飞秒激光湿法刻蚀硅基微纳结构

发布时间：2017-05-21 17:25

  本文关键词：飞秒激光湿法刻蚀硅基微纳结构，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微机电系统(MEMS)是结合微电子技术与微加工技术发展起来的新技术,凭借其微型化、集成化、多样化的显著优势,在工业、军事、医学等多领域都展现出巨大的应用价值。而MEMS主要加工材料为优良的半导体材料硅,因为硅是良好的传感器材料,具有理想的弹性与导热性,并且稳定性能极好,适用于多种复杂环境,更重要的是硅的半导体特性,易于集成化,迎合了科技发展的需求。因此,硅基微纳结构的制备技术就显得尤为重要。传统的硅基微纳结构制备技术包括表面微加工技术、体微加工技术、LIGA技术等,但上述技术的工序较为复杂,需要多次的淀积牺牲层和刻蚀工艺,并且需要整体布局,灵活性较差。所以我们需要寻求一种简便灵活的硅基微纳结构制备技术。飞秒激光微纳加工技术对于高精度、高分辨率的复杂三维微纳结构的制备有着独特的优势,但由于硅材料对紫外-可见-近红外波段的光有很强的吸收,并且存在明显的反射,所以激光很难进入到硅内部进行直写加工;湿法刻蚀技术可实现硅基微纳结构的制备,但掩膜的设计限制了结构的灵活性,且很难实现小区域结构的灵活制备;而飞秒激光湿法刻蚀技术结合了二者的技术优势,弥补了各自的劣势。本文中,我们利用飞秒激光湿法刻蚀技术成功制备了多种多样的硅基微纳结构。首先通过高功率飞秒激光振荡器在硅片上烧蚀出多边形和双线圈等二维结构,并对得到的结果进行了分析;分别选用HF和KOH作为各向同性和各向异性的刻蚀剂对烧蚀后的硅片做湿法刻蚀处理,发现飞秒激光烧蚀对HF和KOH刻蚀分别起到了增强刻蚀和减弱刻蚀的效果,烧蚀的部分在HF刻蚀过程中被刻蚀掉,而在KOH刻蚀过程中被保存了下来。通过进一步的测试表征证实了激光烧蚀在硅表面形成了二氧化硅,由于KOH对硅和二氧化硅有很大的选择性,所以烧蚀结构在刻蚀过程中起到了掩膜的作用,有效的防止了其下面的硅被刻蚀。我们利用KOH湿法刻蚀这一特性,适当延长刻蚀时间,成功制备出三维微纳结构。在实验过程中,我们发现侧向刻蚀效应同时存在,并巧妙利用侧向刻蚀效应制备了悬空的圆盘、螺旋线圈和六边形等结构。本文提出了一种新的硅基微纳结构制备技术,缩短了工艺的整体时间,提高了加工效率,并且由于掩膜结构可以在硅片任意位置进行制备,极大增加了制备工艺的灵活性,在MEMS等领域有很大的应用价值。
【关键词】：飞秒激光 湿法刻蚀 硅 微纳结构
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 MEMS简介10-11
• 1.2 MEMS制备技术11-13
• 1.3 课题研究背景13-14
• 1.4 本文主要内容14-15
• 第二章 飞秒激光湿法刻蚀技术15-23
• 2.1 飞秒激光微纳加工技术15-17
• 2.1.1 飞秒激光技术的发展15-16
• 2.1.2 飞秒激光加工技术的特点16-17
• 2.2 湿法刻蚀技术17-22
• 2.2.1 干法刻蚀17-18
• 2.2.2 湿法刻蚀18-22
• 2.3 飞秒激光湿法刻蚀技术22-23
• 第三章 飞秒激光湿法刻蚀技术探究23-31
• 3.1 飞秒激光加工系统的搭建23-24
• 3.2 飞秒激光烧蚀硅基结构24-26
• 3.3 湿法刻蚀效果探究26-31
• 3.3.1 HF刻蚀效果26-27
• 3.3.2 KOH刻蚀效果27-29
• 3.3.3 HF和KOH刻蚀效果对比29-31
• 第四章 飞秒激光湿法刻蚀制备硅基微纳结构31-47
• 4.1 飞秒激光湿法刻蚀技术参数探究31-39
• 4.2 飞秒激光湿法刻蚀制备三维微纳结构39-42
• 4.3 飞秒激光湿法刻蚀制备悬空结构42-47
• 第五章 总结与展望47-48
• 参考文献48-53
• 作者简介及科研情况53-54
• 致谢54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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本文编号：384344