石英湿法刻蚀微结构及其水平集方法计算模拟

发布时间：2021-04-18 18:58

　　α-石英作为一种压电材料,其各向异性腐蚀是MEMS材料加工工艺的重要组成部分。石英的各向异性腐蚀特性复杂,速率极大值和极小值重复出现,石英各向异性刻蚀的结构、掩模尺寸的大小、掩模的方向都直接影响着刻蚀的最终形貌。本文结合水平集方法（Level Set Method）,探究了掩模对刻蚀的影响,主要内容如下:1)实验获得了石英各向异性湿法刻蚀的全空间速率。根据平面波理论,利用石英各向异性湿法刻蚀的全空间速率,探讨了速率曲线和各向异性腐蚀特性的内在联系,给出了特征晶面在刻蚀速率正向极值条件下的变化规律,并在此基础上开发出用于简单二维形貌预测的特征值法。2)开发出用于AT,BT切向石英刻蚀模拟的水平集方法。通过石英各向异性湿法刻蚀系统,可以获得石英湿法刻蚀模拟形貌,并且通过模拟结果,指导实验。同时,将石英各向异性湿法刻蚀系统拓展到不同切向的石英晶片中,拓展系统的适应程度。3)通过石英长矩形凹槽和凹槽、凸台的组合图形的刻蚀,研究AT-cut和BT-cut石英晶片的各向异性腐蚀特性。以AT-cut石英晶片为例,利用Level Set方法,帮助分析其双面刻蚀特性,包括厚度与最小开口尺寸之间的关系,上... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

MEMS微加工的两种类型

（a）蒙特卡洛方法的原子排布模型[17]（b）元胞自动机的临近元胞状态模型图 1-3 蒙特卡洛模型和元胞自动机模型几何方法与原子方法的思路有所区别。在几何方法中，所加工材料表面的真实结被忽略，从而想象成理想平面。对于理想平面，只关注形成各个面的具体特征：首对于晶体的初始形状进行假设，认为其是由有限尺寸的面单元组成的。而每个单元在与其垂直的法向上，都有一个速率 v。每个表面单元的数学平面沿着它的法线方向朝着晶体材料内部移动一段距离 v·t(刻蚀 t 时间后的刻蚀距离)，最终晶体刻蚀形状由叉晶面部分构成[20]。Wulff-Jaccodine 方法[21]、慢率规则[22]和 E 形状规则[23]，本文又出特征点法（value point）[24]。在本文中，其重点之一就是将石英刻蚀的全空间速率特性，应用于不同的几何方中。同时对比这些方法的优缺点，找到不同场合的 MEMS 设计方法。在这些几何方中，Level Set 方法因其具有通用性、3D 可视性、灵活性等特性，能够模拟复杂的刻形貌，是本文中应用最多的一种方法。Wullf-Jaccodine 方法是一种基于最小能量原理几何包络方法。而特征点法则是基于 Wullf-Jaccodine 的一种简化方法，通过特征点可以快速找到石英刻蚀的特征晶面的位置，可以用于不是很复杂的情况下的辅助研

（a）刻蚀速率的截面图 （b图 1-5 将速度场在文本所述的石英各向异性腐蚀的水平获得石英刻蚀的全空间速率，这种方法相比速度场的获取更快捷，速率大小更为准确。应用在不同的场合中，如不同的微结构，不如图 1-5（a）所示，在如图所示的速度着如图 1-5（b）的方向演化。在此基础上，本文还搭建了石英湿法刻的各向异性腐蚀的数据库，2、石英不同晶向4、Level Set 方程稳定的有效处理方法。

【参考文献】：
期刊论文
[1]各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测[J]. 谢立强,邢建春,王浩旭,董培涛,吴学忠.  光学精密工程. 2012(02)
[2]水平集方法中符号距离函数快速重构[J]. 肖昌炎,赵永明,张素,陈亚珠.  信号处理. 2003(06)
[3]一种新的水平截集函数初始化和重新初始化方法——距离函数光滑法[J]. 张丽飞,杨鸿波,邹谋炎.  计算机工程与应用. 2003(10)

硕士论文
[1]石英各向异性湿法刻蚀特性及模拟研究[D]. 蔡鹏鹏.东南大学 2016
[2]基于偏微分方程的图像分割[D]. 唐利明.重庆大学 2007



本文编号：3146002