单晶硅的皮秒脉冲激光复合加工技术试验研究
发布时间：2021-06-24 14:26
当前主要微型功能器件中的芯片和微型传感器都采用半导体材料制造,其中单晶硅的使用最为广泛,其加工技术的不断提升和改善,推动了集成电路各项性能及指标的显著提高,轻薄短小已经成为半导体制造产业的代名词。针对单晶硅的精密、微细加工,由于材料的固有物理属性和接触应力等加工局限,传统的加工方式已经无法满足要求,而基于超短脉冲激光的复合加工方法正在成为单晶硅加工技术的研究热点。皮秒脉冲激光的脉冲宽度为10-12s,光束能量作用时间极短,与单晶硅电子晶格热传导的时间相近,可以有效减少加工的热影响范围,提高加工精度、获得较好的加工质量。本文利用所构建的复合加工系统,通过工艺试验研究了皮秒激光刻蚀加工微孔、皮秒激光与化学腐蚀复合加工微孔以及皮秒激光与电化学复合加工微槽,并对这三种方法的加工效果进行了分析和比较。主要内容如下:（1）理论研究:介绍了单晶硅材料的基本性质和电化学特性;分析了硅与氢氧化钠溶液的化学反应和电化学反应的机理;根据超短脉冲激光对材料的作用规律,探讨了皮秒激光与单晶硅的热作用机理;并进一步分析了皮秒激光辐照与电化学反应相复合,对单晶硅的精密、微细加工机理,从而为之后...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 微机电系统的概述
1.2 硅微细加工技术
1.2.1 化学腐蚀技术
1.2.2 电化学微加工技术
1.2.3 激光微加工技术
1.2.4 激光与化学复合微加工技术
1.2.5 激光与电化学复合微加工技术
1.3 课题研究的来源与意义
1.4 本文主要研究内容
第二章 单晶硅材料的刻蚀加工机理
2.1 引言
2.2 单晶硅的湿式刻蚀机理
2.2.1 单晶硅材料的基本性质
2.2.2 碱性溶液对单晶硅的刻蚀机理
2.3 皮秒激光对硅材料的加工机理
2.3.1 皮秒激光特性及其作用规律
2.3.2 皮秒激光对硅的热作用机理
2.4 激光对硅的复合微加工机理
2.4.1 激光化学复合微加工机理
2.4.2 激光电化学复合微加工机理
2.5 本章小结
第三章 激光复合微刻蚀的加工及检测系统
3.1 引言
3.2 复合加工试验系统
3.2.1 皮秒脉冲激光辐照系统
3.2.2 电化学加工系统
3.2.3 电解液循环系统
3.2.4 运动控制系统
3.3 振镜式激光扫描系统
3.3.1 控制运动的基本原理
3.3.2 控制运动的参数设置
3.4 微加工的检测系统及装备
3.4.1 加工电流的检测装备
3.4.2 加工精度和质量的检测装备
3.4.3 表面形貌的检测装备
3.5 本章小结
第四章 复合微刻蚀的试验研究
4.1 引言
4.2 试验材料及孔的测量方法
4.3 激光直刻的结果与分析
4.3.1 试验方法
4.3.2 激光功率对微孔孔径的影响
4.3.3 激光功率对微孔形貌的影响
4.3.4 微孔表面的能谱分析
4.4 激光与化学腐蚀复合刻蚀的结果与分析
4.4.1 试验方法
4.4.2 激光功率对微孔孔径的影响
4.4.3 激光功率对微孔形貌的影响
4.4.4 微孔内壁表面的能谱分析
4.4.5 加工条件不同对微孔形貌的影响
4.5 激光与电化学复合刻蚀的结果与分析
4.5.1 试验方法
4.5.2 试验前分析
4.5.3 试验现象分析
4.5.4 激光对电化学回路中电流的影响
4.5.5 电解液层厚度对加工微槽深度的影响
4.5.6 激光功率对微槽形貌的影响
4.6 本章小结
第五章 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士研究生期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光打孔硅的孔洞形貌研究[J]. 李志明,王玺,聂劲松. 光子学报. 2017(10)
[2]单晶硅水导/传统激光打孔对比研究[J]. 毛建冬,龙芋宏,周嘉,唐文斌. 应用激光. 2017(03)
[3]高重频皮秒脉冲激光对多晶硅的损伤特性研究[J]. 李星辰,徐立君,张鹏波,吴强,蔡鹏程,汤磊. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]皮秒激光在微纳加工中的应用现状与展望[J]. 刚肖. 科技视界. 2016(23)
[5]晶硅表面亚微米结构阵列的介电微球辅助激光-化学复合成型[J]. 林真源,季凌飞,吴燕,吕晓占,蒋毅坚. 中国激光. 2016(06)
[6]单晶硅各向异性湿法刻蚀的形貌控制[J]. 姚明秋,唐彬,苏伟. 光学精密工程. 2016(02)
[7]电流密度对电化学刻蚀硅微通道壁厚的影响[J]. 王云龙,王国政,杨继凯,崔丹丹,端木庆铎. 中国科技论文. 2015(24)
[8]多晶硅太阳能电池激光电化学复合绒面试验研究[J]. 张华,陆燕. 应用激光. 2015(06)
[9]电化学刻蚀多孔硅阵列的形貌研究[J]. 陈婷婷,顾牡,于怀娜,刘小林,黄世明. 电子元件与材料. 2015(11)
[10]HF浓度对电化学法制备多孔硅结构的影响[J]. 许亮. 枣庄学院学报. 2015(05)
博士论文
[1]硅碳氮薄膜的结构及光学特性研究[D]. 彭银桥.中南大学 2013
[2]硅电极表面金属功能薄膜的制备及分析[D]. 常彦龙.兰州大学 2007
硕士论文
[1]皮秒激光对金属材料微孔加工技术研究[D]. 姜靖.北京工业大学 2014
[2]基于机器视觉的激光振镜扫描系统研究[D]. 晏恒峰.北京工业大学 2012
[3]脉冲激光与水下金属靶材相互作用力学效应的实验研究[D]. 许健.南京理工大学 2010
[4]太阳电池上氮化硅减反射膜性能的研究[D]. 郭贝.河北工业大学 2008
[5]n型单晶硅表面有机（羧酸）和无机（Ni/Fe铁氧体）修饰及复合电极光电性能研究[D]. 赵钰雪.北京化工大学 2007
[6]高质量激光打孔技术的研究[D]. 辛凤兰.北京工业大学 2006
[7]激光打标的物理机制研究[D]. 徐白.长春理工大学 2006
本文编号：3247269
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 微机电系统的概述
1.2 硅微细加工技术
1.2.1 化学腐蚀技术
1.2.2 电化学微加工技术
1.2.3 激光微加工技术
1.2.4 激光与化学复合微加工技术
1.2.5 激光与电化学复合微加工技术
1.3 课题研究的来源与意义
1.4 本文主要研究内容
第二章 单晶硅材料的刻蚀加工机理
2.1 引言
2.2 单晶硅的湿式刻蚀机理
2.2.1 单晶硅材料的基本性质
2.2.2 碱性溶液对单晶硅的刻蚀机理
2.3 皮秒激光对硅材料的加工机理
2.3.1 皮秒激光特性及其作用规律
2.3.2 皮秒激光对硅的热作用机理
2.4 激光对硅的复合微加工机理
2.4.1 激光化学复合微加工机理
2.4.2 激光电化学复合微加工机理
2.5 本章小结
第三章 激光复合微刻蚀的加工及检测系统
3.1 引言
3.2 复合加工试验系统
3.2.1 皮秒脉冲激光辐照系统
3.2.2 电化学加工系统
3.2.3 电解液循环系统
3.2.4 运动控制系统
3.3 振镜式激光扫描系统
3.3.1 控制运动的基本原理
3.3.2 控制运动的参数设置
3.4 微加工的检测系统及装备
3.4.1 加工电流的检测装备
3.4.2 加工精度和质量的检测装备
3.4.3 表面形貌的检测装备
3.5 本章小结
第四章 复合微刻蚀的试验研究
4.1 引言
4.2 试验材料及孔的测量方法
4.3 激光直刻的结果与分析
4.3.1 试验方法
4.3.2 激光功率对微孔孔径的影响
4.3.3 激光功率对微孔形貌的影响
4.3.4 微孔表面的能谱分析
4.4 激光与化学腐蚀复合刻蚀的结果与分析
4.4.1 试验方法
4.4.2 激光功率对微孔孔径的影响
4.4.3 激光功率对微孔形貌的影响
4.4.4 微孔内壁表面的能谱分析
4.4.5 加工条件不同对微孔形貌的影响
4.5 激光与电化学复合刻蚀的结果与分析
4.5.1 试验方法
4.5.2 试验前分析
4.5.3 试验现象分析
4.5.4 激光对电化学回路中电流的影响
4.5.5 电解液层厚度对加工微槽深度的影响
4.5.6 激光功率对微槽形貌的影响
4.6 本章小结
第五章 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士研究生期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光打孔硅的孔洞形貌研究[J]. 李志明,王玺,聂劲松. 光子学报. 2017(10)
[2]单晶硅水导/传统激光打孔对比研究[J]. 毛建冬,龙芋宏,周嘉,唐文斌. 应用激光. 2017(03)
[3]高重频皮秒脉冲激光对多晶硅的损伤特性研究[J]. 李星辰,徐立君,张鹏波,吴强,蔡鹏程,汤磊. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]皮秒激光在微纳加工中的应用现状与展望[J]. 刚肖. 科技视界. 2016(23)
[5]晶硅表面亚微米结构阵列的介电微球辅助激光-化学复合成型[J]. 林真源,季凌飞,吴燕,吕晓占,蒋毅坚. 中国激光. 2016(06)
[6]单晶硅各向异性湿法刻蚀的形貌控制[J]. 姚明秋,唐彬,苏伟. 光学精密工程. 2016(02)
[7]电流密度对电化学刻蚀硅微通道壁厚的影响[J]. 王云龙,王国政,杨继凯,崔丹丹,端木庆铎. 中国科技论文. 2015(24)
[8]多晶硅太阳能电池激光电化学复合绒面试验研究[J]. 张华,陆燕. 应用激光. 2015(06)
[9]电化学刻蚀多孔硅阵列的形貌研究[J]. 陈婷婷,顾牡,于怀娜,刘小林,黄世明. 电子元件与材料. 2015(11)
[10]HF浓度对电化学法制备多孔硅结构的影响[J]. 许亮. 枣庄学院学报. 2015(05)
博士论文
[1]硅碳氮薄膜的结构及光学特性研究[D]. 彭银桥.中南大学 2013
[2]硅电极表面金属功能薄膜的制备及分析[D]. 常彦龙.兰州大学 2007
硕士论文
[1]皮秒激光对金属材料微孔加工技术研究[D]. 姜靖.北京工业大学 2014
[2]基于机器视觉的激光振镜扫描系统研究[D]. 晏恒峰.北京工业大学 2012
[3]脉冲激光与水下金属靶材相互作用力学效应的实验研究[D]. 许健.南京理工大学 2010
[4]太阳电池上氮化硅减反射膜性能的研究[D]. 郭贝.河北工业大学 2008
[5]n型单晶硅表面有机（羧酸）和无机（Ni/Fe铁氧体）修饰及复合电极光电性能研究[D]. 赵钰雪.北京化工大学 2007
[6]高质量激光打孔技术的研究[D]. 辛凤兰.北京工业大学 2006
[7]激光打标的物理机制研究[D]. 徐白.长春理工大学 2006
本文编号：3247269
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3247269.html
