双层石墨烯在栅压调控下的各向异性刻蚀

石墨烯纳米结构在纳电子学研究领域表现出了良好的应用前景.氢等离子体各向异性刻蚀技术是加工石墨烯精细纳米结构的关键技术之一,可以实现10 nm以下平整的锯齿型石墨烯纳米带的可控加工.本文系统研究了外加电场对石墨烯各向异性刻蚀效应的影响,利用外加栅压实现了氧化硅衬底上的双层石墨烯各向异性刻蚀速率的调控.在±30 V栅压变化范围内,刻蚀速率比可达45.由此不仅可以提高大批量加工石墨烯纳米结构的效率,还可以实现5 nm以下极小尺寸石墨烯纳米带的可控加工.研究结果为石墨烯精细纳米结构器件的高效批量加工提供了思路.

我国科学家率先实现基于石墨烯的各向异性刻蚀技术

据来自中科院的消息，最近，中国科学院物理研究所的几个研究小组共同合作，在中科院“百人计划”、国家自然科学基金和“973”项目资金资助下，利用自制的远程电感耦合等离子体系统，首次成功实现了石墨烯的可控各向异性刻蚀。这种基于石墨烯的各向异性刻蚀技术是我国科学家在该研究领域中独具特色的工作，相关结果发表在国际知名杂志Advanced Materials上，并得到了审稿人的高度评价。

界面钻蚀主导的准各向异性湿法刻蚀法制备玻璃微棱镜阵列

玻璃微棱镜具有耐腐蚀、耐高温、寿命长等优点,但在玻璃上加工微棱镜阵列目前仍是一个难题。因此,提出了界面钻蚀主导的玻璃准各向异性湿法刻蚀方法,制备了高质量的微棱镜阵列器件。在元胞自动机中引入界面性质调控,模拟了界面钻蚀与各向同性侧蚀的竞争行为,探究了刻蚀横截面形貌的变化规律,构建了准各向异性湿法刻蚀模型。在此指导下,加工了横截面为梯形的微结构,设计并制备了间距、形状、尺寸均可调控的微棱镜阵列,重复性达到98%。验证了微棱镜阵列对LED灯扩散效果,光亮度提升了4.6倍。本文改变了传统玻璃湿法刻蚀各向同性的固有认识,创新性地开发了准各向异性刻蚀工艺,为玻璃微棱镜阵列等相关器件提供了高效低成本的制备方法。

各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测

基于石英晶体各晶面的湿法刻蚀速率,研究了石英微结构侧壁形貌的预测方法,讨论了各向异性湿法刻蚀石英的规律。首先,总结了石英各主要晶面的相对刻蚀速率,分别绘制了x、y族刻蚀速率矢量图。然后,在掩模层的边缘处,通过绘制相应的晶面刻蚀速率矢量图,得到各速率矢量的晶面线,晶面线所围成的最小轮廓即是石英微结构的刻蚀形貌。最后,利用该方法预测了x向和y向石英梁的侧壁形貌。在70℃的氢氟酸和氟化铵混合溶液内刻蚀5h,制作了厚度均为500μm的x向和y向两种石英微梁。结果显示,y向梁的-x向侧壁有一均匀整齐的晶棱,棱高210μm,而+x向侧壁平滑。x向梁的侧壁均有晶棱,+y向晶棱较大,棱高为450μm,-y向晶棱棱高为240μm。所制作梁的侧壁形貌与预测结论基本吻合,验证了预测方法的正确性。基于该方法可在石英微结构的设计阶段,通过引入工艺因素对微结构进行优化。

Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶各向异性的刻蚀

为了探究稀土氧化物对合成金刚石单晶的各向异性刻蚀,在氮气保护下,在750~950℃内用Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶进行刻蚀。采用扫描电子显微分析、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等技术对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、物相组成和刻蚀机理进行表征与分析。采用最大刻蚀深度、单颗粒抗压强度和冲击韧性来表征刻蚀前后金刚石性能的变化。结果表明:Pr_(6)O_(11)对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀程度和形貌均不同;当温度为750℃时,Pr_(6)O_(11)对金刚石单晶已有一定程度的刻蚀,随刻蚀温度的增加,刻蚀加剧,且金刚石{111}面的刻蚀程度比{100}面严重;{111}面刻蚀坑形貌从三角形变为层状结构三角形,{100}面由轻微的四边形变为类蜂窝状刻蚀坑;{111}面最大刻蚀深度从1.12μm增加到12.54μm,而{100}面只从0.30μm增加到2.11μm;金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576.25 N降低到最小530.06 N,冲击韧性由92.94 J/cm^(2)减小到88.53 J/cm^(2);Pr_(6)O_(11)对金刚石单晶的刻蚀机理在885℃前为催化石墨化,885℃后为催化石墨化和氧化。

各向异性湿法刻蚀中刻蚀温度对硅尖形貌的影响

纳米硅尖在原子力学显微镜、微机械电子、光学研究、纳米级图形加工上具有广泛的用途。然而,如何制备小曲率半径高纵横比的硅尖仍为有待解决的问题和挑战。根据各项异性湿法刻蚀硅尖原理,设计了硅尖的加工工艺流程,并制备出不同纵横比的纳米硅尖。通过观察掩模对角线刻蚀进程,得到了掩模对角线刻蚀速率与刻蚀温度的关系;对比了不同刻蚀温度对刻蚀硅尖的影响,发现采用40wt%KOH刻蚀液,水浴78℃的刻蚀条件满足自锐化且刻蚀出纳米硅尖曲率半径小而纵横比大,其曲率半径为26 nm,纵横比为1.9。

双层侧壁保护的Si深槽刻蚀技术

提出了一种先进的ICP Si深槽刻蚀工艺。在"Bosch"工艺的基础上加以改进,以SF6/O2作为刻蚀气体,C4F8作为侧壁钝化气体,通过在刻蚀过程中引入少量的O2,使得在刻蚀Si深槽过程中侧壁形成由氧离子辐照产生的SiO2薄膜和CFx聚合物淀积产生的双层保护层,强烈保护Si槽侧壁不被刻蚀,保证了良好的各向异性刻蚀。同时,通过优化刻蚀和钝化的时间周期,进一步提高了刻蚀后Si槽的陡直度和平滑的侧壁效果。采用这种工艺技术可制作出满足台面晶体管、高性能梳状沟槽基区晶体管需要的无损伤、平滑陡直的Si槽侧壁形貌。

氧化铁刻蚀金刚石表面形貌的表征及形成机理

为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1∶5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650~850℃下用氧化铁刻蚀金刚石单晶表面。再用扫描电子显微镜及其3D重建技术、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等方法对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、表面粗糙度、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析。首次用3D重建技术对刻蚀后金刚石不同晶面的形貌进行了立体观测,用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度来评估刻蚀对金刚石与结合剂间结合力的影响。结果表明:氧化铁在不同温度下均能有效刻蚀金刚石单晶,且对不同晶面的刻蚀程度和形貌是各向异性的;当刻蚀温度为650℃时,氧化铁对金刚石单晶已有一定的刻蚀;随温度的升高,刻蚀加剧;在相同条件下,金刚石单晶的{100}面刻蚀程度比{111}面严重,{100}面表面粗糙度S a从0.84μm升至3.73μm,{111}面表面粗糙度S a从0.77μm升高至2.01μm。刻蚀后,金刚石单晶的不同晶面形貌由金刚石本身的原子排列决定,随着刻蚀温度从650℃升至850℃,金刚石{100}面刻蚀坑从四边形变为八边形,{111}面由轻微的点状变为三棱锥形凸起。氧化铁对金刚石单晶的刻蚀机理是金刚石的氧化过程。刻蚀后,铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大的提高。

过硫酸铵在TMAH体硅刻蚀中的作用

为了提高低浓度下四甲基氢氧化铵(TMAH)体硅刻蚀的质量,通过对质量分数为5%的TMAH进行研究,发现合适的过硫酸铵(AP)添加方式和添加量能够在不降低刻蚀速率的条件下提高体硅刻蚀质量。通过SEM,EDS和XRD对AP的作用机理进行深入分析,发现加入AP能使刻蚀底面生成"伪掩膜",并确定其成分为低温石英晶体。这些"伪掩膜"能够选择性地覆盖于刻蚀底面金字塔小丘的交界区域,使刻蚀底面相对凹陷的部分被保护,而金字塔顶相对凸出的部分则被刻蚀,从而在宏观上达到了降低粗糙度的效果。在此基础上得到了"两步法"的优化刻蚀工艺,结合该工艺已成功制备出深度485μm,平均刻蚀速率1.01μm/min,底面粗糙度仅为0.278μm硅杯微结构。

专题典型微加工刻蚀工艺模拟方法及其分析

在概述微机电系统刻蚀工艺模拟研究进展的基础上,讨论了微表面反应模型法、单元自动控制法、基于刻蚀速率数据库的三维各向异性刻蚀模拟等典型的刻蚀工艺模拟的方法,综合分析了这些方法的特点、应用场合和不足,提出了提高刻蚀工艺模拟精度和效率的技术途径。

一种基于四甲基氢氧化铵溶液蒸汽的新型硅刻蚀方法

在微机电技术中,利用刻蚀方法对硅进行体结构加工是一步重要的工艺程序.本文提出了一种基于四甲基氢氧化铵的新型刻蚀方法,四甲基氢氧化铵刻蚀溶液被加热到沸点,单晶硅片置于刻蚀液面的上方,通过刻蚀溶液的蒸汽实现对硅片的各向异性气相刻蚀,此方法并不依赖于昂贵的传统干法刻蚀真空设备.相比于传统湿法刻蚀,本文提出的刻蚀方法具有若干优点,例如低粗糙度、高刻蚀速率和高均匀性,刻蚀速率和表面粗糙度分别可达到2.13 μm/min和1.02 nm.同时,在背腔刻蚀工艺中,在硅片非刻蚀面上的隔膜结构和Al基图形可被完好无损地保存下来.最后,本文提出了一种可能的刻蚀机理说明观察到的实验现象.与传统湿法刻蚀不同,在本文的气相刻蚀中,由于刻蚀溶液的蒸发过程,刻蚀表面将形成一层薄的水汽层,四甲基氢氧化铵刻蚀剂的离化和刻蚀反应均在这一层中进行,这有助于H2气泡的快速脱附,以及反应界面分子交换速率的提升.

氧化铈刻蚀金刚石表面形貌表征

为研究氧化铈刻蚀对于金刚石表面形貌的影响,将金刚石单晶与氧化铈粉末以质量比1:5的比例混合,并在N_(2)气氛下对金刚石进行刻蚀处理。通过对刻蚀后金刚石的表面形貌、表面刻蚀深度、物相组成的表征与分析探究氧化铈粉末刻蚀对于金刚石表面形貌的影响。利用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度评估刻蚀对于金刚石与结合剂之间把持力的影响。结果表明:氧化铈能成功对金刚石单晶表面进行选择性刻蚀。随着温度的升高,金刚石各个晶面的刻蚀深度加深;在相同条件下,氧化铈对金刚石(100)面的刻蚀程度大于金刚石(111)面。当刻蚀温度为900℃时,金刚石(111)面刻蚀深度为753.23 nm,(100)面刻蚀深度为1.60μm。在N_(2)气氛下,900℃氧化铈刻蚀后的金刚石单颗粒抗压强度低于未加氧化铈刻蚀剂刻蚀的金刚石抗压强度,但是高于在空气气氛下未加氧化铈刻蚀剂刻蚀的金刚石以及在空气中直接氧化铈刻蚀的金刚石抗压强度。与未处理金刚石相比,氧化铈刻蚀后的铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大提升。

湿法刻蚀提高硅刻蚀均匀性技术研究

介绍了硅湿法刻蚀的工作原理,分析了影响硅刻蚀均匀性的主要因素,重点阐述了在湿法腐蚀设备中提高硅刻蚀均匀性的方法。

金属铝刻蚀工艺简介

在集成电路的制造过程中．刻蚀就是利用化学或物理方法有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分．刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。

专利名称：一种Mo基／TaN金属栅叠层结构的刻蚀方法

本发明公开了一种Mo基／TaN金属栅叠层结构的刻蚀方法，该方法先在半导体衬底上依次形成界面SiO2层、高K栅介质层、Mo基金属栅、TaN金属栅、硅栅层和硬掩膜层；然后进行光刻和硬掩膜的刻蚀；去胶后，以硬掩膜为掩蔽，通过于法刻蚀工艺对硅栅层进行高选择比的各向异性刻蚀；通过干法刻蚀工艺对TaN金属栅、Mo基金属栅和高K介质进行高选择比的各向异性刻蚀。本发明所提供的Mo基／TaN金属栅叠层结构的刻蚀方法，适于纳米级CMOS器件中高K／金属栅的集成需要，为实现高K／金属栅的集成提供了必要保证。

石英MEMS传感器湿法刻蚀工艺及设备制造技术研究

简要介绍了石英MEMS传感器工作原理、敏感芯片结构及加工工艺,着重阐述了石英晶体各向异性刻蚀机理及湿法刻蚀工艺技术,针对影响湿法刻蚀石英晶体形貌结构的溶液浓度、溶液流场、反应气泡等因素,结合设备制造安全性重点论述了湿法刻蚀设备整机结构技术、溶液浓度控制技术、晶片转动控制技术等设备制造关键技术。

溶胶-凝胶法制作PZT微驱动器的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的V型阀微驱动器。针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了Si/SiO2/Ti/Au/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构制备方法,解决了在硅基底上制备PZT薄膜的问题,同时详细探讨了硅各向异性刻蚀微驱动器的关键部件驱动腔、单向阀的工艺,解决了集成制作的V型阀微驱动器的关键工艺问题,并通过SEM照片对V型阀和多层驱动膜进行了表征。研究结果表明,采用MEMS与IC技术结合的方法成功地完成了微驱动器的研制,得到的驱动腔硅杯平坦均匀。在V型阀微驱动器整体设计中需要的硅片数目少,降低了器件的复杂性,可以满足低功耗、小型化和批量生产的要求。

微机械制造中的三维立体光刻加工技术

文章介绍了微机械和微机电系统制造的一种重要方法%D三维立体光刻技术方法的基本原理、加工技术及其应用。同时还介绍了立体光刻技术结合抗腐蚀层、牺牲层工艺加工微器件的原理、方法和应用。

微喷口阵列的TMAH“两步法”制备工艺

为了高效经济地实现单晶硅喷口阵列的批量加工,通过大量实验,研究了TMAH溶液在不同浓度、温度、刻蚀时间以及添加剂过硫酸铵的添加量和添加方式等对单晶硅刻蚀结果的影响规律,得到了"两步法"的优化刻蚀工艺:第1步在低浓度、高温度下进行高速刻蚀;第2步降低刻蚀温度,同时添加过硫酸铵,进行表面修饰,降低粗糙度。该工艺具有操作简便、经济高效的特点,结合该工艺已成功制备出高质量的固体化学微推进器喷口阵列。

一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件

针对石英晶体各向异性的特点,设计了一种驱动梁为双"W"截面形状的石英音叉微机械陀螺,通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法,分析了不同截面形状的驱动梁压电激励力的相对大小,优化设计了陀螺芯片结构参数。依据陀螺芯片的结构,设计了合理的工艺方案并在3英寸石英圆片上制作出了三种驱动梁截面形状的陀螺器件,测试结果表明,相对于矩形驱动梁截面的陀螺芯片,双"W"形驱动梁截面的陀螺芯片的灵敏度提高约60%。