基于有限元分析的太赫兹光栅器件微加工研究

发布时间：2017-11-02 19:41

  本文关键词：基于有限元分析的太赫兹光栅器件微加工研究

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【摘要】：太赫兹真空电子器件的结构尺寸缩小至毫米级、微米级,传统的精密加工技术已经不能满足加工精度和表面质量的要求。新型加工技术中,UV-LIGA技术能满足该方面的要求,已在真空电子器件制造中进行实验性的实践。然而,UV-LIGA工艺仍面临着很大的难题：光刻胶胶膜的内应力影响胶膜成型的质量,进而影响微结构器件的尺寸精度,电铸过程中表面出现的缺陷和不平整性一直没有得到很好的解决,这制约着高深宽比全金属微结构的性能。有限元法能够用来解决应力分析中的稳态、瞬态、线性或非线性问题以及热传导、流体流动和电磁场问题。本文采用有限元法对UV-LIGA工艺中的胶膜内应力和电铸均匀性问题展开了研究。首先对光刻工艺参数进行了优化,通过改良旋涂仪的卡盘结构,提高了胶层的平整性；使用有限元分析模拟和定量研究工艺过程中的内应力问题,得到降温速率对胶层内应力影响最大,定量分析当降温速率降至6 ℃/h,内应力达到最小,进一步降低降温速率,对内应力无明显影响。并通过实验验证了仿真结果,胶层的内应力得到了很好的抑制。其次对在电铸实验过程中出现的沉积层均匀性差的问题进行了理论分析,采用有限元分析软件对电铸槽内铸液的流速分布和电流密度分布进行模拟分析。结果表明：一定的铸液流动有助于铸液在铸槽中的均匀分布；阴极附近添加屏蔽挡板可提高电场在阴极表面分布的均匀性。最后利用优化后的工艺制作了光栅样件,对样件的槽宽、槽深、表面粗糙度和侧壁倾斜度等进行测量,并通过计算机模拟仿真,定量的分析侧壁倾斜度和表面粗糙度对光栅的色散关系、等效电阻率和传输损耗等高频性能带来的影响。
【关键词】：光栅结构 有限元法 光刻工艺 电铸工艺
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN105
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 太赫兹真空电子器件及微加工技术15-16
• 1.2 深反应离子刻蚀和UV-LIGA及其在太赫兹器件中的应用16-22
• 1.2.1 深反应离子刻蚀16-18
• 1.2.2 UV-LIGA工艺18-22
• 1.3 UV-LIGA工艺关键问题22-24
• 1.4 本文的主要内容24-25
• 第二章 光刻工艺参数优化25-42
• 2.1 光刻工艺流程25-27
• 2.2 光刻工艺优化27-32
• 2.2.1 光刻胶平整性优化27-30
• 2.2.2 曝光优化30-31
• 2.2.3 胶膜内应力优化31-32
• 2.3 有限元分析32-40
• 2.3.1 有限元技术简介32-33
• 2.3.2 热应力33-34
• 2.3.3 SU-8光刻胶的粘弹性34-36
• 2.3.4 有限元模型的建立及加载36-38
• 2.3.5 模拟结果分析38-40
• 2.4 光刻工艺参数优化40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 微电铸工艺研究42-56
• 3.1 电铸过程分析及实验平台搭建42-45
• 3.2 微电铸流场数值模拟分析45-49
• 3.2.1 阴极表面的传质过程45-46
• 3.2.2 流场的有限元分析46
• 3.2.3 流体模型的建立46-47
• 3.2.4 流速对铸层均匀性的影响47-49
• 3.3 微电铸电场的数值模拟分析49-53
• 3.3.1 过电位对微电铸反应速度的影响49
• 3.3.2 电流密度对铸层均匀性的影响49-53
• 3.4 电铸实验53
• 3.5 SU-8胶的去除53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 光栅工艺质量评价56-65
• 4.1 铸层的测量57-60
• 4.1.1 光栅槽宽b和周期S的测量57
• 4.1.2 光栅深度t的测量57-59
• 4.1.3 铸层表面粗糙度和倾斜度的测量59-60
• 4.2 工艺误差对光栅的高频性能的影响60-63
• 4.2.1 光栅粗糙度对性能的影响60-61
• 4.2.2 光栅尺寸误差对性能的影响61-62
• 4.2.3 铸层侧壁垂直度误差对性能的影响62-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-69
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁培龙;戴景民;;太赫兹科学技术的综述[J];自动化技术与应用;2015年06期

2 孟凡亮;余厉阳;;基于真空电子学方法的太赫兹源[J];物联网技术;2015年02期

3 成杰;李寒松;朱荻;;基于超声辅助的UV-LIGA光栅制备技术研究[J];机械制造与自动化;2014年02期

4 赵国忠;;太赫兹科学技术研究的新进展[J];国外电子测量技术;2014年02期

5 尚海鑫;褚金奎;高佳丽;;SU-8胶长细比效应的分子动力学模拟[J];高分子材料科学与工程;2014年01期

6 李含雁;白国栋;李兴辉;唐烨;冯进军;;采用UV-LIGA技术制作340GHz折叠波导慢波结构[J];太赫兹科学与电子信息学报;2013年04期

7 陆希成;童长江;王建国;李小泽;王光强;李爽;王雪锋;;太赫兹真空电子器件微加工技术及后处理方法[J];真空科学与技术学报;2013年06期

8 李含雁;冯进军;唐烨;蔡军;;太赫兹真空器件中的微加工技术和微封装技术[J];真空电子技术;2013年01期

9 程焰林;向伟;王远;;太赫兹微型电真空器件及其制造工艺[J];真空电子技术;2011年03期

10 朱福运;于民;金玉丰;张海霞;;硅DRIE刻蚀工艺模拟研究[J];中国电子科学研究院学报;2011年01期

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本文编号：1132917