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。

单晶硅各向异性湿法刻蚀的研究进展

单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作硅基微电子机械系统(MEMS)器件的重要步骤之一,由于具有刻蚀均匀性好、批量大、成本低的优点而深受关注。首先回顾了单晶硅各向异性湿法刻蚀的刻蚀机理,比较了三种常用各向异性刻蚀液的刻蚀性质,讨论了刻蚀形状的控制技术。然后着重介绍了表面活性剂修饰的单晶硅各向异性湿法刻蚀速率和刻蚀表面光滑度等特性,以及面向MEMS应用的基于该刻蚀技术的各种微纳新结构;分析了表面活性剂分子在刻蚀过程中的作用,强调了表面活性剂分子在单晶硅表面的吸附性对改变刻蚀表面的物理性质的重要性。最后在此基础上,归纳了单晶硅各向异性湿法刻蚀的发展情况,探讨了其未来的发展方向。

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。

蓝宝石湿法刻蚀各向异性特征的试验

针对蓝宝石晶体复杂的各向异性刻蚀特性,致使其刻蚀演化过程和结果难以预测和控制等问题,利用刻蚀半球法,获得了蓝宝石晶体在温度为(245±3)℃,体积比为V(98%H2SO4)∶V(85%H3PO4)=3∶1的混合浓酸溶液中刻蚀的全晶面刻蚀速率.对比分析了典型掩膜形状下的刻蚀微结构特征,探寻了速率各向异性特征与微结构刻蚀成型结构面之间的联系.结果表明:蓝宝石全晶面刻蚀速率呈现典型3次对称和多极值分布,且赤道附近刻蚀速率极低;浓磷酸作为刻蚀缓冲剂可以显著减少刻蚀过程中各类微观凸起的产生,有效提高微结构表面加工质量.

基于细胞自动控制算法的硅各向异性湿法刻蚀物理仿真

应用细胞自动控制算法对硅湿法刻蚀进行物理仿真,按硅原子晶体结构构建细胞单元,以原子共价键连接状态和相邻细胞的状态来判断刻蚀中某个细胞是否去除或者保留,最后获得与理论分析相符的仿真结果。

蓝宝石晶体湿法刻蚀各向异性研究与机理分析

当前蓝宝石各向异性刻蚀规律还没有获得完整揭示,其刻蚀微结构演化过程和形貌结构很难实现准确预测和控制,给蓝宝石衬底图案化结构加工成型和质量控制带来很大的挑战。本研究基于蓝宝石全晶面刻蚀速率实验数据,详细分析了其微结构刻蚀成型过程和刻蚀机理,并对比分析了刻蚀条件对蓝宝石刻蚀微结构和表面形貌的影响规律,实验结果表明:适当提高刻蚀温度可以提高刻蚀效率,但会引起表面质量的下降;以磷酸为代表的弱电解质类作为刻蚀缓冲剂能够有效提高刻蚀结构面质量;(275±10)℃,98%H_(2)SO_(4)∶85%H_(3)PO_(4)(体积配比)=3∶1刻蚀溶液可以获得最优的刻蚀速率和表面质量。

基于LabVIEW可编程电化学脉冲湿法刻蚀系统设计

针对电化学湿法刻蚀硅微加工需求,基于LabVIEW软件开发平台,利用上位机、可编程直流稳压电源PSM-6003、低温控制和LED光辐照等设备搭建了一种新型可编程电化学湿法刻蚀装置。其中基于LabVIEW的PSM-6003上位机控制软件,可以通过图形界面对系统各种参数实时设置,例如刻蚀电压幅值、刻蚀脉冲频率和占空比、刻蚀电流和刻蚀时间以及刻蚀系统的辅助光照和环境温度等,系统各参数监控和动作执行主要利用美国NI公司PCI-6221数据卡实现。该系统成本低、操作简便、可模块化安装,对促进实验室电化学湿法刻蚀微加工设备的研制有重要借鉴意义。

一步湿法化学刻蚀硅微尖冷阴极

主要研究了湿法化学刻蚀硅微尖．采用各向同性腐蚀的方法在〈１１１〉晶面和〈１００〉晶面的单晶硅衬底上制备了硅微尖．实验结果表明〈１１１〉晶面的硅衬底上容易制备顶端曲率半径比较小的硅微尖．通过实验，调整了腐蚀剂的组成。

BST薄膜的湿法化学刻蚀工艺优化及应用初探

采用sol-gel法在SiO2/Si衬底上制备了Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)薄膜.利用湿法化学刻蚀技术对BST薄膜进行图形化.通过实验结果对比,选择HF/HNO3/H2O2/H2O(体积比为1∶20∶50∶20)的混合液作为最佳刻蚀液.扫描电镜(SEM)结果表明,刻蚀后BST薄膜表面干净,无残留物,图形轮廓清晰.原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)结果显示,刻蚀后BST薄膜表面粗糙度增大,结晶性退化.对刻蚀后的薄膜在600℃后退火处理,能要在一定程度上恢复其表面形貌和结晶性.应用优化工艺制备BST薄膜阵列,采用剥离法将Au,Ni/Cr和Pt/Ti电极进行微图形化.最后,成功地制备了Au/Ni/Cr/BST/Pt/Ti/SiO2/Si结构的8×8元的红外探测器阵列.

刻蚀条件对石英各向异性刻蚀特征的作用机理及KMC数值模拟

针对石英晶体各向异性湿法刻蚀复杂的各向异性刻蚀特性,致使刻蚀演化过程和结果难以预测和控制,利用刻蚀半球法得到了石英在多种体积比刻蚀溶液中和不同温度条件下的全晶面刻蚀速率,分析了刻蚀条件的改变对于石英刻蚀各向异性特征的影响作用,并从晶面活化能角度解释了刻蚀各向异性的成因.在形貌预测方面,通过对石英晶体x轴(电轴)和y轴(机械轴)上主要晶面原子排列和速率特征的分析,建立了以基于石英的移除概率函数(QUARTZ-RPF)方程为刻蚀依据的KMC仿真模型,实现了对不同刻蚀条件下的全晶面刻蚀速率及Z-cut切型晶片任意掩膜下刻蚀结构和表面形貌的精确模拟.

湿法化学腐蚀在GaN基材料中的应用

文中计算了A lGaN材料在不同温度KOH水溶液中的湿法腐蚀速率,并研究了湿法化学腐蚀GaN基材料对消除干法刻蚀所引入损伤的作用。为了对比湿法化学腐蚀消除干法刻蚀损伤的效果,分别利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和俄歇电子能谱(AES)对比Ar+干法刻蚀后经湿法化学腐蚀处理和未经处理的表面形貌及组分,并制作了单元可见盲器件,测试其反向漏电流,发现在干法刻蚀后引入湿法化学腐蚀工艺可使器件的反向漏电流得到较大程度的减小。

用湿法刻蚀技术制作衍射光学元件

研究了氢氟酸(HF)湿法刻蚀石英玻璃的化学机理，探索了针对衍射光学元件制作的刻蚀工艺，得到相关实验规律和工艺参数。最后对实验误差进行定量分析，得到湿法刻蚀的可控精度。

电化学湿法腐蚀法制备硅微柱阵列

采用TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide)腐蚀液在P(100)硅片上制备倒棱台,进而采用电化学湿法刻蚀法制备具有微柱结构的阵列器件。借鉴N型多孔硅的形成理论,提出了微柱的形成模型,分析了微柱的形成条件,并对其主要的几何结构参数之间的关系进行了探讨。结果表明微柱的形成与倒棱台的结构参数、孔的结构参数以及空间电荷区等因素相关。倒棱台的底面尺寸决定了微柱的结构,且倒棱台开口的大小需要大于平均孔径。微柱直径始终小于2倍的空间电荷区宽度。微柱内载流子的耗尽是微柱未被刻蚀的主要原因。

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。

混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗MEMS单晶硅湿法刻蚀工艺模型

提出一种混合进化算法的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。

单片湿法刻蚀机供酸管路系统设计

介绍湿法刻蚀技术在硅片加工中的应用,重点讨论了湿法刻蚀设备中供应化学液的化学管路系统的设计,管路上主要安装的部件及其功能,以及各部件的布置方式。通过对湿法刻蚀技术中主要工艺参数的影响程度来分析和调整管路上主要部件的使用和布置位置。

单晶硅各向异性仿真刻蚀模型构建与形貌模拟

本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题,构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系,提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF),明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系,构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因,能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明,Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。

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。

InAs/GaSb超晶格红外探测器台面湿法腐蚀研究

研究了不同腐蚀体系对InAs/GaSb超晶格材料台面的刻蚀,并从中选择了由氢氟酸、酒石酸和双氧水构成的酒石酸腐蚀体系。该体系较适合InAs/GaSb超晶格材料的刻蚀,刻蚀速率稳定,下切效应小。进一步研究发现当HF达到一定浓度后不再影响刻蚀速度;在较低的酒石酸和双氧水浓度下,刻蚀速度是由氧化过程控制,且反应速度和双氧水的浓度成正比。腐蚀液配比为酒石酸(3.5g)∶H2O2(4mL)∶HF(1mL)∶H2O(400mL),刻蚀速度约为0.5μm/min。

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。