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。

大面积高深宽比微结构硅片的热氧化实验研究

利用大面积硅片制作X射线光栅和硅基微通道板等都涉及硅的热氧化工艺。热氧化使具有高深宽比微结构的大面积硅片产生形变,严重影响了这些器件的应用。本文以5英寸硅片为例,研究了硅基微结构在热氧化过程中的变形问题,定性分析了产生形变的力学因素,提出了减小形变的氧化方法。首先实验制作了具有高深宽比微结构的硅片,采用不同的氧化方法,比较了变形的大小。结果表明,通过控制热氧化过程中的温度来控制热膨胀系数和在热氧化过程中施加外部热塑应力等方法能够有效地减小热氧化变形量。

X射线相衬成像图像采集系统的远程控制传输设计

为了满足X射线相衬成像技术对图像采集装置的大面积和高分辨率的特殊要求,提出了一种基于ARM9和FPGA的远程图像采集控制传输系统的设计方法。系统由LUPA4000CMOS图像传感器、ARM9、DM9000A、FPGA、DDR2 SDRAM等器件组成。采用FPGA和DDR2技术,可以对大数据量的图像数据进行实时缓存,解决了高分辨率、大数据量图像数据实时存储和获取的关键问题。采用以太网远程控制传输的方法,能有效避免X射线辐射。实验结果表明,该系统可以实时准确地获取大面积、高精度图像数据。

硅基高长径比深孔阵列的制作研究

高长径比深孔阵列是微通道板、高分辨率X射线探测器、X射线二维光栅等器件的基本结构。基于制作大面积高长径比的深孔阵列目前仍是微纳制作技术面临的重大挑战。介绍了几种硅基微孔阵列的制作方法并分析了这几种方法的优劣。提出了用光助电化学刻蚀方法在硅基上制作大面积高长径比的深孔阵列,并从实验上研究了溶液浓度、温度、硅片掺杂浓度、光照条件、电流和电压等刻蚀过程参数对深孔微结构形貌的影响。最后给出了最佳刻蚀过程的实验参数,在整个5英寸(1英寸=2.54 cm)n型硅圆片上得到了长径比在40以上、有效圆面直径达110 mm的深孔阵列。

大面积高深宽比硅微通道板阵列制作

利用光辅助电化学刻蚀方法,在厚度为425μm的5英寸硅片上,制作成深宽比达50以上的微通道板阵列结构.理论分析了影响微孔阵列形貌形成的关键因素,并结合实验条件,通过调整刻蚀电压值和根据莱曼模型修正实验电流值得到理想的孔壁形貌.结果表明,相比于目前在硅基上制作高深宽微结构的几种技术,光辅助电化学刻蚀方法能够实现孔壁光滑、面积大和深宽比高的微通道板阵列结构的低成本制作.

中能X射线光栅相衬显微成像分析及模拟

理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理,采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式。然后建立一个水合蛋白质细胞模型,对成像系统进行了参数设计,得出1～2keV的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择。针对10μm厚的细胞模型,选取1.5keV的中能X射线做模拟计算,采用多步相移法从模拟条纹图中恢复出了细胞模型的相位信息。模拟结果表明在相同信噪比下采用中能X射线得到的相衬图像比吸收图像具有更好的衬度和细节分辨率,为今后相关的实验奠定了基础。