长径比(大于60)的等径硅微通道阵列.对修正的腐蚀电流进行调整,制备出通道尺寸空间周期性变化的硅微通道结构.研究结果可为高长径比硅微通道的制备提供技术方法.     

Influence of etching current density on the morphology of macroporous silicon arrays by photo-electrochemical etching

Macroporous silicon arrays(MSA) have attracted much attention for their potential applications in photonic crystals,silicon microchannel plates,MEMS devices and so on.In order to fabricate perfect MSA structure,photo-electrochemical (PEC) etching of MSA and the influence of etching current on the pore morphology were studied in detail.The current-voltage curve of a polished n-type silicon wafer was presented in aqueous HF using back-side illumination.The critical current density J_(PS) was discussed and ...     

用于非球面测试的位相型计算全息图制作

本文对计算全息图元件的设计和制作成算法和软件,研究了采用高速电子束直写系统制作大面积、非周期性复杂光刻图形技术,在此工作的基础上,采用湿法腐蚀铬、感应耦合等离子体刻蚀石英玻璃两步图形转移的方案,制作出了图形区直径为64 mm、最外环线条宽度为2.0μm、刻蚀深度为690 nm的位相型计算全息图元件,并对加工结果进行了测量.结果表明,本方案所制作的计算全息图元件具有良好的加工质量,符合应用的需求.     

基于BioMEMS技术的样品预处理微流控芯片研制

研制了细胞分离芯片和DNA提取芯片两种样品预处理微流控芯片,介绍该两种芯片的原理、结构和样品预处理效果。基于微过滤原理设计的闸式细胞分离芯片,可实现老鼠外周血中白细胞与红细胞的分离。DNA提取芯片是基于固相萃取原理设计,研制成Si-玻璃和Si-PDMS-玻璃两种结构的DNA提取芯片。采用深刻蚀技术在硅片上刻蚀出20μm宽方柱阵列或直径为10μm的圆柱阵列,刻蚀深度为30～150μm,微柱阵列作为提取DNA的固相载体,成功提取PCR产物中的DNA。     

大面积规则排布的AlN纳米柱阵列制备

采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法在2英寸(1英寸=2.54 cm)c面蓝宝石衬底上异质外延厚度1μm、具有原子级平整表面的高质量氮化铝(AlN)外延层.并在此高质量AlN薄膜的基础上开发了基于纳米压印光刻技术、干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的工艺,通过自上而下的方法制备得到了大面积范围内规则排列的AlN纳米柱阵列,纳米柱的高度和直径分别为1μm和535 nm.研究结果表明,高晶体质量的AlN材料以及基于AZ400K溶液的湿法腐蚀工艺是制备无腐蚀坑且侧壁光滑的垂直AlN纳米柱阵列的关键.AlN纳米柱阵列的制备为深紫外纳米柱发光器件的研究奠定了基础.     

Formation of a silicon micropore array of a two-dimension electron multiplier by photo electrochemical etching

A semiconductor PEC etching method is applied to fabricate the n-type silicon deep micropore channel array. In this method, it is important to arrange the direction of the micropore array along the crystal orientation of the Si substrate. Otherwise, serious lateral erosion will happen. The etching process is also relative to the light intensity and HF concentration. 5% HF concentration and 10-15 cm distance between the light source and the silicon wafer are demonstrated to be the best in our experiments. The n-type silicon deep micropore channel array with aperture of 3μm and aspect ratio of 40-60, whose inner walls are smooth, is finally obtained.     

8通道-1.6nm Si纳米线阵列波导光栅的设计与制作

设计了基于绝缘层上硅(SOI)材料的8通道Si纳米线阵列波导光栅(AWG),器件的通道间隔为1.6nm,面积为420μm×130μm。利用传输函数法模拟了器件传输谱,结果表明,器件的通道间隔为1.6nm,通道间串扰为17dB。给出了结合电子束光刻(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀技术制备器件的详细流程。光谱测试结果分析表明,器件通道间隔为1.3～1.6nm,通道串扰为3dB,中心通道损耗为11.6dB。