离子束刻蚀过程中台阶侧壁倾斜现象研究

从标量衍射理论出发 ,在傅立叶光学的基础上 ,建立一个数学模型 ,分析台阶侧壁倾斜对多阶菲涅耳透镜衍射效率的影响。并通过实验 ,分析影响台阶侧壁倾斜、表面粗糙度和刻蚀速率的因素 ,确定离子束刻蚀菲涅耳透镜的最佳工艺参数。

基于光刻胶修正技术的石英锥形侧壁刻蚀工艺研究

基于光刻胶修正技术,采用两步刻蚀法对石英锥形侧壁的刻蚀工艺进行了研究。首先利用Ar,O_(2),CF_(4)气体对光刻胶刻蚀,将光刻胶的垂直侧壁修改为锥形侧壁。然后以此为掩膜实现光刻胶倾斜侧壁向石英材料的转移。两步刻蚀在同一个刻蚀腔室内完成。详细研究了光刻胶修正工艺中刻蚀气体流量、刻蚀功率、温度以及刻蚀时间等工艺参数对刻蚀速率、选择比以及刻蚀形貌的影响。通过综合优化工艺制备出刻蚀面光滑、倾斜角度为60°的石英刻蚀形貌。该工作为氧化硅以及其他材料的倾斜侧壁刻蚀工作提供了有力的参考。

倾斜侧壁约束下的垂向紊动射流数值模拟

为研究倾斜侧壁约束下垂向紊动射流与周围水体的掺混稀释特性,基于标准κ-ε紊流模型,采用VOF方法处理自由表面,对不同侧壁倾斜角度和入射流速下紊动射流进行数值模拟,分析了射流轴线速度衰减、左右侧扩展半宽及平均浓度等变化,并通过射流横断面最大速度和最大浓度分别确定射流的轨迹线。结果表明,倾斜侧壁约束下射流轴线速度衰减较自由射流衰减缓慢,射流两侧扩展半宽均减小,且侧壁倾斜一侧平均浓度要高于另一侧。侧壁倾斜条件下射流卷吸环境水体的能力有所抑制,不利于污水的扩散稀释。

倾斜梳齿的MEMS电容式加速度传感器自我标定特性研究

研究MEMS电容式加速度传感器的自我标定方法,模拟机械振动台标定,提高标定效率和降低标定成本,并从理论上分析了DRIE工艺误差对传感器自我标定精度的影响。分析的传感器模型梳齿间距为4μm,厚度80μm,传感器自我标定以模拟幅值为1 g的振动台标定为例,针对DRIE工艺加工的高深宽比梳齿电容存在正负侧壁倾斜角α的情况,分析了该倾斜角对梳齿式传感器自我标定的影响。分析结果表明：传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜对传感器自我标定影响明显,且随着倾斜角度的增大而增大。与梳齿完全平行时传感器的自我标定相比,倾斜角为＆#177;0.1＆#176;时,自我标定误差约为10%；倾斜角为0.5＆#176;时,自我标定误差约为27%；倾斜角为-0.5＆#176;时,极板发生吸合。表明传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜角对传感器的自我标定影响明显,而传感器工作在闭环电路时,梳齿的倾斜对自我标定的影响明显降低,当倾斜角小于＆#177;0.5＆#176;时,自我标定的误差小于0.6%,理论误差接近于激光干涉仪绝对标定法的误差（0.5%~1%）,证明了自我标定方法的可行性。还分析了倾斜角影响自我标定精度的原因以及提出了开环自我标定时减小倾斜角误差的方法,并阐述了具体的修正步骤。

梯形截面硅基垂直多槽纳米线定向耦合器全矢量分析

采用一种基于三电场分量的全矢量有限元法,其中引入了完善匹配层(PML)吸收边界条件,分析由梯形截面硅基垂直多槽纳米线构成的平行定向耦合器.考虑了波导侧壁倾角、耦合波导间距、槽宽及槽折射率的变化对定向耦合器性能的影响.给出了准TE与准TM偶、奇模有效折射率、耦合长度及模场分布,揭示了其模式的混合特性及模场分布特点.分析结果表明,恰当选择结构参数及材料参数,可实现两偏振态下相同耦合长度,定向耦合器在偏振无关条件下工作.

聚焦离子束加工中的缺陷及成因

聚焦离子束技术作为一种直接加工微纳米结构的工具,在很多领域有着重要的应用。但在实际应用中,它并不能总是如人所愿,加工出的结构有时会产生缺陷。如在切割截面时会形成倾斜侧壁、窗帘结构;在刻蚀平面结构时形成非均匀的底面;在利用气体注入系统诱导沉积生长结构后残留污染物等。本文将剖析聚焦离子束加工中这些常见缺陷产生的根源,探讨减轻或消除这些缺陷的方法。

梯形截面硅基水平多槽纳米线定向耦合器全矢量分析

定向耦合器是构成各类光子器件的基础元件.本文采用一种基于电场分量的全矢量有限元法,分析由梯形截面硅基水平多槽纳米线构成的定向耦合器.给出了准TE与准TM偶、奇模有效折射率、耦合长度及模场分布,揭示了其模式的混合特性及模场分布特点.分析结果表明,准TE模与准TM模的耦合长度随波导间距的增大均呈指数增长,其中准TE模的耦合长度对波导侧壁倾角的变化敏感,而准TM模的耦合长度对槽厚及槽折射率的变化敏感.恰当选择结构与材料参数,可实现两偏振态下相同耦合长度,定向耦合器在偏振无关条件下工作.

激光-磨削复合加工2.5维C/SiC复合材料凹槽

针对2.5维碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料凹槽在激光加工后存在一定的烧蚀氧化层、侧壁倾斜、底面不平坦和磨削加工后易出现破碎、纤维断裂、刀具磨损、形状精度低、效率低等问题,提出激光-磨削复合加工的方法。为探索激光-磨削复合加工2.5维C/SiC复合材料凹槽的可行性,进行了激光加工、磨削加工和激光-磨削复合加工凹槽的对比实验。研究表明:激光加工后的凹槽侧壁倾斜约23°,底面和侧壁表面质量均较差,但加工效率高;磨削加工后的凹槽表面质量得到一定提升,但是由于砂轮磨损剧烈,使磨削后的凹槽形状精度极差,且加工效率较低;而激光-磨削复合加工后的凹槽侧壁倾斜度被去除,砂轮磨损大幅降低,表面质量显著提升,凹槽表面粗糙度比磨削后的表面粗糙度提高了1.27~1.96倍,加工时间约为磨削加工的0.3倍。因此,激光-磨削复合加工不仅能克服激光加工和磨削加工的缺点,还能发挥激光加工效率高和磨削加工精度高的特点,同时兼顾了2.5维C/SiC复合材料凹槽加工的质量和效率。该研究结果可为2.5维C/SiC复合材料凹槽的高效、精密、低损伤加工提供理论支持。