基于阵列刻蚀的微通道板制备技术研究

发布时间：2018-03-08 02:12

本文选题：微通道阵列　切入点：光刻　出处：《西安工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：微通道板是像增强器的核心器件。近几年来,随着微光夜视技术和光电子成像器件的不断发展,传统的利用还原铅硅酸盐玻璃制成的微通道板,由于其增益不均匀、较低的几何保真度和空间分辨率、对材料和工艺有严格要求等缺陷,已经不能满足微通道板性能的要求。因此新型微通道板的制备技术成为国内外研究的热点。利用MEMS加工工艺制成的硅微通道板相对于传统的微通道板,不仅克服了其在加工方面的缺点,而且在性能方面也有了很大的提高。本文对孔径10μm,孔间距5μm,长径比20：1硅微通道板的制备技术进行了研究。采用光刻工艺,掩蔽层图形化工艺,反应离子刻蚀的方法来进行制备,该方法与电化学刻蚀的方法相比,不仅工艺简单,不需要形成腐蚀诱导坑,也不需要形成欧姆接触,而且刻蚀过程易于控制。在制备过程中,各工艺的加工方法或参数都会对最终结果产生影响,因此需要对各个工艺进行研究,主要的研究内容如下：1)曝光时间、反转烘温度、显影时间对光刻工艺结果有着重要的影响,因此本文首先对其进行了研究。通过逐一控制变量,结果发现曝光时间越长,光刻图形尺寸就相对越大；反转烘温度越高,图形反转效果越好；显影时间越大,图案线条越清晰,但过长的显影时间会造成光刻图形尺寸变小。通过参数优化,得到微孔尺寸与掩模版图形尺寸一致的光刻胶图案,此时光刻参数为曝光10s,反转烘115℃,显影55s。2)掩蔽层作为抗刻蚀掩模,其图形尺寸影响着刻蚀结果,因此需要对掩蔽层图形化工艺进行研究。首先采用湿法腐蚀对掩蔽层图形化时,由于掩蔽图形为孔径10μm,孔间距5μm的阵列微孔,孔径较小导致溶液对流困难且反应生成物H2极易吸附在反应界面上进行影响反应物质的输送和化学反应的进行。同时由于腐蚀参数不合适,阵列式微孔图形会出现随机腐蚀、不完全腐蚀、过腐蚀等现象。通过加入表面活性剂,减小溶液中表面应力,可以促使反应物H2排出。通过研究腐蚀液浓度、腐蚀液温度和腐蚀时间对腐蚀结果的影响,最后得到了孔径尺寸满足要求的掩蔽层。但由于掩蔽层图形是大面阵阵列微孔,微孔数目在几百万以上,在湿法腐蚀时,腐蚀的随机性不可避免,同时腐蚀过程不易控制。相对于湿法腐蚀,剥离工艺能够很简便的获得图形和尺寸都很好的掩蔽层。但剥离工艺对掩蔽层和光刻胶的厚度有着严格的要求。通过控制两者的厚度,利用剥离,最终得到了图形阵列整齐完整、微孔尺寸准确的掩蔽层。3)对硅基微孔阵列刻蚀进行了研究。由于刻蚀的通道直径只有10μm,研究刻蚀速率时,样品的断面很难沿着同一条通道中心剖开,因此为了便于测量,首先对相同尺度的槽阵列结构进行了刻蚀研究,主要研究了氧气流速、反应室压强、ICP功率对刻蚀速率和刻蚀侧壁垂直度的影响。结果表明,随着反应室压强和ICP功率的增大,刻蚀速率也不断变大。同时氧气能够促进刻蚀,但增大氧气流速,侧壁的垂直度就越差。通过参数优化,得到最佳的刻蚀参数为反应室压强12mTorr, ICP功率500W,氧气流速5sccm。此时刻蚀速率较快,刻蚀垂直度满足90°±0.5°的要求。然后以该参数进行硅基微通道阵列的刻蚀,最后成功的在一英寸的硅片上,制备出了174万个通道孔径为10μm,孔间距为5μm,长径比为20：1的微通道,满足课题的要求,同时相对于现有的工艺,刻蚀的长径比得到了提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN144

【参考文献】